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内部リボソーム進入部位（IRES ）は、タンパク質合成のより大きなプロセスの一部として、キャップ非依存方式で翻訳開始を可能にするRNA要素です。真核生物の翻訳の開始は、ほぼ常にmRNA分子の5'キャップで発生し、このキャップに依存します。ここで翻訳開始複合体が形成され、リボソームがmRNAと結合します。しかし、IRES要素により、リボソームはmRNAと結合し、5'キャップとは独立して翻訳を開始できます。
歴史
IRES配列は、1988年にNahum Sonenberg [1]とEckard Wimmer [2]の研究室で、それぞれポリオウイルス（PV）と脳心筋炎ウイルス（EMCV）のRNAゲノムで初めて発見されました。これらは、真核生物のリボソームをmRNAにリクルートできるRNA分子の明確な領域として説明されています。このプロセスは、キャップ非依存翻訳としても知られています。IRESエレメントは明確な二次構造、さらには三次構造を持つことが示されていますが、すべてのIRESセグメントに共通する一次構造または二次構造のレベルでの同様の構造的特徴は、現在まで報告されていません。
分子生物学におけるIRES配列の使用は、遺伝子ベクター内の単一の転写単位から複数の遺伝子を発現するためのツールとしてすぐに一般的になりました。このようなベクターでは、最初のシストロンの翻訳は5'キャップで開始され、下流のシストロンの翻訳は5'末端に追加されたIRES要素によって可能になります。[3]
位置
IRES 要素は、5' 非翻訳領域に最もよく見られますが、mRNA の他の場所にも存在する可能性があります。ディシストロウイルス科のウイルスの mRNA には 2 つのオープン リーディング フレーム (ORF) があり、それぞれの翻訳は個別の IRES によって指示されます。また、一部の哺乳類細胞の mRNA にも IRES があることが示唆されていますが、これは議論の的となっています。[4] [5]これらの細胞 IRES 要素の多くは、ストレス耐性や生存に不可欠なその他のプロセスに関与するタンパク質をコードする mRNA 内にあります。2009 年 9 月現在、60 種類の動物ウイルスと 8 種類の植物ウイルスに IRES 要素が含まれていることが報告されており、115 種類の mRNA 配列にも IRES 要素が含まれています。[6]
アクティベーション
IRES は、宿主の翻訳が阻害されているときにウイルスの翻訳がアクティブであることを保証する手段として、ウイルスによってよく使用されます。これらの宿主の翻訳阻害のメカニズムは多様であり、ウイルスの種類に応じて、ウイルスと宿主の両方によって開始される可能性があります。ただし、ポリオウイルスなどのほとんどのピコルナウイルスの場合、これはeIF4Gのウイルスタンパク質分解切断によって達成され、 5' キャップ結合タンパク質eIF4Eと相互作用できなくなります。eIF4F 複合体のこれら 2 つの真核生物開始因子(eIF)間の相互作用は、 40Sリボソームサブユニットを mRNA の 5' 末端にリクルートするために必要であり、これはさらに、mRNA 5 ' キャップから 3'ポリ (A) テールループの形成で発生すると考えられています。ウイルスは、部分的に切断されたeIF4G を使用して、IRES を介した翻訳の開始を助けること さえあります。
細胞は、有糸分裂およびプログラム細胞死中に特定のタンパク質の翻訳を増加させるためにもIRESを使用する可能性がある。有糸分裂では、細胞はeIF4Eを脱リン酸化するため、5'キャップに対する親和性は低くなる。その結果、40Sリボソームサブユニットと翻訳機構は、mRNA内でIRESに転用される。有糸分裂に関与する多くのタンパク質は、IRES mRNAによってコードされている。プログラム細胞死では、ウイルスなどによって行われるeIF-4Gの切断により、翻訳が減少する。必須タンパク質の不足は細胞死の一因となるが、細胞死の制御に関与するタンパク質をコードするIRES mRNA配列の翻訳も同様である。[7]
機構
現在までに、ウイルスのIRES機能のメカニズムは、細胞IRES機能のメカニズムよりもよく特徴付けられているが[8] 、これはまだ議論の余地がある。HCV様IRESは40Sリボソームサブユニットに直接結合し、 mRNAスキャンなしでリボソームP部位にある開始コドンを配置する。これらのIRESは依然として真核生物の開始因子（eIF）であるeIF2、eIF3、eIF5、eIF5Bを使用するが、 eIF1、eIF1A、eIF4F複合体の因子は必要としない。対照的に、ピコルナウイルスIRESは40Sサブユニットに直接結合せず、代わりにeIF4G結合部位を介してリクルートされる。[9]多くのウイルスIRES（および細胞IRES）は、その機能を媒介するためにIRESトランス作用因子（ITAF）として知られる追加のタンパク質を必要とする。ITAFのIRES機能における役割はまだ調査中である。
IRES機能の検査の妥当性
潜在的な IRES 機能の配列の試験は、一般的にバイシストロン性レポーターアッセイの使用に依存してきました。これらの試験では、候補となる IRES セグメントが、2 つの異なるレポータータンパク質をコードする 2 つのシストロンの間のプラスミドに導入されます。最初のシストロンの上流にあるプロモーターが、1 つの mRNA で両方のシストロンの転写を促進します。細胞にプラスミドを導入し、その後、細胞内の 2 つのレポーターの発現を定量するアッセイを実行します。上流レポーターに対する下流レポーターの発現比率の増加は、試験配列における IRES 活性の証拠とみなされます。ただし、このようなプラスミドから生成される mRNA 種の特性評価がなければ、この比率の増加に関する他の説明を排除することはできません。[4] [5]たとえば、IRES 要素と疑われ、後にプロモーター機能があると報告された既知のケースが複数あります。報告されたいくつかの IRES 要素内の予期しないスプライシング活性も、バイシストロン性レポーター試験で観察された見かけ上の IRES 機能の原因であることが示されています。[10] テスト配列内のプロモーターまたはスプライスアクセプターは、モノシストロンmRNAの生成をもたらし、下流のシストロンはIRESを介した開始ではなく、従来のキャップ依存性によって翻訳される。レポータープラスミドから生じるさまざまな予期しない異常なmRNA種を記録した後の研究では、スプライスアクセプター部位がそのようなプラスミドを使用するテストでIRESとプロモーター要素の両方を模倣できることが明らかになり、注意深いRNA分析がない場合、レポーターアッセイの結果を解釈する際に注意が必要であることがさらに強調された。[11]
アプリケーション
IRES配列は分子生物学において、同じプロモーターの制御下で複数の遺伝子を共発現させ、ポリシストロニックmRNAを模倣するためによく使用されます。過去数十年間、IRES配列は何百もの遺伝子改変げっ歯類動物モデルの開発に使用されてきました。[12]この技術の利点は、分子の取り扱いが改善されることです。IRESの問題点は、後続の各遺伝子の発現が減少することです。[13]
真核生物においてポリシストロニックmRNAを確立するもう一つのウイルス要素は2Aペプチドである。ここでは、遺伝子発現の潜在的な減少とタンパク質の不完全な分離の程度は状況に依存する。[14]
種類
参照
参考文献
- ^ Pelletier J 、Sonenberg N ( 1988年7月)。「ポリオウイルスRNA由来の配列によって誘導される真核生物mRNAの翻訳の内部開始」。Nature。334 ( 6180 ): 320–325。Bibcode : 1988Natur.334..320P。doi :10.1038/334320a0。PMID 2839775。S2CID 4327857。
- ^ Jang SK、Kräusslich HG、Nicklin MJ、Duke GM、Palmenberg AC、Wimmer E (1988 年 8 月)。「脳心筋炎ウイルス RNA の 5' 非翻訳領域のセグメントが、in vitro 翻訳中にリボソームの内部侵入を誘導する」。Journal of Virology。62 ( 8 ) : 2636–2643。doi :10.1128/ jvi.62.8.2636-2643.1988。PMC 253694。PMID 2839690。
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外部リンク
- IRESサイト
- Malys N、McCarthy JE (2011 年3月) 。「翻訳開始: メカニズムのバリエーションを予測できる」。細胞および分子生命科学。68 (6): 991–1003。doi : 10.1007 /s00018-010-0588-z。PMC 11115079。PMID 21076851。S2CID 31720000 。