Эта статья входит в число добротных статей

IRES

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Строение элемента IRES вируса гепатита С

IRES (англ. Internal Ribosome Entry Site — участок внутренней посадки рибосомы, русская аббревиатура практически не используется) — регуляторные мотивы мРНК, задействованные в кэп-независимом механизме инициации трансляции, при котором рибосома связывается с мРНК в области этих мотивов в 5'-нетранслируемой области недалеко от сайта инициации трансляции[1].

История[править | править вики-текст]

Участки внутренней посадки рибосомы были открыты в мРНК полиовируса и вируса энцефаломиокардита[en] в 1988 году группами Н. Соненберга[en][2] и Э. Виммера[en][3] соответственно. Они обнаружили, что внутри молекулы РНК есть участки, способные связывать рибосомы, тем самым инициируя трансляцию. Оказалось, что если поместить IRES между двумя репортёрными генами в мРНК, то второй (3'-концевой) цистрон также будет экспрессироваться. Однако использование данного метода (т. н. метода бицистронных конструкций) может привести к ряду артефактов, связанных со сплайсингом и потенциальной промоторной активностью сайтов внутренней посадки рибосомы[4].

Механизм[править | править вики-текст]

Элементы IRES обнаружены в 5'-нетранслируемых областях геномных мРНК вирусов и позволяют им транслироваться независимо от кэпа. Ряд клеточных мРНК также может содержать IRES[5]. К ноябрю 2005 года было известно около 50 содержащих IRES вирусов и около 73 мРНК[6].

Клеточные IRES[править | править вики-текст]

В клетках IRES отвечают за сборку рибосом как на кэпированных, так и некэпированных транскриптах тогда, когда кэп-зависимая инициация трансляции подавляется стрессом, определённой стадией клеточного цикла или апоптоза, тем самым обеспечивая продолжительную экспрессию необходимых белков. Ряд генов, чьи мРНК содержат IRES — c-Myc, APAF1, Bcl-2 — при нормальных условиях экспрессируются мало, но в условиях их уровень экспрессии возрастает за счёт кэп-независимой трансляции, опосредованной IRES. Считается, что IRES могут также участвовать в поддержании низкого уровня экспрессии ряда генов при нормальных условиях, «забирая» рибосомы на себя и тем самым снижая их присоединение к основным сайтам начала трансляции. Такой механизм внутренней инициации в настоящее время плохо понятен, однако совершенно ясно, что эффективность IRES сильно зависит от транс-регуляторных белковых факторов, что даёт возможность для клеткоспецифичной IRES-опосредованной трансляции[1].

Было установлено, что структуры в 5'-UTR могут влиять на активность IRES, причём это влияние может быть опосредовано взаимодействиями как с различными транс-регуляторными факторами, так и непосредственно с рибосомами. Примерами генов, активность IRES которых находится под контролем транс-регуляторных белков, является семейство протоонкогенов Myc, участвующих в пролиферации клеток. Присоединение рибосом к IRES зависит от по меньшей мере 4 белков, которые связываются с мРНК и изменяют её конформацию, позволяя сесть на неё 40S-субъединице рибосомы. Другим примером является вирус гепатита С, чей геном высокоструктурированный IRES, состоящий из двух крупных доменов, которые, в свою очередь, состоят из консервативных шпилек, взаимодействующих с 40S-субъединицей и eIF3, формируя инициаторный комплекс[7].

Структуры эукариотических IRES очень разнообразны, и среди них не было выявлено никаких консервативных последовательностей и мотивов. У некоторых генов для эффективной работы IRES необходимы стабильные структуры в мРНК, а у других генов такие структуры, напротив, ингибируют IRES-опосредованную трансляцию. Было высказано предположение, что IRES не являются жёстко зафиксированными структурами и способны к перемещениям, изменяя при этом свою активность. IRES могут также обусловливать образование различных изоформ белка, тем самым дополнительно расширяя число возможных белковых продуктов, получаемых с одного гена[8].

Наличие IRES между AUG и старт-кодонами, отличными AUG, свидетельствует о возможной роли IRES в способствовании инициации трансляции со слабых нестандартных старт-кодонов. IRES также могут взаимодействовать с короткими рамками считывания (uORF). Показано, что наличие IRES нельзя только предсказать: для достоверной информации необходимо использовать экспериментальные данные. Вообще, в настоящее время механизм действия IRES как регуляторных элементов плохо понятен, и для выяснения их роли и механизмов действия необходимы дальнейшие исследования[8].

Х-связанный ингибитор апоптоза[en] (англ. X-linked inhibitor of apoptosis, XIAP) играет важную роль в регуляции апоптоза, поэтому его экспрессия должна точно регулироваться. Его 5’-UTR составляет 1,7 килобаз в длину и содержит IRES, облегчающий синтез XIAP в условиях стресса. Кроме мРНК XIAP, чья трансляция регулируется IRES, существует мРНК с более короткой 5'-UTR, появившейся в результате альтернативного сплайсинга. Их 5’-UTR длиной 323 нуклеотида не содержит IRES и содержится в 10 раз в большем количестве, чем мРНК с длинной 5’-UTR. Установлено, что мРНК с короткой 5’-UTR ответственна за образование XIAP в нормальных условиях и транслируется по кэп-зависимому механизму, а мРНК с длинной 5’-UTR обеспечивает образование XIAP в условиях стресса. Итак, комбинация альтернативных 5’-UTR и IRES-опосредованной трансляции обеспечивает постоянную экспрессию XIAP в любых условиях[8].

Другим примером контроля экспрессии генов через различные элементы 5’-UTR, является ген человеческого фактора роста фибробластов 2 (англ. fibroblast growth factor 2, FGF-2). FGF-2 экспрессируется в 5 различных изоформах, образующихся при использовании альтернативных инициаторных кодонов в 5’-UTR, и его трансляция может идти не только кэп-зависимо, но и через IRES. Интересно, что трансляция с 4 из 5 инициаторных кодонов опосредована IRES. Предполагается, что IRES облегчает трансляцию с каждого из этих четырёх кодонов через модуляцию структуры мРНК при помощи транс-активирующих факторов[8].

Вирусные IRES[править | править вики-текст]

Геном полиовируса, содержащий IRES.

Как уже упоминалось, у многих вирусов инициация трансляции происходит по кэп-независимому механизму и осуществляется через уже упоминавшиеся элементы IRES, локализованные в 5'-UTR[9]. Например, так происходит у ВИЧ, вирусов гепатита А и С[10]. Такой механизм инициации трансляции удобен тем, что в его случае нет необходимости в сборке пре-инициаторного белкового комплекса, и вирус может быстро размножаться[11].

Следует иметь в виду, что многие вирусные мРНК имеют на своём 5'-конце ковалентно связанный белок (VPg[en]), поэтому использование кэп-зависимой инициации для них исключено. Более того, ряд их был изучен весьма подробно. Так было показано, что IRES группы вируса гепатита С связывают 40S-рибосомную субчастицу таким образом, что инициаторный кодон мРНК оказывается непосредственно в Р-участке рибосомы без какого-либо сканирования мРНК. IRES многих пикорнавирусов не связывают 40S напрямую, а делают это через фактор инициации 4G, высокоафинный сайт связывания которого находится в IRES[12].

Клиническое значение[править | править вики-текст]

Поскольку мотивы IRES играют важнейшие роли в регуляции ряда генов, мутации, затрагивающие IRES, приводят к развитию тех или иных заболеваний. В частности, к числу таких заболеваний у человека относят Х-связанную болезнь Шарко — Мари — Тута[en], множественную миелому и синдром ломкой Х-хромосомы[13].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Barrett et. al., 2013, p. 14
  2. Pelletier J., Sonenberg N. Internal initiation of translation of eukaryotic mRNA directed by a sequence derived from poliovirus RNA. (англ.) // Nature. — 1988. — Vol. 334. — № 6180. — P. 320–325. — DOI:10.1038/334320a0 — PMID 2839775. исправить
  3. Jang S. K., Kräusslich H. G., Nicklin M. J., Duke G. M., Palmenberg A. C., Wimmer E. A segment of the 5' nontranslated region of encephalomyocarditis virus RNA directs internal entry of ribosomes during in vitro translation. (англ.) // Journal of virology. — 1988. — Vol. 62. — № 8. — P. 2636–2643. — PMID 2839690. исправить
  4. Kozak M. A second look at cellular mRNA sequences said to function as internal ribosome entry sites. (англ.) // Nucleic acids research. — 2005. — Vol. 33. — № 20. — P. 6593–6602. — DOI:10.1093/nar/gki958 — PMID 16314320. исправить
  5. Kerry D. Fitzgerald, Bert L. Semler Bridging IRES elements in mRNAs to the eukaryotic translation apparatus // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) —- Gene Regulatory Mechanisms. — 2009. — Т. 1789. — № 9—10. — С. 518—528. — DOI:10.1016/j.bbagrm.2009.07.004
  6. IRESite: Page home
  7. Barrett et. al., 2013, p. 14—15
  8. 1 2 3 4 Barrett et. al., 2013, p. 15
  9. Thompson S. R. Tricks an IRES uses to enslave ribosomes. (англ.) // Trends in microbiology. — 2012. — Vol. 20. — № 11. — P. 558–566. — DOI:10.1016/j.tim.2012.08.002 — PMID 22944245. исправить
  10. Jeffrey S. Kieft Viral IRES RNA structures and ribosome interactions // Trends in Biochemical Sciences. — 2008. — Т. 33. — № 6. — С. 274—283. — DOI:10.1016/j.tibs.2008.04.007
  11. Brown T.A Genomes 3. — New York, New York: Garland Science Publishing, 2007. — P. 397. — ISBN 0 8153 4138 5.
  12. Christopher U. T. Hellen, Peter Sarnow Internal ribosome entry sites in eukaryotic mRNA molecules // Genes & Dev.. — 2001. — Т. 15. — С. 1593—1612. — DOI:10.1101/gad.891101
  13. Sangeeta Chatterjee, Jayanta K. Pal Role of 5- and 3-untranslated regions of mRNAs in human diseases // Biol. Cell. — 2009. — С. 251—262. — DOI:10.1042/BC20080104

Литература[править | править вики-текст]