IRES (Biologie)
Als IRES (interne ribosomale Eintrittsstelle, engl. internal ribosomal entry site) wird in der Zellbiologie eine spezifische Faltung (Sekundärstruktur) der messenger-RNA bezeichnet, die ohne weitere so genannte Initiationsfaktoren die Bindung der mRNA an die Ribosomen vermittelt.[1] Dadurch kann die Synthese von Proteinen, die sog. Translation auch von der Mitte einer mRNA aus unmittelbar gestartet werden. IRES wurden bisher in einigen Genen von Eukaryoten und deren Viren beschrieben.
Inhaltsverzeichnis
1 Eigenschaften
2 Virale IRES
3 Typen
4 Anwendungen
5 Geschichte
6 Weblinks
7 Einzelnachweise
Eigenschaften |
Üblicherweise tragen zelluläre mRNAs ein speziell angebundenes Nukleotid an ihrem 5'-Ende, die sogenannte 5'-Cap-Struktur um zusammen mit weiteren zellulären Faktoren die Bindung an die eukaryotischen Ribosomen zu vermitteln und die Proteinbiosynthese einzuleiten.[2] Einige zelluläre mRNAs in Eukaryoten (z. B. für das Onkogen c-Myc, die Ornithin-Decarboxylase, den Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2 oder den Endothelialen-Wachstumsfaktor) und manche viralen Gene sind von diesem komplexen Steuerungssystem ausgenommen und können mittels einer IRES direkt an der 40S-Untereinheit der Ribosomen das Protein binden und die Proteinbiosynthese einleiten. Ein weiterer alternativer Mechanismus zur Einleitung der Translation erfolgt über Cap-independent Translation Elements.
Manche IRES werden auch in den Zusammenhang mit Krankheiten gebracht, so scheint der Funktionsverlust eines IRES-Elements auf der mRNA des Connexin 32-Gens eine Hauptursache der Charcot-Marie-Tooth-Krankheit zu sein.[3]
Die Mechanismen der viralen IRES sind umfangreicher charakterisiert als die eukaryotischen.[4] Das IRES des Hepatitis-C-Virus bindet direkt an die P-Stelle der 40S-ribosomale Untereinheit, daher benötigen diese IRES keine eukaryotischen Initiationsfaktoren wie eIF1, 1A, 4A, 4B und 4E. Die Picornavirus-IRES bindet über eIF4 an die 40S-Untereinheit.[5] Manche viralen und eukaryotischen IRES benötigen weitere zelluläre Proteine, die als IRES-trans-acting factors (ITAFs) bezeichnet werden.
Virale IRES |
Sekundärstrukturen der IRES im RNA-Genom des Poliovirus
Einige RNA-Viren besitzen ebenfalls eine IRES, um die Produktion von viralen Proteinen unabhängig von zellulären Faktoren zu starten. Dies gilt beispielsweise für das Hepatitis-C-Virus und für die Picornaviren (z. B. Poliovirus). Beim Poliovirus wurde die IRES-Struktur auch erstmals entdeckt, da es in der Zellkultur die Synthese von zellulären Proteinen vollständig zugunsten der viralen Produkte blockiert. Dies wird durch eine Spaltung des Initiationsfaktors eIF4G durch virale Enzyme erreicht, wodurch dann nur noch mRNAs mit IRES, also vorwiegend die Virus-RNA, in Protein umgeschrieben werden können. Eine Variante der IRES kommt bei Dicistroviridae vor.[6]
Typen |
| Virus | IRES |
| Poliovirus | Picornavirus IRES |
| Rhinovirus | Picornavirus IRES |
| Encephalomyocarditis virus | Picornavirus IRES |
| Foot-and-mouth disease virus | Aphthovirus IRES |
| Hepatitis-A-Virus | Hepatitis A IRES |
| Hepatitis-C-Virus | Hepatitis C IRES |
| Classical swine fever virus | Pestivirus IRES |
| Bovine viral diarrhea virus | Pestivirus IRES |
Friend Murines Leukämievirus | |
| Moloney Murines Leukämievirus (MMLV) | |
| Rous-Sarkom-Virus | |
| Humanes Immundefizienzvirus | |
| Plautia stali intestine virus | Cripavirus internal ribosome entry site (IRES) |
| Rhopalosiphum padi virus | Cripavirus internal ribosome entry site (IRES) |
| Cricket paralysis virus | Cripavirus internal ribosome entry site (IRES) |
| Triatoma virus | Cripavirus internal ribosome entry site (IRES) |
| Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus | Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus IRES |
| Marek's disease virus MDV | 5'Leader IRES and intercistronic IRES in the 1.8-kb family of immediate early transcripts (IRES)1 |
| Proteintyp | Proteine |
| Wachstumsfaktoren | Fibroblast growth factor (FGF-1 IRES and FGF-2 IRES), Platelet-derived growth factor B (PDGF/c-sis IRES), Vascular endothelial growth factor (VEGF IRES), Insulin-like growth factor 2 (IGF-II IRES) |
| Transkriptionsfaktoren | Antennapedia, Ultrabithorax, MYT-2, NF-κB repressing factor NRF, AML1/RUNX1, Gtx homeodomain protein |
| Translationsfaktoren | Eukaryotic initiation factor 4G (elF4G)a, Eukaryotic initiation factor 4Gl (elF4Gl)a, Death associated protein 5 (DAP5) |
| Onkogenes | c-myc, L-myc, Pim-1, Protein kinase p58PITSLRE, p53 |
Transporter/Rezeptoren | Cationic amino acid transporter Cat-1, Nuclear form of Notch 2, Voltage-gated potassium channel |
| Aktivatoren der Apoptose | Apoptotic protease activating factor (Apaf-1) |
| Inhibitoren der Apoptose | X-linked inhibitor of apoptosis (XIAP), HIAP2, Bcl-xL, Bcl-2 |
| Proteine in neuronalen Dendriten | Activity-regulated cytoskeletal protein (ARC), α-subunit of calcium calmodulin dependent kinase II dendrin, Microtubule-associated protein 2 (MAP2), neurogranin (RC3), Amyloid precursor protein |
| Andere | Immunoglobulin heavy chain binding protein (BiP), Heat shock protein 70, β-subunit of mitochondrial H+-ATP synthase, Ornithine decarboxylase, connexins 32 and 43, HIF-1α, APC |
Anwendungen |
IRES-Elemente werden auch im Zuge eines Vektordesigns eingesetzt, beispielsweise für die Coexpression eines Reportergens zur Kontrolle der Transfektions- oder Transduktionseffizienz. Hierbei wird das zu klonierende Gen meistens vor die IRES gesetzt (in 5'-Richtung), das Reportergen dahinter. Die Expression des Reportergens zeigt die Synthese der mRNA in voller Länge an.[7]
Geschichte |
Die IRES wurde erstmals 1988 im RNA-Genom des Poliovirus und des Encephalomyocarditis-Virus in den Laboren von Nahum Sonenberg[8] und Eckard Wimmer beschrieben.[9] Der Vorgang des internen Translationsbeginns wurde als internal initiation of translation bezeichnet.
Weblinks |
- Iresite.org
Einzelnachweise |
↑ S. R. Thompson: Tricks an IRES uses to enslave ribosomes. In: Trends in microbiology. Band 20, Nummer 11, November 2012, S. 558–566, ISSN 1878-4380. doi:10.1016/j.tim.2012.08.002. PMID 22944245. PMC 3479354 (freier Volltext).
↑ A. A. Komar, B. Mazumder, W. C. Merrick: A new framework for understanding IRES-mediated translation. In: Gene. Band 502, Nummer 2, Juli 2012, S. 75–86, ISSN 1879-0038. doi:10.1016/j.gene.2012.04.039. PMID 22555019. PMC 3361623 (freier Volltext).
↑ A. Huddler, R. Werner: Analysis of a Charcot-Marie-Tooth Disease Mutation Reveals an Essential Internal Ribosome Entry Site Element in the Connexin-32 Gene.
↑ López-Lastra M, Rivas A, Barría MI: Protein synthesis in eukaryotes: the growing biological relevance of cap-independent translation initiation. In: Biol. Res.. 38, Nr. 2–3, 2005, S. 121–46. PMID 16238092.
↑ abc Hellen CU, Sarnow P: Internal ribosome entry sites in eukaryotic mRNA molecules. In: Genes Dev.. 15, Nr. 13, 2001, S. 1593–612. doi:10.1101/gad.891101. PMID 11445534.
↑ E. Jan: Divergent IRES elements in invertebrates. In: Virus research. Band 119, Nummer 1, Juli 2006, S. 16–28, ISSN 0168-1702. doi:10.1016/j.virusres.2005.10.011. PMID 16307820.
↑ Kozak M: A second look at cellular mRNA sequences said to function as internal ribosome entry sites. In: Nucleic Acids Res.. 33, Nr. 20, 2005, S. 6593–602. doi:10.1093/nar/gki958. PMID 16314320. PMC 1298923 (freier Volltext).
↑ Pelletier J, Sonenberg N: Internal initiation of translation of eukaryotic mRNA directed by a sequence derived from poliovirus RNA. In: Nature. 334, Nr. 6180, 1988, S. 320–5. doi:10.1038/334320a0. PMID 2839775.
↑ Jang SK, Kräusslich HG, Nicklin MJ, Duke GM, Palmenberg AC, Wimmer E: A segment of the 5' nontranslated region of encephalomyocarditis virus RNA directs internal entry of ribosomes during in vitro translation. In: J. Virol.. 62, Nr. 8, August 1988, S. 2636–43. PMID 2839690. PMC 253694 (freier Volltext).
