IRES
IRESとは、Internal Ribosome Entry Siteの略であり、内部リボソーム進入部位、または配列内リボソーム進入部位と訳されるRNAエレメントです。通常の真核生物におけるタンパク質合成の開始は、mRNAの5'末端にあるキャップ構造が翻訳開始複合体に認識されることから始まりますが、IRESはキャップ構造に依存することなく、mRNAの内部から直接リボソームをリクルートして翻訳を開始させる特殊な機能を持っています。IRESは多くの場合、mRNAの5'非翻訳領域（5'UTR）に存在しますが、それ以外の位置に見られることもあります。
IRES配列が初めて発見されたのは1988年のことで、ナフム・ゾネンバーグの研究室がポリオウイルス（PV）のRNAゲノム内に、そしてエッカード・ウィマーの研究室が脳心筋炎ウイルス（EMCV）のRNAゲノム内にそれぞれ見出しました。これらの発見は、真核生物のリボソームがキャップ構造を介さずに直接RNA配列に結合し、翻訳を開始しうることを示し、キャップ非依存的な翻訳開始機構として認識されるようになりました。IRESエレメントは多様な二次構造や三次構造を持つことが示されていますが、全てのIRESに共通する特定の一次構造や二次構造上の特徴は、これまでのところ明らかになっていません。近年では、一つの遺伝子操作ベクターから複数の異なるタンパク質（例えば、目的遺伝子と蛍光マーカー遺伝子）を発現させる技術として、IRES配列を遺伝子の間に挿入する手法が分子生物学の分野で広く利用されています。
IRESは主にRNAウイルスの5'UTRに位置しており、これによりウイルスのRNAはキャップ非依存的に翻訳されることが知られています。しかし、ダイシストロウイルス科（Dicistroviridae）に属するウイルスのように、一つのmRNAが二つの異なるオープンリーディングフレーム（ORF）を持ち、それぞれの翻訳が別々のIRESによって制御されている例も存在します。ウイルス以外にも、哺乳類細胞の一部のmRNAにもIRESが存在することが示唆されています。これらの細胞性IRESエレメントを持つmRNAは、細胞がストレスを受けた際の生存応答や、その他の細胞生存に不可欠なプロセスに関わる遺伝子をコードしていると考えられています。2009年9月時点の報告では、60種類の動物ウイルス、8種類の植物ウイルスに加えて、115種類の細胞性mRNA配列にIRESエレメントが確認されています。
IRESは特に、宿主細胞のタンパク質合成が阻害されている状況下で、ウイルスの翻訳活性を維持するための戦略として頻繁に用いられます。宿主の翻訳阻害メカニズムはウイルスの種類によって異なりますが、ポリオウイルスのようなピコルナウイルスの多くは、翻訳開始因子であるeIF4Gを切断することで宿主のキャップ依存的翻訳を阻害します。eIF4Gはキャップ結合タンパク質eIF4Eなどと複合体を形成し、mRNAの5'末端へのリボソームリクルートに必須ですが、切断されたeIF4Gの一部はウイルスIRESによる翻訳開始には利用されうると考えられています。一方、細胞自身もIRESを利用して、有糸分裂やプログラム細胞死（アポトーシス）などの際に特定のタンパク質の翻訳を増加させることがあります。例えば、有糸分裂中にはeIF4Eが脱リン酸化され、キャップへの親和性が低下するため、リボソームがIRESを持つmRNAへ誘導されると考えられています。アポトーシスにおいても、eIF4Gの切断が起こり全体の翻訳レベルが低下する中で、特定の細胞死関連遺伝子をコードするIRES mRNAの翻訳が維持されることがあります。
IRESによる翻訳開始のメカニズムについては、ウイルスのIRESの方が細胞性のIRESよりも詳細に研究されていますが、細胞性IRESのメカニズムについてはまだ議論の余地があります。例えば、C型肝炎ウイルス（HCV）型のIRESは、40Sリボソームサブユニットに直接結合し、開始コドンをスキャニングなしにリボソームのP部位に配置することが知られています。このタイプのIRESは、eIF2、eIF3、eIF5、eIF5Bといった翻訳開始因子を必要としますが、eIF1、eIF1A、eIF4F複合体は不要です。対照的に、ピコルナウイルスのIRESは40Sサブユニットに直接結合せず、代わりにeIF4G上の結合部位にリクルートされます。また、多くのウイルスのIRESや一部の細胞性IRESは、IRES trans-acting factors（ITAF）と呼ばれる他のタンパク質の助けを借りて機能を発現することが示されています。ITAFがIRESの機能において果たす具体的な役割については、現在も研究が進行中です。
特定のRNA配列がIRES活性を持つかどうかの評価には、バイシストロニックレポーターコンストラクトという手法が一般的に用いられます。この方法では、真核細胞での発現ベクター中に、二つの異なるレポータータンパク質をコードする領域（ORF）の間に評価したいRNA配列を挿入します。発現させると、上流のレポーターORFは通常のキャップ依存的な翻訳によって合成されますが、もし挿入した配列にIRES活性があれば、下流のレポーターORFはIRESから翻訳が開始され合成されます。したがって、二つのレポータータンパク質の合成比率を見ることでIRES活性を評価できるという原理です。しかし、このバイシストロニックレポーターアッセイの結果を解釈する際には注意が必要です。過去には、IRES活性があると報告された配列が、実際にはプロモーター活性を持っていたり、あるいは配列内にスプライシング部位が含まれており、それがIRESのように見かけ上の活性を引き起こしていたという事例も報告されています。
IRES配列が初めて発見されたのは1988年のことで、ナフム・ゾネンバーグの研究室がポリオウイルス（PV）のRNAゲノム内に、そしてエッカード・ウィマーの研究室が脳心筋炎ウイルス（EMCV）のRNAゲノム内にそれぞれ見出しました。これらの発見は、真核生物のリボソームがキャップ構造を介さずに直接RNA配列に結合し、翻訳を開始しうることを示し、キャップ非依存的な翻訳開始機構として認識されるようになりました。IRESエレメントは多様な二次構造や三次構造を持つことが示されていますが、全てのIRESに共通する特定の一次構造や二次構造上の特徴は、これまでのところ明らかになっていません。近年では、一つの遺伝子操作ベクターから複数の異なるタンパク質（例えば、目的遺伝子と蛍光マーカー遺伝子）を発現させる技術として、IRES配列を遺伝子の間に挿入する手法が分子生物学の分野で広く利用されています。
IRESは主にRNAウイルスの5'UTRに位置しており、これによりウイルスのRNAはキャップ非依存的に翻訳されることが知られています。しかし、ダイシストロウイルス科（Dicistroviridae）に属するウイルスのように、一つのmRNAが二つの異なるオープンリーディングフレーム（ORF）を持ち、それぞれの翻訳が別々のIRESによって制御されている例も存在します。ウイルス以外にも、哺乳類細胞の一部のmRNAにもIRESが存在することが示唆されています。これらの細胞性IRESエレメントを持つmRNAは、細胞がストレスを受けた際の生存応答や、その他の細胞生存に不可欠なプロセスに関わる遺伝子をコードしていると考えられています。2009年9月時点の報告では、60種類の動物ウイルス、8種類の植物ウイルスに加えて、115種類の細胞性mRNA配列にIRESエレメントが確認されています。
IRESは特に、宿主細胞のタンパク質合成が阻害されている状況下で、ウイルスの翻訳活性を維持するための戦略として頻繁に用いられます。宿主の翻訳阻害メカニズムはウイルスの種類によって異なりますが、ポリオウイルスのようなピコルナウイルスの多くは、翻訳開始因子であるeIF4Gを切断することで宿主のキャップ依存的翻訳を阻害します。eIF4Gはキャップ結合タンパク質eIF4Eなどと複合体を形成し、mRNAの5'末端へのリボソームリクルートに必須ですが、切断されたeIF4Gの一部はウイルスIRESによる翻訳開始には利用されうると考えられています。一方、細胞自身もIRESを利用して、有糸分裂やプログラム細胞死（アポトーシス）などの際に特定のタンパク質の翻訳を増加させることがあります。例えば、有糸分裂中にはeIF4Eが脱リン酸化され、キャップへの親和性が低下するため、リボソームがIRESを持つmRNAへ誘導されると考えられています。アポトーシスにおいても、eIF4Gの切断が起こり全体の翻訳レベルが低下する中で、特定の細胞死関連遺伝子をコードするIRES mRNAの翻訳が維持されることがあります。
IRESによる翻訳開始のメカニズムについては、ウイルスのIRESの方が細胞性のIRESよりも詳細に研究されていますが、細胞性IRESのメカニズムについてはまだ議論の余地があります。例えば、C型肝炎ウイルス（HCV）型のIRESは、40Sリボソームサブユニットに直接結合し、開始コドンをスキャニングなしにリボソームのP部位に配置することが知られています。このタイプのIRESは、eIF2、eIF3、eIF5、eIF5Bといった翻訳開始因子を必要としますが、eIF1、eIF1A、eIF4F複合体は不要です。対照的に、ピコルナウイルスのIRESは40Sサブユニットに直接結合せず、代わりにeIF4G上の結合部位にリクルートされます。また、多くのウイルスのIRESや一部の細胞性IRESは、IRES trans-acting factors（ITAF）と呼ばれる他のタンパク質の助けを借りて機能を発現することが示されています。ITAFがIRESの機能において果たす具体的な役割については、現在も研究が進行中です。
特定のRNA配列がIRES活性を持つかどうかの評価には、バイシストロニックレポーターコンストラクトという手法が一般的に用いられます。この方法では、真核細胞での発現ベクター中に、二つの異なるレポータータンパク質をコードする領域（ORF）の間に評価したいRNA配列を挿入します。発現させると、上流のレポーターORFは通常のキャップ依存的な翻訳によって合成されますが、もし挿入した配列にIRES活性があれば、下流のレポーターORFはIRESから翻訳が開始され合成されます。したがって、二つのレポータータンパク質の合成比率を見ることでIRES活性を評価できるという原理です。しかし、このバイシストロニックレポーターアッセイの結果を解釈する際には注意が必要です。過去には、IRES活性があると報告された配列が、実際にはプロモーター活性を持っていたり、あるいは配列内にスプライシング部位が含まれており、それがIRESのように見かけ上の活性を引き起こしていたという事例も報告されています。
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