リーディングフレーム

核酸分子の一本の鎖には、5′末端と呼ばれるホスホリル端と、3′末端またはヒドロキシル端がある。これらは5′→3′方向を定義する。この5′→3′方向に読み取れるリーディングフレームは3つあり、それぞれはトリプレットの異なるヌクレオチドから始まる。二本鎖の核酸では、もう一方の相補的な鎖からこの鎖に沿って5′→3′方向に、さらに3つのリーディングフレームを読み取ることができる。二本鎖核酸分子の2本の鎖は逆平行であるため、第2鎖の5′→3′の方向は、第1鎖に沿った3′→5′の方向に対応する。

一般的には、核酸の一部分の中で、生物学的に意味を持つのはせいぜい1つのリーディングフレーム（オープンリーディングフレームと呼ぶ）である。一部のウイルス転写産物は、複数のオーバーラップ（重畳）したリーディングフレームを使って翻訳できる。哺乳類のミトコンドリアDNAで、リーディングフレームがオーバーラップした例が知られている。それはATPaseの2つのサブユニットの遺伝子のコード部分である。

 

DNAは、一連の3つのヌクレオチドコドンによってタンパク質配列をコード化する。したがって、任意のDNA配列は6つの異なる方法で読み取ることができ、1つの方向に3つのリーディングフレーム（異なるヌクレオチドから始まる）と、逆方向に3つのリーディングフレームである。転写の際、RNAポリメラーゼは鋳型DNA鎖を3′→5′方向に読み取るが、mRNAは5′→3′方向に形成される。mRNAは一本鎖であるため3つの可能なリーディングフレームしかなく、そのうちの1つだけが翻訳される。mRNAのリーディングフレームのコドンは、リボソームによって5′→3′方向にアミノ酸へ翻訳され、ポリペプチド鎖が生成される。

オープンリーディングフレーム（open reading frame、ORF）とは、RNAに転写されて、タンパク質に翻訳される可能性のあるリーディングフレームのことである。これには開始コドンから、通常3ヌクレオチドの倍数の長さを持つ後続領域を経て、同一リーディングフレーム内の終止コドンまでの連続したDNA配列を必要とする。

ミトコンドリアや葉緑体のゲノムでは、あるORFが翻訳された結果、推定されるアミノ酸配列が不明のままの場合、対応するオープンリーディングフレームは「未確認のリーディングフレーム（URF）」と呼ばれていた。たとえば、MT-ATP8（英語版）遺伝子は、ヒトのミトコンドリアゲノムの配列が完全に決定されたときに、初めてURF A6Lとして記載された。

 

複数リーディングフレーム（multiple reading frames）を使用すると、オーバラップ遺伝子（英語版）（overlapping gene）が生じる可能性がある。このようなものはウイルス、原核生物、およびミトコンドリアのゲノムに多数存在する可能性がある。B型肝炎ウイルスやBYDV（英語版）などの一部のウイルスは、異なるリーディングフレームの中でいくつかのオーバーラップ遺伝子を使用している。オーバーラップ遺伝子を遺伝子重複（gene duplication）と混同しないよう注意すること。

まれに、mRNAの翻訳中にリボソームがあるフレームから別のフレームに移動することがあり、これを翻訳フレームシフト（英語版）（translational frameshift）と言う。これにより、mRNAの最初の部分は1つのリーディングフレームで翻訳され、後の部分は異なるリーディングフレームで翻訳される。これは、フレームシフト変異とは異なるもので、ヌクレオチド配列（DNAまたはRNA）は変更されず、読み取られるフレームのみが変更される。

• 遺伝情報 (分子生物学)（英語版）
• 方向性 (分子生物学)
• センス (分子生物学)