RNA-Interferenz 1998 – Die Expression eines Zielgens ausschalten

Die Wissenschaftsjournalistin Kat Arney schreibt:

„Ein kleiner, durchsichtiger Wurm erscheint als ungewöhnlicher Akteur in einer der spannendsten Wissenschaftsgeschichten des späten zwanzigsten Jahrhunderts. Doch ohne diese winzigen Würmer, die Wissenschaftler als Caenorhabditis elegans kennen, hätten die amerikanischen Biologen Andrew Fire und Craig Mello den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2006 nicht erhalten.“

Zum Hintergrund: Gene werden durch die DNA (Desoxyribonukleinsäure) in den Chromosomen unserer Zellen bestimmt. Die Information der DNA kann in mRNA(Boten-Ribonukleinsäure) kopiert werden; anschließend können mithilfe der Information in der mRNA Proteine synthetisiert werden. Im Jahr 1998 beschrieben Fire, Mello und ihre Kollegen eine Methode, mit der sie bestimmte Genaktivitäten gezielt unterdrücken konnten, nachdem sie Würmer im Rahmen eines als RNA-Interferenz (RNAi) bezeichneten Vorgangs geeigneten RNA-Sequenzen ausgesetzt hatten.

• Bei Organismen wie Pflanzen, Fruchtfliegen und Würmern lässt sich RNAi im Labor durch lange doppelsträngige RNA-Moleküle (dsRNA) auslösen, die einem auszuschaltenden Zielgen entsprechen. 
• Nach dem Eintritt in die Zellen werden die dsRNA-Moleküle durch ein dort vorhandenes Enzym namens Dicer in kleinere interferierende RNA-Moleküle (small interfering RNA, siRNA) zerlegt. 
• Die siRNA-Moleküle lagern sich zu RNA-induzierten Silencing-Komplexen (RISC, Proteinkomplexe, die das Protein Argonaute enthalten) zusammen. 
• Mithilfe von Argonaute greifen die RISC anschließend mRNA-Moleküle an, die den siRNA-Sequenzen entsprechen, spalten und zerstören sie und schalten so die Expression des Zielgens aus. 

Wissenschaftler verwenden bei Säugetieren keine langen dsRNA-Moleküle, da diese als fremdes genetisches Material erkannt werden und eine starke Immunreaktion auslösen. Sie können jedoch RNAi-Experimente bei Säugetieren durchführen, indem sie Dicer umgehen und kürzere, geeignete siRNA-Moleküle einsetzen.

Normale menschliche Zellen nutzen RNAi wahrscheinlich zur Abwehr von Viren – wie es bei Pflanzen und wirbellosen Tieren beobachtet wird – und zur Steuerung der Genexpression und der Zellentwicklung. Dabei ist zu beachten, dass MikroRNAs kurze RNA-Abschnitte sind, die natürlicherweise in Zellen entstehen. Forschende hoffen, RNAi für medizinische Behandlungen einsetzen zu können, darunter die Kontrolle von Krebs durch das Ausschalten von Genen in Tumorzellen, die Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen und antivirale Therapien.

Beschreibung der Abbildung zum Beitrag: Forschende beschrieben erstmals den Einsatz von RNA-Interferenz zur gezielten Unterdrückung bestimmter Gene im Wurm Caenorhabditis elegans. Die Abbildung zeigt das Vorhandensein zweier Proteine in einem lebenden Exemplar, sichtbar gemacht durch konfokale Fluoreszenzmikroskopie.

Im Text erwähnte historische Persönlichkeiten: Andrew Zachary Fire (geb. 1959), Craig Cameron Mello (geb. 1960)

• Vorheriges Thema: DNR, Do Not Resuscitate 1991 – Das Recht, nicht wiederbelebt zu werden
• Nächstes Thema: Roboterchirurgie 2000 – Die neue Generation von Chirurgen im Operationssaal