DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007

RNA-Interferenz – Stummschalten von Genen
Dr. Thomas J. Reitinger, Abt. 1.44
Die Entdeckung der RNA-Interferenz durch die amerikanischen Nobelpreisträger für Physiologie oder
Medizin Prof. Craig Mello und Prof. Andrew Fire eröffnen neue, revolutionierende Möglichkeiten in der
biomedizinischen Forschung durch schnellere Entschlüsselung der Funktion einzelner, spezieller Gene
im Organismus. Damit ist man der Aufklärung der Ursachen und damit der Verhinderung von Krankheiten
durch Entwicklung neuer Medikamente ein großes Stück nähergekommen.
1. Einleitung
In den vergangenen Jahren sind immense Anstrengungen
unternommen worden, bei einer Vielzahl von Spezies
deren gesamtes Erbgut (Genom), welches als
Desoxyribonukleinsäure (DNA), bzw. bei einigen Viren als
Ribonukleinsäure (RNA) vorliegt, zu analysieren. Auch das
menschliche Genom wurde im Rahmen des
internationalen Humangenomprojekts [1] [2] [3] vollständig
sequenziert. Das Chromosom 1 wurde als Letztes der 23
menschlichen Chromosomenpaare in den Jahren
2005/2006 mit einer Genauigkeit von 99,99 Prozent
entschlüsselt [4]. Die gefundenen Gensequenzen lassen
jedoch keine Rückschlüsse für das Verständnis der
biochemischen, biologischen bzw. pharmakologischen
Zusammmenhänge im Organismus zu. Dazu bedarf es
weiterer Informationen, insbesondere die Funktion der
Genprodukte betreffend. Als Genprodukte sind
weitestgehend Proteine zu verstehen, welche vom Genom
einer Spezies codiert werden (functional genomics).
Die Technologie der RNA-Interferenz macht es nun
möglich, die Analyse der Funktion dieser Proteine, welche
für die Diversität der Organismen verantwortlich sind,
wesentlich schneller und einfacher durchzuführen, als es
mit bisherigen Methoden möglich war.
Das Prinzip der RNA-Interferenz beruht darauf, dass
doppelsträngige RNA sequenzspezifisch die
Genexpression (bzw. die Biosynthese von RNAs und
Proteinen aus genetischen Informationen) in Zellen
und/oder in ganzen Organismen dadurch blockiert, dass
Messenger-RNA (mRNA) in einem komplexen
Mechanismus zerhäckselt bzw. zerschnitten wird.
2. Grundlagen
Die Umwandlung genetischer Information in Proteine
erfolgt in einem strikt geregelten Prozess, da die Vielzahl
der Genprodukte (hauptsächlich Proteine) niemals
ubiquitär und kontinuierlich im Organismus benötigt wird.
Die Gen verschlüsselnde doppelsträngige
Desoxyribonukleinsäure (dsDNA) wird zunächst in
einsträngige Ribonukleinsäure (ssRNA) transkribiert.
Dieser Vorgang läuft bei Eukaryoten und Prokaryoten
prinzipiell gleich. Das primäre RNA-Transkript unterliegt
anschließend verschiedenen Entwicklungsstufen wie
beispielsweise das Herausschneiden von nichtcodierenden
Introns (Splicing). Am Ende der Transkription
wird die dann entstandene „reife“ Boten-RNA (messenger-
RNA, kurz mRNA) in die korrespondierenden Proteine
übersetzt (translatiert), welche dann, je nach Funktion, in
verschiedenen Kompartimenten der Zelle als metabolische
Enzyme, Rezeptoren, Transport- und Speichermoleküle,
molekulare Motoren, Gerüstsubstanzen, Regulatoren,
Reservestoffe, Hormone etc. dienen und dort reifen, um
ihre physiologischen Funktionen zu erreichen [5].
Im Hinblick auf die komplexen Transformationen und
Entwicklungsstufen bei der Biosynthese von Proteinen aus
genetischen Informationen werden seit langem intensiv
Verfahren zur deren Funktionscharakterisierung erforscht
und entwickelt. Die bisherigen Methoden waren meistens
sehr arbeits- und kostenintensiv.
Bewährte Verfahren zur Aufklärung der Funktion von
Proteinen waren bisher so genannte
Ausschaltexperimente (knock-out experiments). Hierbei
wird der Phänotyp von Zell- und Gewebekulturen oder von
ganzen Organismen, welche nicht in der Lage sind, ein
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