DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007
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Als Ende 1998 Kennderell und Carthew [29] zeigen<br />
konnten, dass doppelsträngige RNA (dsRNA) auch Gene<br />
der Fruchtfliege Drosophila melanogaster ausschalten<br />
konnte, war offensichtlich, dass die RNA-Interferenz die<br />
Möglichkeit eröffnete, jedes beliebige Gen verschiedener<br />
Organismen stillzulegen.<br />
Vor dem Hintergrund dieser die Gentechnik offensichtlich<br />
revolutionierenden wissenschaftlichen Befunde<br />
konzentrierte sich die weitere Forschung auf die Ermittlung<br />
des genauen Mechanismus der RNA-Interferenz (RNAi).<br />
4. Der RNAi-Mechanismus<br />
Der RNAi-Mechanismus ist noch nicht vollständig geklärt.<br />
Innerhalb weniger Jahre nach der Entdeckung der RNA-<br />
Interferenz wurden auf molekularer Ebene deren<br />
wichtigste Komponenten erkannt und die Funktionsweise<br />
zumindest in einem Basismodell [30], welches immer<br />
weitere Bestandteile erhält und immer besser verstanden<br />
wird, geklärt.<br />
Bei der Suche nach molekularen Komponenten, die am<br />
RNAi-Mechanismus beteiligt sind, wurden verschiedene<br />
Enzyme wie Helikasen [31], RNase III Homologe [32] und<br />
die RNA-abhängige RNA-Polymerase (RdRP) [33]<br />
identifiziert. Darüber hinaus wurden überraschender Weise<br />
die dsRNA und nicht etwa die mRNA, sondern kleine, etwa<br />
20 bis 23 Basenpaare (bp) große Fragmente dieser mRNA<br />
gefunden [34]. Diese mRNA-Bruchstücke wurden siRNAs<br />
(small interfering RNAs) genannt. Es konnte gezeigt<br />
werden, dass diese kleinen doppelsträngigen RNAs mit 21<br />
Basenpaaren und einem 2-nt 3´ Überhang am effektivsten<br />
RNA-Interferenz in Drosophila (in-vitro) aber auch in<br />
Säugerzellen induzieren können [35]. Letzteres gelang<br />
Fire et al. nicht mit langer dsRNA (> 30 Basenpaare), da<br />
diese ursächlich zu einer unspezifischen Inhibition der<br />
Translation durch Interferon-Ausschüttung in Säugerzellen<br />
und damit zur Apoptose führt [36] [47].<br />
Hannon et al. konnten 2001 zeigen [32], dass in<br />
Drosophila ein Enzym für die Fragmentierung ursprünglich<br />
eingebrachter doppelsträngiger RNA (dsRNA) in 21 bp<br />
lange dsRNA (siRNA) verantwortlich ist. Aufgrund seiner<br />
„Zerhacker-Funktion“ wurde es als DICER bezeichnet.<br />
Dieses Enzym ist eine Endonuclease und enthält u.a. ein<br />
RNase-Homolog zur bakteriellen RNase III fusioniert mit<br />
einer Helikasendomäne. DICER wurde neben Drosophila<br />
mittlerweile auch in vielen Eukaryoten, Zebrafischen, und<br />
Mäusen nachgewiesen [40] [41].<br />
Die zusätzliche Entdeckung des Proteinkomplexes RISC<br />
(RNA-induced silencing complex), ein Komplex aus siRNA<br />
und Proteinen der Argonaut-Familie, in Drosophila durch<br />
Hannon et al. [38], führten zu einem Basismodell des<br />
RNAi-Mechanismus, der in Figur 1 dargestellt ist.<br />
Figur 2: Basismodell des RNAi-Mechanismus; in Anlehnung an<br />
[30].<br />
Ursprünglich in der Zelle oder im Organismus vorhandene<br />
längere doppelsträngige DNA (dsRNA), virale dsRNA-<br />
Moleküle, regulatorische dsRNA-Sequenzen oder von<br />
außen in die Zelle eingebrachte synthetische dsRNAs<br />
(exogene dsRNA) (Figur 2, A) bindet an die Endonuclease<br />
DICER (Häcksler), (Figur 2, B), welches die dsRNA in<br />
kleinere Fragmente von einheitlicher Länge (ca. 21-23 bp)<br />
zerschneidet, sodass zunächst Bruchstücke eines<br />
Komplexes aus DICER und dsRNA entstehen, welche<br />
small interfering ribonucleo-protein-compexes (siRNP)<br />
genannt werden (Figur 2, C). Alle diese „RNA-Schnipsel“,<br />
welche jeweils noch in den siRNP-Komplexen gebunden<br />
sind, werden in einem nächsten Schritt in ihre beiden<br />
46 <strong>Erfinderaktivitäten</strong> <strong>2006</strong>/<strong>2007</strong>