DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007

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