DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007

Einzelstränge zerlegt (Figur 2, D). Je einer davon
verbindet sich danach mit Proteinen zum RNAinduzierenden
Silencing Complex RISC (Figur 2, E),
welcher unter ATP-Verbrauch mit Hilfe einer Helicase die
siRNAs entwindet und mRNAs mit komplementären
Abschnitten einfängt [39]. Stimmt deren Sequenz fast
perfekt mit der Vorlage überein, wird das gefangene
mRNA-Molekül durch das Enzym SLICER (Hobel) des
RISC-Komplexes mittig durchschnitten und damit
funktionslos gemacht. Das von dieser mRNA kodierte
Protein kann dann nicht mehr synthetisiert werden. Für
den Fall, dass die Ziel-mRNA nur teilweise mit der im
RISC-Komplex eingebundenen siRNA übereinstimmt, hält
der RISC-Komplex die Ziel-mRNA lediglich fest, sodass
die Ribosomen bei der Proteinsynthese auf der mRNA
blockiert werden und ebenfalls kein Protein gebildet
werden kann (Figur 2, F). Dabei basiert die hohe
Effektivität des RNAi-Mechanismus auf weiteren
Vervielfachungsschritten, bei denen die siRNA-Fragmente
als Muster zur Bildung weiterer zusätzlicher dsRNA
dienen. Je nach Eigenschaften der dsRNA bzw. je nach
Organismus kann der RNAi-Mechanismus zusätzliche
Effekte auf Transkriptions- oder auf Translationsebene
haben. Doppelsträngige RNAs mit nichttranskribierenden
Bereichen wie beispielsweise Introns und Promotoren sind
ohne Effekt [15]. Ein etwas detaillierteres molekulares
bzw. zelluläres Modell des RNAi-Mechanismus wird in [66]
beschrieben.
Im Lichte der (weitgehenden) Aufklärung der RNAi-
Mechanismen wurde auch eine Vielzahl neuer
regulatorischer RNA-Spezies identifiziert, die man unter
dem Begriff miRNAs (microRNAs) subsumierte [43] [44]
[45] [46]. Wie in Figur 3 dargestellt, funktionieren diese mit
den Methoden der Bioinformatik nur schwer
nachweisbaren miRNAs in einem zellulären System nach
einem sehr ähnlichen Mechanismus wie bei der RNA-
Interferenz [37] [42], so dass man siRNA und miRNA
gleichsam als „molekulare Geschwister“ bezeichnen kann.
Figur 3: Basismodell der miRNA-Expression und Aktivierung; in
Anlehnung an [42].
miRNA-Gene (Figur 3, G) werden im Zellkern (Nucleus)
von einer bisher nicht näher charakterisierten Polymerase
zu mehreren tausend Nukleotid langen Vorläufer-RNAs
(pri-miRNA) (Figur 3, H) transkribiert, die mit Hilfe der
dsRNA-spezifischen Ribonuklease Drosha
haarnadelförmige, etwa 70 Nukleotid lange Strukturen
ausbilden (pre-miRNA) (Figur 3, K). Diese pre-miRNAs
verlassen den Zellkern und werden im Cytosol durch die
Ribonuclease DICER auf ihre endgültige Länge von ca.
19-23 Nucleotiden zu miRNAs gestutzt. Diese werden wie
auch im Falle der siRNA anschließend in einen RISCartigen
Komplex gebunden (Figur 3, L). Im Gegensatz zu
den siRNAs können miRNAs häufig nicht in ihrer ganzen
Länge mit der Ziel-mRNA hybridisieren, vielmehr bilden sie
mittig, dort wo normalerweise das Enzym SLICER die ZielmRNA
schneiden würde, eine Ausbuchtung von
ungepaarten Nukleotidbasen (Figur 3, M). Dies hat zur
Folge, dass die Ziel-mRNA bei der Translation lediglich
gehemmt wird, während im Fall der siRNAs die Ziel-mRNA
zerschnitten und somit die Translation komplett
ausgeschaltet wird. In Analogie zu den pre-miRNAs
können im Übrigen auch andere haarnadelförmige RNAs
(hairpin-RNAs) synthetisch hergestellt werden [63].
5. Therapeutisches Potential der RNA-
Interferenz
Im Rahmen der Identifizierung bzw. Aufklärung der
verschiedenen siRNAs und miRNAs und weiterer
regulatorischer RNAs in zahlreichen verschiedenen
Organismen kann angenommen werden, dass es sich bei
der RNA-Interferenz um einen der ältesten natürlichen in
Erfinderaktivitäten 2006/2007 47