Gene zum Schweigen gebracht - der faszinierende Mechanismus der RNA-Interferenz

Nicht jedes Gen tut, was gut für den Körper ist. Doch wie schaltet man es ab? Und wie kann man es so gezielt "stummschalten", dass keine unerwarteten Effekte auftreten? Das Zauberwort heißt RNA-Interferenz. Für die Entdeckung dieses molekularen Mechanismus im Jahr 1998 erhielten Andrew Fire und Craig Mello 2006 den Nobelpreis. Mello fungierte nun auch als wissenschaftlicher Berater für diese Animation. Gezeigt wird, wie sich kleine RNA-Fragmente gezielt verwenden lassen, um Gene stumm zu schalten, also zu verhindern, dass die darin kodierten Proteine im Körper hergestellt werden.

Übersetzung: Claudia Hecker, http://www.claudiahecker.de

Die Elemente der Animation, ob mikro-RNA, Ribosomen oder das Cytoplasma, sind hier genauer erklärt (auf Englisch): http://www.nature.com/nrg/multimedia/...

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0m39s - 1m04s
Wissenschaftler erzielen rasche Fortschritte beim Verständnis der RNA-Interferenz, kurz RNAi. Viele Organismen nutzen die RNAi zur Genkontrolle. Forscher wollen sie vielleicht aber auch zur Therapie einsetzen. Diese Animation zeigt, wie die RNAi funktioniert. An ihr sind zwei wichtige Typen von RNA-Molekülen beteiligt: kleine interferierende oder small interfering siRNAs sowie Mikro-RNAs.

1m04s -- 1m11s
Eukaryotische Zellen, also Zellen mit Zellkern, verfügen über ausgeklügelte Möglichkeiten, die Expression ihrer Gene zu kontrollieren.

1m12s -- 1m26s
Unter anderem sind dabei kleine RNA-Moleküle im Einsatz, die dafür sorgen, dass bestimmte Gene nicht zum Zuge kommen, also ihre Proteine nicht hergestellt werden. Dieses Ruhigstellen von Genen wird als RNA-Interferenz, kurz RNAi, bezeichnet.

1m30s -- 1m52s
Die meisten Gene des Zellkerns, die für Proteine kodieren, werden durch die RNA-Polymerase II von DNA in RNA umgeschrieben. Das entstandene RNA-Transkript wird dann mittels Spleißen weiterbearbeitet und als reife Boten- oder Messenger-RNA, kurz mRNA, vom Zellkern ins Zytoplasma transportiert.

1m53s -- 2m06s
Hier katalysieren Ribosomen die Translation der mRNA in Polypeptidketten, und schließlich falten sich diese Ketten zu Proteinen. Im Zytoplasma entfalten aber auch die kleinen RNA-Moleküle ihre unterdrückende Wirkung.

2m09s -- 2m30s
Es existieren verschiedene Typen kleiner regulatorischer RNA-Moleküle. Die small interfering RNAs oder siRNAs stammen von längeren doppelsträngigen RNAs, welche die Zelle selbst herstellt. Forscher können solche Moleküle aber auch von außen in die Zelle einschleusen.

2m32s -- 2m46s
Eine weitere Form der regulatorischen RNAs sind MikroRNAs oder miRNAs. Die meisten stammen von RNA-Molekülen. Dann werden sie gefaltet, weiter bearbeitet und schließlich als doppelsträngige Vorläufer-Mikro-RNA ins Cytoplasma transportiert.

2m48s -- 3m03s
Die doppelsträngigen Vorläufer von miRNAs und siRNAs binden an ein Enzym namens Dicer. Dieser „Häcksler" ist eine Endonuklease, die die RNA in kurze Fragmente schneidet. Die meisten siRNAs und miRNAs haben schließlich eine Länge von etwa 21 Nukleotiden.

3m04s -- 3m25s
Die kurzen doppelsträngigen RNA-Fragmente binden dann an Argonauten-Proteine. Dort werden sie entwunden und in Einzelstränge gespalten. Der Leitstrang bleibt an das Argonautenprotein gebunden, der andere wird abgebaut. Den entstandenen Zusammenschluss aus RNA, Argonautenprotein sowie weiteren Proteinen bezeichnen die Forscher als "RNA-induzierten Stummschaltungskomplex", kurz RISC.

3m28s -- 3m39s
Die siRNAs sorgen dafür, dass der Enzymkomplex RISC an spezifische mRNAs bindet. Diese Bindung ist sehr präzise, da die Basenfolge von siRNA genau zu derjenigen der Ziel-mRNA passt.

3m42s -- 3m55s
Oft sind siRNAs sogar perfekt komplementär zu ihrer Zielsequenz auf der mRNA. Sobald die Bindung erfolgt ist, katalysiert das Argonauten-Protein die Spaltung der mRNA. Die mRNA, aus der eigentlich ein Protein hätte entstehen sollen, wird nun abgebaut.

4m00 -- 4m16s
Auch Mikro-RNAs lotsen RISCs zu mRNAs. Normalerweise verbinden sich aber nur die Seed-Regionen der Mikro-RNA mit der Ziel-mRNA. Das macht es den Mikro-RNAs leicht: Die Unschärfe der Bindung erlaubt es ihnen, an Hunderte unterschiedlicher endogener RNAs zu binden und diese außer Gefecht zu setzen.

4m19s -- 4m25s
Nun sorgt die miRNA dafür, dass die mRNA entweder zerschnitten und abgebaut wird oder zumindest nicht als Vorlage für Proteine dient.


Deutsche Sprecherin: Maike Pollmann