Was ein kleiner Nematode über unsere Gene verrät

Gene stumm geschaltet

RNA-Interferenz: Das Enzym Dicer zerlegt die doppelsträngige RNA in kleinere Schnipsel. Diese werden vom Enzymkomplex RISC gebunden und zu Einzelsträngen entwunden. Der Einzelstrang bindet dann an die passende mRNA-Sequenz, die schließlich abgebaut wird. Bild vergrößern
RNA-Interferenz: Das Enzym Dicer zerlegt die doppelsträngige RNA in kleinere Schnipsel. Diese werden vom Enzymkomplex RISC gebunden und zu Einzelsträngen entwunden. Der Einzelstrang bindet dann an die passende mRNA-Sequenz, die schließlich abgebaut wird.

Doch wie können die Zellbiologen überhaupt einzelne Gene gezielt ausschalten? Normalerweise wird im Zellkern, wenn ein bestimmtes Protein hergestellt werden soll, zunächst eine Abschrift des entsprechenden Gens angefertigt. Man bezeichnet diesen Prozess als Transkription. Dabei entsteht eine einzelsträngige Boten- oder mRNA, mit der entgegengesetzten homologen Basenabfolge. Die mRNA wandert zu den Proteinfabriken der Zelle, den Ribosomen, wo sie abgelesen wird und ihrer Bauanleitung folgend die Proteine entstehen. Schon Ende der 1980er-Jahre hatte man bei Pflanzen beobachtet, dass die mRNA –noch ganz kurz vor dem Ablesen durch ein homologes RNA-Stückchen abgefangen werden kann: Diese einzelsträngige „antisense-RNA“ paart sich dabei mit der passenden mRNA zu einem funktionslosen Doppelstrang. Das Protein kann nicht mehr hergestellt werden, das Gen wird quasi stumm geschaltet. Forscher sprechen deshalb auch vom gene silencing.

Die beiden Amerikaner Andrew Fire und Craig Mello fanden heraus, dass es sich beim gene silencing, auch „RNA-Interferenz“ (RNAi) genannt, nicht um eine Absonderlichkeit im Stoffwechsel pflanzlicher Zellen handelt, sondern um einen grundlegenden Mechanismus der Gen-Regulation. 2006 wurden sie dafür mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet. Und wieder war es der kleine Laborwurm C. elegans, der den Forschern weiterhalf: An ihm konnten Craig und Mello zeigen, dass nicht einzelsträngige, sondern doppelsträngige RNA-Schnipsel die sequenzgleiche Boten-RNA in den Wurmzellen blockiert. Ein zellulärer Häcksler, das Enzym Dicer, zerlegt diese doppelsträngigen RNA-Moleküle in kleinere Schnipsel aus etwa 20 Nukleotidbausteinen. Diese Schnipsel werden dann von einem Komplex aus verschiedenen Enzymen (RISC) aufgenommen, in Einzelstränge zerlegt und mit der entsprechenden Boten-RNA gepaart. Der funktionslose Doppelstrang wird schließlich von der Zelle abgebaut.

Um RNA-Interferenz auszulösen, genügen schon einige wenige RNA-Moleküle. Jedes Mal, wenn der Enzymkomplex eine neue RNA spaltet, wird er nämlich mit einem kurzen RNA-Molekül regeneriert, sodass ein am Anfang doppelsträngiges RNA-Molekül katalytisch viele komplementäre RNAs zerstören kann. Außerdem können die bei der Spaltung erzeugten RNA-Schnipsel durch andere Enzyme in der Zelle verdoppelt werden. Diese Vermehrung stellt sicher, dass die RNA-Interferenz, einmal gestartet, auch dann weiter wirken kann, wenn die auslösende RNA abgebaut wurde. So können etwa Tochterzellen die RNA-Interferenz weiterführen, die in der Mutterzelle eingeleitet wurde.

Zur Redakteursansicht
loading content