Erklärt: RNA-Interferenz

Wissenschafts- und Technologiejournalisten sind stolz auf ihre Fähigkeit, komplizierte Ideen auf verständliche Weise zu erklären, aber es gibt einige technische Prinzipien, denen wir in unserer Berichterstattung so oft begegnen, dass es sich anfühlt, als würde man einen großen Teil der Geschichte verpassen, wenn man sie umschreibt oder um sie herum schreibt. In einer neuen Artikelserie mit dem Titel „Explained“ (Erklärt) werden Mitarbeiter des MIT News Office einige der Kernideen in den von ihnen abgedeckten Bereichen erklären, als Referenzpunkte für die zukünftige Berichterstattung über die MIT-Forschung.
Jeder Biologiestudent der High School lernt die Grundlagen, wie Gene exprimiert werden: DNA, der Hauptinformationshüter der Zelle, wird in Boten-RNA kopiert, die Anweisungen für den Aufbau von Proteinen zum Ribosom trägt, dem Teil der Zelle, in dem Proteine zusammengebaut werden.
Aber es stellt sich heraus, dass das Bild viel komplizierter ist als das. In den letzten Jahren haben Biologen eine Vielzahl anderer Moleküle entdeckt, die diesen Prozess fein abstimmen, darunter mehrere Arten von RNA (Ribonukleinsäure). Durch ein natürlich vorkommendes Phänomen, das als RNA-Interferenz bekannt ist, können kurze RNA-Stränge selektiv die Boten-RNA abfangen und zerstören, bevor sie ihre Anweisungen liefert.
Wissenschaftler verfolgen jetzt Krankheitsbehandlungen, die auf der RNA-Interferenz (RNAi) basieren, die die verlockende Möglichkeit bietet, jedes Gen im Körper abzuschalten.
„Mit RNAi haben wir die Möglichkeit, kleine RNA zu entwerfen, die zu jedem Gen oder einem Teil dieses Gens passt und es zum Schweigen bringt. Dann können wir fragen, welchen potenziellen Nutzen das Ausschalten dieses Gens im Krankheitsprozess hat“, sagt MIT-Institutsprofessor Phillip Sharp, dessen Labor solche Studien verfolgt.
Im Jahr 2006 wurde der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin an zwei Wissenschaftler verliehen, darunter Andrew Fire, der 1983 unter Sharps Aufsicht am MIT promoviert hatte, für die Entdeckung der RNA-Interferenz. Fire und Craig Mello zeigten 1998, dass, wenn kurze, doppelsträngige RNA-Moleküle mit Sequenzen, die komplementär zu einer bestimmten Boten-RNA sind, in den Wurm C. elegans injiziert wurden, die Produktion des von dieser Boten-RNA kodierten Proteins gestoppt wurde.
So funktioniert es: Doppelstrangige RNA-Moleküle, siRNA (short interfering RNA) genannt, binden an die komplementäre Boten-RNA, dann holen sie sich die Hilfe von Proteinen, dem RNA-induzierten Silencing-Komplex. Diese Proteine spalten die chemischen Bindungen, die die Boten-RNA zusammenhalten, und hindern sie daran, ihre Anweisungen für den Proteinaufbau auszuführen.
Dieser Mechanismus kommt in der Natur vor und hat sich möglicherweise entwickelt, um Zellen zusätzliche Kontrolle über die Genexpression zu geben, insbesondere während der Embryonalentwicklung. Er kann auch als Abwehrmechanismus gegen Viren dienen, die versuchen, ihr genetisches Material in Zellen einzuschleusen.
RNA-Interferenz kann auch durch microRNA vermittelt werden, ein kurzes, einzelsträngiges RNA-Molekül. RNA-Interferenz wurde in einer Vielzahl von Spezies beobachtet, darunter Pflanzen, Bakterien und Fruchtfliegen sowie Menschen.
Wissenschaftler haben gezeigt, dass synthetische siRNA, die im Labor in menschliche Zellen injiziert wird, erfolgreich Gene ausschalten kann, was Hoffnungen weckt, dass Krankheiten wie Krebs, Mukoviszidose, Chorea Huntington und andere, die durch fehlerhafte Gene verursacht werden, mit RNA-Interferenz behandelt werden könnten.
Bevor solche Therapien nützlich werden können, müssen Wissenschaftler herausfinden, wie sie kleine RNA-Moleküle effizient in die Zielzellen einbringen können. Sharp und andere am MIT, darunter der Institutsprofessor Robert Langer und der Forscher Daniel Anderson, arbeiten an einer Transportmethode, bei der die RNA in einer Schicht aus fettähnlichen Molekülen, den sogenannten Lipidoiden, verpackt wird, die die fettige äußere Membran der Zellen überwinden können. Sie haben die Lipidoide verwendet, um RNA erfolgreich zu Leber- und Lungenzellen in Mäusen und Affen zu transportieren, und hoffen, innerhalb der nächsten zwei Jahre mit klinischen Versuchen beginnen zu können.
Sharp arbeitet auch mit Sangeeta Bhatia, Professorin in der Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology, an besseren Möglichkeiten, die RNA-tragenden Nanopartikel auf bestimmte Zellen, wie z.B. Tumorzellen, auszurichten.
Es gibt noch einen langen Weg zu gehen, sagt Sharp, aber das Potenzial der RNA-Interferenz ist sehr groß. „Die Entdeckung der RNA-Interferenz hat uns die Augen für einen ganz neuen Aspekt der biomedizinischen Wissenschaft und Biologie geöffnet, der uns bis dahin einfach nicht bewusst war.“