Name: Luca B., 2019-12
Die RNA-Interferenz ist ein Mechanismus bei Eukaryoten, der einer zeitweiligen Gen-Stilllegung dient. Sie verhindert, dass ein spezifisches Protein hergestellt werden kann (ähnlich wie Crisper Cas).
Virusabwehr
Die RNA-Interferenz dient vor allem Pflanzen als Abwehr gegen RNA-Viren. Dies geschieht durch "Small interfering RNA" (kurz SiRNA).
Dies sind kurze, einzel-oder doppelsträngige DNA Abschnitte mit einer Länge von 20-25 Basenpaaren (werden bei der Replikation mit vermehrt). Diese Abschnitte helfen Pflanzenzellen, die fremde DNA zu erkennen und zu zerstören. Ist SiRNA in den Zellen, löst sich die mRNA (messenger RNA) auf, sodass entsprechende Protein nicht codiert werden kann. Dieser Mechanismus wurde auch bei Pilzen, Insekten und Fadenwürmern entdeckt.
Säugetiere können durch eigene miRNA (micro RNA) die Replikation von Viren hemmen. Micro RNA ist kleine, nichtcodierende RNA von 21-23 Nukleotiden Länge.
Regulation der Genexpression
Micro RNAs steuern die Genaktivität durch eine Modifizierung (Veränderung, Anpassung oder Umwandlung) der mRNAs, die während oder nach der Transkription erfolgen können.
Die Aktivität von ca. 30% unserer Gene, werden von Micro RNAs gesteuert.
Sie steuern häufig Transkriptionsfaktoren (Proteine, die für die Initiation der RNA-Polymerase verantwortlich sind) und Funktionen unseres Immunsystems.
Ablauf der RNA-Interferenz
siRNA-Moleküle gelangen von außerhalb in die Zelle z.B. durch Viren; miRNA-Moleküle entstehen endogen (im Körper selbst entstehend) aus der Prä-RNA.
Der Dicer ist ein Enzym, der ursprünglich Doppelsträngig vorliegenden mRNA Moleküle, in kurze ca. 22 Nukleotid-lange siRNA Fragmente im Cytoplasma zerlegt. Die miRNA ist bereits ca. 22 Nukleotide lang. Diese falten sich nach der Transkription spontan und liegt ebenfalls in doppelsträngigen Abschnitten vor. (Schritt 1 in Abb.)
Im zweiten Schritt binden die siRNA- oder miRNA-Moleküle an das RISC-Komplex (RNA-induced silencing complex) (Schritt 2 in Abb.). Dieses Komplex spaltet die RNA-Doppelstränge in Einzelstränge, von denen ein Strang der siRNA abgebaut wird und der Leitstrang im Komplex verbleibt. Die Einzelstränge der miRNA lagern sich an der Oberfläche des RISC Proteinkomplexes an. (Schritt 3 in Abb.)
Die RNA- Sequenz im aktivierten RISC-Komplex kann nun spezifisch an Komplementäre mRNA im Cytoplasma binden. In Folge werden die gebundenen Ziel-mRNA Moleküle im/ am RISC-Komplex abgebaut und die Translation der mRNA in die entsprechenden Proteine ist unterbunden (Schritt 4 in Abb.).
Abbildung des Ablaufs der RNA Interferenz.
Wichtige Kontrolle von Transposons
Eine weitere Funktion der RNA-Interferenz ist die Kontrolle von Transposons. Transposons sind DNA- Abschnitte, die ihre Position verändern können. Sie werden deshalb auch springende Gene genannt. Sie werden von der piRNA (PIWI- interacting RNAs) gesteuert. PiRNAs sind etwas länger als miRNAs (26-31 Nukleotide). Sie binden an PIWI-Proteine, welche ausschließlich in Geschlechtszellen zu finden sind. Deshalb spielt die RNA-Interferenz eine wichtige Rolle bei der Bildung von Spermien und bei der Entwicklung der Embryos.
Verwendung in der Forschung und Medizin
Die RNA-Interferenz kann dafür eingesetzt werden, Gen-Segmente still zu legen, sodass keine unerwünschten Proteine hergestellt werden. Es gibt bereits das Medikament "Patisiran", was die Gen-Stilllegung des Wildtyps des Transthyretin-Gen(TTR) und des mutierten TTR-Gens (ATTR) bewirkt. Transthyretin ist ein Transportprotein für das Schilddrüsenhormon Thyroxin, welches hauptsächlich in der Leber hergestellt wird. Durch die Mutation kommt es zu Ablagerungen unlöslicher Protein-Fibrillen in inneren Organen (häufig Herz) und zu einem chronischen Mangel des Transportproteins.
Weitere Medikamente sind noch in der Erforschung!