RNAi in Forschung und Medizin
Die Entdeckung, dass Gene durch dsRNA-Segmente zum Schweigen gebracht werden können, die in Gewebekulturen in Zellen eingebracht werden, revolutionierte das Studium der Genfunktion. Das Gen-Silencing durch dsRNA macht sich die natürlich vorkommende Zellmaschinerie zunutze, die an der Prozessierung von miRNA in eukaryontischen Zellen beteiligt ist. Zum Beispiel wird jede dsRNA durch das Enzym DICER in kleine Stücke gespalten. Diese Stücke werden short interfering RNAs (siRNAs) genannt und sind etwa 20 bis 25 Nukleotide lang. Ähnlich wie miRNA bindet siRNA an RISC und spaltet gezielt Sequenzen der mRNA.
Es gibt verschiedene Arten von synthetischen dsRNAs, die zur Störung der Genfunktion eingesetzt werden können. Häufig verwendete Moleküle sind siRNA, die die DICER-Spaltung umgeht, und small hairpin RNA (shRNA), die eigentlich ein RNA-Strang ist, der zwei einzigartige siRNA-Segmente enthält, die zu einem Doppelstrang gefaltet sind, wobei die benachbarten Nukleotide durch Erhitzen (Annealing) und nicht durch komplementäre Basenpaarung verbunden sind. Dadurch entsteht eine Struktur, die einer Haarnadel ähnelt, da sie an einem Ende eine enge Schleife aufweist. Innerhalb einer Zelle wird die shRNA durch DICER in ihre beiden Bestandteile, die siRNAs, gespalten.
RNAi ist ein außergewöhnlich leistungsfähiges Forschungswerkzeug. Synthetische dsRNAs sollen die Expression bestimmter Gene verhindern und ermöglichen es Genetikern so, die Aktivität von Genen zu manipulieren, um deren Funktionen besser zu verstehen. Darüber hinaus tragen abnorm überaktive Gene zu bestimmten menschlichen Krankheiten bei, und das Ausschalten dieser Aktivität mittels RNAi ist zu einem wichtigen Forschungsgebiet geworden. RNAi wird als eine Form der Behandlung für eine Vielzahl von Krankheiten erforscht, einschließlich Makuladegeneration, Hepatitis, AIDS, Huntington-Krankheit und Krebs.
Bei Makuladegeneration können RNA-Sequenzen, die die Produktion eines Proteins namens vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF) in Zellen der Netzhaut blockieren, das übermäßige Wachstum der retinalen Blutgefäße hemmen, die undicht werden und zum Sehverlust führen. RNAi-Behandlungen für Makuladegeneration beinhalten die Injektion von „nackter RNA“ in das Auge. Der Begriff „nackte RNA“ wird verwendet, um diesen Ansatz von jenen zu unterscheiden, die virale Vektoren verwenden, um dsRNA in kranke Zellen einzuschleusen. Störende RNAs, die in Vektoren eingebaut werden, werden auf ihre Wirksamkeit bei der Verlangsamung des Tumorwachstums untersucht. Zum Beispiel dienen mRNA-Transkripte von Genen, von denen bekannt ist, dass sie bei bestimmten Krebsarten überaktiv sind, als nützliche Ziele für RNAi-basierte Behandlungen, die überaktive Gene zum Schweigen bringen und das Fortschreiten der Krankheit verlangsamen können.
Faktoren wie die Sicherstellung, dass die interferierenden RNAs die Zellen erreichen und dass die viralen Vektoren selbst keine gefährlichen Nebenwirkungen hervorrufen, haben die Entwicklung von RNAi-Therapien erschwert. Außerdem können Sequenzähnlichkeiten zwischen Genen dazu führen, dass dsRNAs an ansonsten gut funktionierende Gene binden. Dies kann dazu führen, dass gesunde Gene, die für die normale Zellfunktion wichtig sind, zum Schweigen gebracht werden. Dennoch bleibt die Technik vielversprechend für Anwendungen in der Medizin.
Kara Rogers