Daria Martin, Schering Stiftung Projektraum

 

RNA-Interferenz

Prof. Dr. Thomas Tuschl, Rockefeller University, New York, NY, U.S.A.

Berlin, September 22, 2005

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Seit der Entdeckung der RNA-Interferenz vor wenigen Jahren ist es möglich, Gene gezielt auszuschalten. Damit sind völlig neue Forschungsfelder - und auch Therapieansätze entstanden. Grund genug für die Schering Stiftung und die Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie (GBM), eigens ein Symposium mit dem Titel "RNA Interference" auszurichten. Das Interesse war groß: Mehr als 200 Besucher kamen ins Berliner Harnack-Haus der Max-Planck-Gesellschaft, um die hochkarätigen Referenten zu hören. Dazu zählte auch Professor Dr. Thomas Tuschl von der Rockefeller University in New York. Als frisch ausgezeichneter Träger des mit 50.000 Euro dotierten Ernst Schering Preises 2005 trat er als Ehrenredner des Symposiums auf.

Ganze vier Jahre ist es her, dass Thomas Tuschl mit Mitarbeitern am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen erstmals die Wirksamkeit der RNA-Interferenz (RNAi) in menschlichen Zellen nachweisen konnte. Ihm war es gelungen, durch Einschleusen kurzer, doppelsträngiger RNA (dsRNA) gezielt Gene auszuschalten. Nach der Zerlegung der dsRNA in Einzelstränge werden diese dabei in einen als RISC bezeichneten Eiweiß-Komplex eingebaut und binden dann komplementäre Messenger-RNAs (mRNAs). Dabei kommt es zu deren Spaltung. Die Folge: Das zur mRNA gehörende Gen bleibt stumm. Das Ausschalten der mRNA durch eine andere RNA hat zum Namen RNA-Interferenz geführt, und die kurzen RNA-Abschnitte werden daher auch short interfering RNAs (siRNAs) genannt. In der Regel sind sie 21 bis 23 Nukleotide lang.

Thomas Tuschl, erst einen Tag zuvor mit dem Ernst Schering Preis 2005 ausgezeichnet, zeigte in Berlin neueste Daten zur biochemischen Charakterisierung des Argonauten-Proteins Ago2, das eine wichtige Rolle im RISC-Komplex spielt. Dabei wartete der Ernst Schering Preisträger mit einer Überraschung auf: Bei Bakterien der Art Aquifex aeolius werden im RISC bevorzugt DNAs statt RNAs eingelagert, um dann die mRNA-Spaltung einzuleiten. Tuschl spekulierte daher über die mögliche Existenz von siDNAs, die ein Hinweis auf "neue regulatorische Mechanismen" wären.

Seit man RNAi kennt, existiert die Idee, an Krankheiten beteiligte Fehlaktivierungen von Genen unwirksam zu machen. Noch stecken solche Ansätze in den Kinderschuhen. Thomas Meyer vom Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin ging auf die Möglichkeit ein, Infektionskrankheiten zu bekämpfen. Denkbar seien etwa Chlamydien-Infektionen.

Erste Erfolge stellte Dr. Hans-Peter Vornlocher von Alnylam Europe in Kulmbach vor. So war etwa die intranasale Applikation von siRNAs bei der Behandlung von Respiratory-Syncytial-Virus(RSV)-infizierten Mäusen bereits wirksam - und sogar effektiver als der Einsatz monoklonaler Antikörper. Schon 2006 könnten klinische Studien beginnen, so Vornlocher. RSV-Infektionen sind vor allem bei kleinen Kindern relativ häufig.

Außerdem haben Alnylam-Forscher neuronale Erkrankungen, Stoffwechselstörungen oder auch Krebs im Visier. Potenzielle siRNA-Kandidaten zum Herunterregulieren konkreter Gene sind dabei häufig schnell gefunden - und längst kommerziell verfügbar. Ein größeres Problem ist es, diese Moleküle an den Wirkort zu bringen. Hier arbeiten die Forscher an stabilisierenden Kopplungen mit geeigneten Trägermolekülen. Vornlocher stellte ein solches Konjugat vor. Dabei ist es gelungen, an Cholesterin gebundene siRNA direkt in Leber- und Darmzellen zu transportieren, um dort das für den LDL-Transport relevante ApoB-Protein herunterregulieren. Ziel: die Kontrolle der Blutfettwerte.

Aber: Ganz so glatt läuft die RNAi-Therapie vermutlich nicht. Da eine siRNA potenziell mehrere mRNAs ausschalten kann (weil das Komplement ihrer relativ kurzen Basensequenz sich auf mehreren mRNA finden kann), sind bei jeder therapeutisch eingesetzten siRNA immer auch Nebenwirkungen denkbar. Andersherum gibt es aber zugleich auch immer mehrere siRNAs, um eine bestimmte mRNA zu attackieren (sie greifen dann einfach an verschiedenen Stellen der mRNA-Sequenz an). Tuschl zufolge sei ein Mix solcher siRNAs daher ein guter Weg, die jeweiligen Nebenwirkungen zu "verdünnen", da mit hoher Wahrscheinlichkeit jede siRNA andere Off-Targets habe.

Einen weiteren Aspekt bei therapeutischen Überlegungen brachte Ronald Plasterk ins Spiel: Bei Fadenwürmern der Art C. elegans hatte er zeigen können, dass die Downregulation bestimmter Gene auch auf die nächste Generation übertragen wird - und das konsistent über viele Generationen hinweg und dosisunabhängig. Wer RNAi als Therapie plane, sollte sich auch mit dieser Möglichkeit beschäftigen, betonte Plasterk. Eine Überlegung, die in der aufkommenden Diskussion allerdings etwas relativiert wurde: So wies Thomas Tuschl auf "das Fehlen der an solchen Prozessen beteiligten, RNA-abhängigen Polymerasen im menschlichen Genom" hin. Das mache die Übertragung auf Folgegenerationen unwahrscheinlich.

Klein, aber spannend: die Mikro-RNAs

Zu einem weiten RNAi-Forschungsfeld sind inzwischen die so genannten Mikro-RNAs (miRNAs) geworden. Das sind kleine RNAs, die in der DNA kodiert sind und somit von den Zellen selbst gebildet werden. Auch sie regulieren Gene herunter, allerdings greifen sie im Gegensatz zu den siRNAs erst im Moment der Translation ein, also bei der Umsetzung der mRNAs in Proteine. Über 500 solcher miRNAs sind bereits bekannt.

Zu den Berliner Referenten zählte auch der Entdecker der ersten miRNA: Victor Ambros von der Dartmouth Medical School in Hanover, NH, USA. In Berlin wies er auf den interessanten Befund hin, dass etwa 30 Prozent der bekannten miRNAs über alle Artengrenzen hinweg konserviert seien. Zum Teil sind sie dabei bis auf einige wenige Basensequenzänderungen völlig unverändert geblieben.

Wie bei den Proteinen gilt auch für die miRNAs: Nicht in jeder Zelle werden alle miRNAs exprimiert. So ist bekannt, dass in verschiedenen Geweben unterschiedliche miRNA-Profile vorliegen. Ronald Plasterk zeigte dies mit Hilfe von Mikroarray-Analysen am Beispiel des Zebrafisches.

Die genauen Funktionen der miRNAs aufzuklären ist derzeit eine der großen Herausforderungen. Stephen Cohen, der sich am EMBL in Heidelberg mit RNAi in Drosophila beschäftigt, betonte, dass bisher nur bei wenigen miRNAs bekannt sei, welche mRNA sie regulieren. Die meisten scheinen in Entwicklungsprozesse involviert zu sein, während generelle regulatorische Prozesse der Zelle nicht durch miRNAs gesteuert werden. Insgesamt werden etwa 30 Prozent des Drosophila-Erbguts von miRNAs reguliert. Eine einzelne RNA kann dabei mehr als 100 Zielgene beeinflussen. Überraschenderweise werden die miRNAs dabei gerade nicht in den Geweben exprimiert, in denen sich ihre Zielgene befinden - ein Phänomen, das man als "mutual exclusion" bezeichnet.

Witold Filipowicz vom Friedrich-Miescher-Institut für biomedizinische Forschung in Basel widmete sich der noch offenen Frage, an welcher Stelle der Translation die miRNA inhibierend eingreift. Aus seinen neuesten Daten leitete er die Vermutung ab, dass dies am Beginn der Translation geschehe. Bisher war auch diskutiert worden, ob dies erst nach der Produktion des Proteins stattfinde.

Das Symposium gab viele Antworten, aber es wurde auch deutlich, wie viele Fragen noch offen sind, etwa zu möglichen Therapien oder zur Rolle der miRNAs. Wie spannend das Gebiet auch für junge, sich gerade orientierende Forscher ist, zeigte die hohe Anzahl jüngerer Teilnehmer. Einer, der maßgeblich dazu beigetragen hat, diesem Teil der RNA-Forschung interessante Anwendungspotenziale zu eröffnen, ist Thomas Tuschl. Und so sprach Witold Filipowicz bei seinem Vortrag einen ganz besonderen Dank aus: "Ohne Dich, Tom, wären wir jetzt gar nicht hier."


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