Bunte, kleine RNAs

Ende September erhielt der "deutsche New Yorker" Thomas Tuschl in Berlin den Preis der Schering-Stiftung. Zur Feier war das Who is Who der siRNA- und miRNA-Forscher geladen - und bot einen aktuellen Überblick über das "brummende Feld" der kleinen RNAs.

(08.11.2005) "RNA interference" war der Titel eines Symposiums, das die Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie (GBM) e.V. und die Schering Stiftung im Anschluss an die Herbsttagung der GBM am 22. September gemeinsam in Berlin ausrichteten. Ehrenredner war Thomas Tuschl von der Rockefeller University. Einen Tag zuvor war er für seine bahnbrechenden Arbeiten auf dem Gebiet der RNA-Interferenz mit dem Ernst Schering Preis 2005 ausgezeichnet worden. Der mit 50.000,- Euro dotierte Wissenschaftspreis wird seit 1992 jährlich von der Schering Forschungsgemeinschaft, seit 2003 von der Schering Stiftung vergeben.

Ganze vier Jahre ist es her, dass Tuschl mit Mitarbeitern am MPI für biophysikalische Chemie in Göttingen erstmals die Wirksamkeit der RNA-Interferenz in menschlichen Zellen nachweisen konnte. Innerhalb kurzer Zeit hat diese Entdeckung einen bunten Strauß an weitergehender Forschung hervorgebracht. Das bewies auch die thematische Vielfalt, die die sieben Vorträge des Symposiums abdeckten.

Zu den Referenten zählte Victor Ambros von der Dartmouth Medical School. Ambros war 1993 als Erster auf eine miRNA gestoßen - eine kleine RNA, die in der DNA kodiert ist und von den Zellen selbst gebildet wird. Später zeigte sich, dass miRNAs eine große Genfamilie bilden mit wichtiger regulatorischer Funktion bei der mRNA-Translation. In Berlin hob Ambros hervor, dass etwa 30 Prozent der bekannten miRNAs über Artengrenzen hinweg hoch konserviert sind. Als Beispiel nannte er mir-1 - eine miRNA, die das Wachstum von Muskelzellen steuert.

Inzwischen nimmt man aufgrund von Sequenzanalysen an, dass es mehr als 500 miRNAs gibt. Wie bei den Proteinen gilt auch für die miRNAs: Nicht in jeder Zelle werden alle miRNAs exprimiert. Ronald Plasterk vom Utrechter Hubrecht-Labor zeigte in seinem Vortrag die oft extrem gewebespezifischen miRNA-Profile während der Embryonalentwicklung des Zebrafisches.

Die genauen Funktionen der miRNAs aufzuklären ist derzeit eine der großen Herausforderungen. So wies Stephen Cohen, der sich am EMBL in Heidelberg mit RNAi in Drosophila beschäftigt, darauf hin, dass bisher nur bei wenigen miRNAs bekannt sei, welche mRNA sie regulieren. Die meisten scheinen in Entwicklungsprozesse involviert zu sein, während housekeeping-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 regulieren die miRNAs dabei gerade nicht gewebetypische Zielgene - ein Phänomen, das man als "mutual exclusion" bezeichnet.

Witold Filipowicz vom Friedrich-Miescher-Institut in Basel untersuchte, an welcher Stelle miRNAs die Translation inhibieren. Nach seinen Daten erfolgt dies bei der Initiierung der Translation. An der Translation gehinderte mRNAs, beziehungsweise deren Abbau-Intermediate, akkumulieren dann an P-Bodies, mRNA-prozessierenden Ribonukleoproteinpartikeln im Cytoplasma der Zelle. Unklar ist allerdings, ob das Auftreten der mRNA an diesen P-Bodies Ursache oder Folge der Inhibierung ist.

Thomas Tuschl zeigte neueste Daten zur biochemischen Charakterisierung von Ago2. Ago-Proteine sind Bestandteil des RNA-induced silencing complex und binden die short interfering RNA (siRNA) unabhängig von der Basensequenz. Nach dem Einbau der siRNA erfolgt die Anlagerung einer komplementären mRNA und dann die Spaltung durch eine Nukleasedomäne.

Die Struktur von Ago-Proteinen wurde anhand von kristallographischen Untersuchungen unter anderem von Aquifex aeolius aufgeklärt. Das Auffinden von Ago-Proteinen in nur wenigen Bakteriengenomen deutet darauf hin, dass diese wahrscheinlich von Eukaryonten auf Prokaryonten übertragen wurden. Im Gegensatz zu humanen Ago-Proteinen, die bevorzugt RNA binden, besitzt das Aquifex-aeolius-Ago-Protein eine Präferenz für DNA, um komplementäre mRNAs zu spalten. Tuschl vermutet, dass es möglicherweise noch eukaryontische Ago-Proteinfamilienmitglieder gibt, die DNA-dirigierte mRNA Spaltung ausführen. Damit seien auch "siDNAs" denkbar, so Tuschl. Sie zu identifizieren wäre zugleich ein Hinweis auf die Existenz neuer regulatorischer Mechanismen.

Tuschl kam auch auf potenzielle RNAi-Therapien zu sprechen. Da bestimmte siRNAs häufig mehrere Gene gleichzeitig regulierten und sich andererseits für das Ausschalten eines bestimmten Gens verschiedene siRNAs eigneten, könnte ein Mix dieser RNAs die potenziellen Nebenwirkungen von Off Target-Effekten mindern.

Aber welche Therapien überhaupt? Noch stecken die Ansätze in den Kinderschuhen. Thomas Meyer vom MPI für Infektionsbiologie in Berlin ging auf die Möglichkeit ein, bakterielle und virale Infektionskrankheiten zu bekämpfen.

Ein Problem konkreter RNAi-Therapien: Wie kommt die therapeutische RNA an den gewünschten Ort? Erste Antworten hierzu stellte Hans-Peter Vornlocher von Alnylam Europe in Kulmbach vor. So konnte er bei der intranasalen Applikation von siRNAs bei der Behandlung von mit Respiratory-Syncytial-Viren infizierten Mäusen zeigen erste Erfolge zeigen, die sogar effektiver waren als der Einsatz monoklonaler Antikörper. Für 2006 erhofft Vornlocher den Beginn klinischer Studien. Und auch andere Gewebe haben Alnylam-Forscher im Visier. Ein Trick ist die chemische Kopplung der RNAs an geeignete Trägermoleküle. So ist es bereits gelungen, an Cholesterin konjugierte RNA direkt in Leber- und Darmzellen zu transportieren. Auf die Art wurden RNAs eingeschleust, die das für den LDL-Transport relevante ApoB-Protein herunterregulieren.

Allen, die an Therapien auf RNAi-Basis arbeiten, gab Ronald Plasterk einen wichtigen Aspekt mit auf den Weg: Bei C. elegans wird die Downregulation bestimmter Gene auf die nächste Generation übertragen - und das konsistent über viele Generationen und dosisunabhängig. Allerdings wies Thomas Tuschl auf das Fehlen der an diesen, lange wirkenden Prozessen beteiligten RNA-abhängigen Polymerasen im menschlichen Genom hin. Daher sei siRNA-basierte Gensuppression transient, es sei denn, siRNAs würden kontinuierlich exprimiert.

Das Symposium gab viele Antworten, aber es wurde auch deutlich, wie viele Fragen noch offen sind. Wie spannend das Gebiet auch für Nachwuchswissenschaftler ist, zeigte die hohe Anzahl jüngerer Teilnehmer.

Einer, der maßgeblich dazu beigetragen hat, dieses Forschungsfeld 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."

Karl Hübner & Monika Lessl



Letzte Änderungen: 09.11.2005