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Transkription bei Eukaryonten

RNA-Silencing

1990 machte die Arbeitsgruppe um Jorgensen eine interessante Entdeckung. Sie wollten die Blütenfarbe von Petunien experimentell intensivieren, indem entsprechende RNA-Moleküle für die Chalcon-Synthase in die Pflanze gebracht wurden, aber statt dessen erhielten sie helle und sogar fast weiße Blüten. Das Phänomen wurde damals als Cosuppression bezeichnet, bevor Fire und Mello 1998 die RNA-Interferenz bei Fadenwürmern entdeckten, die einen ähnlichen Hintergrund hat. Das RNA-Silencing ist ein Mechanismus der posttranskriptionellen Genregulation (PTGS, post transcriptional gene silencing), bei dem die bereits entstandenen mRNAs wieder abgebaut werden. Dabei können nicht nur endogen entstandene, sondern auch wie bei dem Petunien-Experiment von außen in die Zelle eingebrachte RNA-Moleküle das RNA-Silencing aktivieren.

Definition
RNA-Silencing: Eine ds1)RNA wird von RNA-Doppelstrang-spezifischen Endonucleasen, den Dicern, in 21-25 Basenpaare lange Fragmente geschnitten, die dann als ss2)RNA einen Proteinkomplex (Slicer-Ribonuclease) und eine komplementäre RNA binden. Der Proteinkomplex degradiert dann diese RNA.

RNA-Silencing und RNA-Interferenz sind verwandte Phänomene, mit denen Organismen ihre Genexpression nachträglich regulieren und sich gegen eindringende Fremd-Nucleinsäuren wehren können. Beim RNA-Silencing werden doppelsträngige RNA-Moleküle in der Zelle gebildet, die von Dicern, dsRNA-spezifischen Endonucleasen aus der RNase III-Familie, in kleine RNAs mit 18-25 Nucleotiden Länge gespalten werden. Diese Moleküle werden auch als siRNAs für small interfering RNAs oder als micro-RNA (miRNA) bezeichnet. Die siRNAs werden dann als Einzelstrang von einem Dicer-assoziierten Protein in den RNA-induzierten Silencing-Komplex (RISC) eingebaut, der so genannte Argonaut-Proteine enthält und RNA abbauen kann, die zu der siRNA komplemtär ist - die siRNA entspricht also formal einer antisense-mRNA. Die Funktion des RISC liegt darin, die Aktivität bestimmter Gene zu verringern und durch den mRNA-Abbau jeden Einfluss einer fremden RNA auf das zelluläre Geschehen zu verhindern. Interessanterweise ist das RNA silencing in Pflanzen nach einer Virusinfektion nicht auf die einzelne, virusbefallene Zelle beschränkt, sondern das Signal breitet sich von Zelle zu Zelle lokal oder auf die ganze Pflanze aus. Über den Mechaniusmus ist noch wenig bekannt.

Mouse
Abb.1
Typ III-Ribonuclease Dicer des einzelligen Parasiten Giardia intestinalis

Die Ketten A-D sind jeweils unterschiedlich eingefärbt; eingeblendet sind auch die mit dem Protein komplexierten Mangan(II)-Ionen (PDB-Code: 2FFL).

In pflanzlichen und tierischen Zellen spielt besonders die Abwehr von viralen RNAs und eine wichtige Rolle. Allerdings können viele DNA- und RNA-Viren dieser Abwehr entgehen, indem sie z.B. Suppressor-Proteine gegen bestimmte Stadien des RNA-Silencings produzieren. In Arabidopsis bildet der Kürbis-Mosaik-Virus (CMV) beispielsweise das Protein 2b, das an das Argonaut-1-Protein bindet und so das RNA-Silencing umgeht.

Für die Entdeckung des Mechanismus der RNA-Interferenz erhielten Andrew Z. Fire und Craig C. Mello den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2006.

Literatur

Napoli, C.; Lemieux, C.; Jorgensen, R. A. (1990): Introduction of a chimeric chalcone synthase gene into petunia results in reversible co-suppression of homologous genes in trans. In: Plant Cell. 2 , 279-289

Zugang zur PubMed-Datenbank

1)ds: Doppelstrang
2)ss: Einzelstrang
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