Medizin Blockierte genetische Botschaft

Ribonukleinsäuren sind in kurzer Zeit zu Stars in der Molekularbiologie aufgestiegen. Sie verdanken das den Arbeiten von zwei Amerikanern, die dafür jetzt mit dem Nobelpreis für Medizin oder Physiologie geehrt werden. Andrew Fire von der Stanford University und Craig Mello von der University of Massachusetts Medical School in Worcester haben vor acht Jahren entdeckt, daß jede Botenribonukleinsäure, auf der sich die Anleitung zur Synthese von Proteinen befindet, mit einem komplementären Doppelstrang aus Ribonukleinsäure (RNS) ausgeschaltet werden kann. Das hat den Blick für die Regulation des genetischen Informationsflusses grundlegend verändert und neue Möglichkeiten der Einflußnahme geschaffen, auch was die Therapie von Erkrankungen betrifft. Wann diese Technik allerdings in der Medizin zum Einsatz kommen wird, ist derzeit noch offen.

Die beiden Forscher, die im Frühjahr bereits mit dem wichtigsten deutschen Medizinpreis, dem Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Preis, ausgezeichnet wurden, leiteten ihr Konzept der RNS-Interferenz aus eleganten Experimenten mit dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans ab - und aus einem Fehlschlag in der Botanik. Anfang der neunziger Jahre hatten einige Wissenschaftler versucht, die rote Blütenfarbe von Petunien durch ein zusätzliches Gen für die Farbe Rot zu verstärken. Sie erreichten damit allerdings das genaue Gegenteil. Die Pflanzen büßten ihre gesamte Blütenfarbe ein und zeigten sich in strahlendem Weiß. Offensichtlich hatte nicht nur das eingeschleuste Gen versagt, sondern auch das bereits vorhandene.

Nicht Gene werden blockiert, sondern ihre Botschaften

Der Grund wurde erst später durch die Arbeiten mit dem Fadenwurm klar. Fire und Mello wollten bei dem Tier durch das Einschleusen einer einzelsträngigen Ribonukleinsäure eine Genblockade auslösen, die anhand von Muskelzuckungen zu sehen sein sollte. Keiner der Einzelstränge zeigte aber irgendeine Wirkung. Das Muskel-Gen konnte nur mit Hilfe des komplementären RNS-Doppelstrangs ausgeschaltet werden. Wie die RNS-Interferenz funktioniert, wurde dann schnell aufgeklärt.

An diesem biochemischen Prozeß sind unter anderem ein Enzym und ein Proteinkomplex beteiligt. Das Enzym namens Dicer zerlegt den RNS-Doppelstrang in kurze, knapp zwei Dutzend Basenpaare lange Schnipsel. Nach dem Zurechtschneiden werden diese Fragmente aufgeschlitzt, und einer der Einzelstränge wird an den Proteinkomplex gebunden. Dieser Komplex sucht zusammen mit dem Schnipsel nach komplementären Sequenzen in der Zelle, die nach dem Aufspüren sofort zerkleinert werden. Mit der RNS-Interferenz werden also nicht Gene direkt blockiert, sondern ihre Botschaften.

Schutz gegen Eindringlinge

Die Schnipsel für die RNS-Interferenz stammen aus unterschiedlichen Quellen. Für einen Teil gibt es eigene Erbanlagen, die sogenannten Mikro-RNS-Gene. Die von diesen Genen abgelesenen Botenribonukleinsäuren werden zerkleinert und dienen der Regulierung der Proteinsynthese. Die RNS-Interferenz hilft der Zelle aber auch, sich gegen Eindringlinge zu wehren. Viele Viren schmuggeln ihre Erbsubstanz als doppelsträngige Ribonukleinsäure ein. Die Zelle zerlegt diese Ribonukleinsäuren und spürt damit die komplementären Sequenzen auf.

RNS-Interferenz bietet der Zelle überdies einen Schutz vor Transposons. Das sind mehr oder weniger lange Abschnitte des Erbguts, die sich selbst kopieren und an einer anderen Stelle wieder integrieren können. Dadurch werden wichtige Informationseinheiten auf der Desoxyribonukleinsäure unterbrochen. Ein wahlloses Herumspringen von Transposons ist für die Zelle in jedem Fall verheerend. Mit der RNS-Interferenz können auch ganze Chromosomenabschnitte stillgelegt werden. Über dieses Prinzip steuert die Zelle Wachstum und Entwicklung.