In diesem Video geht es um die RNA-Interferenz, die im schulischen Kontext im Fach Biologie sowohl bei der Genregulation bei Eukaryoten als auch im Themenfeld Gentechnik von Relevanz ist. Die Gentechnik beschäftigt sich ja mit Methoden und Verfahren mithilfe derer man gezielt die DNA eines Organismus künstlich verändern kann. Die RNA-Interferenz zählt zu diesen Verfahren Denn diese kann Gene als Abschnitte der DNA so modifizieren, dass sie in geringerer Menge exprimiert werden. Das heißt, dass ihre Genprodukte, meist Proteine bzw.
Enzyme mit einer spezifischen Funktion, nicht mehr synthetisiert werden. Zugleich also auch eine Methode der Genregulation. An dieser Stelle kann man sich zurecht fragen, welchen Nutzen das gezielte Abschalten von bestimmten Genen haben soll. Zumal die Proteine, für die die Gene codieren, meist eine bedeutende Funktion in einem Organismus erfüllen.
Ein großes Anwendungspotenzial der RNA- Interferenz ist es, kausale Zusammenhänge in der biologischen Forschung zu erklären, beispielsweise die Funktion eines bestimmten Gens. Denn die Bedeutung eines Gens kann vor allem dann nachvollzogen werden, wenn es so verändert wird, dass es seine spezifische Funktion nicht mehr erfüllen kann. In der Biologie ist das ein äußerst bewährter Forschungsansatz. Erst wenn man einen zu erforschenden Gegenstand manipuliert, Das muss sich nicht auf Gene beschränken, das können auch ganze Organismengruppen als Teile eines Ökosystems sein.
Fällt auf, welche Funktion von diesen eigentlich ausgeht. Ein weiteres Ziel der RNA-Interferenz ist die Behandlung von Krankheiten. Auch wenn Proteine in der Regel von großer Bedeutung für einen Organismus sind, manchmal kann ein von einem Gen exprimiertes Protein dem Organismus auch schaden. Ein solches Beispiel ist die Makuladegeneration, eine Augenkrankheit, die zu einer fast vollständigen Erblindung führt.
weil im Auge Blutgefäße wachsen. Das Wachsen von Blutgefäßen ist auf einen Wachstumsfaktor als Protein zurückzuführen. Mithilfe der RNA-Interferenz greift man die mRNA des Wachstumsfaktors an, wodurch dieser die Blutgefäße des Auges nicht wachsen lassen kann.
Die Behandlung der Erkrankung kann so angehalten und der Effekt sogar umgekehrt werden. Wenn wir uns nun angucken, wie genau ein spezielles Gen abgeschaltet wird, dann verrät uns das Beispiel der Makuladegeneration bereits, dass es die mRNA als Molekül ist, wo die RNA-Indifferenz als Prozess ansetzt. Wie ihr zu diesem Zeitpunkt wahrscheinlich alle wisst, wird das aus einem Gen als einen Abschnitt der DNA, auf dem die relevante Information für die Synthese eines bestimmten Proteins verschlüsselt vorliegt, über den Prozess der Protein-Biosynthese ein jeweiliges Protein auch synthetisiert. Um Proteine herzustellen, muss die DNA bei der Transkription als ersten Teilschritt der Proteinbiosynthese zunächst in Prä-MRNA.
umgeschrieben bzw. transkribiert werden, um anschließend bei der Translation als reife mRNA an den Ribosomen in die Aminosäure-Sequenz eines Proteins übersetzt zu werden. Videos zu diesem Vorgang findet ihr auf meinem Kanal.
Prinzipiell kann die Genaktivität an jeder Stelle auf dem Weg der DNA zum funktionsfähigen Protein reguliert werden. Ein sehr seltener, natürlich vorkommender Mechanismus ist die RNA-Interferenz, bei der die mRNA-Translation gehemmt wird. Dabei spielt kurze, doppelsträngige RNA, sogenannte Small Interfering RNA, eine entscheidende Rolle, die infolge der Spaltung einer langen, doppelsträngigen RNA entsteht.
Die Spaltung der langen RNA zu kürzeren RNA-Fragmenten wird durch eine Ribonuklease, auch Dicer genannt, katalysiert. Die Einheit aus Dicer bzw. Ribonuklease und SiRNA wird nun durch ein Protein, dem TRBP, auf einen weiteren Enzymkomplex namens RISC- Transferiert, übertragen Der komplexe Prozess der Überführung der SIRNA in den RISC-Komplex durch das TRBP-Protein, der mit dem RISC-Komplex assoziieren kann, also Bindungen eingehen kann, wird im Biologieunterricht nicht näher beleuchtet.
Ebenso hochkomplex ist der Mechanismus für die Zusammenlagerung von RISC und SIRNA und die anschließende Zerschneidung der Ziel-MRNA. an der eine Reihe unterschiedlicher Proteine wirksam sind, weshalb die folgende Darstellung jetzt sehr stark vereinfacht ist. Das sogenannte Argo-2-Protein als Kernkomponente von RISC katalysiert die Endspiralisierung der doppelsträngigen SERNA zu Einzelsträngen.
Gleichzeitig bewirkt die Endonukleaseaktivität des Proteins, merkt euch, Endonukleasen sind eine Gruppe von Enzymen, die DNA-Sequenzen schneiden können, dass einer der beiden Einzelstränge. abgebaut wird. Und zwar der Strang, der für die RNA-Interferenz keine weitere Bedeutung mehr hat. Der Leitstrang hingegen verweilt im RISK-Proteinkomplex, denn dieser enthält die komplementären Basen zur Ziel-mRNA, derjenigen mRNA, deren Translation zum Protein gestoppt werden soll. Und so bindet der Enzymkomplex RISK über den RNA-Strang an komplementäre RNA-Sequenzen.
Wieder ist es die endonukleare Aktivität des Enzyms, die bewirkt, dass die mRNA-Moleküle im letzten Schritt der RNA-Interferenz zu kürzeren Fragmenten geschnitten und abgebaut werden, mit der Folge, dass die Translation verhindert wird. Es lässt sich also festhalten, dass die RNA-Interferenz ein ausgeklügelter, natürlicher Mechanismus der Genregulation in Organismen ist und dass Forscher sich diesem Mechanismus zunutze gemacht haben, um künstlich im Labor einzelne Gene abzuschalten. Mittlerweile gehören die siRNAs, die Forscher auch direkt in die Zellen injizieren, um dort gezielt mRNA-Moleküle abzubauen. zu den unverzichtbaren Werkzeugen der Grundlagenforschung.