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| "Wie wird die Antisense-RNA doppelsträngig?" |
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"Wie wird die Antisense-RNA doppelsträngig?"
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Bild: Schematischer Überblick, wie antisense DNA die Proteintranslation verhindert. Urheber: R. Robinson, Wikimedia Commons, Creative Commons Attribution 2.5-Lizenzierung.
Nach meinem Wissensstand entsteht mikro-RNA aus einem RNA-Strang, der von den Introns transkribiert wurde und sich dann mit sich selbst zu einer doppelsträngigen DNA gepaart hat.
Si-RNA, die auf dieselbe Art funktionniert - nur anders hergestellt wird - entsteht aus der antisense-RNA.... das heißt doch, die RNA-Polymerase transkribiert sie von dem Strang, der komplementär zu dem codogenen Strang ist, oder?
Wie wird die Antisense-RNA doppelsträngig? Paart sie sich auch mit sich selbst ODER mit der sense-RNA, bevor sie vom Dicer zerschnitten wird? Denn der Dicer zerschneidet doch nur doppelsträngige DNA, oder?
(Gymnasium, 12. Klasse)
Antwort:
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Micro-RNAs (miRNAs) sind kurze einzelsträngige RNAs. Sie wurden in fast allen Eukaryoten nachgewiesen und werden im Genom durch eigene Gene kodiert. So sind im Menschen zurzeit etwa 700 Gene bekannt.
Was wissen wir über die Lokalisierung dieser Gene? Nun, ein Großteil der miRNA-Gene ist in Gruppen (Cluster) zusammengefasst, sodass miRNAs einer Gruppe als Einheit transkribiert werden (zumeist durch RNAPol II). miRNA-Gene finden sich im Genom sowohl in nicht-proteinkodierenden Bereichen als auch oft in Introns proteinkodierender prä-mRNAs.
Die Transkription von miRNA Genen lässt zunächst Primärtranskripte (pri-miRNA) entstehen. Das Primärtranskript enthält aufgrund von interner Basenkomplementarität doppelsträngige Bereiche (Haarnadelstrukturen). Die reife miRNA von ca. 22 nt Länge entsteht durch schrittweise Verkürzung der pri-miRNA. Diese wird bereits im Zellkern durch spezielle Nukleasen zur precursor-miRNA (pre-miRNA; besitzt ebenfalls Haarnadelstruktur) verkürzt und dann im Cytoplasma durch das Dicer-Enzym zu einem 22nt langen RNA-Duplex (nicht vollständig basengepaart).
Dieser RNA-Duplex befindet sich jetzt in einem Proteinkomplex (RISC für RNA-induced silencing complex), der aber nur einen Strang (sog. guide strand) des Duplex, der der reifen miRNA entspricht, stabil inkorporiert, während der andere Strang (passenger strand) abgebaut wird. Die thermodynamische Stabilität der Duplexenden entscheidet, welcher Strang beibehalten wird. Dieser RISC Komplex bindet nun auf dem 3'-Ende einer geeigneten messenger RNA(s)(=Ziel-RNA). Der miRNA Bestandteil geht dabei eine unvollständige Basenpaarung mit der mRNA ein. Durch bislang nicht aufgeklärte Mechanismen wird dadurch die Translation dieser mRNA unterbunden, ohne dass dabei die mRNA zerstört wird (sog. translationales silencing).
siRNAs im eigentlichen Sinne sind chemisch synthetisierte RNA-Duplexe, die von außen in eine Zelle eingebracht werden. Auch ein solcher Duplex wird in einen RISC-Komplex eingebaut, auch hier wird nur ein Strang beibehalten. Ein solcher Komplex bindet wiederum an eine mRNA. Da die Synthese der RNA-Sequenz aber so erfolgte, daß der guide strand perfekt mit der mRNA basenpaart, wird die mRNA in diesem Falle durch eine Ago Nuklease zerschnitten (sog. RNAi silencing).
Die RNA-Interferenz (RNAi)-Technik wird bereits seit einer Reihe von Jahren erfolgreich in der molekularbiologischen Forschung eingesetzt und hat in zahlreichen verschiedenen Modellorganismen funktioniert. Dazu werden die entsprechenden Zellen mit künstlich hergestellten siRNAs transfiziert und so die mRNA des Zielgens abgebaut. Durch Verringerung der Genprodukte lassen sich Hinweise auf die physiologische Funktion des betreffenden Gens erhalten.
2001 gelang es Tom Tuschl hier am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie als erstem, diese Technik erfolgreich an Säugerzellen durchzuführen. Entdeckt wurde die Technik übrigens von den Wissenschaftlern Craig Mello und Andrew Fire, die damit Gene im Fadenwurm Caenorhabditis elegans erfolgreich ausschalteten. Mello und Fire erhielten dafür 2006 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.
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Zur Person:
Dr. Reinhard Rauhut studierte Biochemie an der Universität Hannover und arbeitete während seiner Promotion am Göttinger MPI für Experimentelle Medizin in der Abteilung Chemie. Im Anschluss forschte er von 1987-1992
als Research Fellow am California Institute of Technology und als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Gießen. Dort habilierte er sich im Jahr 2000 in den Fächern Molekularbiologie und Biochemie. Seit 2001 arbeitet Herr Rauhut am MPI für biophysikalische Chemie (Arbeitsschwerpunkte RNA, Bioinformatik). Zurzeit ist er darüber hinaus Scientific Manager des European Alternative Splicing Network of Excellence, EURASNET.
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© 2012, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen |
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