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Wie wird die siRNA produziert und wie wird sie in die Zielzelle eingeschleust? Was ist eine Packaging-Zelle?

29. April 2008

  • D Naturwissenschaften und Mathematik

Wie wird die siRNA produziert und wie wird sie in die Zielzelle eingeschleust? Was ist eine Packaging-Zelle?

SiRNA steht für small interfering RNA. Es handelt sich dabei um kurze doppelsträngige RNA-Stücke, die aus 21 bis 28 Bausteinen (Nucleotiden), bestehen. Diese RNA-Stücke werden in der Zelle von dem  Enzym Dicer aus längeren RNA-Strängen herausgeschnitten, die von Viren oder künstlich in die Zelle eingeschleust wurden. Wahrscheinlich dient die siRNA der Abwehr von Viren, deren Genom aus RNA besteht. SiRNA-ähnliche, kleine microRNAs sind auch im Genom der Zellen selbst kodiert. Mit ihrer Hilfe reguliert die Zelle die Produktion der Proteine.

Dazu verbinden sich die beiden Stränge der siRNA mit Proteinen zum so genannten RNA-induzierenden Silencing-Komplex (RISC). Dieser Komplex fängt die zur jeweiligen siRNA komplementäre, also biochemisch passende Boten-RNA oder Virus-RNA ein. (Eine Boten-RNA trägt die Information für die Herstellung eines Proteins.) Passen die Sequenzen, also die Abfolgen der Bausteine, exakt zueinander, zerschneidet ein Enzym in der Mitte des RISC-Komplexes die RNA und macht sie damit unbrauchbar. Passt die Sequenz nur teilweise, hält der Komplex die RNA nur fest, verhindert damit aber ebenfalls, dass das durch die RNA kodierte Protein hergestellt werden kann. Dieser Prozess wird als RNA-Interferenz (RNAi) bezeichnet.

Die RNA-Schnipsel werden inzwischen auch künstlich produziert und zu Forschungszwecken eingesetzt. Durch chemische Synthese lassen sich siRNA-Moleküle mit jeder gewünschten Sequenz herstellen. Um siRNA in Zellen hineinzubringen, nutzen Forscher überwiegend die so genannte Liposomale Transfektion. Dazu wird die RNA mit Liposomen (Fettmoleküle) gekoppelt. Liposomen sind chemisch ähnlich aufgebaut wie die Zellmembran. Deshalb können sie mit der Zellmembran verschmelzen und dabei die an ihnen haftende siRNA in die Zelle schleusen.

Mit Hilfe von siRNA können Wissenschaftler gezielt die Produktion ausgewählter Proteine unterbinden und erforschen, welche Auswirkungen das auf die betroffene Zelle hat. Auch am Einsatz zu therapeutischen Zwecken wird bereits gearbeitet. So ist die Behandlung von Leukämie denkbar: Der Arzt entnimmt dem Patienten Knochenmark und behandelt die Patientenzellen außerhalb des Körpers mit siRNAs gegen das Gen, dessen Mutation die Tumorzelle von einer normalen Zellen zu einer Krebszellen werden lies. Anschließend werden die mit der siRNA behandelten und somit vom krankmachenden Protein befreiten Zellen dem Patienten zurückgegeben und können ihrer ursprünglichen Aufgabe wieder nachgehen.

Packaging-Zellen setzten Forscher dazu ein, fremde DNA oder auch siRNA, die in Zellen eingeführt werden soll, in Hüllproteine von Viren zu verpacken. Die Packaging-Zellen enthalten bereits das Erbmaterial eines Virus. Gibt man dann die gewünschte DNA hinzu, wird diese in die Hüllproteine des Virus eingepackt. Da Viren in der Regel, vermittelt durch ihre spezifischen Hüllproteine, jeweils nur bestimmte Gewebe infizieren, ermöglicht es die virale Umhüllung, fremde DNA gezielt in Zellen bestimmter Gewebe einzubringen.

Die Frage wurde beantwortet von Sandra Steinbrink, Biologin am Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg.