Chapter 14: Gene Expression

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14.11:

RNA-Interferenz

JoVE 核
生物学

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JoVE 核生物学

RNA Interference

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Bei der RNA-Interferenz oder RNAi binden kleine RNAs an die Messenger-RNA, die mRNA, um die Translation eines Proteins zu verhindern. Zunächst wird doppelsträngige RNA mit der zum Zielgen komplementären Sequenz synthetisiert. Es kann sich um eine kurz interferierende RNA, siRNA, von etwa 22 Nukleotiden Länge handeln. Oder ein siRNA-Vorläufer, wie beispielsweise eine kleine Haarnadel-RNA, shRNA. Wenn shRNA verwendet wird, spalten Enzyme in der Zelle, wie etwa Dicer, sie in siRNA ab, die dann an eine Gruppe von Proteinen bindet, die als RNA-induzierter Silencing-Komplex, RISC, bezeichnet werden, und die Stränge trennen. Der Leitstrang, der an RISC gebunden bleibt, bindet dann an seine komplementäre Sequenz in der mRNA. Argonaute, ein Enzym, das Teil von RISC ist, spaltet und baut die mRNA ab, wodurch das Ziel-Gen zum Schweigen gebracht wird.

14.11:

RNA-Interferenz

Die RNA-Interferenz (RNAi) ist ein Prozess, bei dem eine kleine nicht-kodierende RNA die Expression eines Gens durch Binding an dessen Boten-RNA (mRNA), die Translation des Proteins blockiert.

Dieser Prozess findet auf natürliche Weise durch die Aktivität von microRNAs (miRNA) in Zellen statt. Forscher können diesen Mechanismus für Forschungs- oder Therapiezwecke nutzen, indem sie synthetische RNAs in Zellen einführen, um bestimmte Gene selektiv zu deaktivieren. Zum Beispiel, kann die RNAi genutzt werden um Gene auszuschalten, die überaktiv in Krankheiten wie Krebs sind.

Der Prozess

Als Erstes wird eine doppelsträngige RNA, die eine komplementäre Sequenz zum Zielgen hat, synthetisiert. Es können verschiedene Arten von doppelsträngiger RNA verwendet werden. Beispiele hierfür sind small interfering RNAs (siRNAs, eng. für kleine eingreifende RNAs) und small hairpin RNAs (shRNAs, eng. für kleine Haarnadel-RNA). Die shRNA besteht aus einem einzelnen gefalteten RNA-Strang. Dabei wird eine doppelsträngige RNA mit einer Haarnadelstruktur gebildet, welche der Vorläufer für die siRNA ist.

Die doppelsträngige RNA wird dann in die Zellen durch Methoden wie Injektion oder mit Hilfe eines Vektors, wie z.B. modifizierte Viren, eingeführt. Wenn eine shRNA verwendet wird, spalten RNase-Enzyme in der Zelle, wie z.B. der Dicer, die shRNA in die kürzere siRNA-Form durch das Entfernen der Haarnadelstruktur.

Die siRNA bindet dann an ein Enzym, das Argonautenprotein, welches Teil eines Komplexes namens RISC (RNA-induzierter Silencing-Komplex) ist. Hier trennen sich die beiden Stränge der siRNA. Der Sinnstrang (eng. passenger)wird abgebaut, während der Gegensinnstrang (eng. guide) am RISC gebunden bleibt. Er wird Gegensinnstrang genannt, da dieser Strang durch komplementäre Basenpaarung an die mRNA bindet und so den gesamten RISC an die mRNA bringt. Diese Bindung ist sehr spezifisch, da die siRNA in der Regel so konzipiert ist, dass sie vollständig komplementär zu der Target-mRNA (Ziel-mRNA) ist. Das Argonautenprotein spaltet und baut die mRNA dann ab, wodurch verhindert wird, dass sie in ein Protein umgeschrieben wird. Das betroffene Gen wurde somit stillgelegt.