16.10: Experimentelle RNAi

RNA-Interferenz (RNAi) ist ein zellulärer Mechanismus, der die Genexpression hemmt, indem er seine Transkription unterdrückt oder den RNA-Abbauprozess aktiviert. Der Mechanismus wurde 1998 von Andrew Fire und Craig Mello in Pflanzen entdeckt. Heute wird es in fast allen Eukaryoten beobachtet, einschließlich Protozoen, Fliegen, Nematoden, Insekten, Parasiten und Säugetieren. Dieser präzise zelluläre Mechanismus des Gen-Silencing wurde zu einer Technik entwickelt, die eine effiziente Möglichkeit bietet, die Funktion mehrerer Gene zu identifizieren und zu bestimmen, ohne den Organismus genetisch zu verändern.

Anwendungen von RNAi

RNAi hilft bei der Analyse von Genfunktionen. Zum Beispiel half die RNAi-Technik beim Screening der Chromosomen I und III von C.elegans und führte zur Identifizierung von Genen, die an der Zellteilung und Embryonalentwicklung beteiligt sind. Diese Technologie wurde auch erfolgreich auf Drosophila melanogaster angewendet, um Gene zu identifizieren, die eine wesentliche Rolle bei der Embryonalentwicklung, bei biochemischen Signalkaskaden und anderen grundlegenden zellulären Prozessen spielen. In Kaffeepflanzen wurde das Gen, das für die Produktion der Theobrominsynthase verantwortlich ist, mit Hilfe eines RNA-Konstrukts ausgeschaltet, wodurch entkoffeinierte Kaffeepflanzen entstanden. Die Forschung zeigt, dass kleine interferierende RNAs (siRNAs) Infektionen hemmen können, die durch humane Immundefizienzviren, Hepatitis-B-Viren und Polioviren in kultivierten menschlichen Zelllinien verursacht werden. Forscher haben auch erfolgreich Gene ausgeschaltet, die vom Respiratorischen Synzytial-Virus exprimiert werden, das für schwere Atemwegserkrankungen bei Säuglingen und Neugeborenen verantwortlich ist.

Vorteile von RNAi gegenüber konventionellem Gen-Knockout

Vor der Entdeckung der RNAi-Technologie wurde die Genfunktion analysiert, indem das interessierende Gen aus dem Genom ausgeschaltet und die phänotypischen Veränderungen beobachtet wurden. Während der Gen-Knockout eine irreversible Methode ist, ist RNAi eine reversible Methode, die eine großflächige Stummschaltung von proteinkodierenden Genen in einem Genom ermöglicht. Darüber hinaus handelt es sich um eine präzise Technik, die Gene selbst bei einer einzigen Nukleotidvariation unterschiedlich zum Schweigen bringen kann. Daher kann es helfen, dominante Mutanten wie einige Onkogene ins Visier zu nehmen. Darüber hinaus ist die RNAi-Technik hochwirksam, da die Effektormoleküle im Vergleich zu den Oligonukleotiden oder Ribozymen, die in der alten Methode verwendet wurden, in einer geringen Konzentration wirken.