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14.11: RNA-Interferenz
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RNA Interference
 
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14.11: RNA Interference

14.11: RNA-Interferenz

RNA interference (RNAi) is a process in which a small non-coding RNA molecule blocks the expression of a gene by binding to its messenger RNA (mRNA) transcript, preventing the protein from being translated.

This process occurs naturally in cells, often through the activity of microRNAs. Researchers can take advantage of this mechanism by introducing synthetic RNAs to selectively deactivate specific genes for research or therapeutic purposes. For example, RNAi could be used to suppress genes that are overactive in diseases such as cancer.

The Process

First, double-stranded RNA with a sequence complementary to the targeted gene is synthesized. Different types of double-stranded RNA can be used, including short interfering RNA (siRNA) and small hairpin RNA (shRNA). shRNA is one strand of RNA that is folded over—creating a double-stranded RNA with a hairpin loop on one side—and is a precursor of siRNA.

The double-stranded RNA is then introduced into cells by methods such as injection or delivery by vectors, such as modified viruses. If shRNA is used, RNase enzymes in the cell, such as Dicer, cleave it down to the shorter siRNA, removing the hairpin loop.

The siRNA then binds to an enzyme called Argonaute, which is part of a complex called RISC (RNA-induced silencing complex). Here, the two strands of the siRNA separate. One floats away while the other—called the guide strand—remains attached to RISC. It is called the guide strand because this is the strand that binds to the mRNA, through complementary base pairing, bringing the whole RISC to the mRNA. This binding is very specific because the siRNA is usually designed to be completely complementary to the targeted mRNA. Argonaute then cleaves and degrades the mRNA, preventing it from being translated into protein—effectively silencing the gene.

Die RNA-Interferenz (RNAi) ist ein Prozess, bei dem ein kleines nicht-kodierendes RNA-Molekül die Expression eines Gens blockiert. Dies erreicht es, indem es sich an sein Boten-RNA (mRNA)-Transkript bindet und so die Translation des Proteins blockiert.

Dieser Prozess findet auf natürliche Weise durch die Aktivität der mikroRNAs in den Zellen statt. Forscher können diesen Mechanismus nutzbar machen, indem sie synthetische RNAs einführen, um bestimmte Gene für Forschungs- oder Therapiezwecke selektiv zu deaktivieren. RNAi könnte zum Beispiel dazu verwendet werden, Gene zu unterdrücken, die bei Krankheiten wie Krebs überaktiv sind.

Der Prozess

Erste, doppelsträngige RNA mit einer mit dem Zielgen komplementären Sequenz wird synthetisiert. Es können verschiedene Arten von doppelsträngiger RNA verwendet werden. Beispiele hierfür sind kurzer interferierende RNA (siRNA) und kleiner Haarnadel-RNA (shRNA). shRNA ist ein RNA-Strang, der umgefaltet wurde. Dabei wird eine doppelsträngige RNA mit einer Haarnadelschleife auf einer Seite erzeugt wird. Diese stellt den Vorläufer der siRNA dar.

Die doppelsträngige RNA wird dann durch Methoden wie Injektion oder Abgabe durch einen Träger, wie z.B. modifizierte Viren, in die Zellen eingebracht. Wenn shRNA verwendet wird, spalten RNase-Enzyme in der Zelle, wie z.B. Dicer, diese auf die kürzere siRNA herunter und entfernen die Haarnadelschleife.

Die siRNA bindet sich dann an ein Enzym namens Argonaute, welches Teil eines Komplexes namens RISC (RNA-induzierter Silencing-Komplex) ist. Hier trennen sich die beiden Stränge der siRNA. Einer schwimmt davon, während der Leitstrang an RISC gebunden bleibt. Er wird Leitstrang genannt, weil dies der Strang ist, der durch komplementäre Basenpaarung an die mRNA bindet und so das gesamte 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 angestrebten mRNA ist. Argonaute spaltet und degradiert dann die mRNA und verhindert, dass sie in ein Protein übersetzt wird. Das Gen wird also effektiv zum Schweigen gebracht.

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