Mit Ribonukleinsäuren könnten sich Krankheitsgene gezielt ausschalten lassen - Zu den kleinen Molekülen und ihren Fähigkeiten in der Zelle hat sich in Wien ein Forschungsschwerpunkt entwickelt
Spätestens seit der Entschlüsselung des humanen Erbguts ist klar: Die rund
25.000 Gene können für die Komplexität der Biologie des Menschen nicht alleine
verantwortlich sein. Es ist vielmehr das Aktivierungsmuster von Genen, das dazu
beiträgt. Hier kommt eine Gruppe von Molekülen ins Spiel, die diese
Gen-Regulation übernimmt: die der Ribonukleinsäuren (RNAs).
Die RNA-Biologie ist in den vergangenen Jahren intensiv beforscht worden.
Unter anderem im Umfeld des Vienna Biocenter, beispielsweise von den
Wissenschaftern der Max F. Perutz Laboratories (MFPL). Auch am Wiener Institut
für Molekulare Biotechnologie (IMBA) wurde ein Schwerpunkt geschaffen: Im
Blickfeld sind die sogenannten kleinen RNAs mit durchschnittlich nur 22
Bausteinen ("Nukleotiden").
Überraschte Forscher
"Im Menschen und in Modellorganismen wie etwa dem Fadenwurm oder der
Fruchtfliege haben wir mittlerweile einen guten Überblick über alle kleinen
RNAs, die in der Zelle eine Rolle spielen", sagt der neue IMBA-Gruppenleiter
Stefan Ameres über sein Forschungsgebiet. Ob für die Entwicklung eines
Organismus oder bei der fehlerhaften Regulation von Genen im Falle von
Krankheiten: Heute weiß man, dass die kleinen Vertreter der RNAs "an nahezu
allen biologischen Prozessen in der Zelle beteiligt sind", sagt der gebürtige
Deutsche.
Als im Jahr 1993 die erste Mikro-RNA im Fadenwurm C. elegans gefunden wurde,
sorgte das noch für Überraschung in der Forschergemeinde. Sollte das eine
Ausnahmeerscheinung sein? Jahre später wurde eine zweite Mikro-RNA entdeckt.
2002 waren bereits über 150 unterschiedliche Mikro-RNAs identifiziert, von denen
die meisten sowohl in den einfacheren Modellorganismen wie dem Wurm als auch im
Menschen vorkommen. "Heute sind über 20.000 Mikro-RNAs in Viren, Pflanzen,
Tieren und im Menschen beschrieben", sagt Ameres. Allein im Menschen gebe es
1500 dieser kleinen RNAs.
"Wir werden in den nächsten Jahren damit beschäftigt sein, ihren
Wirkungsmechanismus genau zu klären", meint der Molekularbiologe, der die RNAs
bereits im Zuge seiner Doktorarbeit und als Postdoc im Labor der
Molekularbiologin Renée Schroeder an den MFPL beforschte. Es folgte ein
mehrjähriger Forschungsaufenthalt in den USA, an der University of Massachusetts
Medical School in Worcester: dort, wo heute auch Victor Ambros, Entdecker der
ersten Mikro-RNA, forscht.
Eine weitere Klasse
Die Möglichkeit, eine eigene Forschergruppe aufzubauen, brachte Ameres wieder
zurück nach Wien, wo er sich neben den Mikro-RNAs auch mit den "small
interfering RNAs" (siRNAs) beschäftigt: eine weitere Klasse der kleinen RNAs.
Beide unterscheiden sich darin, wie die kleinen RNA-Moleküle produziert werden
und auch in ihrem Mechanismus der Regulation. Was sie verbindet: Mit ihnen
könnten Krankheitsgene ausgeschaltet werden.
Daher sind Mikro-RNAs wie auch siRNAs große Hoffnungsträger für
therapeutische Anwendungen, etwa zur Heilung von Krebs. "Das Wissen, das wir
über die Entstehung und Struktur der kleinen RNAs haben, kann man nutzen, um
diese synthetisch herzustellen, in den Organismus einzubringen und gezielt
einzugreifen", umreißt Ameres das Potenzial der kleinen RNA-Moleküle. Einige
therapeutische Anwendungen befänden sich schon in fortgeschrittenen klinischen
Phasen.
Doch auch in der Grundlagenforschung gibt es neue Erkenntnisse. "Wie wir
kürzlich herausgefunden haben", sagt Ameres, "kann Mikro-RNA nicht nur Boten-RNA
beeinflussen" - und so den Fluss der genetischen Information zwischen der DNA
und der Proteinbildung - es kann "unter bestimmten Umständen zum Abbau der
Mikro-RNA kommen - und damit praktisch zur Regulation der Regulatoren." Auch das
ist für die Therapie interessant.
Der Abbau von Mikro-RNAs ist dann notwendig, wenn diese Krankheiten fördern.
"Es gibt Studien, die zeigen, dass verschiedene Krebsarten verschiedene
Mikro-RNAs überaktivieren", sagt Amares, "also sehr viel von den Mikro-RNAs da
sind, die in normalen Zellen nicht vorhanden sind. " Sie könnten beispielsweise
unterdrückt werden. Andererseits können Mikro-RNAs Krankheiten verhindern. Aber
um gute von schlechter RNA zu unterscheiden, "braucht man biologisches Wissen
darüber, wie die Mikro-RNA für diese und jene Krankheiten relevant ist",
verweist Ameres auf die Komplexität der Materie. Einen anderen Weg für
therapeutische Anwendungen bieten die siRNAs: Sie könnten eingebracht und so
gelenkt werden, dass man gezielt Viren zerstört oder krankheitsfördernde Gene
ausschaltet.
Ein Virus als Shuttle
Aber: Um Krankheiten zu heilen, müssen sie zunächst zu jenem Gewebe und jenen
Zellen gelangen, wo die Krankheit sitzt, dazu sei noch viel Forschung notwendig. Denn: Wie kann man die kleinen RNAs
effizient dort hinbringen, wo sie Gene regulieren müssen? Zudem ist die
Aufnahmebereitschaft der Zellen nicht sehr hoch und die RNA ein sehr instabiles
Molekül.
"Die Leber ist durch den Blutstrom leichter anzusteuern. Es gibt schon
Anwendungen, um entsprechende Karzinome zu heilen", sagt Ameres: "Aber will man
zum Beispiel ins Gehirn, ist das schwierig." Hier könne ein Virus als Shuttle
verwendet werden, der zur Aktivierung einer bestimmten RNA führt.
Erfolgversprechende Ansätze gibt es bereits, aber, dämpft Ameres die Hoffnung:
"Man muss noch warten, ob das wirklich anwendbar ist." (DER STANDARD, Printausgabe, 08.02.2012)
=> Wissen: Wichtige Akteure in der Zelle
