Die RNA- Biologie wird in den vergangenen Jahren intensiv beforscht. Im Blickfeld der Wiener Wissenschafter sind die sogenannten kleinen RNAs mit durchschnittlich nur 22 Bausteinen ("Nukleotiden").
Molekularbiologe Stefan Ameres ist Gruppenleiter am Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA).
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)
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Wissen: Wichtige Akteure in der Zelle
Die RNA war zunächst als die "Gehilfin" der DNA bekannt, die genetische Infos in der Zelle weitergibt: über die Boten-RNA als Bindeglied zwischen DNA und Proteinproduktion. Aber auch nichtkodierende RNAs sind wichtige Akteure in der Zelle, etwa Mikro-RNAs (miRNAs), die meist direkt in der Zelle gebildet werden und die Aktivität von Genen blockieren. Die "small interfering RNAs" (siRNAs) wiederum können auch außerhalb der Zelle produziert werden und übernehmen vor allem die Abwehr von Viren. Beide Vertreter der kleinen RNAs machen sich ein Vehikel zu nutze, um die Boten-RNA zu zerstückeln: die RNA-Interferenz. Dieser Mechanismus sollte der Forschung in den Folgejahren ermöglichen, Gene in der Zelle künstlich auszuschalten und damit die Funktion von Genen genauer zu bestimmen. (ly)