RNA interference (RNAi) und Epigenetik

RNAi

Die durch doppelsträngige RNA (dsRNA) induzierte RNAi beschreibt Mechanismen, die Gene auf transkriptioneller, post-transkriptioneller und translationaler Ebene stumm schalten können. Bei der transkriptionellen Gen-inaktivierung werden die Regulationselemente der Gene durch epigenetische Veränderungen ausgeschaltet (siehe unten). Die post-transkriptionelle Stummschaltung resultiert aus dem spezifischen Abbau von mRNA und erfolgt überwiegens dann, wenn die mRNA vollständig komplementäre Abschnitte zu der dsRNA aufweist. Ein Abbruch der Translation ereignet sich, wenn die mRNA zwar eine hohe aber keine vollständige Komplementarität zur dsRNA besitzt. Wegen der Vielfalt, mit dem die RNAi in die Genregulation fast aller Eukaryonten eingreifen kann, zählt die Aufklärung der RNAi Prozesse heute zu den bedeutendsten Arbeiten in der Biologie und Medizin (siehe auch Nobelpreis für Medizin, 2006) Alle RNAi Mechanismen teilen sich zwar gemeinsame Komponenten, aber in den meisten Fällen sind für die transkriptionelle, die post-transkriptionelle und die translationale Geninaktivierung verschiedene Mitglieder einer Enzymfamilie essentiell. Zu diesen Enzymklassen zählen hauptsächlich spezifische Formen der ?Dicer"- (DCR) oder ?Dicer-like"-(DCL), ?Argonaute"- (AGO) und ?RNA-directed RNA polymerase"- (RDR) Proteine. Pflanzen verfügen über ein vollständiges und das vielfältigste Sortiment dieser Enzyme. Es ist deshalb verständlich, dass die meisten Erkenntnisse über die RNAi durch Studien pflanzlicher Systeme gewonnen wurden. Darüber hinaus akkumulieren Pflanzen alle Arten kleiner regulatorischer RNAs zu denen in erster Linie die ?short interfering RNAs (siRNAs), die ?micro RNAs" (miRNAs) und die ?trans-acting short interfering RNAs" (tasiRNAs) zählen. Ein weitere Vorzug, Pflanzen als Modellsystem zu verwenden, beruht auf der Kenntnis unzähliger Pflanzenviren, von den die meisten für Proteine kodieren, die die RNAi unterdrücken können. Diese ?silencing suppressor" Proteine können genutzt werden, einzelne RNAi Prozesse aufzuklären. Sie können aber ebenso helfen, neue Strategien für die Herstellung virusresistenter Pflanzen zu entwickeln.

 

Epigenetik

In Pflanzen können reversible Geninaktivierungsmechanismen auf die Nachkommenschaft übertragen werden. Die Nachkommen weisen somit keine genetischen, sondern epigenetische Veränderungen auf. Diese gehen bei Pflanzen und Säugetieren in der Regel mit einer Hypermethylierung der betroffenen Gene einher. Wie bei der ?RNA interference" (RNAi) spielt doppelsträngige RNA (dsRNA) auch bei der Etablierung neuer epigenetischer Merkmale eine Schlüsselrolle. Darüber hinaus konnte für einige Organismen gezeigt werden, dass Mutationen, die einen defekten RNAi Mechanismus zur Folge hatten, epigenetische Anomalien aufwiesen. Es besteht demnach ein direkter Zusammenhang zwischen der RNAi und epigenetischen Veränderungen. Im Rahmen des Forschungsschwerpunkts "RNA-vermittelte Genregulation" versuchen wir mit genetischen und biochemischen Ansätzen die Wechselwirkungen zwischen der RNAi und epigenetischen Vorgängen aufzuklären.


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