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R E P O R T
Drug Delivery
Einschleusung therapeutischer
siRNA-Moleküle
HD Dr. Achim Aigner, Institut für Pharmakologie und Toxikologie,
Medizinische Forschungseinheiten, Philipps-Universität Marburg
Seit der Entdeckung der RNA-Interferenz (RNAi) sind Gentargeting-Strategien auch im Hinblick
auf die Entwicklung von Therapeutika wieder im Mittelpunkt des Interesses. RNAi basiert auf
der intrazellulären Wirkung kleiner doppelsträngiger RNA-Moleküle (siRNAs), die jedoch dazu
erst ihren Wirkort erreichen müssen. Die Applikation therapeutischer siRNAs in vivo kann über
verschiedene Strategien gelingen. Polyethylenimine (PEIs) gestatten den Schutz von siRNAs
vor Degradation sowie ihre zelluläre Einschleusung und Freisetzung. Sie können so – zumal
nach chemischen Modifikationen und Funktionalisierungen – eine attraktive Plattform für den
therapeutischen Einsatz von siRNAs bieten.
Kennziffer 13 LW 06 · www.biocom.de
Bei vielen Erkrankungen, zum Beispiel bei
Krebs, viralen Infektionen, neurodegenerativen
Erkrankungen oder der Macula-Degeneration,
spielt eine veränderte oder gesteigerte
Expression bestimmter Gene eine zentrale
Rolle. Therapeutische Ansätze können demzufolge
auf die Inhibition dieser als relevant
erkannten Gene oder Genprodukte abzielen.
Dabei kommen auch sogenannte Gentargeting-Strategien
in Frage, die darauf abzielen,
die Expression eines Targetgens ganz auszuschalten
oder zumindest zu bremsen.
Nach der Antisense-Technologie und dem
Ribozym-Targeting wurde mit der RNA-Interferenz
(RNAi) Ende der neunziger Jahre
ein weiterer Mechanismus zur selektiven Inhibition
der Genexpression aufgeklärt. Schnell
wurde erkannt, daß RNAi eine besonders
effiziente und – zumindest in vitro – einfach
anzuwendende Methode ist, um Gene auszuschalten.
Entsprechend rasch hat vor allem in
vitro die Verwendung von RNAi-basierten Ansätzen,
etwa in Genfunktionsstudien oder in
High-Throughput-Analysen, zugenommen
RNAi: vom Mechanismus zur siRNA
Abb. 1: Mechanismus der RNA-Interferenz. Kleine doppelsträngige siRNA-Moleküle werden in
den RISC-Komplex eingebaut und binden nach dessen Aktivierung sequenzspezifisch an ihre
Ziel-mRNA. RISC kann nun die mRNA spalten, die daraufhin rasch abgebaut wird und nicht mehr
zur Translation zur Verfügung steht. Zur Induktion von RNAi genügt die Einschleusung der siRNA-
Moleküle, da alle anderen Komponenten in der Zelle vorhanden sind, und auch die natürlicherweise
vorgeschaltete intrazelluläre Prozessierung längerer doppelsträngiger RNA-Moleküle zu
siRNAs (nicht gezeigt) ist prinzipiell nicht nötig.
RNAi ist ein sequenzspezifischer und posttranskriptionell
ansetzender Mechanismus,
der auf kurzen, doppelsträngigen RNA-Molekülen
beruht. Die Entdeckung der RNAi
in C. elegans durch Fire et al. 1 wurde kürzlich
mit dem Nobelpreis ausgezeichnet; es wurde
auch rasch klar, daß RNAi – wenngleich
vom Mechanismus her komplizierter – auch
in höheren Organismen vorkommt. RNAi
beruht auf einem mehrere Schritte umfassenden
intrazellulären Weg, der in zwei Phasen
aufgeteilt werden kann: die Initiationsphase,
in der doppelsträngige RNA-Moleküle endogenen
(z.B. miRNA) oder exogenen Ursprungs
durch die Spaltungsaktivität eines Proteins
vom Ribonuklease III-Typ (Dicer) in kleine, 21
bis 23 Basenpaare (bp) umfassende siRNAs
(small interfering RNAs) prozessiert werden,
und die Effektor-Phase, wo diese siRNAs in
den RNA-induced silencing complex (RISC)
eingebaut werden und die Spaltung der ZielmRNA
erfolgt. Hierzu binden die siRNAs
sequenzspezifisch durch Hybridisierung an die
Ziel-mRNA und bringen so den RISC-Komplex
mit seinen RNA-Helicase- und Nuklease-
Aktivitäten in räumliche Nähe. Es erfolgt die
Entwindung und Spaltung der Ziel-mRNA,
die daraufhin durch ihre jetzt ungeschützten
Enden rasch durch intrazelluläre Nukleasen
abgebaut wird. Der RISC-Komplex kann wiederum
an eine neue Ziel-mRNA binden, entfaltet
also eine katalytische Aktivität. Den zur
Ziel-mRNA komplementären siRNAs, die nach
bestimmten Auswahlregeln abgeleitet werden
können, kommt damit eine zentrale Rolle bei
der Induktion von RNAi zu 2 (Abb. 1).
6 | 7. Jahrgang | Nr. 6/2006 LABORWELT