RNA

Abkürzung für Ribonukleinsäure (Ribonucleic acid); wichtiges Molekül für die Umsetzung der in der DNA codierten Erbinformation

Die RNA besteht ebenso wie die DNA aus einem Zuckerphosphat-Rückgrat sowie einer Abfolge von Basen. Im Unterschied zur DNA ist bei der RNA eine der vier Basen, nämlich Thymin (T), ersetzt durch Uracil (U). RNA ist weniger stabil als DNA.

Anders als die DNA liegt die RNA nicht als Doppelhelix, sondern als einzelner Strang vor. Die Aufgabe der RNA besteht darin, die in der DNA gespeicherte Information „abzulesen“ und in Form einsträngiger RNA innerhalb der Zelle zu verschiedenen Orten zu transportieren. Dort erfüllen sie mehrere Funktionen.

Es gibt verschiedene RNA-Varianten:

• Boten-RNA (mRNA, Messenger-RNA): übermittelt den DNA-Code für ein bestimmtes Protein in Form einer daraus abgeleiteten RNA-Sequenz aus dem Zellkern zu den Ribosomen, dem Ort in der Zelle, wo die Proteine gebildet werden.
• Ribosomale RNA (rRNA): ist neben den ribosomalen Proteinen der Grundbaustein der Ribosomen.
• Transfer-RNA (tRNA): vermittelt in den Ribosomen den Einbau einzelner Aminosäuren in die wachsende Proteinkette.
• Small interferring RNA (siRNA) und micro RNA (miRNA): interagieren mit der Boten-RNA (mRNA) und erfüllen so wichtige Funktionen bei der Regulation von Genaktivitäten.

Bei der neuen Genome Editing-Methode CRISPR/Cas9 spielt die sogenannte guide RNA (gRNA) – auch bekannt als sgRNA für single guide RNA – eine wichtige Rolle. Dabei handelt es sich um eine künstlich hergestellte RNA, welche aus natürlich vorkommenden RNA-Varianten (crRNA und tracrRNA) besteht. Bei einem Teil dieses RNA-Moleküls wird die Abfolge der Basen so zusammengesetzt, dass er genau zur Zielsequenz der zu verändernden Stelle im Genom passt. Ein anderer Teil der sgRNA bindet an das Protein Cas9, welches die Ziel-DNA schneidet.

Einige der neu entwickelten Impfstoffe gegen das Corona-Virus (Sars-CoV-2) basieren auf der Boten-RNA (mRNA). Der genetische Code für bestimmte Virus-Proteine oder Teile davon wird in Form ihrer mRNA verabreicht. Sie gelangt in die menschlichen Zellen, die nun diese Virus-Proteine herstellen und auf der Zell-Oberfläche präsentieren. Das Immunsystem erkennt das feindliche Protein und reagiert: Es produziert passende, gegen das Virus gerichtete Antikörper und aktiviert Immunzellen.

Die mRNA des Impfstoffs liefert lediglich die erforderliche genetische Information, sie wird in der Zelle rasch abgebaut und nicht in das menschliche Erbgut eingebaut. Aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Struktur kann die einsträngige RNA nicht in doppelsträngige DNA integriert werden.

• Für die Erforschung der mRNA – und wie eine bestimmte RNA-Sequenz in Zellen gelangen kann ohne ihre Stabilität zu verlieren – erhielten die Biochemikerin Katalin Karikó und der Immunologe Drew Weissman den Nobelpreis für Medizin 2023. Ohne sie wäre die rasche Entwicklung wirksamer COVID19-Impfstoffe nicht möglich gewesen. Die mRNA-Technologie ist die Basis für weitere Impfstoffe, aber auch für neue Therapieformen bei bestimmten Krebskrankheiten.
• Auch der Medizin-Nobelpreis 2024 zeichnete grundlegende Forschungen zur Funktion von RNA aus. Die US-amerikanischen Molekularbiologen Victor Ambros und Gary Ruvkun erhielten ihn für die „Entdeckung der microRNA und ihre Rolle in der transkriptionalen Genregulation“. microRNA sind kurze RNA-Stücke, die eine zentrale Rolle bei der Genregulation spielen, also der Umsetzung und Steuerung der Aktivität von Genen. Sie sorgen etwa dafür, dass sich trotz gleicher DNA im Zellkern unterschiedliche Zelltypen entwickeln. Bisher sind noch nicht alle Funktionen von microRNAs bekannt. Es wird geschätzt, dass etwa 20 bis 30 Prozent aller menschlichen Gene durch microRNAs reguliert werden.

Siehe auch

RNAi; RNA-Interferenz DNA Basen Ribosomen Protein CRISPR/Cas-System Genom