Gesundheit: Das Schweigen der Gene

Es ist ein bisschen wie die Geschichte vom hässlichen Entlein, das zum stolzen Schwan wird. Wenn auch nur in der Welt der Moleküle. Denn hier hat die Ribonukleinsäure (RNS) in den letzten Jahren einen sagenhaften Aufstieg hinter sich. Einst war sie die unbeachtete Schwester des Erbmoleküls DNS, nicht mehr als ein Wasserträger, der die Botschaft des „ewigen Moleküls“ aus dem Zellkern zu den Proteinfabriken transportiert. Heute weiß man, dass RNS viel mehr kann und sich sogar zum Zensor der DNS aufspielt. Die Biotechniker sind begeistert über die Fähigkeit der RNS, Gene zum Schweigen zu bringen – und träumen schon von neuen Therapien auf RNS-Basis. Mittlerweile arbeiten Hunderte von Labors in aller Welt mit der Technik.

Alles begann mit einem Fehlschlag. Vor 14 Jahren versuchten unabhängig voneinander ein amerikanischer und ein holländischer Forscher, purpurrote Petunien noch stärker zum Leuchten zu bringen. Sie schleusten zusätzliche Gene für das natürliche Pigment in die Pflanzen ein. Dann erlebten sie ein blaues Wunder. Denn statt intensiver zu blühen, färbten sich die Petunien weiß. Die zusätzlichen Erbanlagen hatten das Gegenteil des Erhofften bewirkt und sämtliche Farbgene verstummen lassen.

Wie kam es zu dieser paradoxen Reaktion? Erst 1998 wurde das Rätsel gelöst. Die amerikanischen Wissenschaftler Andrew Fire und Craig Mello hatten die richtige Eingebung. Sie spritzten dem kommagroßen Fadenwurm Caenorhabditis elegans doppelsträngige RNS. Die stimmte mit der Erbinformation eines Gens für die Muskulatur überein. Plötzlich begannen die Würmer unkontrolliert zu zucken. Ein Indiz dafür, dass das Muskel-Gen gestört war. Fire und Mello wiederholten die Prozedur bei anderen Genen und wurden genauso fündig. Stets legte die RNS genau jene Erbanlage still, deren Bestandteile sie enthielt. „RNS-Interferenz“ tauften die Wissenschaftler das Phänomen.

Die Studie löste eine Lawine neuer Untersuchungen aus. Bei Algen, Pflanzen, Taufliegen und Pilzen wurden die Ergebnisse wiederholt. Offenbar war den Forschern bisher ein fundamentaler Schutzmechanismus der Zelle entgangen. Nun enthüllten sie schrittweise, auf welche Weise die RNS ihre „Zensur“ gegenüber der DNS ausübt.

Welchem Zweck dient RNS-Interferenz? Die Gen-Blockade durch RNS ist eine Form von „Immunsystem“. Pflanzen können sich mit ihm zum Beispiel gegen Viren wehren, die ihre Erbsubstanz in Form von RNS in die pflanzliche Zelle einschmuggeln. Außerdem bietet das Verfahren einen Schutz vor Transposonen. Das sind Abschnitte der Erbinformation, die sich unkontrolliert kopieren und dann einfach in andere Gene „hineinspringen“ können – ein für die Zelle mitunter gefährlicher Egoismus. Zugleich stellte sich heraus, dass auch ganz gewöhnliche Abschnitte der DNS mit Hilfe von RNS stillgelegt werden. Auf diese Weise werden Wachstum und Entwicklung der Zellen gesteuert.

Allerdings gab es eine wichtige Einschränkung: In menschlichen Zellen funktionierte die RNS-Interferenz nicht. Immer wenn ein RNS-Strang in eine Säugetier-Zelle eingeschleust wurde, reagierte diese mit der Bildung des Eiweißes Interferon, kompletter Gen-Blockade und Zelltod. Ein effektiver Schutz gegen Viren, aber ein Hemmschuh für die Forschung. Erst dem Deutschen Thomas Tuschl (siehe Porträt) gelang es, die rabiate Abwehrreaktion der Säugetier-Zellen zu unterlaufen. Tuschl fand heraus, dass RNS, die weniger als 30 Nukleinsäure-Bausteine enthält, vom „Radarschirm“ der Säugetier-Zelle nicht erkannt wird. Nun war es möglich, auch bei Säugetieren eine gezielte Gen-Blockade auszulösen.

Wie funktioniert die RNS-Interferenz? Zunächst werden die RNS-Doppelstränge in der Zelle in kurze, etwa 22 Bausteine umfassende RNS-Schnipsel zerschnitten und dann in einem zweiten Schritt der Länge nach aufgetrennt. Diese Fäden blockieren nun die Herstellung des Gen-Produkts, meist eines Proteins. Das Gen wird also nicht direkt abgeschaltet. Stattdessen wird seine Botschaft zerstört.

Mit Hilfe der kurzen RNS-Abschnitte (der Fachausdruck heißt „siRNA“) ist es nun möglich, in Zellkulturen oder bei Versuchstieren wie dem Fadenwurm so gut wie jedes Gen gezielt zu blockieren. „Die RNS-Interferenz erlaubt es, Gen-Funktionen innerhalb von Tagen aufzuklären, während man früher dazu einige Monate oder sogar Jahre brauchte“, kommentiert das „British Medical Journal“. „Ein traumhaftes Werkzeug“, schwärmt der „Scientific American“.

Noch in der Ferne liegt die Möglichkeit, RNS-Schnipsel für die Behandlung von Krankheiten zu nutzen. Aber sie besteht. So könnte man Gene von Krankheitserregern oder von krankhaft veränderten Zellen blockieren. Mittlerweile versuchen etliche Firmen, Mittel auf RNS-Basis zu entwickeln – zum Beispiel gegen Krebs, Hepatitis und Augenleiden.

Bisher allerdings konzentriert man sich auf Labor- oder Tierversuche und vermeidet allzu optimistische Prognosen. Denn die haben schon öfter getrogen, etwa bei der Gentherapie. „Vielleicht wird es dieses eine Mal so sein, dass die Wirklichkeit den Erwartungen gerecht wird“, hofft Julian Downward vom Londoner Krebsforschungsinstitut.