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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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 Verfasst am: 21. Aug 2013 12:44 Titel: RNA Interferenz als Schädlingsbekämpfung |
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Hallo zusammen!
Dieser Artikel über eine (für mich) neue Art der Schädlingsbekämpfung hat für mich einige Fragen aufgeworfen.
http://www.sciencemag.org/content/341/6147/732.full
Wie ich es verstanden habe:
Die Grundidee ist ofenbar die RNA Interferenz: Bringt man ein doppelstängiges RNA Molekül in den Zellkern eines Organismus ein, so wird dieses Molekül wohl als fremd erkannt und in Einzelteile zerlegt. Ist nun aber ein eigenes Genprodukt des betroffenen Organsimus komplementär zum Leitsrang der eingebrachten (fremden) RNA, so wird auch dieses eigene Genprodukt zerlegt. Die Zelle zerstört also nicht nur den "Eindringling" sondern auch eigene RNA.
Dies möchte man nun, wie im Artikel beschrieben, wohl dazu nutzen, Schädlinge von etwa Nutzpflanzen zu bekämpfen, indem man dem Schädling die RNA zugührt, die mit eigener RNA wechsewirkt und so zu deren Zerstörung führt. Ist diese eigene RNA übelebenswichtig für den Schädling, so führt die Interferenz letztlich zu dessen Tod.
Um die RNA in den Schädling einzubringen, bringt man in die Nutzpflanze Gene ein, dass sie genau die RNA herstellt, die im Schädling die letztlich tödliche RNA-Interferenz auslöst, sobald dieser die Pflanze frisst und damit die RNA aufnimmt.
Was ich nicht verstanden habe, ist, wie der Organismus eine RNA nun als fremd erkennt. Ist eine zugeführte dsRNA komplementär zu einer eigenen RNA, wo sollte dann der Marker sein, dass die zugeführte RNA fremd ist?
Ist es allein die Tasache, das sie doppelsträngig vorliegt und zelleigene RNA dies im Zellkern noch nicht tut?
Oder ist die zugeführte RNA womöglich gar nicht komplett komplementär einer eigenen RNA, sondern nur teilweise? Dann würde sie ja in Wechselwirkung mit dem Organsimus eigenen RNAs treten können, würde aber zuvor bereits als fremd erkannt werden und entsprechend "markiert" werden können.
Oder ist es ganz anders?
Gruß,
Fexx |
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jörg
Anmeldungsdatum: 12.12.2010
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| Verfasst am: 21. Aug 2013 13:44 Titel: Re: RNA Interferenz als Schädlingsbekämpfung |
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Hast du denn unabhängig von dem Artikel eine Idee von RNA-Interferenz?
Weisst du, was siRNAs (si=small interfering) oder micro-RNAs sind?
| Fexx hat Folgendes geschrieben: |
Die Grundidee ist ofenbar die RNA Interferenz: Bringt man ein doppelstängiges RNA Molekül in den Zellkern eines Organismus ein, so wird dieses Molekül wohl als fremd erkannt und in Einzelteile zerlegt. |
Genau, einerseits werden fremde dsRNA-Moleküle zerlegt, andererseits kann aber auch eine endogene RNA an eine mRNA binden und die Expression des entsprechenden Genproduktes regulieren. Es ist also einerseits ein Mechanismus der angeborenen Immunabwehr, andererseits ein Expressionsregulationsmechanismus.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Ist nun aber ein eigenes Genprodukt des betroffenen Organsimus komplementär zum Leitsrang der eingebrachten (fremden) RNA, so wird auch dieses eigene Genprodukt zerlegt. Die Zelle zerstört also nicht nur den "Eindringling" sondern auch eigene RNA. |
Dazu gibt es aber nun Genprodukte, die genau das machen sollen: komplementär zu einer entweder eigenen mRNA (zur Expressionsregulation) oder zu einer z.B. einzelsträngigen viralen (oder bakteriophagen) RNA zu sein, damit diese degradiert werden.
Diese si- und miRNAs sind dabei nicht komplementär zu einem gesamten RNA-Strang, sondern nur zu kurzen Sequenzabschnitten. Sie müssen auch nicht vollständig komplementär sein, wichtig ist die Komplementarität der sog. "seed-region", einer sehr kurzen Sequenzfolge der entsprechenden si- oder miRNA.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: |
Was ich nicht verstanden habe, ist, wie der Organismus eine RNA nun als fremd erkennt. Ist eine zugeführte dsRNA komplementär zu einer eigenen RNA, wo sollte dann der Marker sein, dass die zugeführte RNA fremd ist? |
Es ist im Prinzip völlig egal, ob es sich um fremde oder eigene RNA handelt, sie muss nur komplementär zu einem Bereich der mRNA eines essentiellen Gens sein.
Wichtig ist dabei, dass die RNA in den Organismus gelangt. Bei Säugetieren kann man sie nicht einfach oral verabreichen, da sie verdaut würde. Bei einigen Insekten jedoch wird sie nicht durch einen Verdauungsapparat gespalten und gelangt vollständig in den Organismus.
Die RNA wird nicht als fremd erkannt und dann ein eigenes Genprodukt "zufällig" mit zerlegt, weil die entsprechende mRNA es "erkennt", sondern die kurze si- oder miRNA bindet an die Zielsequenz auf der entsprechenden mRNA und diese werden dann abgebaut. Wie gesagt, eukaryontische Zellen nutzen den Mechanismus der RNAi auch, um die eigene Genexpression zu regulieren.
Schau dir auch noch mal etwas genauer an, wie RNAi funktioniert und wo sie in welcher Form eine Rolle spielt, ich glaube, dann wird einiges klarer.
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RNA?- just another nucleic acid? |
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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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| Verfasst am: 21. Aug 2013 19:12 Titel: |
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Hallo Jörg!
Danke für die schnelle Antwort!
| Zitat: | | Weisst du, was siRNAs (si=small interfering) oder micro-RNAs sind? |
siRNAs und microRNAs sind wohl beides Teilbereiche einer größeren RNA, bevor sie durch Enzyme zu den eigentlichen siRNAs und microRNAs zerlget werden. Was die Interferenz angeht, funktionieren diese beiden RNA-Typen wohl gleich, nur entsteht die siRNA wohl aus einem usprünglich größeren RNA Molekül.
| Zitat: | | Genau, einerseits werden fremde dsRNA-Moleküle zerlegt, andererseits kann aber auch eine endogene RNA an eine mRNA binden und die Expression des entsprechenden Genproduktes regulieren. |
| Zitat: | | ...gibt es aber nun Genprodukte, die genau das machen sollen: komplementär zu einer entweder eigenen mRNA (zur Expressionsregulation) oder zu einer z.B. einzelsträngigen viralen (oder bakteriophagen) RNA zu sein, damit diese degradiert werden. |
Die Vorraussetzung für die komplette Zerlegung der inteferierenden RNA-Einzelstränge ist also nicht, dass sie irgendwie als fremd erkannt werden, sondern dass sie ganz simpel gebunden werden, sollte eine komplementäre RNA im Zellkern umherschwimmen? Und sobald sich dieser Komplex bildet, wird er komplett zerlegt um so den potentiellen Eindringling (Virus) zu zerstören oder die Translation eigener Genprodukte zu verhindern (Genruegulation). Ist das so richtig?
Wenn ja, was zeichnet dann den RNA-Doppelstrang aus, nachdem etwa eine siRNA und eine mRNA aneineinader gebunden haben (jetzt als Regulationsschritt), sodass dieser Komplex zerstört/zerlegt wird? Da muss es doch irgendein Signal geben.
Wenn das Signal allein die Tatsache wäre, dass hier eine doppelsträngige RNA herumschwimmt, würde jeder RNA-Virus in dieser Form, also wenn er als dsRNA vorliegt, doch augeblicklich zerlegt werden. Und das kann ich mir irgendwie nicht vorstellen.
Gruß |
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jörg
Anmeldungsdatum: 12.12.2010
Beiträge: 2107
Wohnort: Bückeburg
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| Verfasst am: 21. Aug 2013 22:26 Titel: |
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| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Wenn ja, was zeichnet dann den RNA-Doppelstrang aus, nachdem etwa eine siRNA und eine mRNA aneineinader gebunden haben (jetzt als Regulationsschritt), sodass dieser Komplex zerstört/zerlegt wird? Da muss es doch irgendein Signal geben. |
Gibt es auch. So ist es z.B. von der Vollständigkeit der Komplementarität abhängig, ob die Ziel-RNA einer mi- oder siRNA degradiert wird oder ob es zu einer Translationshemmung kommt. Dabei spielt v.a. die sog. seed-Region an dem 5'-Ende der miRNA eine Rolle, weil das von dem RISC (RNA-induced silencing complex) erkannt wird. Dann zerknabbern die Argonauten-RNAsen das Transkript.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Wenn das Signal allein die Tatsache wäre, dass hier eine doppelsträngige RNA herumschwimmt, würde jeder RNA-Virus in dieser Form, also wenn er als dsRNA vorliegt, doch augeblicklich zerlegt werden. |
Das ist ja auch ein Ziel. Und tatsächlich wäre es so, wenn die Viren nicht auch der Evolution unterlägen und die Situation einfach so hinnehmen müssten. Doch sie haben Gegenstrategien entwickelt. Wenn jedes Virus schon durch die angeborene Immunabwehr zu stoppen wäre, hätten wir keine Probleme damit.
Aber die Erkennungsmechanismen sind auch unterschiedlich: Während endogene mi- oder siRNAs bereits mit dem RISC assoziiert sind, bevor sie an die Ziel-RNA binden (also der gesamte Komplex "erkennt" die Ziel-RNA mittels RNA-RNA-Hybridisierung), werden exogene dsRNAs von anderen Proteinen erkannt, die sie dem RISC zuführen. Einige der erkennenden Proteine haben dabei eine "Längen-Spezifität", d.h. sie erkennen dsRNAs bestimmter Längen.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Was die Interferenz angeht, funktionieren diese beiden RNA-Typen wohl gleich, nur entsteht die siRNA wohl aus einem usprünglich größeren RNA Molekül. |
Auch miRNAs entstehen aus einem grösseren precursor. Es gibt jedoch Unterschiede in der Prozessierung.
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RNA?- just another nucleic acid? |
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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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| Verfasst am: 21. Aug 2013 23:20 Titel: |
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| Zitat: | | So ist es z.B. von der Vollständigkeit der Komplementarität abhängig, ob die Ziel-RNA einer mi- oder siRNA degradiert wird oder ob es zu einer Translationshemmung kommt. Dabei spielt v.a. die sog. seed-Region an dem 5'-Ende der miRNA eine Rolle, weil das von dem RISC (RNA-induced silencing complex) erkannt wird. Dann zerknabbern die Argonauten-RNAsen das Transkript. |
Ah, okay. Also gibt es tatsächlich so eine Art Marker an der microRNA (und warscheinlich dann wohl auch an der siRNA), die den "zerknabbernden" Enzymen bescheid geben, hier ihre Arbeit aufzunehmen?
Wie sieht es denn dann mit den dsRNAs aus, die man als Pestizid ins Insekt einzubringen gedenkt, wie in dem Artikel erwähnt? Das könnte doch dann gar nicht funktionieren, wenn der Leitstrang der eingebrachten dsRNA bereits die besagte Region besitzt, die den Abbau-Enzymen ermöglichen, anzugreifen. Dann würde ja bereits die eingebrachte dsRNA abgebaut, ohne überhaupt in wechselwirkung mit zelleigenen RNAs des Insekts zu treten. Aber genau das will man ja erreichen, damit das Insekt bzw. der Schädling stirbt.
| Zitat: | | Aber die Erkennungsmechanismen sind auch unterschiedlich: Während endogene mi- oder siRNAs bereits mit dem RISC assoziiert sind, bevor sie an die Ziel-RNA binden (also der gesamte Komplex "erkennt" die Ziel-RNA mittels RNA-RNA-Hybridisierung), werden exogene dsRNAs von anderen Proteinen erkannt, die sie dem RISC zuführen. |
Okay. Aber letztlich verlängert das ja nur den Signalweg bis zum Abbau der eingebrachten dsRNA. Warum wird mit dem Abbau solange gewartet, bis die fremde RNA als Einzelstrang vorliegt und sich an endogene RNA bindet? Warum wird sie nicht schon eher zerlegt? (Gleiche Frage wie oben, entschuldige)
Nur noch eine Sache zur Interferenz als Genregulation:
| Zitat: | | So ist es z.B. von der Vollständigkeit der Komplementarität abhängig, ob die Ziel-RNA einer mi- oder siRNA degradiert wird oder ob es zu einer Translationshemmung kommt. |
Kann, wenn die siRNA nur teilweise komplementär einer mRNA ist, letztere als Konsequenz teilweise translatiert werden und trotzdem noch eine nutzbare Aminosäuresequenz entstehen? So kämen ja letztlich noch einmal völlig andere Proteine zustande, als auf dem jeweiligen Gen kodiert - was ich mir eigentlich gut vorstellen könnte.
Gruß |
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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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| Verfasst am: 22. Aug 2013 10:55 Titel: |
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Noch eine Ergänzung:
Angeblich war ja einer der ersten Versuche, die zur Entdeckung der RNAi beitrugen, der Versuch, Petunien dunkler zu machen. Hierzu schleuste man dann angeblich zusätzlich Gene in das pflanziliche Genom ein, die genau diese farbgebenden Proteine kodierten, die die Pflanze ohnehin schon herstellte. Nun wurde die genetisch manipulierte Pflanze aber nicht dunkler, sondern heller, da angeblich die RNAs der beiden gleichen "Farbgene" interferierten und sich so gegenseitig ausschalteten.
Wenn aber die Vorraussetzung für die RNAi die Komplenentarität zweier RNA Moleküle ist, so wäre das doch in diesem Fall nicht gegeben. Wenn beide "Farbegene" das gleiche Protein kodieren, so sind die zunächst hergestellten RNAs doch nicht komplementär sondern identisch im Aufbau. Wie sollte hier eine Interferenz stattfinden?
Und abgesehen davon: Wenn sich micro-RNA und siRNA duch bestimmte Regionen (seed region) ausszeichnen, die dann wiederum Abbau-Enzymen signalisieren, hier anzugreifen, dann hätte das künstlich eingebrachte "Farbgen" ja auch diese Markierungen kodieren müssen. Aber das hat es doch nicht, wenn es tatsächöich das gleiche Gen war, wie jenes, was ohnehin schon im Pflanzengenom die Farbe kodierte. |
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Firelion
Anmeldungsdatum: 27.08.2009
Beiträge: 1878
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| Verfasst am: 22. Aug 2013 13:39 Titel: |
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Hi,
nur weil die Proteine identisch sind, müssen die RNAs nicht identisch sein.
Manche Aminosäuren sind durch mehr als ein Triplett codiert.
Außerdem kann es Unterschiede in den Introns geben, solange die entscheidenen Basen erhalten bleiben.
Die RNAs könnten sich also etwas unterscheiden.
LG Firelion
EDIT: Ich könnte mir auch vorstelle, dass das eine Ende der mRNA 1 zum anderen Ende der mRNA 2 komplimentär wäre ( mRNA 1 ACG........ mRNA 2 ......CGU).
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It is well known that a vital ingredient of success is not knowing that what you’re attempting can’t be done - Terry Pratchett |
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jörg
Anmeldungsdatum: 12.12.2010
Beiträge: 2107
Wohnort: Bückeburg
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| Verfasst am: 22. Aug 2013 14:09 Titel: |
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Ich denke, zunächst müssen wir etwas mehr differenzieren. Bisher habe ich mi- und siRNAs gemeinsam behandelt, doch es gibt einige gravierende Unterschiede: Die Vorlage für siRNAs ist das Virusgenom selbst, d.h. die siRNA ist vollständig komplementär zu der Ziel-RNA. Hier ist die seed-region also zu vernachlässigen bzw. es gibt sie gar nicht in der Form. Bei diesem perfekten Matching kommt es zur vollständigen Degradation. miRNAs werden von chromosomalen loci -meist aus Introns- herausprozessiert und passen damit in den seltensten Fällen perfekt auf ihre Ziel-RNA. Damit kann kein Transkript direkt zerstückelt werden, es kann jedoch langsamer translatiert oder destabilisiert werden, was sekundär zur Degradation führt. Ferner deckt keine der beiden RNA-Typen das gesamte Transkript/(Virus)Genom ab, sondern es sind kleine, so zwischen 20 und 50 Nukleotiden lange Sequenzen, die "angegriffen" werden. Die siRNA wäre also der Virusabwehr zuzuordnen, die miRNA der Expressionsregulation. Wenn allerdings ein miRNA eine vollständige, perfekte Komplementarität zur Zielstruktur aufweist, so wirkt sie wie eine siRNA und eine siRNA, die unvollständig bindet, wirkt wie eine miRNA. Dies allerdings wurde bisher ausschliesslich experimentell gezeigt, in der Natur konnte bisher keine miRNA gefunden werden, die wirklich komplett perfekt auf ihr Ziel passt. Dann wurde die seed-Region entdeckt und ein Zusammenhang zwischen der Vollständigkeit der Komplementarität dieser Region mit der Wirkung festgestellt (vollständige Komplementarität = Destabilisierung der RNA; unvollständige Komplementarität = Translationsinhibition). Bei der Translationsinhibition entstehen nun nicht andere Proteine, zumal die meisten miRNAs in der 3'UTR einer mRNA binden, sondern die Prozessivität des Ribosms wird beeinflusst.
Säugetiere verfügen nicht über siRNAs, sondern nur über miRNAs. Wenn man allerdings Virusgenomen experimentell eine miRNA Bindungsstelle in ihr Genom "einbaut", so sind sie nicht oder stark vermindert replikationsfähig, zumindest bis zur Entstehung von escape-Mutanten, die irgendwie die Degradation ihres Genoms umgehen (z.B. durch Deletion der miRNA-Bindungsstelle).
Virale dsRNA wird nun nicht nur durch siRNAs erkannt, sondern auch direkt zerstückelt, indem entsprechende Nukleasen es zerknabbern. Dazu werden im Zuge einer Zytokin-Antwort entsprechende Nukleasen aus dem Zellkern in das Zytoplasma transloziert. Bei Säugern ist dieser Mechanismus noch nicht gezeigt, es gibt jedoch Hinweise, dass er auch hier greift.
Nun zu dem Artikel: Hier wird eine dsRNA in die Larve eingebracht, diese dsRNA wird prozessiert, aus ihr werden siRNAs abgeleitet. Handelt es sich um ein Virus-Genom, so wird das Virusgenom mittels dieser siRNAs zerstückelt. Handelt es sich um bei den siRNAs um solche, die an eigene Transkripte binden, werden diese zerstückelt. Hier wird also ein antivirlaer Abwehrmechanismus benutzt, um Gene der Larve zu zerstören.
Zu dem Petunienversuch kann ich nichts sagen, ich kenne ihn nicht. Wenn ich dazu Stellung nehmen soll, müsstest du ihn genauer und konkreter beschreiben.
EDIT: Auch bei der Entdeckung in Petunien handelte es sich nicht um zueinander komplementäre mRNAs, sondern die Generierung von siRNAs wurde hier entdeckt.
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