Das Prinzip der Genregulation

Als sie ihre Entdeckung machten, reagierte die Scientific Community mit Gleichmut. Die US-amerikanischen Mediziner Victor Ambros und Gary Ruvkun hatten Anfang/Mitte der 1990er Jahre an einem Fadenwurm der Gattung Caenorhabditis geforscht und dabei in Genen des Wurms eine sehr kurze RNA, sogenannte Mikro-RNA entdeckt, die offenbar für entscheidende Steuerungsprozesse bei der Genregulation zuständig sind, also dafür sorgen, dass eine Muskel- oder eine Nervenzelle auch nur das tut, was ihre eigentliche Aufgabe ist. Diese Ergebnisse waren interessant, man mochte dem ungewöhnlichen Mechanismus aber keine allgemeingültige Bedeutung beimessen, für komplexere Organismen sei er vermutlich irrelevant.

Die in den Chromosomen gespeicherten Informationen lassen sich mit einem Bauplan für alle Zellen in einem Organismus vergleichen. Jede Zelle enthält dieselben Erbanlagen. Die verschiedenen Zelltypen besitzen jedoch sehr unterschiedliche Eigenschaften. Aber welcher Vorgang ist nun verantwortlich, dass jede Zelle die für sie relevanten genetischen Anweisungen befolgt? Genetische Informationen fließen von DNA zu Boten-RNA (MRNA), über einen Prozess, der Transkription genannt wird, und dann weiter zu den Ribosomen, den Eiweißfabriken der Zelle. Dort werden MRNAs übersetzt, so dass Proteine nach den in der DNA gespeicherten genetischen Anweisungen hergestellt werden. In den 1960er Jahren konnte gezeigt werden, dass spezialisierte Proteine, die als Transkriptionsfaktoren bekannt sind, sich an bestimmte Regionen in der DNA binden und den Fluss genetischer Informationen kontrollieren können, indem sie bestimmen, welche MRNAs produziert werden. Seitdem wurden Tausende von Transkriptionsfaktoren identifiziert, und lange Zeit glaubte man, dass die Hauptprinzipien der Genregulation gelöst waren.

Als Ambros und Ruvkun weitere Mikro-RNA in einem weiteren Gen entdeckten, das im gesamten Tierreich vorkommt, stieg das Interesse an den Forschungen der beiden schlagartig. Inzwischen weiß man, dass auch beim Menschen mehr als tausend Gene für verschiedene Mikro-RNAs verantwortlich sind und dass die Genregulation durch Mikro-RNA bei mehrzelligen Organismen universell ist.

Die Mikro-RNAs koppeln an passende Sequenzen der Boten-RNAs. Diese Kopplung führt dazu, dass das jeweilige Protein nicht mehr hergestellt wird. Unter anderem mit Hilfe dieses Mechanismus gelingt es etwa menschlichen Muskel-, Darm- oder Nervenzellen, nur diejenigen Proteinsätze herzustellen, die sie jeweils benötigen, um ihre speziellen Funktionen im Organismus zu erfüllen. Auch stimmen sie mit diesem Prozess ihre Genaktivitäten laufend ab und können so auf wechselnde Bedingungen in unserem Körper und der Umwelt reagieren. Läuft die Genregulation aus dem Ruder, kann das zu schweren Krankheiten führen wie Krebs, Diabetes oder Autoimmunität. Daher trägt das Verständnis der Genregulation entscheidend dazu bei, Krankheiten zu bekämpfen.

Für ihre Entdeckung eines »völlig neuen Prinzips der Genregulation« erhalten Ambros, der an der University of Massachusetts Medical School arbeitet, und Ruvkun, der an der Harvard Medical School sowie am Massachusetts General Hospital tätig ist, den Medizinnobelpreis, wie das Karolinska-Institut in Stockholm am Montag mitteilte. »Es stellte sich heraus, dass dies für mehrzellige Organismen, einschließlich des Menschen, von wesentlicher Bedeutung ist«, begründete das Nobelpreiskomitee, seine Entscheidung. Mikro-RNA erweise sich als grundlegend für die Entwicklung und Funktion von Organismen. Die entdeckte Genregulierung funktioniere seit Hunderten Millionen Jahren. Dieser Mechanismus habe die Evolution von immer komplexeren Organismen ermöglicht.