Gen-Silencing

Das Gen-Silencing (engl. silence = Stille; Gen-Stilllegung) ist ein Vorgang aus der Genetik, bei dem Gene aktiv abgeschaltet werden. Das Gen-Silencing dient der Regulation der Aktivität von Genen (Genregulation). Beim Gen-Silencing erfolgt die Genregulation durch eine Hemmung der Übertragung (Transkription) einer genetischen Information von der DNA auf die mRNA (transkriptionelles Gen-Silencing) oder der nachfolgenden Translation der auf der mRNA gespeicherten Information in ein Protein (post-transkriptionelles Gen-Silencing).

Transkriptionelles Gen-Silencing: Transkriptionelles Gen-Silencing ist ein Resultat von epigenetischen Veränderungen der DNA, wie insbesondere DNA-Methylierung oder Histonmodifikationen. Durch die Modifikationen der Histonenden wird eine Art heterochromatischer Zustand um das Gen geschaffen, welcher es der Transkriptionsmaschine (RNA-Polymerase, Transkriptionsfaktoren, etc.) verwehrt, zu binden.

Posttranskriptionelles Gen-Silencing: Als posttranskriptionelles Gen-Silencing (PTGS) werden die Prozesse der Gen-Stilllegung bezeichnet, die erst nach der Transkription der genetischen Information von der DNA auf die übertragende mRNA stattfinden. Zu den Formen des posttranskriptionellen Gen-Silencings zählen insbesondere der Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) und die RNA-Interferenz (RNAi).

Während der Nonsense-mediated mRNA decay vorrangig der Vermeidung von Nonsense-Punktmutationen dient, ist die RNA-Interferenz ein überwiegend regulatorischer Prozess unter Beteiligung spezifischer RNA-Moleküle, wie miRNA (Micro-RNA) und siRNA (Small interfering RNA). Das posttranskriptionelle Gen-Silencing kann zu einem intensivierten Abbau der mRNA eines bestimmten Gens führen. Durch den Abbau der mRNA wird die Translation und somit die Bildung des spezifischen Genproduktes (meist ein Protein) verhindert. Darüber hinaus ist eine genspezifische direkte Hemmung der Translation als Folge des posttranskriptionellen Gen-Silencings möglich.

Es wird angenommen, daß es sich beim Gen-Silencing um einen eigentlich gegen Pflanzenviren gerichteten Abwehrmechanismus (pflanzliche Abwehr) handelt. So ist die Pflanze in der Lage, große Mengen eines bestimmten Transkripts spezifisch zu erkennen und dieses abzubauen.

Die Spezifität des Vorgangs ist noch weitgehend unklar. Jedoch scheinen Sekundärstrukturen der mRNA (z.B. Haarnadelschleifen an palindromischen Sequenzen) für die Erkennung eine wichtige Rolle zu spielen. Dabei wird jedoch auch das zelleigene Homologe erkannt und mitzerstört, so daß anstelle der erwarteten Überexpression eines bestimmten Proteins sein kompletter Ausfall zu beobachten ist.

Inzwischen wird das Silencing jedoch zunehmend genutzt, um einzelne Gene gezielt stillzulegen, so daß über die dann ausfallende Funktion deren biologische Bedeutung untersucht werden kann. Dabei werden kurze Fragmente implementiert, die zu Teilen des Gens komplementär sind. Dadurch werden gezielt doppelsträngige Bereiche auf der von diesem Gen abgelesenen mRNA hervorgerufen, die dann den Abbau dieser DNA bewirken (sog. RNAi-Technik).Weiterhin eröffnet sich ein therapeutische Potenzial der saRNA z.B. in der Behandlung von Malignomen durch gezielte Aktivierung von Tumorsuppressorgenen (Ren S et al. 2013).

1. Filipowicz, W. et al. (2005): Post-transcriptional gene silencing by siRNAs and miRNAs. Curr. Opin. Struct. Biol. 15(3):331-41. PMID 15925505 doi:10.1016/j.sbi.2005.05.006 PDF
2. Pushparaj PN et al. (2008)  RNAi and RNAa -- the yin and yang of RNAome. Bioinformation. 2008 Jan 11;2(6): 235-237
3. Place RF et al. (2010) Defining features and exploring chemical modifications to manipulate RNAa activity. Curr Pharm Biotechnol11: 518-526
4. Ren S et al. (2013) Targeted induction of endogenous NKX3-1 by small activating RNA inhibits prostate tumor growth. Prostate 73:1591-1601.