title: The RNA interference mechanism in molecular research in general, detailed in the model organism Caenorhabditis elegans as well as in term of nutritional research
Creators: name: Liberda, Julia Katharina
Publisher: name: :none
Year: 2012

description: RNA Interferenz ist ein Mechanismus zur Gen-Abschaltung. Vor etwa 20 Jahren entdeckten C. Mello und A. Fire dieses „knock-down“ Phänomen in C. elegans. Generell startet der Mechanismus mit dem Spalten von einem langen, doppelsträngigen DNA-Molekül durch Dicer, ein RNase III Enzym, in lauter Bruchstücke (small interfering RNAs) von einer Länge von 21 bis 25nt. Der RISC-Komplex muss mithilfe von ATP aktiviert werden, erst danach wird das doppelsträngige RNA-Molekül an den Komplex gebunden und durch eine Helicase in Einzelstränge aufgespalten. Üblicherweise wird der Strang mit der geringeren thermischen Stabilität am 5‘ Ende an RISC gebunden (antisense) und der andere wird abgebaut (sense). Ist das Fragment mit der Ziel-RNA komplementär, wird dieses durch Spaltung zerstört, bei einer partiellen Komplementarität kommt es zu keiner Spaltung, sondern zu einer Hemmung der Translation. Manche Besonderheiten wie der systemische Effekt, die Vererbbarkeit des Interferenz-Signals, die Möglichkeit zur Vervielfältigung des Signals und die Produktion von secondary siRNA sind nicht in jedem Organismus gegeben. In Säugetieren und Drosophila melanogaster können keine secondary siRNAs produziert werden, was auf fehlende RdRP-Enzyme zurückzuführen ist. Die Möglichkeit zur Signalverteilung im gesamten Organismus ist in Pflanzen, Planarien und C. elegans gegeben, jedoch nicht in Fliegen oder Säugetieren. Dies ergibt sich aus dem Fehlen von homologen rsd- und sid-Genen. RNA-Interferenz ist nicht nur ein Mechanismus der zur zielgerichteten Abschaltung von Genen genutzt werden kann, sondern besitzt zudem verschiedene natürliche Funktionen wie Modifikation und Methylierung von Heterochromatin sowie Kontrolle der Transposons. In einfacher entwickelten Lebewesen wirkt RNA-Interferenz als ein Abwehrsystem gegen Viren und in Säugetieren kann es eine Immunreaktion auslösen. Zusätzlich zur Aktivierung des Immunsystems erschweren auch die Möglichkeiten von off-target effects sowie cross-interference die Entwicklung von neuen, individuellen Gentherapien und Medikamenten.
description: RNAi is a gene silencing mechanism; two decades ago, Craig Mello and Andrew Fire discovered the knock-down phenomenon in C. elegans. In general the mechanism starts by cleavage of long double-stranded RNA by the RNase III enzyme dicer into 21-25nt long small interfering RNAs. After the activation of the RISC complex through ATP and the recognition of the small interfering RNA, the double-strand gets unwind by a helicase. The strand with the lower thermodynamic stability at the 5’-end enters RISC (typically the antisense strand) while the other one (the sense strand), gets degraded. By perfect complementarities of the target mRNA and the siRNA, the target gets cleaved and destroyed, in contrast to imperfect complementarity, where siRNA works like microRNA and results in an translational repression by binding to the 3’UTR region of the target mRNA. Some specialties like the systemic effect, the inheritance, the transitive character, and the generation of secondary siRNA appear not in every organism. Mammals and Drosophila melanogaster lack the mechanism to generate secondary siRNAs. This depends on the missing homologous of RdRP enzymes, and results in the transient effect of RNAi in mammals. The spreading mechanism is established in plants, planarias, and C. elegans, but not in flies or mammals. This is based on the fact, that in those two organisms, homologous of rsd or sid are missing. RNA interference is next to the gene silencing mechanism involved in different natural functions such as heterochromatin modification and methylation, transposon silencing, works in lower organisms as an ancient defense system, and can induce an immune response in mammals. This results in the activation of the PKR pathway and the activation of the 2’-5’ oligoadenylate synthase. This fact, as well as the possibility to induce off-target effects and cross interference, complicates the development of therapeutic agents.