Gen-Silencing

Beim Vorgang des Gen-Silencings erfolgt die Regulation der Aktivität durch eine Hemmung der Transkription einer bestimmten genetischen Information von der Ebene der DNA auf die Ebene der mRNA. Diesen Vorgang bezeichnet man in der Biotechnologie als transkriptionelles Gen-Silencing. Eine weitere Möglichkeit der aktiven Genregulation bzw. -hemmung besteht in der Blockade der Übertragung von der auf der mRNA gespeicherten Information in eine Aminosäuresequenz. Hierbei spricht man vom post-transkriptionellen Gen-Silencing.

Bei dem Vorgang des transkriptionellen Gen-Silencing handelt es sich um das Ergebnis von epigenetischen DNA-Modifikationen, insbesondere durch Vorgänge wie die Modifikation von Histonen oder die Methylierung bestimmter DNA-Abschnitte. Die Modifikationen an den jeweiligen Enden der Histone bewirkt eine Art heterochromatischen Zustand, der um das entsprechende Gen herum geschaffen wird. Diese Heterochromatie verhindert eine Bindung von Transkriptionsmechanismen wie die RNA-Polymerase oder von einem bestimmten Transkriptionsfaktor. Das bekannteste Beispiel hierfür ist das Phänomen der Positionseffekt-Variegation (PEV). Hierbei kommt es zu einer Veränderung des Chromatinzustandes und damit zur Kontrolle und Regulation des betreffenden Genes bzw. der Genregion.

Der Begriff post-transkriptionelles Gen-Silencing fasst alle Mechanismen der Genstilllegung zusammen, die erst nach der Transkription der genetischen Information von DNA auf die übertragende mRNA stattfinden. Die wichtigsten Formen des post-transkriptionellen Gene-Silencing zählen unter anderem die RNA-Interferenz (RNAi), sowie der Nonsense-mediated mRNA decay (NMD). Die RNA-Interferenz ist ein weitestgehend regulatorischer Prozess, an dem spezielle RNA-Moleküle wie siRNA oder die miRNA beteiligt sind. Der Nonsense-mediated mRNA decay hat als oberstes Ziel die Vermeidung und Vorbeugung von Nonsense-Punktmutationen. Charakteristisch für das post-transkriptionelle Gen-Silencing ist der besonders intensive Abbau der mRNA eines ganz bestimmten Gens. Durch diesen intensiven Abbau der bestimmten mRNA wird eine Translation bzw. die Bildung des daraus resultierenden Genproduktes (meistens eine ganz bestimmte Sequenz von Aminosäuren) verhindert, da an den Ribosomen keine Information im Sinne einer mRNA-Sequenz vorliegt. Eine weitere, relativ häufig vorkommende Form des post-transkriptionellen Gen-Silencings ist die genspezifische, direkte Hemmung der Translation. Hierbei findet an den Ribosomen eine Blockade sämtlicher Mechanismen statt, die für die Proteinbiosynthese notwendig sind.

Als Knockdown bezeichnet man eine experimentelle Methode des Gen-Silencings, bei der die Expression eines bestimmten Gens gezielt reduziert wird. Der Knockdown erfolgt meist post-transkriptionell, insbesondere durch den Einsatz von RNAi. Die Genexpression kann temporär oder dauerhaft reduziert werden. Knockdown wird häufig in funktionellen Studien eingesetzt, um die Auswirkungen einer verminderten Genaktivität zu analysieren, ohne das Gen komplett auszuschalten.

siehe auch: Knockout

Gen-Silencing kann pharmakologisch genutzt werden, um bei Stoffwechselstörungen die Expression bestimmter Proteine zu verhindern. Ein Beispiel ist der PCSK9-Hemmer Inclisiran.