RNA-Editing

Grundprinzip und Formen

RNA-Editing, auch RNA-Edierung oder RNA-Edieren genannt, ist ein biochemischer Vorgang in bestimmten Zellen oder Zellorganellen. Er kann während der Genexpression stattfinden und verändert die Wiedergabe genetischer Information. Nach der Transkription, also der Herstellung eines RNA-Transkripts anhand der DNA, und vor der Translation wird die Nukleotid-Sequenz der Messenger-RNA (mRNA) an einzelnen Nukleinbasen verändert. Dadurch stimmt die RNA-Sequenz anschließend nicht mehr vollständig mit der ursprünglichen genomischen Nukleotid-Sequenz der DNA überein.

RNA-Editing ist eine wichtige Form der posttranskriptionellen Modifikation, also einer Veränderung nach der Transkription. Zusammen mit dem meist kotranskriptionellen Spleißen (Splicing) vergrößert es die Diversität des Transkriptoms. Das Transkriptom ist die Gesamtheit der in einer Zelle vorhandenen RNA-Transkripte. Durch diese zusätzliche Vielfalt kann auch eine wesentlich größere Proteinvielfalt entstehen.

Grundsätzlich werden zwei Formen unterschieden:

• Beim Insertions-/Deletions-Editing werden einzelne oder mehrere Nukleotide in die RNA eingefügt oder aus ihr entfernt.
• Bei der chemischen RNA-Modifikation werden einzelne Nukleinbasen oder Ribosen eines RNA-Strangs chemisch verändert. Beispiele sind die Desaminierung von Adenosin (A) zu Inosin (I) und die Umwandlung von Uridin (U) zu Pseudouridin (Ψ). Bei einer Desaminierung wird eine Aminogruppe aus einem Molekül entfernt.

Je nach Organismus und Zellkompartiment unterscheiden sich die verwendeten Enzyme, Hilfsmoleküle und die Stärke des Editings deutlich.

RNA-Editing in Trypanosomen

In den Mitochondrien von Trypanosomen findet in großem Umfang Insertions- und Deletions-Editing statt. Trypanosomen zeichnen sich außerdem durch eine weitere ungewöhnliche Form der RNA-Prozessierung aus, das Transspleißen.

Fast jedes zweite Ribonukleotid mit der Nukleobase Uracil, also fast jeder zweite Uridin-Baustein, wird in mitochondriale mRNAs eingefügt. Diese Einfügungen erfolgen mithilfe eines sogenannten Editosoms. Ein Editosom ist ein Molekülkomplex, der das RNA-Editing durchführt. Sogenannte guide-RNAs, also Leit-RNAs, bestimmen dabei die Spezifität des Editosoms und steuern, an welchen Stellen wie viele Uridin-Einheiten eingefügt werden. Ihre Funktion ist damit teilweise mit der von snoRNAs vergleichbar, die bei anderen RNA-Modifikationen eine ähnliche Leitfunktion erfüllen.

RNA-Editing in höheren Eukaryoten

Bei höheren Eukaryoten, beispielsweise bei Säugetieren, kommt fast ausschließlich die chemische Modifikation einzelner Nukleotide als Editiermodus vor. Zu den RNA-Modifikationen gehören die Umwandlung von Uridin zu Pseudouridin und die 2’-OH-Methylierung von Ribosen. Solche Veränderungen finden sich unter anderem in ribosomalen RNAs, tRNAs und snRNAs. In vielen Fällen sind sie von Komplexen aus snoRNAs und Proteinen abhängig, den snoRNPs; verwandte Komplexe heißen scaRNPs.

Weitaus verbreiteter ist die direkte enzymatische Veränderung von Basen ohne guide-RNAs. Vor allem Adenosin-Desaminasen, englisch adenosine deaminase acting on RNA (ADAR), wandeln im menschlichen Transkriptom zahlreiche Adenosinreste in RNA zu Inosin um. Inosin verhält sich bei der Basenpaarung wie Guanosin. Dadurch wird die Information von Tausenden von Transkripten verändert, mit weitreichenden Folgen für das Spleißen, die RNA-Stabilität und die Translation.

Ein gut untersuchtes Beispiel ist die mRNA von ApoB. In bestimmten Geweben findet dort eine Desaminierung als „C-zu-U-Editing“ statt. In der edierten RNA entsteht ein Stop-Codon, also ein Signal zum Abbruch der Translation. Dadurch wird eine verkürzte Isoform des Apolipoproteins B gebildet. Das katalytisch wirksame Protein des beteiligten Komplexes ist APOBEC-1. Es gehört zur Proteinfamilie APOBEC, zu der auch Cytidin-Desaminasen wie AICDA (activation-induced cytidine deaminases) zählen.

Ein weiteres Beispiel ist der Serotonin-Rezeptor 5-HT₂C. Durch RNA-Editing wird seine Spezifität für G-Proteine verändert, sodass unterschiedliche Signaltransduktionswege beeinflusst werden können. Auch zahlreiche spezifische Transkripte in Nervengewebszellen sind Ziele der Editing-Maschinerie, darunter Transkripte für den Kalium-Kanal Kv1.1 und den Glutamat-Rezeptor.

RNA-Editing erfüllt außerdem Schutz- und Abwehrfunktionen. Es trägt zur Unterdrückung der Retrotransposition bei, vor allem von Alu-Elementen, und zur Abwehr von RNA-Viren einschließlich Retroviren wie HIV. Auch DNA-Viren mit einer genomischen RNA-Zwischenstufe, sogenannte Pararetroviren, können betroffen sein, beispielsweise die prägenomische RNA des Hepatitis-B-Virus. Darüber hinaus wird die Diversität von Antikörpern durch RNA-Editing erhöht.

Kalmare sind für besonders stark ausgeprägtes RNA-Editing bekannt. In ihren Nervenzellen findet ADAR-vermitteltes Editing in großem Umfang auch außerhalb des Zellkerns statt, insbesondere im Zytoplasma der Riesenaxone. Diese Prozessierung ist regionsspezifisch geregelt.

RNA-Editing in Pflanzen

In den Plastiden von Samenpflanzen findet ein „C-zu-U-Editing“ statt. Dabei werden etwa 20 bis 40 Nukleotide des Plastiden-Transkriptoms verändert.

In den Mitochondrien höherer Landpflanzen ist das Editing deutlich stärker ausgeprägt. Dort gibt es kein Gen, dessen Transkript nicht einer RNA-Modifikation unterliegt. Der Anteil der veränderten Nukleotide kann bis zu 20 % einer Gensequenz betragen.

Bei niederen Pflanzen, zu denen im Artikel Algen bis hin zu Lebermoosen gerechnet werden, kommt RNA-Editing dagegen nicht vor.

Erkrankungen durch gestörtes RNA-Editing

Störungen des RNA-Editing-Apparates tragen vermutlich zu verschiedenen Erkrankungen des Menschen bei. Ein Zusammenhang wird unter anderem für die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), bestimmte Formen der Epilepsie, Schizophrenie und weitere neuronale Erkrankungen vermutet. Die Formulierung weist darauf hin, dass diese Zusammenhänge im Artikel als Vermutungen und nicht als allgemein gesicherte Ursachen dargestellt werden.