Was ist ein Ribozym?
Ein Ribozym ist ein Ribonukleinsäuremolekül (RNA), das in der Lage ist, bei einer chemischen Reaktion als Katalysator zu wirken. Der Begriff Ribozym ist eine Abkürzung für Ribonukleinsäureenzym. Bevor in den 1980er Jahren Ribozyme entdeckt wurden, wurde angenommen, dass nur Proteine als Enzyme wirken und Reaktionen katalysieren können. Es ist nun bekannt, dass Ribozyme auch an vielen wichtigen intrazellulären Funktionen beteiligt sind und aufgrund ihrer Fähigkeit, RNA zu spalten, therapeutische Anwendungen haben können. Ribozyme können sowohl künstlich synthetisiert als auch auf natürliche Weise hergestellt werden.
Die Hauptfunktion von Ribozymen besteht darin, die Phosphodiesterbindungen von Ziel-RNA-Molekülen durch Hydrolyse aufzuspalten. Phosphodiester-Bindungen sind kovalente Bindungen, die Nukleotide in RNA und DNA miteinander verbinden und das Rückgrat des Moleküls bilden. Bei der Hydrolyse wird ein Wassermolekül hinzugefügt, das die Bindungen auflöst. Ribozyme verwenden die Hydrolyse, um andere RNA-Moleküle oder sich selbst zu spalten, manchmal auch, um zwei gespaltene RNA-Moleküle in einem als Spleißen bezeichneten Prozess zu ligieren oder zu verbinden.
Die Untersuchung des RNA-Spleißens im einzelligen Organismus Tetrahymena thermophila führte in den frühen 1980er Jahren zur Entdeckung von Ribozymen. Thomas Cech, Professor an der Universität von Colorado in den USA, stellte fest, dass RNA in diesem Organismus sich in Abwesenheit von katalysierendem Protein sowohl schneiden als auch ligieren kann. Cech und Sidney Altman, Professor an der Yale University, erhielten 1989 den Nobelpreis für Chemie für ihre Forschung an Ribozymen.
Neben dem Spleißen katalysieren Ribozyme den Aufbau von Aminosäuren zu Proteinen während des Translationsprozesses. Die Translation erfolgt, wenn die genetische Information in der Messenger-RNA (mRNA) durch die Aktivität von Ribosomen in eine Sequenz von Aminosäuren decodiert wird. Ribosomale RNA (rRNA), ein Hauptbestandteil von Ribosomen, kann daher auch als Ribozym betrachtet werden.
Es gibt viele verschiedene Arten von Ribozymen, die in ihrem natürlich vorkommenden Zustand untersucht wurden. Zwei davon, das Haarnadel-Ribozym und das Hammerhead-Ribozym, kommen in Satelliten-RNAs in Pflanzenviren vor. Hammerhead-Ribozyme wurden im Labor für die Verwendung als RNA-Spaltmittel modifiziert.
Es wird angenommen, dass modifizierte Hammerkopf-Ribozyme klinische Anwendungen in der Gentherapie haben können. Die Fähigkeit, RNA zu spalten, kann zur Bekämpfung von Retroviren beitragen, da Retroviren für die Vervielfältigung in der Wirtszelle auf ein RNA-Genom angewiesen sind. Forscher haben auch vollständig synthetische Ribozyme für ähnliche medizinische Anwendungen entwickelt. Modifizierte Hammerkopf-Ribozyme und synthetische Ribozyme werden speziell als therapeutische Optionen zur Behandlung des humanen Immundefizienz-Virus (HIV) untersucht.