Gezielt andocken und Reaktionen beeinflussen: Aptamere

RNA-Aptamere können durch ihre dreidimensionale Strukur an andere Moleküle binden. Auf diese Weise ist es möglich, die Funktion dieser Moleküle zu beeinflussen oder sie zu detektieren.

Anders als oft dargestellt, liegen einzelsträngige RNA-Moleküle nicht als flache, langgestreckte Streifen vor, sondern bilden komplexe dreidimensionale Strukturen, indem sie sich selbst an verschiedenen Stellen binden und dadurch Bögen und Schleifen bilden, die sich wiederum gegenseitig binden. Es ist möglich, RNAs herzustellen, die durch ihre dreidimensionale Struktur spezifisch an bestimmte Moleküle binden. Dadurch können sie diese Moleküle zum Beispiel detektieren oder an ihrer Funktion hindern. Sie ähneln damit Antikörpern, also Proteinen des Immunsystems, die fremde Moleküle erkennen können und die heute in vielen Therapien zur Anwendung kommen. Diese massgeschneiderten RNA-Moleküle bezeichnet man als Aptamere (vom lateinischen Verb «aptare», für «anpassen»).

Erzeugen lassen sich Aptamere, indem man eine zufällig erzeugte Sammlung von vielen verschiedenen RNA-Stücken (Oligonukleotide genannt) in einer Art Wettbewerb gegeneinander antreten lässt. Dabei werden immer diejenigen RNAs ausgesucht, die das Zielmolekül stark binden. In mehreren Durchgängen erschwert man dann schrittweise die Bedingungen für die RNAs. In diesem «evolutionären Selektionsprozess» bleiben schliesslich diejenigen RNAs übrig, die sich am stärksten mit dem Zielmolekül oder der Zielzelle binden. Dieses Verfahren wird «Systematische Evolution von Liganden durch exponentielle Anreicherung» (kurz: SELEX) genannt.

Gebremst durch Bindung

Der Verlust der Sehkraft im Alter kann verschiedene Ursachen haben. Die feuchte Maculadegeneration ist eine davon. Bei dieser Krankheit bilden sich Ödeme unter der Netzhaut. Aufgrund der dabei entstehenden Lücke zur mittleren Augenhaut wachsen vermehrt Blutgefässe von dieser in die Netzhaut, wodurch sich letztlich die verschiedene Netzhautschichten voneinander ablösen. Die Folge sind Vernarbungen, die zu erheblichem Sehschärfeverlust führen. Das Arzneimittel Pegaptanib wird seit 2004 erfolgreich gegen dieses Leiden eingesetzt. Pegaptanib wird in den Glaskörper des Auges gespritzt, wo sich das Aptamer an den Wachstumsfaktor bindet, der das Wachstum neuer Blutgewässe anregt, wodurch die Ausbreitung neuer Blutgefässe verhindert wird.

Auch in der Therapie von Prostatakrebs setzt man Hoffnungen auf Aptamere. Zellen von Prostatatumoren exprimieren sogenanntes prostataspezifisches Membran-Antigen PSMA. Auch in gesundem Gewebe ist PSMA vorhanden, seine Werte sind aber bei Krebszellen um das 8- bis 12-fache erhöht. In frühen Laborversuchen konnten durch das SELEX-Verfahren Aptamere entwickelt werden, die aufgrund ihrer dreidimensionalen Struktur an verschiedene Stellen von PSMA binden und so das Wachstum des Tumors bremsen.

Krankheitserreger entdecken, bevor sie Schaden anrichten

Aptamere könnten sich auch als nützlich erweisen, um Krankheitserreger bereits zu entdecken, bevor sie Menschen schädigen. Denn man könnte solche gezielt hergestellten RNA-Moleküle einsetzen, um krankmachende Organismen im Trinkwasser zu detektieren. Dabei werden beispielsweise mittels SELEX passend auf den Erreger – etwa den multiresistenten Keim Staphylococcus aureus oder die Magen-Darm-Krankheiten verursachende Salmonella typhimurium – zugeschnittene Aptamere auf einem Träger aufgebracht, der sodann in die Wasserprobe gehalten wird. Sind die gesuchten Organismen im Wasser vorhanden, binden sie an die Aptamere. Auch Parasiten lassen sich auf die gleiche Weise auffinden – und rechtzeitig unschädlich machen.