mRNA

mRNAs ermöglichen es, bestimmte Proteine von Körperzellen produzieren zu lassen. Damit können nicht nur in kurzer Zeit Impfungen gegen neuartige Viren entwickelt werden, sondern eröffnen sich zusätzlich Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Therapien gegen verschiedene Krebsarten.

Boten-RNA (mRNA) ist die RNA-Klasse, deren Funktion als erste beschrieben wurde. mRNAs enthalten die Information für die Herstellung eines Proteins. Sie entstehen im Zellkern, indem während der sogenannten Transkription die auf der DNA enthaltene genetische Information zu einer Vorstufe der mRNA – der prä-mRNA – umgewandelt wird. Anschliessend wird die prä-mRNA weiterverarbeitet. Die dabei entstehende mRNA wird sodann aus dem Zellkern in das ihn umgebende Zytoplasma befördert, wo sie von Molekülkomplexen – den Ribosomen – abgelesen wird. Durch diesen Prozess, Translation genannt, werden verschiedene Aminosäuren gemäss der in der mRNA enthaltenen Sequenzinformation zu einem Protein zusammengefügt. Der ganzen Vorgang wird unter Genexpression zusammengefasst.

mRNA kann aber auch künstlich hergestellt und in eine Zelle eingebracht werden. Wenn man den genetischen Code für ein bestimmtes Protein kennt, ist es somit möglich, diesen Code in Form von mRNA in die Zelle zu bringen und diese das gewünschte Protein produzieren zu lassen. mRNA bleibt dabei ausserhalb des Zellkerns und verändert das Erbmaterial nicht. Dieser Prozess kann auf verschiedene Arten medizinisch genutzt werden.

Abwehrkräfte gegen Viren und Krebs mobilisieren

Bei einer Infektion durch Viren und andere Krankheitserreger reagiert das Immunsystem, indem Fresszellen die Erreger aufnehmen und zerstören. Anschliessend präsentieren die Fresszellen einzelne Proteine des Erregers an ihrer Oberfläche, damit sie von anderen Immunzellen erkannt werden. Diese produzieren daraufhin «Antikörper» genannte Proteine gegen den Erreger. Dieser Vorgang dauert jedoch einige Zeit, während der sich der Krankheitserreger ungehemmt verbreiten kann. Durch eine mRNA-Impfung wird dieser Prozess der Immunisierung bereits vor der Infektion ausgelöst, sodass das Immunsystem den Erreger im Fall einer Infektion bereits kennt und ihn sofort bekämpfen kann. Dafür wird die genetische Information eines viralen Proteins in Form von mRNA in die Körperzellen eingebracht, wo dieses produziert und anschliessend dem Immunsystem präsentiert wird. Die mRNA-basierten Covid-19-Impfungen basieren auf diesem Prinzip. Impfstoffe gegen weitere Viren, wie etwa das Influenza-Virus, befinden sich in der Entwicklung.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgen auch die mRNA-Impfungen gegen verschiedene Krebsarten: Krebszellen werden ähnlich wie Viren meist schnell vom Immunsystem erkannt und eliminiert. Doch einige mutieren so, dass sie von den Immunzellen nicht mehr bemerkt werden. Bei Immuntherapien präsentiert man dem Immunsystem ein Protein, das typisch für diese Krebszellen ist, sodass es sie erkennen und zerstören kann. Dies wird erreicht, indem man die DNA der Tumorzellen analysiert und nach Veränderungen sucht, die nur in diesen Zellen vorkommen. Wenn diese Veränderungen den Bauplan für ein Protein betreffen, kann dieser als mRNA verabreicht werden. Daraufhin wird im Körper der Patientin oder des Patienten dieses tumorspezifische Protein produziert und eine spezifische Immunreaktion gegen den Tumor ausgelöst.

Defekte Proteine austauschen: Proteinersatztherapie

Zahlreiche Krankheiten werden durch Störungen der Proteinerzeugung verursacht. An Therapien die fehlerhafte Proteinen ersetzen sollen – etwa bei Herz-Lungen-Krankheiten, Stoffwechsel- und Blutbildungsstörungen sowie neurologischen Erkrankungen – wird daher intensiv geforscht. Bei mRNA-basierten Proteinersatztherapien wird eine mRNA, die für ein korrekt funktionierendes Protein kodiert, in die Zellen des betroffenen Gewebes eingebracht. Die dadurch hergestellten Proteine übernehmen dann die Funktion der defekten Varianten. Am weitesten fortgeschritten ist die Forschung an einer mRNA, die für einen Wachstumsfaktor für Blutgefässe am Herzen codiert, und für eine weitere RNA, die auf die Behandlung zystischer Fibrose abzielt. Eine Hürde bei der Anwendung dieser Technologie ist allerdings die gezielte Verabreichung in die gewünschten Zellen.