Schneiden, beladen, suchen, abbauen — hier wird aus dem RNAi-Mechanismus sicheres Handwerkszeug.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Die Akteure der RNA-Interferenz
AFB I
Ordnen Sie jedem Begriff die passende Beschreibung zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Dicer erzeugt die siRNA, RISC nimmt sie auf. Der Passagierstrang wird verworfen, der Leitstrang bleibt als Sonde im Komplex; Argonaute ist die „Schere“ des RISC.
Zwei Enzyme schneiden — aber verschiedene Moleküle.
Der Leitstrang bleibt, der andere Strang geht.
A2
Vom Doppelstrang zum Knock-down
AFB I
Beschreiben Sie den Ablauf der RNA-Interferenz über siRNA, indem Sie die Schritte ordnen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Doppelsträngige RNA gelangt ins Cytoplasma.
2Dicer zerschneidet sie in siRNA-Stücke.
3Eine siRNA wird in den RISC geladen, der Passagierstrang wird entfernt.
4Der Leitstrang paart komplementär mit einer passenden mRNA.
5Argonaute schneidet die mRNA, die Bruchstücke werden abgebaut.
6Das codierte Protein wird kaum noch gebildet.
Die Reihenfolge folgt dem Weg vom Auslöser zur Wirkung: erst zerschneiden, dann beladen, dann suchen und schneiden. Das Protein nimmt erst ab, wenn keine neue mRNA mehr translatiert wird.
Am Anfang steht der Auslöser, am Ende der Phänotyp.
Bevor der RISC suchen kann, muss er einen Einzelstrang tragen.
A3
siRNA und miRNA
AFB I
Geben Sie die Unterschiede zwischen siRNA und miRNA an, indem Sie den Lückentext vervollständigen — drei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Eine siRNA paart mit ihrer Ziel-mRNA, die daraufhin wird. Eine miRNA entsteht aus einer körpereigenen -Vorstufe, paart meist nur und hemmt vor allem die .
Übrig bleiben „Transkription“, „methyliert“ und „Zellkern“: Sie gehören zur Regulation an der DNA. Beide kleinen RNAs wirken dagegen im Cytoplasma auf die fertige mRNA.
siRNA führt zum Schnitt, miRNA eher zum Stillstand am Ribosom.
Die übrigen Wörter beschreiben Vorgänge im Zellkern.
A4
Zwei kleine RNAs im Vergleich
AFB II
Vergleichen Sie siRNA und miRNA, indem Sie jedes Merkmal einem Bereich zuordnen.
Ordnen Sie jedes Merkmal einem der drei Bereiche zu. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, dann 1–3 für den Bereich, 0 zurück.
1 nur siRNA
2 beide
3 nur miRNA
Beide kleinen RNAs werden von Dicer geschnitten, sind ähnlich lang und wirken über RISC. Sie unterscheiden sich in Herkunft, Paarung und Wirkung: siRNA passt genau und führt zum Schnitt, miRNA paart teilweise, trifft deshalb viele mRNAs und bremst vor allem die Translation.
Überlegen Sie, woher jede RNA stammt.
Teilweise Paarung erlaubt viele verschiedene Ziel-mRNAs.
A5
Wo wird reguliert?
MixAFB II
Ordnen Sie die Vorgänge der passenden Ebene der Genregulation zu.
Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Vorgang
Transkription (Zellkern)
nach der Transkription (Cytoplasma)
Ein Hormon-Rezeptor-Komplex bindet an die DNA vor einem Gen.
Cytosine im Promotor werden methyliert.
Acetylierte Histone lockern das Chromatin.
Eine siRNA führt zum Abbau einer mRNA.
Eine miRNA verhindert, dass Ribosomen eine mRNA ablesen.
Ein Medikament aus siRNA senkt die Menge eines Leberproteins.
Hormone als Transkriptionsfaktoren, Methylierung und Histonmodifikation kennen Sie aus „Genexpression steuern“: Sie bestimmen, ob ein Gen abgelesen wird. RNA-Interferenz greift erst danach an der fertigen mRNA an.
Fragen Sie jeweils: Wird die DNA oder die mRNA beeinflusst?
Drei Vorgänge gehören zu jeder Ebene.
A6
Wie viel schafft ein RISC?
AFB II
In einer Zellkultur enthält jede Zelle 800 mRNA-Moleküle eines Gens. 24 Stunden nach Zugabe einer passenden siRNA sind es noch 60; etwa 15 beladene RISC-Komplexe sind je Zelle aktiv (Modellwerte). Berechnen Sie die Kennwerte des Knock-downs.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Restanteil der mRNA%
Knock-down-Effizienz%
abgebaute mRNA-Moleküle je RISCMoleküle
60 : 800 = 7,5 % bleiben, also 92,5 % Knock-down. Abgebaut wurden 740 Moleküle, das sind 740 : 15 ≈ 49 je RISC. Ein Komplex schneidet also viele mRNAs nacheinander — die Hemmung ist katalytisch.
Restanteil = übrige Menge : Ausgangsmenge.
Rechnen Sie mit den abgebauten, nicht mit den übrigen Molekülen.
A7
Trickaufgabe: Das Protein bleibt
TrickAFB II
Zellen werden mit einer siRNA gegen das Gen K behandelt. Nach 24 Stunden ist die K-mRNA auf 10 % gesunken, das K-Protein aber noch bei 85 %. Interpretieren Sie diesen Befund.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Die Falle: vom kaum veränderten Protein auf eine unwirksame siRNA zu schließen. RNAi verhindert nur die Neubildung; vorhandene Proteine bleiben, bis sie abgebaut werden. Die DNA bleibt immer unverändert.
Wo greift die siRNA an — und was passiert mit schon fertigem Protein?
Proteine haben eine eigene Lebensdauer.
A8
Ein Knock-down-Experiment
AFB III
Eine Forscherin vermutet, dass Gen X in menschlichen Zellen die Zellteilung fördert. Planen Sie mit ihr ein RNAi-Experiment, indem Sie Schritt für Schritt die beste Entscheidung treffen.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
Ein sauberes RNAi-Experiment braucht eine passende siRNA, eine Kontroll-siRNA ohne Ziel, den Nachweis des Knock-downs auf mRNA- oder Proteinebene und erst dann den Schluss auf die Genfunktion.
Denken Sie an Spezifität und Kontrolle.
Messbar ist nur, was RNAi tatsächlich verändert.
A9
Ein Protokoll mit Fehlern
AFB III
Ein Schüler fasst die RNA-Interferenz zusammen. Überprüfen Sie seine Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: Ort des Dicer-Schnitts, Schicksal des Passagierstrangs und Ziel von Argonaute. Dass ein RISC wiederverwendet wird, erklärt, warum wenige dsRNA-Moleküle genügen.
Wo liegt die mRNA, wenn sie translatiert wird?
Drei Aussagen sind falsch.
A10
Wann passt ein siRNA-Medikament?
AFB III
Bewerten Sie, wie gut sich eine siRNA-Therapie für die folgenden Krankheitsursachen eignet.
Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe von 1 (ungeeignet) bis 5 (sehr gut geeignet). Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = ungeeignet5 = sehr gut geeignet
Ein Leberprotein bildet fehlgefaltet schädliche Ablagerungen.
Ein Enzym fehlt, weil beide Allele durch eine Nonsense-Mutation defekt sind.
Ein RNA-Virus vermehrt sich in Leberzellen.
Ein schädliches Protein wird in Nervenzellen des Gehirns gebildet; siRNA gelangt kaum dorthin.
RNAi kann nur verringern, nicht ersetzen: Bei einem fehlenden Enzym hilft sie nicht. Gut geeignet ist sie, wenn ein Genprodukt schadet und das Zielgewebe erreichbar ist — die Leber nimmt siRNA in Lipid-Nanopartikeln gut auf. Benachbarte Stufen werden akzeptiert.
RNAi schaltet ab — sie fügt nichts hinzu.
Achten Sie auch darauf, ob die siRNA das Gewebe erreicht.
