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{{SEITENTITEL:mRNA}}
[[Datei:mRNA-interaction.svg|mini|hochkant=1.57|Bei [[eukaryoten]] Zellen wird im [[Zellkern]] ein bestimmter DNA-Abschnitt ([[Gen]]) in einen [[basenpaar]]end entsprechenden RNA-Strang umgeschrieben ([[Transkription (Biologie)|Transkription]]). Anschließend wird diese [[prä-mRNA]] zur reifen '''mRNA''' gemacht ([[Prozessierung #RNA-Prozessierung|prozessiert]]). Danach wird die mRNA über [[Kernpore]]n in das [[Cytoplasma]] exportiert. Dort findet die [[Proteinbiosynthese]] an [[Ribosom]]en statt. Hierbei wird die [[Nukleotidsequenz]] der mRNA mittels [[tRNA]]s in die [[Aminosäuresequenz]] des gebildeten [[Polypeptid]]s übersetzt ([[Translation (Biologie)|Translation]]). Eine mRNA kann mehrfach verwendet werden; schließlich wird sie abgebaut.]]

Eine '''mRNA''' oder '''Messenger-RNA'''<ref>{{Literatur |Autor= |Titel=DNA, RNA und der Fluss der genetischen Information |Hrsg=[[Jeremy M. Berg]], [[John L. Tymoczko]], Gregory J. Gatto jr., [[Lubert Stryer]] |Sammelwerk=Stryer Biochemie |Auflage=8. |Verlag=Springer |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2018 |Sprache=de |ISBN=978-3-662-54620-8 |DOI=10.1007/978-3-662-54620-8_4 |Seiten=128}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Hans-Georg Koch et al. |Titel=Nucleinsäuren – Struktur und Funktion |Hrsg=Peter C. Heinrich et al. |Sammelwerk=Löffler/Petrides Biochemie und Pathobiochemie |Auflage=10. |Verlag=Springer |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2022 |Sprache=de |ISBN=978-3-662-60266-9 |DOI=10.1007/978-3-662-60266-9_10 |Seiten=192}}</ref> ({{enS|messenger ribonucleic acid}}), zu Deutsch Boten-Ribonukleinsäure (auch ''Boten-RNA'' oder ''Boten-RNS''),<ref>[https://www.uni-heidelberg.de/presse/ruca/ruca1_2002/jansen.html Moleküle auf Zellreise] im ''UniSpiegel'' der [[Universität Heidelberg]], Ausgabe Januar 2002.</ref><ref>Eintrag [https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/messenger-rna/42380 messenger-RNA] im ''Lexikon der Biologie'' auf [[Spektrum.de]].</ref> ist eine einzelsträngige [[Ribonukleinsäure]] (RNA), die genetische Information für den Aufbau eines bestimmten [[Protein]]s in einer [[Zelle (Biologie)|Zelle]] überträgt.

Zellen verändern Gestalt und Vorgänge durch ihre Proteine, die aus verschieden langen Ketten von bestimmten [[Aminosäuren]] in unterschiedlicher Reihenfolge bestehen. Die jeweilige Reihenfolge von Aminosäuren ist nicht zufällig, sondern wird als Bauplan vorgegeben. Die entsprechenden Vorlagen sind ein wesentlicher Teil der [[Erbinformation]] und liegen gespeichert in der Form von [[Desoxyribonukleinsäure]] (DNA) vor, jeweils in einem bestimmten DNA-Abschnitt ([[Gen]]) als [[Nukleotidsequenz]]. Beim Zugriff auf diese Information wird eine DNA-Sequenz abgelesen und in eine RNA-Sequenz umgeschrieben. Ein fertiges mRNA-Molekül trägt damit die Botschaft von der DNA – die bei [[Eukaryoten]] im Zellkern liegt – für den [[Protein #Proteinbiosynthese|Proteinaufbau]] im Zellplasma und dient an den [[Ribosom]]en jeweils als Bauanleitung für ein bestimmtes Protein.

Grundlegend für solche Bauanweisungen ist die Reihenfolge von [[Nukleinbasen]] ([[Basensequenz]]) in den Genabschnitten der DNA-Moleküle. Damit die Information zum Ausdruck kommen kann ([[Genexpression]]), muss sie in die Sequenz der [[Nukleotide]] von mRNA-Molekülen umgeschrieben werden ([[Transkription (Biologie)|Transkription]]). Hierbei wird anhand der DNA-[[Matrize (Genetik)|Matrize]] ein RNA-Strang erstellt; dies geschieht unter [[enzym]]atischer Wirkung einer [[RNA-Polymerase]]. Als Botschaft einer mRNA kann die nun in deren Basensequenz enthaltene Information an Ribosomen abgelesen und mithilfe von [[tRNA]]-Molekülen übersetzt werden ([[Translation (Biologie)|Translation]]). Bei dieser ribosomalen [[Proteinbiosynthese]] gibt die [[Codon|codierende]] Basensequenz der mRNA dann die Reihenfolge von [[Aminosäuren]] ([[Aminosäurensequenz]]) in der neuaufgebauten [[Polypeptid]]kette vor – und damit die [[Primärstruktur]] eines bestimmten Proteins.

Bei Medikamenten, die auf mRNA basieren, produzieren Zellen nach der hierdurch eingebrachten Information dann das jeweils wirksame Protein. Dieses kann zum Beispiel bei [[mRNA-Impfstoff]]en als [[Antigen]] wirken.

== Transkription ==
Bei der [[Transkription (Biologie)|Transkription]] wird ein Abschnitt der DNA in einen RNA-Einzelstrang umgeschrieben. Dies geschieht unter Wirkung des Enzyms [[RNA-Polymerase]]. Der [[Codogener Strang|codogene]] DNA-Strang dient dabei als [[Matrize (Genetik)|Matrize]] für den Aufbau eines RNA-Strangs, der dann als mRNA für Protein [[Codon|codiert]]. Bei [[Prokaryoten]] (Lebewesen ohne Zellkern) läuft dieser Vorgang der Transkription im [[Cytoplasma]] ab, bei [[Eukaryoten]] (Lebewesen mit Zellkern) wird das nukleäre Genom im [[Karyoplasma]] des [[Zellkern]]s einer Zelle transkribiert.

Der eigentliche Transkriptionsprozess durch eine RNA-Polymerase ist bei Prokaryoten und Eukaryoten der gleiche. Doch können in prokaryotischen Zellen (Prozyten) an der noch nicht vollständig synthetisierten mRNA schon [[Ribosomen]] ansetzen und mit der [[Translation (Biologie)|Translation]] beginnen. So kann noch während der Transkription zugleich die [[Synthese (Chemie)|Synthese]] von [[Protein]]en starten, was besondere Formen der Genregulation ermöglicht (siehe [[Attenuation (Genexpression)|Attenuation]]). Bei Eukaryoten dagegen wird das primäre RNA-Transkript (prä-mRNA) zuvor noch im [[Zellkern]] verschiedenen Prozessen unterzogen (prozessiert, siehe [[MRNA#Eukaryotische prä-mRNA-Prozessierung|unten]]) und erst danach als mRNA aus dem Kern exportiert ins Cytoplasma, wo sich die Ribosomen befinden.

Prokaryoten besitzen nur eine Art des Enzyms RNA-Polymerase für den Aufbau eines RNA-[[Polynukleotid]]s. Eukaryoten verfügen dagegen über verschiedene Typen von RNA-Polymerasen, ihre [[RNA-Polymerase II]] katalysiert die Synthese von prä-mRNA.

{| class="wikitable"
|+ Eukaryotische RNA-Polymerasen
|- class="hintergrundfarbe6"
! Enzym
! Funktionelle RNA
|-
| RNA-Polymerase I
| [[Ribosomale RNA|rRNA]]
|-
| RNA-Polymerase II
| prä-mRNA (u. a.)
|-
| RNA-Polymerase III
| [[tRNA]] (u. a.)
|-
| RNA-Polymerase IV, V
| [[Small interfering RNA|siRNA]]
|}

Ein wesentlicher Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer mRNA besteht darin, dass prokaryotische mRNA zumeist [[Polycistronische mRNA|polycistronisch]] ist, während eukaryotische mRNA gewöhnlich [[monocistronisch]] ist. Damit ist es Prokaryoten möglich, auf nur einem einzigen mRNA-Transkript die Informationen von mehreren – auf der DNA hintereinanderliegenden – Genen zu haben, und noch während der mRNA-Synthese (Transkription) bereits mit der Synthese der codierten Proteine zu beginnen (Translation). Ein solcher gemeinsam transkribierter Bereich auf der DNA, dessen Gene funktionell zusammengehören, heißt [[Operon]].

== Eukaryotische prä-mRNA-Prozessierung ==
[[Datei:MRNA structure.svg|mini|hochkant=2.0|Schema einer eukaryotischen mRNA – nach Prozessierung der prä-mRNA trägt sie zusätzlich eine Kappe (''cap'') am [[5′-Ende]] und einen Poly-A-Schwanz (''tail'') am [[3′-Ende]]. Die [[Codon|codierende]] [[Nukleotidsequenz|Sequenz]] (CDS – grün) wird [[Translation (Biologie)|translatiert]]; die flankierenden Regionen ([[5′-UTR]] – gelb; [[3′-UTR]] – lila) bleiben untranslatiert.]]

In eukaryotischen Zellen entsteht eine reife mRNA durch [[RNA-Prozessierung|Prozessierung]] ihrer Vorstufe, der [[hnRNA]] (englisch ''heterogeneous nuclear RNA'') oder [[prä-mRNA]] (englisch ''precursor messenger RNA'', pre-mRNA). Diese Prozessschritte laufen noch im Zellkern ab – erst danach kann die mRNA durch [[Kernpore]]n ins Cytoplasma gelangen, wo dann an [[Ribosom]]en die [[Proteinbiosynthese]] stattfindet.
* Am [[5′-Ende]], es wird bei der Transkription zuerst synthetisiert, bekommt die RNA eine [[5′-Cap-Struktur]] (englisch ''cap'' „Kappe“). Diese Kappe besteht aus einer modifizierten Form des [[Guanosin]]s, dem [[7-Methylguanosin]] (m7G). Die Cap-Struktur schützt die RNA vor dem Abbau durch [[Nukleasen]] und erlaubt den [[Cap-Binding-Komplex]], der u. a. für den Kernexport wichtig ist. Auch nach dem Transport ins [[Cytosol]] spielt die 5′-Cap eine Rolle beim Erkennen der mRNA durch die kleine ribosomale Untereinheit und somit für den Beginn der Translation.
* Am [[3′-Ende]], bei der Transkription zuletzt synthetisiert, erfährt die RNA eine [[Polyadenylierung]]. Bei diesem Vorgang wird ein Poly-A-Schwanz aus 30 bis 200 [[Adenin]]-Nukleotiden angehängt. Dieser schützt die mRNA ebenfalls vor einem enzymatischen Abbau. Zusätzlich erleichtert er – auch durch Interaktionen mit der Kappe am anderen Ende – sowohl den Kernexport wie auch die Translatierbarkeit der mRNA.
* Durch [[Spleißen (Biologie)|Spleißen]] (englisch ''splicing'') werden aus dem ursprünglichen Transkript (hnRNA) bestimmte RNA-Abschnitte als [[Intron]]s entfernt, die so zur codierenden Information nicht mehr beitragen; die verbleibenden Abschnitte werden dabei miteinander verbunden und stellen dann als [[Exon]]s die jeweils exprimierte genetische Information dar. Dieser Vorgang findet im [[Spleißosom]] statt, einem Komplex aus der hnRNA und den [[snRNA#snRNP-Komplexe|snRNPs]] (''small nuclear Ribonucleoprotein Particle''; gesprochen ''snurp'') – bestehend aus den [[snRNA]]s U1, U2, U4, U5 und U6 und etwa 50 Proteinen – sowie weiteren Spleißfaktoren. Durch [[alternatives Splicing]] können damit aus derselben hnRNA unterschiedliche mRNAs entstehen, die translatiert auch zu unterschiedlichen Proteinen führen können.

An dieser Stelle greifen auch diverse Regulationsprozesse der Zelle ein. Über [[Antisense-RNA]] und [[RNA-Interferenz]] kann mRNA abgebaut werden und so die Translation verhindert werden.
Weiterhin erfolgt in einigen Fällen die sogenannte [[RNA-Edition]], wodurch Nukleotide in einer mRNA verändert werden. Ein Beispiel dafür ist die mRNA des Apolipoprotein B, die in manchen Geweben editiert wird, in anderen nicht. Durch die Edition entsteht hier ein zweites [[Stopcodon]] [[Upstream und downstream|upstream]], das bei der Translation zu einem kürzeren Protein (mit einer anderen Funktion) führt.

== Translation ==
Bei der [[Translation (Biologie)|Translation]] wird die codierende Sequenz von [[Nukleinbasen]] der mRNA-[[Nukleotide]] in die [[Aminosäuresequenz]] der [[Polypeptid]]kette eines [[Protein]]s übersetzt (translatiert). Die [[Nukleotidsequenz]] eines [[Offener Leserahmen|offenen Leserahmens]] wird hierbei in Dreierschritten abgelesen und jedem [[Basentriplett]] mittels [[tRNA]]-Molekülen jeweils eine bestimmte [[Aminosäure]] zugeordnet sowie diese mit der vorangegangenen über eine [[Peptidbindung]] verknüpft. Dieser Prozess findet an den [[Ribosom]]en im [[Cytoplasma]] statt und stellt die eigentliche [[Proteinbiosynthese]] dar. Bei eukaryotischen Zellen können die Ribosomen frei vorliegen oder sich der Membran des [[Endoplasmatisches Retikulum|endoplasmatischen Retikulums]] anheften.

Jedes Ribosom, das eine mRNA erkennt und an diese bindet, translatiert dann die codierende Nukleotidsequenz der mRNA gemäß dem [[Genetischer Code|genetischen Code]] in die entsprechende Aminosäurensequenz eines Proteins. Die hierfür nötigen Aminosäuremoleküle werden von tRNA-Molekülen herangetragen und dem Cytoplasma der Zelle entnommen. Während eine prokaryotische mRNA oft mehrere codierende Abschnitte enthält ([[polygenische mRNA]]), sind eukaryotische mRNAs gewöhnlich [[monocistronisch]] und enthalten so nur einen Abschnitt mit codierender Sequenz.

Ein Ribosom übersetzt jeweils nur eine mRNA und baut nach deren Vorgabe das codierte Polypeptid einmal auf. Danach löst sich das Ribosom von der mRNA. An eine mRNA können sich aber mehrere Ribosomen zugleich anlagern und jeweils eine Polypeptidkette synthetisieren. Ebenso kann eine mRNA mehrmals nacheinander ribosomal abgelesen werden. Die Anzahl der gebildeten Proteinmoleküle hängt also von der Zahl an durchgeführten Translationsvorgängen ab. Je länger ein mRNA-Molekül existiert, desto häufiger kann es hierfür benutzt werden.

== Degradation ==
Später wird die mRNA durch eine [[Ribonuklease]] (RNase) enzymatisch abgebaut und in ihre Nukleotide zerlegt, die dann wieder zum Aufbau neuer RNA-Moleküle genutzt werden können. Mit dieser [[Zersetzung (Chemie)|Zersetzung]], auch Degradation genannt, endet die Lebensdauer eines mRNA-Moleküls. Die Dauer der Verfügbarkeit bis zum Abbau durch Nukleasen in der Zelle kann jedoch verschieden sein und ist für eine Regulation der Proteinbiosynthese bedeutsam. Der Abbauprozess findet in eukaryotischen Zellen oft in spezifischen Strukturen statt, den sogenannten [[P-body|P-bodies]] im Cytoplasma. Da hier mRNA auch – statt abgebaut zu werden – temporär zwischengelagert werden kann für eine erneute Translation, sind damit zusätzliche Regulationsweisen möglich.

== Reinigung und Nachweis ==
RNA kann durch eine [[RNA-Reinigung]] isoliert werden, z. B. bei RNA mit einem Poly-A-Schwanz durch Verwendung einer Oligo-dT-Säule. Der Nachweis erfolgt per [[Northern Blot]] oder nach einer [[RT-PCR]] durch eine [[qPCR]] oder eine [[DNA-Sequenzierung]].

== mRNA-Impfstoffe ==
{{Hauptartikel|RNA-Impfstoff}}

Da mRNA bereits in kurzer Zeit in den Wirtszellen enzymatisch abgebaut wird und außerdem über die Aktivierung von [[Toll-like-Rezeptoren]] zu einer [[Zytokin]]-Ausschüttung mit unerwünschten Wirkungen führen kann, wurde zunächst nur zögerlich an Medikamenten auf RNA-Basis geforscht.

Bei der Anwendung als Impfstoff wird eine mRNA verabreicht, die ein ausgewähltes Protein [[Genetischer Code|codiert]]. In den Zellen des [[Impfung#Aktive Impfung|Impflings]] wird anhand der aufgenommenen mRNA dieses Protein [[ribosom]]al synthetisiert. Anschließend kann es auf der Zelloberfläche extrazellulär dem Immunsystem präsentiert werden und als [[Antigen]] wirken. In der Folge können darüber unterschiedliche Immunantworten ausgelöst werden. Dieses Verfahren kann für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, zum Beispiel in der Krebstherapie<ref>B. Weide, J. P. Carralot, A. Reese, B. Scheel, T. K. Eigentler, I. Hoerr, H. G. Rammensee, C. Garbe, S. Pascolo: ''Results of the first phase I/II clinical vaccination trial with direct injection of mRNA.'' In: ''Journal of immunotherapy.'' Band 31, Nummer 2, 2008 Feb-Mar, S. 180–188, {{DOI|10.1097/CJI.0b013e31815ce501}}, PMID 18481387.</ref><ref>B. Weide, S. Pascolo, B. Scheel, E. Derhovanessian, A. Pflugfelder, T. K. Eigentler, G. Pawelec, I. Hoerr, H. G. Rammensee, C. Garbe: ''Direct injection of protamine-protected mRNA: results of a phase 1/2 vaccination trial in metastatic melanoma patients.'' In: ''Journal of immunotherapy.'' Band 32, Nummer 5, Juni 2009, S. 498–507, {{DOI|10.1097/CJI.0b013e3181a00068}}, PMID 19609242.</ref><ref name="Fotin-Mleczek">M. Fotin-Mleczek, K. M. Duchardt, C. Lorenz, R. Pfeiffer, S. Ojkić-Zrna, J. Probst, K. J. Kallen: ''Messenger RNA-based vaccines with dual activity induce balanced TLR-7 dependent adaptive immune responses and provide antitumor activity.'' In: ''Journal of immunotherapy.'' Band 34, Nummer 1, Januar 2011, S. 1–15, {{DOI|10.1097/CJI.0b013e3181f7dbe8}}, PMID 21150709.</ref> sowie für [[Influenzaimpfstoff]]e<ref>F. B. Scorza, N. Pardi: ''New Kids on the Block: RNA-Based Influenza Virus Vaccines.'' In: ''Vaccines.'' Band 6, Nummer 2, April 2018, {{DOI|10.3390/vaccines6020020}}, PMID 29614788, {{PMC|6027361}}.</ref> und für [[Tollwutimpfstoff]]e.<ref>N. Armbruster, E. Jasny, B. Petsch: ''Advances in RNA Vaccines for Preventive Indications: A Case Study of A Vaccine Against Rabies.'' In: ''Vaccines.'' Band 7, Nummer 4, September 2019, {{DOI|10.3390/vaccines7040132}}, PMID 31569785, {{PMC|6963972}}.</ref>

Verwendet man statt normaler mRNA hingegen [[nukleosid-modifizierte mRNA]] (modRNA), lassen sich der rasche enzymatische Abbau und die Aktivierung von ''Toll-like-Rezeptoren'' verlangsamen beziehungsweise verhindern. Mit diesen Modifikationen wird eine bessere Immunantwort möglich, was für die Entwicklung von Impfstoffen auf mRNA-Basis von besonderer Bedeutung ist.

== Historisches ==
Die Bezeichnung ''mRNA'' wurde nach Vorarbeiten von [[François Gros (Molekularbiologe)|François Gros]] durch die beiden französischen Forscher vom [[Institut Pasteur]] in [[Paris]], [[François Jacob]] und [[Jacques Monod (Biologe)|Jacques Monod]], geprägt.<ref>Georgina Ferry: ''François Gros (1925–2022).'' In: ''[[Nature]].'' Band 603, 2022, S. 573, [[doi:10.1038/d41586-022-00794-0]].</ref>

== Siehe auch ==
{{Portal|COVID-19}}
* [[microRNA]]

== Literatur ==
* {{Literatur | Autor = [[James E. Darnell]], Harvey Lodish, [[David Baltimore]] | Titel = Molekulare Zellbiologie | Jahr = 1993 | Verlag = de Gruyter | Ort = Berlin u. a. | ISBN = 3-11-011934-X | Kommentar = 4. Auflage. Harvey Lodish: ''Molekulare Zellbiologie.'' Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg u. a. 2001, ISBN 3-8274-1077-0}}
* {{Literatur | Autor = Benjamin Lewin | Titel = Molekularbiologie der Gene | Jahr = 1998 | Verlag = Spektrum Akademischer Verlag | Ort = Heidelberg u. a. | ISBN = 3-8274-0234-4 }}
* William S. Klug, Michael R. Cummings, Charlotte A. Spencer: ''Genetik''. 8., aktualisierte Auflage 2007, ISBN 978-3-8273-7247-5.
* G. Haimovich, D. A. Medina u. a.: ''Gene expression is circular: factors for mRNA degradation also foster mRNA synthesis.'' In: ''Cell.'' Band 153, Nummer 5, Mai 2013, S. 1000–1011, {{DOI|10.1016/j.cell.2013.05.012}}. PMID 23706738.
* Moritz Schmidt, Florian Kluge, Felix Sandmeir, Uwe Kühn, Peter Schäfer, Christian Tüting, Christian Ihling, Elena Conti, Elmar Wahle: [https://genesdev.cshlp.org/content/36/3-4/195 Reconstitution of 3′ end processing of mammalian pre-mRNA reveals a central role of RBBP6]. In: [[Cold Spring Harbor Laboratory|CSH Press]]: Genes & Development, Band 36, Nr. 5–6, 1. März 2022, S. 195–209; [[doi:10.1101/gad.349217.121]], Epub 17. Februar 2022. Dazu: [https://www.eurekalert.org/news-releases/943998?language=german Bauanleitung für Proteine: Wie die mRNA ihre finale Form bekommt]. Auf: EurekAlert! vom 21. Februar 2022. Quelle: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg.

== Dokumentationen ==
* [https://www.zdf.de/dokumentation/3sat-wissenschaftdoku/220203-sendung-wido-104.html ''mRNA – Hype oder Hoffnung?''] (Wissen Hoch 2) TV-Dokumentation in [[High Definition Television|HD]] von Larissa Klinker und Tina Roth, [[ZDF]]/[[3sat]], D 2022 ({{youtube|id=86QcJ5eMBms}}).
* [https://www.arte.tv/de/videos/109391-000-A/vom-impfstoff-zur-krebstherapie/ ''Vom Impfstoff zur Krebstherapie - Die RNA-Revolution.''] (Originaltitel: ''Les aventuriers de l’ARN messager: Coulisses d’une révolution scientifique.'') TV-Dokumentarfilm von Raphael Hitier (Regie), F 2023 für [[Arte#Arte France|Arte France]], deutsch Synchronfassung 2023 für [[arte]]; ({{youtube|id=QoEQGQtE_WE}} permanent abrufbar).

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:RNA]]
[[Kategorie:Genexpression]]
[[Kategorie:Abkürzung]]

MRNA - Versionsgeschichte

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