Aus vorangegangenen Studien war bekannt, dass RNA-Fragmente, die stabil am Hairpin-Ribozym gebunden sind, bevorzugt verknüpft werden, während locker gebundene Fragmente bevorzugt gespalten werden. Daher hprogrammierten die Wissenschaftler das Twinribozym so, dass es unterschiedlich stabile Verbindungen mit dem defekten Ausgangssubstrat und dem Reparaturprodukt bildet.

Funktionsweise des "Twinribozyms" © RUB

Im Ribozym/Substrat-Komplex ist eine Folge von vier Nukleotiden (GAUU) im mittleren Bereich des Ribozymstrangs ausgestülpt, weil die Bausteine in der Ausgangssubstanz kein Gegenüber haben – hier ist die Lücke. Spaltungen an beiden definierten Orten der Ausgangssubstanz lassen ein Fragment entstehen, das sich durch den destabilisierenden Einfluss der einzelsträngigen GAUU-Schleife leicht vom Ribozymstrang trennen kann. Die beiden RNA-Fragmente, die die Spaltorte flankieren, sind dagegen stabil mit dem Ribozym verbunden und bleiben daher vorzugsweise gebunden.

Das zugefügte "Ersatzteil" enthält die vier zusätzlichen Nukleotide, die komplementär zur Schleife im Ribozymstrang sind. Die Folge: Das Ersatzteil wird an der richtigen Stelle eingebaut, der ursprünglich unterbrochene Doppelstrang um vier Nukleotide ergänzt. Im Experiment ließen sich so bis zu 50 Prozent des Ausgangssubstrats durch das Twinribozym und einfaches Hinzufügen der Reparatur-RNA reparieren.

Keine irreversiblen Änderungen
Zunächst haben die Wissenschaftler die Untersuchungen mit willkürlich gewählten Sequenzen durchgeführt. Ein nächster Schritt ist nun die Entwicklung von Twinribozymen, die auf genetische Defekte von medizinischer Relevanz zugeschnitten sind.

Krankheiten, die durch kurze Genlücken verursacht werden, wie zum Beispiel Mukoviszidose, sind nahe liegende erste Ziele. Ein großer Vorteil der Reparatur von Gendefekten auf RNA-Ebene ist, dass der Eingriff nicht irreversibel ist wie bei einer Veränderung der genetischen Information, also auf DNA-Ebene – das bedeutet geringere Risiken und weniger ethische Bedenken. Ein Medikament, das in den Ablesevorgang durch die RNA eingreift, müsste kontinuierlich verabreicht werden. Im Falle der Mukoviszidose wären Inhalationssprays denkbar.