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<title>In-vitro-Transkription</title>
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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">In-vitro-Transkription</span></h1>
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</div>
<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Die <b>In-vitro-Transkription</b>, also die <a href="DNA" class="mw-redirect" title="DNA">DNA</a>-abhängige Synthese von <a href="RNA" class="mw-redirect" title="RNA">RNA</a> im Reagenzglas, ist eine <a href="Molekularbiologie" title="Molekularbiologie">molekularbiologische</a> Methode zur Erzeugung von RNA und zur Untersuchung von <a href="Promotor_(Genetik)" title="Promotor (Genetik)">Promotoren</a> und ihrer <a href="Genexpressionsanalyse" title="Genexpressionsanalyse">Aktivierung</a> durch <a href="Transkriptionsfaktor" title="Transkriptionsfaktor">Transkriptionsfaktoren</a>.
</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Die_Synthese_von_RNA">Die Synthese von RNA</h2></div>
<p><i><a href="In_vitro" title="In vitro">In vitro</a></i> erzeugte RNA dient dem Studium der <a href="Strukturaufkl%C3%A4rung" title="Strukturaufklärung">RNA-Faltung</a> und RNA-Stabilität, der Herstellung von <a href="Gensonde" title="Gensonde">Sonden</a>, sowie als Template (<a href="Matrize_(Genetik)" title="Matrize (Genetik)">Matrize</a>, <a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">engl</a>. <i>template</i>) für die <i><a href="Zellfreie_Genexpression" title="Zellfreie Genexpression">In-vitro</a></i><a href="Zellfreie_Genexpression" title="Zellfreie Genexpression">-Translation</a> und die <a href="Translation_(Biologie)" title="Translation (Biologie)">Translation</a> in Zellen.
</p><p>Die grundlegende Arbeit stammt aus dem Labor von <a href="Douglas_A._Melton" title="Douglas A. Melton">Douglas A. Melton</a>.<sup id="cite_ref-KriegMelton1984_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-KriegMelton1984-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Er konnte zeigen, dass man mit einem <a href="Vektor_(Gentechnik)" title="Vektor (Gentechnik)">Plasmidvektor</a>, der einen Promotor des <a href="Bakteriophagen" title="Bakteriophagen">Bakteriophagen</a> <i>SP6</i> gefolgt von einem <a href="Offener_Leserahmen" title="Offener Leserahmen">offenen Leserahmen</a> (<a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">engl</a>. <i>open reading frame</i>, ORF) aufweist, der <i>SP6</i>-<a href="RNA-Polymerasen" title="RNA-Polymerasen">RNA-Polymerase</a> und vier <a href="Ribonukleotide" title="Ribonukleotide">Ribonukleotiden</a> große Mengen an RNA herstellen kann. In der Folge wurde das System mit den Promotoren der Bakteriophagen <i>T3</i> und <i>T7</i> erweitert.<sup id="cite_ref-PMID1985921_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-PMID1985921-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dabei erwies sich die Synthese mit der <i>T7</i>-RNA-Polymerase als besonders effizient.
</p><p>Eine wichtige Anwendung ist die Herstellung von <a href="Molek%C3%BClmarkierung" title="Molekülmarkierung">markierten</a> RNA-Sonden, <a href="Gensonde" title="Gensonde">Gensonden</a>, die auch Ribosonden (engl. <i>riboprobe</i>) genannt werden. In diesem Fall werden Transkripte mit <a href="Radioaktivit%C3%A4t" title="Radioaktivität">radioaktiv</a>- (<sup>32</sup>P, <sup>35</sup>S) oder <a href="Fluoreszenz" title="Fluoreszenz">fluoreszenzmarkierten</a> Ribonukleotiden synthetisiert. Alternativ wird die Transkription zum indirekten Nachweis u.&nbsp;a. mit Nukleotiden durchgeführt, die mit <a href="Biotin" title="Biotin">Biotin</a> oder <a href="Digoxigenin" title="Digoxigenin">Digoxigenin</a> modifiziert wurden.
Zu diesen Zwecken werden mit der <a href="Polymerase-Kettenreaktion" title="Polymerase-Kettenreaktion">Polymerase-Kettenreaktion</a> (PCR) erzeugte DNA-Templates in geeignete <a href="Vektor_(Gentechnik)" title="Vektor (Gentechnik)">Plasmidvektoren</a>, wie <i>pGEM</i> (<a href="Promega" title="Promega">Promega</a>) oder <i>pET</i> (Novagen) <a href="Klonierung" title="Klonierung">kloniert</a>, die flankierend zur <a href="Polylinker" title="Polylinker">multiplen Klonierungstelle</a> Promotoren der <a href="Bakteriophage" class="mw-redirect" title="Bakteriophage">Bakteriophagen</a> <i>SP6</i>, <i>T3</i> oder <i>T7</i> aufweisen. Anschließend wird das Plasmid am <a href="Nukleins%C3%A4ure-Nomenklatur" title="Nukleinsäure-Nomenklatur">3‘-Ende</a> mit einem <a href="Restriktionsenzym" title="Restriktionsenzym">Restriktionsenzym</a> linearisiert und mit der entsprechenden RNA-Polymerase, z. B. <a href="T7-RNA-Polymerase" title="T7-RNA-Polymerase">T7-RNA-Polymerase</a>, und den geeigneten Ribonukleotiden zur Erzeugung von <i>Run-off</i>-Transkripten inkubiert. Auf diese Weise lassen sich <i>sense</i>- und <i>antisense</i>-Proben erzeugen.<sup id="cite_ref-MeltonKrieg1984_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-MeltonKrieg1984-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die markierten Sonden werden in <a href="Biochemie" title="Biochemie">biochemischen</a> Nachweisverfahren, wie z. B der <a href="In-situ-Hybridisierung" title="In-situ-Hybridisierung"><i>In-situ</i>-Hybridisierung</a> eingesetzt. Alternativ zur <a href="Klonierung" title="Klonierung">Klonierung</a> lassen sich auch PCR-Fragmente direkt einsetzen, wenn einer der eingesetzten <a href="Primer" title="Primer">Primer</a> einen Phagenpromotor enthält. Diese Möglichkeit ist wichtig für die <a href="Hybridisierung_(Molekularbiologie)" title="Hybridisierung (Molekularbiologie)">Hybridisierung</a> von <a href="DNA-Microarray" class="mw-redirect" title="DNA-Microarray">DNA-Microarrays</a>. Die <i>T7</i>-RNA Polymerase findet auch Anwendung, um <a href="Single_Guide_RNA" title="Single Guide RNA">Single Guide RNAs</a> (sgRNA) für das <a href="CRISPR/Cas-Methode" title="CRISPR/Cas-Methode">CRISPR/Cas System</a> zu erzeugen.
</p><p>Eine weitere wichtige Anwendung ist die Generierung von <a href="MRNA" title="MRNA">mRNAs</a> die als Template der Translation dienen. Hierzu werden <a href="CDNA" title="CDNA">cDNAs</a> oder <a href="Molekularbiologie" title="Molekularbiologie">molekularbiologisch</a> generierte offene Leserahmen in einen geeigneten <a href="Vektor_(Gentechnik)" title="Vektor (Gentechnik)">Vektor</a> kloniert. Die mRNA Synthese erfolgt in Anwesenheit eines <a href="5%E2%80%B2-Cap-Struktur" title="5′-Cap-Struktur">Capping</a> Substrates, das von der <i>T7</i>-RNA-Polymerase effizient eingebaut wird.<sup id="cite_ref-PMID3526287_4-0" class="reference"><a href="#cite_note-PMID3526287-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Für die Anwendung in zellulären Systemen werden Konstrukte verwendet, bei denen auf das <a href="Stopcodon" title="Stopcodon">Stopcodon</a> noch ein <a href="Polyadenylierung" title="Polyadenylierung">PolyA-Tail</a> folgt. Die <a href="In_vitro" title="In vitro">in vitro</a> <a href="Proteinbiosynthese" title="Proteinbiosynthese">Proteinbiosynthese</a> wird häufig als gekoppelte Transkription/Translation durchgeführt. Alternativ wird die mRNA gereinigt und als Template für die Translation in geeigneten <a href="Lyse_(Biologie)" title="Lyse (Biologie)">Lysaten</a> oder <a href="Extraktion_(Verfahrenstechnik)" class="mw-redirect" title="Extraktion (Verfahrenstechnik)">Extrakten</a> etwa aus <a href="Weizen" title="Weizen">Weizenkeimen</a> oder <a href="Retikulozyten" class="mw-redirect" title="Retikulozyten">Retikulozyten</a> von Kaninchen erzeugt.
</p><p>Unter den zellulären Systemen spielen <a href="Eizelle" title="Eizelle">Froschoozyten</a> eine herausragende Rolle, da sie besonders für <a href="Elektrophysiologie" title="Elektrophysiologie">elektrophysiologische</a> Untersuchung der untersuchten Genprodukte geeignet sind.<sup id="cite_ref-PMID18998089_5-0" class="reference"><a href="#cite_note-PMID18998089-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p><i>In vitro</i> transkribierte mRNA ist seit einigen Jahren auch im Fokus der <a href="Pharmakologie" title="Pharmakologie">pharmakologischen</a> Forschung als eine neue Klasse unter den Arzneimitteln.<sup id="cite_ref-PMID25233993_6-0" class="reference"><a href="#cite_note-PMID25233993-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die RNA kann fehlende oder fehlerhafte genetische Information ersetzen, ohne dass ein <a href="Viraler_Vektor" title="Viraler Vektor">viraler Vektor</a> Verwendung findet. Um eine höhere Stabilität zu erzeugen, wird hier häufig <a href="N1-Methylpseudouridin" title="N1-Methylpseudouridin"><i>N</i><sup>1</sup>-Methylpseudouridin</a> (m1Ψ) anstelle von <a href="Uridin" title="Uridin">Uridin</a> eingesetzt und damit eine <a href="Nukleosid-modifizierte_mRNA" title="Nukleosid-modifizierte mRNA">Nukleosid-modifizierte mRNA</a> erzeugt. Besondere Bedeutung kommt den mittels <i>T7</i>-RNA-Polymerase erzeugten <a href="RNA-Impfstoff" title="RNA-Impfstoff">Vakzinen</a> zu. Hier ist insbesondere die mRNA für eine modifizierte Form des <a href="SARS-CoV-2" title="SARS-CoV-2">SARS-CoV-2</a> <a href="Peplomer" title="Peplomer">Spike</a>-<a href="Membranst%C3%A4ndiges_Protein" title="Membranständiges Protein">Proteins</a> von Bedeutung, die u. a. Grundlage des <a href="SARS-CoV-2-Impfstoff" class="mw-redirect" title="SARS-CoV-2-Impfstoff">SARS-CoV-2-Impfstoffes</a> <a href="BNT162b2" class="mw-redirect" title="BNT162b2">BNT162b2</a> ist.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Untersuchung_von_Promotoren">Untersuchung von Promotoren</h2></div>
<p>Die <i>In-vitro</i>-Untersuchung von Promotoren klonierter Gene in Extrakten und Proteinfraktionen erlaubt sowohl Rückschlüsse auf die beteiligten DNA-Elemente als auch auf die an der Transkription beteiligten Proteine.<sup id="cite_ref-DignamMartin1983_7-0" class="reference"><a href="#cite_note-DignamMartin1983-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
Die eukaryontischen RNA-Polymerasen benötigen für die Initiation und Elongation zusätzliche Proteine, die basalen <a href="Transkriptionsfaktor" title="Transkriptionsfaktor">Transkriptionsfaktoren</a> und die spezifischen Aktivatoren und Repressoren. Der amerikanische Molekularbiologe <a href="Robert_G._Roeder" title="Robert G. Roeder">Robert G. Roeder</a> hat mit In-vitro-Transkriptionsassays maßgeblich zum Verständnis der Regulation der Genaktivität beigetragen.<sup id="cite_ref-Roeder2005_8-0" class="reference"><a href="#cite_note-Roeder2005-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-DignamLebovitz1983_9-0" class="reference"><a href="#cite_note-DignamLebovitz1983-9"><span class="cite-bracket">[</span>9<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Für ein typisches Experiment benötigt man die DNA-Matrize, einen Promotor und die zu transkribierende Region, eventuell mit stromaufwärtsgelegenen regulatorischen Elementen, wie <a href="Enhancer_(Genetik)" title="Enhancer (Genetik)">Enhancer</a> und <a href="Silencer" title="Silencer">Silencer</a>, einen <a href="Proteinreinigung" title="Proteinreinigung">Zellextrakt</a>, der alle für die Transkription notwendigen Proteine enthält, die vier Ribonukleotide und einen geeigneten <a href="Puffer_(Chemie)" title="Puffer (Chemie)">Puffer</a> mit den notwendigen Ionen. Möchte man die <i>cis</i>-Elemente untersuchen, mutiert oder deletiert man regulatorische Bereiche, möchte man <i>trans</i>-Elemente Untersuchen, setzt man Proteinfraktionen ein, denen bestimmte Proteine fehlen. Entsprechend kann man auch den Einfluss <a href="Rekombinantes_Protein" title="Rekombinantes Protein">rekombinanter Proteine</a> durch deren Zugabe untersuchen.
</p><p>Die Transkription wird in der Regel durch Einbau radioaktiver Nukleotide, meistens [α-<sup>32</sup>P]-<a href="Uridintriphosphat" title="Uridintriphosphat">UTP</a> nachgewiesen. Es werden entweder linearisierte, oder G-freie Templates eingesetzt. Im ersten Fall entstehen <i>Run-off</i>-Transkripte, während im zweiten Fall ein Template eingesetzt wird, das in Transkriptionsrichtung einen Abschnitt ohne Guaninreste aufweist. Anstelle von <a href="Guanosintriphosphat" title="Guanosintriphosphat">GTP</a> wird <i>3‘-O-Methyl-</i>GTP eingesetzt, dessen Einbau zu einem Strangabbruch führt.<sup id="cite_ref-WangSawadogo1998_10-0" class="reference"><a href="#cite_note-WangSawadogo1998-10"><span class="cite-bracket">[</span>10<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
Die Transkripte werden nach einer <a href="Polyacrylamid-Gelelektrophorese" title="Polyacrylamid-Gelelektrophorese">Polyacrylamid-Gelelektrophorese</a> durch eine <a href="Autoradiographie" title="Autoradiographie">Autoradiographie</a> nachgewiesen. Durch Messung der Radioaktivität der spezifischen Gelbande im <a href="Szintillationsz%C3%A4hler" title="Szintillationszähler">Szintillationszähler</a> oder mittels <a href="R%C3%B6ntgenspeicherfolie" title="Röntgenspeicherfolie">Röntgenspeicherfolie</a> und Phosphorimager lässt sich die transkriptionelle Aktivität bestimmen.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>
<ul><li><a href="Friedrich_Lottspeich" title="Friedrich Lottspeich">Friedrich Lottspeich</a>, Joachim W. Engels (Hrsg.): <i>Bioanalytik.</i> 2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2006, ISBN 3-8274-1520-9.</li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>
<ol class="references">
<li id="cite_note-KriegMelton1984-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-KriegMelton1984_1-0">↑</a></span> <span class="reference-text">P. A. Krieg, D. A. Melton: <cite style="font-style:italic">Functional messenger RNAs are produced by SP6 in vitro transcription of cloned cDNAs</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Nucleic Acids Research</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>12</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>18</span>, 1984, <a href="Internationale_Standardnummer_f%C3%BCr_fortlaufende_Sammelwerke" title="Internationale Standardnummer für fortlaufende Sammelwerke">ISSN</a>&nbsp;<span style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://zdb-katalog.de/list.xhtml?t=iss%3D%220305-1048%22&amp;key=cql">0305-1048</a></span>, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>7057–7070</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1093/nar%2F12.18.7057">10.1093/nar/12.18.7057</a></span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&amp;rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&amp;rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:In-vitro-Transkription&amp;rft.atitle=Functional+messenger+RNAs+are+produced+by+SP6+in+vitro+transcription+of+cloned+cDNAs&amp;rft.au=P.+A.+Krieg%2C+D.+A.+Melton&amp;rft.date=1984&amp;rft.doi=10.1093%2Fnar%2F12.18.7057&amp;rft.genre=journal&amp;rft.issn=0305-1048&amp;rft.issue=18&amp;rft.jtitle=Nucleic+Acids+Research&amp;rft.pages=7057-7070&amp;rft.volume=12" style="display:none">&nbsp;</span></span>
</li>
<li id="cite_note-PMID1985921-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-PMID1985921_2-0">↑</a></span> <span class="reference-text">E. D. Jorgensen, R. K. Durbin, S. S. Risman, W. T. McAllister: <i>Specific contacts between the bacteriophage T3, T7, and SP6 RNA polymerases and their promoters.</i> In: <i><a href="Journal_of_Biological_Chemistry" title="Journal of Biological Chemistry">Journal of Biological Chemistry</a>.</i> Band 266, Nummer 1, Januar 1991, S.&nbsp;645–651, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1985921?dopt=Abstract">PMID 1985921</a>.</span>
</li>
<li id="cite_note-MeltonKrieg1984-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-MeltonKrieg1984_3-0">↑</a></span> <span class="reference-text">D. A. Melton, P. A. Krieg, M. R. Rebagliati, T. Maniatis, K. Zinn, M. R. Green: <cite style="font-style:italic">Efficientin vitro synthesis of biologically active RNA and RNA hybridization probes from plasmids containing a bacteriophage SP6 promoter</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Nucleic Acids Research</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>12</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>18</span>, 1984, <a href="Internationale_Standardnummer_f%C3%BCr_fortlaufende_Sammelwerke" title="Internationale Standardnummer für fortlaufende Sammelwerke">ISSN</a>&nbsp;<span style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://zdb-katalog.de/list.xhtml?t=iss%3D%220305-1048%22&amp;key=cql">0305-1048</a></span>, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>7035–7056</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1093/nar%2F12.18.7035">10.1093/nar/12.18.7035</a></span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&amp;rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&amp;rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:In-vitro-Transkription&amp;rft.atitle=Efficientin+vitro+synthesis+of+biologically+active+RNA+and+RNA+hybridization+probes+from+plasmids+containing+a+bacteriophage+SP6+promoter&amp;rft.au=D.+A.+Melton%2C+P.+A.+Krieg%2C+M.+R.+Rebagliati%2C+...&amp;rft.date=1984&amp;rft.doi=10.1093%2Fnar%2F12.18.7035&amp;rft.genre=journal&amp;rft.issn=0305-1048&amp;rft.issue=18&amp;rft.jtitle=Nucleic+Acids+Research&amp;rft.pages=7035-7056&amp;rft.volume=12" style="display:none">&nbsp;</span></span>
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<li id="cite_note-PMID3526287-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-PMID3526287_4-0">↑</a></span> <span class="reference-text">D. A. Nielsen, D. J. Shapiro: <i>Preparation of capped RNA transcripts using T7 RNA polymerase.</i> In: <i>Nucleic acids research.</i> Band 14, Nummer 14, Juli 1986, S.&nbsp;5936, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1093/nar%2F14.14.5936">10.1093/nar/14.14.5936</a></span>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3526287?dopt=Abstract">PMID 3526287</a>, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC311604/">PMC&nbsp;311604</a> (freier Volltext).</span>
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<li id="cite_note-PMID18998089-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-PMID18998089_5-0">↑</a></span> <span class="reference-text">P. Tammaro, K. Shimomura, P. Proks: <i>Xenopus oocytes as a heterologous expression system for studying ion channels with the patch-clamp technique.</i> In: <i>Methods in molecular biology.</i> Band 491, 2008, S.&nbsp;127–139, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1007/978-1-59745-526-8_10">10.1007/978-1-59745-526-8_10</a></span>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18998089?dopt=Abstract">PMID 18998089</a>.</span>
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