mRNA-Impfstoffe: nur im Zellplasma

Die mRNA gelangt ausschließlich ins Zellplasma und wird nach dem Ablesen vollständig abgebaut.

So gelangen mRNA-Impfstoffe ins Innere der Zelle

Um unser Immunsystem zu trainieren und auf einen möglichen Angriff von SARS-CoV-2 vorzubereiten, wird bei der Impfung mit der mRNA die genetische Bauanleitung für einen kleinen Baustein dieses Virus in den Körper injiziert: das Spike-Protein (Video: Die Immunisierung). Das sind Eiweißmoleküle, die wie kleine Stachel auf der äußeren Hülle von SARS-CoV-2 sitzen. Befindet sich diese Bauplankopie erst einmal in den Zellen, wird sie abgelesen, und die Zellen produzieren Spike-Proteine. Darauf reagiert unser Immunsystem, indem es gegen diese Spike-Proteine unter anderem Antikörper bildet, die bei einer Infektion mit SARS-CoV-2 gegen das Virus vorgehen (Video: Der Impfschutz).

Doch wie gelangt diese genetische Bauanleitung in das Innere der Zellen?

Die Bauanleitung ist die sogenannte Messenger-RNA (Boten-RNA), kurz mRNA. Ein mRNA-Molekül ist eine kurze Nukleotidkette. Die Reihenfolge der Nukleotide bildet den genetischen Code, der an den Ribosomen im Zellplasma abgelesen wird. Dieser Prozess findet statt, um Proteine herzustellen (Video: Die Aufgabe der körpereigenen mRNA).

mRNA-Moleküle mit der Bauanleitung für Spike-Proteine können im Labor auf relativ einfache Weise hergestellt werden. Damit diese jedoch überhaupt ins Zellplasma und zu den Ribosomen gelangen können, müssen sie vorher in eine Hülle verpackt werden. Andernfalls würden Spaltenzyme im Körper, sogenannte Ribonukleasen, die mRNA-Moleküle abbauen.

Bei der Hülle handelt es sich um sogenannte Lipid-Nanopartikel, winzige Kügelchen mit einem Durchmesser von etwa 60-100 Nanometern1, die aus einer Schicht von Fettmolekülen, sogenannten Lipiden, aufgebaut sind. Diese kleinen Fettkapseln erhöhen nicht nur die Stabilität der mRNA-Impfstoffe, sondern dienen auch als Transportmittel: Sie erleichtern das Eindringen ins Innere der Zelle, indem die Lipid-Nanopartikel mit der Zellmembran verschmelzen und die mRNA-Moleküle ins Zellplasma freigesetzt werden. 

Ribosomen nutzen Impfstoff-mRNA als genetische Bauanleitung für das Spike-Protein

Sowohl körpereigene als auch körperfremde mRNA-Moleküle tragen an beiden Enden eine Art Kappe. Sobald ein mRNA-Molekül ins Zellplasma gelangt, erkennen die Ribosomen, die Proteinfabriken, diese Kappen und docken sich darüber an die mRNA an. Bildlich gesprochen sind diese Kappen also für die mRNA die Eintrittskarte zur Proteinfabrik. Nach der Anbindung machen sich die Ribosomen sogleich daran, den genetischen Code auf der mRNA zu übersetzen, um daraus das entsprechende Eiweiß herzustellen. Dieser Prozess heißt Translation (Übersetzung).

Bei den Impfstoffen besteht die genetische Information der mRNA aus einer besonderen Abfolge von Nukleotiden, die wiederum einer bestimmten Abfolge von Aminosäuren entspricht. Das Ribosom liest die Nukleotidfolge ab und weiß dann, in welcher Reihenfolge es bestimmte einzelne Aminosäuren aneinanderketten muss, um so das Spike-Protein zu erzeugen.

Die Herstellung des Stachelproteins erfolgt ausschließlich im Zellplasma. Wenn die mRNA vollständig abgelesen und in Spike-Protein übersetzt worden ist, wird sie anschließend von Ribonukleasen abgebaut und dabei in ihre einzelnen Nukleotide zerlegt. Das bedeutet: mRNA-Impfstoffe sind nur im Zellplasma aktiv und gelangen nicht in den Zellkern (Video: Die Aufgabe der mRNA bei Impfstoffen).

Quelle

1 Schoenmaker, L et al. Int J Pharm 2021;601(120586). DOI: 10.1016/j.ijpharm.2021.120586

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