CRISPR als Stammzellproduzent

Verblüffend einfach: Die Genschere CRISPR kann aus normalen Hautzellen pluripotente Stammzellen machen – und das durch Veränderung an nur einem Gen, wie ein Experiment jetzt belegt. Die subtile Genmanipulation setzt eine Kettenreaktion in Gang, die die Zellen in den Embryonalzustand zurückversetzt – und sie so zu potenziellen Alleskönnern für die Medizin macht.

Pluripotente Stammzellen können sich zu jedem Zelltyp des Körpers entwickeln. Das macht sie für die Medizin besonders interessant. Denn bisher unheilbare Krankheiten könnten mithilfe dieser Zellen vielleicht doch eines Tages geheilt werden. Wissenschaftler forschen zum Beispiel daran, ob sich das abgestorbene Hirngewebe bei Parkinson-Kranken durch umgewandelte Stammzellen ersetzen lässt. Oder ob Blinde dank aus den Alleskönnern gewonnener Netzhaut womöglich zu neuer Sehkraft gelangen.

Weil der Einsatz embryonaler Stammzellen zu solchen Zwecken umstritten ist, experimentieren Forscher zunehmend mit sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen. Dabei werden Körperzellen von Patienten künstlich in einen Zustand wie im Embryonalstadium zurückversetzt. Um diese Reprogrammierung zu initiieren, müssen die Zellen entweder mit einem Chemiecocktail oder mit mehreren Transkriptionsfaktoren behandelt werden. Dadurch werden bestimmte Gene in den Zellen an- und andere ausgeschaltet. Die Zellen werden wieder zu Stammzellen.

Gene für die Pluripotenz

Künftig könnte die Umwandlung der Zellen noch einfacher gelingen – dank eines Werkzeugs, das derzeit die Gentherapie revolutioniert: die Genschere CRISPR/ Cas9. Mit ihr lassen sich erstmals buchstabengenaue Eingriffe in das Erbgut von fast jedem Organismus vornehmen, DNA-Sequenzen ersetzen und Gene zeitweise an- oder ausschalten. Diese Möglichkeiten machen die Genschere auch für die Generierung von Stammzellen interessant, haben sich Wissenschaftler um Peng Liu von den Gladstone Institutes in San Francisco gedacht – und ihren Ansatz an Hautzellen von Mäusen getestet.

Für die Studie setzten die Forscher die Genschere auf zwei Gene an, die nur in Stammzellen exprimiert werden, in anderen Zelltypen aber gewissermaßen stummgeschaltet sind. Diese Gene mit den Namen Sox2 und Oct4 spielen eine wesentliche Rolle für die Pluripotenz von Stammzellen, wie Studien gezeigt haben. Was würde passieren, wenn CRISPR/ Cas9 sie wieder aktivierte?

Eine einzige Veränderung genügt

Es zeigte sich: Ein einziger Eingriff entweder an Sox2 oder an Oct4 reichte, um eine kaskadenartige Reaktion im Genom der Zellen auszulösen. An deren Ende hatten die vormaligen Hautzellen die Eigenschaften pluripotenter Stammzellen erlangt. „Besonders überraschend war, dass für eine erfolgreiche Reprogrammierung nur eine Stelle im Erbgut moduliert werden musste“, sagt Lius Kollege Sheng Ding. Das mache dieses Verfahren deutlich simpler als die gängigen Methoden.

„Es ist nützlich, nun eine weitere Möglichkeit zur Herstellung induzierter pluripotenter Stammzellen zu haben“, sagt Ding. Denn mit den konventionellen Verfahren gelingt Wissenschaftlern die Reprogrammierung von Körperzellen nicht immer. Zudem könnte die Genschere künftig nicht nur Stammzellen aus Hautzellen machen – sondern diese womöglich direkt in einen anderen gewünschten Zelltyp wie Hirn- oder Herzzellen umwandeln, so die Hoffnung des Teams. (Cell Stem Cell, 2017; doi: 10.1016/j.stem.2017.12.001)

(Gladstone Institutes, 22.01.2018 – DAL)