Nützliches Werkzeug: Neuartige CRISPR-Genscheren können auch das Erbmaterial RNA statt DNA angreifen. Forscher haben nun ein Verfahren entwickelt, damit diese Werkzeuge möglichst treffsicher funktionieren. Ihr Vorhersagemodell auf Basis einer neuen Screening-Technologie zeigt, mit welchen Helfern solche Genscheren bestimmte RNA-Sequenzen zielgenau finden – dies könnte sich auch im Kampf gegen das neuartige Coronavirus als nützlich erweisen.
Mit der Genschere CRISPR/Cas9 lässt sich das Erbgut von Lebewesen einfacher und gezielter verändern als jemals zuvor. Das eröffnet nicht nur neue therapeutische Möglichkeiten. Forscher nutzen das molekularbiologische Werkzeug auch, um mehr über die genetischen Grundlagen bestimmter Erkrankungen herauszufinden – von Sichelzell-Anämie bis hin zu Lungenkrebs.
Das Problem: Bis vor kurzem ließ sich mit der Genschere nur DNA manipulieren. Das bedeutet, dass RNA-basierte Strukturen wie beispielsweise das neue Coronavirus SARS-CoV-2 gar nicht mit dieser Methode untersucht und angegriffen werden konnten. Auch in menschlichen Zellen wäre es mitunter hilfreich, anstatt der DNA die RNA zu verändern.
Scheren für RNA statt DNA
Ein Werkzeug, das dies im großen Stil möglich macht, präsentieren nun Hans-Herrmann Wessels vom New York Genome Center und seine Kollegen. Ausgangspunkt ihrer Studie war die Entdeckung des CRISPR-Enzyms Cas13. Anders als das Cas9-Enzym der klassischen Genschere schneidet Cas13 nicht DNA, sondern RNA.
Mithilfe einer Genschere mit diesem Schneideenzym entwickelten die Wissenschaftler eine sogenannte Screening-Plattform, die die Durchmusterung menschlicher Zellen auf RNA-Ebene erlaubt. Der Clou: Bei solchen Verfahren können mithilfe der Genschere viele Stellen im Genom parallel untersucht werden.
Entscheidend für Screening und Therapie
Damit könnte die neue Screening-Technologie Forschern dabei helfen, Aspekte der RNA-Regulierung besser zu verstehen. Doch nicht nur das: Wie Wessels‘ Team erklärt, ergeben sich mit Cas13 auch spannende Ansätze für Therapien. Denn über die RNA kann die Genexpression beeinflusst werden – auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Gene ausschalten, ohne dauerhaft das Genom zu verändern.
„Wir gehen davon aus, dass RNA-angreifende Cas13-Enzyme große Relevanz für die Molekularbiologie und medizinische Anwendungen haben werden“, konstatiert Wessels‘ Kollege Neville Sanjana. „Allerdings ist bisher wenig darüber bekannt, was die effektivsten Führungs-RNAs für Genscheren auf dieser Basis sind.“ Mithilfe solcher integrierten RNA-Abschnitte erkennt die Genschere ihr jeweiliges Ziel.
Führung gesucht
Damit keine Fehler passieren, muss die Führungs-RNA daher möglichst genau arbeiten. Welchen RNA-Sequenzen aber gelingt diese Aufgabe am besten? Um dies herauszufinden, nutzten die Wissenschaftler ihr Screeningverfahren, um unterschiedliche Führungs-RNAs zu testen und ein Modell zu entwickeln, das Vorhersagen zu den effektivsten Varianten erlaubt.
Dabei stellten Wessels‘ und seine Kollegen unter anderem fest, dass bestimmte Regionen der Führungs-RNA wichtiger zur Erkennung der richtigen Ziel-RNA sind als andere. Zudem identifizierten sie einen Schlüsselbereich, der besonders anfällig für falsche Zuordnungen ist. Diese Erkenntnisse sollen künftig dabei helfen, möglichst exakt arbeitende Führungs-RNAs für Cas13-basierte Genscheren zu entwickeln.
„Da eine typische menschliche Zelle etwa 100.000 RNAs exprimiert, ist eine akkurate Zielfindung entscheidend für Screening- und Therapieanwendungen“, heißt es dazu in einer Mitteilung.
Coronavirus im Visier
Darüber hinaus haben die Wissenschaftler ihr Vorhersagemodell bereits für eine aktuell sehr dringliche Analyse genutzt: Sie identifizierten optimale Führungs-RNAs, die in Zukunft für Diagnosen und Therapien im Zusammenhang mit SARS-Cov-2 genutzt werden könnten – auch der derzeit weltweit umgehende Erreger hat ein RNA-Genom.
Ihre Vorhersagen zu Cas13-Führungs-RNAs auf Basis einer von einem New Yorker Covid-19-Patienten isolierten Virusprobe sind online frei zugänglich: http://bit.ly/coronavirus-guides. (Nature Biotechnology, 2020; doi: 10.1038/s41587-020-0456-9)
Quelle: Nature Biotechnology
