Restriktionsenzyme sind heute alltägliche Werkzeuge für die Gentechnologie, doch für die Gentherapie arbeiten diese Gen-Scheren bisher zu unkontrolliert. Doch jetzt hat ein internationales Forscherteam dafür eine Lösung gefunden: Gen-Scheren, die sich durch Licht gezielt an- oder abschalten lassen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS) berichten, könnte sich damit eine neue Chance für die Gentherapie eröffnen.
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Restriktionsenzyme können bestimmte Sequenzen in der DNA hochspezifisch erkennen und spalten. Überall dort, wo sie auf eine typische Erkennungssequenz im Genom stoßen, trennen die Enzyme den Strang und ermöglichen damit zum Beispiel, verschiedene Genschnipsel zusammenzufügen oder aber fremde Gene einzubauen. Dadurch sind die meist von Bakterien stammenden Restriktionsenzyme in der Gentechnologie bereits zu unentbehrlichen Werkzeugen geworden.
Bisher zu riskant für Gentherapie
Theoretisch ließen sich diese Enzyme auch in der Gentherapie einsetzen – um schadhafte Gene gezielt herauszuschneiden und gegen Ersatzgene auszutauschen. In Zellkultur klappt das prinzipiell schon, doch es gibt einen Haken: Einmal eingeschleust arbeiten die Enzyme ungebremst weiter und scheiden damit auch dort, wo sie nicht sollen. Dieser Effekt verbot bisher die Anwendung dieser Form der Gentherapie beim Menschen. Doch jetzt könnten Wissenschaftler für dieses Problem eine Lösung gefunden haben.
Schaltermolekül reagiert auf Wellenlänge des Lichts
In einem Gemeinschaftsprojekt von deutschen, russischen und griechischen Forschern gelang es, diese Enzyme durch äußeren Einfluss zu steuern. Die Wissenschaftler veränderten diese Enzyme so, dass sie durch Licht an- und abschaltbar sind. Dazu baute er einen chemischen Schalter in eine Gen-Schere ein, der von Wissenschaftlern von der Lomonossov-Universität in Moskau synthetisiert wurde. Der Schalter, ein Derivat des Farbstoffs Azobenzen, nimmt je nach Wellenlänge des einfallenden Lichts unterschiedliche Molekülkonfigurationen ein.
Durch Versuche mit unterschiedlichen Einbauorten und verschiedenen Varianten des Restriktionsenzyms Endonuklease Pvull ermittelten die Forscher die Variante mit dem größten Effekt. Heraus kam eine Gen-Schere, deren Aktivität durch ultraviolettes Licht an und durch blaues sichtbares Licht wieder ausgeschaltet werden kann. Immer, wenn der eingesetzte „Schalter“ durch das UV-Licht in die so genannte „Cis“-Form springt, blockiert er die Funktion des Enzyms. Springt er durch blaues Licht in die „Trans“-Form, wird die Enyzmaktivität möglich.
Enzymkontrolle per Licht möglich
Damit ist der prinzipielle Nachweis geglückt, dass die Aktivität von Gen-Scheren zeitlich und räumlich kontrolliert werden kann. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass solche Enzyme in der Gentherapie beim Menschen genutzt werden können. Denn damit könnte man verhindern, das Restriktionsenzyme unkontrolliert und unspezifisch auch nach ihrem gentherapeutischen Einsatz weiter DNA spalten. Bei einer Gentherapie ex vivo – also an Zellen, die dem Organismus entnommen und nach der erfolgten Therapie wieder zurückgegeben werden – könnten abschaltbare Gen-Scheren das Problem der Rest-Toxizität lösen.
(Universität Gießen, 15.03.2010 – NPO)
