Genschere korrigiert Alzheimer-Mutation

Falscher Buchstabe im Erbgut: Die als Durchbruch gefeierte Genschere CRISPR/Cas9 kann nun auch Punktmutationen korrigieren – Fehler im Erbgut, bei denen nur eine Base ausgetauscht ist. Diese Mutationen sind die Wurzel vieler Erbkrankheiten und gelten als Risikofaktoren beispielsweise für Alzheimer. Forschern ist es nun gelungen, mit CRISPR/Cas9 erstmals einen solchen Genfehler im Alzheimer-Risikogen APOE4 zu korrigieren, wie sie im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Die Genschere CRISPR/Cas9 gilt als Meilenstein der Genforschung, denn mit ihr besitzen Forscher ein Werkzeug, mit dem sie schnell, einfach und günstig das Erbgut editieren können – und das noch dazu relativ treffsicher. Bereits jetzt wurden Mäuse mit Hilfe von CRIPR/Cas9 von einem erblichen Muskelschwund geheilt,Schweine bekamen eine Virenresistenz und in China haben Forscher schon zweimal den höchst umstrittenen Eingriff in das Erbgut eines menschlichen Embryos gewagt.

Umwandeln statt herausschneiden

Eine der Hauptursachen für erbliche Krankheiten ließ sich jedoch mit CRISPR/Cas9 bisher nicht präzise genug beseitigen: die Punktmutation. Setzten man dafür die Genschere ein, kam es häufig zu zufälligen Einfügungen oder dem Wegfall ganzer DNA-Sequenzen. Diese als „indels“ bezeichneten Fehler treten auf, weil das Schneiden des DNA-Doppelstrangs zelleigene Reparaturmechanismen aktiviert, die dann diese Fehler verursachen.

David Liu und seine Kollegen von der Harvard University in Cambridge haben nun jedoch CRISPR/Cas9 so modifiziert, dass die Genschere die DNA nicht mehr schneidet. Dadurch entfällt das Problem der unerwünschten Indels. Stattdessen kann die Genschere nun mit Hilfe angehängter Enzyme direkt im DNA-Strang eine Base in eine andere umwandeln – und so die Punktmutationen korrigieren.

Die DNA-Basen bilden normalerweise zwei Paare: A-T und C-G. Ist ein Paar fehlerhaft, kann das Fehlfunktionen und Krankheiten verursachen. © Madeleine Price Ball/CC-by-sa 2.5

Aus Cytosin wird Thymin

Und so funktioniert die neue Variante der Genschere: Der CRISPR-Teil sorgt wie bisher dafür, dass die Schere die gewünschte Stelle in der DNA ausfindig macht. Doch das Cas9-Enzym wurde deaktiviert. „Dieses katalytisch tote Cas9 behält seine Fähigkeit zum Binden an die DNA, aber schneidet den Strang nicht mehr“, erklären die Forscher.

Stattdessen hängten die Wissenschaftler ein zusätzliches Enzym an die Genschere, das die Fähigkeit besitzt, die DNA-Base Cytosin über einen Zwischenschritt in Thymin zu verwandeln. Zwei weitere Varianten sorgen dafür, dass dieser Basenaustausch effektiver und haltbarer wird und blockiert die zelleigenen Reparaturmechanismen.

Alzheimer-Gen repariert

Wie gut diese Genscherenvariante wirkt, testeten die Forscher an menschlichen Zellen mit fünf Punktmutationen, die als Krankheitsauslöser beim Menschen bekannt sind. Außerdem ließen sie ihren CRISPR/Cas9-Komplex auf Zellen los, die zwei Punktmutationen am APOE4-Gen besaßen – diese Mutationen gelten als Risikofaktor für Alzheimer.

Und tatsächlich: In allen Versuchsansätzen wandelte die Genschere die jeweils fehlerhaften DNA-Base in bis zu 75 Prozent der Zellen in die richtige Base um, wie die Forscher berichten. Zudem traten nur wenige Fehlumwandlungen oder Indels auf. „Diese Ergebnisse demonstrieren, dass diese Methode krankheitsauslösende Punktmutationen in Säugetierzellen effizienter und fehlerärmer korrigieren kann als alle bisher bekannten Methoden“, sagen Liu und seine Kollegen.

„Ganz neue Möglichkeiten“

Nach Ansicht der Forscher eröffnet diese Variante der Genschere der Wissenschaft und Medizin ganz neue Möglichkeiten, Gendefekte zu editieren. Der gezielte, „programmierbare“ Austausch einzelner DNA-Basen sei ein ganz neuer Ansatz in der Gentechnik. Noch allerdings haben die Wissenschaftler das Ganze erst in Zellkulturen getestet, ob und wie sich das neuen Werkzeug auch am lebenden, kompletten Organismus einsetzen lässt, muss sich erst zeugen.

Klar scheint aber, dass die Weiterentwicklung der Genschere CRISPR/Cas9 rapide Fortschritte macht. In zwei paralell erschienen Studien haben Forscher eine weitere Variante vorgestellt, in der sie Cas9 gegen ein anderes Schneide-Enzym ersetzt haben, das noch präziser schneiden soll. (Nature, 2016; doi: 10.1038/nature17946)

(Nature, 21.04.2016 – NPO)