Neuer Weg zum Eingriff ins Genom kann Hämophilie B bei Mäusen deutlich lindern

Neuer Weg zum Eingriff ins Genom kann Hämophilie B bei Mäusen deutlich lindern

09.01.15

Faktor IX, Hämophilie B, Sport

STANFORD (Biermann) – Forscher der Stanford University School of Medicine haben eine neue Methode entwickelt, um ein funktionsfähiges Gen in das Genom eines Patienten einzuschleusen, die möglicherweise sicherer ist als bisher verwendete Methoden.

Von diesen unterscheidet sich der Ansatz darin, dass keine gleichzeitige Zufuhr des Enzyms Endonuklease nötig ist, um die DNA des Empfängers an spezifischen Stellen zu schneiden. Zudem ist das gleichzeitige Einsetzen eines genetischen „An“-Schalters (auch Promoter genannt), um die Expression des neuen Gens zu aktivieren, nicht erforderlich.

Diese Unterschiede führen dazu, dass der neue Ansatz sowohl sicherer ist als auch länger anhält. Mithilfe der neuen Technik waren die Wissenschaftler in der Lage, neugeborene Mäuse mit Hämophilie B zu heilen, indem sie ihnen eine funktionsfähige Genkopie für den fehlenden Gerinnungsfaktor einsetzten.  Obgleich die Insertion in nur rund einem Prozent der Leberzellen erfolgte, produzierten diese Zellen genug von dem fehlenden Faktor IX, um die Krankheit zu bessern (sieben bis 20 Prozent der normalen Konzentration).

„Es scheint, als ob wir möglicherweise in der Lage sind, die lebenslange Expression des eingefügten Gens zu erreichen, was insbesondere in der Behandlung genetischer Erkrankungen wie der Hämophilie und der schweren kombinierten Immunschwäche wichtig ist“, sagte Prof. Mark Kay, Seniorautor der Studie, die am 29. Oktober 2014 in „Nature“ erschienen ist. „Wir sind in der Lage, dies ohne den Einsatz von Promotern oder Nukleasen zu tun, was signifikant das Risiko für Krebserkrankungen verringert, die entstehen können, wenn sich das neue Gen an zufälligen Stellen im Genom einfügt.“

Die Stanford-Entdeckung könnte eine Alternative zur Technik der Genomveränderung namens CRISPR/Cas9 bieten, die auf einer alten Schutzreaktion beruht – diese wurde von Bakterien entwickelt, um Virusattacken abzuwehren. Jedes Mal, wenn ein Bakterium ein Virus abwehrt, sichert es einen winzigen Teil der DNA des Eindringlings in seinem eigenen Genom. Ansammlungen dieser viralen Regionen werden als „Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Regions“, kurz „CRISPR” bezeichnet.

Wenn das Bakterium erneut auf dieses Virus trifft, nimmt die Zelle Abschnitte des gespeicherten Genmaterials, um entsprechende Regionen im Virusgenom zu identifizieren und sich daran anzuklinken. Ist die Anhaftung erfolgt, schneidet das Bakterium die Virusgene an präzise definierten stellen mit einem Protein namens Cas9.

Weltweit haben Forscher begonnen die CRISPR/Cas9-Technik zu verwenden, nicht nur um dauerhaft Gene in Tiermodellen auszuschalten, sondern auch um neue, modifizierte Gene in das Genom der Tiere einzubringen.

Doch die Technik erfordert nicht nur das Gen für die Cas9-Nuklease, die sich selbst in das Genom des Empfängers integrieren kann, sondern auch einen Promoter, um die Genexpression anzutreiben.

Forscher haben jedoch Bedenken, dass beim Einsatz in Menschen Cas9 die DNA an unerwarteten Stellen schneiden könnte, was die Zelle zerstören oder töten könnte. Auch könnte der Promoter des neuen Genes die Expression der nahe gelegenen Gene nachteilig beeinflussen und zu Krebs und anderen Erkrankungen führen. Zudem könnten die fremden Bakterienproteine bei Patienten eine Immunreaktion auslösen.

Bei der neuen Technik hängen die Forscher die Expression des neuen Gens an jene des Proteins Albumin an, das in der Leber in hohem Maße exprimiert wird. Albumin ist das häufigste Protein im Blut. Es hilft bei der Regulation des Blutvolumens und erlaubt es Molekülen, die sich nicht leicht im Wasser lösen, im Blut transportiert zu werden.

Die Forscher setzten eine modifizierte Version des Adeno-assoziierten Virus (AAV) ein, der in der Gentherapie häufig Verwendung findet. In dieser modifizierten Version, die als viraler Vektor bezeichnet wird, werden alle Virusgene entfernt und nur die therapeutischen Gene bleiben.  Dank eines biologischen Phänomens, das als homologe Rekombination bezeichnet wird, wurde das Gerinnungsfaktor-Gen nahe dem Albumin-Gen eingefügt.

„Das wirkliche Problem bei AAV ist, dass unklar ist, wie lange die Genexpression anhalten wird, wenn das Gen nicht in das Genom integriert wird“, sagte Kay. „Säuglinge und Kinder, die am meisten von der Behandlung profitieren würden, wachsen noch, und ein nicht integriertes Gen könnte seine Wirksamkeit verlieren, da es nicht von Zelle zu Zelle kopiert wird. Darüber hinaus ist es nicht möglich, die Behandlung erneut zu verabreichen, da Patienten eine Immunreaktion auf AAV entwickeln. Aber mit der Integration könnten wir eine lebenslange Expression bekommen, ohne Sorge in Bezug auf Krebs oder andere DNA-Schäden haben zu müssen.“

Die Wissenschaftler planen nun, die Technik an Mäusen mit Lebern aus Menschen- und Mäusezellen zu testen. Dies ist ein Modell, das sich kürzlich als gut zur Vorhersage dessen erwiesen hat, was bei Menschen passieren wird.

Quelle: Stanford University Medical Center, 29.10.2014; www.nature.com