Neue Gen-Editing-Methode kann viele krankheitsverursachende Mutationen in Säugetierzellen korrigieren

Neue Gen-Editing-Methode kann viele krankheitsverursachende Mutationen in Säugetierzellen korrigieren

Einige genetische Störungen – wie Mukoviszidose, Hämophilie und die Tay-Sachs-Krankheit – gehen mit vielen Mutationen im Genom einer Person einher, oft mit ausreichender Variation, dass sogar zwei Personen, die dieselbe Erkrankung haben, eine unterschiedliche Kombination von Mutationen aufweisen können. Komplexitäten wie diese machen es schwierig, breit anwendbare Gentherapien für diese Erkrankungen zu entwickeln.

Forscher der University of Texas in Austin haben nun eine verbesserte Methode zur Genbearbeitung entwickelt, die präziser und effizienter als andere ähnliche Methoden ist und viele krankheitsverursachende Mutationen in Säugetierzellen auf einmal korrigieren kann. Sie zeigten auch seine Wirksamkeit bei der Korrektur von Skoliose verursachenden Mutationen in Zebrafischembryonen. Die neue Methode nutzt genetische Elemente von Bakterien, sogenannte Retrons, die dabei helfen, die Mikroben vor Virusinfektionen zu schützen. Dies ist das erste Mal, dass Forscher eine krankheitsverursachende Mutation bei Wirbeltieren mithilfe von Retronen korrigiert haben, was Hoffnungen auf neue Gentherapien für menschliche Erkrankungen weckt.

„Viele der bestehenden Gen-Editing-Methoden sind auf eine oder zwei Mutationen beschränkt, was viele Menschen zurücklässt“, sagte Jesse Buffington, ein Doktorand an der UT und Mitautor einer neuen Arbeit in Naturbiotechnologie. „Meine Hoffnung und was mich antreibt, ist die Entwicklung einer Gen-Editing-Technologie, die Menschen viel stärker einbezieht, die möglicherweise einzigartigere krankheitsverursachende Mutationen haben, und dass der Einsatz von Retrons diese Wirkung auf eine viel breitere Patientenpopulation ausweiten kann.“

Buffington leitete die Forschung, die teilweise von Retronix Bio und der Welch Foundation unterstützt wurde, gemeinsam mit Ilya Finkelstein, einem Professor für Molekulare Biowissenschaften an der UT.

Da die neue Methode einen großen Abschnitt defekter DNA durch eine gesunde Sequenz ersetzen kann, kann dasselbe Retron-basierte Paket jede Kombination von Mutationen innerhalb dieses DNA-Abschnitts reparieren, ohne spezifisch auf die Genetik einer Person eingehen zu müssen.

Wir wollen die Gentherapie demokratisieren, indem wir Standardwerkzeuge entwickeln, mit denen eine große Gruppe von Patienten auf einmal geheilt werden kann. Das dürfte die Entwicklung finanziell rentabler und aus regulatorischer Sicht viel einfacher machen, da man nur eine FDA-Zulassung benötigt.“

Ilya Finkelstein, Professorin für Molekulare Biowissenschaften, UT

Andere Forscher haben Retrons zur Genbearbeitung in Säugetierzellen verwendet, diese Methoden waren jedoch äußerst ineffizient. Die beste Version konnte nur bei etwa 1,5 % der Zielzellen neue DNA in das Genom einfügen. Die an der UT entwickelte Methode fügt die neue DNA in etwa 30 % der Zielzellen ein, und die Forscher sehen Potenzial, diese Bearbeitungseffizienz noch weiter zu verbessern.

Ein weiterer Vorteil der neuen Methode besteht darin, dass sie als in einem Lipid-Nanopartikel eingeschlossene RNA in Zellen eingebracht werden kann. Die Nanopartikel wurden entwickelt, um Probleme mit anderen herkömmlichen Methoden zur Verabreichung von Gen-Editoren zu mildern.

Das UT-Team wendet seinen Ansatz derzeit an, um Gentherapien für Mukoviszidose (CF) zu entwickeln, eine Krankheit, die durch Mutationen im CFTR-Gen verursacht wird und zu verdicktem Schleim in der Lunge führt, was zu chronischen Infektionen und fortschreitenden Lungenschäden führt. Das Team erhielt kürzlich einen Zuschuss zur Unterstützung dieser Arbeit von Emily’s Entourage, einer gemeinnützigen Organisation, die sich auf die Suche nach einem Heilmittel für die 10 % der Personen in der CF-Population konzentriert, die von den derzeit verfügbaren, auf Mutationen ausgerichteten Therapien nicht profitieren. Sie beginnen damit, defekte Teile des CFTR-Gens in Zellen zu ersetzen, die CF-Pathologien nachahmen, und schließlich in Atemwegszellen, die von CF-Patienten stammen.

„Traditionelle Gen-Editing-Technologien funktionieren am besten bei einzelnen Mutationen und sind teuer in der Optimierung, daher konzentrieren sich Gentherapien in der Regel auf die Mutationen, die am häufigsten vorkommen“, sagte Buffington. „Aber es gibt über tausend Mutationen, die CF verursachen können. Es ist für Unternehmen finanziell nicht machbar, eine Gentherapie für, sagen wir, drei Personen zu entwickeln. Mit unserem Retron-basierten Ansatz können wir eine ganze defekte Region herausschneiden und durch eine gesunde ersetzen, was einen viel größeren Teil der CF-Population betreffen kann.“

Ein separater Zuschuss der Cystic Fibrosis Foundation wird ähnliche Arbeiten an einem Teil des CFTR-Gens mit den häufigsten CF-verursachenden Mutationen finanzieren.

Die anderen Autoren des Artikels sind Hung-Che Kuo, Kuang Hu, You-Chiun Chang, Kamyab Javanmardi, Brittney Voigt, Yi-Ru Li, Mary E. Little, Sravan K. Devanathan, Blerta Xhemalçe und Ryan S. Gray.

Quellen: