Eine neue Form der Genombearbeitungstechnik CRISPR könnte eine genauere Möglichkeit bieten Mutationen zu bearbeiten, die genetisch bedingte Krankheiten verursachen. Der Ansatz, der in Fruchtfliegen getestet wurde, fixiert eine genetische Mutation auf einer Kopie von a Chromosom unter Verwendung des äquivalenten Chromosoms – vom anderen Elternteil geerbt – als Vorlage.
CRISPR arbeitet normalerweise mit einem Protein namens Cas9, das als molekulare Schere fungiert, um die beiden Stränge eines DNA-Moleküls an der Stelle einer Zielsequenz zu durchschneiden. Dies kann ermöglichen, neue DNA-Sequenzen zwischen den Schnitten einzufügen, um das mutierte Gen zu ersetzen.
Diese Einfügung funktioniert jedoch normalerweise für weniger als 10 Prozent der Zellen und Insertionen können in falschen oder nicht zielgerichteten Regionen des Genoms auftreten.
Ethan Bier und Annabel Guichard der University of California in San Diego haben mit ihren Kollegen eine neue Form von CRISPR entwickelt, welche jetzt mit den korrekten DNA-Sequenzen am Ort einer Mutation effizienter eingefügt werden können mit weniger Off-Target-Effekten.
“Ich wurde umgehauen”, sagt Bier. „Im Allgemeinen müssen Sie sich bei vorhandenen CRISPR-Techniken Sorgen machen, dass ungefähr 1 Prozent der Änderungen Fehler oder Off-Target sind. Ich würde sagen, dass es im Fall unseres Systems eher 1 von 10.000 wäre.”
Die Methode verwendet eine Variante des Cas9-Enzyms namens Nickase, die nur einen Strang der DNA-Doppelhelix schneidet. “Wir haben festgestellt, dass das “leise” Einkerben oder Schneiden eines Strangs der DNA noch effizienter ist als ein sauberer, doppelsträngiger Bruch”, sagt Bier.
Die Forscher testeten den Ansatz in Fruchtfliegen mit einer Mutation die ihre Augen weiß statt rot machte. Sie fanden heraus, dass das Nickasesystem die Augenfarbmutation in bis zu 65 Prozent der Zellen korrigierte und den Fliegen rote Augen gab. Standard-CRISPR mit Cas9 korrigierte die Mutation in bis zu 30 Prozent der Zellen, wodurch jedes Auge einen kleinen roten Fleck hatte.
„Es war ein wirklich unglaublicher Moment. Wir wussten, dass wir etwas absolut Erstaunliches gefunden hatten, als wir das zum ersten mal sahen “, sagt Guichard.
Das Team hat keine zusätzlichen DNA-Stücke als Vorlage für die Zelle eingeführt, um die Mutation auf dem Chromosom zu korrigieren. Daher muss die molekulare Maschinerie das andere vom anderen Elternteil geerbte Chromosom als Vorlage verwendet haben. Das Team konnte bestätigen, dass dies der Fall war.
Eine DNA-Reparatur eines Chromosoms unter Verwendung des anderen entsprechenden Chromosoms wurde im Allgemeinen nicht als möglich angesehen. Jüngste Erkenntnisse legen jedoch nahe, dass dies gelegentlich unter bestimmten Umständen auftreten kann die noch genauer definiert werden müssen.
„Es gibt akkumulierende Beweise dafür, dass, wenn Sie ein Chromosom in einer Säugetierzelle beschädigen, dies irgendwie das andere Chromosom ergänzt. Dann bekommt die Region, die beschädigt ist, ein Füllmasse vom anderen Chromosom “, sagt Bier.
“Wir verstehen nicht wirklich, wofür das verantwortlich ist. Eines der aufregenden Elemente der Arbeit ist, dass sie eine Möglichkeit eröffnet die gesamten Komponenten zu entdecken, die für diese neue Reparaturkategorie verantwortlich sind.”
Wenn sich herausstellt, dass es bei Menschen funktioniert könnte der Ansatz möglicherweise krankheitsbedingte genetische Mutationen reparieren, die eine gesunde Kopie des passenden Chromosoms haben. Dies bedeutet, dass es bei Jungen, Männern und Transgender-Frauen, welchen eine zweite Kopie dieses Sexual-Chromosoms fehlt, nicht in der Lage ist Mutationen auf dem X-Chromosom auszubessern. Es funktioniert auch nicht bei Menschen mit genau der gleichen krankheitsbedingten Mutation auf den Chromosomen beider Elternteile.
