CRISPR: Eine „weichere“ Form der Genbearbeitungstechnik könnte genauer sein

Die Genbearbeitung mit CRISPR kann Off-Target-Mutationen verursachen, aber dies scheint bei einem Enzym, das einen der DNA-Stränge schneidet, seltener vorzukommen, anstatt beide

Leben


1. Juli 2022

CRISPR verwendet ein Enzym namens Cas9, um DNA an bestimmten Stellen zu schneiden

Eine neue Form der Genom-Editing-Technik CRISPR könnte eine genauere Möglichkeit bieten, Mutationen zu bearbeiten, die genetische Krankheiten verursachen. Der an Fruchtfliegen getestete Ansatz fixiert eine genetische Mutation auf einer Kopie eines Chromosoms, indem er das äquivalente Chromosom – das vom anderen Elternteil geerbt wurde – als Vorlage verwendet.

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 durchtrennen. Dadurch können neue DNA-Sequenzen zwischen die Schnitte eingefügt werden, um das mutierte Gen zu ersetzen.

Diese Insertion funktioniert jedoch normalerweise bei weniger als 10 Prozent der Zellen, und Insertionen können in falschen oder nicht zielgerichteten Regionen des Genoms auftreten.

Jetzt haben Ethan Bier und Annabel Guichard von der University of California, San Diego, und ihre Kollegen eine neue Form von CRISPR entwickelt, die korrekte DNA-Sequenzen effizienter an der Stelle einer Mutation einfügen kann, mit weniger Off-Target-Effekten.

„Ich war hin und weg“, sagt Bier. „Im Allgemeinen müssen Sie sich bei bestehenden CRISPR-Techniken Sorgen machen, dass etwa 1 Prozent der Bearbeitungen Fehler oder Abweichungen sind. Ich würde sagen, bei unserem System wäre es eher 1 zu 10.000.“

Die Methode verwendet eine Variante des Cas9-Enzyms namens Nickase, die nur einen Strang der DNA-Doppelhelix schneidet. „Wir fanden heraus, dass das „sanfte“ Einkerben oder Schneiden eines DNA-Strangs sogar noch effizienter ist, als einen sauberen Doppelstrangbruch vorzunehmen“, sagt Bier.

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Die Forscher testeten den Ansatz an Fruchtfliegen, die eine Mutation aufwiesen, die ihre Augen weiß statt rot färbte. Sie fanden heraus, dass das Nickase-System die Mutation der Augenfarbe in bis zu 65 Prozent der Zellen korrigierte und den Fliegen rote Augen verlieh. Standard-CRISPR mit Cas9 korrigierte die Mutation in bis zu 30 Prozent der Zellen, was dazu führte, dass jedes Auge einen kleinen roten Fleck aufwies.

„Das war ein wirklich unglaublicher Moment. Wir wussten, dass wir etwas absolut Erstaunliches gefunden hatten, als wir das sofort sahen“, sagt Guichard.

Das Team führte keine zusätzlichen DNA-Stücke als Vorlage für die Zelle ein, um die Mutation auf dem Chromosom zu korrigieren, also muss die molekulare Maschinerie das andere Chromosom – das vom anderen Elternteil geerbt wurde – als Vorlage verwendet haben. Das Team konnte dies bestätigen.

Die DNA-Reparatur eines Chromosoms unter Verwendung des anderen entsprechenden Chromosoms wurde im Allgemeinen nicht für möglich gehalten. Neuere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass dies gelegentlich unter bestimmten, noch zu definierenden Umständen auftreten kann.

„Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass, wenn man ein Chromosom in einer Säugetierzelle beschädigt, das andere Chromosom irgendwie rekrutiert wird. Dann bekommt die gebrochene Region das Pflaster vom anderen Chromosom“, sagt Bier.

„Wir verstehen nicht wirklich, was dafür verantwortlich ist. Eines der aufregenden Elemente der Arbeit besteht darin, dass sie einen Weg eröffnet, um die gesamte Reihe von Komponenten zu entdecken, die für diese neue Reparaturkategorie verantwortlich sind.“

Wenn sich herausstellt, dass es bei Menschen funktioniert, könnte der Ansatz möglicherweise alle krankheitsassoziierten genetischen Mutationen reparieren, die eine gesunde Kopie auf dem passenden Chromosom haben. Das bedeutet, dass es keine Mutationen auf dem X-Chromosom bei Jungen, Männern und Transgender-Frauen beheben kann, denen eine zweite Kopie dieses Geschlechtschromosoms fehlt. Es funktioniert auch nicht bei Menschen mit genau derselben krankheitsbedingten Mutation auf beiden Chromosomen von jedem Elternteil.

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Zeitschriftenreferenz: Wissenschaftliche FortschritteDOI: 10.1126/sciadv.abo072

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