Ein neuartiger Weg, das Down‑Syndrom zu mildern
Forscher der Harvard University haben ein modifiziertes CRISPR‑System entwickelt, das das zusätzliche Chromosom 21 in menschlichen Zellen praktisch zum Schweigen bringen kann. Das Prinzip beruht auf dem natürlichen Mechanismus, den weibliche Zellen nutzen, um ein ihrer zweien X‑Chromosomen zu deaktivieren. Dieses Verfahren könnte künftig eine Grundlage für eine gentherapeutische Behandlung von Menschen mit Down‑Syndrom bilden.
Wie XIST normalerweise funktioniert
In jeder weiblichen Zelle liegt ein Gen namens XIST vor. Es erzeugt ein langes RNA‑Molekül, das sich wie ein Deckenverband über eines der beiden X‑Chromosomen legt und dessen Genexpression nachhaltig unterdrückt. Dadurch erhalten Frauen nur die doppelte Menge an X‑Genen, wie Männer.
Transfer des XIST‑Mechanismus auf Chromosom 21
Wissenschaftler vermuteten schon seit Jahren, dass derselbe Mechanismus verwendet werden könnte, um das dritte Chromosom 21 bei Down‑Patienten zu deaktivieren. Erste Versuche im Jahr 2013 zeigten, dass das Prinzip prinzipiell funktioniert, jedoch war die Einbringung des XIST‑Gens in das richtige Chromosom extrem ineffizient – unter 1 % der Zellen integrierten das Fragment.
Verbesserte CRISPR‑Technik
Das Harvard‑Team hat nun ein erweitertes CRISPR/Cas9‑System entwickelt. Ein zusätzliches Enzym wird an das Cas9‑Protein gekoppelt, das die Enden des geschnittenen DNA‑Strangs leicht „abfrisst“. Dadurch entstehen flexible Flap‑Strukturen, die das Anlagern des Donor‑DNA‑Stücks, das das XIST‑Gen enthält, erleichtern. Vier Leit‑Moleküle sorgen dafür, dass sowohl das Ziel‑Chromosom als auch das Donor‑Stück exakt geschnitten werden.
Um gezielt das zusätzliche Chromosom 21 zu treffen, nutzten die Forscher natürliche Einzel‑Nukleotid‑Polymorphismen (SNPs), die nur in einer der drei Kopien vorkommen. Außerdem wurde eine Schaltfunktion eingebaut, sodass XIST erst nach Verabreichung eines speziellen Medikaments aktiv wird.
Ergebnisse im Labor
In kultivierten Zellen stieg die Einbringungsrate auf 20‑40 %, ein enormer Sprung gegenüber den früheren <1 %-Ergebnissen. Nach Aktivierung von XIST sank die Expression von 58‑66 % der Gene auf dem zusätzlichen Chromosom 21 merklich, darunter jene, die für typische Down‑Syndrom‑Merkmale verantwortlich sind.
Grenzen und offene Fragen
Trotz dieser vielversprechenden Daten bleibt das Verfahren bislang auf das Petrischalen‑Modell beschränkt. Es gibt bislang keine Studien an Tiermodellen oder am Menschen. Kritische Punkte sind die Wirksamkeit in nicht‑teilenden Zellen (z. B. Neuronen), die Sicherheit gegenüber Off‑Target‑Effekten von CRISPR und die Frage, ob genug Zellen im Körper erreicht werden können, um klinisch relevante Verbesserungen zu erzielen.
Ein weiteres Hindernis ist die Größe des XIST‑Gens, das zu groß ist, um in gängige virale Vektoren zu passen. Die Forscher diskutieren die Nutzung einer verkleinerten XIST‑Version, die in ein Virus‑Partikel verpackt und per Injektion verabreicht werden könnte. Ob dies realisierbar ist, bleibt jedoch offen.
Zusammenfassend stellt das neue CRISPR‑Verfahren einen bedeutenden Fortschritt dar, doch die Umsetzung vom Labor in die klinische Praxis erfordert noch umfangreiche Untersuchungen und Optimierungen.
Source: https://scientias.nl/onderzoekers-zetten-extra-chromosoom-bij-downsyndroom-uit-met-nieuwe-techniek/
