Präzise Genreparatur mit hoher Effizienz

Bio-News vom 29.08.2018

Mit der molekulargenetischen Methode CRISPR/Cas können Brüche im Doppelstrang der DNA und damit zufällige Mutationen in jedem Zielgen herbeigeführt werden. Die exakte Reparatur eines Gens mithilfe einer Reparaturkopie ist jedoch nur außerordentlich aufwendig möglich. Dafür haben Forscher der Universität Heidelberg eine Lösung gefunden: Mit der Anwendung eines neuen Ansatzes am Modellorganismus Medaka haben sie die Grundlage geschaffen, um auf einfache Weise die Reparaturkopie eines defekten Gens in die DNA einzuschleusen.

Bei der Geneditierung muss zunächst im Genom punktgenau die Stelle gefunden und angesteuert werden, bei der eine Genmutation ausgelöst werden soll. Dazu wird eine „Sonde“ konstruiert. Sie besteht aus RNA-Abschnitten, die der DNA-Abfolge der jeweiligen Zielsequenz entspricht. Diese „Sonde“ dockt an der gewünschten Stelle der DNA an, um dort den Doppelstrang mit der molekularen „Schere“ CRISPR/Cas zu durchschneiden. Anschließend tritt das zelleigene Reparatursystem in Aktion. Bei der Reparatur dieser künstlich hergestellten Bruchstellen können einzelne DNA-Bausteine verloren gehen. Auf diese Weise kommt es in ausgesuchten Zielgenen zu Veränderungen, die jedoch dem Zufall überlassen sind. In praktisch jedem untersuchten Organismus konnte diese Methode erfolgreich angewendet werden, wie Prof. Wittbrodt vom Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg erläutert.

Eine Utopie blieb bislang jedoch das routinemäßige präzise Editieren, das zu genau definierten Modifikationen beliebiger Gene führt. Nach den Worten von Dr. Arturo Gutierrez liegt dies ausgerechnet am zelleigenen Reparatursystem, das die Brüche im DNA-Doppelstrang rasch wieder schließt. Während dieser Mechanismus mit der Bezeichnung „Non-Homologous End Joining“ (NHEJ) für das effiziente Erzeugen zufälliger Genveränderungen kein Problem darstellt, konkurriert NHEJ mit einem zweiten, hoch präzise arbeitenden Reparaturverfahren namens „Homology Directed Repair“ (HDR). Wie beim Einsetzen eines Ersatzteils müssen hierbei beide Enden perfekt passen, damit HDR das defekte Gen durch die korrekte Reparaturkopie ersetzen kann. „Unglücklicherweise verbindet NHEJ diese in die Zellen eingebrachten Kopien in große zusammenhängende Ketten und macht sie damit unbrauchbar“, so Tinatini Tavhelidse.