Gen-Technologie im Einsatz gegen FSHD

Erste Studie der Grundsatzprüfung des Einsatzes der CRISPR Technologie auf dem „Wiederholungs-Gen”

Anm.: Im folgenden Artikel wird eine erfolgversprechende Therapiemöglichkeit zur Behandlung von FSHD beschrieben, die auf einer neu entdeckten und revolutionären Methodik des Gen-Editing beruht. Allgemein erklärt: www.3sat.de/mediathek/?mode=play&obj=58211


Einem Forscherteam unter der Leitung von Peter Jones, PhD, an der medizinischen Fakultät der Universität Massachusetts (UMMS) ist es gelungen, anhand einer Modifikation, der auf CRISPR basierenden Gen-Aufbereitungsmethode, bekannt als dCas9, die DNA-Sequenz, die in FSHD enthalten ist, zu bestimmen und stillzulegen.

Die Studie verkörpert zwei Neuheiten: „Während die CRISPR-METHODE erfolgreich in früheren Studien der Gen-Aufbereitung angewandt wurde, ist dies die erste Darstellung in der ein auf CRISPR aufgebautes Verfahren verwandt wurde, um krankheitserregende Gene, speziell in FSHD, zu minimieren“, schrieb der federführende Autor Chris Himeda PD und „dies ist, soweit uns bekannt ist, das erste Mal, dass diese Methode erfolgreich in vorrangig menschlichen Muskeln angewandt wurde.“

Das CRISPR-CAS9 System basiert ursprünglich auf der Entdeckung eines Mechanismus,
der Bakterien einsetzt, um ihre Genome von fremden Genen zu reinigen - gleich einem primären Immunsystem. Molekularbiologen haben herausgefunden, wie dieses natürliche System benutzt werden kann, um spezifisch genetische Sequenzen anzusteuern. Typischerweise wird die CRISPR-CAS9 Methode eingesetzt, um die DNA zu trennen oder um bestimmte Sequenzen zu ändern oder zu beseitigen. Jedoch ist das Potenzial, dass etwas daneben geht, wenn nicht spezifische Schnitte des Genoms erfolgen, Anlass zu  ernster Besorgnis.

Eine Alternative wäre, dass das CRISPRdCAS9 System nicht die DNA trennt, sondern den Erscheinungsstatus des bestimmten Gens durch Genaktivierung oder Unterdrückung von Proteinen (Eiweißen) ändert. Theoretisch könnte CRISPR-CAS9 durch Aufbereitung von Gensequenzen angewandt werden, um klassische genetische Störungen zu behandeln, während CRISPR-dCAS9 genutzt werden könnten, mutierte, krankheitserregende Gene stillzulegen oder nützliche Gene zu aktivieren.

Bei FSHD resultiert die Muskeldegeneration nicht von einem falsch codierten Gen, sondern von einem andersartigen Typus einer genetischen Fehlbildung. Die häufigste Form dieser Bedingung, FSHD1, entsteht durch die Verringerung einer variablen Tandem-Wiederholung, genannt „junk“-DNA, auf Chromosom 4. Dieser Repetitionsbereich des Genoms besteht aus zahlreichen sich wiederholenden Einheiten, genannt „D4Z4“. Normalerweise hat ein Mensch zwischen 11 bis über 100 D4Z4 Wiederholungen in diesem Bereich, jedoch haben Personen mit FSHD1 nur zwischen 1 und 10 Einheiten.

Dieser Wiederholungsbereich enthält ein Gen namens DUX4. Normalerweise wird dieses Gen unterdrückt. Aber bei FSHD bewirkt die geringe Wiederholungszahl, zusammen mit dem Verlust von Methylgruppen in diesem Bereich, Veränderungen in der Chromatinstruktur (der Molekülkomplex, der die Chromosomen formt). Daraus ergibt sich, dass DUX4 und möglicherweise eine Anzahl von „noncoding RNA‘s“ (RNA’s, die nicht in Proteine übersetzt werden) dazu neigen, sich bemerkbar zu machen, und chemische Vorgänge auszulösen, die zur Muskelzerstörung führen.

Mehrere Forschergruppen, auch jene, die durch die FSH Society subventioniert werden, arbeiten mit CRISPR-CAS9, um das DUX4-Gen zu schneiden, mit dem Ziel, es funktionsunfähig zu machen. Währenddessen entschloss sich die UMMS-Gruppe, mehrere Ziele in verschiedenen D4Z4-Repetitionsbereichen anzusteuern. „Die D4Z4-Wiederholungen kodieren zahlreiche verschlüsselte und unverschlüsselte RNA‘S, die in der Lage sind nachgelagert in FSHD pathogene Rollen zu spielen. Fazit: Auf FSHD direkt abzuzielen, um das Chromatin in seinen nicht pathogenen, eher unterdrückten Status zurückzuführen, könnte therapeutisch gewinnbringender sein als bloßes Abzielen auf DUX4“, erklärten die Autoren.

Die in dieser Studie entwickelten und aufgezeigten Verfahren „sollten den Weg für eine effektivere und stabilere Korrektur von FSHD und anderen epigenetischen Erkrankungen ebnen.“
Die Studie kann starke Auswirkungen über die relativ gering verbreitete FSHD hinaus haben. „Mit zunehmendem Beweis, dass das Wiederholungsgenom (umfasst nahezu die Hälfte der menschlichen Genome) wichtige Rollen in der Genregulierung übernimmt, kann davon ausgegangen werden, dass weitere Krankheiten gefunden werden, die im Zusammenhang mit abweichenden, sich wiederholenden Genomsequenzen stehen“ sagten die Autoren. „Wir haben den ersten Beweis erbracht, dass das Wiederholungsgenom über das CRISPR-SYSTEM angesteuert werden kann, was sich wahrscheinlich als nützlich erweist, da der bisher übersehene Teil des Genoms nun entschlüsselt ist“.

Die frisch publizierte Arbeit wurde unterstützt vom National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skine Diseases grant #1R01AR062587 und der Association Francaise contre les Myopathies grant #AFM15700. Die FSH Society finanzierte Arbeiten im Jones Lab, welches die Voraussetzungen für die aktuelle Studie schuf und wurde für die laufenden Studien unterstützt vom UMMS Wellstone Center mit FSHD-Zellen und DNA-Speichern, die in dieser Studie benutzt werden.

Literatur
Charis L. Himeda, Takako I. Jones, and Peter L. Jones. CRISPR/dCas9-mediated transcriptional inhibition ameliorates the epigenetic dysregulation at D4Z4 and represses DUX4-fl in FSH muscular dystrophy. Molecular Therapy, accepted article preview online 03 November 2015; doi:10.1038/mt.2015.200
(Quelle: FSHWatch - Fall 2015 by June Kinoshita www.fshsociety.org/wp-content/uploads/2014/03/FSH_Society_WATCH_Fall-201... - Seite 9)

June Kinoshita, FSH Society
(übersetzt von Korinna Westphal und Dr. Hans H. Langer)

Der Wermutstropfen ist, dass es nach Aussage der Autorin vom 5.11.2015 noch Jahre dauern wird, um daraus eine Behandlungsmethode zu entwickeln:
www.fshsociety.org/2015/11/gene-interference-technologyused-in-fsh-muscu...

Abkürzungen (aus Wikipedia)

CRISPR: (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) sind Abschnitte sich wiederholender DNA (repeats), die im Erbgut von vielen Bakterien und Archaeen auftreten. Sie dienen einem Mechanismus, der Resistenz gegen das Eindringen von fremdem Erbgut durch Viren oder Plasmide erzeugt und sind hierdurch ein Teil des Immunsystem-Äquivalents von vielen Prokaryoten. CRISPR ist Teil des CRISPR/Cas-Systems, das in der Gentechnik zur Erzeugung von gentechnisch veränderten Organismen genutzt wird.
FSHD: fazioskapulohumerale Muskeldystrophie
PhD: Doctor of Philosophy
UMMS: University of Massachusetts Medical School
DNA: Desoxyribonukleinsäure kurz DNS; englisch DNA für deoxyribonucleic acid
PD: Privatdozent
RNA: Ribonukleinsäure (ribonucleic acid)