CRISPR Heilt Erbkrankheiten Bei Mäusen

Der Fortschritt könnte den Weg für eine Gentherapie vor der Geburt ebnen.

Fast 40 Jahre, nachdem Chirurgen erstmals Feten operiert hatten, um verheerende Anomalien zu heilen, haben Forscher den ersten Schritt zur Heilung genetischer Krankheiten vor der Geburt durch Genomeditierung unternommen: Wissenschaftler berichteten am Montag, dass sie die Genomeditierungstechnik CRISPR zur Veränderung der DNA von Labormäusen verwendeten die Gebärmutter, wodurch eine oft tödliche Lebererkrankung beseitigt wird, bevor die Tiere überhaupt geboren wurden.

Die Forschung eines Teams an der University of Pennsylvania und des Kinderkrankenhauses von Philadelphia (CHOP) ist ein sehr früher Proof of Concept. Während die CRISPRing von menschlichen Feten bestenfalls Jahre entfernt ist, stärkt der Erfolg bei Mäusen das, was Dr. William Peranteau, der die Studie mit leitete, seinen Traum von der Heilung genetisch bedingter Krankheiten vor der Geburt nennt.

"Es muss noch viel mehr Tierarbeit geleistet werden, bevor wir überhaupt darüber nachdenken können, diese [Bearbeitung des fetalen Genoms] klinisch anzuwenden", sagte Peranteau, ein Kinder- und Fetalchirurg bei CHOP. "Aber ich denke, dass die Bearbeitung des fetalen Genoms dort sein könnte, wo einst eine fetale Operation [die heute Routine ist] war, und dass wir sie eines Tages zur Behandlung von Krankheiten verwenden werden, die eine signifikante Morbidität und Mortalität verursachen."

Simon Waddington vom University College London, ein führender Forscher in der Entwicklung der fetalen Gentherapie, der nicht an der neuen Studie beteiligt war, bezeichnete den CRISPR-Ansatz als „elegante Verfeinerung der Brute-Force-Technologie“, die im Mittelpunkt der Tierstudien zur fetalen Genetik stand Therapie.

Der Erfolg bei Mausfeten erhöht die Möglichkeit, dass sich die Genombearbeitung als sicherer und effektiverer Ansatz herausstellen könnte, noch bevor die traditionelle Gentherapie zur Behandlung von Erbkrankheiten in der Gebärmutter bereit ist. Bei der traditionellen Gentherapie wird ein ganzes gesundes Gen, typischerweise durch ein Virus, in Zellen transportiert, die ein krankheitsverursachendes Gen enthalten. Mit CRISPR wird nur das mutierte Bit eines defekten Gens geändert. Es ist der Unterschied zwischen dem erneuten Eingeben eines ganzen Dokuments mit 5.000 Wörtern und dem Verwenden von Word zum Suchen und Ersetzen, um einen Tippfehler zu korrigieren.

"Wir glauben, dass dies eine sicherere und präzisere Möglichkeit darstellt, Änderungen im Genom vorzunehmen", sagte Dr. Kiran Musunuru von Penn und Co-Leiter der Studie. "Es ist der bessere Weg, wenn Sie CRISPR in die Klinik bringen möchten."

Die Gründe für die fetale Gentherapie sind einfach: Sie könnte eine Krankheit stoppen, bevor sie irreversible und sogar tödliche Schäden verursacht. Bei Menschen beginnt die angeborene Lebererkrankung, auf die die Wissenschaftler bei Mäusen abzielten, die hereditäre Tyrosinämie Typ 1, die Leber Monate vor der Geburt zu schädigen. Eine weitere Begründung: Da das Immunsystem eines Fötus unreif ist, ist es weniger wahrscheinlich als bei einem Neugeborenen, die fremden CRISPR-Moleküle anzugreifen.

Für ihre in Nature Medicine veröffentlichte Studie öffneten Musunuru und seine Kollegen vorsichtig die Gebärmutter einer schwangeren Maus, entfernten den Fötus aus dem Fruchtblasenbeutel und injizierten CRISPR in die Vitellinvene, die sich nahe der Oberfläche des Beutels befindet und mit der verbindet Leber. "Wir wollten sicherstellen, dass wir den Genom-Editor in die Leber bekommen und nicht überall", sagte Musunuru. Der Fötus wurde dann in der Gebärmutter ersetzt und normal geboren.

Anstatt die ursprüngliche Form von CRISPR zu verwenden, die DNA schneidet, wo ein Gen mutiert ist, und eine Ersatzkette von A, T, C und G einfügt, verwendeten die Wissenschaftler die Form von CRISPR, die als Baseneditierung bezeichnet wird. Die vor zwei Jahren erfundene Basenbearbeitung ändert einen falschen DNA-Buchstaben oder eine falsche Basis in den richtigen, z. B. ein C in ein T oder ein G in ein A. Der Vorteil besteht darin, dass dafür keine DNA geschnitten werden muss dies, wie es CRISPR 1.0 tut; Diese Schnitte können genetische Verwüstungen anrichten, mit unbekannten Konsequenzen für CRISPR-Zellen.

Für einen Trockenlauf haben die Wissenschaftler zunächst einen CRISPR-Basiseditor erstellt, der ein Gen namens PCSK9, das ein Protein, das die Regulierung der Cholesterinmenge im Blutkreislauf unterstützt, in eine supercholesterinsenkende Form umwandelt. Bei der Injektion in Mausfeten veränderte der Basiseditor die Leberzellen wie beabsichtigt und ließ andere Organe in Ruhe. Entscheidend ist, dass die Mausmutter keine Auswirkungen der CRISPR-Behandlung zeigte. Nach der Geburt hatten die Babymäuse einen extrem niedrigen Cholesterinspiegel, was zeigt, dass der CRISPR-Basiseditor funktioniert hatte. Nur etwa 15 Prozent der Leberzellen der Babymäuse waren bearbeitet worden, aber diese Fraktion blieb im Erwachsenenalter der Tiere stabil.

Die Menge an genetischem Chaos durch die Basisbearbeitung war gering: etwa 2 Prozent, verglichen mit 40 Prozent bei vielen Anwendungen von traditionellem CRISPR. Und keiner der wahrscheinlichen Stellen für „Off-Target“-Effekte - DNA-Stellen, die dem Ziel ähneln und daher möglicherweise versehentlich bearbeitet werden - zeigte Anzeichen einer Veränderung.

Die Wissenschaftler aus Philadelphia versuchten dann ihre Technik bei erblicher Tyrosinämie Typ 1. HT1, das 1 von 100.000 Neugeborenen weltweit trifft, wird durch eine von mehreren Mutationen in einem Gen namens FAH verursacht. Alle Mutationen verursachen den Aufbau toxischer Abbauprodukte der Aminosäure Tyrosin, einem Bestandteil des Proteins, und zerstören letztendlich die Leber. Die Behandlung mit dem Medikament Nitisinon und einer strengen tyrosinfreien Ernährung ist nicht immer wirksam, so dass Kinder manchmal tödliches Leberversagen oder Leberkrebs entwickeln.

Die Wissenschaftler verwendeten ihren Basiseditor für ein Gen, das mit dem krankheitsverursachenden verwandt ist. Wenn dieses als HPD bezeichnete Gen deaktiviert ist, gelangen keine toxischen Metaboliten von Tyrosin jemals dorthin, wo FAH nicht in der Lage ist, mit ihnen umzugehen.

Das Ändern eines C in ein T im HPD-Gen deaktivierte es. In den Lebern der fetalen Mäuse haben sich keine toxischen Moleküle gebildet. Keine anderen Organe zeigten Anzeichen einer Bearbeitung, es wurden keine Effekte außerhalb des Ziels festgestellt, und nur 15 Prozent ihrer Leberzellen waren ausreichend, um die Mäuse zu heilen und sie bis ins Erwachsenenalter geheilt zu halten. "Wir haben es nicht erwartet, aber die genomeditierten Mäuse haben es viel besser gemacht" als Mäuse, die mit Nitisinon behandelt wurden, sagte Musunuru. "Sie haben länger überlebt und mehr an Gewicht zugenommen."

Die Wissenschaftler hoffen, die Bearbeitung der fetalen Basis für andere schwere angeborene Krankheiten untersuchen zu können. Es bleibt abzuwarten, ob diese Technik oder die konventionelle Gentherapie, die ein vollständiges Ersatzgen liefert, besser funktioniert.

"Ich würde denken, dass CRISPR kein Ersatz für letzteres ist", sagte Waddington, "aber es wird ein zusätzliches Instrument sein", um genetisch bedingte Krankheiten im Mutterleib zu heilen.

Neuauflage mit Genehmigung von STAT. Dieser Artikel erschien ursprünglich am 8. Oktober 2018.