CRISPR/Cas13: Forscher schreiben RNA in menschlichen Zellen um

Bild: Broad Communications, Susanna M. Hamilton

In der Biochemie findet eine Revolution statt. Mit einer Methode namens CRISPR/Cas können Wissenschaftler Erbinformationen routinemäßig und nahezu beliebig ändern. Nun ist es Forschern des Broad Institute in den USA gelungen, einzelne Buchstaben im Code von RNA zu ändern.

Umschreiben statt ersetzen

Das Team um Dr. Feng Zhang taufte die neuen Methode „REPAIR“. Die Abkürzung steht für „RNA Editing for Programmable A to I Replacement“. Das bedeutet in etwa „RNA-Bearbeitung zum programmierbaren Ersetzen von A durch I“. Wie die Wissenschaftler im Fachblatt Science berichten, ist es genau das, was ihr neues biochemisches Werkzeug macht, denn es ersetzt in RNA-Molekülen gezielt einzelne Vorkommen von Adenosin (A) durch Inosin (I).

Eine kleine Veränderung verwandelt den RNA-Baustein Adenosin (A) in Inosin (I). Die Zelle „liest“ den ungewöhnlichen Buchstaben des Erbcodes als Guanosin (G).

Die Biochemiker verwendeten dafür ein Enzym aus der Klasse CRISPR/Cas13. Ähnlich wie bekanntere Version CRISPR/Cas9 kann Nummer 13 einen bestimmten Abschnitt der Erbinformationen gezielt aufspüren und sich daran binden. Allerdings kann CRISPR/Cas13 nur an RNA binden und den Molekülstrang nicht durchschneiden. Genau das nutzten die Biochemiker aus, denn wenn das Erbmaterial durchtrennt wird, können sich leicht Fehler einschleichen.

Stattdessen befestigten die Forscher ein Enzym namens ADAR an die Cas13-„Zielvorrichtung“. ADARs besondere Fähigkeit ist, die Aminogruppe im Adenosin durch ein Sauerstoffatom zu ersetzen. Dadurch wird das Adenosin zu Inosin, das vom Organismus als Guanosin (G) interpretiert wird. Nachdem das gelungen war, optimierten die Wissenschaftler ihr System, so dass es noch besser zum Ziel findet: Während REPAIR v1 noch 18.385 falsche Stellen in der RNA anvisierte, waren es bei REPAIR v2 nur noch zwanzig.

Wann kommt der Einsatz in Lebewesen?

Dass ihre Methode nur auf RNA zielt und nicht auf DNA, sehen die Forscher als Vorteil. Denn sie verändert damit nicht das eigentliche Erbgut, das in der DNA gespeichert ist. Weil RNA sich schnell natürlich abbaut, ist die genetische Veränderung nicht permanent.

Eine mögliche Anwendung dafür zeigten die Forscher auch: Sie erzeugten die Mutationen zweier Erbkrankheiten, Fanconi-Anämie und nephrogene Diabetes insipidus. Diese führten sie in menschliche Zellen ein und korrigierten die fehlerhafte RNA, die aus den Mutationen entstand. Zurzeit plant die Gruppe, die Effizenz ihrer Methode noch weiter zu erhöhen. Danach wollen die Forscher ihre Methode gezielt im Gewebe von Tieren anwenden.

 

To demonstrate REPAIR’s therapeutic potential, the team synthesized the pathogenic mutations that cause Fanconi anemia and X-linked nephrogenic diabetes insipidus, introduced them into human cells, and successfully corrected these mutations at the RNA level. To push the therapeutic prospects further, the team plans to improve REPAIRv2’s efficiency and to package it into a delivery system appropriate for introducing REPAIRv2 into specific tissues in animal models.Merken

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