Forscher der Harvard University haben einen Genbearbeitungsprozess zur Untersuchung und Behandlung genetischer Störungen verbessert. Die Prime-Editing-Methode ist in menschlichen Zellen wirksam und zielt auf einzelne Nukleotidvarianten mit der Fähigkeit ab, pathogene Mutationen präzise zu korrigieren oder schützendere Varianten zu installieren. Während der Erfolg im Labor vielversprechend war, erwies sich die Umsetzung dieser Effekte in lebende Systeme, in denen das therapeutische Potenzial freigesetzt werden könnte, als schwierig.
In einem neuen Artikel mit dem Titel „Effiziente Prime-Bearbeitung in Gehirn, Leber und Herz von Mäusen mit dualen AAVs“, veröffentlicht in NaturbiotechnologieIm Detail beschreiben die Forscher die Identifizierung von Engpässen, die die Wirksamkeit der durch Adeno-assoziierte Viren (AAV) vermittelten Prime-Editierung in vivo einschränken, sowie die Entwicklung von Vektoren mit erhöhter Prime-Editing-Expression, RNA-Stabilität und Modulation der DNA-Reparatur.
Prime Editing ist eine geniale Editierstrategie, die in ihrer Grundkonfiguration das Cas9 von CRISPR nutzt und ein RNA-Gerüst und ein Reverse-Transkriptase-Enzym anbringt, um ein genaues, präzises Editiersystem zu schaffen.
Einer der Vorteile des Prime-Editing besteht darin, dass das System Doppelstrangbrüche verursacht, anstatt eine Seite einzuschneiden, um die DNA zu öffnen. Der Ansatz minimiert unerwünschte Einfügungen und Löschungen (Indels), die bei anderen Bearbeitungssystemen auftreten können.
Die Methode funktioniert gut genug in einer Laborumgebung, in der Sie den Editor in der Nähe seines Ziels platzieren können, aber ein lebender Körper hat die zusätzliche Schwierigkeit, sich in einer komplexen Umgebung zurechtzufinden. In der aktuellen Optimierungsrunde wollten die Forscher das Bearbeitungssystem an die richtige Stelle in einem lebenden Körper bringen.
Die derzeit bevorzugte Methode zur gezielten Genabgabe sind Adeno-assoziierte Virus-Vektoren (AAV), die eine kleine Nutzlast zu einem bestimmten Ort auf dem Chromosom transportieren können. Diese Nutzlastkapazität ist leider zu gering, um den Hauptbearbeitungsmechanismus aufzunehmen.
Zusammenbau erforderlich
Die Lösung zur Überwindung des Vektorkapazitätsproblems bestand darin, den Haupteditor in kleinere Teile zu zerlegen, die in die AAV-Frachtgrenze passten und sich in der Nähe zueinander selbst zusammensetzten. Nachdem die Vektorsituation einigermaßen gelöst war, ging das Team zur nächsten Hindernisserie über.
In einer Reihe von Versuchen machten sich die Teams ein regulatorisches Element des Waldmurmeltier-Hepatitis-Virus zunutze, verstärkten das RNA-Gerüst, tauschten Promotoren aus, hatten keinen Platz mehr, fügten einen dritten AAV-Vektor hinzu, optimierten das Reverse-Transkriptase-Enzym, modifizierten Cas9 mit einer Mutation und erstellten Ich war sicher, dass alles funktionierte, und entfernte dann alle möglichen Elemente, um es wieder auf ein Zwei-AAV-Vektorsystem zu verkleinern.
Der resultierende Prototyp für optimiertes Prime-Editing, v3em PE-AAVs, wurde an Mäusen getestet. Es wurden therapeutisch relevante Prime-Editing-Werte im Gehirn der Maus (bis zu 42 % Effizienz), in der Leber (bis zu 46 %) und im Herzen (bis zu 11 %) erreicht. In vivo führte die primäre Bearbeitung dazu, dass keine Bearbeitung außerhalb des Ziels erkannt wurde. Als Machbarkeitsnachweis wurde die Genveränderung im Gehirn spezifisch für die Resistenz gegen die Alzheimer-Krankheit durchgeführt und ein Gen, das mit der cholesterininduzierten koronaren Herzkrankheit in Zusammenhang steht, wurde in der Leber gezielt.
Irgendwie eine große Sache
Diese Ebenen der Korrektur von Mutationen und des Umschreibens von Varianten rufen in wissenschaftlichen Kreisen eine Vielzahl oft unverdienter Phraseologien hervor, da es sich tatsächlich um einen bahnbrechenden, monumentalen, Meilenstein, Durchbruch, bahnbrechenden, beispiellosen, wichtigen Meilenstein und, ja, sogar um einen Paradigmenwechsel handelt Moment.
Die in den letzten Jahrzehnten entdeckten genetischen Mechanismen und das gesamte Wissen über kausale Zusammenhänge zwischen Zellmaschinerie und Krankheitspathologien deuten darauf hin, dass wir eines Tages in der Lage sein werden, die fehlerhaften Bestandteile unseres Genoms zu reparieren oder zu ersetzen.
Die neueste Version des optimierten Prime-Editing ist noch nicht ganz bereit, das menschliche Genom auf Fehler zu überprüfen, aber es kommt einer Zukunft auf dem Planeten am nächsten, in der wir die genetischen Karten ändern können, die uns bei der Geburt zugeteilt wurden. Eine Zukunft, in der Krebsrisikofaktoren eliminiert werden können, neurologische Störungen routinemäßig verhindert oder rückgängig gemacht werden können – eine Zukunft, in der eine lange Liste bekannter Krankheiten einfach vergessen wird. Dies ist eine Zukunft, die sich derzeit in der Testphase befindet.
Mehr Informationen:
Jessie R. Davis et al., Effizientes Prime-Editing in Gehirn, Leber und Herz von Mäusen mit dualen AAVs, Naturbiotechnologie (2023). DOI: 10.1038/s41587-023-01758-z
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