Neue Genschreibtechnologie ermöglicht gezielte Genintegration in menschliche Zellen mittels RNA

In einer aktuellen Studie veröffentlicht In ZelleEin Forscherteam um Li Wei und Zhou Qi vom Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat eine innovative Genschreibtechnologie auf Basis von Retrotransposonen entwickelt. Diese Leistung ermöglicht die gezielte Integration von Genen in menschliche Zellen über reine RNA.

Die effiziente und präzise Integration von DNA in Gengröße bleibt eine große Herausforderung in der Genomtechnik. Aktuelle Technologien verlassen sich hauptsächlich auf DNA-Vorlagen als Spender für die Genintegration. DNA-Spender stehen jedoch in praktischen biomedizinischen Anwendungen vor zahlreichen Herausforderungen, wie z. B. hohe Immunogenität, Schwierigkeiten bei der In-vivo-Verabreichung und das Risiko einer zufälligen Integration in das Genom.

Andererseits haben RNA-Spender eine geringere Immunogenität als exogene DNA-Spender, die effektiv mit nicht-viralen Vektoren übertragen werden können und in Zellen schnell abgebaut werden, ohne dass das Risiko einer zufälligen Integration besteht. Damit werden viele der mit DNA-Spendern verbundenen Probleme gelöst. Derzeit gibt es jedoch nur sehr wenige Technologien, mit denen RNA-Spender eine gezielte Integration von DNA in Gengröße in menschliche Zellen erreichen können.

R2-Retrotransposonen sind mobile Elemente, die RNA-Zwischenprodukte verwenden, um sich spezifisch in die 28S-rDNA-Genomstelle des Wirts zu integrieren. Im menschlichen Genom sind 219 Kopien dieser Stelle vorhanden, die sich abseits von proteinkodierenden Genen befinden – was sie zu einem „sicheren Hafen“ für die Genintegration macht. Trotz ihrer Entdeckung in den 1980er Jahren ist ihr potenzieller Nutzen für die Integration von Genfragmenten in menschliche Zellen noch nicht vollständig erforscht.

In dieser Studie identifizierten die Forscher durch systematische Analyse und Screening das aus dem Vogelgenom stammende R2Tg-System als in menschlichen Zellen aktiv, wenn auch mit geringer Effizienz. Mithilfe mehrerer technischer Ansätze erstellten die Forscher eine optimierte Version von R2Tg, en-R2Tg.

Das Genschreibwerkzeug en-R2Tg wird über Lipidnanopartikel (LNP), einen in der Klinik verwendeten nicht-viralen Vektor, übertragen und kann in menschlichen Leberzellen eine Genintegrationseffizienz von 25 % erreichen. In Mausembryonen ermöglicht es eine ortsspezifische Genintegrationseffizienz von über 60 %.

Darüber hinaus weist das en-R2Tg-System eine hohe Genintegrationsspezifität an der 28S-rDNA-Safe-Harbor-Stelle auf. Dies trägt dazu bei, das Risiko einer Mutagenese durch zufällige Genintegration durch Technologien wie Retroviren zu minimieren.

Zusammenfassend entwickelt diese Studie eine vollständig RNA-vermittelte, effiziente und präzise Genschreibtechnologie auf Basis natürlich vorkommender R2-Retrotransposonen.

„Diese Technologie öffnet eine Tür für die Entwicklung neuartiger Gentherapeutika. Bei einem krankheitsbedingten Gen kann es viele verschiedene Mutationen geben, die dieselbe Krankheit verursachen. Unsere Technologie bietet einen allgemeineren Ansatz, bei dem wir ein normales Gen direkt in das Genom integrieren können, um die Funktion wiederherzustellen, unabhängig von der Art der Mutation“, sagte Li Wei, korrespondierender Autor der Studie.

„Vielleicht können wir LNP sogar nutzen, um unser Gen-Schreibwerkzeug zu liefern und CAR-T-Zellen direkt in unserem Körper zu erzeugen, um Krebs zu behandeln. Das könnte den gesamten Prozess so einfach machen wie eine Impfung. Wir sind begeistert vom Potenzial für die weitere Entwicklung und Anwendung dieser neuen Technologie in der Zukunft“, sagte Li.