Forschungsteam verbessert Gen-Editierung mit chemischem Verfahren

Die als CRISPR bekannte Gen-Editing-Technik hat die biologische und medizinische Forschung in den letzten zehn Jahren beschleunigt, indem sie es Wissenschaftlern ermöglichte, die DNA menschlicher Zellen fast so einfach wie mit einer Schere zu reparieren.

Die Genbearbeitung – und insbesondere CRISPR, weil es einfach anzuwenden ist – hat Forschern Hoffnung gegeben, genetische Krankheiten, einschließlich Krebs, zu heilen.

Nun hat ein Forscherteam der Case Western Reserve University eine Methode entwickelt, die CRISPR-Methoden noch präziser – und vielversprechender – machen könnte.

Ihre neue Technik, detailliert in einer Studie, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturkommunikationkombiniert CRISPR mit einem chemischen Verfahren, das eine präzisere Ortung und zeitliche Steuerung der Genbearbeitung ermöglicht.

Diese Präzision macht die Technologie effektiver und reduziert potenzielle Nebenwirkungen, sagte Fu-Sen Liang, außerordentlicher Professor für Chemie, der das Forschungsteam leitete.

Während die Ergebnisse noch vorläufig sind, glauben die Forscher, zu denen mehrere Postdoktoranden und Studenten der Case Western Reserve gehören, dass die Arbeit zu einer wirksameren Behandlung einiger Krankheiten, einschließlich Krebs, führen könnte.

„Wir erforschen einen anderen Weg, um das Ergebnis des Gens zu verändern, indem wir mit einer Chemikalie auf die RNA abzielen“, sagte Liang. „Diese neue Technologie gibt uns die Möglichkeit, nicht nur den Ort, sondern auch den Zeitpunkt der Veränderung zu bestimmen – und die Fähigkeit, sie zu stoppen. Das war noch nie zuvor möglich, und wir glauben, dass es sehr wichtig sein könnte.“

Die Technik

CRISPR ist ein Akronym für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Die 2012 vorgestellte transformative Technologie verwendet ein spezifisches Enzym – gesteuert von RNA oder Ribonukleinsäure – um gebrochene oder beschädigte DNA-Stränge mit neuem Material anzuvisieren, zu schneiden und zu reparieren. DNA oder Desoxyribonukleinsäure trägt alle genetischen Informationen in Menschen und anderen Organismen.

Die Wissenschaftler von Case Western Reserve konzentrierten sich auf die Manipulation von RNA, einem Polymer mit einer Reihe von Funktionen, einschließlich der Übersetzung genetischer Informationen und der Regulierung der Genaktivität. RNA-Moleküle können verschiedene chemische Modifikationen mit identischen genetischen Sequenzen, aber unterschiedlichen Eigenschaften und Funktionen aufweisen.

Durch die Kombination von CRISPR mit ihrem chemischen Prozess erlangten die Wissenschaftler die Kontrolle über den genauen Ort und Zeitpunkt der Änderungen an der RNA.

Dieser Fortschritt scheint entscheidend für das Verständnis und die Kontrolle der Rolle dieser verschiedenen RNA-Versionen bei grundlegenden biologischen Prozessen und Krankheiten zu sein, sagte Liang.

Genauer gesagt verwendeten Liang und sein Team Abscisinsäure (ABA), ein weit verbreitetes Pflanzenhormon, und einen Prozess namens „chemisch induzierte Nähe“. Dadurch konnten sie ein strukturelles Merkmal namens m6A auf einem bestimmten Bereich in der RNA entweder „schreiben“ oder „löschen“. Dadurch konnten sie effektiv zwischen zwei RNA-Versionen wechseln.

Wissenschaftler glauben, dass die m6A-Modifikation grundlegende RNA-Prozesse und -Eigenschaften reguliert, aber auch direkt mit verschiedenen menschlichen Krankheiten verbunden ist, sagte er.

Das Forschungsteam hat auch eine Möglichkeit geschaffen, ABA mit ultraviolettem Licht „einzuschalten“, wodurch der Bearbeitungsprozess noch präziser wird, sagte Liang.

„Was die Forschung noch aufregender macht, ist, dass wir glauben, dass sie auf andere RNA-Modifikationen angewendet werden kann, nicht nur auf m6A“, sagte Liang, „und die Funktionen der überwiegenden Mehrheit dieser Modifikationen sind völlig unbekannt.“