Klara, ein durchsichtiger Fisch für die Alternsforschung

Die Körperpigmentierung eines Organismus wird durch farbgebende Substanzen und Strukturen verursacht, die sich beispielsweise in den Zellen von Haut, Haaren, Federn oder Schuppen befinden. Diese Pigmentierung schränkt die Untersuchung wichtiger Prozesse innerhalb eines lebenden Organismus (in vivo) erheblich ein. Um einen detaillierten Einblick in den lebenden Körper zu ermöglichen, haben Wissenschaftler transparente Modellorganismen verwendet.

Erfolgreich generierte transparente Fischmodelle, wie im Zebrafisch oder Medaka (japanischer Reisfisch), werden bereits in der Krebsforschung eingesetzt. Lebensdauern von bis zu fünf Jahren beim Zebrafisch oder zwei Jahren beim Medaka haben den Einsatz dieser Arten in der Alterungsforschung stark eingeschränkt, da solche Untersuchungen zu langwierig und kostspielig werden.

Forschern des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena ist es nun gelungen, mithilfe der CRISPR/Cas9-Technologie einen transparenten Killifisch (Nothobranchius furzeri) namens klara zu erzeugen. Mit einer Lebensdauer von nur maximal einem Jahr ermöglicht klara In-vivo-Studien zu altersbedingten Prozessen. Dadurch können neue Erkenntnisse zur Rolle und Funktion von Zellen in Zukunft viel umfassender und detaillierter untersucht werden. Die aktuelle Studie ist jetzt in erschienen eLife.

Türkisfarbener Killifisch – ein Tiermodell in der Alternsforschung

„In den vergangenen Jahren ist es uns gelungen, den türkisfarbenen Killifisch, der ursprünglich aus Ostafrika stammt und wegen seiner schönen, auffälligen Färbung im Deutschen als türkisfarbener Prachtkarpfen bekannt ist, erfolgreich als neuen Modellorganismus in der Alternsforschung an unserem Institut zu etablieren ,“ berichtet Prof. Christoph Englert, Forschungsgruppenleiter am Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena und Professor für Molekulare Genetik an der FSU Jena.

„Mit einer maximalen Lebensdauer von bis zu einem Jahr ist dieser Fisch das bisher kurzlebigste Wirbeltier, das im Labor gehalten werden kann. Außerdem ist er dem Menschen genetisch ähnlich, altert extrem schnell und zeigt typische Alterserscheinungen, was ihn ausmacht für die Alternsforschung sehr interessant“, ergänzt Prof. Englert.

Mit der vollständigen Sequenzierung des N. furzeri-Genoms am FLI ist eine wichtige Grundlage für künftige Analysen geschaffen: die Möglichkeit, Gene gezielt an- und auszuschalten und dadurch etwas über den Einfluss einzelner Gene auf das Altern bzw. verwandte Krankheiten.

Inaktivierung der Pigmentierung mit CRISPR/Cas9

„Im türkisfarbenen Killifisch gibt es drei Pigmentzelltypen, die für die sehr schöne Färbung des Fisches verantwortlich sind“, erklärt Dr. Johannes Krug, Postdoc in der Forschungsgruppe Englert.

„Die Verfügbarkeit der Killifisch-Genomsequenz gab uns die Möglichkeit zu untersuchen, ob sequenzspezifische Genom-Editierungsmethoden wie CRISPR/Cas9 verwendet werden könnten, um Gene zu inaktivieren, die für die Körperpigmentierung verantwortlich sind, um einen transparenten Fisch für die Alterungsforschung zu erhalten. Diese Studien bildeten den Schwerpunkt meiner Doktorarbeit am FLI.“

‚Klara‘ – der durchsichtige Killifisch

CRISPR/Cas9 ist eine molekularbiologische Methode, mit der Gene sequenzspezifisch wie mit einer Schere durchtrennt oder deaktiviert werden können. Mit dieser Methode gelang es den Jenaer Forschern, die für die Pigmentierung des Fisches verantwortlichen Gene zu deaktivieren und so erstmals einen transparenten Killifisch zu erzeugen. Die transparente Fischleine, die die Forscher klara getauft haben, ermöglicht Forschern nun einen klaren Blick auf die inneren Organe und ihre Entwicklung im Inneren eines lebenden Tieres.

Die transparente Fischlinie umfasst am FLI derzeit etwa 200 Tiere, sowohl männliche als auch weibliche, die nun in zahlreichen Altersforschungsprojekten eingesetzt werden können.

Welche Rolle spielen seneszente Zellen im Alterungsprozess?

„Unser transparenter Fisch hat ein großes Potenzial für die Alterungsforschung und eröffnet ein breites Spektrum an völlig neuen Anwendungen. In meiner Gruppe wird die neue transparente Fischlinie bereits für In-vivo-Untersuchungen an seneszenten Zellen eingesetzt“, berichtet Prof. Englert. Seneszente Zellen sind Zellen, die sich nicht mehr teilen und die umliegenden Zellen und Gewebe beeinträchtigen, indem sie ständig entzündungsfördernde Faktoren freisetzen. Bisher ist wenig über die Rolle und Funktion dieser Zellen bekannt.

Es ist bekannt, dass beim Menschen, aber auch bei Mäusen oder Killifischen, die Zahl der seneszenten Zellen mit zunehmendem Alter zunimmt, was während des Alterungsprozesses eine Art dauerhafte Entzündung im Körper verursacht. Die gezielte Entfernung alternder Zellen könnte daher zu einer besseren Gesundheit beitragen oder sogar den Alterungsprozess verlangsamen. Die Erforschung und Entwicklung sogenannter Senolytika, die seneszente Zellen effektiv aus dem Körper entfernen können, ist daher nicht nur für die Pharma- und Anti-Aging-Industrie, sondern auch für die Alternsforschung von großem Interesse.

„Mit der klara-Linie können wir nun die Rolle seneszenter Zellen im lebenden Organismus auf molekularer Ebene untersuchen. Indem wir sie mit Fluorophoren markieren und dann unter einem Fluoreszenzmikroskop untersuchen, erfahren wir, wo und ob sie im Körper vorkommen.“ möglicherweise an bestimmten Stellen angehäuft sind und welche Auswirkungen ihre Entfernung auf die umliegenden Zellen und Gewebe hat“, hebt Dr. Krug die Vorteile von klara hervor. Dies wird zu neuen Erkenntnissen über die Rolle und Funktion dieser speziellen Zellpopulation während des Alterns führen.