Der Aufstieg von RNA-Viren wie SARS-CoV-2 verdeutlicht die Notwendigkeit neuer Wege zu ihrer Bekämpfung. RNA-Targeting-Tools wie CRISPR/Cas13 sind leistungsstark, aber im Zytoplasma von Zellen, wo sich viele RNA-Viren replizieren, ineffizient.
Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums München und der Technischen Universität München (TUM) haben eine Lösung entwickelt: Cas13d-NCS. Dieses neue molekulare Werkzeug ermöglicht es CRISPR-RNA-Molekülen, die sich im Zellkern befinden, in das Zytoplasma zu gelangen, wodurch es hochwirksam bei der Neutralisierung von RNA-Viren ist.
Dieser Fortschritt öffnet Türen für Präzisionsmedizin und proaktive Virusabwehrstrategien. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Zellentdeckung.
Während sich die Welt auf zukünftige und anhaltende globale Gesundheitsbedrohungen durch RNA-Viren wie die SARS-CoV-2-Pandemie vorbereitet, werden bahnbrechende Fortschritte in der antiviralen Entwicklung zu einer entscheidenden Waffe im Kampf gegen diese Infektionskrankheiten.
Im Mittelpunkt dieser Innovation steht die Erforschung von CRISPR/Cas13-Systemen, die für ihre programmierbaren Fähigkeiten zur Manipulation von RNAs bekannt sind und zu unverzichtbaren Werkzeugen für verschiedene RNA-Targeting-Anwendungen geworden sind. Ein wesentliches Hindernis behindert jedoch die Wirksamkeit von Cas13d: seine Beschränkung auf den Zellkern von Säugetierzellen. Dies schränkte seinen Nutzen in zytosolischen Anwendungen, wie etwa programmierbaren antiviralen Therapien, drastisch ein.
Eine wirksame antivirale Lösung
Ein Forschungsteam um Prof. Wolfgang Wurst, Dr. Christoph Gruber und Dr. Florian Giesert (Institut für Entwicklungsgenetik am Helmholtz-Zentrum München und Lehrstuhl für Entwicklungsgenetik der TUM), das mit den Teams von Dr. Gregor Ebert (Institut für Virologie) zusammenarbeitete am Helmholtz-Zentrum München und an der TUM) und von Prof. Andreas Pichlmair (Institut für Virologie der TUM) haben diese Herausforderung, die mit der zytosolischen Inaktivität von Cas13d einhergeht, erfolgreich gemeistert.
Durch sorgfältiges Screening und Optimierung entwickelten die Forscher eine transformative Lösung: Cas13d-NCS, ein neuartiges System, das nukleare crRNAs in das Zytosol übertragen kann. crRNAs oder CRISPR-RNAs sind kurze RNA-Moleküle, die den CRISPR-Cas-Komplex für präzise Modifikationen zu bestimmten Zielsequenzen leiten. Im Zytosol zielt der Protein/crRNA-Komplex auf komplementäre RNAs und baut sie mit beispielloser Präzision ab.
Mit bemerkenswerter Effizienz übertrifft Cas13d-NCS seine Vorgänger beim Abbau von mRNA-Zielen und der Neutralisierung selbstreplizierender RNA, einschließlich der Replikation von Sequenzen des RNA-Virus der venezolanischen Pferdeenzephalitis (VEE) und mehrerer Varianten von SARS-CoV-2, wodurch das volle Potenzial von Cas13d freigesetzt wird ein programmierbares antivirales Tool.
Neudefinition der Landschaft der RNA-Virus-Therapeutika
Diese wichtige Errungenschaft stellt einen bedeutenden Schritt zur Bekämpfung von Pandemien und zur Stärkung der Abwehrkräfte gegen künftige Ausbrüche dar. Die Wirkung der Studie geht über traditionelle antivirale Strategien und CRISPR-Systeme hinaus und läutet eine neue Ära der Präzisionsmedizin ein, indem sie die strategische Manipulation der subzellulären Lokalisierung von CRISPR-basierten Interventionen ermöglicht.
„Dieser Durchbruch in der antiviralen Entwicklung mit Cas13d-NCS markiert einen entscheidenden Moment in unserem laufenden Kampf gegen RNA-Viren“, sagt Prof. Wolfgang Wurst, Koordinator der Studie. „Dieser Erfolg zeigt die Kraft der kollaborativen Innovation und des menschlichen Einfallsreichtums in unserem Streben nach einer gesünderen und widerstandsfähigeren Welt.“
Mehr Informationen:
Christoph Gruber et al.: Das konstruierte nukleozytoplasmatische Shuttle Cas13d ermöglicht ein hocheffizientes zytosolisches RNA-Targeting. Zellentdeckung (2024). DOI: 10.1038/s41421-024-00672-1