CRISPR kann helfen, Duchenne-Muskeldystrophie zu behandeln

Durch eine jahrelange Studie an Mäusen haben Forscher der Duke University gezeigt, dass die Behandlung mit der CRISPR-Genom-Bearbeitungstechnologie eine genetisch bedingte Störung namens Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) sicher und stetig korrigieren kann. Die Studie wurde online in der Nature Medicine-Ausgabe vom 21. Februar veröffentlicht.

Charles Gersbach, außerordentlicher Professor für Biomedizinische Technik bei der Familie Rooney in Duke, veröffentlichte 2016 eine Methode für die erfolgreiche Verwendung von CRISPR zur Behandlung von Tiermodellen für Erbkrankheiten. Seine Strategie könnte in die Therapie des Menschen umgesetzt werden. Seitdem wurden viele andere Fälle erforscht, und mehrere weitere Genom-Editing-Therapien für menschliche Krankheiten befinden sich derzeit in klinischen Studien.

Gersbachs neueste Forschung konzentriert sich auf das Mausmodell von DMD, das durch die Unfähigkeit des Körpers verursacht wird, Dystrophin zu produzieren, eine lange Proteinkette, die das Innere der Muskelfaser an die umgebende Stützstruktur bindet. Anti-Dystrophin wird von einem Gen kodiert, das 79 Protein-kodierende Regionen enthält, und wird Exon genannt. Wenn ein oder mehrere Exons durch eine genetische Mutation unterbrochen oder gelöscht werden, wird der Strang nicht aufgebaut, wodurch die Muskeln langsam reißen und sich verschlechtern. Die meisten Patienten befinden sich im Alter von 10 Jahren im Rollstuhl und können nicht bis zu ihrem 20. oder 30. Lebensjahr leben.

Seit 2009 arbeitet Gersbach an möglichen Gentherapien für DMD. Sein Labor war eines der ersten, das sich auf CRISPR / Cas9 konzentrierte, eine modifizierte Version eines bakteriellen Abwehrsystems, mit dem eindringende DNA lokalisiert und geschnitten werden kann. Seine Methode ist die Verwendung von CRISPR / Cas9, um das Dystrophin-Exon um die Genmutation zu schneiden, wodurch das natürliche DNA-Reparatursystem des Körpers die verbleibenden Gene wieder zusammennähen kann, um ein verkürztes, aber funktionelles Dystrophin-Gen zu erzeugen.

"Die Menschen glauben im Allgemeinen, dass die genetische Bearbeitung zu dauerhaften genetischen Veränderungen führen kann", sagte Gersbach. „Es ist jedoch wichtig, die theoretischen Möglichkeiten zu untersuchen, die die Auswirkungen der Genbearbeitung beeinträchtigen können.“ Ziel dieser neuen Studie ist es daher, Faktoren zu untersuchen, die die langfristigen Auswirkungen der CRISPR / Cas9-basierten Genbearbeitung beeinflussen können.

Christopher Nelson, ein Postdoktorand bei Gersbach Laboratories, der die Arbeit leitete, verabreichte eine einmalige CRISPR-Therapie für erwachsene und neugeborene Mäuse, die das defekte Dystrophin-Gen trugen. Im darauffolgenden Jahr haben die Forscher gemessen, wie viele Muskelzellen erfolgreich bearbeitet wurden und welche Arten von genetischen Veränderungen vorgenommen wurden, sowie etwaige Immunreaktionen auf das bakterielle CRISPR-Protein Cas9.

Andere Studien haben berichtet, dass das Immunsystem von Mäusen auf Cas9 ansprechen kann, was die Vorteile der CRISPR-Therapie beeinträchtigen kann. Einige Forschungsgruppen haben auch berichtet, dass einige Personen bereits eine Immunität gegen Cas9-Protein haben, wahrscheinlich aufgrund einer früheren Exposition gegenüber bakteriellen Wirten. "Die gute Nachricht ist, dass, obwohl wir beobachteten, dass Antikörper und T-Zellen auf Cas9 reagierten, keiner von ihnen bei diesen Mäusen irgendeine Toxizität zu erzeugen schien", sagten die Autoren. "Diese Reaktion hat die Therapie nicht daran gehindert, Dystrophin-Gene erfolgreich zu bearbeiten und die Fähigkeit zur langfristigen Erzeugung von Proteinexpression zu schaffen."

Die Autoren erkennen jedoch an, dass die Funktion des Immunsystems der Maus in der Regel völlig anders ist als die des Menschen. Das DMD-Screening bei Neugeborenen ist derzeit nicht allgemein verfügbar. Die meisten Duchenne-Diagnosen treten bei Kindern zwischen drei und fünf Jahren auf. Um dieser Herausforderung zu begegnen, sagte Gersbach, dass die Hemmung der Aktivität des Immunsystems während der Behandlung ein gangbarer Weg sein könnte. Darüber hinaus erforschen die Forscher mögliche Strategien, die die Expression oder Abgabe von Cas9 in Muskelzellen in kurzer Zeit einschränken, was die Abläufe im Immunsystem reduzieren kann.

Der Autor hat zuvor das Off-Target-Bearbeitungspotential von CRISPR / Cas9 untersucht, andere Stellen im Genom versehentlich modifiziert und eine minimale Aktivität an möglichen Off-Target-Standorten gemeldet. Andere neuere Studien haben jedoch berichtet, dass CRISPR manchmal die Gen-Bearbeitung an der richtigen Stelle durchführen kann, jedoch nicht in der erwarteten Weise. Einige Studien haben beispielsweise gezeigt, dass CRISPR genetische Fragmente schneiden kann, die viel größer als erwartet sind, oder dass DNA-Fragmente in die Spaltstelle eingefügt werden können. Diese Art von Bearbeitungen wurde bisher in der Genom-Bearbeitungsstudie nicht berichtet, da die verwendete Methode nur die erwarteten Bearbeitungen erkannte.

Um alle Editoren, die im Dystrophin-Gen vorkamen, umfassend abzubilden, führten die Autoren DNA-Sequenzierungen durch. Überraschenderweise fanden neben der erwarteten Entfernung von Target-Exons viele Arten der Bearbeitung statt.

Abhängig von der Art des Gewebes und der für CRISPR verwendeten Dosis führen bis zu die Hälfte der Zielbearbeitungen zu diesen alternativen Sequenzänderungen. Obwohl dieses Ergebnis überraschend ist, scheinen unerwartete Sequenzänderungen die Sicherheit oder Wirksamkeit des CRISPR / Cas9-Geneditierungsverfahrens für DMD nicht zu beeinträchtigen.

„Da das Dystrophin-Gen bereits fehlerhaft ist, sind diese redaktionellen Situationen in diesen Fällen nicht unbedingt besorgniserregend. Bei unerwarteten Ergebnissen kann es jedoch vorkommen, dass Sie die Effizienz der von Ihnen angestrebten Bearbeitung von Genen nicht erreichen können. Dies unterstützt die Wichtigkeit von Design, um alternative Editiermethoden für die zukünftige Forschung objektiv zu identifizieren und zu mildern. “

Frühere Studien haben gezeigt, dass einige Arten der Bearbeitung auftreten können. Dies ist jedoch eine der ersten umfassenden Messungen dieser Ereignisse in Tiermodellen mit behandlungsbezogenen Methoden. Mit Blick auf die Zukunft muss dieses Phänomen sorgfältig überwacht und besser verstanden werden.

Autoren-Bio:

Dieser Artikel wurde von Wissenschaftlern von Creative Peptides zusammengestellt. In den letzten zehn Jahren haben sich Wissenschaftler von Creative Peptides verstärkt mit Immuntherapie, Zelltherapie oder Gentherapie beschäftigt, um Krebs und andere schwere Krankheiten zu bekämpfen. Zu diesem Zweck wurden auch viele andere Techniken verwendet, einschließlich Peptid-Design, Biokonjugation, Peptidsnucleinsäuresynthese, Oberflächenplasmonresonanzbildgebung, Aminosäuremodifikation, Neoantigenpeptidimpfstoffsynthese, Posttranslational-Modifikation, Epitopkartierung, cyclische Peptidsynthese und mehr .