Die Genreparatur über CRISPR kann unbeabsichtigt andere Defekte hervorrufen, zeigen Forscher

Die molekulare Schere CRISPR hat das Potenzial, die Behandlung genetischer Krankheiten zu revolutionieren. Tatsächlich können sie dazu genutzt werden, gezielt defekte Abschnitte im Genom zu korrigieren. Leider gibt es einen Haken: Unter bestimmten Bedingungen kann die Reparatur zu neuen genetischen Defekten führen, wie im Fall einer chronischen granulomatösen Erkrankung.

Dies wurde in gemeldet Kommunikationsbiologie von einem Team aus Grundlagenforschern und Ärzten des klinischen Forschungsprogramms ImmuGene der Universität Zürich (UZH).

Chronische Granulomatose ist eine seltene Erbkrankheit, von der etwa einer von 120.000 Menschen betroffen ist. Die Krankheit beeinträchtigt das Immunsystem und macht Patienten anfällig für schwere und sogar lebensbedrohliche Infektionen.

Es wird durch das Fehlen zweier Buchstaben, sogenannter Basen, in der DNA-Sequenz des NCF1-Gens verursacht. Dieser Fehler führt dazu, dass kein Enzymkomplex produziert werden kann, der eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr gegen Bakterien und Schimmel spielt.

Das CRISPR-Tool funktioniert…

Dem Forscherteam ist es nun gelungen, mithilfe des CRISPR-Systems die fehlenden Buchstaben an der richtigen Stelle einzufügen. Sie führten die Experimente an Zellkulturen von Immunzellen mit demselben genetischen Defekt durch wie Menschen mit chronischer granulomatöser Erkrankung.

„Dies ist ein vielversprechendes Ergebnis für den Einsatz der CRISPR-Technologie zur Korrektur der Mutation, die diese Krankheit verursacht“, sagt Teamleiterin Janine Reichenbach, Professorin für somatische Gentherapie am Universitätsspital für Kinder in Zürich und am Institut für Regenerative Medizin der UZH.

…aber leider ist es nicht perfekt

Interessanterweise wiesen einige der reparierten Zellen nun jedoch neue Defekte auf. Ganze Abschnitte des Chromosoms, an denen eine Reparatur stattgefunden hatte, fehlten. Der Grund dafür liegt in der besonderen genetischen Konstellation des NCF1-Gens: Es kommt dreimal auf demselben Chromosom vor, einmal als aktives Gen und zweimal als Pseudogene.

Diese haben die gleiche Sequenz wie das defekte NCF1 und werden normalerweise nicht zur Bildung des Enzymkomplexes verwendet.

Die molekulare Schere von CRISPR kann nicht zwischen verschiedenen Versionen des Gens unterscheiden und schneidet daher gelegentlich den DNA-Strang an mehreren Stellen des Chromosoms, am aktiven NCF1-Gen sowie an Pseudogenen. Wenn die Abschnitte dann zusammengefügt werden, können ganze Genabschnitte falsch ausgerichtet sein oder fehlen. Die medizinischen Folgen sind unvorhersehbar und tragen im schlimmsten Fall zur Entstehung einer Leukämie bei.

„Dies erfordert Vorsicht beim Einsatz der CRISPR-Technologie im klinischen Umfeld“, sagt Reichenbach.

Sicherere Methode gesucht

Um das Risiko zu minimieren, testete das Team eine Reihe alternativer Ansätze, darunter modifizierte Versionen von CRISPR-Komponenten. Sie erwogen auch den Einsatz von Schutzelementen, die die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die Genschere das Chromosom an mehreren Stellen gleichzeitig schneidet. Leider konnte keine dieser Maßnahmen unerwünschte Nebenwirkungen vollständig verhindern.

„Diese Studie beleuchtet sowohl vielversprechende als auch herausfordernde Aspekte von CRISPR-basierten Therapien“, sagt Co-Autor Martin Jinek, Professor am Institut für Biochemie der UZH. Er sagt, die Studie liefere wertvolle Informationen für die Entwicklung von Gen-Editing-Therapien für chronische granulomatöse Erkrankungen und andere Erbkrankheiten.

„Allerdings sind weitere technologische Fortschritte nötig, um diese Methode in Zukunft sicherer und effektiver zu machen.“