Könnte ein neuer, „atemberaubender“ Durchbruch bei der Behandlung der Huntington-Krankheit helfen?

In den letzten Tagen gab es eine Flut von Nachrichten über eine neue Technologie namens CRISPR, die als potenziell anwendbar bei der Huntington-Krankheit beschrieben wurde. Ist diese neue Technik so cool, wie sie klingt? Möglicherweise – aber wie immer ist die Wahrheit komplizierter, als die Schlagzeilen vermuten lassen.

Das HD-Gen und seine Stilllegung

Die Huntington-Krankheit ist eine genetische Krankheit, was bedeutet, dass jeder HD-Patient eine „mutierte“ Kopie eines spezifischen Gens von einem seiner Elternteile geerbt hat. Das Gen, in dem diese Mutation auftritt, nennen wir heute das „HD-Gen“.

Alle Menschen haben zwei Kopien dieses HD-Gens, und die meisten Menschen entwickeln keine Huntington-Krankheit. Nur wenn eine spezifische Veränderung in der DNA-Sequenz des HD-Gens auftritt, entwickeln Menschen Symptome der HK. Die spezifische Mutation, die allen Fällen der HK zugrunde liegt, ist eine Expansion von 3 Buchstaben des DNA-Codes, eine repetitive Sequenz der genetischen Buchstaben C-A-G, nahe einem Ende des HD-Gens.

Normalerweise werden Gene von Zellen als eine Art Rezept verwendet, das ihnen vorschreibt, wie ein Protein aufgebaut werden soll. Dies geschieht auch mit dem HD-Gen, sodass wir auch das HD-Protein – Huntingtin – haben, von dem Wissenschaftler annehmen, dass es tatsächlich alle zellulären Fehlfunktionen und den Zelltod bei der HK verursacht.

Wissenschaftler und Familien, die sich mit der Huntington-Krankheit befassen, sind begeistert von einem therapeutischen Ansatz namens Gen-Stilllegung. Die Gen-Stilllegung beruht auf der Tatsache, dass Zellen DNA nicht direkt in Protein kopieren, sondern in eine Art Rohkopie, die aus einer Chemikalie namens RNA hergestellt wird. Ansätze zur Gen-Stilllegung zielen auf diese RNA-Botschaft ab – sie zerkleinern sie und verhindern so, dass die Zelle das HD-Protein herstellt.

Klingt gut, oder? Es ist eine gute Idee, und HDBuzz ist genauso begeistert wie jeder andere von Gen-Stilllegungsansätzen, die sich schnell auf klinische Studien zubewegen. Aber aufmerksamen Lesern könnte etwas aufgefallen sein. Selbst wenn die Gen-Stilllegung funktioniert, verändert sie die DNA nicht, was bedeutet, dass jede Zelle eines HD-Mutationsträgers immer noch das mutierte HD-Gen besitzt – es wird lediglich daran gehindert, mutiertes Protein herzustellen.

Stilllegung vs. Editierung

Was wäre, wenn wir die DNA von Huntington-Patienten tatsächlich editieren und die Mutation ganz entfernen könnten? Bis vor Kurzem hätte das wie eine verrückte Idee geklungen. Wissenschaftler neigen dazu, die Gesamtheit der Gene eines Menschen, oder das „Genom“, als von der Empfängnis bis zum Tod unveränderlich anzusehen. Sicher, Mutationen treten das ganze Leben über auf – so entsteht Krebs – aber diese schaden eher, als dass sie helfen, und unsere Zellen verfügen über eine leistungsstarke DNA-Reparaturmaschinerie, um sie zu beheben.

In jüngster Zeit haben Wissenschaftler begonnen, genetische Tricks von mikroskopisch kleinen Bakterien zu „stehlen“. Diese Mikroben befinden sich ständig im Krieg miteinander und haben effiziente DNA-Schneidetricks als Waffen in diesem bakteriellen Krieg entwickelt. Wissenschaftler entdeckten, dass wir diese bakteriellen Waffen „ausleihen“ können, um jede beliebige DNA-Sequenz im Labor zu schneiden.

Diese Werkzeuge haben jetzt eine verwirrende Reihe von Namen, darunter „Zinkfinger-Nukleasen (ZFNs)“, „Transkriptionsaktivator-ähnliche Effektor-Nukleasen (TALENs)“ und „Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)“. Unterm Strich können sie alle verwendet werden, um DNA an einer spezifischen Zielsequenz zu schneiden.

Im Wesentlichen ermöglichen Werkzeuge wie TALENs und CRISPR Wissenschaftlern, DNA zu editieren – unerwünschte Teile herauszuschneiden und gewünschte einzufügen, genau wie bei der Verwendung einer Textverarbeitung, um einen unschönen Absatz zu korrigieren. Während Wissenschaftler lange Zeit in der Lage waren, DNA in einen gebrochenen Strang zu „einfügen“, fehlten ihnen die Werkzeuge, um die DNA an jeder beliebigen Stelle zu „schneiden“. Jetzt haben sie diese.

Das Naheliegendste, zumindest im Fall der Huntington-Krankheit, ist es, einige der zusätzlichen Kopien der C-A-G-Wiederholung, die die Krankheit verursachen, herauszuschneiden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Editierungswerkzeuge zu verwenden, um einen Teil des mutierten HD-Gens herauszuschneiden und es so zu Unsinn zu machen, der niemals in ein Protein umgewandelt wird.

Die neueste und derzeit meistdiskutierte DNA-Editierungstechnologie heißt CRISPR. Mit dem CRISPR-Ansatz können Wissenschaftler einen Schneidekomplex an jede beliebige Stelle in der DNA eines Menschen lenken und einen sehr präzisen Schnitt vornehmen.

Wenn dir das bekannt vorkommt, liegt es daran, dass es ein sehr ähnlicher Ansatz ist wie bei Zinkfinger-Nukleasen (ZFNs), über die wir bereits bei HDBuzz geschrieben haben. Der Unterschied zwischen CRISPRs und ZFNs besteht darin, dass die Zielkomponente von ZFNs sperrig ist und künstlich im Labor konstruiert wird, während CRISPRs präziser mit kleinen RNA-Stücken gesteuert werden, was hoffentlich eine spezifischere Zielsteuerung ermöglicht.

CRISPRs zur Rettung?

CRISPR geriet kürzlich in die Schlagzeilen, weil die britische Zeitung The Independent einen Meinungsartikel von dem Nobelpreisträger und Genetiker Craig Mello in Auftrag gab, der die Technik in seinem Labor einzusetzen begonnen hat. Wissenschaftler erforschen CRISPR seit mindestens 2007. Was sich in den letzten Jahren geändert hat, ist, dass CRISPR als Werkzeug zur Manipulation von Genen im Labor immer ausgefeilter geworden ist.

Es gibt mehrere mögliche Anwendungen dieser CRISPR-Technologie oder auch jedes Genom-Editierungsansatzes. Erstens ist es denkbar, sehr frühe Embryonen oder sogar befruchtete Eizellen zu behandeln, die in einer Petrischale in einer Kinderwunschklinik wachsen. Mit dieser Art von Ansatz ist es technisch möglich, Babys ohne mutierte HD-Gene und somit ohne Huntington-Krankheit zu zeugen.

Obwohl spannend, ist dies bereits mit einfacheren Techniken wie der Präimplantationsdiagnostik möglich, die auf einem einfachen genetischen Screening beruht, um Embryonen zu identifizieren, die die HD-Mutation tragen. Die Genom-Editierung würde dies einen Schritt weiterführen und den Defekt tatsächlich korrigieren, anstatt ihn nur zu screenen.

Eine weitere spannende mögliche Anwendung dieser Technologie wäre die Behandlung der Gehirne erwachsener HD-Mutationsträger mit etwas Ähnlichem wie CRISPR, um ihr mutiertes HD-Gen zur Korrektur anzuvisieren. Diese Anwendung ist diejenige, die in der Presse so viele Spekulationen ausgelöst hat – könnten wir diese neuen Genom-Editierungswerkzeuge nutzen, um den tatsächlichen Defekt zu korrigieren, der genetische Krankheiten wie die HK verursacht?

Was passiert bereits?

Tatsächlich, wie wir 2012 berichteten, sind Tests zur Genom-Editierung für die Huntington-Krankheit bereits in vollem Gange! Ein Unternehmen namens Sangamo Biosciences arbeitet mit CHDI Foundation, Inc. zusammen, um Zinkfinger-Nukleasen als Therapien für die HK zu entwickeln. Sie haben bereits ZFNs entwickelt, die spezifisch an den expandierten C-A-G-Trakt im HD-Gen binden und ihn schneiden, was zur Unterbrechung der HD-Genexpression führt.

Diese Woche präsentierte Sangamo auf dem Treffen der Society for Neuroscience in San Diego, CA, die neuesten Ergebnisse mit ZFNs, die auf das HD-Gen abzielen. Sangamos derzeitige Bemühungen konzentrieren sich auf die Stilllegung des Gens, anstatt es direkt zu editieren. Zum ersten Mal beschrieben sie Arbeiten, die darauf hindeuten, dass ihre ZFNs in einem Mausmodell der HK vorteilhaft waren. Ihre Pressemitteilung besagt, dass „in den mit ZFP-Therapeutika behandelten Regionen der Gehirne der Tiere Wissenschaftler eine Reduktion von mutierten Huntingtin-Proteinaggregaten beobachteten“. Sie fahren fort zu sagen, dass so behandelte Mäuse einige Verbesserungen bei den Verhaltensanzeichen der Krankheit zeigten.

Was ist Hoffnung und was ist Hype?

Genom-Editierungstechnologien wie CRISPR und ZFNs gehören zu den aufregendsten Laborfortschritten der letzten Jahre. Ihr potenzieller Einsatz sowohl im Labor als auch in der Klinik dürfte enorm sein, aber wir müssen die Einschränkungen ihrer Anwendung bei der Huntington-Krankheit berücksichtigen.

Die wichtigste Einschränkung bei der Verwendung von CRISPR und verwandten Genom-Editierungsansätzen ist die Verabreichung, Verabreichung, Verabreichung. Da diese Therapien auf großen Proteinmolekülen basieren, sind sie nicht die Art von Medikament, die du als Pille einnehmen kannst: Sie müssen mittels Injektionen, verpackt in Viren oder ähnlicher Technologie ins Gehirn verabreicht werden.

Wenn du zum Beispiel die Pressemitteilung von Sangamo über ZFNs in HD-Mausmodellen betrachtest, wird dort sorgfältig darauf hingewiesen, dass es eine Verbesserung der Aggregate in den „mit ZFP-Therapeutika behandelten Regionen der Gehirne der Tiere“ gab. Dies dürfte ein kleiner Teil des Mausgehirns sein, was einen sehr winzigen Bruchteil des menschlichen Gehirns ausmachen würde – es sei denn, wir können die Verabreichungstechnologie drastisch verbessern.

Diese Art von Therapie, die die Verabreichung eines Gens in das Gewebe von Patienten beinhaltet, wird Gentherapie genannt. Jede Gentherapie für die HK erfordert eine Gehirnoperation, um das Virus ins Gehirn zu bringen, und wird sich dann nur auf einen kleinen Bereich des Hirngewebes ausbreiten, zumindest mit der bestehenden Technologie.

Obwohl die neuere CRISPR-Technik die Dinge etwas einfacher und präziser machen könnte, kommt sie der Lösung des Verabreichungsproblems nicht nahe.

Dank dieser Verabreichungsprobleme wird es ein langer Weg sein, Gentherapie bei neurodegenerativen Krankheiten zum Erfolg zu führen. Bei der Huntington-Krankheit haben wir auch das Problem, dass wir das Medikament möglicherweise in das gesamte Gehirn verabreichen müssen, um alle Symptome der HK zu beheben, nicht nur kleine Bereiche davon. Dies wird sich wahrscheinlich bei einer Maus, deren Gehirn weniger als ein halbes Gramm wiegt, als relativ einfach erweisen, aber bei Menschen, deren Gehirne etwa 1300 Gramm wiegen, viel schwieriger sein.

Für Huntington-Patienten bleiben diese neuen Technologien eine interessante Labortechnik – und eine, die es wert ist, verfolgt zu werden – aber solange niemand demonstriert, dass sie genug vom Gehirn abdecken können, um einen Unterschied zu machen, werden sie den Sprung zur Anwendung am Menschen nicht schaffen. Die Reparatur der Genome von Menschen mit genetischen Krankheiten könnte jedoch irgendwann in der Zukunft eine Standardbehandlung werden, und es ist sehr aufregend, die ersten Schritte auf diesem langen Weg zu sehen.

Mehr erfahren

• HDBuzz-Artikel, der eine erfolgreiche Genom-Editierung in einem Mausmodell der Hämophilie beschreibt
• HDBuzz-Artikel, der die Genom-Editierung mit Zinkfinger-Nukleasen beschreibt.
• HDBuzz-Artikel über die Präimplantationsdiagnostik – eine Möglichkeit, Kinder ohne das Risiko der Huntington-Krankheit zu bekommen
• Artikel von The Independent über die CRISPR-Technik
• 2013 Nature Biotechnology-Artikel über die Anwendung der CRISPR-Technik zur Genom-Editierung. (vollständiger Artikel erfordert Bezahlung oder Abonnement)