Zuerst Dolly, jetzt Piglet; ein neues Huntington-Krankheit Schweine-Knock-in-Modell bestätigt

Spannende Neuigkeiten für die HD-Forschung in diesem Monat, da ein neues genetisch getreues Modell in Schweinen geschaffen wurde. Mithilfe einer Kombination aus hochmodernen DNA-Editierwerkzeugen konnten Forscher HD-Schweine erzeugen, die nicht nur den selektiven Hirnzelltod, der bei HD beobachtet wird, nachbildeten, sondern auch eine breite Palette von bei HD beobachteten Symptomen.

Tiermodelle

Neurodegenerative Erkrankungen wie die Huntington-Krankheit (HD) sind für Forscher besonders schwierig zu untersuchen, da im Gegensatz zu beispielsweise Leber- oder Nierenerkrankungen das geschädigte Organ (das Gehirn) nicht gerade für Probenentnahmen zur Verfügung steht. Deshalb müssen wir uns mit der nächstbesten Lösung behelfen, nämlich Tiermodellen, die entwickelt wurden, um die Schäden und Symptome, die wir bei menschlichen Patienten sehen, nachzubilden.

Der Großteil der Informationen, die wir bisher über HD haben, wurde aus solchen Modellen gewonnen, insbesondere aus Studien an Mäusen. Man kann mit Sicherheit sagen, dass die HD-Forschung ohne diese wunderbaren Werkzeuge mehrere Jahrzehnte hinter dem heutigen Stand zurückliegen würde! Allerdings ist eine Maus eine Maus… und kein Mensch; wir haben Unterschiede in Gehirnstruktur, -größe, Lebensspanne und die Liste ließe sich fortsetzen. Daher wurde nicht alles, was in HD-Mausmodellen entdeckt wurde, auch beim Menschen gefunden.

Und jetzt: Schweine

Was wir wirklich brauchen, ist ein Mittelweg, ein größeres Tier, das mehr Gemeinsamkeiten mit dem Menschen hat, ein Sprungbrett oder ein „Schweinchen in der Mitte“ (in den USA als „Keep Away“ bekannt), wenn man so will. Wie es das Glück wollte, haben wir genau das jetzt dank der gemeinsamen Anstrengungen eines amerikanisch-chinesischen Teams.

Forscher der Emory University und des Guangdong-Hongkong-Macau Instituts für ZNS-Regeneration der Jinan University haben ein genetisches HD-Modell in Schweinen erzeugt, unter Verwendung von zwei sehr cleveren Techniken, die auf Genom-Editierung basieren. Dies ist ein raffinierter Prozess, bei dem Wissenschaftler in die DNA einer Zelle eingreifen und sie bearbeiten können, manchmal um Fehler zu korrigieren, die die Natur gemacht hat – stell dir vor, du gibst eine Arbeit ab, normalerweise machst du einen ersten Entwurf, oder? Nun, in diesem Fall ist die Natur der erste Entwurf, und Wissenschaftler sind die Korrekturleser. Die in dieser speziellen Studie verwendeten Techniken heißen CRIPSR/Cas9 (siehe https://en.hdbuzz.net/244) und somatischer Kerntransfer – letzteres ist dieselbe Technik, die 1996 zur Klonierung von Dolly dem Schaf verwendet wurde.

Wie genau funktioniert das also? Ist es ziemlich technisch und schwierig umzusetzen? Im Grunde ja, aber es ist super coole Wissenschaft und wie diese Studie zeigt, ist es machbar!

Einfach ausgedrückt, können wir die Schweineversion des HTT-Gens nehmen, einen Teil davon herausschneiden und direkt gegen die menschliche Version austauschen, die HD verursacht – das ist der „Korrekturlese“-Teil. Die Autoren taten dies in Schweinehautzellen, aber dann (und das ist der wirklich coole Teil) entnahmen sie den Zellkern der Zelle, der die gesamte DNA enthält, und setzten diesen Zellkern in das ein, was ein Schweineembryo werden sollte. Mithilfe eines Leihschweins züchteten sie dann mehrere Generationen und stellten fest, dass die Veränderung erfolgreich von Eltern auf Kinder weitergegeben wurde, genau wie HD beim Menschen. Für diejenigen, die es nicht wissen: Eine Gruppe von Ferkeln wird als „drift“ bezeichnet, und genau das hatten diese Forscher; eine „drift“ von Ferkeln, von denen einige HD hatten.

Vorteile des Schweinemodells

Als ob das nicht schon cool genug wäre, war das wirklich aufregende Ergebnis dieser neuen Arbeit, dass die Schweine selbst sehr dramatische Symptome zeigten, die das, was bei menschlichen HD-Patienten beobachtet wird, viel genauer nachzuahmen schienen als bei Nagetieren. Die Bewegungsstörungen oder Chorea, die Patienten erleben, wurden nachgebildet, da die Schweine mit zunehmendem Alter Geh- und Laufschwierigkeiten entwickelten. Videos der Schweine zeigen sehr deutliche Bewegungsstörungen, die wirklich einem menschlichen HD-Patienten ähneln. Überraschenderweise weist kein Nagetiermodell der HD diese Art von Bewegungsproblemen auf, was ein großes Problem für die Erprobung neuer Therapien in Mausmodellen der HD darstellte.

Was Gehirnveränderungen betrifft, hatten die HD-Schweine bemerkenswerterweise viele der gleichen Schäden wie HD-Patienten. Vielleicht habt ihr schon einmal von mittelgroßen Stachelneuronen im Zusammenhang mit HD gehört (keine Wortspiele hier, sie sind wirklich stachelig). Diese Neuronen sind die ersten Opfer in den Gehirnen von HD-Patienten und sterben sehr schnell im Verlauf der Krankheit, was wahrscheinlich die Bewegungsprobleme erklärt, die früh bei HD auftreten.

Forscher waren ziemlich ratlos, warum dieser selektive Zellverlust auftritt, und trotz jahrzehntelanger Forschung wissen wir immer noch nicht wirklich, warum die stacheligen so empfindlich sind! Wir sind jedoch vielleicht nicht mehr allzu weit von einem Geistesblitz entfernt, da die Forscher bei diesen Schweinen einen selektiven Verlust von Stachelneuronen sowie viele andere neurologische Merkmale der menschlichen HD feststellten.

Ähnlich wie an anderen Stellen im Körper kommt es bei einer Verletzung im Gehirn zu einer Immunreaktion. Im Gehirn werden spezialisierte Zellen „aktiviert“, wenn Schäden in einem Prozess namens Gliose auftreten. Diese Immunreaktion findet sich in den Gehirnen menschlicher HD-Patienten; frühere Tiermodelle hatten jedoch typischerweise Schwierigkeiten, dieses Merkmal der Krankheit nachzubilden. Hier setzt sich das Knock-in-Schweinemodell erneut durch, wobei die Forscher deutliche Anzeichen von Gliose bei erkrankten Schweinen fanden – diese Studie hat wirklich den Nagel auf den Kopf getroffen!

Nebenbei bemerkt, was ihr vielleicht nicht über HD wisst, ist, dass die Mehrheit der Patienten nicht am eigentlichen Hirnschaden selbst stirbt, sondern an den Folgeerscheinungen. Wenn man darüber nachdenkt, steuert das Gehirn all unsere bewussten Entscheidungen, sowie alles, was wir tun, ohne darüber nachzudenken, wie das Atmen.

Wenn wir einen großen Teil des Gehirns verlieren, leidet infolgedessen alles in unserem Körper, und es sind tatsächlich Atemwegsbeschwerden und Lungenentzündung, die so viele HD-Patientenleben fordern. Entscheidend ist, dass dies noch nie zuvor in einem HD-Tiermodell gezeigt wurde, aber die Knock-in-Schweine in dieser Studie entwickelten genau die gleichen Atemwegsbeschwerden, die Patienten erleben, was ziemlich bahnbrechend ist.

All diese Dinge zusammen machten die Lektüre als HD-Forscher sehr spannend, da es scheint, dass wir endlich ein Modell haben, das den Weg eines HD-Gehirns und -Körpers von Anfang bis Ende nachbildet. Die Begeisterung hört hier jedoch nicht auf; aufgrund der physischen Größe von Schweinen werden wir in der Lage sein, potenzielle Behandlungen und spezialisierte Medikamentenverabreichungswege zu testen, die zuvor unmöglich waren.

Zum Beispiel die derzeit in den Schlagzeilen stehende potenzielle Behandlung, die ASO-vermittelte HTT-Senkung. Diese muss mittels Lumbalpunktion, d.h. Injektion direkt in die Wirbelsäule, verabreicht werden. Ich fordere diejenigen von euch heraus, selbst mit den ruhigsten Händen, dies an einer Maus zu versuchen… das wird nicht passieren – ein Schwein hingegen ist viel machbarer.

Was bedeutet das für uns?

Allerdings ist nichts im Leben perfekt und diese Studie bildet da keine Ausnahme. Mit zunehmender Tiergröße steigen die Kosten für Unterbringung und Fütterung, außerdem dauert es länger, bis die Tiere sich entwickeln und das Erwachsenenalter erreichen, was die Geschwindigkeit neuer Entdeckungen wirklich behindern könnte. Dies trug zweifellos zur geringen Anzahl der hier diskutierten Tiere bei, die in den Experimenten verwendet wurden. Die Autoren räumten dies jedoch ein und gaben zu, dass strengere Tests erforderlich wären und in Planung seien.

Abgesehen von den Problemen, ist dieses neue Modell ziemlich unglaublich und sollte viele Türen für zukünftige HD-Forschung und therapeutische Unternehmungen öffnen, also im Namen der HD-Forscher auf der ganzen Welt: „Das reicht, Schweinchen, das reicht.“

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• Link zur Originalpublikation von Yan, Li und Kollegen (vollständiger Artikel erfordert Bezahlung oder Abonnement)