Medizin

CRISPR/Cas9: Umstrittener Gen-Editor heilt Muskeldystrophie bei Mäusen

Montag, 4. Januar 2016

Durham/Boston/Dallas – Die Muskeldystrophie vom Typ Duchenne, die zu einer tödlichen Muskelschwäche führt, könnte möglicherweise mit Hilfe des umstrittenen Gen-Editors CRISPR/Cas9 gelindert werden. Dies zeigen die Experimente von drei Forscherteams aus den USA, die jetzt in Science veröffentlicht wurden. Klinische Studien sind allerdings vorerst nicht geplant.

Die Muskeldystrophie vom Typ Duchenne, mit deren Anlage einer von 3.500 bis 5.000 Jungen geboren wird, ist seit längerem Gegenstand gentherapeutischer Forschungen. Das verantwortliche Gen wurde bereits 1986 entdeckt. Es ist mit 2,5 Millionen Basen­paaren das größte bekannte menschliche Gen. Sein Genprodukt ist das Protein Dystrophin, das in den Muskelzellen den motorischen Apparat (bestehend aus Aktin- und Myosinfilamenten) an der Zellmembran befestigt.

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Außerhalb der Zelle trägt es an einer Verankerung in der extrazellulären Matrix bei. Die meisten Muskeldystrophien vom Typ Duchenne sind Folge von Punktmutationen, die das Leseraster der DNA verändern. Dabei kommt es zum Auftreten von Stop-Codonen, die das Ablesen des Gens vorzeitig beenden und zur Produktion eines defekten Dystrophin-Proteins führen. Dies hat Folgen für die Integrität der Muskelzellen, die dem normalen Betrieb nicht standhalten und vorzeitig zerfallen. Die Jungen entwickeln bereits im Kindesalter eine Muskellähmung. Da auch der Herzmuskel betroffen ist, sterben die Patienten früh.

Die Größe des Gens hat bisher eine effektive Gentherapie verhindert. Die Adenoviren, die heute als Genfähren bevorzugt werden, können maximal 4.700 Basenpaare aufnehmen. Viel zu wenig, um eine Version des korrektiven Gens in den Muskelzellen zu platzieren. Die Ladekapazität war lange Zeit auch zu gering, um den Gen-Editor CRISPR/Cas9 (genauer seine Gene) in die Muskelzelle zu transportieren. Dies änderte sich mit der Entdeckung eines CRISPR/Cas9-Komplexes von Staph. aureus (das Bakterium benutzt ihn, um Viren abzuwehren). Sein Gen umfasst 3.200 Basenpaare und passte damit in die Genfähre.

Der CRISPR/Cas9-Editor ist eine Alternative zur konventionellen Gentherapie. Er ersetzt das Gen nicht durch eine korrekte Version, sondern führt eine Reparatur am Genom durch. Der Gen-Editor besteht aus einem Suchgen CRISPR, das an einer bestimmten Sequenz des Erbgutes bindet. Das Enzym Cas9 trennt dann ein Stück des Gens heraus.

Ein Team um Charles Gersbach von der Duke Universität in Durham/North Carolina, hat die Therapie jetzt an sogenannten mdx-Mäusen untersucht. Diese Tiere haben einen Gendefekt im Exon 23 des Dystrophin-Gens, der zum vorzeitigen Stopp der Umsetzung des Gens in ein Protein führt. Da das Dystrophin aus insgesamt 79 Exonen – Einzel­genen, aus denen das Gesamtgen zusammengesetzt wird – besteht, wird ein stark verkürztes und damit funktionsloses Teilprotein abgelesen.

Der von Gersbach verwendete CRISPR/Cas9-Komplex entfernt das gesamt Exon 23 aus dem Erbgut. Es kommt dann zwar ebenfalls zur Bildung eines verkleinerten Dystrophin-Proteins, das jedoch anders als das natürliche Protein der mdx-Mäuse eine Restfunktion hat. Laut ihrem Bericht in Science (2015; doi: 10.1126/science.aad5143) haben die Forscher den Gen-Editor zunächst bei ausgewachsenen Mäusen eingesetzt.

Die Adenoviren wurden den Tieren in einen Unterschenkelmuskel (M. tibialis anterior) injiziert. Spätere Untersuchungen der Muskeln zeigten, dass 59 Prozent der Zellen die gen-editierte Version als Bauplan für das Dystrophin-Protein benutzten, dessen Anteil an allen Dystrophin-Proteinen am Ende bei 8 Prozent lag. Das ist wenig, doch laut Gers­bach könnten bereits 4 Prozent ausreichen, um beim Menschen einen therapeutischen Erfolg zu erzielen. Bei einem Anteil von 30 Prozent wären die Patienten völlig erschei­nungsfrei.

Muskel-Injektionen würden allerdings die Prognose der Muskeldystrophie von Typ Duchenne kaum verändern. Die Patienten sterben nicht an der Muskelschwäche der Skelettmuskulatur, sondern an einer Kardiomyopathie. Die Forscher haben deshalb in einem weiteren Experiment neugeborene Mäuse behandelt.

Dieses Mal wurden die Adenoviren in das Bauchfell injiziert. Sieben Wochen später wurde das geneditierte Dystrophin auch im Herzmuskel gefunden. Auch dieses Modell hätte für den Menschen keine praktische Relevanz, da die Erkrankung in der Regel erst entdeckt wird, wenn erste Muskelschwächen aufgetreten sind. Die Forscher haben deshalb die Therapie an sechs Wochen alten mdx-Mäusen wiederholt. Die Adenoviren wurden intravenös injiziert und nach Auskunft der Forscher ist es auch dieses Mal zur Bildung von Dystrophin im Herzmuskel gekommen. 

Die beiden anderen Forschergruppen haben ähnliche Erfahrungen gemacht. Ein Team um Eric Olson vom Southwestern Medical Center in Dallas entdeckte, dass der Effekt der Gentherapie sich drei bis zwölf Wochen nach der Injektion der Adenoviren sogar noch verstärkte (Science 2015; doi: 10.1126/science.aad5725). Die Experimente einer Arbeitsgruppe um Amy Wagers lassen sogar die Hoffnung zu, dass die Gene von Vorläuferzellen, aus denen sich die Muskelzellen im Verlauf des Lebens regenerieren, aufgenommen werden (Science 2015; doi: 10.1126/science.aad5177).

Obwohl alle drei Gruppen bereits Patente für ihre Therapien eingereicht haben sollen, dürften noch weitere präklinische Studien notwendig werden, bevor an einen Einsatz beim Menschen zu denken ist. Dabei wird es neben einer Verbesserung der Effektivität auch um Sicherheitsaspekte gehen.

Das CRISPR/Cas9-System arbeitet nicht unbedingt fehlerfrei, und die Entfernung anderer als der gewünschten Gene könnte negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Probanden haben. Die Anwendung der CRISPR/Cas9-Editoren wird derzeit in der Forschung kontrovers diskutiert, da es zu permanenten Änderungen im Erbgut kommt. Eine Anwendung an Keimzellen könnte Auswirkungen auf die Spezies Mensch haben. Da das Gen-Editing bei der Muskeldystrophie ausschließlich an somatischen Zellen durchgeführt würde, sollte es keine ethischen Bedenken geben. Die Studien zeigen jedoch erneut, welches Potenzial das erst vor wenigen Jahren entdeckte CRISPR/Cas9-System hat.

Eine Alternative zum Gen-Editoring ist der Einsatz von Anti-Sense-Molekülen, die die Umsetzung der mutierten Gene auf der Ebene der Boten-RNA verhindern. Zwei Wirkstoffe aus dieser Gruppe, Drisapersen und Eteplirsen befinden sich derzeit in der klinischen Prüfung. Bereits zugelassen ist der Wirkstoff Ataluren, der Ribosomen „überredet“, Stop-Codone zu ignorieren. © rme/aerzteblatt.de

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