Zum Inhalt springen
Stammzellbiologie, Technologien in der Forschung

Wiener Forscherteam sorgt für „Feinschliff“ der Genschere CRISPR/Cas9

ForscherInnen aus dem Labor von Ulrich Elling am IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften – haben in Kollaboration mit den Vienna BioCenter Core Facilities eine revolutionäre Technologie namens "CRISPR-Switch" entwickelt, die es nun ermöglicht, die CRISPR-Technik noch präziser anzuwenden.

Kaum eine Gentechnologie hat in den letzten Jahren so viel Aufmerksamkeit in der Öffentlichkeit erregt und gleichzeitig die molekulare Grundlagenforschung revolutioniert. Gerade diese Woche gelang ein Meilenstein der Medizin: Im Rahmen erster klinischer Studien wurde „CRISPR“ zur Behandlung von Blutkrankheiten bei PatientInnen angewandt – mit äußerst vielversprechenden Ergebnissen. 

Die Genschere oder CRISPR/Cas9 ist eine Technologie, mit der sich das menschliche Genom bearbeiten lässt. Wenn man sich die DNA als ein Word Dokument vorstellt, so wäre CRISPR/Cas9 der Word-Editor, mit dem sich Gene, bzw. Wörter, gezielt verändern lassen. Ursprünglich basiert die Technologie auf einem Trick der Evolution: Einem molekularen Abwehrmechanismus, mit dem sich Bakterien gegen Viren schützen, indem sie virale Sequenzen in ihrer eigenen DNA abspeichern und als „Suchbegriffe“ verwenden, um anschließend neu eindringende Viren zu erkennen und zu zerschneiden.

Was viele nicht wissen: Die Grundlagen für diese Technik wurden unter anderem auch in Wien gelegt. Nun zeigt ein Team Wiener ForscherInnen, die teilweise bereits an der Entdeckung der Genschere beteiligt waren, ein „Upgrade“ dieser Technologie, um Funktion und Zusammenspiel von Genen in Zukunft noch präziser erforschen zu können. Dies berichteten die ForscherInnen in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications.

CRISPR-Switch erlaubt es, die Genschere zu unterschiedlichen Zeiten und an unterschiedlichen Orten in der Zelle effizient zu kontrollieren. Dafür sorgt eine Optimierung der „guide-RNA“, jenes zellulären Suchbegriffes, der die Genschere an ihr Ziel – ein bestimmtes Gen – führt.  Dabei werden jene guide-RNAs unter die Kontrolle von bestimmen Proteinen –sogenannten „Cre-Rekombinasen“ – gestellt, die ein gezieltes An- und Ausschalten der Aktivität ermöglichen.

„Das Novum von CRISPR-Switch: Die Technologie kann schnell und ohne erkennbare Undichtigkeiten eingeschaltet werden und wirkt besonders fehlerfrei und zielgerichtet. „Frühere Systeme basierten auf vor allem auf einer Regulierung des Enzyms Cas9, was aber Zellen schädigen und in einem Organismus zu möglichen Immunantworten führen kann. CRISPR-Switch ist dank der Optimierung der guide-RNAs und Cre-Rekombinasen besonders schnell, robust und vielseitig einsetzbar,“ erklärt Krzysztof Chylinski von den Vienna BioCenter Core Facilities, der gemeinsam mit Maria Hubmann Co-Erstautor der aktuellen Publikation ist.


CRISPR-Switch – Ein neues Tool für die Krebsforschung
Ein Standard in den molekularen Biowissenschaften ist es, ein Gen gezielt auszuschalten, um festzustellen, welche Funktion es in der Zelle hat - man spricht hier von „Knock-out“ Genen. Gerade bei sehr komplexen Erkrankungen wie Krebs ist eine Ansammlung bestimmter Mutationen an verschiedensten Stellen im Genom, die zu verschiedenen Zeiten passieren, maßgeblich für die Tumorentstehung. 

„Mit CRISPR-Switch können wir nun auch erstmals Gene in definierter zeitlicher Reihenfolge ausschalten lassen. Gerade für die Untersuchung komplexer Krankheiten, die durch ein zeitliches Zusammenspiel vieler Gene entstehen, hat CRISPR-Switch großes Anwendungspotential,“ so Ulrich Elling, Gruppenleiter am IMBA über die neue Technologie.

Die WissenschaftlerInnen konnten im Mausmodell nachweisen, dass die zeitliche Abfolge von Mutationen für die Tumorbildung entscheidend ist:  Zwei bestimmte Gene, NF1 und TRP53, die mit der Entstehung eines besonders bösartigen Tumors, dem Glioblastom, in Verbindung stehen, wurden untersucht. Für die Krebsentstehung war tatsächlich maßgeblich, dass TRP53 vor NF1 ausgeschaltet wurde und nicht umgekehrt.
„Die CRISPR-Switch-Methode kann bei der Erforschung verschiedenster Tumorarten angewendet werden, wo wir nicht nur die molekularen Vorgänge der Krebsentstehung erforschen können, sondern auch jene noch wenig bekannte Mechanismen, die einen Tumor am Leben erhalten,“ äußert sich Elling über das medizinische Potential der neuen CRISPR-Switch Technologie.

Die CRISPR-Switch-Technologie ist auch als Partnering-Möglichkeit verfügbar. IMBA sucht aktiv nach LizenzpartnerInnen mit Geschäftsinteressen in relevanten Anwendungsbereichen wie Screening, Mutationsanalysen, sicherere Genombearbeitung, Multiplexing und / oder somatische Gentherapien.

Originalpublikation:
Krzysztof Chylinski and Maria Hubmann, Ruth E. Hanna, Connor Yanchus, Georg Michlits, Esther C. H. Uijttewaal, John Doench, Daniel Schramek, Ulrich Elling “CRISPR-Switch regulates sgRNA activity by Cre recombination for sequential editing of two loci”, Nature Communications, DOI 10.1038/s41467-019-13403-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13403-y

 

Über IMBA
Das IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie ist das größte Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) mit dem Fokus auf zukunftsweisende Grundlagenforschung. 16 Forschungsgruppen stellen sich den molekularen Rätseln und unerforschten Gebieten der Molekularbiologie und Medizin. Erkenntnisse aus den Bereichen Zell- und RNA- Biologie, molekularer Medizin und Stammzellbiologie bilden den Nährboden für eine Medizin der Zukunft. Die Stammzellinitiative am IMBA wird durch eine Förderung des Bundesministeriums für Wissenschaft sowie durch die Stadt Wien finanziert.