US-Forscher korrigieren Gendefekt in menschlichen Embryonen mit Genschere – und nehmen dabei 2 wichtige Hürden

Nadine Eckert

Interessenkonflikte

18. August 2017

Wissenschaftler der Oregon Health & Science University in Portland haben erstmals in den USA mithilfe der Genschere CRISPR-Cas9 das Erbgut menschlicher Embryonen korrigiert [1]. Sie reparierten erfolgreich eine Mutation, die zu hypertropher Kardiomyopathie führt, der häufigsten Ursache für plötzlichen Herztod bei jungen Sportlern. Die Embryonen durften sich nur wenige Tage entwickeln.

„Mithilfe des ‚Gene Editing‘ können Keimbahnmutationen gezielt korrigiert werden“, schreiben die Forscher um Dr. Hong Ma vom Center for Embryonic Cell and Gene Therapy der Universität in Nature.

Wichtige Hürden genommen

Es ist erst das 4. publizierte Experiment dieser Art, die anderen 3 wurden alle in China durchgeführt. Ma und seinen Kollegen gelang es allerdings nicht nur, den Gendefekt zu reparieren – wie auch schon in den vorherigen Experimenten. Sie überwanden auch 2 große Hürden für die Nutzbarkeit der CRISPR-Cas9-Technologie in der Medizin: die Bildung von genetischen Mosaiken und Effekte der Genschere außerhalb der gewünschten Loci.

Prof. Dr. Klaus Cichutek

„Die erzeugten Embryonen wiesen kein Mosaik auf, alle Zellen hatten die gleiche Genkorrektur“, kommentiert Prof. Dr. Klaus Cichutek, Präsident des Paul-Ehrlich-Instituts (PEI), Langen, gegenüber Medscape.

Prof. Dr. Gerald G. Schumann

„Außerdem zeigten sich keine Hinweise auf Off-Target-Effekte der Genschere“, ergänzt Prof. Dr. Gerald G. Schumann vom Fachgebiet „Tissue Engineering, Somatische Zelltherapeutika“ des Paul-Ehrlich-Instituts.

Die Wissenschaftler um Ma schnitten das mutierte paternale Allel des Gens MYBPC3 mit der CRISPR-Cas9-Genschere aus dem Genom der Embryonen heraus und reparierten die Stelle anschließend mit dem homologen maternalen Wildtyp-Gen. „Die Verwendung des mütterlichen Allels zur Genkorrektur ist neu“, erklärt Cichutek. Bislang seien dafür synthetische DNA-Templates verwendet worden.

Mosaikbildung erfolgreich verhindert

Um die Bildung eines Mosaiks – also das Vorliegen unterschiedlicher Genotypen im selben Organismus – zu vermeiden, induzierten die Forscher die Doppelstrangbrüche mit der Genschere schon in einem sehr frühen Stadium des Zellzyklus. Die Genschere wurde direkt zusammen mit dem Spermium in die Eizelle injiziert, so fand die Genreparatur in den befruchteten Eizellen noch vor der ersten Teilung statt.

„So gelang es uns, Mosaike in sich teilenden Embryonen zu verhindern und eine hohe Menge an homozygoten Embryonen zu erzeugen, die das Wildtyp-MYBPC3-Gen trugen und keine Hinweise auf Off-Target-Mutationen zeigten“, berichten die Autoren.

 
Die erzeugten Embryonen wiesen kein Mosaik auf, alle Zellen hatten die gleiche Genkorrektur. Prof. Dr. Klaus Cichutek
 

„Ein großes Problem der CRISPR-Cas9-Technologie ist, dass damit nicht nur das Zielgen bzw. der Ziellocus getroffen wird, sondern auch Regionen im Genom, die nichts mit dem Locus zu tun haben, und deren Veränderung könnte schädliche Effekte für die Zelle haben“, erklärt Schumann.

Off-Target-Effekte schwer auszuschließen

Und obwohl die Experimente von Ma und seinen Kollegen dafür sprächen, dass es keine Off-Target-Effekte gegeben habe, könne man sie aufgrund der demonstrierten Daten nicht absolut ausschließen, warnt Schumann. Der Grund: „Die Untersuchungen der Wissenschaftler zur Identifizierung von potenziellen Off-Target-Effekten beschränkten sich nur auf diejenigen Bereiche im Genom, die homolog zu den zu korrigierenden Sequenzen waren“, so Schumann.

Erst kürzlich zeigte eine im Journal Nature Methods veröffentlichte Untersuchung an Mäusen, dass die CRISPR-Cas9-Genschere zu zahlreichen unerwarteten Mutationen führen kann, die außerhalb der zur Zielsequenz homologen Regionen lokalisiert sind.

 
Ein großes Problem der CRISPR-Cas9-Technologie ist, dass damit nicht nur das Zielgen bzw. der Ziellocus getroffen wird. Prof. Dr. Gerald G. Schumann
 

„Trotzdem ist es ein ermutigendes Ergebnis, dass man zumindest in diesen Regionen, die ein hohes Risiko haben, keine Veränderungen gefunden hat“, meint Cichutek. Die Frage nach Off-Target-Effekten müsse Gegenstand weiterer Untersuchungen sein, denn „ es würde natürlich die gesamte CRISPR/Cas9-Methodenanwendung in der Medizin in Frage stellen, wenn zahlreiche Off-Target-Mutationen gefunden würden“, so Cichutek.

Was bringt das Genom-Editing von Embryonen?

„Das ‚Gene Editing‘ von Embryonen ist in Deutschland durch das Embryonenschutzgesetz verboten“, sagt Cichutek. Eine Alternative ist die Präimplantationsdiagnostik (PID). Auch diese sei in Deutschland verboten, doch das Verbot der PID werde unter bestimmten Umständen aufgehoben. Sie bedürfe der Zustimmung ernannter Ethikkommissionen und werde dann nur in zugelassenen Zentren durchgeführt.

 
Das ‚Gene Editing‘ von Embryonen ist in Deutschland durch das Embryonenschutzgesetz verboten. Prof. Dr. Klaus Cichutek
 

„PID kann erlaubt werden, wenn sich eines oder beide Elternteile durch eine krankheitsauslösende genetische Disposition auszeichnen, die ein hohes Risiko für eine schwerwiegende Erbkrankheit oder eine kindliche Schädigung mit hoher Wahrscheinlichkeit einer Tot- oder Fehlgeburt erwarten lässt“, sagt Cichutek.

Künftige Anwendungsmöglichkeiten unklar

Der PEI-Präsident sieht die Zukunft der CRISPR-Cas9-Technologie eher in einem anderen Bereich. „Die Therapie monogener Erbkrankheiten und andere Therapien mit genetisch modifizierten Zellen werden sicherlich von CRISPR-Cas außerordentlich profitieren. Momentan werden bei einigen Gentherapie-Verfahren noch integrierende Vektoren eingesetzt, die in einzelnen Studien Sicherheitsprobleme aufgeworfen haben.“

Ma und seine Kollegen ziehen aus ihren Ergebnissen ein positives Fazit: „Die Effektivität, Genauigkeit und Sicherheit des vorgestellten Verfahrens zeigen, dass es das Potenzial hat, für die Korrektur erblicher Mutationen bei Menschen eingesetzt zu werden und die Präimplantationsdiagnostik zu ergänzen.“

 
Aus unserer Sicht müssen einige Sicherheitsaspekte der CRISPR-Cas-Methode noch erforscht werden, bevor eine Anwendung in der Medizin Routine werden kann. Prof. Dr. Klaus Cichutek
 

„Aus unserer Sicht müssen einige Sicherheitsaspekte der CRISPR-Cas-Methode noch erforscht werden, bevor eine Anwendung in der Medizin Routine werden kann“, sagt Cichutek. Momentan sei eine Anwendung an Embryonen nicht nur verboten, sondern auch ethisch nicht gerechtfertigt und gesellschaftlich nicht akzeptiert. Dies habe seine Ursache unter anderem auch in den Ängsten vieler Menschen in Bezug auf nicht medizinische Anwendungen wie die Erzeugung von Designer-Babys.



REFERENZEN:

1. Ma H, et al: Nature (online) 2. August 2017

Kommentar

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