Neue Technologie verbessert die Effizienz der DNA-Editierung und tötet Krebszellen im Labor

Ein universeller Ansatz zur Selektion editierter Zellen und zur Eliminierung von Zellen mit Krebsmutationen

Auf den Punkt gebracht

• DNA-Editierung wird effizienter: Die neue Methode steigert die Effizienz der Genom-Editierung um das Siebenfache und erhöht die Anzahl präzise modifizierter Zellen maßgeblich.
• Die Mutation selbst wird zum Marker: Im Gegensatz zu früheren Methoden, bei denen Marker-DNA zugesetzt wurde, dient bei diesem neuen Ansatz die Editierung selbst als Marker. Editierte Zellen besitzen dann keine passende Schnittstelle mehr und können somit nicht erneut geschnitten werden.
• Krebsmutationen können gezielt bekämpft werden: Mithilfe der neuen Methode ist es möglich, Zellen mit Krebsmutationen im Labor selektiv abzutöten. Der Weg von Laborversuchen bis zur klinischen Anwendung ist jedoch noch lang.

Genom-Editierung ermöglicht es Wissenschaftlern, die DNA-Sequenz von Zellen zu verändern – eine Technologie mit großem Potenzial für die Forschung und mögliche Therapien. Eine Herausforderung besteht jedoch darin, dass die Editierung oft nur bei einem kleinen Teil der Zellen funktioniert. Forscher müssen daher Wege finden, um die erfolgreich editierten Zellen von allen anderen zu trennen. In einer neu veröffentlichten Studie stellen Forschende des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig eine neue effiziente Strategie zur Selektion vor, bei der programmierbare Genscheren zum selektiven Abtöten unerwünschter Zellen eingesetzt werden. Das Team zeigt auch, dass diese Methode verwendet werden kann, um Zellen mit Krebsmutationen im Labor präzise abzutöten.

Das Einbringen von Mutationen in menschliche Zellen durch Genom-Editierung ermöglicht es Krankheiten zu erforschen und neue Therapien zu entwickeln. Bei der Genom-Editierung wird die DNA an einer bestimmten Stelle mit programmierbaren „CRISPR-Cas”-Genscheren geschnitten. Um zu überleben, müssen die Zellen diesen Bruch reparieren. Forscher können eine DNA-Reparaturvorlage bereitstellen, die die Mutation trägt, die sie einbringen möchten. Die gewünschte Mutation wird jedoch oft nur in einem kleinen Teil der Zellen eingebaut, sodass es notwendig ist, die editierten Zellen anzureichern. Traditionelle Selektionsmethoden basieren auf dem Einfügen zusätzlicher DNA-Sequenzen, die Fluoreszenz erzeugen oder Resistenz gegen bestimmte Antibiotika verleihen. Diese Marker sind zwar wirksam, können jedoch unbeabsichtigt das Zellverhalten verändern und sind für viele Anwendungen nicht geeignet.

Siebenfache Steigerung der Editierungseffizienz

Um diese Limitation zu überwinden, entwickelten Forscher am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig eine Methode, bei der die eingeführte Mutation selbst zum Marker wird. Nach der ersten Editierungsrunde durchlaufen die Zellen eine zweite Runde, in der alle DNA-Reparaturwege blockiert werden. Zellen, die im ersten Schritt erfolgreich editiert wurden, sind geschützt, da sie keine passende Schnittstelle mehr enthalten und somit nicht erneut geschnitten werden können. Alle uneditierten Zellen werden jedoch geschnitten und sterben ab, da sie den Bruch nicht reparieren können.

Mit dieser Strategie erreichte das Team eine siebenfache Steigerung der Editierungseffizienz, in einigen Fällen konnten die editierten Zellen sogar auf 100 Prozent angereichert werden. Die Methode wurde an 42 verschiedenen Genomstellen, mit verschiedenen Genom-Editierungswerkzeugen und an mehreren Zelltypen validiert. „Unsere Methode ist ein einfach zu verwendendes Werkzeug, das die Anzahl präzise modifizierter Zellen erheblich erhöht“, sagt Luise Fast, Erstautorin der Studie.

Zellen mit Krebsmutationen selektiv abtöten

Die Forscher zeigten auch, dass die Methode verwendet werden kann, um Zellen mit Krebsmutationen in Kultur selektiv abzutöten. Krebszellen tragen spezifische Mutationen, die sie von gesunden Zellen unterscheiden. Durch die gezielte Ansteuerung dieser krebsspezifischen Mutationen schneidet der neue Ansatz nur die DNA der Krebszellen. Wenn die Reparaturwege blockiert werden, sterben diese Zellen ab, während gesunde Zellen intakt bleiben. In einigen Fällen werden Krebsmutationen sogar in einen gesunden Zustand zurückversetzt. „Unser Ansatz könnte eine interessante Alternative zur herkömmlichen Chemotherapie darstellen, die auch gesunde Zellen schädigt“, sagt Stephan Riesenberg, leitender Forscher des Projekts. „Dennoch erfordert die potentielle Anwendung dieser Methode zur Abtötung von Krebszellen weitere umfangreiche Forschung. Der Weg von Laborversuchen bis zur möglichen klinischen Anwendung ist noch lang.“