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Neue Technologie schaltet Gene beliebig „ein“

Viele Erkrankungen, die mit bestimmten Genen verbunden sind, beruhen darauf, dass diese entweder nicht „eingeschalten“ oder „ausgeschalten“ sind. Eine der Möglichkeiten, wie eine Zelle bestimmte Gene ausschaltet, besteht darin, dass ein kleines Molekül (eine Methylgruppe) reversibel an die DNA angefügt wird. Meist neigen DNA-Stränge mit häufiger „Methylierung“ dazu, „ausgeschalten“ zu sein. Im Gegensatz dazu sind Gene die weniger Methylgruppen aufweisen, oft „eingeschalten“.

Bisher war es nicht möglich, den Grad der DNA-Methylierung an bestimmten Genen zu manipulieren, um die Funktion des Gens näher untersuchen zu können. Kürzlich ist es Wissenschaftlern jedoch mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Technologie gelungen, spezifische DNA-Methylierungen an bestimmten Genen in Maus und menschlichen Zellen zu entfernen. Mittels der neuen Technologie lässt sich die DNA-„Demethylierungs“-Aktivität auf jede beliebige Stelle in der DNA – also auf jedes zu untersuchende Gen – richten, ohne Schäden an der Grundstruktur oder Aktivitäten an unerwünschten Genabschnitten zu verursachen.

Um die Forschung voranzutreiben, wurde nun die „Bedienungs-Anleitung“ zu dieser Technologie freigegeben. Bleibt zu hoffen, dass dieser Ansatz eines Tages vielleicht dazu beiträgt, etwa Gene in Zellen, die die Insulinausschüttung bei Typ-1-Diabetes steuern und auf „ausgeschalten“ programmiert sind, wieder einschalten zu können. Naheliegende Anwendungsgebiete finden sich auch in der Krebsforschung oder der rheumatoiden Arthritis, meinen die Wissenschaftler.

Referenz:
McGill University, Montreal
Unraveling the functional role of DNA demethylation at specific promoters by targeted steric blockage of DNA methyltransferase with CRISPR/dCas9, Nature Comm 2021; https://www.nature.com/articles/s41467-021-25991-9

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Tiere mit eingebauter Genschere

Gentechnisch veränderte Tiere liefern wichtige Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen von Gesundheit und Krankheit. Die Forschung hat sich hauptsächlich auf gentechnisch veränderte Mäuse konzentriert, obwohl andere Spezies, wie etwa Schweine, der menschlichen Physiologie ähnlicher sind.
ForscherInnen der Technischen Universität München (TUM) zeigen jetzt einen Weg auf, wie molekulare Mechanismen von Krankheitsresistenzen oder biomedizinische Fragestellungen im Nutztier effizient untersucht werden können: In der Grundlagen- und biomedizinischen Forschung können die Forschenden jetzt Gen-Mutationen gezielt in ein Wunschorgan einbringen oder auch bestehende Gene korrigieren, ohne für jedes Ziel-Gen neue Tiermodelle erzeugen zu müssen. Dies reduziert auch die Anzahl an Versuchstieren.

Ermöglicht wurde dies durch den Einbau des richtigen Werkzeugs, der „Genschere“ CRISPR/Cas9, die dauerhaft in den Organen von zwei Tierspezies – Schweinen und Hühnern – eingebracht wurde, um die Informationen der DNA punktgenau umzuschreiben zu können. Gene können damit inaktiviert oder gezielt modifiziert werden. „Es müssen also nur noch die leitenden RNAs eingebracht werden, um Tiere zu bekommen, die bestimmte genetische Eigenschaften haben“, so Mitautor Benjamin Schusser (TUM).

Besonders nützlich sind die von den Forschenden erzeugten gesunden Hühner und Schweine im Bereich der biomedizinischen und landwirtschaftlichen Forschung. So werden Schweine gerne als Krankheitsmodelle in der Krebsforschung eingesetzt, da ihre Anatomie und Physiologie dem Menschen viel mehr ähnelt als die der Maus. Der Mechanismus des CRISPR/Cas9 Systems kann außerdem zur Bekämpfung von Infektionen mit DNA-Viren nützlich sein. „Erste Arbeiten in Zellkulturen zeigten, dass das für das Geflügel-Herpesvirus schon funktioniert“, so Schusser.

Referenz:
TU München
Cas9-expressing chickens and pigs as resources for genome editing in livestock, PNAS 2021, https://doi.org/10.1073/pnas.2022562118

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