Genschalter

CRISPRoff deaktiviert einzelne Gene dauerhaft

Robert Klatt

Der Genschalter CRISPRoff kann gezielt Gene dauerhaft deaktivieren, ohne dabei die DNA zu verändern.

Cambridge (U.S.A.). Wissenschaftler des Whitehead Institute for Biomedical Research haben einen Genschalter entwickelt, der es ermöglicht einzelne Gene dauerhaft auszuschalten. Die kürzlich im Fachmagazin Cell vorgestellte Technik mit dem Namen „CRISPRoff“ verändert bei der Gen-Editierung nicht die DNA selbst, sondern verhindert, dass die in einem Gen gespeicherten Informationen gelesen und in RNA umgeschrieben werden.

Demnach manipuliert der Genschalter CRISPRoff die Epigenetik einer Zelle. Überdies konnten die Forscher um Jonathan Weissman zeigen, dass die Deaktivierung eines Gens über Hunderte von Zellteilungen vererbt wird. Dies erfolgt selbst dann, wenn die Zellen ihren Zelltypen ändern.

Genmarkierung per Enzym Cas9

CRISPRoff basiert wie die Genschere „CRISPR-Cas“, mit der schon Experimente an Babys durchgeführt wurden, auf dem bakterielle Enzym Cas9. Dies wird bei CRISPRoff jedoch im Gegensatz zu CRISPR-Cas in einer deaktivierten Variante verwendet.

Bei CRISPRoff wir das bakterielle Enzym Cas9 nicht wie bei CRISPR-Cas als Schneidewerkzeug, sondern zur Markierung der gewünschten Gene mit Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, die eine Methylgruppe bilden, genutzt. Der Genschalter CRISPRoff kopiert somit den Mechanismus der Methylierung, der auch von Zellen zur Deaktivierung von DNA-Abschnitten verwendet wird.

CRISPRon als Gegenstück zu CRISPRoff

Außerdem entwickelten die Wissenschaftler mit „CRISPRon“ ein Gegenstück zu CRISPRoff. CRISPRon entfernt von Genen sämtliche Methylgruppen und aktiviert damit zuvor deaktivierte Genabschnitte wieder.

Laut der Studie konnten die Wissenschaftler mit CRISPRoff deutlich mehr unterschiedliche DNA-Abschnitte deaktivieren als sie zuvor erwarteten. CRISPRoff inaktiviert zum Beispiel auch Bereiche der DNA ohne CpG-Inseln, also Abschnitte mit besonders hohen Anteil der Basen Cytosin und Guanin. Zuvor ging die Wissenschaft davon aus, dass eine Methylierungen nur mit vorhandenen CpG-Inseln erfolgt.

Vererbung von Genen

In Zukunft soll die neue Technik CRISPRoff zur weiteren Erforschung epigenetischer Prozesse, ohne dass dabei die DNA der Zellen direkt verändert werden muss und zur Erforschung der Vererbung von Genen genutzt werden. Der Vorteil liegt im Vergleich zum bisher verwendeten CRISPR-Cas-System laut den Entwicklern von CRISPRoff daran, dass sich die DNA bei Verwendung ihrer Technik nicht selbst reparieren muss. Bisher ist es dir Forschung nicht gelungen, die Reparaturmechanismen der DNA zu kontrollieren. Dies führte in zahlreichen Experimenten zu unerwünschten Effekten. Möglicherweise kann CRISPRoff später aber auch in der Medizin eingesetzt werden, etwa zur Deaktivierung von krank machenden Genen.

Cell, doi: 10.1016/j.cell.2021.03.025

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