„Kernwaffen“

Nicht nur die Abfolge der Basen in der DNA legt fest, welche Eigenschaften eines Genotyps sich im Phänotyp wiederfinden: Die Genexpression hängt auch von der Verpackung der DNA ab und die ist variabel. Je nach Verpackung der DNA kann ein Gen besser oder schlechter für die Ablesung (Transkription) zugänglich sein. Der Bereich der Biologie, der sich mit diesem Phänomen beschäftigt, nennt sich „Epigenetik“.

Die Verpackung passiert im Zellkern und dabei kann auch mal etwas schiefgehen. Manche Krankheiten entstehen durch „Verpackungsfehler“. Eine Veränderung der DNA-Sequenz durch CRISPR-Cas hilft da nicht viel – man muss andere „Kernwaffen“ einsetzen. Mit dem „toten“ dCas9 (einem Cas9-Schneide-Enzym, dem man die Schneidezähne gezogen hat), kann man mit Hilfe einer spezifischen CRISPR-RNA ausgewählte Verpackungs-Enzyme (Chromatin-Regulatoren) an bestimmte Gene lotsen. Die DNA wird dabei nicht verändert, nur die Verpackung erleichtert oder erschwert (je nach Regulator) das Ablesen des Gens. Eine ziemlich geniale Nutzung von Cas9, um Gene zu aktivieren oder zu inaktivieren!

naturechromatinregulator_cut
Quelle: https://www.nature.com/articles/s41467-017-00644-y (CC BY 4.0)

Man muss die etwas komplizierte Grafik nicht genau verstehen, hier nur für diejenigen, die es genauer wissen möchten: Die CRISPR-RNA (sgRNA) ist durch die rot gezeichneten MS2-Loops etwas verlängert worden. Die MS2-Loops können das MS2 Protein binden.
An das MS2-Protein wurde das FKBP-Protein gekoppelt. FKBP hat die Eigenschaft, Rapamycin (RAP) zu binden und zusammen mit RAP an Frb zu binden.
An Frb hat man nun ein Verpackungs-Enzym gekoppelt. Da gibt es verschiedene Möglichkeiten z.B. Einpacker oder Auspacker.
Durch dCas9 wird so ein Chromatinregulator genau an eine bestimmte Stelle in der DNA geholt und der verpackt dort die DNA oder entpackt sie.
Das Pfiffige an dem ganzen System ist, dass der Regulator nur geholt wird, wenn Rapamycin anwesend ist. Rapamycin ist ein Wirkstoff, der z. B. zur Immunsuppression nach Organtransplantationen eingesetzt wird. Es ist ein kleines Molekül, das man von außen zugeben kann (z. B. als Pille schlucken kann). Damit kann man steuern, ob der Regulator geholt wird oder nicht. Man kann sogar steuern, wie oft er geholt wird.
Dieses ganze komplizierte System in einen kranken Menschen zu kriegen und da noch in ein betroffenes Organ, ist eine Herausforderung! In Zellkulturen funktioniert das aber schon – und das ist ein sehr guter Anfang! Von der Forschung bis zur Anwendung dauert es halt ein paar Tage!

Eine halbwegs verständliche Beschreibung findet man hier: „Inside Job: dCas9 Hijacks Endogenous Chromatin Machinery to Modulate Gene Expression

Die wissenschaftliche Originalveröffentlichung findet man hier: „Rapid and reversible epigenome editing by endogenous chromatin regulators

Autor: Wolfgang Nellen

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