CRISPR-Cas9-Technik: Optimiertes Redigieren

27. März 2015
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Die CRISPR-Cas9-Technik ist eine Gentechnikmethode, mit der sich das Erbgut von Zellen und Organismen präzise und mit hoher Effizienz redigieren lässt. Durch das Blockieren des DNA-Enzyms Ligase IV könnte die Erfolgsrate des Verfahrens um das Achtfache erhöht werden.

„Wofür früher Jahre benötigt wurden, genügen jetzt Monate“, hebt der Genforscher und Immunologe Prof. Rajewsky die Bedeutung der CRISPR-Cas9-Technik zur Modifizierung des Genoms hervor. Das CRISPR-Cas9-Verfahren macht Forschung nicht nur erheblich schneller, sondern ist zugleich auch effizienter und preiswerter als bisherige Verfahren und zudem leichter zu handhaben. Die CRISPR-Cas9-Technik ermöglicht es an ausgewählten Positionen im Genom von Zellen oder Modellorganismen gezielte DNADoppelstrangbrüche zu erzeugen. An solchen künstlich herbeigeführten Bruchstellen können Forscher Gene einfügen, herausschneiden oder den genetischen Code nach Wunsch verändern.

Säugetierzellen verfügen über zwei verschiedene natürliche Mechanismen, um entstandene DNA-Doppelstrangbrüche zu reparieren. Der HDR Reparaturweg ermöglicht das Einfügen vorgeplanter Genmodifikationen mit von außen zugeführten DNA-Molekülen, die Sequenzidentität mit dem Zielgen besitzen und als Reparaturmatrize dienen. Die HDR Reparatur ist sehr präzise aber nur wenig effizient.

Der andere Reparaturmechanismus, NHEJ, ist in der Natur wesentlich häufiger und effizienter, da hierbei die DNA-Stränge ohne Reparaturmatrize einfach wieder neu verbunden werden, wobei häufig aber kurze Sequenzbereiche verloren werden. Die NHEJ Reparatur ermöglicht somit nur die Erzeugung kurzer, unpräziser Deletionen, also der Entfernung von DNA-Bausteinen, aber nicht von Insertionen und vorgeplanter Sequenzmodifikationen im Genom.

In die Trickkiste der Natur greifen

Viele Forscher arbeiten im Labor daran, die Reparaturverfahren für präzisere Modifizierungen des Genoms ohne Redigierfehler zu optimieren. Ihnen gelang es jetzt, die Effizienz des präziser arbeitenden Reparaturverfahrens HDR zu erhöhen, indem sie den in Zellen dominanten Reparaturgehilfen von NHEJ, das Enzym DNA Ligase IV, vorübergehend ausschalteten. Dazu setzen sie unter anderem Proteine und „small molecules“ ein.

„Wir nutzen die Trickkiste der Natur, indem wir mit Hilfe von Proteinen von Adenoviren die Ligase IV blockierten und so die Effizienz des Verfahrens bis um das Achtfache erhöhen konnten“, sagt Dr. Kühn. So gelang es den Forschern in über 60 Prozent aller manipulierten Mauszellen ein Gen an einer bestimmten Stelle ins Genom einzufügen.

Originalpublikation:

Increasing the efficiency of homology-directed repair for CRISPR-Cas9-induced precise gene editing in mammalian cells
Klaus Rajewsky et al.; Nature Biotechnology online, doi: 10.1038/nbt.3198; 2015

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Forschung, Medizin

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