Feinabstimmung der Genschere CRISPR

04.12.2018 - Dänemark

Die Einführung des Tools zur Genbearbeitung, der sogenannten Genschere CRISPR, im Jahr 2007 war eine Revolution in der Medizin und Zellbiologie. Aber obwohl die Perspektiven groß sind, wurde die Einführung von CRISPR von einer Debatte begleitet, die sich insbesondere auf ethische Fragen und den Grad der Genauigkeit und Nebenwirkungen der Technologie konzentrierte.

Forscher des Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research haben jedoch beschrieben, wie eine der CRISPR-Technologien, die sogenannte Cas12a, funktioniert - bis auf die molekulare Ebene. Dadurch ist es möglich, den Prozess der Gen-Editierung so zu verfeinern, dass nur die gewünschten Effekte erzielt werden.

Wenn wir CRISPR mit einem Automotor vergleichen, haben wir eine vollständige 3D-Karte des Motors erstellt und so ein Verständnis dafür gewonnen, wie er funktioniert. Dieses Wissen wird es uns ermöglichen, den CRISPR-Motor zu verfeinern und auf verschiedene Weise funktionieren zu lassen - sowohl als Formel-1-Rennfahrer als auch als Geländewagen", sagt Professor Guillermo Montoya vom Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research.

Molekularer Film

Die Forscher haben die Technologie mit einem so genannten Kryoelektronenmikroskop abgebildet. Die kürzlich eingeweihte CryoEM-Anlage an der Universität Kopenhagen hat den neuesten Stand der Technik erreicht, so dass die Forscher die verschiedenen Formen des Moleküls fotografieren können, wenn CRISPR-Cas12a den DNA-Strang zerschneidet.

Sie kombinierten es mit einer fluoreszierenden Mikroskopietechnik namens "single molecule FRET", die die Bewegungen der Moleküle und die Abfolge der Ereignisse für jedes einzelne Protein direkt beobachtet.

Diese Abfolge der Ereignisse zeigte den Forschern unter anderem, dass drei "Stücke" der CRISPR-Tools ihre Form ändern müssen, damit die DNA richtig geschnitten werden kann.

Unsere neue Studie zeigt die genaue Reihe von Ereignissen im Genom, die zur Genaufbereitung führen. Diese drei "Stücke", die sich ändern, funktionieren wie Sicherheitskontrollen am Flughafen. Sie müssen alle Kontrollen abschließen und zwar in der richtigen Reihenfolge", sagt Professor Nikos Hatzakis vom Fachbereich Chemie und vom Nano-Science-Center.

Nach Ansicht der Forscher können ihre neuen Erkenntnisse erklären, warum die CRISPR-Technologie Nebenwirkungen auf das Genom haben kann. Nach dem Schneiden des DNA-Strangs bleiben die drei "Sicherheitschecks" offen.

Dies kann dazu führen, dass der Prozess länger dauert als gewünscht, da die Maschinerie hinter der Gentechnik weiterläuft und genetische Veränderungen verursachen kann.

Jetzt erwarten die Forscher jedoch, dass ihr neues Wissen dem ein Ende setzt. Sie glauben, dass es genutzt werden kann, um die Gen-Editing-Technologie sofort zu verfeinern.

Originalveröffentlichung

Stefano Stella, Pablo Mesa, Johannes Thomsen, Bijoya Paul, Pablo Alcón, Simon B. Jensen, Bhargav Saligram, Matias E. Moses, Nikos S. Hatzakis, Guillermo Montoya; "Conformational Activation Promotes CRISPR-Cas12a Catalysis and Resetting of the Endonuclease Activity"; Cell; 2018

https://www.bionity.com/de/news/159548/feinabstimmung-der-genschere-crispr.html