Die Genbearbeitung von Hunden bietet Hoffnung für die Behandlung der menschlichen Muskeldystrophie

Eine Hundekolonie am Royal Veterinary College in London hat eine Mutation, die eine Krankheit ähnlich der Duchenne-Muskeldystrophie verursacht.

Royal Veterinary College

Die Genbearbeitung von Hunden bietet Hoffnung für die Behandlung der menschlichen Muskeldystrophie

Von Jon CohenAug. 30, 2018, 14:00 Uhr

Bei der Bekämpfung von Feuer mit Feuer haben Forscher, die mit Hunden arbeiten, einen genetischen Fehler behoben, der die Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) verursacht, indem er die DNA weiter schädigt. Der ungewöhnliche Ansatz unter Verwendung des Genomeditors CRISPR ermöglichte es einem mutierten Gen, wieder ein Schlüsselprotein für die Muskulatur zu bilden. Die Leistung, die zum ersten Mal bei einem großen Tier erzielt wurde, hofft, dass eine solche genetische Chirurgie eines Tages diese lähmende und tödliche Krankheit bei Menschen verhindern oder behandeln kann. Schätzungsweise 300.000 Jungen auf der ganzen Welt sind derzeit von DMD betroffen.

Die Studie überwachte nur vier Hunde für weniger als 2 Monate; Es müssen mehr Tierversuche durchgeführt werden, um die Sicherheit und Wirksamkeit zu belegen, bevor Versuche am Menschen beginnen können. Trotzdem "kann ich nicht anders, als mich außerordentlich aufgeregt zu fühlen", sagt Jennifer Doudna von der University of California in Berkeley, die die Ergebnisse letzte Woche bei einem CRISPR-Treffen hörte, an dessen Organisation sie beteiligt war. "Dies ist wirklich ein Hinweis darauf, in welche Richtung sich das Feld bewegt, um gentechnisch veränderte Moleküle an die Gewebe abzugeben, die sie benötigen und einen therapeutischen Nutzen haben. Natürlich sind wir noch nicht da, aber das ist der Traum."

Die Studie, die diese Woche auch in Science online erscheint, wurde vom Molekularbiologen Eric Olson vom Southwestern Medical Center der University of Texas (UT) in Dallas geleitet, dessen Team zuvor ähnliche Ergebnisse bei Mäusen erzielt hatte. "Wir wollten dies auf die ultimative Probe stellen und herausfinden, ob wir es bei einem großen Tier schaffen", sagt Olson. Die positiven Ergebnisse - CRISPR stellte das Protein Dystrophin in kritischen Körpermuskeln, einschließlich des Herzens, schnell wieder her - "brachten Tränen in die Augen und waren umwerfend", sagt er.

Die Studie liefert nur wenige Hinweise darauf, dass Hunde ihre Muskelfunktion wiedererlangt haben und dass einige Wissenschaftler in Verbindung mit der kurzen Studiendauer und der geringen Anzahl untersuchter Tiere weniger begeistert waren. Ein Forscher auf dem Gebiet der engmaschigen DMD, der sich nicht erkundigte, ob die Studie dazu gedrängt wurde, Investitionen in Exonics Therapeutics zu tätigen, ein in Boston ansässiges Unternehmen, das Olson im vergangenen Jahr zur Entwicklung der potenziellen Behandlung ins Leben gerufen hatte.

Olson sagt, sein Team habe schnell gearbeitet, nicht aufgrund von Unternehmensambitionen, sondern um das Konzept zu beweisen, bevor es auf längere, gründlichere Hundeversuche ausgeweitet wurde, die letztendlich für Versuche am Menschen erforderlich sind. Die wenigen Tiere, die anfangs untersucht wurden, spiegeln die Sensibilität für das Experimentieren mit Hunden wider. "Wir sind uns ethischer Bedenken sehr bewusst und haben unser Bestes getan, um den Einsatz von Hunden auf ein absolutes Minimum zu beschränken."

Das Dystrophin- Gen, das größte im menschlichen Körper, enthält 79 separate codierende Regionen oder Exons, die zusammenarbeiten, um ein Protein mit 3500 Aminosäuren zu erzeugen. So viel DNA bietet eine Menge Möglichkeiten für Mutationen, die DMD verursachen können. Es wird jedoch nur eine funktionale Kopie des Gens benötigt, und weil es auf dem X-Chromosom sitzt, haben Mädchen eine Sicherungskopie. Jungen mit einer Behinderung entwickeln früh im Leben Gehprobleme und sterben im Durchschnitt Mitte 20 an Herz- und Atemversagen.

Dystrophin (grün) ist in normalen Hundemuskelzellen häufig (links), bei Beagle mit Muskeldystrophie (Mitte) fast nicht vorhanden und bei einem mit CRISPR behandelten betroffenen Beagle teilweise wiederhergestellt (rechts).

UNIVERSITÄT TEXAS SÜDWESTLICHES MEDIZINZENTRUM

Ungefähr 13% der Jungen mit DMD haben Mutationen in einem Bereich zwischen Exon 45 und 50, der Exon 51 "aus dem Rahmen" stößt und einen Schraubenschlüssel in die Zellmaschinerie wirft, die die Anweisungen des Gens liest, wodurch die Produktion von Dystrophin gestoppt wird. 2009 identifizierte ein Team unter der Leitung von Richard Piercy am Royal Veterinary College in London ein Spaniel mit Anzeichen von DMD, bei dem eine spontane Mutation das Exon 50 löschte und das Exon 51 auf ähnliche Weise aus dem Bild verschob. Sie züchteten später einen Verwandten dieses Hundes mit Beagles, die seit langem in der biomedizinischen Forschung eingesetzt werden, um eine Kolonie mit DMD-Symptomen zu schaffen.

Zusammen mit Piercys Gruppe haben Olson und Kollegen die molekularen Scheren von CRISPR entworfen, um zu Beginn von Exon 51 bei den erkrankten Beagles einen Schnitt zu machen. Das Team hoffte, dass die Zelle, wenn sie versuchte, die Scheibe zu reparieren, versehentlich Fehler in Exon 51 einbrachte, was dazu führte, dass die Proteinherstellungsmaschinerie das Exon komplett ausließ und ein verkürztes, aber immer noch funktionsfähiges Dystrophin produzierte. (Ein neu zugelassenes Medikament für DMD, Eteplirsen, fördert auch ein solches Exon-Skipping, aber seine Wirksamkeit wird immer noch kontrovers diskutiert.)

Eine weitere Herausforderung bestand darin, Milliarden von Muskelzellen in einem lebenden Tier zu verändern. Deshalb engagierte das Team einen Helfer: ein harmloses Adeno-assoziiertes Virus, das bevorzugt die Skelettmuskulatur und das Herzgewebe infiziert. Zwei 1 Monat alte Hunde erhielten intramuskuläre Injektionen des Virus, die so konstruiert waren, dass sie die molekularen Komponenten von CRISPR trugen. Sechs Wochen später produzierten diese Muskeln wieder Dystrophin. Diese Ergebnisse veranlassten die Forscher, zwei weiteren Hunden, die ebenfalls 1 Monat alt sind, eine intravenöse Infusion zu verabreichen, um zu prüfen, ob die CRISPR-tragenden Viren den Genomeditor den Muskeln im gesamten Körper hinzufügen können. Nach Angaben von Olson stieg der Dystrophin-Spiegel in mehreren Muskeln innerhalb von 8 Wochen auf einen relativ hohen Wert an und erreichte 58% des normalen Werts im Zwerchfell und 92% im Herzen. Da die Hunde jedoch eingeschläfert wurden, konnte Olson kaum Anzeichen dafür zeigen, dass sie DMD-Symptome vermieden hatten, abgesehen von einem dramatischen Video eines behandelten Hundes, der normal ging und sprang.

"Es gibt viele Fragen, die beantwortet werden müssen", bestätigt Leonela Amoasii, die in Olsons Labor an der UT Southwestern arbeitet und Leiterin der Gen-Bearbeitung bei Exonics ist. Die Skelettmuskulatur wird ständig ersetzt, sodass die Behandlung ihre Stammzellen erreichen müsste, um die Notwendigkeit wiederholter Injektionen zu vermeiden. Es sind längere Studien erforderlich, um sicherzustellen, dass die CRISPR-Behandlung keine krebserregenden Mutationen hervorruft. Selbst wenn es die Fähigkeit zur Herstellung von Dystrophin sicher wiederherstellt, hilft die Behandlung wahrscheinlich nur Jungen, die es früh im Leben erhalten, da der Muskelschaden irreversibel ist. Und letztendlich müsste die Behandlung auf viele andere DMD-bedingte Mutationen abzielen, um den meisten Jungen mit der Krankheit zu helfen. "Wir müssen sicherstellen, dass wir alle i-Punkte setzen und alle t-Punkte kreuzen, da die Auswirkungen auf die DMD- und CRISPR-Therapie immens sind", sagt Olson.