{"id":6608,"date":"2018-12-05T13:40:05","date_gmt":"2018-12-05T12:40:05","guid":{"rendered":"https:\/\/biovariance.com\/uncategorized\/crispr-cas-in-der-hiv-therapie\/"},"modified":"2023-04-05T11:45:54","modified_gmt":"2023-04-05T09:45:54","slug":"crispr-cas-in-der-hiv-therapie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/biovariance.com\/de\/erkrankungen\/crispr-cas-in-der-hiv-therapie\/","title":{"rendered":"CRISPR\/Cas in der HIV-Therapie"},"content":{"rendered":"

\"CRISPR\/Cas\"CRISPR\/Cas<\/strong> ist zurzeit in aller Munde. Deswegen gibt es diese Woche einen Beitrag \u00fcber DAS Genome-Editing-Werkzeug und aufgrund des Welt-AIDS-Tages<\/strong> letzten Samstag erste Erfolge in der HIV-Behandlung und einer Nachricht, die letzten Monat viele schockiert hat.<\/p>\n

\u00a0<\/h3>\n

 <\/p>\n

Die DNS<\/h3>\n

\"Der Im\u00a0Black-Friday-Beitrag<\/a>\u00a0ging es schon grob um Chromosomen und DNS<\/strong>. Kurz zur Erinnerung: Die DNS ist ein langes, kettenf\u00f6rmiges Polymer, das aus einzelnen Bausteinen, den Nukleotiden besteht. Ein Nukleotid setzt sich zusammen aus einem Phosphat, einem Zucker und aus einer von den vier Basen (Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T)). Watson & Crick entschl\u00fcsselten 1953 die Struktur:1<\/sup> sie stellten fest, dass die DNS eine Doppelhelix bildet. Zwei solcher kettenf\u00f6rmigen Polymere, auch Einzelstr\u00e4nge genannt, lagern sich in entgegengesetzter Richtung zusammen, was sich komplement\u00e4r nennt. Das R\u00fcckgrat bildet hierbei das Phosphat und der Zucker, w\u00e4hrend sich die Basen \u00fcber Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen miteinander paaren und zwar immer die Base Adenin mit Thymin, und Cytosin mit Guanin.<\/p>\n

CRISPR\/Cas – Definition<\/h3>\n

Um nun zu CRISPR<\/strong> zu kommen: CRISPR steht f\u00fcr clustered regularly interspaced short palindromic repeats<\/em>, auf Deutsch also gruppierte, kurze, palindromische Wiederholungen mit regelm\u00e4\u00dfigen Abst\u00e4nden. Ein Palindrom ist in diesem Fall eine Sequenz, bei der die Basen auf dem einen DNS-Strang die gleiche Reihenfolge aufweisen, wie die auf dem komplement\u00e4ren Strang \u2013 nur in entgegen gesetzter Richtung. Sie weisen also gegenl\u00e4ufig die gleiche Sequenz auf. \"Palindromsequezen\" Auch wenn solchen Sequenzen ein Promotor vorangeschaltet ist, der daf\u00fcr zust\u00e4ndig ist, dass die DNS zuerst in RNS (= Ribonukleins\u00e4ure) transkribiert und dann in Proteine translatiert wird, ergeben diese jedoch kein funktionst\u00fcchtiges Protein. Lange Zeit wurde der Sinn dahinter nicht verstanden.<\/p>\n

CRISPR\/Cas – Geschichte<\/h3>\n

Bereits 1987 entdeckte\u00a0Yoshizumi Ishino<\/a> in dem Bakterienstamm Escherichia coli<\/em> K12 die Existenz sich wiederholender DNS-Abschnitte. Er identifizierte gleiche Sequenzen aus jeweils 29 Nukleotiden, die von variablen Regionen aus 32 Nukleotiden unterbrochen wurden.2<\/sup> 1993 wurde ein \u00e4hnliches Motiv in der DNS von Mycobacterium tuberculosis<\/em> entdeckt, einem der \u00dcbertr\u00e4ger der Tuberkulose.3<\/sup> 2002 wurden \u00e4hnliche Strukturen im Genom vieler Prokaryonten, zu denen Bakterien und Archaeen z\u00e4hlen, beobachtet und der Begriff CRISPR<\/a> gepr\u00e4gt. Zus\u00e4tzlich wurde eine Gruppe von Genen entdeckt, die in allen untersuchten Organismen nahe der CRISPR-Sequenz liegen und wurden daher als CRISPR-associated genes<\/em> (Cas-Gene) bezeichnet.4<\/sup> 2005 wurde heraus gefunden, dass die Sequenzen, die zwischen den Palindrom-Sequenzen liegen und als Spacer<\/em> (Platzhalter) bezeichnet werden, mit der DNS von Viren identisch ist.5,6,7<\/sup> \"Illustration Sch\u00e4tzungen zufolge gibt es ca. 4-6×1030<\/sup> Prokaryonten<\/strong> auf der Erde und etwa zehnmal so viele Viren<\/strong>. Da diese, wie im\u00a0letzten Beitrag<\/a> bereits erw\u00e4hnt, zum \u00dcberleben auf Wirtszellen angewiesen sind, vernichten sie alle zwei Tage ca. die H\u00e4lfte von ihnen. Es wurde somit die Hypothese aufgestellt, dass CRISPR-Bakterien und -Archaeen gegen diese Fremd-DNS der Viren verteidigt und somit als Immunsystem fungiert.5,6,7<\/sup> 2007 wurde diese Behauptung durch Barrangov und Kollegen best\u00e4tigt, die gezeigt haben, dass Bakterien, die mit Phagen (Gruppen von Viren) infiziert wurden, Teile deren DNS als Spacer<\/em> zwischen die CRISPR-Bereiche integriert haben und somit eine Immunit\u00e4t gegen\u00fcber diesen Erregern aufgebaut haben: k\u00fcnstlich eingef\u00fcgte Spacer<\/em>, die die Sequenz von Viren enthielten, haben die Bakterien gegen\u00fcber der Fremd-DNS resistent gemacht. Das Experiment funktionierte auch umgekehrt \u2013 die Bakterien verloren diese erworbene Resistenz wieder, wenn die Sequenzen deletiert wurden.8<\/sup> Somit wurde gezeigt, dass Prokaryonten ein adaptives Immunsystem besitzen, mit dem sie sich DNS-Sequenzen von Erregern merken, \u00e4hnlich beim Menschen durch Antik\u00f6rper, und bei erneuter Infektion deren DNS zerschneiden k\u00f6nnen. Im Detail funktioniert der Mechanismus wohl so: bei einer Infektion wird die DNS der Viren in kleine Fragmente aufgespalten und in die CRISPR-Abschnitte eingef\u00fcgt. Bei einem erneuten Befall werden diese Abschnitte in RNS umgeschrieben \u2013 deswegen auch der vorangeschaltete Promotor \u2013 und die virale DNS \u00fcberpr\u00fcft. Stimmt diese mit der \u201egespeicherten\u201c \u00fcberein, wird sie durch DNS-schneidende Proteine, den Cas-Proteinen, zerst\u00fcckelt und dadurch zerst\u00f6rt.9<\/sup><\/p>\n

Genome-Editing<\/h3>\n

\"Genome-Editing Dieses Erkennen und Schneiden einer Sequenz wird schon l\u00e4nger beim sogenannten Genome-Editing<\/strong> genutzt.\u00a0Genome-Editing ist ein pr\u00e4zises Instrument, mit dem die DNS gezielt ver\u00e4ndern wird. Gene k\u00f6nnen damit in eine bereits vorhandene Sequenz eingef\u00fcgt, entfernt oder komplett ausgetauscht werden. Auch einzelne Nukleotide k\u00f6nnen somit ge\u00e4ndert werden. Eine neue \u00c4ra in der Molekularbiologie stellte die Entdeckung von Restriktionsenzymen in den 1970er Jahren dar: diese Enzyme erkennen charakteristische Sequenzen und schneiden diese.10<\/sup> Das Problem hierbei ist, dass sich der Zielort schwer vorhersagen l\u00e4sst, da die Erkennungssequenz meist nur wenige Basenpaare lang ist und somit vermehrt im Genom vorkommt. \"Schematische Mit CRISPR\/Cas werden solche ungewollten Effekte weitgehend verhindert. Zus\u00e4tzlich ist dieses Verfahren zuverl\u00e4ssig, schnell und kosteng\u00fcnstig. Das Funktionsprinzip beruht auch wie bei andere Genome-Editing Methoden auf folgenden drei Schritten: Es muss zuerst die Stelle im Genom gefunden werden, die gezielt ver\u00e4ndert werden soll. Es wird eine \u201eSonde\u201c bzw. ein Vektor konstruiert, der die gew\u00fcnschte Zielsequenz, auch als gRNS (guide<\/em>RNS) bezeichnet, und die Sequenz f\u00fcr die molekular Schere \u2013 dem Protein Cas9 \u2013 enth\u00e4lt. Am Zielort angekommen, schneidet Cas9 den DNS-Doppelstrang genau an der gew\u00fcnschten Sequenz. Zum Schluss kommt das zelleigene Reparatursystem ins Spiel und f\u00fcgt die durchtrennten DNS-Str\u00e4nge wieder zusammen.11<\/sup> Hier hat die Zelle zwei M\u00f6glichkeiten: Nicht-homologe Endverkn\u00fcpfung<\/strong> (Non-homologous end joining<\/em> NHEJ) oder homologe Rekombination<\/strong> (Homology directed repair<\/em>, HDR). \"Nicht-homologe Bei NHEJ entstehen zuf\u00e4llige Insertionen, bzw. Deletionen durch einzelne Nukleotide, die zu einer Gen-Inaktivierung f\u00fchren, da der Leserahmen (ORF; der Bereich, der f\u00fcr ein potentielles Protein codiert) dadurch verschoben wird. Bei HDR wird ein Template<\/em> (Vorlage) hinzugef\u00fcgt, um der Zelle genau vorzugeben, welche neue Sequenzen eingebaut werden sollen.<\/p>\n

Gentherapie<\/h3>\n

\"KlassischeBisher wurden schon Patienten mit defekten Genen durch eine klassischen Gentherapie<\/strong> behandelt. Hierbei wurden sie mit einem Virus behandelt, der das neue funktionsf\u00e4hige Gen tr\u00e4gt und in die betroffenen Zellen einbaut. Doch auch hier ist das Problem, dass es sich nicht vorhersagen l\u00e4sst, wo genau im Genom das entsprechende Gen eingebaut wird.12<\/sup> Mit CRISPR wird dieser Umstand umgangen und der Zielort genau vorherbestimmt. \u00a0<\/p>\n

\u00a0<\/h3>\n

CRISPR\/Cas in der HIV-Therapie<\/h3>\n

Es wurden schon erste Erfolge in der Behandlung mittels CRISPR\/Cas verzeichnet, beispielsweise in der HIV-Therapie<\/strong>. Eine Infektion mit dem HI-Virus ist mittels\u00a0retrovirale Therapie<\/a> (ART) weitgehend unter Kontrolle gebracht, eine komplette Heilung gibt es jedoch noch nicht. Versuche haben gezeigt, dass CRISPR\/Cas effektiv HI-Viren<\/a> bek\u00e4mpft. Mithilfe der molekularen Schere hat das Team um Kamel Khalili und Won-Bin Young sowohl in M\u00e4usen, als auch in menschlichen Immunzellen, die auf \u201ehumanisierte\u201c M\u00e4use \u00fcbertrugen wurden, das virale Erbgut aus mehr als 95% der infizierten Zellen entfernt.13<\/sup> \"Illustration Eine Aussicht auf eine Anwendung direkt am Menschen ist jedoch noch nicht in Sicht. Denn auch diese Methode ist nicht ohne Risiken. Zum einen werden nur 95% entfernt, der Rest reicht, um die Krankheit erneut ausbrechen zu lassen. Zum anderen wird f\u00fcr den Transport der CRISPR-DNS ein Virus verwendet, der im K\u00f6rper eine Immunantwort ausl\u00f6st und somit nur einmal eingesetzt werden kann. Au\u00dferdem stehen die Transportviren in Verdacht, Tumore auszul\u00f6sen.14<\/sup> Eine weitere Arbeitsgruppe hat dieses Jahr mittels CRISPR\/Cas die regulatorischen Gene von HIV zerst\u00f6rt, sodass dieser nicht weiter in der Lage war, sich in den infizierten Zellen zu vermehren. Daf\u00fcr haben sie einen Vektor konstruiert, der sowohl Cas9 als auch eine von sechs verschiedenen gRNSs codiert. Diese Vektoren wurden in Zellen transfiziert, die die regulatorischen Proteine des Virus (Tat und Rev) exprimieren. Dadurch wurde eine signifikante Erniedrigung in der Expression und Funktion der Proteine verzeichnet, ohne dass dies das \u00dcberleben der Zellen beeintr\u00e4chtigt hat.15\u00a0<\/sup>Durch diese beiden Ver\u00f6ffentlichungen zeigt sich, dass es durch CRISPR eine Heilung f\u00fcr HIV-infizierte Menschen geben k\u00f6nnte. \"Durch Eine Nachricht<\/a>, die viele Menschen geschockt hat, kam letzten Monat aus China. Ein Wissenschaftler behauptet, dass die zwei ersten, durch CRISPR\/Cas ver\u00e4nderten Babys zur Welt gekommen sind. He Jiankui hat eine Frau mit Embryonen befruchtet, bei denen als Zygote mittels CRISPR\/Cas das Gen CCR5<\/em> zerst\u00f6rt wurde. Dieses codiert ein Rezeptorprotein, an welches sich der HI-Virus bei Infektion anheftet und somit essentiell f\u00fcr diesen ist. Ziel dieser Arbeit war nicht, dass die \u00dcbertragung des Virus durch die Eltern verhindert wird, sondern vielmehr, dass die Kinder nicht das gleiche Schicksal erleiden m\u00fcssen wie ihre Eltern und somit gegen den Virus resistent sind.16<\/sup> Kritik<\/strong> kam hierbei von allen Seiten. Ein wohl wichtiges Argument ist, dass es auch einige HIV-St\u00e4mme gibt, die f\u00fcr die Infektion ein anderes Rezeptorprotein (CXCR4) verwenden.16<\/sup> Zudem kommt der ethische Aspekt. In Deutschland, USA und vielen anderen L\u00e4ndern sich derartige Manipulationen verboten.17\u00a0<\/sup>Die durch Genome-Editing versursachte Ver\u00e4nderungen werden auch an nachfolgende Generationen weitergegeben, somit sind die Risiken, die damit einher gehen, bisher kaum abzusch\u00e4tzen.17\u00a0<\/sup>Deshalb bleibt der Einsatz dieser \u201eWunderwaffe\u201c nach wie vor mit gro\u00dfer Vorsicht zu genie\u00dfen. \u00a0 Ansprechpartner: Kristina Schraml (kristina.schraml@biovariance.com) Quellen<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

CRISPR\/Cas ist zurzeit in aller Munde. Deswegen gibt es diese Woche einen Beitrag \u00fcber DAS Genome-Editing-Werkzeug und aufgrund des Welt-AIDS-Tages letzten Samstag erste Erfolge in der HIV-Behandlung und einer Nachricht, die letzten Monat viele schockiert hat. \u00a0   Die DNS Im\u00a0Black-Friday-Beitrag\u00a0ging es schon grob um Chromosomen und DNS. 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