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Wie sicher ist Gen-Editierung in menschlichen Embryonen?
Treffer mit Nebenwirkungen: Mit sogenanntem Base Editing konnten Forscher in menschlichen Embryonen einzelne DNA-Bausteine so präzise verändern, dass am Zielgen PCSK9 sämtliche Allele editiert wurden. Gleichzeitig entstanden mosaikartige Nebenveränderungen, seltene Chromosomenschäden und bei einer anderen Darreichungsform Entwicklungsstopps, weshalb das Verfahren derzeit nicht für die Fortpflanzungsmedizin geeignet ist.
New York (U.S.A.). Die klassische Genschere CRISPR-Cas9 trennt beide Stränge der DNA. Bei frühen menschlichen Embryonen kann die Reparatur solcher Doppelstrangbrüche jedoch ganze Chromosomenabschnitte beeinträchtigen. Base Editing soll dieses Problem umgehen: Statt die Doppelhelix vollständig zu durchtrennen, verändert der Editor einzelne DNA-Bausteine über einen Schnitt an nur einem Strang.
Forscher der Columbia University um Dieter Egli haben nun untersucht, wie zuverlässig solche Eingriffe in befruchteten menschlichen Eizellen funktionieren. Das Team zielte auf PCSK9 sowie die Hämoglobin-Gene HBG1 und HBG2. Der verwendete Adenin-Base-Editor ABE8e-V106W sollte dabei einzelne DNA-Buchstaben austauschen, ohne einen klassischen Doppelstrangbruch zu erzeugen.
Wurde der Editor als Protein direkt bei der Befruchtung eingebracht, erreichte er am PCSK9-Ziel sämtliche Allele. Die Embryonen konnten sich bis zum Blastozystenstadium entwickeln, und aus editierten Embryonen ließen sich homozygot veränderte Stammzelllinien gewinnen. In der aktuellen Fachfassung fanden die Forscher keine kleinen Insertionen oder Deletionen, wohl aber seltene Chromosomenbrüche am Zielort und chromosomale Auffälligkeiten.
„Um ein Gen zu editieren, muss man naturgemäß zuerst die DNA beschädigen“, sagt Štěpán Jeřábek von der Columbia University.
Ein zweites Problem zeigte sich abseits der gewünschten Änderung. An benachbarten Basen und an anderen Stellen des Genoms entstanden zusätzliche Veränderungen, die nicht in allen Zellen gleich waren. Solche Mosaike machen den genetischen Endzustand eines Embryos schwer vorhersagbar, obwohl das eigentliche Zielgen sehr effizient editiert werden kann.
Auch die Form, in der der Editor in die Zelle gelangte, machte einen entscheidenden Unterschied. Als Protein war ABE8e-V106W mit der Entwicklung bis zur Blastozyste vereinbar. Wurde der Editor dagegen als Boten-RNA eingebracht, kam es häufig zum Entwicklungsstopp. Die Autoren führen dies auf eine Aktivität des Deaminase-Anteils zurück, die unabhängig von der Leit-RNA wirkt.
„Die Studie zeigt, dass frühe Embryonen Einzelstrangschäden der DNA wirksam reparieren können, während die Reparatur von Doppelstrangbrüchen in diesem Entwicklungsstadium deutlich unzuverlässiger ist“, erklärt Štěpán Jeřábek.
Bemerkenswert ist zudem der Unterschied zur Vorfassung der Arbeit. Der im Juni veröffentlichte Preprint berichtete noch von effizientem Base Editing ohne chromosomale Auffälligkeiten oder große Deletionen. Die nun begutachtete und angenommene Fachfassung beschreibt dagegen seltene Chromosomenbrüche und chromosomale Anomalien. Für die Sicherheitsbewertung ist deshalb die neuere Fassung maßgeblich.
Damit zeigt die Studie zwei Seiten derselben Technik. Einzelne Zielstellen lassen sich in einem sehr frühen Entwicklungsstadium mit hoher Effizienz verändern, und die dabei erzeugten Einzelstrangschäden werden besser repariert als Doppelstrangbrüche. Gleichzeitig bleiben unerwünschte Veränderungen des Genoms und Störungen der Embryonalentwicklung möglich.