Gentherapie

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Korrektur hämatopoetischer Stammzellen durch mRNA-Transfer

Hämatopoetische Stammzelle (HSC) im Knochenmark besitzen zwei fundamentale Eigenschaften. Zum einen sind sie in der Lage, sich selbst zu erneuern und somit das Reservoir dieser Zellen weitgehend konstant zu halten. Zum anderen differenzieren sie sich in die vielen unterschiedlichen Zellen, die im Blut zirkulieren und die Versorgung des Organismus mit Sauerstoff, die Kontrolle der Blutgerinnung und die vielfältigen Funktionen des Immunsystems sicherstellen. Wegen dieses umfangreichen Funktionsspektrums, das von diesen Zellen abhängt, können große Probleme entstehen, wenn mit diesen Zellen etwas nicht stimmt.

Erforderliche Korrekturen sind auf der einen Seite gut etabliert. Andererseits sind sie komplex und teils mit großen Belastungen für die betroffenen Patienten verbunden. In aller Regel muss der vorhandene, defekte Stammzellpool zerstört und durch ein unmodifiziertes oder ein gentherapeutisch modifiziertes Transplantat eines Spenders ersetzt werden.

Forschende um Professorin Dr. Laura Breda von der Abteilung für Hämatologie am Children's Hospital in Philadelphia stellen in einer Arbeit im Fachjournal »Science« einen eleganten Weg vor, um einerseits die Funktion eines defekten Gens zu korrigieren und anderseits einen Stammzellpool zu zerstören, ohne die drastischen Maßnahmen einer Hochdosis-Radio-/Chemotherapie einsetzen zu müssen.

Ihnen gelang es, mRNA-Moleküle, die in Lipid-Nanopartikeln verpackt waren, direkt in Knochenmark-Stammzellen einzuschleusen. Um möglichst gezielt die Zellen des hämatopoetischen Stammzell-Pools anzusteuern, modifizierten die Forschenden die Lipid-Nanopartikel mit einem Anti-CD117-Antikörper. CD117 ist identisch mit der Tyrosinkinase KIT, die auch als Stammzellfaktor-Rezeptor bezeichnet wird und auf der Oberfläche von hämatopoetischen Stammzellen und von einigen hämatopoetischen Vorläuferzellen exprimiert wird.

Die Forschenden verwendeten in ihrer Arbeit nukleosidmodifizierte und damit vor Abbau weitgehend geschützte mRNA, die die Informationen für die sogenannte Cre-Rekombinase, für ein CRISPR/Cas9-Adeninbasen-Editor-Fusionsgen oder für das pro-apoptotische PUMA tragen. Diese komplexe Zusammenstellung verschiedener Informationseinheiten vermittelt folgende Funktionen:

• Mithilfe der Cre-Rekombinase ist es möglich, ein fremdes Gen in ein Genom zu integrieren.
• Das CRISPR/Cas9-Adeninbasen-Editor-Fusionsgen wird durch eine Leit-RNA des CRISPR/Cas9-Systems an eine Position dirigiert, wo der Adeninbasen-Editor ein A-Nukleotid durch ein G-Nukleotid austauscht.
• Das pro-apoptotische PUMA-Protein interagiert mit antiapoptotischen Mitgliedern der BCL-2-Familie. Letztlich führt dies zu einer mitochondrialen Dysfunktion, sodass Cytochrom c freigesetzt wird und die Zelle kontrolliert durch Apoptose abstirbt.