Der Weg zur Behandlung 7

Bei ADOA wird das Absterben des Sehnervs meist durch einen Fehler im OPA1-Gen verursacht. Das OPA1-Gen sorgt für die Produktion des OPA1-Proteins, das für die ordnungsgemäße Funktion der Sehnervenzellen wichtig ist. Es gibt mehrere Forscher, denen es gelungen ist, das OPA1-Gen unter Laborbedingungen zu verändern. Dies ist sehr wichtig, da das reparierte Protein sowohl den langsamen Zelltod des Sehnervs als auch den langsamen Rückgang der Sehkraft stoppt.

Der leitende Genetiker einer aktuellen Studie, Professor Michael Cheetham vom University College London Institute of Ophthalmology, war bereit, die Studie in Laienbegriffen zusammenzufassen, zu erklären, was wir von der Forschung erwarten können und wie diese Arbeit letztendlich zu einer Heilung von ADOA beitragen könnte .

Können Sie die Forschung mit Laienbegriffen beschreiben?
Erbliche Veränderungen im OPA1-Gen führen zu einem defekten Protein, was zu einem niedrigeren Energieniveau in den Sehnervenzellen und schließlich zum Zelltod führt. Dies ist die Ursache von ADOA. Unser Team korrigierte die Veränderungen im Gen, indem es mithilfe der neu entwickelten Geneditierungsmethode CRISPR/CAS9 Stammzellen von Patienten entnahm. Durch die Korrektur der Genmutation wurde das Protein wiederhergestellt, das Energieniveau der Sehnervenzellen erhöht und der Zelltod unter Laborbedingungen verringert. 

Wie lautet das Fazit der Studie in ein oder zwei Sätzen?
Die Studie zeigt, dass die Korrektur der erblichen Veränderungen im Gen die durch das defekte Protein verursachten Defekte in den Sehnervenzellen verhindern kann. Wir haben das OPA1-Gen an der Stelle korrigiert, die die ADOA+-Mutation verursacht, und gezeigt, dass die Sehnervenzellen tatsächlich nicht absterben.

Können Sie etwas genauer erklären, wie Sie das OPA1-Gen (technisch) bearbeitet haben?
ADOA wird normalerweise durch genetische Fehler im OPA1-Gen verursacht. Das OPA1-Gen kodiert für die Produktion eines großen Proteins namens OPA1. Das OPA1-Protein ist im Wesentlichen ein Schalter, der die Energieaktivität der Sehnervenzelle mithilfe eines Faktors namens GTP steuert. Die Veränderungen in OPA1, die ADOA verursachen, breiten sich über das gesamte Gen aus, betreffen verschiedene Teile des Proteins und führen normalerweise dazu, dass kein Protein gebildet wird. Manchmal führen Rechtschreibfehler (die einen Bausteintyp in einen anderen umwandeln) in dem Teil des Proteins, der an GTP bindet, zur Produktion eines fehlerhaften Proteins. Das defekte Protein kann dann die Funktion der anderen normalen Kopie des Proteins beeinträchtigen. In diesem Fall können sich bei anderen betroffenen Geweben vielfältigere Symptome entwickeln, was bei Menschen mit ADOA+ der Fall ist. Diese Abweichung im OPA1-Protein haben wir in dieser Studie auch korrigiert. Dies ist wichtig, da dieser Ansatz nicht nur die benötigte zweite Kopie produziert, sondern auch das defekte „schlechte“ Protein entfernt und verhindert, dass es schädliche Auswirkungen auf die Sehnervenzelle hat.

Mehrere Mutationen im OPA1-Gen können ADOA verursachen. In dieser Studie haben wir uns jedoch auf einen ganz bestimmten Teil des OPA1-Gens konzentriert, um die OPA1-Proteine ​​zu korrigieren. So funktioniert im Wesentlichen die von uns verwendete CRISPR-Technologie – sie ist ein großer Durchbruch für die Forschung, weil sie es uns Forschern ermöglicht, fast überall im Genom Veränderungen vorzunehmen. Mithilfe eines sogenannten RNA-Leitfadens, der ein Enzym Cas9 anweist, an einer bestimmten Stelle zu schneiden, und einer Reparaturschablone, die dann den beschädigten Teil des Gens durch einen Prozess ersetzt, der als homologe gerichtete Reparatur (HDR) bezeichnet wird. Mit diesem HDR korrigieren Zellen während ihres Wachstums Fehler in ihrer DNA.

Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, dass sie sehr spezifisch ist – es handelt sich um einen Ansatz, der für jede unterschiedliche DNA-Veränderung entwickelt und getestet werden muss. Die gute Nachricht ist, dass wir kürzlich in der Lage waren, mit neuen Leitfäden und Korrekturvorlagen auf andere Änderungen in OPA1 abzuzielen. Die Möglichkeit, mehrere oder unterschiedliche Ziele mit derselben Leitlinie anzusprechen, würde jedoch bedeuten, dass diese sehr nahe beieinander liegen müssten (und normalerweise sind sie nicht so). Allerdings kommen einige der vererbten Veränderungen bei OPA1 recht häufig vor, sodass bei Personen mit derselben Anomalie dieselben Hilfsmittel eingesetzt werden können.

Allerdings gibt es Versuche, große Genblöcke auf weniger spezifische Weise zu ersetzen – diese sind jedoch viel weniger effizient und wurden in OPA1 noch nicht ausprobiert.

Wie können diese Ergebnisse zu einem Medikament gegen ADOA beitragen?
Jetzt haben wir ein System zur Herstellung von Sehnervenstammzellen mit bearbeiteten Genen etabliert. Diese stellen die notwendige Infrastruktur für die weitere Forschung bereit. Mit diesen gentechnisch veränderten Stammzellen können wir Sehnervenzellen in Laborschalen herstellen und sie nutzen, um den Krankheitsprozess in einer menschlichen Sehnervenzelle zu verstehen. Bei der Suche nach einer Behandlung können wir diese gentechnisch veränderten Stammzellen auch nutzen, um Vergleiche mit den ursprünglichen Patientenzellen anzustellen und zu testen, wie gut mögliche Therapien wirken. Kurz gesagt, wir sind bereit, mit der Erprobung von Therapien bei Biotech-Unternehmen oder anderen akademischen Labors zu beginnen. Wir können auch versuchen, effiziente Methoden zu entwickeln, um die Veränderungen in Sehneuronen zu manipulieren.

Kann dieser Ansatz bei echten ADOA-Patienten ausprobiert werden?

Bevor wir diese Therapie bei lebenden Patienten anwenden können, müssen wir einige technologische Herausforderungen bewältigen. Echte Sehnervenzellen sind keine Stammzellen, und in dieser Studie erfordert die HDR-Technologie, dass sich die Zellen teilen. Da sich Sehnervenzellen bei einem ADOA-Patienten nicht mehr teilen, würde dieser Ansatz ohne Modifikationen nicht funktionieren. Wir erwägen verschiedene Ansätze zur Wiederherstellung von Genen in einer lebenden Sehnervenzelle, aber Wissenschaftler wie wir befinden sich noch in einem frühen Stadium der Entwicklung einer praktischen Therapie.

Was wir mit Sicherheit wissen, ist, dass, wenn wir das Gen reparieren, das reparierte Gen den Zelltod in Stammzellen stoppen kann, und wir hoffen, dass das Gleiche auch im Sehnerv geschieht.

Verbessert eine solche Genbearbeitung das Sehvermögen oder trägt sie nur dazu bei, dass die Ganglienzellen der Netzhaut (viel) länger überleben? Kann eine solche Gentherapie also den Sehverlust umkehren oder nur das Sehvermögen stabilisieren?
Dieser Ansatz ähnelt vielen anderen, die derzeit entwickelt und getestet werden – er zielt in erster Linie darauf ab, Sehnervenzellen zu einem längeren Überleben zu verhelfen. Es ist möglich, dass dadurch neben der Stabilisierung des Sehvermögens auch die verbliebenen Sehnervenzellen besser funktionieren. Allerdings kann dieser Ansatz bereits verlorene Zellen nicht ersetzen. Daher wäre es für jemanden, der sehr stark von ADOA betroffen ist, von begrenztem Nutzen.

Offenbar ist das eine sehr spannende Entwicklung, die wir in den nächsten Jahren verfolgen werden!

Von Peter Makai