CRISPR-Cas-basierte Therapieansätze für Ataxie und Huntington-Krankheit

Die Entwicklung krankheitsmodifizierender Therapien für die Huntington-Krankheit (HK) hat seit der Entdeckung der krankheitsauslösenden Mutation im Huntingtin-Gen (HTT) im Jahr 1993 eine fundamentale Transformation erlebt. Der Fokus hat sich von nachgeschalteten pathophysiologischen Mechanismen hin zur Entlastung des Körpers von schädigenden mutierten Genprodukten und der krankheitsverursachenden Mutation selbst verschoben. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Therapieansätze, insbesondere die vielversprechende CRISPR-Cas-Technologie, und ihre Anwendung bei Ataxie und der Huntington-Krankheit.

Huntington-Krankheit: Eine genetische Herausforderung

Die Huntington-Krankheit (HK) ist eine autosomal-dominant vererbte neurodegenerative neuropsychiatrische Erkrankung, die im Verlauf zu progredienten motorischen und kognitiven Beeinträchtigungen führt. Sie führt typischerweise im mittleren Lebensalter zu Krankheitszeichen, anhand derer die klinische Phase der HK sicher diagnostiziert werden kann, und im Median nach etwa 15 bis 21 Jahren zum Tod. Die genetische Ursache der HK ist eine instabile Expansion einer CAG-Basentriplett-Sequenz innerhalb des ersten Exons des Huntingtin-Gens (HTT) auf Chromosom 4. Der Normalbereich endet bei 35 CAG-Wiederholungen, eine Expansion von mehr als 39 CAG-Wiederholungen führt im Laufe des Lebens immer zum Ausbruch der Erkrankung (vollständige Penetranz), wobei längere CAG-Wiederholungen mit früherem Krankheitsbeginn, extensiveren Beeinträchtigungen (z. B. epileptische Anfälle, Ataxie) und rascherer Progression der Erkrankung assoziiert sind. Mittels eines prädiktiven genetischen Tests können HTT-Mutationsträger bereits vor dem Auftreten klinischer Symptome zweifelsfrei identifiziert werden.

Frühe Therapieansätze und ihre Grenzen

Bereits vor der Entdeckung der HTT-Mutation sind zahlreiche zelluläre pathophysiologische Alterationen beschrieben worden, die als Ausgangspunkte für die Entwicklung neuroprotektiver Therapien dienten. Zu den ersten vermuteten Pathomechanismen zählte - in Analogie zum Dopaminmangel im Striatum bei der Parkinson-Erkrankung - ein Neurotransmitterdefizit, im Falle der HK eine Depletion von γ‑Aminobuttersäure (GABA) in den Basalganglien mit der Konsequenz einer GABA-Ersatztherapie oder der Gabe von GABAB-Rezeptor-Agonisten, z. B. Baclofen.

Inspiriert durch die Ähnlichkeit der striatalen Pathologie der HK und den pathologischen Veränderungen nach Applikation von Exzitotoxinen, insbesondere von N‑Methyl-D-Aspartat(NMDA)-Rezeptor-Agonisten wie Quinolinsäure oder selektiven Inhibitoren der Atmungskette (3-Nitroproprionsäure, 3NP), wurden Therapieansätze zur Hemmung der Exzitotoxizität, Förderung der Mitochondrienfunktion und Senkung des zellulären oxidativen Stresses entwickelt.

Seit der Entdeckung intranukleärer und zytoplasmatischer Proteinaggregate aus polyglutaminexpandierten HTT-Fragmenten im Gehirn transgener Modelle und verstorbener HK-Patienten rückten die proteinopathischen Aspekte der HK und insbesondere den Prozess der Bildung unlöslicher Proteinaggregate in den Vordergrund.

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RNA-basierte Therapieansätze: Gene-Silencing und Huntingtin-Lowering

In den vergangenen Jahren standen RNA-Ansätze („gene-silencing“ bzw. „huntingtin-lowering“) im Mittelpunkt des Interesses. In jüngster Zeit konzentrieren sich viele Therapieansätze darauf, die Länge der somatisch instabilen CAG-Mutation, deren Ausprägung im Laufe des Lebens zunimmt, selbst zu beeinflussen und zwar durch Modulation von DNA-Reparaturvorgängen, die zu einer weiteren Expansion der CAG-Mutation in einer gewebespezifischen Weise führen („somatische Instabilität“).

Historisch gesehen basierten das Verständnis der Pathogenese und damit auch die ersten krankheitsmodifizierenden Therapieansätze auf Erkenntnissen, die sich aus neuropathologischen und neurochemischen Analysen des Hirngewebes verstorbener HK-Patienten ergaben. Diese wiesen u. a. auf eine selektive neuronale Degeneration GABAerger Projektionsneuronen („medium spiny neurons“) im Striatum hin. Dies führte zu einem besseren Verständnis der pathophysiologischen Grundlagen für die HK-typische Bewegungsstörung und zur Entwicklung pharmakologischer Strategien zum Ausgleich des GABA-Defizits.

Exzitotoxizität und mitochondriale Dysfunktion als Therapieziele

Intensiv ist versucht worden, die Mechanismen zu verstehen, die zum krankheitstypischen selektiven Neuronenverlust im Striatum führen. Bereits vor Entdeckung der HTT-Mutation waren exzitotoxische Mechanismen als Ursache der striatalen Schädigung und der selektiven neuronale Degeneration im Striatum durch eine Dysregulation der exzitatorischen (i.e. glutamatergen) Neurotransmission und somit durch Exzitotoxitität vermutet worden. Passend zu dieser Hypothese wurden von einzelnen Arbeitsgruppen bei HK-Patienten erhöhte Glutamatkonzentrationen im Liquor und Striatum sowie eine reduzierte gliale Glutamattransporteraktivität gefunden.

Therapieansätze richteten sich somit auf antiglutamaterg wirkende Substanzen, die die glutamaterge Neurotransmission entweder postsynaptisch (z. B. durch die Blockade von NMDA-Rezeptoren) oder präsynaptisch (z. B. durch die Hemmung von Natriumkanälen) modulieren und so eine Exzitotoxizität hemmen sollten. Auf diesem Ansatz basierten großangelegte klinische Studien mit antiglutamaterg wirkenden Substanzen wie Remacemid, Amantadin und Memantin oder mit Riluzol und Lamotrigin.

Die Beobachtung, dass die intrastriatale Injektion von Mitochondrientoxinen ebenfalls zu einem HK-ähnlichen selektiven Neuronenverlust führt, stützte die Annahme, dass eine mitochondriale Dysfunktion ein wesentlicher Bestandteil der HK-Pathogenese sein könnte. So zeigt z. B. die intrastriatale Injektion von 3‑Nitropropionsäure bei Nagetieren eine ähnliche neurochemische und histologische Pathologie wie bei der HK. Therapeutisch wurden deshalb in RCTs die Wirksamkeit solcher Nahrungsergänzungsmittel und Antioxidanzien exploriert, von denen man sich versprach, dass diese die mitochondriale Funktion verbessern. Hierzu wurden u. a. Koenzym Q10, Ethyl-Eicosapentaensäure (EPA) und Kreatin auf Sicherheit, Verträglichkeit und Wirksamkeit überprüft. Eine neuere Studie untersucht, ob Resveratrol, ein antioxidativ wirksames Polyphenol, die Hirnatrophie bei Patienten in frühen Stadien der HK verlangsamen kann (NCT02336633, REVHD).

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Neuroinflammation als therapeutischer Ansatzpunkt

Wie bei den meisten neurodegenerativen Erkrankungen finden sich auch bei der HK Hinweise auf eine neuroinflammatorische Komponente, z. B. eine Akkumulation aktivierter Mikrogliazellen im Hirngewebe; auch erhöhte Spiegel proinflammatorischer Zytokine wurden berichtet. Daher wird eine Modulation der neuroinflammatorischen Komponente der HK als explorationswürdiger Ansatz angesehen. Eine randomisierte, placebokontrollierte Phase-II-Studie bei HK-Patienten in frühem Stadium der Erkrankung mit dem Immunmodulator Laquinimod (Legato-HD; NCT02215616), die noch nicht vollständig publiziert ist, konnte allerdings keine Verbesserung des klinischen Phänotyps und keine Verlangsamung der klinischen Krankheitsprogression nachweisen; es wurde allerdings eine Verlangsamung der progressiven Hirnatrophie, v. a. Vaccinex führte eine randomisierte, placebokontrollierte Phase-II-Studie mit einem monoklonalen Antikörper gegen Semaphorin 4D (SEMA4D; VX15) bei Patienten im Frühstadium der HK durch (SIGNAL; NCT02481674). SEMA4D ist ein an neuroinflammatorischen Signalwegen beteiligtes Transmembranprotein; präklinische Studien legen in einem transgenen Mausmodell für die HK nahe, dass VX15 Einfluss auf die Gehirnatrophierate haben könnte.

Agonisten des Sigma-1-Rezeptors (SIG1R) könnten über eine Reihe von Mechanismen neuroprotektiv wirken, z. B. durch eine Absenkung der mit der Proteinproduktion verknüpften Belastung des endoplasmatischen Retikulums („ER-Stress“). Pridopidin (ACR16) ist ein oral verfügbarer, putativer SIG1R-Agonist, der in mehreren präklinischen Studien untersucht worden ist. In drei RCTs bei Patienten mit der HK (HART, MermaiHD, PRIDE-HD) zeigte sich zwar keine robuste Verbesserung der motorischen Symptome; allerdings ergab sich eine Tendenz zu einem geringeren Funktionsverlust („total functional capacity“, TCF) bei langer Behandlungsdauer (≥ ein Jahr).

Strategieänderung: Entlastung von schädigenden Genprodukten

Das tiefere Verständnis der Pathogenese der HK haben in der jüngeren Vergangenheit zu einer Strategieänderung in der Entwicklung krankheitsmodifizierender Therapien geführt. Wie bei den meisten dominanten Erbkrankheiten muss auch bei der HK davon ausgegangen werden, dass die Expansionsmutation und die mutanten Genprodukte neue, auf zellulärer Ebene toxisch wirkende Eigenschaften erwerben („toxic gain-of-function“). Die Idee ist dabei, den Körper von schädigenden Genprodukten (prä-mRNA, reife mRNA, Protein) zu entlasten, wodurch auch alle nachgeschalteten zellulären und systemischen Mechanismen, die möglicherweise zu einer Funktionsbeeinträchtigung führen, abgeschwächt werden sollten. Eine Absenkung der intrazellulären HTT-Spiegel kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden, die unterschiedliche Ansatzpunkte haben.

Ein möglicher proximaler Therapieansatzpunkt ist das mutierte Huntingtin-Protein (mHTT). Es ist bekannt, dass Fragmente des mHTT im Zellkern und Zytoplasma aggregieren. Zusätzlich wird vermutet, dass bei der HK die neuronale Proteostase („zelluläres Proteinequilibrium“) beeinträchtigt ist. Dies könnte zu einem mangelhaften mHTT-Abbau durch das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) bzw. über Autophagie führen und somit zu einer Akkumulation von mHTT. Präklinische Studien mit kleinen, die mHTT-Proteostase beeinflussenden Molekülen zeigten in vitro und in vivo mäßige Effekte und wurden noch nicht in klinischen Studien untersucht. Ein anderer Ansatz besteht in der Verwendung von PROTACs („proteolysis-targeting chimera proteins“) zur gezielten Ausrichtung des UPS auf die Beseitigung von mHTT-Fragmenten. In HK-Fibroblasten konnte z. B. mittels PROTACS die mHTT-Konzentration verringert werden. Ein weiterer Ansatz besteht in der Hochregulierung der autophagischen Proteindegradation. Studien in HK-Zell- und Tiermodellen konnten nachweisen, dass dies zu einer Reduktion der mHTT-Aggregate führt. Andere präklinische Studien zeigten, dass hochspezifische intrazelluläre Anti-HTT-Antikörper („intrabodies“) die Toxizität und Aggregation von mHTT reduzieren können. Ein intrastriatal injizierter Adeno-assoziierter Virusvektor (AAV-Vektor) mit der Kodierungssequenz für die INT41-Intrabodies (rAAV6-INT41) konnte die striatalen HTT-Aggregate reduzieren und die Kognition im R6/2-Mausmodell der HK verbessern.

Es gibt zudem Hinweise, dass mHTT von Zelle zu Zelle weitergegeben werden kann und mHTT sich so ähnlich wie Prionen im Gewebe ausbreiten könnte.

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ASOs, RNAi und Spleißmodulatoren zur Reduktion der HTT-mRNA

Eine Vielzahl von Ansätzen zur Reduktion der HTT-mRNA wurde in (prä-)klinischen Studien untersucht. Im Vordergrund stehen Antisense-Oligonukleotide (ASOs), RNA-Interferenz-basierte Strategien (RNAi) und orale Spleißmodulatoren. Jeder dieser Ansätze interveniert auf der RNA-Ebene und kann in vitro und in Tiermodellen die HTT-Spiegel senken. Im Hinblick auf die klinische Erprobung stellen ASOs die am weitesten entwickelte Strategie dar.

Antisense-Oligonukleotide (ASOs) sind synthetische, einzelsträngige DNA-Moleküle, die entsprechend dem Watson-Crick-Basenpaarungsprinzip an komplementäre (prä-)mRNA-Sequenzen binden. Das daraus hervorgehende RNA-DNA-Hybrid kann, je nach Komposition und Sequenz des ASOs, entweder (1) den Abbau der Ziel-RNA mittels Ribonuklease H1 (RNase H1), (2) die Veränderung des Spleißprozesses oder (3) die Hemmung der Translation bewirken. Der Großteil der bislang entwickelten ASOs wirkt über den zuerst genannten Abbaumechanismus und ist für allelselektives und nichtallelselektives HTT-Silencing geeignet.

Es gibt jedoch auch einige Herausforderungen. ASOs erzielen nur eine vorübergehende Senkung von mHTT (etwa 3 bis 4 Monate), da sie von körpereigenen Nukleasen abgebaut werden. ASOs müssen intrathekal verabreicht werden, da sie die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren können. Diese zeitlich begrenzte Wirksamkeit bietet andererseits den Vorteil, dass die ASO-Therapie jederzeit abgebrochen bzw. pausiert werden kann, sollten sich Unverträglichkeiten zeigen, bedeutet jedoch auch, dass eine wiederholte Verbreichung notwendig ist. Dies stellt für Patienten und Versorgungsstruktur eine erhöhte und andauernde Beanspruchung dar. Eine weitere Herausforderung ist die Verteilung der ASOs im Gehirn. Eine präklinische Studie mit Primaten zeigte nach intrathekaler ASO-Injektion zwar eine nachhaltige HTT-mRNA-Senkung in den meisten Hirn- und Rückenmarksregionen; das Ausmaß war jedoch in oberflächlichen Kortex- und Rückenmarksregionen größer als in tieferen Hirnstrukturen (z. B. den Basalganglien).

Klinische Studien mit Tominersen und Herausforderungen

IONIS-HTTRx wurde entwickelt. In einer randomisierten, placebokontrollierten Phase-Ib/IIa-Studie konnte nachgewiesen werden, dass alle Dosierungen gut vertragen wurden und zu einer dosisabhängigen Senkung des mHTT-Spiegels im Liquor führten. In GENERATION HD1 wurden mehr als 800 Teilnehmer mit klinisch manifester HK zwei Behandlungsarmen (intrathekale Bolusinjektionen von 120 mg Tominersen, entweder alle 8 oder alle 16 Wochen für 25 Monate) oder einem Placeboarm zugeteilt. Im März 2021 gab Roche auf Empfehlung des unabhängigen Datenüberwachungskomitees (Data and Safety Monitoring Committee, DSMC) den Stopp aller ASO-Injektionen in der Phase-III-Studie bekannt. Eine Analyse des DSMC hatte ergeben, dass Patienten im höheren Dosisarm einen ungünstigeren klinischen Verlauf hatten als Patienten im Placeboarm; zudem zeigte sich eine expositionsabhängige Vergrößerung der inneren Liquorräume. Auch für die laufende offene Nachbehandlungsstudie wurde die ASO-Injektion pausiert. Alle Teilnehmer werden aktuell weiterhin entsprechend dem Protokoll beobachtet.

Ungeklärt ist aktuell, ob die expositions- bzw. dosisabhängigen unerwünschten Effekte der intrathekalen Tominersen(IT)-Gaben auf klassenspezifische Effekte der chemisch modifizierten einzelsträngigen DNA oder auf „On-target“-Effekte zurückzuführen sind. Die wiederholte intrathekale Gabe von Nusinersen - wie auch von Tominersen - scheint zu einer Erweiterung der zerebralen Ventrikelräume bis hin zur Ausbildung eines klinisch apparenten Hydrozephalus führen zu können, vermutlich als Folge einer leichtgradigen, sterilen inflammatorischen Reaktion mit konsekutiver Liquorabflussstörung, die sich ab einem bestimmten Ausmaß klinisch negativ auswirkt. Seit 2017 wird die Sicherheit und Verträglichkeit zweier ebenfalls intrathekal applizierter, allelselektiver ASOs untersucht, entwickelt von der Firma…

CRISPR/Cas: Ein vielversprechender Ansatz für die Genomchirurgie

Die CRISPR/Cas-Technologie (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated protein) ist ein revolutionäres Werkzeug für die Genomchirurgie. Es basiert auf einem adaptiven antiviralen Abwehrmechanismus von Bakterien. Das CRISPR/Cas-System ermöglicht es, an einer bestimmten Stelle den DNA-Doppelstrang zu schneiden („CRISPR-knock-out“) und DNA-Modifikationen durchzuführen.

Funktionsweise und Anwendung

Das CRISPR/Cas-System besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Cas9-Enzym, das als molekulare Schere fungiert, und einer Guide-RNA (gRNA), die das Cas9-Enzym zu der spezifischen DNA-Sequenz führt, die verändert werden soll. Die gRNA ist so konzipiert, dass sie komplementär zu der Zielsequenz ist, wodurch das Cas9-Enzym präzise an die gewünschte Stelle im Genom dirigiert wird.

Einmal an der Zielstelle angekommen, schneidet das Cas9-Enzym den DNA-Doppelstrang. Dieser Bruch wird dann entweder durch zelluläre Reparaturmechanismen repariert, was zu einer Inaktivierung des Gens führen kann („knock-out“), oder es wird eine Vorlage für die Reparatur bereitgestellt, die es ermöglicht, spezifische DNA-Sequenzen einzufügen oder zu ersetzen.

CRISPR/Cas in der Therapie von Erbkrankheiten

Die CRISPR/Cas-Technologie hat das Potenzial, eine Vielzahl von Erbkrankheiten zu behandeln, indem sie defekte Gene korrigiert oder ausschaltet. Dies ist besonders relevant für Erkrankungen, die durch seltene Genmutationen mit starkem Effekt verursacht werden.

Einige Beispiele für Anwendungen von CRISPR/Cas in der Therapie von Erbkrankheiten sind:

• Hypertrophe Kardiomyopathie: US-Forscher haben den Gendefekt einer hypertrophen Kardiomyopathie mit der CRISPR/Cas-Methode korrigiert - und die Embryonen.
• Sichelzellanämie: Französische Forscher haben erstmals einen Patienten mit Sichelzellanämie erfolgreich mit einer Gentherapie behandelt.
• Spinocerebelläre Ataxie: Mit einem kurzen Stück RNA ist es gelungen, einen Teil des mutierten Gens CACNA1A in Mäusen stillzulegen, das.

Herausforderungen und ethische Aspekte

Obwohl die CRISPR/Cas-Technologie ein großes Potenzial für die Behandlung von Erbkrankheiten birgt, gibt es auch einige Herausforderungen und ethische Aspekte, die berücksichtigt werden müssen.

• Off-Target-Effekte: Das Cas9-Enzym kann manchmal an Stellen im Genom schneiden, die der Zielsequenz ähnlich sind, was zu unerwünschten Mutationen führen kann.
• Immunantwort: Der Körper kann eine Immunantwort gegen das Cas9-Enzym oder die gRNA entwickeln, was die Wirksamkeit der Therapie beeinträchtigen kann.
• Ethische Bedenken: Die Möglichkeit, das menschliche Genom zu verändern, wirft ethische Fragen auf, insbesondere im Hinblick auf Eingriffe in die Keimbahn, die an zukünftige Generationen weitergegeben werden könnten.

Der Deutsche Ethikrat fordert eine internationale Debatte über Keimbahninterventionen beim Menschen. Die Ärztekammer Niedersachsen hat vor unkontrollierten Eingriffen in das menschliche Erbgut gewarnt.

Gentherapie bei Ataxie: Ein Überblick

Ataxie ist ein Sammelbegriff für verschiedene neurologische Erkrankungen, die durch Störungen der Koordination und des Gleichgewichts gekennzeichnet sind. Einige Formen von Ataxie sind erblich bedingt und werden durch Mutationen in spezifischen Genen verursacht.

Spinocerebelläre Ataxien (SCA)

Spinocerebelläre Ataxien (SCA) sind eine Gruppe von erblichen Ataxien, die durch Degeneration des Kleinhirns und anderer Teile des Nervensystems gekennzeichnet sind. Es gibt über 40 verschiedene Arten von SCA, die jeweils durch Mutationen in unterschiedlichen Genen verursacht werden.

Einige Beispiele für SCA, die durch Gentherapie behandelt werden könnten, sind:

• SCA1: Verursacht durch eine Expansion der CAG-Sequenz im ATXN1-Gen.
• SCA3 (Machado-Joseph-Krankheit): Verursacht durch eine Expansion der CAG-Sequenz im ATXN3-Gen.
• SCA7: Verursacht durch eine Expansion der CAG-Sequenz im ATXN7-Gen.

Friedreich-Ataxie (FRDA)

Friedreich-Ataxie (FRDA) ist eine weitere erbliche Ataxie, die durch eine Expansion der GAA-Sequenz im FXN-Gen verursacht wird. Diese Expansion führt zu einer verminderten Produktion des Proteins Frataxin, das für die Funktion der Mitochondrien wichtig ist.

Gentherapeutische Ansätze bei Ataxie

Gentherapeutische Ansätze für Ataxie zielen darauf ab, die genetischen Defekte zu korrigieren, die die Erkrankung verursachen. Dies kann durch verschiedene Methoden erreicht werden, darunter:

• Genersatz: Einbringen einer gesunden Kopie des defekten Gens in die Zellen des Patienten.
• Gen-Silencing: Ausschalten des defekten Gens, um die Produktion des schädlichen Proteins zu verhindern.
• Gen-Editing: Korrigieren des defekten Gens mit Hilfe von Genomchirurgie-Technologien wie CRISPR/Cas.

Klinische Studien und Forschung

Obwohl die Gentherapie für Ataxie noch in den frühen Entwicklungsstadien ist, gibt es bereits einige vielversprechende klinische Studien und Forschungsprojekte.

• Im Rahmen des internationalen Verbundes TreatPolyQ werden mittels Gentherapie neue Behandlungen für drei Polyglutaminerkrankungen entwickelt. Dafür werden innovative Methoden wie CRISPR/Cas in Zell- und Tiermodellen entwickelt und getestet.
• Forscher haben mit einem kurzen Stück RNA einen Teil des mutierten Gens CACNA1A in Mäusen stillgelegt, das für die Spinocerebelläre Ataxie verantwortlich ist.

Polyglutaminerkrankungen: Gemeinsame genetische Ursache

Polyglutaminerkrankungen wie Morbus Huntington oder die Spinozerebelläre Ataxie Typ 3 sind seltene und erbliche Erkrankungen, die durch den gleichen genetischen Defekt in unterschiedlichen Genen verursacht werden. Die Mutation führt zu einer unnatürlichen Verlängerung der dazugehörigen Proteine, was die Krankheit hervorruft. Die Patientinnen und Patienten leiden an schweren Symptomen wie Bewegungsstörungen oder geistigem Abbau. Für diese tödliche Erkrankung gibt es derzeit keine Heilung. Ziel des internationalen Verbundes TreatPolyQ ist es mittels Gentherapie, neue Behandlungen für drei Polyglutaminerkrankungen zu entwickeln. Dafür werden innovative Methoden wie CRISPR/Cas in Zell- und Tiermodellen entwickelt und getestet. Im Verbund arbeiten Arbeitsgruppen aus fünf Ländern gemeinsam an der Lösung der Forschungsfrage. Mit den Fördermaßnahmen wird das Ziel verfolgt, ergänzende Expertisen und Ressourcen von einschlägig qualifizierten Arbeitsgruppen aus den teilnehmenden Ländern zusammenzuführen. Durch kooperative Forschungsansätze sollen Fortschritte bei der Therapie seltener Krankheiten ermöglicht werden, die allein auf nationaler Ebene nicht zu erreichen wären.

Schnelle Diagnose durch neue Messverfahren

Die Länge des mutierten Genabschnitts wird heute mühsam in einer mehr als fünfstündigen Laboranalyse bestimmt. Das Team um Vincent Dion, SNF-Förderprofessor an der Universität Lausanne, hat nun mit Mitarbeitenden aus Toulouse ein zuverlässiges Verfahren zur Messung des für die Krankheit verantwortlichen, überlangen DNA-Abschnitts entwickelt. Das Messergebnis ist schon nach fünf Minuten verfügbar. Somit kann die gesamte Diagnose mehr als dreimal schneller erfolgen als bisher. Die zu analysierende DNA wird aus Blutzellen extrahiert. Das Forschungsteam erweitert die betroffene Gen-Sequenz und bestimmt ihre Länge mithilfe eines neu entwickelten Chips. Dieser hat zwei kleine, trichterförmige Kammern, die nur einen Bruchteil eines Millimeters breit sind. Unter Spannung und hohem Druck lassen sich die elektrisch geladenen DNA-Moleküle ihrer Länge nach trennen. Die kürzeren Sequenzen werden tiefer in den Trichter gedrückt als die längeren. Durch eine fluoreszierende Markierung kann die Länge unter dem Mikroskop leicht abgelesen werden.

Die Mutation bewirkt eine destruktive Veränderung des kodierten Proteins. Ihre Ursache ist noch nicht vollständig erforscht, aber das neu gebildete Protein ist für Hirnzellen toxisch. Während die DNA bei gesunden Menschen höchstens 35 Wiederholungen aufweist, sind es bei Huntington-Patienten 40 oder mehr. Die Kenntnis der exakten Länge der betroffenen Sequenzen ist wichtig für die Prognose und die Therapie dieser unheilbaren Krankheit. „Unser Verfahren ist feiner und schneller als die aktuell angewendeten Methoden", sagt Dion. Im Rahmen des Projekts arbeitete das Team mit der Gruppe um Aurélien Bancaud vom Labor für Analyse und Systemarchitektur (LAAS) in Toulouse zusammen, das die neue Methode entwickelt und patentiert hat. Picometrics Technologies hat die Lizenz zur Herstellung des Produkts unter dem Namen µLAS erhalten.

Die Huntington-Krankheit ist nur eine von mehr als zwanzig bekannten Trinukleotiderkrankungen. Zu diesen gehören auch die Spinozerebelläre Ataxie, das Fragile X-Syndrom, die Myotone Dystrophie und die Friedreich-Ataxie. Für diese Erbkrankheiten gibt es zurzeit noch keine Behandlung, aber vielleicht etwas Hoffnung: Dion hat kürzlich ein Verfahren entwickelt, bei dem die mutierten Sequenzen mithilfe der CRISPR/Cas-Methode gekürzt werden.

Weitere Anwendungsbereiche der Gentherapie

Die Gentherapie wird nicht nur bei neurologischen Erkrankungen eingesetzt, sondern auch bei einer Vielzahl anderer Erkrankungen, darunter:

• Spinale Muskelatrophie (SMA): Eine kombinierte Therapie von geringen Mengen an SMN-Antisense Oligonukleotiden (ASOs) in Kombination mit der PLS3-Überexpression eine Lebensverlängerung des SMA-Mausmodels von 10 auf 250 Tage gelungen.
• Zerebrale Adrenoleukodystrophie: Die Stammzellbehandlung der zerebralen Adrenoleukodystrophie, einer erblichen Stoffwechselkrankheit, von der eines.
• Usher-Syndrom: Gentherapie verhindert Taubheit und Gleichgewichtsstörungen bei Mäusen.
• Erbliche Netzhauterkrankung: Erste Gentherapie am Auge vor der Zulassung.
• Retinale Dystrophie mit RPE65-Mutation: Gentherapie verbessert nächtliche Orientierung in Phase 3-Studie.
• AMD: Eine Gentherapie, die Retinazellen zu Produzenten eines Biologikums macht, hat in einer offenen Phase-1-Studie bei.
• Epidermolysis bullosa: Gentherapie der Epidermolysis bullosa wird gut vertragen.
• Tyrosinämie: Forscher heilen Tyrosinämie bei Mäusen mit Genom-Editing.
• Choroideremia: Gentherapie gegen Erblindung langfristig wirksam.
• Angeborene Immunschwäche SCID-X: Gentherapie kuriert angeborene Immunschwäche SCID-X.
• Herzinsuffizienz: Gentransfer über die Koronarien verbessert Pumpfunktion.

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