Wissenschaftler setzen erfolgreich Gene über künstliches Chromosom in menschliche Zellen ein

Die Arbeit sei wichtig, sagen die Forscher, weil sie möglicherweise eine effektivere Methode zur Übertragung gesunder Gene auf Menschen mit verschiedenen Krankheiten wie Hämophilie, Mukoviszidose und Sichelzellenanämie bietet und die Behandlung verbessert.

"Wir haben dies mit einem DNA-Stück geschafft, mit dem fünf- bis zwanzigmal so viele Wissenschaftler wie sonst arbeiten", sagte Dr. Jean Michel Vos, außerordentlicher Professor für Biochemie an der School of Medicine des UNC-CH. "Obwohl wir bisher nur in kultivierten menschlichen Zellen im Labor gearbeitet haben, glauben wir, dass es irgendwann beim Menschen gut funktionieren könnte. Es ist aufregend und sehr vielversprechend."

Ein Bericht über die Forschung erscheint in der September-Ausgabe von Human Gene Therapy, einer wissenschaftlichen Zeitschrift. Autoren sind neben Vos Dr. Eva Maria Westphal, Postdoktorandin in der Medizin; Halina Sierakowska, Postdoktorandin in Biochemie; und Ryszard Kole, außerordentlicher Professor für Pharmakologie; und die Technikerin Elisabeth Livanos, alle vom Lineberger Comprehensive Cancer Center der Vereinten Nationen.

Die Forscher transferierten Gene, die für die Produktion von Beta-Globin verantwortlich sind, einem der beiden Hauptbestandteile von Hämoglobin, dem großen Molekül, das Sauerstoff im Blut transportiert. Jedes Mal, wenn sich ihre kultivierten menschlichen Zellen teilten, replizierten oder reproduzierten sich die Gene ebenfalls und funktionierten mehr als ein Jahr lang.

"Man kann es sich als künstliches Chromosom vorstellen", sagte Vos. "Es wird nicht Teil eines der 46 ursprünglichen Chromosomen in jedem Zellkern, indem es sich in sie einfügt, sondern zusätzlich zu ihnen."

In Zusammenarbeit mit Koles Labor zeigten Vos und Westphal auch, dass die Gene aktiv sind, von doppelsträngiger DNA zu einzelnen RNA-Strängen. Dies ist der erste Schritt zur Produktion von Protein, das der Zweck der Gene ist. DNA und RNA sind wie molekulare Baupläne für die Proteinproduktion.

Bakterien werden zunächst wie kleine Fabriken verwendet, um DNA außerhalb der menschlichen Zellen zu klonen, da Bakterien nur eine Stunde benötigen, um sich zu vermehren, anstatt die 24 Stunden, die menschliche Zellen benötigen.

Die Wissenschaftler heften die DNA dann in kreisförmiger Form an einen harmlosen Teil des Epstein-Barr-Virus, da das Virus sich im Zellkern von menschlichen Zellen vermehren und erhalten kann. Das Virus dient als Vektor oder Träger der menschlichen Gene, sozusagen als Anbringung einer Lokomotive an Güterwagen, um sie dorthin zu bringen, wo sie gebraucht werden.

Durch die Schaffung separater, künstlicher Chromosomen müssen sich die Forscher nicht mehr um Gene kümmern, die sie zufällig an Teile anderer Chromosomen anheften und dann nicht unabhängig voneinander arbeiten, so Westphal. Das kreisförmige Design fördert Stärke und Stabilität, da lineare Formen eine größere Tendenz haben, innerhalb des Zellkerns zu brechen.

"Ich möchte betonen, dass diese Arbeit noch kein gentherapeutisches Heilmittel für irgendeine Krankheit ist, aber ich denke, es ist ein großer technischer Fortschritt", sagte Vos. "Es verschiebt das Feld von der Arbeit mit geschrumpften Versionen menschlicher Gene zu vollständigen funktionierenden Genen. Wir haben die Funktion und Funktion von Genen für eine lange Zeit gezeigt."

Vor drei Jahren veröffentlichten Vos und Kollegen einen Artikel in Nature Genetics, der vorschlug, ein kreisförmiges künstliches Chromosom zu bauen. Im August veröffentlichten sie eine weitere Veröffentlichung in Nature Biotechnology, in der gezeigt wurde, wie künstliche Chromosomen in Mäusezellen hergestellt werden können, bevor dies bei ganzen Tieren durchgeführt wird.

Das US-Energieministerium und die Bayer Corp. unterstützten die Forschung zusammen mit der Unterstützung von Fakultäten und Mitarbeitern des Roosevelt Park Cancer Center in Buffalo, New York, des Murdoch Institute in Melbourne, Australien, und von Glaxo-Wellcome im Research Triangle Park.

Von David Williamson