Beim DNA-Transfer ist weniger mehr

"Minicircles" ohne bakterielle Elemente eröffnen neue Horizonte

27.09.2006

Die Hürden für die Gentherapie sind hoch: Gene, die man zusätzlich zum
vorhandenen DNA-Bestand in eine Zelle einbringen will, werden schnell
als fremd erkannt und inaktiviert. Winzige Unterschiede zwischen der
eigenen und der fremden DNA rufen zelluläre Abwehrmechanismen hervor,
und nach wenigen Teilungen der Wirtszelle ist jede therapeutische
Wirkung stillgelegt.

Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung ist es
nun gelungen, die einzubringende DNA auf das Allernötigste zu
reduzieren. Ihr viel versprechendes System der "Minicircles" beschreiben
die Braunschweiger Wissenschaftler in der neuesten Ausgabe der
Fachzeitschrift Gene Therapy and Molecular Biotechnology.


Viren als Vorbilder



"Die bisher verwendete Standardtechnik basiert auf der Verankerung der
eingebrachten DNA im Genom der Wirtszelle", erklärt Professor Jürgen
Bode, Leiter der Arbeitsgruppe "Epigenetische Regulationsmechanismen" im
Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung. "Ihre Wirksamkeit, die so
genannte Expression, hängt von der Integrationsstelle ab."

Von Viren übernahmen die Genforscher das Prinzip der "Episomen": kleine
ringförmige DNA-Moleküle, die sich locker an die Chromosomen anheften
und ihnen bei der Zellteilung in die Tochterzellen folgen. "Im Gegensatz
zu viralen Episomen brauchen wir als Haftmechanismus allerdings keine
viralen - und damit potenziell gefährlichen - Proteine", erklärt die
Helmholtz-Wissenschaftlerin Dr. Kristina Nehlsen, "sondern lediglich
kurze DNA-Haftsequenzen."



Bakterien entfernen Bakterien-Gene



Diese Episomen konnten nun, nachdem man Bakterien für ihre Produktion
benutzt hatte, nachträglich auch noch von allen bakteriellen Sequenzen
befreit werden. Der Clou dabei: Ein durch Hitze aktivierbares Enzym
sorgt dafür, dass das Bakterium selbst nach getaner Produktions-Arbeit
die Markierungs- und Selektionsgene entfernt, die für die
Vervielfältigung zu Beginn noch nötig waren. "Alle Elemente bakteriellen
Ursprungs haben wir auf diese Weise aus den DNA-Elementen
herausgeschnitten", erklärt Sandra Broll, Biologin in Bodes
Arbeitsgruppe. "Bei den dabei entstehenden so genannten Minicircles
fällt der tierischen Zelle gar nicht mehr auf, dass es sich um fremde
DNA handelt."

Um bei jeder Zellteilung vererbt zu werden, muss die einzubringende DNA
zunächst vorsichtig in die Zelle geschleust werden: Die DNA-Minicircles
werden in kleine Lipidtröpfchen verpackt, die dann mit der äußeren Hülle
der Wirtszelle verschmelzen. Im Zellinneren können sich die Mini-Ringe
dann dank spezieller Elemente, der so genannten S/MARs, am Zellkern
anheften. S/MAR steht für scaffold/matrix attachment region - kurze
DNA-Stücke, die an die Zellkern-Matrix binden und aktive DNA-Bereiche
von inaktiven isolieren. Einmal im Zellkern angeheftet, werden die
DNA-Minicircles bei jeder Zellteilung weiter vererbt und gleich bleibend
abgelesen. Der therapeutische Effekt ist also nachhaltiger als bei
herkömmlichen Systemen und ist auch für schnell teilende Zellen, wie
solche des blutbildenden Systems gut geeignet.

Die Methode wurde zunächst für Minicircles ausgearbeitet, die nur ein
einzelnes Gen tragen. "Je größer die übertragene DNA ist, desto
instabiler wird sie leider", sagt Prof. Bode. "In den nächsten Schritten
sollen mindestens zwei Gene auf getrennten Circles übertragen und in
ihrem Expressionsverhältnis angeglichen werden. Ein solcher, neuartiger
Ansatz eignet sich zunächst für die Herstellung von Antikörperketten im
optimalen Verhältnis."



Hinweis für die Medien

Ausführliche Informationen bietet der Originalartikel: K. Nehlsen, S.
Broll, J. Bode: Replicating minicircles: Generation of nonviral episomes
fort the efficient modification of dividing cells. Gene Therapy and
Molecular Biology, 2006, Vol. 10.

Das Inhaltsverzeichnis des demnächst erscheinenden Bandes 10 B von Gene
Therapy and Molecular Biology ist im Internet über

www.gtmb.org/TOC_volume10B.html zugänglich.

Die Publikation kann direkt über
www.gtmb.org/volume10/25_Nehlsen/25_Nehlsen_233-244.pdf

abgerufen werden. Informationen zum Journal selbst gibt es unter
www.gtmb.org/index_gtmb.html


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