In den letzten Jahren hat die wissenschaftliche Gemeinschaft bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Genomeditierung gemacht, insbesondere durch die Entwicklung der CRISPR-Systeme (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Im Jahr 2020 der Nobelpreis für Chemie wurde den Wissenschaftlern für die Entdeckung des CRISPR-Cas9-Systems verliehen, einer revolutionären Genom-Editierungstechnologie, die die DNA-Therapie voranbrachte. Anschließend erwies sich das CRISPR-Cas13-System als potenzielles Werkzeug zur Identifizierung und Korrektur von Fehlern in RNA-Sequenzen. CRISPR-Cas13 ist eine neuartige Technologie, die speziell für die Viruserkennung und RNA-gezielte Therapie entwickelt wurde. Die CRISPR-RNA (CrRNA) zielt auf spezifische und unspezifische RNA-Sequenzen ab, und Cas13 ist ein Effektorprotein, das Konformationsänderungen durchläuft und die Ziel-RNA spaltet. Dieses RNA-Zielsystem ist äußerst vielversprechend für die Therapie und stellt ein revolutionäres Werkzeug in der Landschaft der Molekularbiologie dar.
In einer kürzlich veröffentlichten BioDesign-Forschungsstudiehat ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Yuan Yao vom ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center der Zhejiang University in China die neuesten Forschungstrends zu CRISPR-Cas13 bei RNA-gezielten Therapien erläutert. Zu diesem Artikel, der am 6. September 2024 online in Band 6 der Zeitschrift veröffentlicht wurde, sagt Prof. Yao: „Durch die Konzentration auf RNA – den Vermittler zwischen DNA und Proteinen – ermöglicht CRISPR-Cas13 Wissenschaftlern, die Genexpression vorübergehend zu manipulieren, ohne dauerhafte Veränderungen am Genom herbeizuführen. Diese Flexibilität macht es zu einer sichereren Option in Szenarien, in denen die Genomstabilität von entscheidender Bedeutung ist.“
RNA spielt eine zentrale Rolle beim Transport genetischer Informationen von der DNA zur Proteinsynthesemaschinerie, reguliert außerdem die Genexpression und ist an zahlreichen zellulären Prozessen beteiligt. Defekte beim RNA-Spleißen oder Mutationen können zu einer Vielzahl von Krankheiten führen, von Stoffwechselstörungen bis hin zu Krebs. Eine Punktmutation tritt auf, wenn ein einzelnes Nukleotid irrtümlich eingefügt, gelöscht oder verändert wird. CRISPR-Cas13 spielt eine Rolle bei der Identifizierung und Korrektur dieser Mutationen, indem es REPAIR- (RNA-Editierung für programmierbaren A-zu-I-Ersatz) und RESCUE-Mechanismen (RNA-Editierung für spezifischen C-zu-U-Austausch) einsetzt. Erläuterung der Anwendungen von Cas13-basierten Geneditoren, Prof. Yao fügt hinzu: „Der mxABE-Editor kann beispielsweise verwendet werden, um eine Nonsense-Mutation zu korrigieren, die mit der Muskeldystrophie Duchenne in Verbindung steht und mit mxABE korrigiert werden kann. Dieser Ansatz hat eine hohe Editiereffizienz bewiesen und die Dystrophin-Expression auf Werte wiederhergestellt, die über 50% des Wildtyps liegen.“
CRISPR-Cas13 kann ungewöhnliche Spleißvorgänge korrigieren. Demethylase ist ein Enzym, das eine entscheidende Rolle bei der posttranskriptionellen Modifikation (PTM) spielt, einem Prozess, der nach der Transkription stattfindet und der Proteinproduktion vorausgeht. Die Nutzung von Wissen über Spleißvorgänge und das Verständnis der Rolle von Demethylasen mithilfe von CRISPR-Cas13 kann Wissenschaftlern dabei helfen, gezielte und personalisierte Therapien zu entwickeln. In ähnlicher Weise kann der CRISPR-Cas13-Mechanismus eingesetzt werden, um die Translation zu verändern, hochzuregulieren oder herunterzuregulieren. „Einer der bedeutendsten Fortschritte im Bereich CRISPR-Cas13 ist die Integration künstlicher Intelligenz (KI) zur Verbesserung der Präzision und Effizienz“, sagt Prof. Yao.
Der Erfolg von RNA-zielenden CRISPR-Tools hängt von mehreren Faktoren ab, darunter der Leit-RNA-Sequenz, der Zugänglichkeit der Ziel-RNA und der Sekundärstruktur des RNA-Moleküls. Das CRISPR-Cas13-System hat ein breites klinisches Anwendungsspektrum, beispielsweise in der Diagnostik von RNA-Viren, RNA-Bildgebung, RNA-Basen-Editierung, RNA-Epigenom-Editierung und therapeutischen Eingriffen. Die Off-Target-Funktion von CRISPR-Cas13 und die enorme Größe des Übertragungsmechanismus sind einige der klinischen Hürden, die die klinische Umsetzung verlangsamen. Die Kombination molekularer Techniken mit KI kann jedoch die Effizienz verbessern. KI-Algorithmen können die Ergebnisse der CRISPR-Cas13-Übertragung vorhersagen und optimieren.
Darüber hinaus dürften sich CRISPR-Cas13-Systeme auch künftig rasant weiterentwickeln. Während Forscher die Technologie immer weiter verfeinern, besteht das Potenzial, sie in einem noch breiteren Spektrum therapeutischer Anwendungen einzusetzen, von antiviralen Behandlungen – wie etwa gegen SARS-CoV-2 – bis hin zu personalisierten medizinischen Ansätzen für genetische Erkrankungen.
Und schließlich hat die Einführung von CRISPR-Cas13 zweifellos die RNA-Editierung revolutioniert und ein leistungsfähiges Werkzeug zur Behandlung einiger der schwierigsten Krankheiten unserer Zeit bereitgestellt. Hoffentlich könnte CRISPR-Cas13 mit den laufenden Verbesserungen bei Spezifität, Bereitstellung und KI-Integration den Weg für eine neue Ära RNA-zielgerichteter Therapien ebnen.
