Dank so genannter Zinkfinger-Nukleasen werden Mutationen ohne den Umweg über Stammzellen etabliert. Langfristig können dadurch zeitsparend und vor allem universell Genveränderungen in Säugetieren untersucht werden. Ihre Ergebnisse stellen die Wissenschaftler in der Online-Version der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vor.

Krankheiten zu untersuchen, die durch Fehler in der Erbsubstanz verursacht werden, ist ein wichtiges Ziel der Genetik-Forschung. Um die dafür verantwortlichen Gene und ihre Funktionen bei Säugetieren zu verstehen, setzen Wissenschaftler vor allem auf das Modellsystem Maus. In Maus-Stammzellen erzeugen Sie Mutationen. Diese Veränderungen müssen anschließend in Chimären und dann in Embryonen etabliert werden. Dann erst können die Forscher untersuchen, wie sich diese Veränderungen auswirken.

Ein Team um Professor Dr. Wolfgang Wurst, Inhaber des Lehrstuhls für Entwicklungsgenetik der TU München am Wissenschaftszentrum Weihenstephan und Leiter des Instituts für Entwicklungsgenetik am Helmholtz Zentrum München, hat nun einen wesentlich schnelleren Weg gefunden: Ihnen ist es gelungen, mittels so genannter Zinkfinger-Nukleasen und ausgewählten Genfragmenten gezielte Veränderungen direkt in befruchteten Eizellen der Maus vorzunehmen. Vorteil der Methode: Neben der Zeitersparnis und dem höheren Grad an Effizienz ist vor allem die Anwendbarkeit auf andere Säugetierzellen zukunftsweisend.

Werkzeuge für die Umsetzung sind künstlich hergestellte Zinkfinger-Nukleasen, Enzyme, die DNS-Brüche induzieren können. Sie erlauben es, die DNS an genau der gewünschten Stelle aufzuschneiden. Zusammen mit Genstücken, die die zu untersuchenden Veränderungen enthalten, werden die Enzyme direkt in einzellige Mäuseembryonen injiziert. Das zelleigene Reparatursystem baut mit einer Häufigkeit von 1,7 bis 4,5 Prozent das gewünschte Genfragment in die Mäuse-DNS ein. So haben die Wissenschaftler bereits vitale Mäuse mit gezielt ausgetauschten Genen gezüchtet.

Jetzt arbeiten die Forscher daran, die Wirksamkeit der Methode zu verbessern. Sie untersuchen außerdem die Anwendbarkeit auf andere Organismen, damit den Wissenschaftlern neben Mäusen weitere Modellsysteme zur Verfügung stehen. Gleichzeitig verheißt die Methode auch neue Ansatzmöglichkeiten für Therapeutika. „Denn“, so Professor Wurst, „langfristig ist denkbar, dass so nicht nur neue Gene eingebracht, sondern auch defekte gegen gesunde ausgetauscht werden können.“

Die Forschungsarbeiten wurden unterstützt aus Mitteln der Europäischen Union (European Conditional Mouse Mutagenesis Program) und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF, DIGTOP, NGFN-Plus). (tum)


Originalveröffentlichung:
Melanie Meyer, Martin Hrabé de Angelis, Wolfgang Wurst und Ralf Kühn: Gene targeting by homologous recombination in mouse zygotes mediated by zinc-finger nucleases. Proceedings of the National Academy of Sciences; Early Edition, online in der Woche vom 02.08.2010 - DOI: 10.1073/pnas.1009424107 (Publikation sichtbar nach Veröffentlichung)