Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Genom-Editierung: Sichere und effiziente CRISPR-Experimente in Mauszellen

25.10.2016

Wollen Forscher Gene mit dem CRISPR-Cas9-System schneiden, müssen sie eine RNA-Sequenz entwerfen, die genau zur DNA des Zielgens passt. Die meisten Gene verfügen über hunderte solcher Sequenzen, mit unterschiedlicher Aktivität und Einzigartigkeit im Erbgut. Die Suche nach den passendsten Sequenzen ist deswegen von Hand kaum zu bewältigen. Das neue Programm „CrispRGold“ erleichtert den Forschern die Arbeit und findet die RNA-Sequenzen, die besonders effektiv und präzise sind. Wissenschaftler aus der Gruppe um Prof. Klaus Rajewsky vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) haben es entworfen und seine Arbeitsweise im Fachjournal PNAS vorgestellt.

Das Team hat außerdem ein neues Mausmodell entwickelt, das das Cas9-Protein bereits in sich trägt. Wird es mit den verlässlichen RNA-Sequenzen kombiniert, lassen sich Gene in primären Zellen sehr effizient ausschalten. Auf diese Weise konnten die Forscher neue Gene in der Regulation von Immunzellen entdecken.


Effiziente Anwendung von CRISPR/Cas9 bei primären Zellen.

Grafik: Robin Graf, MDC

Mit der Entdeckung des CRISPR-Cas9-Systems wurde für viele Molekularbiologen ein Traum wahr: Endlich kann man die DNA gezielt, einfach und schnell schneiden und Gene ausschalten, modifizieren oder neu einsetzen.

Dazu ist wenig mehr nötig als ein RNA-Schnipsel aus dem Erbgut, der die Genschere Cas9-Protein an die zu schneidende Stelle auf der DNA führt. Dieser RNA-Schnipsel mit dem Namen sgRNA (single guide-RNA) besteht unter anderem aus etwa 20 chemischen Bausteinen und musste von Forschern bisher mühsam per Hand oder mit einer Reihe vorhandener Online-Tools entworfen werden. Häufig war dann unsicher, ob die sgRNA die Cas9-Genschere an die richtige Stelle führt oder an einen ähnlichen, aber unerwünschten Ort im Genom. Außerdem funktionierten viele sgRNAs aufgrund ihrer biochemischen Eigenschaften nur mit niedriger Effizienz.

Das neue Programm „CrispRGold“, das der Doktorand Robin Graf aus der MDC-Forschungsgruppe von Prof. Klaus Rajewsky geschrieben hat, erleichtert es erheblich, Gene gezielt auszuschalten.

Das Programm sucht in einer vorgegebenen DNA-Zielsequenz die geeignetste Stelle für den Schnitt, und schlägt eine sgRNA-Sequenz vor, die im Erbgut einzigartig ist und somit das Cas9-Protein nur an die gewünschte Stelle führt. Dort kann Cas9 dann das Gen zerschneiden, das damit seine Funktion verliert. Anders als vergleichbare Programme stützt sich der Algorithmus auf experimentelle Daten, insbesondere zur Bestimmung der Einzigartigkeit der Sequenzen.

Zusammen mit seinem Kollegen Dr. Van Trung Chu prüfte Graf das System an bestimmten weißen Blutkörperchen der Maus, den B-Zellen. Solche Zellen lassen sich oft nicht über längere Zeit kultivieren, überleben also nicht lange im Reagenzglas. Aus diesem Grund müssen Gene schnell und in möglichst vielen Zellen inaktiviert werden, um deren Funktion zu erforschen. Um dies zu erreichen, züchtete Chu eine genetisch modifizierte Mauslinie, die besonders hohe und zugleich gut verträgliche Mengen der Cas9-Genschere selbst produziert. Von ihr isolierten die Forscher die B-Zellen, um einzelne Gene gezielt abzuschalten. Die mit CrispRGold erstellten sgRNAs zerstörten reproduzierbar in durchschnittlich 80 Prozent der Zellen die Zielgene – „eine hervorragende Rate“, sagt Graf. „Für diese Art von Experimenten mit niedrigem Durchsatz sind hohe Präzision und niedrige Fehlerrate absolut notwendig.“

Mit ihrer neuen Methode identifizierten die Forscher eine Reihe zuvor unbekannter Gene, die eine Rolle bei der B-Zell-Entwicklung spielen. Die Forscher werden das CrispRGold-Programm nun auch online zur Verfügung stellen, damit es von Wissenschaftlern weltweit genutzt werden kann: „Das Programm ist problemlos für andere Typen von Zellen aus verschiedensten Organismen nutzbar. Außerdem könnte es auch für klinische Anwendungen interessant sein: Das Programm behandelt die Einzigartigkeit der Sequenzen mit höchster Priorität und minimiert somit das Risiko von potenziellen unerwünschten Genmodifikationen, die in der Gentherapie unbedingt vermieden werden müssen“, sagt Graf. CrispRGold wird voraussichtlich Anfang November unter http://crisprgold.mdc-berlin.de verfügbar sein.

Van Trung Chu, Robin Graf et al. (2016): „Efficient CRISPR-mediated mutagenesis in primary immune cells using CrispRGold and a C57BL/6 Cas9 transgenic mouse line.“ PNAS.

Weitere Informationen:

http://crisprgold.mdc-berlin.de – Das CrispRGold Webtool
http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1613884113 – Die Publikation bei PNAS
https://insights.mdc-berlin.de/de/2016/10/genom-editierung-effiziente-crispr-exp... – Pressemitteilung auf den Seiten des MDC

Vera Glaßer | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics