Eine Fernsteuerung für den Gentransfer

Andocken eines viralen Vektors über das Rotlichtrezeptorsystem aus Arabidopsis thaliana unter Bestrahlung mit rotem Licht ©Illustration: Michal Rössler

Andocken eines viralen Vektors über das Rotlichtrezeptorsystem aus Arabidopsis thaliana unter Bestrahlung mit rotem Licht ©Illustration: Michal Rössler

 

 

Die Möglichkeit, gewünschte Gene in tierische und menschliche Zellen einzufügen, ist die Grundlage der modernen lebenswissenschaftlichen Forschung sowie von weit verbreiteten biomedizinischen Anwendungen. Für diesen Gentransfer werden die Zielgene häufig in so genannte virale Vektoren verpackt. Das sind Viren, in denen ein Teil des Erbguts durch die Zielgene ersetzt wurde. Diese Gene werden dann bei Andocken des Vektors an die Zelloberfläche in die Zelle geschleust, wie es zum Beispiel bei den aktuellen SARS-CoV-2-Impfstoffen der Firmen AstraZeneca und Johnson&Johnson geschieht.

Ein Team von Forschenden des Exzellenzclusters CIBSS – Centre for Integrative Biological Signalling Studies der Universität Freiburg um Dr. Maximilian Hörner, Prof. Dr. Wolfgang Schamel und Prof. Dr. Wilfried Weber hat eine neue Technologie entwickelt, mit der sie Zielgene kontrolliert einschleusen und dadurch Vorgänge in einzelnen ausgewählten Zellen steuern können. Dabei bringen die Freiburger Forschenden die genetische Information mit einer optischen Fernsteuerung ein, wodurch nur Zellen, die mit rotem Licht beleuchtet werden, die gewünschten Gene aufnehmen. Dafür wurde ein viraler Vektor, ein sogenannter AAV-Vektor, der bereits im klinischen Einsatz ist, verwendet.

Dem AAV-Vektor wurde zunächst die Fähigkeit genommen, an die Zellen anzudocken. Um dann die Steuerung per Licht zu ermöglichen, haben die Forschenden das Rotlichtrezeptorsystem der Pflanze Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) entnommen: Dieses System besteht aus zwei Proteinen, PhyB und PIF, die aneinanderbinden, sobald PhyB mit roten Licht angeleuchtet wird. Das Freiburger Team brachte das Protein PIF auf die Oberfläche des viralen Vektors und modifizierte das andere Protein PhyB so, dass es an menschliche Zellen binden kann. Sobald sich dieser modifizierte Vektor, der so genannte OptoAAV, zusammen mit dem zellbindenden Protein in einer Zellkultur befindet, bindet das Protein an alle Zellen.

Durch diesen neuen Ansatz können die Forschenden innerhalb einer Gewebekultur die Zielgene in die gewünschten Zellen einführen. Zudem gelang es ihnen, die Gewebekultur nacheinander an unterschiedlichen Orten zu beleuchten, um somit unterschiedliche Gene in verschiedene Zellen innerhalb einer Kultur gezielt einzubringen. Mit dieser Technik ist es nun möglich, gewünschte Vorgänge in einzelnen Zellen zu steuern: Das ist essentiell, um zu verstehen, wie eine einzelne Zelle mit den Zellen in ihrer Umgebung kommuniziert, um zum Beispiel die Entwicklung oder Regeneration eines Organs zu steuern.