Molekulare Adressaufkleber für die Genübertragung

Mit patentem Kassettenaustausch Gene in Säuger-Zellen einführen

Wissenschaftler der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF) haben ein System entwickelt, mit dem Fremdgene gezielt in das Erbmaterial von Säuger-Zellen eingeführt werden können – und zwar so, dass sie hinterher eine gute und gleichmäßige Aktivität aufweisen. Die von Professor Jürgen Bode und seinem Team entwickelte Technik des Rekombinase-vermittelten Kassettenaustausches gilt unter Genetikern als ideales Werkzeug. Dieses zum Patent angemeldete System und seine Anwendung beschreiben die GBF-Wissenschaftler in dem neuen Buch des Fachverlags Elsevier: “New Comprehensive Biochemistry, Gene Transfer and Expression in Mammalian Cells”, das jetzt erschienen ist.

Die unbefriedigende Ausgangssituation

“Die klassischen Techniken des Gentransfers in tierische Zellen sind wenig zuverlässig”, sagt Bode. “Eingeschleuste Gene integrieren sich nur sporadisch in das Erbmaterial der Wirtszelle, und wenn sie es tun, dann oft an unpassenden Stellen.” Die Folge: Das Fremdgen wird nicht oder nur unregelmäßig abgelesen und bleibt inaktiv. Zu allem Überfluss lösen sich die neu eingebauten Gene oft wieder aus dem Wirtsgenom heraus.

Die Lösung: Gene mit Zieladressen ausstatten

Bode und seine Kollegen kamen den Schwierigkeiten mit unterschiedlichen Methoden bei. So machten sie beispielsweise im Genom Orte ausfindig, wo fremde Gene leicht Zugang finden und später regelmäßig abgelesen werden. Diese Abschnitte – die so genannten S/MARs (scaffold/matrix-attached regions) – können gezielt angesteuert werden, indem man das eingeschleuste Gen mit Strategien an den Zielort dirigiert, die sonst für Retroviren typisch sind. Wie molekulare Adressaufkleber sorgen flankierende Abschnitte dafür, dass das Fremdgen im Genom dort verankert wird, wo eine Ablesung leicht möglich ist.

Sind geeignete Verankerungspunkte einmal gefunden, so lassen sich diese beliebig oft wiederverwenden. Zu diesem Zweck hat Bodes Team die Technik des so genannten Kassettenaustauschs entwickelt: Die eingeführten Genabschnitte werden an ihren Enden so verändert, dass sie sich nur noch im Austausch gegen einen anderen Genabschnitt mit gleichen Endstücken (eine so genannte “Kassette”) aus dem umgebenden Erbmaterial herauslösen können. In deren Abwesenheit sitzen sie dann – bildlich gesprochen – im Chromosom der Wirtszelle wie festgeleimt.

Ausführliche Informationen über das Verfahren finden Sie in folgenden Originalpublikationen:

J. Bode, S. Götze, E. Ernst, Y. Hüsemann, A. Baer, J. Seibler and C. Mielke (2003): Architecture and utilization of highly expressed genomic sites in “New Comprehensive Biochemistry Gene Transfer and Expression in Mammalian Cells”, S. Makrides, Ed., Elsevier 2003

“The Transgeneticist’s Toolbox: Novel Methods for the Targeted Modification of Eukaryotic Genomes”. Bode et al., Biological Chemistry (Sep/Oct 2000), Vol. 381, pp. 801-813).

Wissenschaftliche Erklärung zur Grafik:
Einbahnstraße beim Gentransfer: Die Methode des Rekombinase-vermittelten Kassettentauschs (RMCE) nach Jürgen Bode benutzt Austausch-Elemente (“Kassetten”) mit zwei unterschiedlichen Erkennungsstellen – hier dargestellt als Pfeile. Diese Sites werden zwar beide vom Enzym Rekombinase erkannt, können aber nicht miteinander reagieren. Wären die Schnittstellen gleich, wie das bei klassischen Vektoren der Fall ist, würde das Insert leicht zirkularisieren und dabei wieder “herausfloppen”. Mit RMCE kann der eingeschleuste Genabschnitt das Ziel-Genom nur dann wieder verlassen, wenn ein neuer Austauschvektor ein anderes Insert anbietet. Die unerwünschte Reaktion des Inserts mit sich selbst ist nicht mehr möglich