Erfolgreiche Gentherapie für neurodegenerative Adrenoleukodystrophie (ALD)

Gentherapie ist ein heikles Thema. Im Prinzip gibt es eine Fülle von Krankheiten, die auf eindeutige Genmutationen zurückzuführen sind und grundsätzlich durch relativ einfache gentechnische Methoden repariert werden können. Die Techniken für eine solche gentechnische Manipulation dafür sind erprobt und funktionieren auch verlässlich. Das Problem ist die übertragung des “neuen”, sprich nicht mutierten Gens. Für diese Übertragung, also das Einschleussen des Gens in die Zielzelle benötigt man nach wie vor virale Vektoren, also Viren, die so “entschärft” wurden, dass sie die Zielzellen nicht beschädigen oder verändern. Grundsätzlich sind diese perfekt geeignet diese Aufgabe zu erfüllen, da es sich dabei um ihr natürliches Vorgehen handelt.

Bild Chromosomen Wikipedia

Nach einigen dramatischen Rückschlägen der letzten mit Gamma Retroviren, bei denen es zu immunologischen Überreaktionen gegen die verwendeten Viren oder zu krebserzeugenden Veränderungen durch die Integration des neuen Erbmaterials kam, wurden die meissten Studien zur Gentherapie eingefroren und die damit beschäftigten Wissenschaftler kehrten vom Krankenbett an die Laborbank zurück, um sich neue Gedanken über die Sicherheit dieser viralen Vektoren zu machen. Eine Menge neuer Ansätze wurde erprobt und neue Überwachungsprotokolle wurden etabliert, um die krebserzeugenden Entartungen der Zielzellen zu erkennen und auszuschliessen.
Mit einem neuartigen Ansatz wurden nun zwei Jungen in Frankreich durch Forscher des INSERM behandelt, die an der X-linked Adrenoleukodystrophie (ALD) litten, einer durch eine Mutation auf dem X-Chromosom vermittelte neurodegenerative Erkrankung, die zur Degeneration der Myelinscheiden im Gehirn führt. X-linked bedeutet, dass nur junge Männer diese Krankheit entwickeln und unbehandelt sehr früh zum Tode des Patienten führt. Die Myelin-Degeneration wird durch eine Störung des Lipidstoffwechsels ausgelöst, was Abbau von langen Fettsäuren verhindert und zur Beschädigung von Mikrogliazellen im Gehirn führt. Das mutierte Gen ABCD1 codiert für den Fettsäuretransporter ALD, der den Transport der Fettsäuren in die Peroxisomen, den Ort ihres Abbaus, steuert.
Bislang bestand die einzige Behandlungoption der ALD in einer Blutstammzelltranplantation mit vorhergehender Bestrahlung, um die mutierten Stammzellen des Patienten zu vernichten. Diese Behandlung birgt aber Risiken und ist immer durch die Verfügbarkeit passender Spender limitert.
Für die neuartige Gentherapie wurden nun lentivirale Vektoren, also vom HIV abstammende, gentechnisch veränderte Viren verwendet, um das nicht mutierte ABCD1-Gen in die zuvor extrahierten Blutstammzellen der Patienten einzubringen. Der Vorteil von lentiviralen Vektoren ist die Infektion von Zellen, die sich nicht aktiv teilen, da dies die Manipulation von Stammzellen ermöglicht. Ausserdem wurden die Viren mit sogenannten SIN-LTRs bestückt. LTRs (long terminal repeats) sind die endständigen genetischen Wiederholungen des viralen Genoms und dienen der Integration der viralen DNA in Wirtsgenom sowie der transkriptionellen Regulation der viralen Gene. Das kann nun zu zwei unterschiedlichen Problemszenarien in der therapierten Zelle führen: Einerseits kann die Integration der viralen DNA in ein Tumorsuppressorgen erfolgen, wobei dessen krebshemmende Wirkung eliminiert wird. Andererseits können die transkriptionell aktiven LTRs ein benachbartes Onkogen aktivieren, was ebenfalls in einer krebsartigen Veränderung der Zelle resultieren kann. Um dies zu verhindern wurden die oben genannten SIN-Vektoren eingesetzt, wobei SIN für selbstinaktivierend (self inactivating) steht. In deren Fall inaktiviert sich das LTR selbstständig bei der Integration in das Wirtsgenom. Ein elegante und sehr wirkungsvolle Methode.
Die beiden Jungen wurden also mit diesen Vektoren behandelt und in beiden wurden später Zellen, die das “gesunde” Protein exprimieren (9-14%), gefunden. Um die Krebsentstehung auszuschliessen, wurden die manipulierten Stammzellen sequentiell untersucht, wobei keine Integrationsstelle sich als vorherrschend entwickelte, was ein eideutiger Beweis für eine krebsartige Vermehrung gewesen wäre. In Zeiträumen zwischen 14 und 16 Monaten nach der Infusion der “korrigierten” Zellen verringerte sich die Demyelisierung im Gehirn der Patienten und stoppte dann komplett, was zu einer eindeutigen Verbesserung der Symptome führte. Auch in Hirnscans konnte der Effekt der Therapie eindeutig gezeigt werden. Inzwischen ist die Behandlung der Jungen 3 Jahre alt und in sequentiellen Untersuchungen wurden bislang keine krebsartigen Vermehrungen von Blutstammzellen beobachtet.
Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse der neuen lentiviralen SIN-Vektoren kann deren Sicherheit für die Gentherapie nicht als bewiesen betrachtet werden. In einer anderen Ausganssituation könnten dieselben Vektoren die zuvor beobachteten Problem auslösen oder nicht die erhoffte Effizienz der Genübertragung liefern. Aber ein wegweisender Schritt zur Wiederbelebung der schlummernden Gentherapieansätze stellt diese Arbeit mit Sicherheit dar.

Cartier, N., Hacein-Bey-Abina, S., Bartholomae, C., Veres, G., Schmidt, M., Kutschera, I., Vidaud, M., Abel, U., Dal-Cortivo, L., Caccavelli, L., Mahlaoui, N., Kiermer, V., Mittelstaedt, D., Bellesme, C., Lahlou, N., Lefrere, F., Blanche, S., Audit, M., Payen, E., Leboulch, P., l’Homme, B., Bougneres, P., Von Kalle, C., Fischer, A., Cavazzana-Calvo, M., & Aubourg, P. (2009). Hematopoietic Stem Cell Gene Therapy with a Lentiviral Vector in X-Linked Adrenoleukodystrophy Science, 326 (5954), 818-823 DOI: 10.1126/science.1171242

Ähnliche Artikel:

1. Gentherapie – Reloaded?
2. Neue Funktion fuer beschaedigte Photorezeptoren im Auge.
3. iPS Reprogrammierungstechnik entschärft

(hier ein sympathisches Beispiel grauer Haare: Kofi Annan, Bild: Wikipedia)
Um diesem Ergrauen auf die Spur zu kommen wurden Labormäuse nun mit erheblichen Strahlendosen bedacht, was zu einer sehr viel früheren Ergrauung der Nager führt, beginnend mit weinigen Wochen. An diesem Modell ist es den Forschern dann gelungen den zugrundeliegenden Mechanismus zu entschlüsseln. Aber erst noch etwas zur Theorie. In den Haarfollikeln befinden sich sogenannte Melanozytenstammzellen, die sich normalerweise einmal Teilen, wobei eine Tochterzelle sich selbst ersetzt und die zweite eine Melanozyte bildet, also eine Zelle, die für die Pigmentbildung der Haar verantwortlich ist.
Bisher wurde jedoch davon ausgegangen, dass Stammzellen, wenn sie beschädigt sind, sterben oder ihre Teilung einstellen, doch bei den Melanozytenstammzellen ist dies nicht der Fall. Die akkumulierte DNA-Schädigung bewirkt eine endgültige Differenzierung zu Melanozyten, was natürlich den Nachschub, ausgehend von den Stammzellen unterbindet. Ist diese letzte Melanozyte dann am Ende, können keine Pigmente mehr gebildet werden und die Haare bleiben ohne Farbstoff zurück und ergrauen.
Das ergibt ein völlig neues Bild vom Verhalten von Stammzellen und könnte neue Aufschlüsse für Verfahren liefern, bei denen eine Depletion derselben angestrebt wird.

Inomata, K., Aoto, T., Binh, N., Okamoto, N., Tanimura, S., Wakayama, T., Iseki, S., Hara, E., Masunaga, T., & Shimizu, H. (2009). Genotoxic Stress Abrogates Renewal of Melanocyte Stem Cells by Triggering Their Differentiation Cell, 137 (6), 1088-1099 DOI: 10.1016/j.cell.2009.03.037

Ähnliche Artikel:

1. Das Comeback der Gentherapie?
2. Koennen Stammzellen wirklich heilen?
3. Erste vollkommen DNA-freie humane induzierte pluripotente Stammzellen!

Doch was wäre, wenn man die Verzweigungen einfach quer miteinander verbinden könnte und direkt, ohne den zeitraubenden und im Labor monate dauernden Umweg nehmen zu müssen, von einem differenzierten Zelltyp zu einem anderen wechseln könnte?
Diese Frage haben sich die Stammzellspezialisten um Douglas A. Melton am Harvard Stem Cell Institute gestellt. Hinweise, dass dies möglich ist gab es bereits. So konnte zum Beispiel Harold Weintraub bereits in den 80ern zeigen, dass Fibroblasten, die mit komplementärer DNA des Muskelzelltranskriptionsfaktors MyoD transfiziert wurden, muskelzellähnliche Charakteristika übernahmen (Weintraub, H. et al. Proc. Natl Acad. Sci. 1989) [PubMed].
Im Mausmodell konnte nun gezeigt werden, dass durch retrovirale Transduktion und Expression von 9 Transkriptionsfaktoren im Pankreas, die dort häufig vorkommenden exokrinen Zellen, die hauptsächlich Verdauungsenzyme sekretieren, in die bei Diabetes benötigten Insulin-sekretierenden Beta-Zellen umgewandelt werden konnten. Diese Zellen zeigten viele Charakteristika von Insulin-produzierenden Zelle, befanden sich aber nicht wie für Beta-Zellen üblich, in den Langerhans-Inseln. Dies zeigt, dass tatsächlich andere pankreatische Zellen verändert wurden, um diese Doppelgänger zu erzeugen. Später konnte die Zahl der Transkriptionsfaktoren auf Drei erniedrigt werden (Pdx1, Ngn3 and MafA), was an die Sicherheitsfrag anschliesst, die hier schon angeführt wurde.
Dieser neue Ansatz ist sicherlich phenomenal, aber eben erst ein Anfang. Die Zellen konnten nicht ordnungsgemäss auf Glukose reagieren, doch die Methode zeigte dennoch eine Senkung des Blutzuckerspiegels in experimentell erzeugten Diabetes-Mäusen, die entsprechend behandelt wurden.

Qiao Zhou, Juliana Brown, Andrew Kanarek, Jayaraj Rajagopal, Douglas A. Melton (2008). In vivo reprogramming of adult pancreatic exocrine cells to β-cells Nature DOI: 10.1038/nature07314

Ähnliche Artikel:

1. Erste vollkommen DNA-freie humane induzierte pluripotente Stammzellen!
2. Reprogrammierte Stammzellen – ein Test!
3. Erste potentielle Anwendung für Stammzellen