Genom-Editing-Ansatz für erblich bedingten Hörverlust

Japanische Forschende haben ein Gentherapie-Ansatz entwickelt, die erblich bedingte Taubheit heilen könnte, die auf einer Mutation des GJB2-Gens beruht. Dabei dienen Adeno-assoziierte Viren (AAV) als Vektor.

GJB2 ist für etwa die Hälfte aller Fälle von erblich bedingter Schwerhörigkeit verantwortlich. Es kodiert für Connexin 26 (CX26), das zur Bildung von interzellulären Gap Junctions beiträgt. GJB2-Mutationen führen häufig zur Fragmentierung von Gap Junctions und Gap Junction Plaques (GJPs), die aus CX26 bestehen. Während die Vererbung der rezessiven GJB2-Mutation mit zwei Kopien des defekten Gens durch GJB2-Genersatz funktionell geheilt werden kann, ist bei der dominant-negativen GJB2-Mutation, bei der das mutierte Protein die normale Funktion des Wildtyp-Proteins hemmt, ein Gene Editing-Ansatz erforderlich.

Vor diesem Hintergrund hat das Team um Prof. Kazusaku Kamiya von der Abteilung für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde der Medizinischen Fakultät der Juntendo-Universität, Japan erfolgreich eine Gentherapie entwickelt, um R75W zu reparieren. Diese dominant-negative Mutation von GJB2, verursacht syndromalen Hörverlust.

Zunächst entwickelten die Forscher ein AAV-Vektor (AAV-Sia6e), das Genom-Editing-Werkzeuge zu einer Vielzahl von Innenohrzellen, die Gap Junctions bilden, transportieren kann. Allerdings ist bei AAV die Größe des Gens, das übertragen werden kann, begrenzt. Daher konstruierten Kamiya und sein Team ein Basen-Editing-Tool (SaCas9-NNG-ABE8e), das mit Hilfe von SaCas9-NNG, das eine geringere Größe und eine höhere Genom-Editing-Effizienz als herkömmliches Cas9 hat, auf eine Größe miniaturisiert wurde, die von dem eingesetzten Vektor transportiert werden kann. Anschließend luden sie dieses Basen-Editing-Tool auf AAV-Sia6e und entwickelten einen All-in-One-AAV-Vektor für Genome Editing im Innenohr.

Wie die Forschenden zeigen konnten, war die Genom-Editierung durch den All-in-One-AAV-Vektor sehr effizient und spezifisch. Sie konnten eine zielgerichtete T-zu-C-Umwandlung in menschlichen Zellen, die die GJB2-R75W-Mutation exprimieren, nachweisen. Es zeigte sich eine Reparatur der R75W-Mutation und GJP wurde gebildet. Darüber hinaus wurde nach dem Basen-Editing-Verfahren die physiologische Funktion der Gap Junction Zell-Zell-Kommunikation wiederhergestellt.

Um ihre Ergebnisse zu validieren, führten die Forschenden schließlich ein AAV-vermitteltes Genome-Editing in einem transgenen Mausmodell mit der GJB2 R75W-Mutation durch. Innere Sulcuszellen der Cochlea, die mit dem All-in-One-AAV-Vektor infiziert wurden, bildeten ausgeprägte GJPs mit fünfeckigen oder sechseckigen Strukturen, die um die Zellen herum angeordnet waren und denen ähnelten, die in Wildtypzellen beobachtet wurden.

„Durch die Verwendung eines All-in-One-AAV-Vektors mit hoher Infektiosität für das Innenohr erwarten wir, die therapeutische Wirkung zu verbessern, den Entwicklungsprozess zu vereinfachen und die Kosten zu senken. Außerdem dürfte der ABE-basierte Gene Editing-Ansatz weniger toxisch und sicherer sein als die herkömmliche CRISPR-Cas9-Technologie. Die von uns entwickelte AAV-Genom-Editierungstherapie kann auch für anderer Gene, die Hörverlust verursachen, eingesetzt werden”, schließt Kamiya mit Blick auf die mögliche Bedeutung seiner Forschungsergebnisse.