Gen-Editing

CRISPR-Cas9 kann auch RNA zerschneiden

Bakterien verfügen über ein Immunsystem namens CRISPR-Cas9, das fremde DNA eliminiert. Würzburger Forscher haben nun entdeckt, dass es auch RNA zerschneiden kann – ein Resultat mit potenziell weit reichenden Konsequenzen.

Würzburger Wissenschaftler haben nachgewiesen, dass eine Genschere aus dem Bakterium Campylobacter auch RNA schneiden kann. V. l. n. r.: Prof. Dr. Cynthia Sharma, Sara Eisenbart, Thorsten Bischler und Belinda Aul vom IMIB sowie Prof. Dr. Chase Beisel vom HIRI. (Foto: Hilde Merkert, IMIB)

Unsere Fähigkeit, den Inhalt von Genen nach Belieben zu verändern – sei es, um genetische Erkrankungen zu kurieren oder Agrarpflanzen zu verbessern – wird momentan revolutioniert. Angetrieben wird diese Revolution durch CRISPR-Cas9. Für das Einbringen des Schnitts ist dabei das Cas9-Protein zuständig, das als eine Art Schere fungiert. Andere Bestandteile des Systems leiten die Cas9-Schere zu der Stelle in der DNA, die zerschnitten werden soll. Wissenschaftler können diese Leitfunktion programmieren: Sie können dadurch gezielt bestimmte Gene modifizieren – nicht nur in Bakterien, sondern auch in Pflanzen und Tieren.

Schere auf spezifische RNA-Moleküle programmiert
Von den Cas9-Scheren weiß man, dass sie typischerweise DNA zerlegen. Wissenschaftler der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und des Helmholtz-Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI), einem Standort des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI), konnten nun zeigen, dass die Cas9-Schere aus dem Lebensmittelkeim Campylobacter jejuni noch mehr kann.

"Das Protein hat die Fähigkeit, neben DNA auch verwandte Moleküle zu zerschneiden – die Ribonukleinsäuren, kurz RNAs", betont Prof. Dr. Cynthia Sharma vom Institut für molekulare Infektionsbiologie (IMIB) der Universität
Würzburg. "Nicht nur das: Wir konnten das Cas9-Protein so programmieren, dass es sich spezifisch gegen ausgewählte
RNA-Moleküle richtet."

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Einsatzspektrum der Schere erweitert sich
Dass die Cas9-Scheren auch RNA zerlegen können, erweitert ihr Einsatzspektrum. So lässt sich mit dieser Funktion möglicherweise besser kontrollieren, welche Gene an- oder abgeschaltet werden. Eventuell lassen sich mit ihr auch menschliche Viren bekämpfen, deren Erbgut aus RNA besteht, oder die Erreger einer Infektion schneller nachweisen.

Die Wissenschaftler entdeckten die Eigenschaft der Genschere, als sie sich anschauten, welche Moleküle an das Cas9-Protein von Campylobacter binden. Darunter waren auch zahlreiche RNAs. Weitere Analysen zeigten dann, dass das Cas9-Protein diese RNAs nicht nur binden, sondern auch in einer ähnlichen Weise wie DNA schneiden kann – und dass Cas9 so programmiert werden kann, dass sie sich gezielt gegen spezifische RNAs richtet.

"Dieser Befund war erstaunlich, weil man bislang annahm, Cas9 könne normalerweise nur DNA zerlegen", erklärt Prof. Dr. Chase Beisel. Beisel ist kürzlich von der NC State Universität in den USA an das HIRI gewechselt und hat in dem Projekt mit Prof. Sharma kooperiert.

Möglicherweise ein generelles Merkmal der Scheren
Die Cas9-Schere aus Campylobacter steht mit ihrer Fähigkeit, RNA zu schneiden, nicht allein: Zwei weitere Arbeitsgruppen haben kürzlich diese Eigenschaft auch bei den Cas9-Proteinen aus zwei anderen Bakterien nachgewiesen. Möglicherweise handelt es sich also um ein generelles Merkmal der Genscheren.

Unbekannt ist bislang, inwieweit die Fähigkeit, RNA zu schneiden, für die Mikroorganismen von Nutzen ist. Es gibt jedoch zunehmend Hinweise darauf, dass das CRISPR/Cas-System nicht nur als Immunsystem dient: Möglicherweise reguliert es auch, welche Gene in Bakterien an- oder abgeschaltet werden.

Publikation: Gaurav Dugar, Ryan T. Leenay, Sara K. Eisenbart, Thorsten Bischler, Belinda U. Aul, Chase L. Beisel und Cynthia M. Sharma: CRISPR RNA-dependent binding and cleavage of endogenous RNAs by the Campylobacter jejuni Cas9; Molecular Cell, DOI: 10.1016/j.molcel.2018.01.032

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