In den Vereinigten Staaten hat einer von acht Menschen im Alter von 12 Jahren oder älter einen Hörverlust auf beiden Ohren. Während Technologien wie Hörgeräte und Cochlea-Implantate den Klang verstärken können, können sie das Problem nicht beheben. Aber Gen-Editing könnte – genetische Anomalien tragen zur Hälfte aller Fälle bei. Vor zwei Jahren reparierten Yeh und David R. Liu, Thomas Dudley Cabot Professor für Naturwissenschaften und Mitglied des Broad Institute und des Howard Hughes Medical Institute, erstmals eine dominante Mutation und verhinderten den Hörverlust in einem Mausmodell. Aber, so Liu: „Die meisten genetischen Krankheiten werden nicht durch dominante Mutationen verursacht, sondern durch rezessive, einschließlich der meisten genetischen Hörverluste.“
Nun haben Liu, Yeh und Forscher der Harvard University, des Broad Institute und des Howard Hughes Medical Institute eine weitere Premiere erreicht: Sie stellten bei Mäusen mit einer rezessiven Mutation im Gen TMC1, die vollständige Taubheit verursacht, ein teilweises Gehör wieder her – das erste erfolgreiche Beispiel für Genome Editing, um eine rezessive, krankheitsverursachende Mutation zu beheben.
Dominante Krankheitsmutationen, also solche, die nur eine der beiden Kopien eines Gens im Körper besudeln, sind in gewisser Weise leichter angreifbar. Wenn man die schlechte Kopie ausschaltet, kann die gute Kopie zur Rettung kommen. „Aber bei rezessiven Krankheiten“, so Liu, „kann man das nicht tun. Per Definition bedeutet das rezessive Allel, dass man zwei schlechte Kopien hat. Also kann man nicht einfach die schlechte Kopie zerstören.“ Man muss eine oder beide reparieren.
Um zu hören, sind die Tiere auf Haarzellen im Innenohr angewiesen, die sich unter dem Druck der Schallwellen biegen und elektrische Impulse an das Gehirn senden. Die rezessive Mutation von TMC1, die Liu und Yeh zu korrigieren hofften, verursachte eine rasche Verschlechterung dieser Haarzellen, was zu schwerer Taubheit im Alter von nur vier Wochen führte.
Jeffrey Holt, Professor für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde und Neurologie an der Harvard Medical School und einer der Autoren der Arbeit, behandelte die TMC1-bedingte Taubheit erfolgreich mit Gentherapie – sie schickten Zellen mit gesunden Versionen des Gens in die ungesunden, um der krankheitsverursachenden Mutation entgegenzuwirken. Aber Volha (Olga) Shubina-Aleinik, eine Postdoc-Stipendiatin im Holt-Labor, sagte, dass die Gentherapie eine begrenzte Dauer haben könnte. „
Yeh verbrachte Jahre damit, einen Basen-Editor zu entwickeln, der die krankheitsverursachende Mutation finden, löschen und durch den korrekten DNA-Code ersetzen kann. Aber selbst nachdem sie gute Ergebnisse in vitro demonstriert hatte, gab es ein Problem: Basis-Editoren sind zu groß, um in das traditionelle Transportvehikel, das Adeno-assoziierte Virus (AAV), zu passen. Um dieses Problem zu lösen, teilte das Team den Basis-Editor in zwei Hälften und schickte jedes Stück mit seinem eigenen viralen Vehikel hinein. Einmal drinnen, mussten die beiden Viren dieselben Zellen koinfizieren, wo sich die beiden Hälften des Basis-Editors wieder vereinigten und sich auf den Weg machten, ihr Ziel zu finden. Trotz des labyrinthischen Zugangs erwies sich der Editor als effizient und verursachte nur ein Minimum an unerwünschten Deletionen oder Insertionen.
„Wir sahen nur sehr wenige Anzeichen von Off-Target-Editing“, sagte Liu. „Und wir stellten fest, dass die editierten Tiere eine sehr gut erhaltene Haarzellmorphologie und Signaltransduktion hatten, d.h. die Haarzellen, die kritischen Zellen, die Schallwellen in neuronale Signale umwandeln, erschienen normaler und verhielten sich normaler.“
Nach der Behandlung führte Yeh einen informellen Test durch: Sie klatschte in die Hände. Die Mäuse, die zuvor ihr Hörvermögen verloren hatten, sprangen und drehten sich um, um zu schauen. Formelle Tests zeigten, dass der Basis-Editor funktionierte, zumindest teilweise: Behandelte Mäuse hatten ein teilweise wiederhergestelltes Gehör und konnten auf laute und sogar einige mittlere Töne reagieren, sagte Yeh.
Natürlich muss noch mehr Arbeit geleistet werden, bevor die Behandlung beim Menschen eingesetzt werden kann. Nicht bearbeitete Zellen starben weiterhin ab, was dazu führte, dass die Taubheit zurückkehrte, selbst nachdem der Basis-Editor die Funktion der anderen wiederhergestellt hatte.
Aber die Studie bewies auch, dass die heimliche AAV-Verabreichungsmethode funktioniert. Liu verwendet AAV bereits, um andere genetische Krankheiten zu bekämpfen, darunter Progerie, Sichelzellenanämie und degenerative motorische Erkrankungen. „Wir haben jetzt einige genetische Krankheiten im Visier, darunter einige prominente, die viel Leid verursacht haben und ziemlich leidenschaftliche Gemeinschaften von Patienten und Patientenfamilien dazu gebracht haben, alles zu tun, um eine Behandlung zu finden“, sagte Liu. „Für Progerie gibt es keine Heilung. Die besten Behandlungen verlängern die durchschnittliche Lebensspanne eines Kindes von etwa 14 bis 14,5 Jahren.“
Für Yeh, deren Freund immer noch keine Antwort, geschweige denn eine Heilung für seinen Hörverlust hat, ist die genetische Taubheit immer noch ihr primäres Ziel. „Es gibt noch eine Menge zu erforschen“, sagte sie. „Es gibt so viel Unbekanntes.“