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Paper of the Month

Mai 2020


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Somatic gene editing ameliorates skeletal and cardiac muscle failure in pig and human models of Duchenne muscular dystrophy. Nature Medicine, DZHK-Autoren: A. Moretti, P. Hoppmann, A. B. Meier, T. Bozoglu, A. Baehr, C. M. Schneider, D. Sinnecker, K. Klett, F. Abdel Rahman, T. Haufe, S. Sun , V. Jurisch, R. Hinkel, R. Dirschinger, E. Martens, C. Jilek, G. Santamaria, B. Campbell, A. Wolf, T. Ziegler, S. Lee, T. Dorn, A. Dendorfer, K. L. Laugwitz, E. Wolf, and C. Kupatt

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Die Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) ist die häufigste erbliche Muskelerkrankung im Kindesalter. Sie führt zu einem fortschreitenden Muskelabbau und einer Muskelschwäche. Aufgrund von Atem- und Herzversagen sterben die Patienten vorzeitig. Durch die X-chromosomale Lokalisation der DMD ist einer von 3.500 bis 5.000 männlichen Neugeborenen betroffen.

Die überwiegende Mehrheit der Patienten trägt Frameshift-Mutationen im DMD-Gen, das Dystrophin (DMD) kodiert. Bei den Mutationen handelt es sich hauptsächlich um Exon-Deletionen. Kürzlich wurde gezeigt, dass Crispr/Cas9-basierte Gen-Editing-Strategien eine effiziente und dauerhafte Korrektur des Genoms in mdx-Modellen der Maus bewirken. In einem Beagle-Modell der DMD (Exon 50-Mangel) gelang es durch die intravenöse (i.v.) Applikation von AAV9, das CRISPR/Cas9-Komponenten liefert, ein verkürztes Dystrophin in verschiedenen Muskeln zu exprimieren, einschließlich des Herzens. Allerdings wurden bisher noch keine funktionellen Daten vorgelegt.

Ein Konsortium von DZHK-Wissenschaftlern aus der Inneren Medizin der TUM sowie der LMU und Helmholtz-München hat Schweine eines transgenen Stammes, denen das Dystrophin-Exon 52 fehlt, im Hinblick auf die Skelettmuskelfunktion und die elektrophysiologische Stabilität des Herzens untersucht. Die Forscher konnten zeigen, dass eine systemische Infusion von AAV9-Crispr-Cas9 in Kombination mit geeigneten Guide-RNAs ausreichte, um ein verkürztes, aber stabiles Dystrophin in vielen Muskeln zu exprimieren, einschließlich des Zwerchfells und des Herzens.

Bei erkrankten Schweinen, die spätestens 105 Tage nach der Geburt an plötzlichem Herztod starben, ergab eine hochauflösende elektrophysiologische Kartierung, dass ein großer Bereich des Herzmuskels verletzlich ist. Die AAV9-Cas9-gRNA-Behandlung verkleinerte diesen Bereich, wodurch sich die Lebensdauer der Behandlungsgruppe signifikant verlängerte. Bei menschlichen iPS-abgeleiteten Herzmuskelzellen, die einer analogen AAV6-Cas9-gRNA-Transduktion unterzogen wurden, zeigte sich übereinstimmend eine Dystrophin-Expression, die mit einer Normalisierung der Kalzium-Verarbeitung einherging. Diese Ergebnisse belegen in präklinischen Großtierexperimenten, dass das Gen-Editing durch Crispr-Cas9 bei DMD in der Lage ist, die Dystrophin-Expression zu bewirken sowie die Herz- und Skelettmuskelfunktionen zu verbessern.

Publikation