Die Huntington-Krankheit (HD) ist eine vererbte neurodegenerative Erkrankung, die durch eine Expansion von CAG-Trinukleotidwiederholungen im HTT-Gen verursacht wird. Diese ungewöhnlichen DNA-Sequenzen führen zu einer verlängerten Polyglutamin-Region im Huntingtin-Protein und resultieren letztlich in neuronalem Zelltod und dem fortschreitenden Verlust motorischer und kognitiver Funktionen. Trotz intensiver Forschung fehlen bislang therapeutische Ansätze, die den Verlauf der Erkrankung abbremsen oder stoppen können. Ein vielversprechender Ansatz, der in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen hat, zielt darauf ab, die somatische Instabilität der CAG-Repeat-Sequenzen zu reduzieren. Dabei setzen Forscher auf präzise Genom-Editing-Technologien, wie das Basenediting, um gezielt einzelne Basen innerhalb der Repeats zu verändern, sodass diese stabiler und weniger anfällig für Expansionen werden.
Die Herausforderung bei Huntington besteht darin, dass die Länge der CAG-Repeat-Sequenz stark variabel ist und mit zunehmendem Alter und vor allem in bestimmten Hirnregionen durch sogenannte somatische Expansionen verlängert wird. Diese Erweiterung trägt signifikant zur Progression der Krankheit bei. Neuere Studien zeigen, dass bereits kleine Veränderungen innerhalb der CAG-Repeat-Sequenz, sogenannte Interruptions, die Expansion hemmen und damit den Krankheitsverlauf mildern können. Die Idee ist demnach, natürliche Varianten von HTT-Allelen nachzubilden, die in der Allgemeinbevölkerung mit CAA-Unterbrechungen innerhalb der CAG-Repeats auftreten und mit einem verzögerten Erkrankungsbeginn assoziiert sind. Die jüngsten Entwicklungen in der Baseneditor-Technologie eröffnen hierfür neue Möglichkeiten.
Cytosin-Baseneditoren (CBEs) ermöglichen eine präzise Umwandlung von Cytosin zu Thymin in der DNA, während Adenin-Baseneditoren (ABEs) Adenin in Guanin verändern können. Durch die gezielte Anwendung dieser Editoren lassen sich einzelne Nukleotide innerhalb der CAG-Repeats so verändern, dass stabile Interruptions entstehen, die die Wiederholungen stabilisieren, ohne die Proteinsequenz zu verändern – eine wichtige Voraussetzung, damit das Huntingtin funktional bleibt. In verschiedenen in-vitro-Studien konnten Forscher mit CBEs signifikante Mengen an CAA-Interruptions in HTT-Allelen von Huntington-Patientenzellen einführen. Besondere Aufmerksamkeit erhielt hierbei die Kombination eines hochspezifischen CBEs mit einem Leit-RNA-Molekül, das mehrere Bindestellen innerhalb der CAG-Wiederholungen ermöglicht. Die Ergebnisse zeigten, dass bis zu 80 Prozent der behandelten Zellen Interruptions in den Pathogenen CAG-Trakten aufweisen.
Besonders bemerkenswert ist zudem, dass die veränderten Repeat-Sequenzen nach der Behandlung gegenüber somatischer Expansion deutlich stabiler sind. Langzeitkulturen von behandelten Patientenzellen bestätigten diese Beobachtung. Während unbehandelte HTT-Allele eine kontinuierliche Zunahme der CAG-Repeat-Länge zeigten, blieben die Editierten stabil oder zeigten sogar eine leichte Kontraktion der Wiederholungen. Das bedeutet, dass das Basen-Editing nicht nur die negative Progression verhindert, sondern auch potenziell gefährliches Längenwachstum rückgängig machen kann. Dieser Effekt könnte einen dramatischen Einfluss auf die Ausprägung und den Verlauf der Krankheit haben.
Um die klinische Relevanz dieser Editing-Strategie zu testen, wurde das Verfahren auch auf Tiermodelle übertragen. In humanisierten Mäusen mit Huntington-typischen CAG-Expansionen in HTT-Wiederholungen wurde die CBE-Maschinerie über Adeno-assoziierte Viren (AAV9) in das zentrale Nervensystem injiziert. Die transgenen Mäuse zeigten nach der Behandlung eine robuste Einführung von Interruptions in den CAG-Regionen, vor allem in Hirnarealen, die bei HD besonders betroffen sind, wie Striatum und Cortex. Die Folge war eine signifikante Verringerung der somatischen Repeat-Expansion über mehrere Wochen und Monate nach der Behandlung. Diese Ergebnisse unterstreichen die Machbarkeit einer in vivo Applikation der Baseneditierung zur Stabilisierung der Huntington-Krankheits-relevanten Mutationen.
Neben der Wirksamkeit spielten auch die Sicherheit und Spezifität eine wichtige Rolle. Die Forscher führten umfangreiche Analysen zu Off-Target-Effekten durch, bei denen unbeabsichtigte Mutationen an anderen genomischen Stellen ausgeschlossen werden sollen. Es zeigte sich, dass die CBE-Strategie überwiegend auf lange, reine CAG-Repeats zielt und Off-Target-Editierungen vor allem in nicht-kodierenden oder synonymen Regionen auftreten. Potenziell schädliche Aminosäureveränderungen durch Off-Target-Editing waren selten und wurden hinsichtlich ihrer Funktion weitgehend als unbedenklich eingestuft. Dennoch sind weitere Untersuchungen notwendig, um die langfristigen Folgen und mögliche Risiken des Verfahrens vollumfänglich zu verstehen.
Parallel dazu wurde auch die Methode des Adenin-Baseneditings bei der Friedreich-Ataxie untersucht, einer weiteren Trinukleotid-Repeat-Erkrankung, die durch eine Expansion von GAA-Repeats im FXN-Gen verursacht wird. Hier konnten ABEs Interruptions in pathogenen Repeat-Sequenzen einführen, die ebenfalls mit einer Stabilisierung der Wiederholungen und einer erhöhten Genexpression einhergingen. Die Parallelen zwischen beiden Krankheiten und ihren Mechanismen zeigen die Vielseitigkeit und das therapeutische Potenzial des Baseneditings für verschiedene neurodegenerative Repeat-basierte Erkrankungen. Die klinische Umsetzung des Baseneditings bei Huntington-Krankheit wird dennoch einige Herausforderungen mit sich bringen. Die effiziente und sichere Zustellung der Editing-Werkzeuge in menschliche Hirnzellen ist technisch anspruchsvoll, insbesondere da therapeutische Interventionen möglichst frühzeitig stattfinden sollten, um irreversible neuronale Schäden zu vermeiden.
Die Verwendung von AAV9 stellt zumindest für die Überwindung der Blut-Hirn-Schranke einen vielversprechenden Ansatz dar. Zudem ist die dauerhafte oder temporäre Expression des Editors kritisch abzuwägen, um einerseits maximale Effektivität bei andererseits minimalem Risiko für Off-Target-Mutationen zu gewährleisten. Zukünftige Forschungsschritte werden sich daher auf die Optimierung der Editor-Varianten, die Entwicklung neuartiger Liefersysteme und die präklinische Prüfung in weiterentwickelten Krankheitsmodellen konzentrieren. Auch die Kombination mit anderen Therapieformen, wie z.B.
