Artykuł: Historia terapii genowejRecenzja: Mikrobiom najmniejsze organizmy, które rządzą światem
Wybrane artykuły: Kraina genów
Terapia genowa
2018-07-27
Nasze życie determinują cztery litery: A, G, C, T. Są to oznaczenia zasad azotowych, które są składnikiem DNA w każdej żywej komórce. DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy stanowi informacje genetyczną, która determinuje to, kim jesteśmy, jacy jesteśmy i na co chorujemy. DNA jest stale narażone na wszelkiego rodzaju czynniki mutagenne, jednak komórki były na tyle sprytne, aby wykształcić w sobie specjalne systemy naprawcze, które zwalczają różnego rodzaju mutacje. Niestety, czasami są one niedoskonałe i nie potrafią naprawić każdego błędu: może dojść do wielu zmian w strukturze czy ilości kodowanych przez geny białek, co w efekcie doprowadza do dysfunkcji i poważnych chorób. I wtedy jedyna nadzieja w nauce i terapii genowej.

Najczęstsza definicja terapii genowej brzmi: „leczenie, polegające na wprowadzeniu obcych kwasów nukleinowych (DNA lub RNA) do komórek ciała, w celu uzyskania określonego efektu”. Głównym celem jest usunięcie mutacji, a tym samym wszystkich negatywnych objawów związanych z tą niefortunną zmianą. Można wyróżnić dwa typy terapii genowej: somatyczny i germinalny. Typ germinalny ma na celu terapię gamet, czyli komórek, z których rozwinąć się ma nowy organizm. Choć jest ona bardzo obiecującym podejściem i daje szanse na normalne życie, często spotyka się z wieloma kontrowersjami i wątpliwościami etycznymi. Jednak możliwość usunięcia mutacji jeszcze przed narodzinami dziecka powoduje, że choroba nigdy się u niego nie rozwinie. Typ somatyczny dotyczy wszystkich innych komórek organizmu, poza gametami. W tym przypadku dochodzi do usunięcia skutków mutacji lub złagodzenia objawów, ale dotyczy to tylko konkretnego pacjenta, gdyż zmiany w DNA tych komórek nie są dziedziczone. Osoba chora zostaje uleczona, jednakże w jej gametach nadal występuje ten uszkodzony gen i może zostać przekazany potomstwu.

CELE TERAPII GENOWEJ

  1. Wyrównanie strat spowodowanych defektem genetycznym – może się zdarzyć sytuacja, że w danym organizmie nie występuje dany gen. Wtedy wprowadza się jego prawidłową kopię za pomocą transferu. Metodę tę można stosować również wtedy, gdy gen jest obecny w organizmie, ale nie funkcjonuje na odpowiednim poziomie. Można ją stosować w leczeniu jednogenowych chorób recesywnych, takich jak np. hemofilia czy anemia sierpowata.
  2. Inaktywacja genów – czyli „wyłączenie” konkretnego, szkodliwego genu. Mutacja w sekwencji kodującej konkretne białko może doprowadzić do tego, że będzie powstawała jego nieprawidłowa forma. Aby wyłączyć wadliwy gen stosuje się różnego rodzaju metody, np. antysensowne oligonukleotydy bądź siRNA.
  3. Korekta istniejącej mutacji – w tym przypadku należy wprowadzić prawidłowy fragment genu, aby usunąć szkodliwe skutki powstałej w organizmie mutacji
  4. Likwidacja nieprawidłowych komórek – nauka oferuje naprawdę zadziwiające rozwiązania, a to jest jednym z nich – do wadliwych komórek można wprowadzić geny, które doprowadzą do tego, że komórki wejdą na drogę apoptozy, czyli samozniszczenia. Tu aż samo chyba nasuwa się namyśl zastosowanie tej metody, głównie w leczeniu chorób nowotworowych.
  5. Nowe cechy – za pomocą wektorów można wprowadzić do komórki nowe geny i tym samym sprawić, że zacznie ona produkować nowe białka, o nowych funkcjach.


STOSOWANE WEKTORY

1. Wektor DNA (niewirulentne)
W tej metodzie wykorzystuje się plazmidy, czyli cząsteczki dwuniciowego DNA w kształcie koła. Wprowadza się do nich tak zwaną kasetę ekspresyjną genów (ang. gene expression cassette), która zawiera promotor odpowiedzialny za transkrypcję, transgen, a także sygnał do zakończenia transkrypcji genów, zazwyczaj jest to ogon poli(A). Plazmidowy DNA można bezpośrednio wstrzyknąć do komórek metodą in vivo za pomocą techniki iniekcji. Aby ułatwić penetrację ujemnie naładowanych cząsteczek pDNA przez hydrofobowe błony komórkowe, do skondensowania pDNA odpowiednio w lipopleksach i polipleksach stosuje się związki chemiczne, w tym kationowe lipidy i kationowe polimery. Po wychwycie komórkowym, pDNA przemieszcza się z pęcherzykami cytoplazmatycznymi znanymi jako endosomy, jednak mechanizmy obronne, które mają za zadanie usuwać obce DNA z komórki, mogą stanowić przeszkodę w efektywnej ekspresji wprowadzanego genu. Jest to jedno z poważnych ograniczeń tych wektorów, choć zdecydowanie charakteryzują się one niską immunotoksycznością, są dosyć łatwe w produkcji i nie posiadają elementów wirulentnych.

2. Wektory wirusowe
Wirusy infekujące ssaki są naturalnie ewoluowanymi nośnikami genów stosowanymi w terapii genowej. Powierzchniowe białka na cząstkach wirusowych mogą oddziaływać z odpowiadającymi im receptorami na komórkach docelowych, co wyzwala proces wychwytu komórkowego znany jako endocytoza. Po dotarciu do komórki docelowej wirusy ostatecznie dostarczają informację genetyczną w postaci DNA do jądra, w celu ekspresji genów wirusowych. Istotą jest tutaj zastąpienie większości genów wirusowych kasetą genów terapeutycznych oraz jednoczesne zachowywanie sekwencji sygnałowych, które są niezbędne do replikacji in vitro. Wektory oparte o gammaretrowirusy, lentiwirusy, adenowirusy (AdV), wirusy towarzyszące adenowirusom (AAV) i wirus opryszczki pospolitej (HSV) należą do najczęściej używanych wektorów wirusowych w obecnych badaniach terapii genowej.

Gammaretrowirusy i lentiwirusy należą do retrowirusów, które posiadają RNA jako materiał genetyczny i wykorzystują pochodzącą z wirusa odwrotną transkryptazę i integrazę do wstawienia ich prowirusowego komplementarnego DNA (cDNA) do genomu gospodarza. Gammaretrovirus może wprowadzać nowe geny do replikujących się komórek, podczas gdy lentiwirus może również przekazywać informację do niereplikujących się komórek, co czyni wektor lentiwirusowy bardziej korzystnym w wielu warunkach terapii genowej.

W przeciwieństwie do retrowirusa, adenowirusy jako materiał genetyczny zawierają DNA, który episomalnie rezyduje w jądrze gospodarza, co zapobiega mutagenezie insercyjnej (czyli wstawieniu do genomu gospodarza). Kilka cech AdV czyni go użytecznym wektorem, szczególnie idealnym do dwóch zastosowań: onkolizy (infekowania i zabijania komórek nowotworowych) i szczepienia. AdV jest zdolny do transdukcji szerokiego zakresu spoczynkowych i proliferujących ludzkich komórek, w tym komórek nowotworowych. Usunięcie niektórych genów wirusowych może sprawić, że replikacja AdV będzie kompetentna tylko w komórkach nowotworowych, więc komórki nowotworowe będą ulegać lizie (rozpadowi), a normalne pozostaną nienaruszone.

AAV to grupa małych, prostych, niepatogennych i jednoniciowych wirusów DNA, które do całkowitego procesu infekcji potrzebują obecności i elementów pochodzących od innych wirusów. Jedynym składnikiem wirusowym niesionym przez rekombinowany wektor AAV (rAAV) są odwrócone końcowe powtórzenia (LTR – Long Terminal Repeats). Z tego powodu w terapii genowej znacznie później zaczęto zwracać na niego uwagę niż na wektory retrowirusowe. W przypadku wektorów rAAV, w dużej mierze to kapsyd określa tropizm (wybór infekowanej komórki) i profil transdukcji w różnych typach komórek. Dlatego duży wysiłek skupiono na opracowaniu kapsydów AAV, które mają unikalne cechy. Co zaskakujące, wektory pochodzące z niektórych serotypów AAV, takich jak AAV9, mogą przekraczać barierę krew-mózg i transdukować komórki ośrodkowego układu nerwowego, co może być obiecujące w leczeniu chorób tego układu.

HSV jest naturalnie neurotropowym wirusem. Po początkowym zakażeniu skóry lub błon śluzowych, HSV jest wychwytywany przez zakończenia nerwów czuciowych, przemieszcza się wzdłuż nerwów do ciał komórek nerwowych i dostarcza swój genom DNA do jąder komórkowych, aby ulec replikacji. Dlatego wektory HSV dobrze nadają się do terapii genowej zaburzeń neurologicznych.

terapia genowaRysunek 1. Kaseta ekspresyjna transgenu

terapia genowa 2

Rysunek 2. Schemat tworzenia zrekombinowanego wektora wirusowego

 

3. Transfer genów ex vivo i komórkowa terapia genowa
Niektóre choroby wpływają przede wszystkim na określone typy komórek, tak jak na przykład w beta-talasemii pojawia się problem z czerwonymi krwinkami. W komórkowej terapii genowej izoluje się ludzkie, chore komórki, następnie się je hoduje i modyfikuje genetycznie ex vivo poprzez transfer genów za pośrednictwem wektorów. Zmodyfikowane komórki są zwykle wzbogacane, a następnie ponownie wprowadzane do ciał pacjentów w celu uzyskania efektów terapeutycznych. W ten sposób organizm ludzki nie jest bezpośrednio wystawiony na działanie wektorów dostarczających geny, co przemawia za bezpieczeństwem tej terapii.

Na szczególną uwagę zasługują komórki typu T (limfocyty T). Komórki T to heterogenna grupa komórek pochodząca od hematopoetycznych komórek macierzystych. Odgrywają istotą rolę w prawidłowym działaniu układu odpornościowego. Receptory komórek T (TCR) rozpoznają określone cząsteczki na powierzchni komórek docelowych i pośredniczą w likwidowaniu konkretnych komórek. Ich zdolność do niszczenia specyficznych wobec komórek znajduje zastosowanie w walce z komórkami nowotworowymi. Osiąga się to przez wyposażenie komórek T w takie receptory, które przekierowują komórki T do docelowych cząsteczek powierzchniowych swoistych dla nowotworu. Takie receptory obejmują TCR sklonowane z naturalnych komórek T biorących udział w walce z nowotworami i chimeryczne receptory antygenu (CAR), które są tworzone przez fuzję fragmentu przeciwciała z antygenem nowotworowym z wewnątrzkomórkowymi domenami sygnałowymi wyzwalającymi aktywację komórek T.

Drugą ciekawą grupą komórek są indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC). Generuje się je przez wprowadzenie zestawu czynników transkrypcyjnych genów do komórek somatycznych ex vivo, takich jak fibroblasty skóry, które przekształcają komórki somatyczne w pluripotentne komórki macierzyste. Połączenie technologii transferu genów iPSC i ex vivo w celu opracowania opartej na komórkach terapii genowej jest atrakcyjną strategią, ponieważ iPSC mają potencjał różnicowania się niemal we wszystkie typy komórek, takie jak komórki mięśni, krwi i neuronów.

W komórkowej terapii genowej transfer genów ex vivo ma na celu trwałą modyfikację genomu gospodarza tak, aby korzystna modyfikacja nie została utracona wraz z ekspansją komórek przed lub po reinfuzji do organizmu człowieka. W tym celu powszechnie stosuje się integrację wektorów wirusowych, takich jak wektory gammaretrowirusowe i lentiwirusowe.

Ostatnie postępy w technikach terapii genowej, związane zarówno z samym wyborem wektorów, jak i techniką ich wprowadzania, zostały znacznie ulepszone pod względem bezpieczeństwa i wydajności. Znacznie częściej korzysta się z wektorów wirusowych, gdyż charakteryzują się one większą wydajnością. Terapia genowa już osiąga pewne sukcesy, a daje też nadzieję na lepsze jutro i obietnicę na wyleczenie tych chorób, które od zawsze postrzegane były jako nieuleczalne.

terapia genowa 3

Rysunek 3. Komórkowa terapia genowa

 

Czytaj więcej >>> Historia terapii genowej
Czytaj więcej >>> Obietnica skutecznego leczenia

Bibliografia:

1. "New hopes for gene therapy" Current Biology Bol 24 No 20

2. Wang D. i Gao G. 2014. State of the human gene therapy: part 1. Gene delivery technologies. Discovery Medicine 18(97): 67-77

3. Wang D. i Gao G. 2014. State of the human gene therapy: part 2. Gene therapy strategies and applications. Discovery Medicine 18(98): 151-161

KIM JESTEŚMY?

Fundacja Wspieramy.org
41-400 Mysłowice, ul. Hutnicza 10
KRS: 0000581489, NIP: 6342848742

Dane kontaktowe:
e-mail: fundacja@wspieramy.org

Informacje o fundacji
Fundacja powstała z inicjatywy firmy Polfendo,

CELE STATUTOWE FUNDACJI
1) Celem podstawowym jest działalność popularnonaukowa, wspieranie zdrowego stylu życia i popularyzacja profilaktyki prozdrowotnej.
2) Obok celu podstawowego działalnść Fundacji obejmuje również wspieranie swoich członków w trudnych chwilach związanych z leczeniem i rekonwalescencją.

Dziękujemy za pomoc i wsparcie przy realizacji projektów fundacji. Dziekujemy zarówno za pomoc finansową, materialną jak i pomoc bezpośrednią

DANE KONTAKTOWE

Genweb.pl - genetyka, zdrowie, styl życia
41-409 Mysłowice, ul. Hutnicza 10
tel: 601 602 100
e-mail: info@genweb.pl

FORMULARZ KONTAKTOWY
Jeżeli mają Państwo jakiekolwiek pytania dotyczące naszej oferty, zapraszamy do kontaktu telefonicznego, poprzez adres e-mail lub wypełniając poniższy formularz. Odpowiemy w możliwie krótkim czasie.