Основные принципы лечения наследственной болезни генной терапии

Медицинский университет  Астана

 

Кафедра Молекулярной биологии и медицинской генетики

 

 

 

 

СРС

 

 

 

 

Тема: Основные принципы лечения наследственной болезни генной терапии

 

 

 

 

 

 

 Подготовила:

 

                           Проверила:

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Астана 2012г.

СОДЕРЖАНИЕ

           

 

 

 

 

Введение

 

1.    Генная терапия

 

 1.2 Перспективы, общие сведения

 

1.3 Генная терапия: три стратегии

 

1.4  Генная терапия: спектр возможных для лечения болезней

 2.    Генная терапия: два пути введения генетической информации больному

 2.1 Генная терапия: вставка здорового гена в дефектные клетки

2.2  Генная терапия: усиление иммунного ответа

2.3 Генная терапия: практические проблемы

3.    ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ: СРЕДСТВА ДОСТАВКИ ТРАНСГЕНОВ В КЛЕТКУ

3.1 Генная терапия: применение антисенс-олигонуклеотидов

3.2 Генная терапия: наследственные болезни

Заключения 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В этом очерке мы познакомимся с основными  принципами, на которых основывается важнейший элемент медицины 21 века -генная терапия. Мы посмотрим, как генная терапия развивается в направлении лечения наследственных заболеваний, приобретенных заболеваний таких, как рак или атеросклероз и инфекционных заболеваний, таких как СПИД.

Мы познакомимся со способами введения генов в больные клетки и организмы  для того, чтобы компенсировать генетический дефект, делающий клетку больной, или, если это раковая клетка, то чтобы  придать ей свойства, достаточные  для уничтожения этой и подобных клеток иммунной системой.

Мы познакомимся с двумя основными стратегиями геной терапии-ex vivo и in vivo. Узнаем, что когда сегодня говорят о генной терапии, то имеют ввиду генную терапию соматических клеток. Увидим, что генная терапия и трансгеноз тесно связаны, но при генной терапии, в отличие от трансгеноза, трансгены не вводят в зародышевые линии клеток. Я хотел бы, чтобы было понятно, что генная терапия находится в самом начале своего пути. Поэтому обращайте внимание на основные приципы. Результаты же - впереди.

Откроем Science,269, от 25 Августа 1995 и прочтем: "В последнем сентябре, когда  Ашанти Де Сильва, приветливая 8-летняя девочка появилась перед Научным Советом, председатель, в то время конгрессмен Джордж Браун, сказал: "Перед нами доказательство того, что чудо свершилось". О каком же чуде здесь идет речь? Эта девочка страдала наследственнымзаболеванием - недостаточностью аденозиндезаминазы , и в сентябре 1990 года ее начали лечить с помощью генной терапии. И вот она жива здорова и ходит в школу. Простим американскому конгрессмену использование термина "чудо", ибо сказано: "Чудеса нельзя приводить в доказательство" (Талмуд). Противопоставим ему следующую пословицу: " Если случилось чудо, значит оно не чудо". И действительно - чуда не случилось. Просто настало время, когда незримые для тех, кого мы называем широкой публикой или, если угодно, налогоплательщиками, исследования генетики, молекулярной биологии биоорганической химии, биохимии концентрированно проявляются в зримом каждому, социально значимом результате - на наших глазах рождается медицина 21-века. Об этом мы поговорим более подробно позже, а сейчас вот такие цифры: (Nature,378,#6558, 655,1995). Институты Национального Института Здоровья в США (NIH) в 1995 израсходовали на генную терапию 181.5 миллионов долларов из 11.3 миллиардного бюджета. Из них 50 миллионов израсходовано на фундаментальные исследования. Одобрено 136 клинических протоколов. 910 субъектов подверглись переносу генов в США и 1024 - в мире. Нужно сразу сказать, что пока нет однозначных результатов. В значительной степени исследования в этой области продолжают оставаться фундаментальными. Но то, что происходит, означает, что в короткий срок генная терапия перестала быть просто фантазиями энтузиастов, а стала реальностью. Что же такое генная терапия?

Концепция генной терапии существует уже на протяжении последних десятилетий. Она заключатся в том, что наиболее радикальным способом борьбы с разного  рода заболеваниями, вызываемыми изменениями генетического содержания клеток, должна быть обработка, направленная непосредственно на исправление или уничтожение самой генетической причины заболевания, а не ее следствий. Причиной может быть мутация в зародышевой линии клеток, которая передается по наследству при наследственных заболеваниях, это может быть соматическая мутация, которая вызывает, например, рак, или это может быть изменение вследствие появления в клетке чужеродного генетического материала, например, в результате вирусной инфекции. Способ же борьбы с этими генетическими изменениями заключается в искусственном введению в пострадавшую клетку новой генетической информации, призванной поправить ту, с которой связана болезнь. Эта концепция, по-видимому, появилась сразу после осознания механизмов трансформации клеток опухолеродными вирусами. Они, эти вирусы, осуществляли стабильное внедрение генетического материала в геном клетки хозяина, и поэтому тогда же было предложено использовать их, как векторы для доставки желаемой генетической информации в геном клеток, чтобы в случае необходимости поправлять клеточные дефекты и лечить болезни генома. Однако это были только общие идеи. Предстояло решить массу технических и этических проблем, прежде чем достичь сегодняшних успехов и надежд. Серьезным уроком и предостережением послужила крайне неудачная попытка вылечить талассемию с помощью введения гена (-глобина. Это было сделано в 1980 году. Исторически генная терапия нацеливалась на лечение наследственных генетических заболеваний, но впоследствии поле ее применения, по - крайней мере теоретически, расширилось таким образом, что она стала рассматриваться, как потенциально универсальный подход к лечению практически всего спектра болезней, начиная от инфекционных, включая так называемые болезни современного общества такие как рак, атеросклероз, диабет и кончая классически генетическими, наследственными заболеваниями.

 

1. Генная терапия

 

Генная терапия — совокупность генно-инженерных (биотехнологических) и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний. Это новая и бурно развивающаяся область, ориентированная на исправление дефектов, вызванных мутациями (изменениями) в структуре ДНК, или придания клеткам новых функций.

 
 
Технологии генодиагностики и  генотерапии базируются на мировых  достижениях в расшифровке генома человека. Технологии генодиагностики  включают разработку приемов точной локализации генов в геноме человека, ответственных за наследственные и соматические заболевания, а также методологии пренатальной и доклинической диагностики. Их важной составляющей является сравнительный анализ структуры генома в норме и патологии. 
Среди технологий генотерапии в настоящее время актуальны следующие: генотерапия соматических клеток, генотерапия репродуктивных (половых) клеток, генотерапия с использованием рибозомов и антисенс-ДНК. 

                  1.2 Перспективы, Общие сведения

 

Существует несколько способов введения новой генетической информации в клетки млекопитающих. Это позволяет разрабатывать прямые методы лечения наследственных болезней - методы генотерапии.

Используют  два основных подхода, различающиеся  природой клеток- мишеней:

- фетальную генотерапию , при которой чужеродную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введенный материал попадет во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению), и

- соматическую генотерапию , при которой генетический материал вводят только в соматические клетки и он не передается половым клеткам.

Есть и третий подход - активация  собственных генов организма  с целью полного или частичного преодоления действия мутантного гена. Яркий пример такого подхода - использование гидроксимочевины для активации синтеза гемоглобина F у больных с серповидноклеточной анемией и талассемиями.

1.3 Генная терапия: три стратегии

Стратегии генной терапии можно  разделить на три крупных блока.

Одна из них используется в тех  случаях, когда клетки, которые нужно  вылечить, потеряли функцию какого-либо гена, и для лечения нужно эту функцию восстановить . Тогда в клетку организма, которая страдает от этой потери функции, нужно доставить ген, способный обеспечивать недостающую функцию. Это приходится делать, например, при рецессивных наследственных заболеваниях.

Наоборот, часто болезнь вызывается избыточной функцией, несвойственной нормальной клетке. Это происходит при инфекциях или опухолевых трансформациях. Тогда генному терапевту  следует озаботиться тем, чтобы  эту излишнюю функцию подавить . Эти две стратегии можно считать истинно-генно-терапевтическими. Они нацелены на коррекцию дефекта клетки генными модификациями этой же клетки.

К генно-терапевтическим подходам теперь относят также и такие подходы, когда клетки модифицируют, чтобы усилить иммунный ответ организма на нежелательные явления, вызванные инфекцией или возникновением опухолей. Модификация также осуществляется введением новой генетической информации либо в клетки, против которых хотят увеличить иммунный ответ, либо в клетки иммунной системы, с помощью которых хотят усилить этот эффект. Хотя строго говоря эта стратегия не совсем вписывается в классическое понятие генной терапии.

 

 

1.4 Генная терапия: спектр возможных для лечения болезней

 

 

 

В настоящее  время более 4500 болезней классифицируется как генетические заболевания . Только небольшая часть из них сортирована и для еще меньшей установлен биохимический механизм, с помощью которого ген осуществляет свою функцию.

Рецессивные генетические болезни , такие как муковисцидоз и недостаточность аденозиндезаминазы , проявляются в том случае, если повреждены оба аллеля гена.

В доминантных аутосомных болезнях , такой является болезнь Хантингтона, эффект больного гена проявляется, даже если другой аллель здоров.

Наконец, заболевания, сцепленные с  Х-хромосомой, проявляются у мужчин, тогда как дамы, как правило, как в случае синдрома хрупкости Х-хромосомы, болеют не всегда, и носят в себе ген, передавая его потомкам и награждая своих сыновей болезнью.

Генная терапия может применяться  и для монофакторных, т.е. вызванных одним геном , и для полифакторных, т.е. происходящих вследствие вовлеченности многих генов, заболеваний. Большинство монофакторных генетических заболеваний встречаются относительно редко.

Большинство наиболее обычных болезней современного общества, такие как рак, атеросклероз, нейропсихиатрические болезни имеют существенный генетический компонент и также могут рассматриваться, как объекты классической генной терапии. Но, конечно, в последнем случае дело обстоит много более трудно и нужно разбираться в генетике болезни, что непросто.

2.  Генная терапия: два пути введения генетической информации больному

 

Существует два принципиальных способа введения генетической информации в больной организм.

В первом из них берут клетки из организма, вводят в них требуемую генетическую информацию и затем возвращают в тот же организм. Это свои клетки, иммунная система их не отторгает , так, по-крайней мере, можно надеяться, и они далее синтезируют нехватающий организму продукт. Не все клетки годятся для этого способа. Годятся, только те, которые могут существовать долго, лучше всего на протяжении всей жизни организма.

Это стволовые клетки. Определим  этот способ, как ex vivo генную терапию . Экс значит вне. Вне организменная генная терапия. Эта терапия представляет собой развитие методов лечения, основанных на трансплантации органов и тканей.

Другой подход - доставка генов  прямо в организм, ничего из него не вынимая. Это называется in vivo генная терапия . Прямо, значит, в организме. Выбор стратегии определяется той медицинской задачей, которую решает генная терапия в каждом конкретном случае.

Наконец, чтобы закончить с определениями, надо сказать о следующем. Принципиально наследственные болезни можно было бы лечить раз и навсегда, вводя здоровые гены взародышевую линию клеток , так чтобы они передавались по наследству. Мы это делали в случае трансгенных животных. Это была бы генная терапия зародышевых клеток . Но человек не мышь и не корова, и здесь возникает столько проблем, и технических и главным образом этических, что такой подход сегодня просто не рассматривается. Речь всегда идет о введении генетической информации в соматические клетки. Мы имеем дело с соматической генной терапией .

2.1 Генная терапия: вставка здорового гена в дефектные клетки

Понятно, что логически подходы  генной терапии должны заключаться  во введении в клетку здорового гена и создания условий для его  экспрессии в надежде, что его  продукт будет компенсировать генетический дефект. Идеальным случаем было бы убрать больной ген или его больную часть и заменить его, или эту часть, здоровым. Это можно было бы сделать с помощьютаргетинга . Возможно, мы уже близки к осуществлению такого способа. Это называетсягенетической коррекцией (correction). Но пока осуществляется не нацеленное введение генов. Больной ген продолжает существовать, но вводят дополнительный здоровый ген, который увеличивает количество недостающего клетке или организму продукта. Этот способ будем называть пополняющей (augmentative) генной терапией .

При таком случайном введении будут происходить точо такие же события, как при трансгенозе . В ряде случаев будет происходить инсерционный мутагенез и экспрессия трансгена будет с высокой вероятностью не очень подходяще регулироваться. Такой трансген иногда называютэктопическим (ectopic).

Таким образом можно вылечить болезни  рецессивного типа. Доминантный же тип проявляется и в присутствии  здорового гена, и в этом случае нужно поразмыслить, как быть. Можно пробовать, например, не вводить здоровый ген, а наоборот инактивировать больной.

 

 

2. Генная терапия: усиление иммунного ответа

Во многих случаях можно подумать о том, что нежелательный эффект возникает, потому что иммунная система недостаточно активно узнает "не свои" антигены. Допустим, опухолевые клетки имеют характерные опухолевые антигены. Но этого оказывается недостаточно, чтобы клетки иммунной системы стимулировались и эффективно уничтожали опасные раковые новообразования. Можно попробовать усилить иммунную реакцию, создавая "противоопухолевые вакцины", представляющие собой опухолевые клетки с дополнительной генетической информацией, программирующей синтез поверхностных антигенов, которые, будучи выставлены на поверхность опухолевой клетки, усилят ее идентификацию, как чуждую и вызовут полноценный иммунный ответ. Или каким- то образом можно модифицировать геном клеток иммунной системы, чтобы заставить их более энергично уничтожать опасные клетки.

2.3 Генная терапия: практические проблемы

 

Какую бы стратегию вы не использовали, для целей генной терапии надо решить несколько практических задач.

 

-Как доставить требуемый ген  в организм?

 

-Как обеспечить его экспрессию  в нужных тканях?