Генная терапия наследственных заболеваний

 

ГБОУ ВПО «Тверская государственная медицинская академия»

Министерства здравоохранения России

 

Кафедра биологии

 

 

 

 

Реферат

по теме:

«Генная терапия наследственных заболеваний»

 

 

 

 

Преподаватель: Костюк Н.В.

Выполнила: студентка 103 группы

педиатрического факультета Геллерт Д.К.

 

 

 

 

 

Тверь 2014

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

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.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фетальная генотерапия.

Большинство методов фетальной генотерапии разработаны на трансгенных мышах. Чужеродную ДНК вводят в оплодотворенные яйцеклетки, полученные от мышей, у которых была искусственно стимулирована овуляция. Затем яйцеклетки имплантируют в матку приемной матери. С помощью этого метода удалось заметно улучшить состояние мышей с наследственным дефицитом СТГ , наследственным дефицитом основного белка миелина и наследственным дефицитом бета-цепи глобина . В подобных экспериментах получена важная информация о регуляции экспрессии генов и патогенезе наследственных болезней.

Однако трансгенные животные получаются только из 15-20% яйцеклеток с инъецированной ДНК, причем лишь у 20-30% животных введенный ген экспрессируется. Более того, из-за случайного встраивания чужеродной ДНК в геном есть опасность повреждения гена хозяина (инсерционный мутагенез), приводящего к дефициту белка или нарушению регуляции, что может стать причиной злокачественного новообразования .

Таким образом, фетальная генотерапия пока неприменима для лечения наследственных болезней человека. Однако методы, разработанные в экспериментах с эмбриональными клетками, можно использовать для пренатальной диагностики. Это дает очень много - разумеется, лучше выявить наследственное заболевание на ранней стадии внутриутробного развития, чем прибегать к такому рискованному и ненадежному пока методу, как введение чужеродной ДНК.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соматическая генотерапия.

Если фетальная генотерапия пока неприменима для лечения наследственных болезней человека, то соматическая генотерапия наследственных болезней проходит клинические испытания.

Есть разные методы введения чужеродной ДНК в клетки-мишени, и выбор метода частично зависит от заболевания. Доставку генетического материала производят с помощью вирусных векторов ( ретровирусы , не способные к самостоятельной репликации; аденовирусы ; аденоассоциированные вирусы ; герпесвирусы и др.) или невирусных систем ( липосомы , конъюгаты ДНК-белок и ДНК-белок-дефектный вирус). Существуют два подхода: ex vivo - сначала генетический материал вводят в клетки, выращиваемые в культуре, а затем трансгенные клетки вводят реципиенту, и in vivo - вектор, несущий нужный ген, вводят непосредственно в организм реципиента.

Первый подход особенно эффективен, если для доставки используют стволовые кроветворные клетки и другие клетки, которые удается вырастить в культуре в больших количествах; второй же устраняет проблему введения значительного числа клеток в орган-мишень.

В любом случае важно учитывать количественные стороны - какой уровень экспрессии необходим для улучшения состояния больного и достаточны ли уровень экспрессии в трансгенных клетках и их число.

При испытаниях соматической генотерапии чаще всего используют вирусные векторы. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Использование ретровирусных векторов , не способных к самостоятельной репликации, обеспечивает эффективное встраивание чужеродной ДНК в геном и постоянство генетических изменений. Однако эти векторы встраиваются только в делящиеся клетки, могут вызывать инсерционные мутации, дают сравнительно низкие титры рекомбинантного вируса, а экспрессия встроенного гена часто уменьшается до очень низкого уровня через несколько месяцев.

Аденовирусные векторы эффективно переносят гены как в делящиеся, так и в неделящиеся клетки, не встраиваются в геном, обеспечивают высокие титры рекомбинантного вируса и высокий уровень экспрессии вводимых генов. Однако используемые в настоящее время аденовирусные векторы вызывают неспецифическое воспаление и антивирусную реакцию клеточного иммунитета, что сокращает длительность экспрессии до недель или месяцев.

Таким образом, используемые сейчас вирусные векторы имеют существенные недостатки. Чтобы соматическая генотерапия стала эффективной, нужно значительно усовершенствовать вирусные векторы, как и другие системы доставки генов.

Число заболеваний, при которых можно использовать соматическую генотерапию, растет. Опыт, накопленный при использовании обычных методов лечения, следует учитывать и при разработке методов генотерапии. Важно учитывать патогенез заболевания, начинать лечение до развития необратимых повреждений, обеспечивать правильное и регулируемое взаимодействие нового белка (продукта вводимого гена) с другими элементами пораженной системы гомеостаза.

Клинические испытания методов соматической генотерапии проводят не только при моногенных заболеваниях, но и при злокачественных новообразованиях, ВИЧ-инфекции и других заболеваниях.

Разрабатываемые методы лечения злокачественных новообразований включают:

- изменение опухолевых  или здоровых клеток больного, с тем чтобы посредством стимуляции  синтеза цитокинов или других молекул изменить реакцию организма на злокачественное новообразование;

- экспрессию антигенов (например, аллогенных антигенов HLA) на опухолевых клетках с целью вызвать на них иммунный ответ;

- введение генов-супрессоров опухолевого роста или других генов, замедляющих пролиферацию клеток;

- введение в здоровые  клетки (например, клетки костного  мозга) генов, обеспечивающих устойчивость  к противоопухолевым средствам, для проведения более активной  химиотерапии.

Ближайшие перспективы соматической генотерапии пока не ясны. Это многообещающий метод, но для того, чтобы он стал по-настоящему эффективным, нужна еще большая работа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стратегии генотерапии.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спектр болезней.

В настоящее время более 4500 болезней классифицируется как генетические заболевания . Только небольшая часть из них картирована 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пути введения генетической информации.

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 в зародышевую 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 .

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 помощью таргетинга . Возможно, мы уже близки к осуществлению такого способа. Это называется генетической 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 .