Haiguste geeniteraapia (0)

Türi Majandusgümnaasium
HAIGUSTE GEENITERAAPIA
Koostaja : Aiki Metssalu
12A
Juhendaja : Kersti Kont
Bioloogiaõpetaja
Türi 2007
Geenitehnoloogia on tänapäevane uus tehnoloogiavaldkond, mille eesmärk on geneetilise info kasutamine rakenduslikel eesmärkidel. Geenitehnoloogias rakendatakse pärilikkuse muutumist DNA siirdamise teel. Selle teadusharu saavutusi kasutatakse taimede ja loomade pärilike omaduste ning inimese haiguste diagnoosimiseks ja ravika.(1)
Uute geenide viimine inimesesse eesmärgiga ravida teatud haigusi, eelkõige pärilikke haigusi ja vähki.(1)
Uusi, terveid geene võib inimese somaatilstesse rakkudesse siirdada organismi kas väliselt (ex vivo )või siseselt (in vivo). Ex vivo geenide siirdamise korral eraldatakse esmalt inimesel soovimatud elundi rakudja sisestatakse laboritingimustes sinna uus geen. Seejärel siirdatakse need rakud inimesesse tagasi. In vivoteraapia korral püütakse vajalik geen viia organismi otse.(1)
Geeniteraapia üldpõhimõtted
Fenüülketonuuria
Mutatsiooni tagajärjel fenüülalaniin hüdroksülaasi (PAH) geenis, mille alusel toodetakse maksas vastavat ensüümi, on rikutud fenüülalaniini üleviimine türosiiniks. Kui on tegemist homosügootse patsiendiga, siis ei toodeta PAH ensüümi üldse või toodetakse vastavat ensüümi väga väikeses koguses, mille tagajärjel kuhjub verre suur kogus endogeenset fenüülalaniini. Fenüülalaniini kõrge tase viib kesknärvisüsteemi neuronite aksonite müeliintuppede ebanormaalsele moodustumisele, mille tagajärjel tekib lapsel tõsine vaimne alaareng. See aminohapete metabolismi häire esineb sagedusega 1:10.000 vastsündinu kohta. Fenüülketonuuria puhul rakendatakse fenüülalaniini vaba dieeti , mille tagajärjel on lapse areng normaalne. Teiste geneetiliste haiguste puhul, juhul kui defektse valgu funktsionaalne vorm ei kutsu esile immuunvastust, rakendatakse asendusteraapiat, mille puhul vastavat ensüümi viiakse organismi süstimise teel. Näiteks hemofiilia, SCID-i ja Gaucher-i tõve korral. Kuigi sellistest vahenditest on küll mõningast kasu on nad siiski ajutised . Antud defekti korrigeerimiseks DNA tasemel kasutatakse geeniteraapiat, mille puhul mittefunktsionaalne geen asendatakse selle geeni töötava koopiaga.(2)
Ex vivo geeni teraapia
Põhilised etapid:
1. Patsiendilt eraldatakse rakud
2. Korrigeeritakse geenidefekt uue geeni sisse viimisega isoleeritud rakkudesse
3. Selekteeritakse ja kasvatatakse korrigeeritud rakud
4. Viiakse või transplanteeritakse need rakud patsiendile tagasi.
Kuna kasutatakse autoloogilisi (patsiendi enda) rakke, siis immunoloogilisi probleeme ei teki. Ex vivo geeniteraapiat saab rakendada ainult juhtudel, kui vastava koe rakke saab kehast eemaldada, geneetiliselt modifitseerida ja pärast jälle tagasi viia. Tegelikult võib ex vivo geeniteraapiat vaadelda kui modifitseeritud rakuteraapiat.(2)
Kui autoloogilisi rakke ei ole võimalik kasutada, siis saab ex vivo geeniteraapiat teha ka heteroloogiliste ( teiselt inimeselt) pärit rakkudega, lahendades immuunvastuse tekke probleemi.(2)
VEKTORID
DNA elementide transpordiks kasutatakse viirusevektoreid, mis on saadud viiruste geneetilise materjali modifitseerimisel, asendades viiruse genoomis mõne geeni rakulise geeniga.(1) Vektorite puhul on väga oluline, kas sisseviidud geen integreerub kromosoomi või jääb episoomina rakku.(2) Seejuures kasutatakse viiruse omadust tungida inimee rakuudesse ja viiruse nukleiinhappeseostumist peremeesraku-DNA-ga. Seega on viiruse abil võimalik rakku toimeta vajalikud geenid ja muuta raku omadusi inimesele sobivas suunas. Viiruse ohtlikkuse vältimiseks eemaldatakse neist pärilik materjal, mis tagab viiruse paljunemise.(1)
Integratsioon kromosoomi:
1. Geen antakse edasi igal raku jagunemisel igale tütarrakule
2. Saavutatakse pikaajaline stabiilne ekspressioon
3. Oluline näiteks tüvirakkude korral
4. Puuduseks on juhuslik insertsioon. Geeni asukoht võib erinevates rakkudes varieeruda
5. Samuti võib rikkuda mõne elutähtsa geeni
funktsiooni
6. Mingi rakulise onkogeeni võimalik aktivatsioon(2)
Episomaalne integratsioon:
1. Probleemiks on pikaajaline ekspressioon
2. Rakkude jagunemisel toimub segregatsioon tütarrakkude vahel
3. Vähi teraapia puhul vahel ongi vaja lühiajalist ekspressiooni(2)
In vivo geeni teraapia
Funktsionaalne geen viiakse otse patsiendi rakkudesse või vastavasse koesse. See võib olla ainus võimalus kui individuaalseid rakke ei saa kultuuri viia ja seal küllaldases koguses kasvatada (näiteks ajukoe rakke) või ka juhtudel kui rakke ei saa edukalt reimplanteerida. Retroviirusvektoritega saab sisestada materjali vaid jagunevatesse rakkudesse. Paljudes kudedes aga suur osa rakkudest ei jagune. Seega tuleb kasutada teisi meetodeid . Kuna koed millesse on vaja sisestada geneetilist materjali on tavaliselt väga erinevad, siis ka meetodid on erinevad.(2)
VIIRUSLIKUD SÜSTEEMID
Retroviirused ja retroviirusvektorid
Näiteks kasutatakse pakkimisliini konstrueerimisel erinevaid promootoreid asetades gag ja pol geenid 5’LTR-i kontrolli alla ja env geeni tsütomegaloviiruse promootori kontrolli all. (Sellist konstrukti nim. plasmoviiruseks ja see ei tohiks rekombineeruda replikatsiooni kompetentse retroviirusega. Sinna saab sisestada vaid 3.5 kb DNA-d). Teine võimalus on vektori pakkimine teise viiruse valk-kesta (envelope) sisse, mis määrab seostumise ja infektsiooni spektri. Nimetatakse viiruse pseudotüüpideks.(2)
Adenoviirused
Nakatavad arvukalt mittejagunevaid inimese rakke. Hingamisteed , sooletrakt. Kasutatakse ulatuslikult elusvaktsiinina respiratoorsete infektsioonide korral. Adenoviiruse DNA läheb raku tuuma, kus ekspresseeritakse transgeen. Rekombinantne DNA ei integreeru raku kromosoomi ja ei püsi seetõttu rakutuumas kaua. Seetõttu tuleb adenoviirus süsteemi puhul teraapiat korrata. Adenoviirusvektorite puhul on probleemiks mõne adenoviiruse geeni ekspressioon (kuigi väga madalal tasemel), mille tõttu kujuneb välja immuunvastus ja vastavad rakud hävitatakse. Sellest on püütud erinevatel viisidel üle saada vähendades vektori koostises olevate viirusvalkude hulka.(2)
AAV süsteem (Adeno-Associated Viruses)
Pisikesed mittepatogeensed üheahelalised inimese DNA viirused , mis integreeruvad kromosoom 19 spetsiifilisse saiti. Produktiivne infektsioon sõltub teise viiruse (nagu adenoviiruse) valkudest. Võivad anda püsiva ja pikaajalise geeniekspressiooni .
Herpes simplex viiruse süsteem Kuigi nii adeno- kui retroviiruste sihtmärk rakkude spektrit saab muuta, infitseerivad mõned viirused loomulikul teel teatud kindalt rakutüüpi. HSV-1 infitseerib mittejagunevaid närvirakke. HSV1 on tavaline inimese patogeen , mis põhjustab herpest. Neuronites jääb viirus latentseks. Reaktivatsioon initsieeritakse stressi või hormonaalsete muutuste poolt. HSV on kaheahelaline DNA viirus.(2)
MITTEVIIRUSLIKUD GEENIDE ÜLEKSNDE SÜSTEEMID
Puhta DNA sisestamine analoogiliselt NH immuniseerimisega. Kogused on väikesed ja samuti on raske jõuda soovitud kudedeni. (2)
Liposoomid: DNA konstrukti ümbritsemine kunstliku lipiidmembraaniga.(2)
Geeniekspressiooni inhibeerimine Kuigi suure osa geeniteraapia alastest uuringutest moodustavad mittefunktsionaalse geeni asendamisega seotud tööd, on teatud olukordades vajalik töötava geeni(de) (üle) ekspressiooni suunatud inhibeerimine. Seda on võimalik saavutada erinevatel tasemetel .(2)
DNA tasemel
A) Funktsionaalse geeni inaktivatsioon in situ homoloogilisel rekombinatsioonil vastavalt muteeritud geenikoopiaga.(2)
B) Oligonukleotiidide kasutamine. Teatud tingimustel võib DNA moodustada kolmekordse heeliksi . Selleks disainitakse geenispetsiifiline oligonukleotiid , mis paardub kindla sihtmärk geeni järjestusega kaheahelalises DNA-s ja inhibeerib selle geeni transkriptsiooni. Üheahelalise oligonukleotiidi seostumine kaheahelalise DNA-ga toimub nn. Hoogsteen’i paardumise kaudu ( vesiniksidemed ). Selliste sidemete puhul on kõige stabiilsemad G seondumine G-ga GC aluspaaris ja T seondumine A-ga AT aluspaaris.(2)
RNA tasemel Antisense oligod või antisense geen, ribosüümid.(2)
Valgu tasemel Polüpeptiidi funktsiooni inhibeerimine. Seda on tunduvalt vähem uuritud kui geeni eksi inpressioonhibeerimist DNA või RNA tasemel.(2)
Eetilise probleemid
Hirm inimese loodusliku olemuse kadumise pärast. Kas inimene, omandades uue geeni ja seeläbi ka uue tunnuse, on sellisel kujul seesama inimene?(1)
Piiri tõmbamine ravimise ja inimelule uue kvaliteedi andmise vahele on üpriski raske. Milliseid omadusi võib raviotstarbel muuta ja milliseid mitte?(1)
Geeniteraapia katsed inimloodetega on keelatud, kuigi on teada, et loote ravimisel oleks võimalik vältida haige lapse sündimist. Eetilistel, ohutusest ja muudest põhjustest tingituna ei tehta seda praegu sugurakkude peal.(1)
Geeniteraapia on väga kallis protseduur .(1)
Transgeensed organismid
Paljude bakterite, taimede ja loomade pärilikkust on muudetud sellega, et neisse on viidud teise organismi geene.(1)
On konstrueeritud uute omadustega organisme, kes toodavad bioloogiliselt aktiivseid aineid: raviühendeid, antikehi, verehüübimisfaktoreid, kasvufaktoreid jne.(1)
Transgeenseid loomi saab kasutada mudelitena inimese ja uute ravimeetodite rakendamiseks.(1)
Püütakse konstrueerida loomi, kes kannaksid inimese koesobivusantigeene, et antud loomade organeid (südant, neere, maksa jm) siirdada inimese organismi, ilma et inimese organism koesobimatuse tõttu selle ära tõukaks.(1)
Transgeensetel kultuurtaimede. On suurendatud nende hulgas haigus-, lamandumis-,põua- ja külmakindlust, saagikust ning säilivust. Samuti on parandatud nende maitseomadusi.(1)
Kasutatud kirjandus:
1. Bioloogia lühikursus gümnaasiumile, H.Järvalt, 2003, lk 90-91
2. http://www.biotech.ebc.ee/Antsu_loengud/Loeng17_2006.pdf