Гендік терапияның жіктелуі

Нысана-клеткалар типі бойынша

Фетальді гендік терапия кезінде бөгде ДНҚ ерте даму сатысында зигота немесе ұрыққа ендіреді. Нәтижесінде енгізген материал реципиенттің барлық клеткаларына түседі (және де жыныс клеткаларына, яғни келешекте ұрпаққа гендік ақпаратты тасымалдайды); гендік конструкцияны амнион қуысына енгізеді, оны ұрықтың қанайналымы жолы арқылы кіндікшенің көк тамыры арқылы жеткізеді. Фетальді гендік терапия әдістері зертхана тышқандарына сынақталған, ал клиникада әзір қолданылмайды.

Соматикалық гендік терапиядагендік материалдытек соматикалық клеткаларға енгізеді және олар жыныс клеткаларына берілмейді. Соматикалық нысана-клетканы қатерлі ісікті, жұқпалы, тұқым қуалайтын және басқа аурулардың еміне қолданады. Зақымданған тіндер мен ағзалар клеткаларын бөліп алып организмнен тыс терапиялық гені бар гендік конструкцияға трансфекцияланады (ex vivo) немесе терапиялық гені бар гендік конст-рукцияны жүйелі түрде қантамыр арнасына (in vivo), немесе жергілікті - өкпе тініне аэрозольмен, өспе тініне инъекция арқылы және т.б. (in situ) енгізіледі.

Векторлар типі бойынша

Гендік терапияның нәтижелі болу жәйті бұл нақты жеткізу, яғни нысана-клеткаға бөгде генді трансфекциялау, олардың осы клеткаларда ұзақ қызмет атқаруы және геннің қалыпты қызметін қалыптастыру (сур.1). Түрлі тәсілмен тасымалданған трансдукцияланған бөгде ДНҚ нәтижелі трансфекциясы және нысана-клетканың ДНҚ интеграциялану қабілеттігі әртүрлі болып келеді. Терапиялық эффект беретін жаңа гендік материалды индивидтің нысана-клеткасына жеткізу үшін векторлар қажет. Клеткаға ДНҚ фрагментің (генді) тасымалдауына вектор ретінде қолданады:

- вирустарды (ретровирустар, аденовирустар, аденоассоциирленген және басқа вирустар);

- липосомалар немесе тіндік клеткалардың нақты типтеріне ұқсас (лиганд-рецепторлы әдіс) арнайы конструкцияланған нәруыздық және пептидті векторлар;

- физикалық әдістер (электропорация, баллистикалық трансфекция және басқалар).

ДНҚ вирустық ДНҚ вирустың нәруыз қабаты ядро клеткалық ДНҚ мРНҚ

Сурет 1. Клеткаға геннің трансформациясы мен трансдукциясының сызба суреттемесі

( Баев А.А., 1990)

Вирустық векторларды немесе вирустық жүйелігіне, белсенді трансдукциясына, ал кей жағдайда бөгде гендердің нысана-клеткасында ұзақ эспрессиясына негізделген гендік конструкциялар басқа векторларға қарағанда жиі қолданылады. Соның ішінде 40% жағдайда аденовирустарды қолданады, 30% - ретровирустарды, 16% - аденоассоциирленген вирустар, 10% - қарапайым герпес вирусы, 4%- лентивирустар, папиллома вирусы және басқалар. Вирустар клетканы инфицирлейді және клондалған ДНҚ фрагментімен нысана-клетка геномына жеңіл интеграцияланады.

Гендік-инженерлік әдістер көмегімен вирустан векторды конструкциялану үшін:

- вирустық капсид синтезін кодтайтын жүйелерді қалдырады. Мысалы, «пакеттегі» ретровирусты векторлар қолданады (сур.2), осы жағдайда вектор ретінде терапиялық генге трансфекцияланатын және вирустың капсидін кодтайтын ген қолданады және де ескеру қажет, осылардың ішінде трансфекциялайтын организмінде патология тудыратын, яғни инсерциялық мутагенез бен қатерлі өспені индукциялайтын ретровирустар генің (сем. Retroviridae) алып тастау қажет. Вирустық РНҚ клетка ядросына енеді, кейін терапиялық генді экспрессиялайды. Сонымен қатар, осы векторлар адамның бөлінбейтін клеткаларына, мысалы нейрондарға, ДНҚ фрагментін енгізуге жарамайды. Тағы митоздық белсенділігі төмен клеткаларына да гендерді тасымалдауға болмайды (мысалы, тыныс алу жолдарының эпителий клеткаларына);

Сурет 2. Вирустық вектор көмегімен терапиялық генді трансфекцияның сызбанұсқасы

Ескерту. Қажетті гендері бар сусызданған РНҚ-вирустар (ретровирустар) ревертаза гендерімен бірге (сызбанұсқада – 1) клеткаға бағытталған. Клетка рецепторлар көмегімен вирустың қабатын таныған кейін (2), вирус клеткаға РНҚ ендіреді (3). Клеткада РНҚ ревертаза көмегімен ДНҚ ауыстырылады (4) және соматикалық клетканың ядросына енеді (5). Онда қажетті гендер мен кейбір вирустық гендерді тасымалдайтын бөгде ДНҚ синтезделінеді және клетканың өз ДНҚ қиыстырылып интеграцияланады (6). Әрі қарай клетка бөлінген жағдайда жаңартылған геномның көшірмесін жасайды, мРНҚ (7), қажетті терапиялық нәруыздарды (8) түзеді. Репликацияланған вирустық РНҚ капсидпен қапталады (9) және басқа клеткаларды жұқтырады (10), ( moikompas.ru сайтынан).

- вирустың репродукциясына жауапты вирустық нуклеотидтер жүйелігін алып тасталынады. Клетка ядросынан тыс вектор құрамындағы терапиялық геннің уақытша экспрессиясы жүреді. Бұл онкогенділігі жоқ аденовирусты векторлар (Adenoviridae тұқым.) және патогенді емес аденоассоциирленген вирустар (Parvoviridae тұқым.); олардың ретровирустардан айырмашылығы, бөлінбейтін клеткаларға терапиялық гендерді енгізуге көмектеседі;

- вектор ретінде тағы қарапайым герпес вирусы қолданылады (Herpesviridae тұқым.). Аденовирустар секілді, қарапайым герпес вирусты клетканың ішінде репродукциялау қабілетін жою үшін олардың гендік-инженерлік өнделуіжүргізіледі. Организм клеткаларына шағын тропизмі қабілеті жоқ ретро- және аденовирустардан айырмашылығы, герпесвирустар тек нейрондарды жұқтыруға талғамды. Сондықтан осы векторлар нерв жүйесі ауруларының гендік терапиясында қолданысқа ие болды.

Липосомалар – микроскопиялық фосфолипидті везикулалар, бір немесе бірнеше биқабатты мембраналардан құралған, олар химиопрепараттар, нәруыздар, ДНҚ, антимағыналы олигонуклеотидтер және т.б. тасымалдаушы зат ретінде қарастырылады. Әртүрлі қасиеттері бар липосомалар дайындалған. Мысалы, катионды (оң зарядты) липосомалар, теріс зарядты ДНҚ молекуласымен байланысып, ДНҚ-липидті комплекс құрайды – липоплекс. Липоплекстерді дайындау жеңіл, ірі гендік конструкцияларды тасиды, улылығы төмен және иммуногенділігі жоқ; биосыйымды, биологиялық сұйықтармен қатысқанда енгізген ДНҚ молекуласын ферментативті деградациядан қорғайды. Липосомалардың өткізгіштік қабілеті оның липидтер құрамына, олардың көлеміне, инкапсулирленген молекула табиғатына, лиганданың мекеніне және ДНҚ трансфекция әдісіне байланысты. Басқа липосомалардан айырмашылығы, рН-тәуелді липосомалар, олардың құрамына кейбір нәруыздар кіретіндігінен, мысалы, гемагглютинин немесе Сендай вирусының HVI нәруызы, олар қышқыл ортада тұрақтылығынан айырылады. Айта кету керек, осындай типтегі липосомаларда трансфекцияланған ДНҚ эндосомада липидтік қабаттан жылдам айырылып, лизосомалық деградацияға ұшырамай цитоплазмаға түсуі керек. Электростатикалық қарым-қатынаспен ДНҚ ұстап тұратын катионды липидтердің айтарлықтай нәтижелігі жоғары.

Иесі клеткасына экзогенді ДНҚ лиганд-рецепторлы әдіспен енгізу. Осы мақсатта трансферрин немесе гликопротеині бар ДНҚ конъюгаты қолданады, себебі көптеген клеткаларда оларға арнайы рецепторлар бар. Рецепторларымен байланысқан кейін ДНҚ конъюгаттарын клеткалар өзіне сіңіреді. Клеткаға еңген ДНҚ адам геномына интеграциялануы әлсіз болғанымен трансфекцияланған ген өзінің қызметін уақытша орындайды.

ДНҚ конструкцияны физикалық әдіспен ендіру - электропорация (клеткаға жоғары кернеулі электр импульстар әсерінен мембрананың өткізгіштігі жоғарлауы қайта орнына келеді, диаметрі 0,5 нм тесіктер пайда болуы); генді «пистолет» қолдануымен баллистикалық трансфекция әдісі (ДНҚ-конструкцияны ауыр металл бөлшектерімен - диаметрі 1-3 мкм алтын немесе вольфраммен конъюгациялайды; ағзалар мен тіндерді атады, ену тереңдігі - 1 мм жетеді; сур. 3А және 3В); бұлшықетті миоцит-клеткаға ДНҚ микроинъекция технологиясы дайындалды.

Комбинирленген вектор. Лиганда-рецепторлы және вирустық вектордың біріктіріп қолдануы, яғни геннің рецепторларға-тәуелді тасымалы тиімді. Қажетті геннің ДНҚ-жүйелігін трансформацияланған клетканың (мысалы, гепатоцит) мембрана рецепторына туыстығы бар нақты затпен (мысалы, гликопротеин) қосады. Алынған комплекс – терапиялық ген мен гликопротеинді клетка ядросына гендік конструкциясын енуін іске асыратын аденовируспен біріктіреді.

Кенейтү камерасы ДНҚ-вакцина енгізілген кассета Гелиймен толтырылған баллон Ауыстырмалы катридж Ұрғыш Сопло Шаннан корғаушы қақпак Сүзгіш Дыбыс басушы Келтіру сақина Газ шығаратын саңылау

Сурет 3А. «Powderject» компанияның көпреттік генді пистолеті

Сурет 3В. “Powderject” компанияның бірреттік генді пистолеті (а –сыртқы көрінісі, б – кесіндіде)

Осындай комбинирленген вектор нақты ағзалар мен тіндерге генді тиімді жеткізеді, плазматикалық мембранадан өтіп клетка ішіндегі нақты нысанаға апарады.

Гендерді енгізу тәсілі бойынша

Гендік терапия ex vivo-да нысана-клеткасына гендік материалды тасымалдау жолымен іске асады, организмнен алдын-ала бөліп алған клеткаларды (лимфоциттер, қызыл жілік майынан дін клеткалары, гепатоциттер, астроциттер, фибробласттар және т.б.), келешекте реимплантациялайды. Еx vivo-дагенді тасымалдау мақсаты – пациентклеткаларын бөліп алуы және дақылдандыруы, оған бөгде генді ендіру, трансфекцияланған клеткаларды ажыратып алып сол пациентке реинфузиялау. Клиникалық сынақтар бағдарламаларында осы әдіс жиі қолданылады. Гендік терапияның ex vivo-дажетістіктері алынған трансформацияланған клеткаларға организмге трансплантация жасамай сипаттама беруге болады, осы клеткалардың көптеген клондарын тандап алынып қажетті геннің жоғары деңгейдегі экспрессияланатын клонды ажыратуға және организмге зиян келтіретін қауіпті трансформацияланған клондарды алып тастауын жасауға болады.

In vivo-дағы гендік терапия – бұл қажетті мөлшерде терапиялық гені бар рекомбинантты гендік вектордың бірден организмге тура жасалынатын трансгенезі. Гендік конструкцияны in vivo-да енгізу жолдары:

- тінге инъекция жасау арқылы (бүйрек, айырша без, көлденең-жолақ бұлшықеттер және басқа ағзалары; сур. 4);

- трансфекциялайтын ағзаны қоректендіретін қантамырлар ішіне;

- өкпе патологиясында аэрозольмен енгізу;

Генді енгізү Вектор Бұлшықет тіні Синтетикалық ген

Бұлшықет өсуі Миостатиннің рецепторы Миостатинді блокадалау Миостатин

Сурет 4. Гендік терапия in vivo-да– бұлшықет тініне терапиялық генді инъекциялау

(n-medic.ru сайтынан)

Гендік терапия типі бойынша:

- дефектті ген функциясына коррекция жасау. Дефектті геннің белсенділігін коррекциялау (мутацияда ДНҚ аздаған бөлігі өзгерген) немесе қалыпты түрімен ауыстыру әдістері қазіргі уақытта тек зертханада өнделуде;

- терапиялық генді енгізу. Қазіргі уақытта гендік терапия технологиясының клиникалық зерттеулері клеткада дефектті немесе «ауру» гені сақталған жағдайда организмде терапиялық генді экспрессиялайтын қосымша ген(гендерді) енгізуімен шектелген. Соңғының коррекциясы немесе ауыстырып салу әдістемесі едәуір қиындықтар тудырады. Терапиялық ген организмге жетпей тұрған функцияны қызметті қалпына келтіреді – бұл толықтырушы гендік терапия (augmentative). Айта кету керек, функциональды белсенді дефектті гендер-аналогтары (терапиялық гендер) бар гендік конструкциялармен бірге дефектті геннің экспрессиясын реттейтін ДНҚ жүйелер болған жөн.

– «ауру» геннің қызметін тежеу (antisence RNA). Инфекцияда, ісіктік трансформацияда және басқа патологияларда геннің қызметі шектен тыс асады, сондықтан оны тежеу қажет. Дефектті геннің мРНҚ репликациясы екі жолмен өтеді немесе РНҚ антисенс терапиясы (РНҚ синтезін қамтамасыз ететін клетка құрылымының мРНҚ деңгейінде ген қызметінің тежелуі, бұл дефекті геннің мРНҚ комплементарлы болып келеді) немесе антимағыналы РНҚ терапиясы (дефектті геннің мРНҚ комплементарлы болып келетін жасанды РНҚ, клеткаға енгізгенде ол мРНҚ байланысуында трансляцияны тежейді. мРНҚ-дағы нуклеотидтер қарама-қайшы орналасуына байланысты осындай жасанды мРНҚ антимағыналы деп атайды). Антисенс РНҚ терапия мен антимағыналы РНҚ терапия негізінен ұқсас келеді және жалпы аталуы бар - antisence RNA. Мысалы, дефектті геннің экспрессиясын басу үшін келесіні істеу қажет: геномнан ДНҚ фрагментін бөліп алып гендік конструкцияға төнкеріп (антимағыналы) салу (сур.5). Осындай жағдайда антимағыналы РНҚ өндіріледі, бірақ ол нысана-геннің мРНҚ байланыса алады. Нәтижесінде транскрипциядан кейінгі гендік сайленсинг жүреді – трансляция тоқталады, нысана-геннің мРНҚ бұзылуынан экспрессиясы бірден тежеледі немесе толығымен тоқтап қалады.

гендік конструкция өсімдік геномындағы пролиндегидрогеназаның гені

антимағыналы РНҚ пролиндегидргеназаның мРНҚ

антимағыналы РНҚ әсерімен байланысты трансляцияның тежелуі, пролиндегидрогеназаның мРНҚ бұзылуы және фермент синтезі тоқталады антимағыналы РНҚ жок болғанда ферменттің калыпты синтезі байкалады

Сурет 5. Транскрипциядан кейінгі деңгейде антимағыналы РНҚ синтезі нысана-генді экспрессиялауы (пролиндегидрогеназа ферменті антисенсті тежейді),

(Э.Файер және К.Мэлоу, 2007)