WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
GENE THERAPY – ЛЕЧЕНИЕ ГЕНАМИ – FANTASY OR REALITY ФАНТАСТИКА O. O. FAVOROVA ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ The paper deals with gene..

therapy which is crucially „‰‡‚ ‰ ‚ new approach for treatment of hereditary, cancer and infectious diseases.

The incorporation of the Сегодня каждому старшекласснику известно, additional functioning что генетическая информация, закодированная в последовательности оснований ДНК, направляет и gene in cells of a patient контролирует синтез РНК и белков. Поэтому генм – provides either a correcсовокупность молекул ДНК в каждой отдельной tion of the hereditary misклетке – представляет собой “книгу судеб” организма, в которой записано, как это живое существо, take of metabolism or an будь то человек, животное, растение, микроб или acquisition by the organвирус, выглядит, живет и передает свои свойства ism of new features that следующему поколению. У многоклеточных организмов эта геномная книга разбита на главы – хроare responsible for a мосомы, а страницам соответствуют отдельные гены – patient’s recovery.

основные единицы наследственности, каждая из которых несет генетическую информацию для определенного белка или РНК. Увы, в эту книгу, как и ‡ ‡ в набранную типографским способом, закрадыва‡ ‚ ‰‰ ются опечатки: может быть пропущена, вставлена ‡‰‚- или заменена на другую отдельная буква (нуклеотидный остаток ДНК), а иногда происходит вставка, „ или утрата большого фрагмента текста – несколь ‡·ких страниц или главы. Такие изменения генетич傇 – „‡fl ‡fl. ского материала называются мутациями, и если мутации искажают информацию, записанную в генах, ·„ ‚‚или затрагивают регуляторные области, приводя к ‰fl ‰ выключению генов, то они являются причиной ге „, нетических заболеваний. Если подобные мутации происходят в клетках зародышевого пути организ ‡‚fl мов, размножающихся половым путем, то они п傉 · ·редаются по наследству и заболевание становится ‡ ‚‚, - наследственным.

В мире каждый сотый ребенок рождается с серь‰‡ „‡ ‚ езным наследственным дефектом, и количество та‚‚‡, ·‡„‰‡fl ких дефектов неумолимо растет. Наследственные ‰ ‚отклонения, как правило, приводят к физическим или умственным нарушениям и преждевременной ‰‚ ‡‡.

смерти. Для большинства из известных в настоящее время более чем 4000 наследственных заболеваний не найдено достаточно эффективных способов лечения.

Спасением от наследственных заболеваний могло бы стать введение в организм больного неповрежденной копии мутантного участка ДНК.

Идея, еще недавно казавшаяся фантастической, становится вполне реальной благодаря достижениям в области генетической инженерии. Эта технология позволяет выделять индивидуальные гены.. – © ‡‚‚‡.., и последовательности ДНК (клонировать ДНК), а вмешиваться в эволюцию человека Оправдан ли затем направленно изменять их в пробирке, создавая риск внесения в генофонд изменений, ведь мы еще рекомбинантную ДНК – новые сочетания последова- не знаем всей сложной системы взаимодействия гетельностей нуклеотидов. Молекулы рекомбинант- нов и их регуляции и, заменяя один “больной” ген, ной ДНК, содержащие неповрежденную копию му- можем нарушить работу других и тем самым вместо тантного участка ДНК и сконструированные таким ожидавшейся пользы принести вред, а может быть, образом, чтобы их можно было ввести в клетки но- и гибель человеку как виду. Генотерапия соматичесвого хозяина, смогут заменить поврежденный ген, ких клеток в отличие от половых затрагивает органаправляя синтез недостающего продукта, или же низм только самого пациента и поэтому разрабатызаставят работать имеющийся у хозяина, но выклю- вается в качестве основного подхода. При этом ченный ген. Произойдет изменение генетического большое значение имеет правильный выбор типа материала организма, или его генотипа, и как след- соматических клеток, которые должны обеспечить ствие – исправление врожденной ошибки обмена длительное сохранение и функционирование вневеществ. Наследственное заболевание будет изле- сенного “лечебного” гена.

чено при помощи генотерапии.

Наследственные заболевания могут быть обусЕще одним важным направлением генотерапии ловлены дефектом одного или нескольких генов, а может стать направленное привнесение свойств, также крупными генетическими изменениями, наранее не присущих данному типу клеток. Предпопример потерей целой хромосомы. Безусловно, на лагается, что, вводя в организм новые, не свойстсовременном этапе можно пытаться лечить генами венные ему гены, можно будет лечить онкологичестолько заболевания первого типа, так называемые кие, инфекционные и аутоиммунные заболевания.

моногенные, при условии, если ответственный за дефект ген уже обнаружен и клонирован, то есть полу “” чен материал для введения больному.

Метод генотерапии находится пока на ранней В принципе существуют два пути передачи больстадии развития, хотя выполнена значительная ному “лечебного“ гена. Если болезнь связана с отчасть работы по созданию способов переноса генов сутствием или малыми количествами белкового лабораторным животным. Животные, несущие чу- продукта дефектного гена, то достаточно ввести в жеродный ген, получили название трансгенных.

клетку неповрежденный ген и дать ему возможПервые трансгенные мыши – основной объект для ность работать; в результате появятся достаточные дальнейших исследований – были получены в количества белка-продукта. Таким образом, вне1981–1982 годах, а уже в 1985 году выбранные уче- сенная копия гена заместит по функциям сохраняными гены были перенесены сельскохозяйствен- ющийся в геноме больного дефектный ген, поэтому ным животным (кроликам, свиньям и овцам) с це- этот подход получил название заместительной телью улучшения полезных для человека свойств.



рапии. Все используемые в настоящее время клиниПараллельно аналогичные успехи были достигнуты ческие методы переноса генов основаны на внесес растениями.

нии в клетку дополнительных количеств ДНК, то есть на заместительной терапии. Другим, идеальПервая успешная попытка применить генотераным способом излечивать генетические заболевапию в клинической практике была предпринята в ния могла бы быть корректирующая (или исправля1990 году в США. Ребенку, страдающему редким зающая) терапия, при помощи которой дефектный болеванием – тяжелым комбинированным иммунодеген реально заменялся бы в геноме нормальной кофицитом, – которое связано с дефектом гена, кодипией. Этого можно достичь основываясь на способрующего фермент аденозиндезаминазу, была введена ности двух молекул ДНК к рекомбинации – обмену неповрежденная копия гена. И хотя использованпри помощи специальных ферментов фрагментами ный метод предполагал многократное введение геполинуклеотидных цепей. Однако из-за крайне на на протяжении всей жизни пациента, то есть, низкой эффективности этого метода в условиях ластрого говоря, не обеспечивал полного излечения, боратории до практического использования корбыла открыта новая эра в медицине.

ректирующей терапии пока очень далеко.

Существуют несколько подходов к лечению генами. Гены можно вводить в половые клетки (спер- До сих пор мы не обсуждали, каким путем “лематозоиды или яйцеклетки), в клетки эмбриона на чебный” ген может быть введен в клетки больного.

ранних стадиях развития либо в соматические клетки Генетическая модификация соматических клеток (клетки тела, кроме половых или их предшественни- может производиться либо непосредственно в оргаков). Введение генов в половые клетки означает, что низме больного, либо путем введения функциоприобретенное свойство будет передаваться из поко- нального гена в предварительно выделенные и ления в поколение. Именно этот метод широко ис- культивируемые клетки пациента, которые затем пользуется при получении трансгенных животных, возвращают обратно в организм. Оба способа имено он вряд ли применим к людям из этических со- ют недостатки и ограничения, но в целом второй ображений. Действительно, имеем ли мы право способ используется в настоящее время чаще из-за, ‹2, своей большей эффективности. В табл. 1 перечисле- сливаются с плазматической мембраной клетки, – ны разработанные методы введения ДНК в живот- обеспечивает достаточно эффективный перенос в ные клетки и указана их применимость для доставки нее ДНК. Предлагается также использовать комгенов в культуру клеток или непосредственно в ор- плексы ДНК с белками, для которых на поверхносган. Химический метод доставки состоит в том, что ти клетки имеются специфические рецепторы. Поесли к очищенной ДНК добавить ионы Ca2+ или сле связывания рецептором белка чужеродная ДНК некоторые другие положительно заряженные со- вместе с белком будет поглощена клеткой-мишеединения, то образующийся осадок поглощается нью. Наконец, еще один подход использует прикультивируемыми клетками. При этом лишь очень родную способность вирусов проникать в клетки и небольшая часть внесенной ДНК проникает в яд- привносить в них собственный генетический матера клеток, то есть эффективность переноса генов риал. В последнее время на основе генетического крайне низка. Метод электропорации (создания материала вирусов создано множество генноинжемикроскопических пор в мембранах клеток при по- нерных конструкций, служащих векторами, то есть мощи электрического высоковольтного разряда) средствами доставки новых генов в клетки. Испольнесколько более эффективен, однако при этом воз- зуют ретровирусные (их особенности будут пояснеможны серьезные повреждения клеток. Оба опи- ны позже) и аденовирусные векторы, а также вектосанных метода, равно как микроинъекция ДНК в ры на основе некоторых других вирусов.

отдельную клетку при помощи тонких стеклянных Главное в методе переноса генов – включается пипеток, не применяются для генотерапии. В отли(интегрирует) ли новый ген в хромосому клеткичие от микроинъекции обычная инъекция раствора мишени. Для активно делящихся клеток отсутствие ДНК шприцем и иглой может использоваться для интеграции внесенного гена в клеточную ДНК озпереноса генов в некоторые ткани организма (наначает его неминуемую утрату в клетках-потомках пример, в мышцы). В последние годы предложены (рис. 1). Одной из основных причин того, что в 80% новые способы доставки ДНК в соматические клетслучаев для внесения чужеродной ДНК при клиники, которые можно применять для лечения генами.

ческих испытаниях на людях использовали ретроИз физических методов следует назвать бомбардивирусные векторы, является его стабильная интегровку частицами, когда ДНК наносится на микрорация в клеточный геном. Кроме того, эти векторы скопические металлические “дробинки” и выстреобеспечивают высокую эффективность доставки ливается в клетку. Внесение ДНК в комплексе с липосомами – искусственными мембранными пуИнтеграция Интеграции нет зырьками, приготовленными из липидов, которые Хромосомная ДНК Таблица 1. Методы внесения ДНК в эукариотические клетки и область их применения Привнесенный Применимость ген для доставки генов Методы переноса ДНК Ядро клетки в культивив ткани руемые клетки Деление клетки Химические осаждение ДНК фосфатом Ca +– Физические электропорация +– микроинъекция +– бомбардировка частицами ++ простая инъекция –+ Рис. 1. Значение интеграции в геном для судьбы Слияние “лечебного” гена (изображен красным цветом).

Не все системы доставки гена в клетки-мишени липосомы ++ обеспечивают его включение (интеграцию) в геОпосредованное рецепторами ном. Если вектор не способен к интеграции, то привнесенная ДНК присутствует в ядре вне хропоглощение мосом и не будет передаваться всем дочерним ДНК-белковые комплексы ++ клеткам при клеточном делении. Это неминуемо приведет к потере “лечебного” гена. Напротив, Рекомбинантные вирусы интегрирующие векторы включают свои гены в аденовирусы ++ хромосомы, что должно обеспечивать устойчивое приобретение нового гена во всех последующих ретровирусы +– поколениях.. – генов и не приводят к ощутимым повреждениям в ДНК на своей РНК как на матрице. Этот процесс клетке-мишени. В отличие от ретровирусных аде- получил название “обратной транскрипции” в отлиновирусные векторы в геном не интегрируются. Да- чие от прямой транскрипции ДНК РНК, а осулее мы подробнее остановимся на строении ретро- ществляющие его вирусы, которые принципиально отличаются от остальных живых организмов по тивирусов и векторов на их основе.





пу превращения генома, стали называть ретровируВ начале статьи мы говорили о том, что генетисами (от лат. retro – обратно, назад).

ческая информация записана в клетке в форме На рис. 3 схематически представлены строение ДНК. На матрице ДНК синтезируются разные типы частиц ретровируса (слева вверху) и его жизненный молекул РНК, один из которых (информационная, цикл. Сердцевина вируса, построенная из специили матричная, РНК) направляет синтез белков. Это альных вирусных белков, содержит две идентичные фундаментальное положение, сформулированное молекулы одноцепочечной РНК, а также немногона заре молекулярной биологии, получило назвачисленные молекулы вирусных ферментов. Сердцение основной догмы молекулярной биологии (рис. 2). В вина окружена оболочкой, собранной из клеточных своей первоначальной форме основная догма гламембран хозяина с вкраплениями еще одного вируссила, что в природе возможны синтез РНК на ДНК ного белка. Последний обеспечивает прикрепление и синтез белка под контролем РНК, но ни в коем вируса к поверхности клетки. Вслед за этим происслучае не в обратном направлении. Однако в ходят “раздевание” РНК и ее проникновение вмесгоду было установлено, что онкогенные, то есть выте с белками сердцевины вируса в клетку, где специзывающие рак, РНК-содержащие вирусы животных альный вирусный фермент катализирует обратную (а все вирусы можно разделить на две большие транскрипцию РНК в ДНК. Двухцепочечная вирусгруппы в зависимости от того, какую нуклеиновую ная ДНК перемещается в клеточное ядро и встраикислоту – ДНК или РНК – они содержат в качестве вается в хромосому. Это свойство ретровируса обесгенетического материала) способны синтезировать печивает стабильное сохранение его генетической информации: реплицируясь вместе с клеточной ДНК при делении клетки, вирусспецифическая Репликация ДНК (провирус) передается в дочерние клетки. Провирус направляет синтез вирусных белков и РНК, которые затем собираются в частицы и выходят из клетки, отпочковываясь от клеточной мембраны.

ДНК ДНК Еще одним уникальным свойством ретровирусов является то, что в составе их генома могут присутствовать последовательности нуклеотидов, которые отличаются от собственных генов вируса и, как оказалось, захвачены из ДНК клетки-хозяина. Таким образом, для ретровирусов характерна передача генетической информации в направлении РНК ДНК РНК, и они являются природными генетическими векторами. Теперь ясно, почему на их основе удобно создавать искусственные векторы для переноса генов.

РНК Белок Трансляция Действительно, если лишить ретровирус генетического материала, кодирующего вирусные белки, то это приведет, как показано на рис. 3, к невозможности давать потомство новых вирусных частиц. На освободившееся в геноме вируса место можно Репликация/Транскрипция ввести чужеродный ген и таким образом создать ретровирусный вектор. А вот размножаться такой Рис. 2. Пути передачи генетической информадефектный вирус сможет только в присутствии ции. В соответствии с основной догмой молекудругого вируса-помощника с неизмененной РНК, лярной биологии генетическая информация передается в направлении ДНК РНК белок чьи белки будут “приватизированы” нашим векто(сплошные черные линии). Позднее у РНК-содерром. Именно так на основе вируса лейкоза мышей жащих вирусов были обнаружены другие пути песконструированы векторы, которые обеспечивают редачи генетической информации (красные ливысокоэффективный перенос генов и их стабильнии): у одних – процессы обратной транскрипции РНК ДНК, у других – репликации/транскрип- ное встраивание в хромосому клеток-мишеней. А ции РНК РНК. В принципе возможно, хотя и если уж вектор встроился в клеточную ДНК, то он не обнаружено, считывание белка с матрицы ДНК будет передаваться при нормальном делении всему (пунктирная черная линия). Запрещено только напотомству этой клетки. Это свойство чрезвычайно правление передачи генетической информации важно для стойкого исправления генетического от белка к нуклеиновым кислотам, ‹2, Транскрипция Обратная транскрипция дефекта. Несмотря на очевидные достоинства рет- ток, которые способны к активному делению. Друровирусных векторов, их возможности далеко не гим серьезным недостатком ретровирусных векторов является то, что они встраиваются в геном безграничны. Так, ретровирусная ДНК может встраиваться в хромосомную ДНК только тех кле- клеток хозяина беспорядочно, то есть в каждой клетке включение происходит в разные участки любой из хромосом. Это создает проблемы, из которых Две молекулы одноотметим одну – теоретическую возможность злокацепочечной вирусной РНК чественного перерождения отдельных клеток хозяина из-за повреждения их генетического материала Оболочка вируса при встраивании вектора.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.