Terapia genowa. obietnice i rzeczywistość

Transkrypt

1 Terapia genowa obietnice i rzeczywistość Terapia genowa jest postrzegana jako dziedzina, która już istnieje. Tak naprawdę, choć są pewne sukcesy, warto zauważyć, że opis pierwszych sukcesów terapeutycznych ukazał się ponad 15 lat temu, a nadal nie ma komercyjnie dostępnej terapii genowej i nieprędko będzie. EWA BARTNIK Ma ło za gad nień jest tak atrak cyj - nych jak te ra pia ge no wa. Le cze nie cho rób zwią za nych z wa dli wą eks - pre sją ge nów (no wo two ry), bra kiem ich pro duk tów lub obec no ścią pro duk tów szko dli wych (cho ro by ge ne tycz nie uwa run - ko wa ne, cho ro by neu ro de ge ne ra cyj ne) jest bar dzo czę sto le cze niem ob ja wo wym, nie - usu wa ją cym przy czy ny za bu rze nia. Isto tą te ra pii ge no wej jest wła śnie usu nię cie przy - czy ny przez wpro wa dze nie ge nu, któ re go bra ku je czy wy łą cze nie ge nu, któ re go pro - dukt jest szko dli wy. Być mo że to wła śnie spo wo do wa ło, że te ra pia ge no wa jest przez wie lu lu dzi po strze ga na ja ko dzie dzi na, któ - ra już ist nie je, a nie ta ka, któ rą pró bu je się do pie ro wpro wa dzić. Spo tka łam się z od no - sze niem do te ra pii ge no wej ja ko cze goś, co już jest do brze usta lo ne, za rów no w pod ręcz - ni kach li ce al nych, jak i w pro po zy cjach za - dań ma tu ral nych. Tak na praw dę, choć są pew ne suk ce sy, to w na szym ko mer cyj nym świe cie mo że war to za uwa żyć, że opis pierw - szych suk ce sów te ra peu tycz nych uka zał się po nad 15 lat te mu, a na dal nie ma ko mer - cjal nie do stęp nej te ra pii ge no wej i my ślę, że nie pręd ko bę dzie. Ge ny te ra peu tycz ne moż na wpro wa dzać do ko mó rek po bra nych z or ga ni zmu (ex vi - vo), a na stęp nie ko mór ki te wpro wa dza się zpo wro tem do pa cjen ta. Ła twe do ma ni - pu lo wa nia w ten spo sób są tyl ko ko mór ki krwi i szpi ku. Czę sto ko niecz ne jest na - mna ża nie po bra nych ko mó rek in vi tro, po - nie waż uzy sku je się ich za ma ło, by mo gły, po wpro wa dza niu do nich te ra peu tycz ne go ge nu, pro du ko wać do sta tecz nie du żo po żą - da ne go pro duk tu i wy le czyć pa cjen ta. Al ter na ty wą jest wpro wa dza nie ge nu na wek to rze bez po śred nio do or ga ni zmu pa cjen ta (in vi vo). Za zwy czaj w obu ty pach te ra pii sto su je się wek to ry do wpro wa dza - nia DNA. Wy bie ra jąc wek tor słu żą cy wpro wa dze niu te ra peu tycz ne go ge nu, na le ży mieć na uwa dze to, że głów nym ce lem ko mó rek ssa ka nie jest po bie ra nie ob ce go ma te ria łu ge ne tycz ne go, a wręcz prze ciw nie oddaw na po wsta ły licz ne me cha ni zmy obron ne prze ciw ko wpro wa dza niu ta kie go ma te ria łu do ko mó rek. Ist nie ją w za sa dzie trzy spo so by wpro wa dza nia ge nów do ko - mó rek za po mo cą wi ru sów, ja ko na gi DNA i za po mo cą róż ne go ro dza ju tech nik nie wy ko rzy stu ją cych wi ru sów. War to jesz - cze wspo mnieć, że wy łą cza nie ge nów de - fek tyw nych mo że się od by wać na in nej dro - dze przez wpro wa dza nie tzw. sir NA Te ra pia ge no wa jest przez wie lu lu dzi po strze ga na ja ko dzie dzi na, któ ra już ist nie je, a nie ta ka, któ rą pró bu je się do pie ro wpro wa dzić. 12

2 Tabela 1. Wektory wirusowe (wg. i CE Thomas i wsp., Nature Reviews Genetics, 4(2003) , zmodyfikowane. Materiał Integracja % badań Wirus genetyczny Pojemność do genomu Zalety Wady klinicznych (2006) Retrowirusy RNA 8 kb Tak Gen wbudowany Tylko dzielące się komórki; 24 na stałe potencjalna aktywacja onkogenów Lentiwirusy RNA 8 kb Tak Gen wbudowany Potencjalna aktywacja 0.4 na stałe; namnaża onkogenów się w większości typów komórek Adenowirusy dsdna 8 kb/30 kb* Nie Bardzo dobrze Silna reakcja 25 wnika do większości na białka kapsydu tkanek AAV ssdna <5 kb 10% Niepatogenny, Mała pojemność 3,3 integruje, nie powoduje na ogół w zapalenia konkretnym miejscu w chromosomie 19 HSV-1 dsdna 40kb/150kb* Nie Duża pojemność. Może wywoływać 3,3 Przenika barierę zapalenia krew-mózg * dotyczy wirusów w zasadzie pozbawionych genów wirusowych (od ang. small in hi bi to ry RNA ma ły ha - mu ją cy RNA), któ ry spe cy ficz nie ha mu je eks pre sję da ne go ge nu. Tech ni ka ta zna na jest ja ko RNAi (i od ang. in ter fe ren ce). Bar dzo po pu lar ny mi wek to ra mi są wi ru sy po tra fią obejść za bez pie cze nia ko mór ki przed wpro wa dza niem i ewen tu al nie wbu do - wy wa niem ob ce go DNA. W obec nie pro wa - dzo nych ba da niach kli nicz nych w oko ło 70% przy pad ków wy ko rzy stu je się ta kie wek to ry. Są to wi ru sy na le żą ce do grup re tro wi ru sów, len ti wi ru sów, ade no wi ru sów, AAV (wi rus zwią za ny z ade no wi ru sem) i HSV -1 (wi rus opryszcz ki). Są też pró by sto so wa nia in nych wi ru sów, np. wi ru sa ospy kro wian ki. Pod sta wo wym pro ble mem przy sto so wa - niu wek to rów wi ru so wych jest ich cho ro - bo twór czość. Roz wią zu je się go, usu wa jąc ge ny, któ re mo gą wy wo ły wać nie po żą da ne re ak cje od por no ścio we u le czo nej oso by. Waż ne jest, aby wi ru sy nie re pli ko wa ły się wko mór kach pa cjen ta, a tyl ko wpro wa dzi - ły od po wied nie ge ny, a na stęp nie w mia - rę moż li wo ści ich po zo sta ło ści za ni kły. Wi ru sy te są sil nie po zmie nia ne, by unie - moż li wić im re pli ka cję. Dwie pierw sze gru py (re tro wi ru sy i len - ti wi ru sy) są wi ru sa mi RNA, któ re w swo - im cy klu ży cio wym są prze pi sy wa ne na DNA. Wie le re tro wi ru sów to wi ru sy ra - ko twór cze u zwie rząt. U lu dzi no wo two ry stwier dzo no tyl ko dla dwóch wi ru sów, HTLV -1 i HTLV -2. Po wo du ją one bia - łacz kę ko mó rek T u nie wiel kie go pro cen - tu osób za ka żo nych po bar dzo dłu gim cza - sie i oczy wi ście nie są sto so wa ne ja ko wek to ry. Re tro wi ru sy ma ją wie le za let ła two się je otrzy mu je i mo dy fi ku je, a tak że ła two się do nich wpro wa dza ge ny (do 2-ni cio we go DNA, któ ry po wsta je wcza sie re pli ka cji). Ich wa dą jest to, że po tra fią za ka żać tyl ko ko mór ki, któ re się dzie lą. Po nie waż te ra pia mo że być po - trzeb na dla nie dzie lą cych się tka nek na - błon ka płuc przy mu ko wi scy do zie, ko mó - rek ner wo wych czy mię śnio wych nie są one wek to rem uni wer sal nym. 3/

3 Len ti wi ru sy (naj bar dziej zna nym przed - sta wi cie lem jest HIV) są bli ski mi krew ny mi re tro wi ru sów, zdol ny mi jed nak do za ka ża - nia nie dzie lą cych się ko mó rek. Ma ją po - dob ne za le ty do re tro wi ru sów, jed nak obie gru py wek to rów ma ją po dob ną wa dę wbu do wu ją się do DNA ją dro we go pre fe - ren cyj nie w miej sca ak tyw ne, tzn. ta kie, w któ rych znaj du ją się dzia ła ją ce ge ny. Zwięk sza to szan sę za bu rze nia ja kie goś pro ce su, a tak że, po nie waż wi ru sy wno szą ze so bą se kwen cje pro mo to rów i en han ce - rów, moż li wość uru cho mie nia np. eks pre sji on ko ge nów. Te oba wy nie są bez pod staw - ne, wró cę w dal szej czę ści ar ty ku łu do te go za gad nie nia. Ade no wi ru sy ma ją ge nom z dwu ni cio - we go DNA, nie włą cza ją się do ge no mu. Bar dzo ła two wpro wa dza się je do więk szo - ści tka nek, pro ble mem jest, że biał ka wi ru - so we po wo du ją re ak cje od por no ścio we i za pa le nie. 90% lu dzi ma prze ciw cia ła prze ciw ko ade no wi ru som. AAV są nie pa to gen ne i nie po wo du ją za pa leń ani re ak cji od por no ścio wych. Jed - nak ma ją dość ma łą po jem ność i nie są jesz cze czę sto sto so wa ne. Wi ru sy opryszcz ki ma ją dwie za le ty ol - brzy mią po jem ność i zdol ność do prze ni ka - nia przez ba rie rę krew/mózg, co mo że mieć du że zna cze nie przy te ra pii cho rób neu ro - de ge ne ra cyj nych. Wpro wa dza nie te ra peu tycz nych ge nów bez sto so wa nia wek to rów wi ru so wych zy ska ło na po pu lar no ści od 1999 r. W cza - sie jed nej z prób kli nicz nych te ra pii ge no - wej z wy ko rzy sta niem wi ru sa zmarł uczest - nik ba dań, 19-let ni Jes se Gel sin ger. Przy czy ną śmier ci by ła nie sły cha nie sil na re ak cja od por no ścio wa je go or ga ni zmu na po da ny ade no wi rus. Jes se cier piał na nie do bór kar ba mo ilo trans fe ra zy or ni ty - no wej, jed nak cho ro ba ja ko ta ka by ła kon - tro lo wa na die tą i le ka mi, a cho ry nie był w sta nie za gro że nia ży cia. Dru gim cio sem dla wek to rów wi ru so - wych by ło stwier dze nie, że u trzech z je de - na stu chłop ców, u któ rych za sto so wa no te - ra pię ge no wą w ce lu wy le cze nia wro dzo ne - go zło żo ne go nie do bo ru od por no ści sprzę - żo ne go z płcią, roz wi nę ła się bia łacz ka. U dwóch z nich stwier dzo no, że przy czy ną cho ro by by ło wbu do wa nie się te ra peu tycz - ne go re tro wi ru sa ko ło on ko ge nu LMO2. (W wy pad ku trze cie go chłop ca nie zna la - złam da nych). U wszyst kich pa cjen tów te ra pia ge no wa by ła prze pro wa dzo na w okre sie no wo rod ko wym, na ko mór kach ma cie rzy stych szpi ku, któ re na mna ża no in vi tro. Przez pe wien czas uzy ska ne efek ty by ły uwa ża ne za ogrom ny suk ces te ra pii ge no wej. Do star cza nie DNA do ko mó rek bez sto so wa nia wi ru sów moż na po dzie lić na me to dy wpro wa dza nia na gie go DNA i na opłasz cza nie DNA za po mo cą róż nych sub stan cji. W 2006 r. oko ło 25% ba dań kli - nicz nych pro wa dzo nych jest bez sto so wa - nia wek to rów wi ru so wych. DNA moż na wpro wa dzić do ko mó rek za po mo cą po wle czo nych nim mi kro po ci - sków, mi kro iniek cji i elek tro po ra cji (DNA wni ka przez po ry w bło nie ko mór ko wej, otwar te wsku tek im pul su elek trycz ne go). Wszyst kie te tech ni ki sto su je się ra czej do ko mó rek po bra nych z or ga ni zmu i są one ma ło wy daj ne. Pew ne efek ty osią ga się wstrzy ku jąc DNA bez po śred nio do tka nek, a nie do ko mó rek in vi tro. DNA moż na też opłasz czać róż ny mi otocz ka mi, któ re skła da ją się np. z ka tio no - wych li pi dów, ka tio no wych pep ty dów lub po li ety le no imi ny. Moż li we jest też po łą cze - nie tych sub stan cji z li gan dem, któ ry jest roz po zna wa ny przez spe cy ficz ny re cep tor na po wierzch ni da ne go ty pu ko mó rek. Od pa ru lat wek to ry te mo gą za wie rać do - dat ko we biał ka, któ re np. chro nią DNA przed nu kle aza mi, umoż li wia ją uciecz kę zen do so mu (przy po bie ra niu DNA na dro - dze en do cy to zy znaj du je się ono w en do so - mach i mo że w nich ugrzę znąć ). Do nie - któ rych wek to rów do łą cza ne są np. biał ka zsy gna ła mi im por tu do ją dra itp. Jed nak naj wię cej suk ce sów do tych czas od nio sło wstrzy ki wa nie pla zmi dów bez tych wszyst - 14

4 kich do dat ków do uszko dzo ne go ser ca lub na czyń krwio no śnych, pla zmi dy za wie ra ły czyn nik sty mu lu ją cy wzrost na czyń (VEGF va scu lar en do the lial growth fac tor). War to jesz cze wspo mnieć o sir NA. Od kry te pa rę lat te mu u ro ślin i ni cie nia Ca enor hab di tis ele gans zja wi sko wy ci sza - nia eks pre sji ge nów przez ma łe czą stecz ki RNA od pa ru lat sta ło się nie tyl ko ulu - bio ną, ale wręcz nie zbęd ną tech ni ką ba - dań nad funk cjo no wa niem ge nów u ssa - ków. W każ dej pra cy ba da ją cej ja kiś gen nie omal obo wiąz ko we sta ło się po da wa - nie da nych o efek tach je go wy łą cze nia przez sir NA. Po krót ce po le ga to na tym, że w ko mór ce RNA są przy ci na ne do ma łych ka wał ków, któ re łą cząc się z kon - kret nym, kom ple men tar nym mrna po - wo du ją bądź je go de gra da cję, bądź za ha - mo wa nie trans la cji, w efek cie wy ci sza jąc da ny gen. Chwi lo wo za le d wie oko ło 1% prób kli nicz nych do ty czy sir NA, jed na do ty czy zwy rod nie nia plam ki żół tej, co mo że być przy czy ną śle po ty u osób star - szych. Ba da ny jest sir NA prze ciw ko re - cep to ro wi VEGF i wy ni ki wy da ją się być obie cu ją ce, choć jest to do pie ro po czą tek ta kich ba dań u lu dzi. Ogrom ne na dzie je zwią za ne ze sto so wa - niem te ra pii ge no wej na dal po zo sta ją je - dy nie na dzie ja mi. Nie daw no opu bli ko wa ny prze gląd prób te ra pii ge no wej dla naj częst - szej cho ro by mo no ge no wej u ra sy bia łej, mu ko wi scy do zy (Lee i wsp. 2005), koń czy się stwier dze niem, że choć wy ka za no moż - li wość prze no sze nia ge nów te ra peu tycz - nych do na błon ka płuc, po ziom eks pre sji jest za ni ski, by uzy skać efek ty te ra peu tycz - ne. Mu ko wi scy do za wy da wa ła się ide al nym kan dy da tem do te ra pii ge no wej, naj bar - dziej po waż ne ob ja wy wy stę pu ją w sto sun - ko wo ła two do stęp nej tkan ce na błon ku płuc, cho ro ba jest dość czę sta, o zna nym dzie dzi cze niu. Po nad to, co nie jest bez zna - cze nia, wy stę pu je tak że w bo ga tych kra - jach, a jak wi dać, wy ni ki kil ku na stu lat kosz tow nych ba dań nie są szcze gól nie za - chę ca ją ce. Do stęp ność ko mó rek jest ogrom nym pro - ble mem. Ide al na teo re tycz na ko mór ka, do któ rej ma być wpro wa dza ny te ra peu - tycz ny gen, to ta ka, któ ra ży je wiecz nie, jest ła two do stęp na, bę dzie wy ra żać gen na wy - so kim po zio mie. Nie ma wie le ta kich ty pów ko mó rek, a je śli na wet są, jak np. ma cie rzy - ste ko mór ki szpi ku, nie jest wca le ła two je uzy skać. Je że li nie są to ko mór ki ty pu ma - cie rzy ste go, te ra pia mu si być po wta rza na wie lo krot nie, co wzma ga ry zy ko po wsta wa - nia re ak cji od por no ścio wych czy za pal - nych. Ta ki sku tek ubocz ny stwier dzo no przy pró bach wie lo krot ne go wpro wa dza nia ge nów do zróż ni co wa ne go na błon ka płuc w przy pad ku mu ko wi scy do zy. Po nie waż na ogół nie ste ru je się wbu do wy wa niem te - ra peu tycz ne go ge nu do ge no mu, mo że on włą czyć się w róż nych miej scach i w efek cie da wać bar dzo róż ną eks pre sję, co dla nie - któ rych ty pów te ra pii mo że być pro ble - mem. Na przy kład przy le cze niu ane mii sier po wa tej czy ta la se mii, pro por cje syn te - ty zo wa nych łań cu chów al fa i be ta glo bi ny po win ny wy no sić 1:1, nad miar któ re go kol - wiek z nich jest szko dli wy. In nym pro ble mem jest unie czyn nia nie wbu do wa nych ge nów przez pro ces me ty la - cji, któ ry za cho dzi dość czę sto i któ rym jest trud no ste ro wać. Ryc. Robert Mirowski 3/

5 Dla cho rób ge ne tycz nych po wo do wa nych przez mu ta cje do mi nu ją ce (cho ro ba Hun - ting to na, ro dzin ne for my cho ro by Al zhe - ime ra) nie cho dzi o wpro wa dza nie ge nu, ale owy łą cze nie wa dli wej ko pii. Tu ra czej my śli się o tech ni ce RNAi, choć za rów no do ce lo - wa tkan ka (dla obu cho rób jest to mózg), jak i pro blem spo so bu wpro wa dza nia, czy ni z te go bar dzo trud ne za gad nie nie. Naj wię cej wy sił ków skie ro wa nych jest na te ra pię ge no wą no wo two rów. Wy ni ka to z fak tu, że no wo two ry są czę ste, i że w ostat nich sta diach, przy bra ku funk cjo - nal nych te ra pii, za rów no ko mi sje etycz ne jak i pa cjen ci ak cep tu ją pro ce du ry eks pe ry - men tal ne. Ogól nie po dej ścia opie ra ją się na wpro wa dza niu bra ku ją cych su pre so rów no wo two rów. Bar dzo cie ka wy był pa rę lat te mu po mysł przy go to wa nia zmu to wa ne go ade no wi ru sa, któ ry na mna żał się tyl ko na ko mór kach po zba wio nych pro duk tu ge - nu su pre so ra no wo two rów p53. Gen ten jest zmu to wa ny w po nad po ło wie ludz kich no wo two rów. Nie zmu to wa ny wi rus unie - czyn nia p53 w nor mal nych ko mór kach, zmu to wa ny jest do te go nie zdol ny, a więc po wi nien na mna żać się tyl ko w ko mór kach no wo two ro wych i po wo do wać ich li zę. Nie - ste ty, wi rus nie oka zał się być cał ko wi cie spe cy ficz ny. Te ra pia ge no wa ro dzi tak że po waż ne pro - ble my etycz ne. Eks pe ry men ty są pro wa - dzo ne naj pierw na ho dow lach ko mór ko - wych, po tem na my szach, ale w któ rymś mo men cie trze ba włą czyć ba da nia na lu - dziach. Oso by, pod da wa ne ta kim eks pe ry - men tal nym te ra piom, mu szą być po in for - mo wa ne o tym, co bę dzie ba da ne i ja kie jest ry zy ko ba dań, co jest bar dzo trud no oce nić. Po śmier ci Jes se go Gel sin ge ra je go oj ciec stwier dził, że syn nie był po in for mo - wa ny o moż li wo ści sil nych efek tów ubocz - P IŚMIENNICTWO Lee T. M. No vel mo le cu lar ap pro aches to cy stic fi bro sis ge ne the ra py. Bio chem. J. 2005, 387: 1-15 nych, ale z dru giej stro ny nikt się te go efek - tu nie spo dzie wał i ta ka sa ma daw ka nie spo wo do wa ła śmier ci u in nej oso by. W przy pad ku 11 dzie ci pod da nych te ra pii ge no wej na wro dzo ny zło żo ny nie do bór od por no ści, u 8 te ra pia za po bie gła roz wo - jo wi tej śmier tel nej cho ro by, a je dy nie 3 oso by za cho ro wa ły na bia łacz kę. Czy sta - no wi to ak cep to wal ne ry zy ko dla pro wa - dze nia dal szych ba dań? In for ma cję o ak tu al nie pro wa dzo nych ba - da niach kli nicz nych nad te ra pią ge no wą moż na zna leźć na stro nie in ter ne to wej ley.co.uk/gen med/cli ni cal. We dług da nych ze stycz nia 2006 w to ku by ło 1145 ba dań, ale za le d wie ok. 2% do ty czy ło fa - zy III (oce na sku tecz no ści i efek tów ubocz - nych, na ogół u se tek osób). Fa za I (ba da - nie bez pie czeń stwa i daw ki, obej mu je nie wie lu pa cjen tów) obej mo wa ła 62%, fa - za I/II 20%, II 14% (ba da nia sku - tecz no ści na ma łą ska lę), a II/III za le d - wie 1%. Wi dać, że do ru ty no wej te ra pii ge - no wej trze ba jesz cze wie lu lat ba dań. Ol brzy mia więk szość ba dań do ty czy te - ra pii ge no wej no wo two rów (66,6%), cho - ro by mo no ge nicz ne i cho ro by ukła du krą - że nia zaj mu ją ex equo 2. miej sce (po 8,7%). Od kil ku na stu lat na py ta nie, kie dy bę dzie na praw dę do stęp na te ra pia ge no wa, udzie - lam od po wie dzi, że za ja kieś 20 lat, i to tyl ko dla bo ga tych kra jów, bo nie bę dzie ta nia. My - ślę, że tak jest na dal mi mo licz nych prób kli nicz nych i kil ku wy le czo nych za po mo cą te ra pii ge no wej osób, per spek ty wy jej szyb - kie go wdro że nia na więk szą ska lę wcze śniej niż za lat są ma ło re al ne. Prof. dr hab. EWA BARTNIK pracuje w Instytucie Genetyki i Biotechnologii Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego oraz w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN. Zajmuje się m.in. chorobami ludzi związanymi z mutacjami w mitochondrialnym DNA. Jest rzeczoznawcą ds. podręczników i programów biologii MEiN oraz ekspertem w dziedzinie nauk przyrodniczych PISA