Генотерапия раковых заболеваний
I. Реверсия ракового фенотипа.
- Замена мутантной аллели гена на нормальную копию.
Впервые попытка генной терапии в клинике была предпринята М.Клайном в 1983 году., когда им было осуществлено введения нормального бета-глобинового гена больным бета-талассемией. Позднее была разработана методика генной терапии наследственной недостаточности аденозин-деаминазы (тяжелый иммунодефицит): нормальный ген был введен в клетки костного мозга больного и после их ретрансплантации восстановилась активность фермента, состояние больного улучшилось. Проведены клинические эксперименты по генотерапии рака. В лейкоциты больных злокачественной меланомой и поздними стадиями рака были введены гены, маркирующие злокачественные клетки (чтобы их могла узнавать имунная система). У половины больных размеры опухолей уменьшились в два раза и более.
- клетки остеосаркомы имели мутации в гене Rb1; введение кДНК нормального гена Rb1 в эти клетки в культуре вызывало их реверсию;
- в раковые
клетки также в культуре
- Перенос в раковые клетки нормальной аллели гена в случае мутации с потерей функции.
- Подавление экспрессии мутантной аллели гена в случае доминантно-негативной мутации.
3.1) Использование антисмысловых ДНК и РНК олигонуклеотидов.
Антисмысловая РНК— получаемый искусственно или природный полирибонуклеотид, комплементарный определенной мРНК и подавляющий ее биологическую активность за счет образования с ней дуплекса, что препятствует трансляции мРНК на рибосомах. Природные А.РНК являются ключевыми компонентами одной из систем негативной регуляции экспрессии генов как у бактерий, так и у эукариот. Для искусственного получения А.РНК в экспрессионный вектор вставляют нуклеотидную последовательность ДНК из целевого гена в обратной ориентации по отношению к промотору, чтобы транскрибировалась незначащая цепь гена с образованием А.РНК; затем на такой рекомбинантной плазмиде осуществляют синтез А.РНК (обычно в бактериальных клетках). Искусственная А.РНК используется в экспериментальной работе, а также как средство для лечения различных патологий. Использовать А.РНК для подавления экспрессии генов впервые было предложено Дж. Изантом и Г. Вайнтраубом в 1984 г
3.2) Использование рибозимов (M1 субъединица РНКазы P, hammerhead-рибозимы).
Одними из основных различий, обнаруживаемых между нормальными и раковыми клетками, являются генетические различия ряда генов, контролирующих пролиферацию. В геноме опухолевых клеток часто обнаруживают мутации в генах двух типов: онкогенах и генах-супрессорах опухолевого роста, или антионкогенах.
Онкогены эволюционно
Рибозим, разрушающий c-fos-мРНК, снижал конечный уровень экспрессии гена c-fos, приводил к повышению чувствительности опухолевых клеток к химиотерапевтическим агентам (включая цис- платину) и значительно подавлял экспрессию генов dTMP-синтазы, ДНК-полимеразы бета и гена металлотионеина человека hMTII-A .
Аберрантная филадельфийская хромосома образуется в результате транслокации (9;22)(q34;q11) в стволовых клетках костного мозга, что сопровождается слиянием генов bcr и abl с образованием химерного онкогена bcr/abl и развитием хронических миелоидных лейкозов (ХМЛ) . Транскрипт химерного гена кодирует белок р210bcr/abl , который обладает повышенной активностью тирозинкиназы. Такие РНК и белок обнаруживаются почти у всех больных с синдромом ХМЛ, а также у 50% пациентов с острым лимфобластоидным лейкозом , у которых имеется филадельфийская хромосома.
С помощью рибозимов, специфически расщепляющих последовательность химерной мРНК в месте стыковки последовательностей двух генов, удалось подавить экспрессию химерного гена bcr/abl в культивируемых клетках.
Экспрессия рибозимов в культивируемых клетках вызывала снижение уровня bcr/abl-мРНК, полностью блокировала образование химерного белка р210bcr/abl и ингибировала рост клеток на 84%. Эти результаты были значительно лучше эффектов, вызываемых антисмысловыми олигонуклеотидами.
В других работах был получен рибозим, расщепляющий химерную РНК по кодону GUU, расположенному по соседству с местом стыковки последовательностей двух генов. Этот рибозим разрушал соответствующую РНК in vitro и in vivo, а также подавлял тирозинкиназную активность белка р210.
3.3) Использование РНК
РНК-интерференция
– подавление экспрессии генов с
помощью двухцепочечной РНК – была
открыта в середине 90-х годов ХХ века при
изучении круглого червя Caenorhabditis elegans.
Во всех случаях основным действующим
агентом РНК-интерференции служит так
называемая малая интерферирующая РНК,
которая представляет собой короткую
молекулу двухцепочечной РНК длиной 19
пар нуклеотидов с выступающими с каждого
3\'-конца двумя неспаренными нуклеотидами.
В цитоплазме siRNA связывается с белками-ферментами,
при этом образуется комплекс RISC (RNA-induced
silencing complex) . Один из ферментов RISC, хеликаза,
расплетает двухцепочечную siRNA, после
чего в составе комплекса остается одна
(направляющая) цепь siRNA, которая узнает
участок с комплементарной последовательностью
(мишень РНК-интерференции) в молекуле
мРНК и связывается с этим участком. Вторая
(пассажирская) цепь siRNA разрушается. Связывание
служит сигналом для другого фермента
RISC, рибонуклеазы, делающей одиночный
разрыв мРНК в области комплементарного
взаимодействия. Образовавшиеся в результате
фрагменты мРНК быстро расщепляются затем
другими внутриклеточными рибонуклеазами.
Таким образом, при РНК-интерференции
подавление экспрессии индивидуальных
генов происходит за счет деградации соответствующих
мРНК и, следовательно, уменьшения синтеза
соответствующих белков.
Поскольку одним из основных свойств описанного
процесса является высокая специфичность,
вскоре после открытия РНК-интерференции
стало понятно, что этот феномен может
иметь огромное практическое значение.
Действительно, за последние несколько
лет появилось много работ, в которых описывается
использование технологии РНК-интерференции
для изучения функций генов (functional screening)
, выбора мишеней для терапевтического
воздействия, подтверждения правильности
выбора этих мишеней (target identification and validation)
и, наконец, для генотерапии прежде всего
вирусных и онкологических заболеваний.
Суть механизма РНК-
3.4) Использование интрател.
Интратела — семейство антител, обладающих специфичностью и высоким сродством связывания антиген в сочетании с их устойчивой способностью локализоваться в определенных местах внутри клетки. И. могут быть использованы в качестве терапевтического средства, мишенью которого является конечный продукт энзиматической реакции.
3.5) Использование доминантно-
Мутации в антионкогене р53 обнаруживают в 50% солидных опухолей у человека. Продукт гена р53 выполняет функции активатора транскрипции других генов, ингибирующих переход нормальных клеток от фазы G1 к S-фазе клеточного цикла . Внутриклеточный уровень этого белка возрастает в ответ на повреждение геномной ДНК, что сопровождается задержкой клеток в фазе G1 и репарацией повреждений, а также терминальной дифференцировкой или же, если повреждения ДНК оказываются слишком большими, - апоптозом - генетически запрограммированным самоубийством клеток.
Инактивация белка р53 ассоциируется с неконтролируемым ростом опухолевых клеток многих типов. Было установлено, что введение функционально активного трансгена р53 в клетки с поврежденным геном белка р53 подавляет рост опухолевых клеток или индуцирует в них апоптоз.
3.6) Использование аптамеров.
Аптамеры являются высокоаффинными и очень специфичными лигандами. Аптамеры к белкам часто связываются в функционально-важных участках молекулы и являются ингибиторами активности белков-мишеней .По большинству своих характеристик аптамеры не уступают моноклональным антителам и могут быть использованы вместо антител во многих экспериментах. В то же время, аптамеры обладают значительно большей стабильностью, чем антитела.Обасти применения аптамеров.
1) Аптамеры используют для изучения механизмов взаимодействия белков с нуклеиновыми кислотами. В случае белков, узнающих специфические последовательности нуклеиновых кислот in vivo, использование SELEX позволяет выявить природные последовательности связывания белков с РНК или ДНК. Анализ трехмерной структуры аптамер-белковых комплексов используется для исследования структуры РНК- и ДНК-связывающих сайтов белков-мишеней.
2) На основе аптамеров могут быть получены высокоэффективные и специфичные ингибиторы белков-мишеней. Подобные ингибиторы могут использоваться как в фундаментальных исследованиях (в частности, в функциональных исследованиях белков-мишеней), так и для создания новых лекарственных средств. Мишенями в данном случае могут являться, например, различные факторы роста, гормоны, ферменты, рецепторы на клеточной поверхности, токсины, белки вирусов и патогенных микроорганизмов. Несколько лекарств на основе аптамеров в настоящее время проходят клинические испытания, а первый из препаратов уже поступил на фармацевтический рынок. Кроме непосредственного применения аптамеров в качестве специфических ингибиторов, их можно использовать для поиска новых ингибиторов различных белков. С этой целью проводится направленный поиск молекул, конкурирующих с аптамером-ингибитором за связывание с белком-мишенью и, таким образом, взаимодействующих в том же участке белка, что и исходный аптамер.
3) Аптамеры находят широкое применение для детекции различных молекул-мишеней (в том числе в диагностических целях). Было показано, что аптамеры могут с успехом заменить антитела в методиках ELISA, флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), Вестерн-блоттинга и др. Аптамеры используют для измерения концентрации различных метаболитов и белковых факторов, для обнаружения токсинов, выявления специфических типов клеток и тканей, клеток болезнетворных микроорганизмов. Кроме того, аптамеры, как и антитела, можно использовать для аффинной очистки и идентификации белков-мишеней Наиболее перспективным с точки зрения диагностики является создание микрочипов, содержащих в своем составе большое количество аптамеров, которые могут быть использованы для одновременного анализа многих молекул-мишеней . Созданы чипы, позволяющие анализировать концентрацию некоторых факторов роста в крови человека. В дальнейшем предполагается создать микрочипы для анализа экспрессии большого числа различных белков человеческой клетки, что должно иметь огромное значение для развития методов диагностики различных заболеваний, а также в фундаментальных исследованиях.
3.7) Использование цинк-
Белки цинковый палец взаимодействуют через их индивидуальные пальцев до трех пар оснований дочерних сайтов на ДНК-мишени. Четыре ключевых Остаток позиции -1, 2, 3 и 6 на альфа-спирали цинковых пальцев у водородных связей взаимодействия с ДНК.
Mutating этих ключевых остатков позволяет генерировать множество комбинаторных возможностей, которые можно привязать к любому ДНК растянуть интерес. Используя привязку специфичность и аффинность взаимодействия между цинковых пальцев и соответствующих ДНК может помочь создать инженерных пальцы цинка в терапевтических целях с участием генома ориентации. Изучение структурно-функциональных отношений существующих цинковый палец-ДНК может помочь в прогнозировании.Вероятно пальцы цинка, который может связываться с любым ДНК-мишени. Вычислительных средств облегчить прогнозирование таких инженерных
цинковых пальцев путем эффективного использования информации из имеющихся экспериментальных данных.
II. Прямое убийство раковых клеток.
- Использование генов-самоубийц, генов, кодирующих потенциально токсические для раковых клеток молекулы или генов, кодирующих промоторы апоптоза.
Терапия, инициирующая апоптоз опухолевых клеток. Апоптоз клетки можно
запустить с помощью многих факторов. Например, апоптоз можно вызвать, усилив
чувствительность клетки к повреждениям ДНК. Этому способствует введение
генетических
конструкций, усиливающих или запускающих
подавленную или полностью
проапоптотических генов - генов, кодирующих предшественников каспаз; генов, чьи продукты блокируют ингибиторы апоптоза (IAP); генов, кодирующих участников митохондриального пути апоптоза (Apaf-1, Bax).
Введение в опухолевую массу лигандов для мембранных рецепторов апоптоза приводит опухолевые клетки к гибели. Наилучшие результаты в доклинических исследованиях получены при использовании рекомбинантного лиганда TRAIL, который, в отличие от Fas-лиганда и TNF-a, не оказывал токсичного действия на окружающие ткани.
Часто многие опухолевые клетки имеют пониженную экспрессию рецепторов апоптоза, в частности DR4-рецепторов для TRAIL. Поэтому генную терапию с помощью TRAIL предваряют терапией, способствующей повышению экспрессии DR4-рецепторов (повышенная экспрессия р53, блокада ингибиторов апоптоза IAP и Smac/Diablo).
Большинство опухолей устойчивы к действию цитотоксических препаратов. Одной из составляющих, способствующему этому, а также препятствующему запуску апоптоза, является каскад реакций, индуцированный фактором транскрипции NF-kB. Поэтому была разработана соответствующая генная терапия протеолитически стабильным «суперрепрессором» этого каскада IkB, который повышает чувствительность некоторых видов опухолей к химиотерапии, TNF-a. Подобный эффект оказывают ингибиторы протеасом, протеинкиназы С.
Одним из важных подходов в рамках апоптозной стратегии генной терапии является «суицидальная» GDEPT-терапия (gene directed enzyme prodrug therapy). Эта терапия способствует повышению чувствительности раковых клеток к апоптозу с помощью нетоксичных предшественников противоопухолевых препаратов.
Апоптоз
пролиферирующих клеток можно вызвать
с помощью препарата
Киназы клетки-хозяина присоединяют к фосфорилированному ганцикловиру
трифосфат, а трифосфаты затем включаются во вновь синтезированную ДНК в процессе синтеза ДНК при клеточном делении. Включившись, они обрывают дальнейший синтез ДНК, терминируют его, что приводит к запуску апоптотических сигналов. В результате клетки, содержащие герпесную тимидинкиназу, погибают в присутствии этих агентов.
Через межклеточные контакты ганцикловиртрифосфат может попасть в другие опухолевые клетки и привести к их гибели.
Подобные эксперименты вначале велись на животных моделях. Клетки мышиных
фибробластов, продуцирующие рекомбинантные ретровирусы подсаживались прямо в опухоль в мозге. Рекомбинантные ретровирусы содержали ген HSVtk. Поскольку ретровирусы интегрируют в митотически активные клетки, ген тимидинкиназы оказывался преимущественно в опухолевых клетках, тогда как здоровые клетки из тканей, окружающих опухоль, оставались вне вирусной атаки и, следовательно, без гена тимидинкиназы герпеса.
Фосфорилированный ганцикловир может диффундировать от клеток, в которых он образуется за счет работы вирусной тимидинкиназы, к соседним клеткам. Если соседние клетки делятся, то они будут его включать в состав ДНК и погибать. Экспериментально показано, что если 10% клеток опухоли содержит ген тимидинкиназы, то опухоль может быть уничтожена полностью. И при этом у животных не наблюдается токсических эффектов.
Полученные результаты позволили начать испытания на больных раком мозга, которым инъецируют мышиные фибробласты, продуцирующие рекомбинантные ретровирусы, содержащие ген HSVtk, а затем внутривенно вводили ганцикловир.
- Использование генов, кодирующих опухолевые суппрессоры.
Направленное убийство опухолевых клеток. Это может осуществляться путем
введения генов, кодирующих токсины под контролем промоторов, специфически
экспрессирующихся в опухолевых клетках. Например, гена, кодирующего дифтерийный токсин.
Другой недавно
разработанный
используется в клинических целях, обычно в сочетании с дополнительной химиотерапией.
Для восстановления нормального фенотипа осуществляют блокаду экспрессии онкогенов с помощью внутриклеточной иммунизации, например, путем введения в клетки конструкций, программирующих синтез антисмысловых РНК или антител к онкобелкам. Ведутся исследования по использованию внутриклеточных антител для инактивации рецепторов ростовых факторов, которые вовлекаются в опухолеобразование. К числу таких рецепторов относится ErbB2. Он принадлежит к семейству рецепторов эпидермального ростового фактора EGFR. Функционально это семейство представляет собой семейство рецепторов с тирозинкиназной активностью, которая имеет ключевое значение для регуляции жизнедеятельности клетки. Этот рецептор повышенно экспрессируется на клетках ряда опухолей (карцинома яичника, молочной железы). На культурах клеток продемонстрировали, что внутриклеточные антитела к этому рецептору, заякоренные в эндоплазматическом ретикулуме, предотвращали его появление на поверхности клеток и приводили к приостановке клеточной пролиферации. Наблюдали и обращение трансформированных клеток к нетрансформированному фенотипу.
Использовали, в частности, антитела против продукта гена ras. Это p21ras белок, связывающий гуанозиннуклеотиды и вовлеченный в многочисленные процессы контроля клеточного роста и дифференцировки. Введение в опухолевые клетки генов онкосупрессоров, таких как p53, также способствует восстановлению нормального фенотипа опухолевых клеток.
4). Использование цитотоксических лимфоцитов
были использованы Т-лимфоциты, инфильтрующиеся в опухоль (ТИЛ). ТИЛ брали у онкологических пациентов и с помощью ретровирусного вектора вводили в них ген устойчивости к неомицину. Модифицированные ТИЛ растили в культуре в присутствии фактора роста Т-лимфоцитов IL-2. Затем Т-лимфоциты вводили пациентам.
Клинические исследования показали безвредность введения генетически модифицированных Т-лимфоцитов. Однако, осталось неясным, насколько специфично лимфоциты мигрируют в опухоль.
Дальнейшие эксперименты велись также с ТИЛ, но в качестве терапевтического гена брали ген, кодирующий фактор некроза опухолей (ФНО). ФНО представляет лимфокин, который оказывал сильный противоопухолевой эффект, что было подтверждено в опытах на мышах. Однако, при экстраполировании этих экспериментов на человека, введение ФНО оказывалось очень токсичным для организма в целом. Но несмотря на первые неудачи, клинические испытания с использованием ТИЛ для генной терапии опухолей активно ведутся вплоть до настоящего времени, также как и дискуссии на тему эффективности такого подхода.
Другой подход предполагает изменение функционирования клеток-эффекторов при
помощи генов, кодирующих химерные рецепторы. Такие рецепторы включают
вариабельные
домены противоопухолевых
участки цепей Т-клеточного рецептора. При экспрессии таких рецепторов распознавание опухоли и последующая активация цитотоксических Т-клеток не зависят от антигенов гистосовместимости.
Еще одно направление связано с клонированием и размножением ex vivo Т- лимфоцитов, несущих гены, которые кодируют Т-клеточные рецепторы, направленные против опухолевых антигенов.
III. Непрямое убийство раковых клеток
- Пассивная иммунотерапия
- Использование вакцин на основе БЦЖ
Один из эффективных методов — это внутрипузырная БЦЖ-терапия. Вакцина БЦЖ — это взвесь жизнеспособных бацилл КальметтаГерена (Calmette-Guerin). Внутриклеточно размножаясь, они стимулируют местный иммунитет, в котором задействованы макрофаги, Т-лимфоциты и цитокины. В 20 исследованиях, проведенных с использованием различных форм поддерживающей БЦЖ-терапии, отмечено снижение шансов прогрессирования рака на 37 %. Более того, клинически доказано, что вакцина БЦЖ более эффективна по сравнению с митомицином С.
БЦЖ - это вакцина, приготовленная на основе бактерии Mycobacterium bovis, которая вызывает туберкулез у крупного рогатого скота. Для человека БЦЖ не опасна, но обладает способностью активировать иммунитет. Вакцина БЦЖ действует наподобие цитокинов, усиливая работу всей иммунной системы. Непосредственно на клетки меланомы вакцина не влияет. Иногда она используется при лечении меланомы стадии III и вводится в саму опухоль.
- использование иммуностимуляторных цитокинов (интерлейкин -2, интерлейкин-4, интерлейкин-12; интерферон альфа, бэта, гамма; фактор некроза опухолей альфа, GM-CSF)
Добавление
других цитокинов, например IL-4, IL-13, IL-15
или TNF-, противодействовало эффектам выделения,
связанным с активацией этих клеток.
Использование на практике способов
данного изобретения
Новые гены можно внедрить в клетки с тем, чтобы на их поверхности экспонировались новые белки. Новые белки включают иммунную сигнализацию и стимулирование молекул, например, такого цитокина, как интерлейкин-2, гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) и других стимулирующих молекул. Генетически-измененные вакцины опухолевых клеток создают клетки, которые синтезируют опухолеспецифические антигены, так же как и новые иммуностимуляторные молекулы на их клеточной поверхности. Эти клетки могут быть введены пациенту. Комбинация молекул на поверхности ведет к усиленному иммунному ответу. Добавленные молекулы на поверхности измененных опухолевых клеток стимулируют иммунную систему, чтобы атаковать даже те клетки опухоли, которые остались в организме и не имеют новых белков на своей поверхности.
интерлейкины – это цитокины, которые организм производит естественным образом, и которые можно получить в лаборатории. Определены многие интерлейкины. Применение интерлейкина-2 (альдеслейкина) в лечении рака наиболее изучено. Интерлейкин-2 стимулирует рост и активность многих иммунных клеток, таких как лимфоциты, которые разрушают раковые клетки. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило применение интерлейкина-2 для лечения метастатического рака почки и метастатической меланомы.
Интерлейкин-2 (ИЛ-2) применяют через 10-14 суток после введения вакцины в дозе 100000-125000 МЕ на м2 поверхности тела в день, внутривенно капельно, в течение 4 часов. Курс лечения состоит из 15-60 введений. Затем проводят поддерживающую иммунотерапию ИЛ-2 в течение 6-12 месяцев, с интервалом 2 месяца. ИЛ-2 вводят ежедневно, 4 дня, в дозе 125000 МЕ на м2.
Гамма-интерферон (ИФН-γ) применяется по следующей схеме: внутримышечное введение 1000000 МЕ ИФН-g через день – 1 месяц, затем 2 месяца – 1 раз в неделю. Гамма-интерферон начинают вводить через день после инъекций вакцины РЕСАН.
Если есть возможность во время основного курса иммунотерапии доставлять ИЛ-2 и ИФН-γ непосредственно к опухоли, то это наиболее предпочтительный вариант.

- Генотипическая изменчивость
- Геноцид в історії людства
- Геноцид в Руанде
- Геноцид в Руанде 1994 г. Карта конфликта
- Геноцид. Его уголовно-правовая характеристика
- Геноцид ирландцев
- Геноцид - один из тягчайших видов преступления против человечества
- Геном человека
- Геном человека в медицине клонирование
- Геном человека. Генная терапия
- Геном человека и окружающая среда
- Геномы эукариотических организмов
- Геном эукариот и прокариот
- Генотерапия