Γονιδιακή θεραπεία και Πρόγραμμα του ανθρώπινου γονιδιώματος
Τεύχος Β΄ · Κεφ. 8 · Γονιδιακή θεραπεία ex vivo και in vivo · Human Genome Project
Φάρμακο… ένα γονίδιο;
Τα περισσότερα φάρμακα τα παίρνεις ξανά και ξανά, γιατί ο οργανισμός τα διασπά. Η γονιδιακή θεραπεία κάνει κάτι διαφορετικό: δίνει στα κύτταρα του ασθενούς ένα φυσιολογικό αλληλόμορφο, ώστε να φτιάχνουν μόνα τους την πρωτεΐνη που τους λείπει. Η πρώτη εφαρμογή έγινε το 1990, σε ένα κορίτσι τεσσάρων ετών.
Γονιδιακή θεραπεία
Γονιδιακή θεραπεία είναι η εισαγωγή φυσιολογικού αλληλόμορφου γονιδίου σε σωματικά κύτταρα ενός ατόμου που φέρει μεταλλαγμένο αλληλόμορφο, ώστε να παραχθεί το προϊόν που λείπει και να αντιμετωπιστεί η ασθένεια.
- Εφαρμόζεται μόνο σε σωματικά κύτταρα, οπότε η αλλαγή δεν μεταβιβάζεται στους απογόνους.
- Ως φορείς χρησιμοποιούνται συνήθως τροποποιημένοι ιοί, που έχουν χάσει την ικανότητα να προκαλούν ασθένεια αλλά διατηρούν την ικανότητα να εισάγουν το γενετικό τους υλικό στα κύτταρα (π.χ. ρετροϊοί, αδενοϊοί).
- Είναι κατάλληλη κυρίως για ασθένειες που οφείλονται σε ένα γονίδιο και για υπολειπόμενες ασθένειες, όπου αρκεί η προσθήκη ενός λειτουργικού αλληλόμορφου.
Ex vivo και in vivo
Ex vivo (έξω από τον οργανισμό): τα κύτταρα απομονώνονται από τον ασθενή, τροποποιούνται γενετικά στο εργαστήριο και επανεισάγονται σε αυτόν.
Η πρώτη γονιδιακή θεραπεία εφαρμόστηκε το 1990 σε ένα κορίτσι τεσσάρων ετών με ανεπάρκεια του ενζύμου απαμινάση της αδενοσίνης (ADA), μια σοβαρή ανοσοανεπάρκεια:
- Απομονώθηκαν λεμφοκύτταρα από το αίμα της.
- Με φορέα έναν τροποποιημένο ρετροϊό εισήχθη το φυσιολογικό γονίδιο της ADA.
- Τα γενετικά τροποποιημένα λεμφοκύτταρα επανεισήχθησαν στον οργανισμό της.
Επειδή τα λεμφοκύτταρα έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής, η θεραπεία πρέπει να επαναλαμβάνεται περιοδικά.
In vivo (μέσα στον οργανισμό): ο φορέας με το φυσιολογικό γονίδιο εισάγεται απευθείας στον ιστό-στόχο. Παράδειγμα: στην κυστική ίνωση, το φυσιολογικό γονίδιο μεταφέρεται με αδενοϊούς ή λιποσώματα, με εισπνοή, στα κύτταρα του αναπνευστικού επιθηλίου.
Στα λατινικά vivo σημαίνει «ζωντανός». Ex vivo = έξω από τον ζωντανό οργανισμό: βγάζω τα κύτταρα, τα φτιάχνω στο εργαστήριο, τα ξαναβάζω (ADA, λεμφοκύτταρα). In vivo = μέσα στον οργανισμό: ο φορέας πηγαίνει κατευθείαν στα κύτταρα (κυστική ίνωση, εισπνοή).
Γιατί η γονιδιακή θεραπεία της ανεπάρκειας ADA με λεμφοκύτταρα πρέπει να επαναλαμβάνεται;
Το Πρόγραμμα του ανθρώπινου γονιδιώματος
Το Πρόγραμμα του ανθρώπινου γονιδιώματος (Human Genome Project) ξεκίνησε το 1990 με στόχο:
- τη χαρτογράφηση των γονιδίων, δηλαδή τον εντοπισμό της θέσης τους στα χρωμοσώματα,
- τον προσδιορισμό της αλληλουχίας όλων των βάσεων του ανθρώπινου DNA (περίπου ζεύγη βάσεων στο απλοειδές γονιδίωμα).
Η αλληλουχία ολοκληρώθηκε ουσιαστικά το 2003. Βασικά συμπεράσματα:
- Ο αριθμός των γονιδίων αποδείχθηκε πολύ μικρότερος από τον αναμενόμενο, και μόνο ένα μικρό ποσοστό του DNA κωδικοποιεί πρωτεΐνες.
- Δύο άνθρωποι έχουν σχεδόν ταυτόσημη αλληλουχία DNA (περίπου 99,9%)· οι μικρές διαφορές εξηγούν σε μεγάλο βαθμό την ποικιλομορφία και τη διαφορετική προδιάθεση σε ασθένειες.
- Τα δεδομένα βοηθούν στην κατανόηση και διάγνωση γενετικών ασθενειών, στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων και στη μελέτη της εξέλιξης.
Η τεράστια ποσότητα δεδομένων ανέδειξε τον ρόλο της Βιοπληροφορικής και έθεσε βιοηθικά ζητήματα (π.χ. προστασία γενετικών δεδομένων, διακρίσεις από ασφαλιστικές εταιρείες ή εργοδότες).
Η αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος ανακοινώθηκε ως ολοκληρωμένη τον Απρίλιο του 2003 — ακριβώς 50 χρόνια μετά τη δημοσίευση του μοντέλου της διπλής έλικας από τους Watson και Crick (1953). Το πρόγραμμα κόστισε περίπου 3 δισεκατομμύρια δολάρια· σήμερα ένα ανθρώπινο γονιδίωμα αλληλουχείται σε λίγες μέρες με ένα ελάχιστο κλάσμα αυτού του κόστους.
Μέθοδος: ερωτήσεις γονιδιακής θεραπείας
- Είδος ασθένειας: μονογονιδιακή, υπολειπόμενη; → κατάλληλη για προσθήκη φυσιολογικού αλληλόμορφου.
- Κύτταρα-στόχοι: ποια κύτταρα εκφράζουν φυσιολογικά το γονίδιο (π.χ. λεμφοκύτταρα για ADA, αναπνευστικό επιθήλιο για κυστική ίνωση);
- Ex vivo αν τα κύτταρα απομονώνονται και επανεισάγονται εύκολα (αίμα)· in vivo αν όχι.
- Φορέας: τροποποιημένος ιός (ρετροϊός, αδενοϊός).
- Μεταβιβάζεται; Όχι — σωματικά κύτταρα.
Παράδειγμα 1: Μπορεί ένας ασθενής που υποβλήθηκε σε επιτυχή γονιδιακή θεραπεία για ανεπάρκεια ADA να μεταβιβάσει το φυσιολογικό γονίδιο στα παιδιά του;
Λύση: Όχι. Το φυσιολογικό γονίδιο εισήχθη μόνο στα λεμφοκύτταρα, που είναι σωματικά κύτταρα. Τα γεννητικά κύτταρα του ασθενούς εξακολουθούν να φέρουν τα μεταλλαγμένα αλληλόμορφα, άρα οι απόγονοι θα κληρονομήσουν μεταλλαγμένο αλληλόμορφο.
Παράδειγμα 2: Γιατί μια αυτοσωμική επικρατής ασθένεια, στην οποία το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο παράγει βλαβερή πρωτεΐνη, δεν αντιμετωπίζεται εύκολα με προσθήκη φυσιολογικού γονιδίου;
Λύση: Η προσθήκη φυσιολογικού αλληλόμορφου θα έδινε φυσιολογική πρωτεΐνη, όμως το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο θα συνέχιζε να παράγει τη βλαβερή πρωτεΐνη. Στις υπολειπόμενες ασθένειες αντίθετα, το πρόβλημα είναι η έλλειψη λειτουργικής πρωτεΐνης, που καλύπτεται με την προσθήκη.
Άσκηση τύπου Πανελλαδικών: Να συγκρίνετε τη γονιδιακή θεραπεία της ανεπάρκειας ADA με εκείνη της κυστικής ίνωσης ως προς: (α) τη μέθοδο (ex vivo / in vivo), (β) τον φορέα, (γ) τη μεταβίβαση στους απογόνους.
Λύση:
(α) ADA: ex vivo — τα λεμφοκύτταρα απομονώνονται, τροποποιούνται στο εργαστήριο και επανεισάγονται. Κυστική ίνωση: in vivo — ο φορέας εισάγεται απευθείας στο αναπνευστικό με εισπνοή.
(β) ADA: τροποποιημένος ρετροϊός. Κυστική ίνωση: αδενοϊοί (ή λιποσώματα).
(γ) Και στις δύο περιπτώσεις τροποποιούνται σωματικά κύτταρα, οπότε το φυσιολογικό γονίδιο δεν μεταβιβάζεται στους απογόνους.
Ποιος ήταν βασικός στόχος του Προγράμματος του ανθρώπινου γονιδιώματος;
Στη γονιδιακή θεραπεία ex vivo:
Μια γυναίκα με ανεπάρκεια ADA (αυτοσωμική υπολειπόμενη, γονότυπος ) έχει υποβληθεί με επιτυχία σε γονιδιακή θεραπεία ex vivo των λεμφοκυττάρων της. Αποκτά παιδί με άνδρα φορέα ().
(α) Ποια η πιθανότητα το παιδί να έχει ανεπάρκεια ADA; (β) Αν αντί για λεμφοκύτταρα είχαν τροποποιηθεί κύτταρα του μυελού των οστών, που παράγουν συνεχώς νέα λεμφοκύτταρα, θα άλλαζε η απάντηση στο (α); Τι θα άλλαζε για την ίδια;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
(α) Η γονιδιακή θεραπεία τροποποίησε σωματικά κύτταρα. Τα γεννητικά της κύτταρα παραμένουν , άρα γενετικά είναι ακόμη για τους απογόνους της: → . Η παγίδα είναι να τη θεωρήσεις «θεραπευμένη» και άρα .
(β) Όχι για το παιδί: και τα κύτταρα του μυελού είναι σωματικά, άρα το φυσιολογικό αλληλόμορφο δεν περνά στους γαμέτες. Για την ίδια όμως θα ήταν πλεονέκτημα: τα τροποποιημένα κύτταρα του μυελού θα έδιναν συνεχώς νέα λεμφοκύτταρα με το φυσιολογικό γονίδιο, οπότε δεν θα χρειαζόταν να επαναλαμβάνεται η θεραπεία τόσο συχνά.
- «Η γονιδιακή θεραπεία διορθώνει το μεταλλαγμένο γονίδιο.» Προσθέτει φυσιολογικό αλληλόμορφο· το μεταλλαγμένο παραμένει.
- «Η θεραπεία κληρονομείται.» Αφορά σωματικά κύτταρα.
- Σύγχυση ex vivo (ADA, λεμφοκύτταρα, ρετροϊός) με in vivo (κυστική ίνωση, αδενοϊοί, εισπνοή).
- «Όλο το DNA κωδικοποιεί πρωτεΐνες.» Μόνο ένα μικρό ποσοστό.
- Γονιδιακή θεραπεία: εισαγωγή φυσιολογικού αλληλόμορφου σε σωματικά κύτταρα με ιικό φορέα· δεν κληρονομείται.
- Ex vivo: ADA (1990) — λεμφοκύτταρα, ρετροϊός, επανάληψη λόγω περιορισμένης ζωής των κυττάρων.
- In vivo: κυστική ίνωση — αδενοϊοί ή λιποσώματα με εισπνοή.
- Πρόγραμμα ανθρώπινου γονιδιώματος (1990–2003): χαρτογράφηση και αλληλούχιση περίπου ζευγών βάσεων.
- Λίγα γονίδια, μικρό ποσοστό κωδικού DNA, περίπου 99,9% ομοιότητα μεταξύ ανθρώπων.