Wyciszanie genów nadzieją w medycynie

Marta Koton-Czarnecka
18-05-2005, 00:00

Potranskrypcyjne wyciszanie genów poprzez interferencję zależną od RNA jest jednym z naturalnych, komórkowych mechanizmów regulacji ekspresji genów. Decydującą rolę odgrywa w nim dwuniciowy RNA (dsRNA), pocięty na krótkie odcinki (siRNA), komplementarne do określonych fragmentów mRNA.

Ten artykuł czytasz w ramach płatnej subskrypcji. Twoja prenumerata jest aktywna
Niedawno odkrytą możliwość zablokowania ekspresji wybranych genów być może uda się wykorzystać do korekcji pewnych wad metabolicznych oraz w leczeniu niektórych chorób wirusowych, neurodegradacyjnych, autoimmunologicznych i nowotworowych.
Po raz pierwszy zjawisko interferencji RNA zostało przez przypadek zaobserwowane w komórkach roślin transgenicznych w 1990 r. Późniejsze doświadczenia prowadzone na nicieniu Caenorhabdis elegans pozwoliły na poznanie podstaw systemu interferencji RNA prowadzącej do zahamowania ekspresji genów (Nature, 1998). Wkrótce istnienie podobnego mechanizmu potwierdzono także w komórkach innych zwierząt, w tym ssaków i człowieka.
Wysoce selektywny proces wyciszania genów inicjuje enzymatyczna hydroliza długiego łańcucha dwuniciowego RNA (dsRNA) do krótkich odcinków, o długości około 22 par nukleotydów, nazywanych małymi interferującymi RNA (small interfering RNA - siRNA). Rybonukleazę odpowiedzialną za cięcie dsRNA, występującą w komórkach ludzkich nazwano Dicer. Następnie każda z utworzonych cząsteczek siRNA łączy się z kilkoma białkami komórkowymi, prowadząc do powstania rybonukleinoproteinowego kompleksu RISC (RNA Induced Silencing Complex), wykazującego złożoną aktywność enzymatyczną. Jedna z nici siRNA, zlokalizowana w obrębie RISC, rozpoznaje komplementarne sekwencje mRNA, wyznaczając w ten sposób transkrypty przeznaczone do natychmiastowej degradacji przez białka kompeksu RISC.
Mechanizm potranskrypcyjnego wyciszania genów jest jedną ze strategii obrony komórki przed ekspesją obcego materiału genetycznego (np. wirusów lub transpozonów) i prawdopodobnie uczestniczy w procesie różnicowania się tkanek podczas rozwoju embrionalnego.

Obiecujące narzędzie

Cząsteczki siRNA komplementarne do wybranych sekwencji genowych, syntetyzowane chemicznie lub uzyskiwane w prowadzonych in vitro reakcjach transkrypcji, wzbudzają ogromne nadzieje jako potencjalne narzędzie terapeutyczne. W dotychczasowych, już dość licznych doświadczeniach prowadzonych na liniach komórkowych i modelach zwierzęcych oraz w badaniach na niewielkich grupach ochotników obserwowano, że wprowadzenie do komórek siRNA daje oczekiwany efekt wyciszenia ekspresji określonych genów. Najbardziej oczywistym zastosowaniem metody wyciszania genów wydaje się leczenie chorób związanych z mutacją w dominującym allelu danego genu. Przy użyciu siRNA skierowanych wyłącznie na transkrypt niosący mutację, eliminuje się jego szkodliwe produkty, nie hamując przy tym ekspresji recesywnego, ?dzikiego? allelu.
Wyciszanie genów kodujących białka replikujących się wirusów lub białka organizmu gospodarza wykorzystywane przez patogeny może okazać się skuteczną metodą leczenia chorób wirusowych. W laboratoriach badawczych udało się już stworzyć cząsteczki siRNA skierowane przeciwko białkom zaangażowanym w namnażanie wirusa HIV, wirusów zapalenia wątroby typu B i C, wirusa grypy typu A, wirusa polio, rotawirusów i adenowirusów.
Kolejną możliwością jest wykorzystanie zjawiska interferencji RNA do hamowania ekspresji genów ludzkich kodujących białka zwiazane z rozwojem jak dotąd nieuleczalnych chorób autoimmunologicznych, nurodegradacyjnych czy nowotworowych. W testowanej obecnie terapii choroby Alzheimera celem dla wprowadzanego do komórek siRNA jest gen kodujący beta-sekretazę, czyli enzym uczestniczący w produkcji beta-amyloidu z jego białka prekursorowego (amyloid precursor protein - APP). Naukowcy wybrali beta-sekretazę z dwóch powodów - w mózgach osób chorujących na alzheimera stwierdzano wzmożoną sekrecję tego enzymu, a u zmodyfikowanych genetycznie myszy nie wytwarzających beta-sekretazy wykazywano całkowity brak produkcji beta-amyloidu. Inne choroby neurodegradacyjne, dla których możliwe wydaje się być opracowanie terapii z użyciem siRNA to: stwardnienie zanikowe boczne, choroba Kennediego i pląsawica Huntingtona. W przypadku chorób nowotworowych obiecujące jest wyciszanie genów związanych z niekontrolowanym wzrostem komórek.

Oporne komórki

Pewną trudność w terapii z użyciem siRNA stanowi sposób podawania leczniczych cząsteczek. Podobnie jak w przypadku terapii genowej, siRNA można przyłączyć do wektorów pochodzenia wirusowego, które umożliwiają wprowadzenie konstruktów do wnętrza komórek, problemem jest jednak skuteczna i niezbyt uciążliwa dla pacjenta aplikacja mieszaniny wyciszającej do odpowiedniej tkanki. Komfort podawania siRNA jest ważny, gdyż efekt jednorozowego wyciszenia genów trwa zazwyczaj dosyć krótko, co oznacza, że w wielu przypadkach zabieg ten musiałby być powtarzany. Dla większości genów maksymalne tempo degradacji ich transkryptów obserwuje się po 36-48 godzinach od wprowadzenia siRNA, a po 96 godzinach proces ten zaczyna zanikać.
Już teraz niestety wiadomo, że niektóre komórki są oporne na wyciszanie genów. Powodem oporności może być brak na terenie komórek czynnych białek kompleksu RISC lub związanie komplementarnych odcinków mRNA z innymi strukturami białkowymi, uniemożliwiające dostęp dla kompleksu RISC.
Jak dotąd nie są znane niepożądane działania terapii z wykorzystaniem siRNA.

Źródło: Therapeutic use of siRNA, Gene Therapy 2005, 12: 5-11.


Źródło: Puls Medycyny

Podpis: Marta Koton-Czarnecka

Puls Medycyny
Innowacje / Wyciszanie genów nadzieją w medycynie
× Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.