Hệ thống chuyển tải gen và ứng dụng trong liệu pháp điều trị gen

Chia sẻ: Sunshine_6 Sunshine_6 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Việc áp dụng liệu pháp điều trị gen trong y học là h-ớng điều trị đang đ-ợc nghiên cứu rộng rãi hiện nay. Liệu pháp này đ-ợc thực hiện bằng việc chuyển giao gen lành sang các dòng tế bào bị đột biến gen của bệnh nhân mắc bệnh di truyền. Các bệnh lý di truyền của cơ quan tạo máu và của hệ miễn dịch là lĩnh vực đầu tiên đ-ợc nghiên cứu theo h-ớng áp dụng liệu pháp điều trị gen....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống chuyển tải gen và ứng dụng trong liệu pháp điều trị gen

HÖ thèng chuyÓn t¶i gen vµ øng dông trong liÖu ph¸p ®iÒu trÞ gen TS. T¹ Thµnh V¨n Bé m«n Hãa-Hãa sinh, Tr−êng §¹i häc Y Hµ Néi I. Giíi thiÖu chung thuéc hÖ virus hoÆc hÖ lai gi÷a hai hÖ thèng ®ã ®Ó t¨ng tÝnh an toµn. GÇn ®©y ph−¬ng ph¸p ViÖc ¸p dông liÖu ph¸p ®iÒu trÞ gen trong y dïng c¸c tÕ bµo gèc cña ng−êi lµm ph−¬ng häc lµ h−íng ®iÒu trÞ ®ang ®−îc nghiªn cøu tiÖn chuyÓn t¶i gen ®iÒu trÞ tíi quÇn thÓ tÕ bµo réng r·i hiÖn nay. LiÖu ph¸p nµy ®−îc thùc bÖnh ®Æc hiÖu ®ang ®−îc nghiªn cøu ¸p dông hiÖn b»ng viÖc chuyÓn giao gen lµnh sang c¸c (h×nh 1). dßng tÕ bµo bÞ ®ét biÕn gen cña bÖnh nh©n m¾c bÖnh di truyÒn. C¸c bÖnh lý di truyÒn cña Mau c¬ quan t¹o m¸u vµ cña hÖ miÔn dÞch lµ lÜnh To chuc vùc ®Çu tiªn ®−îc nghiªn cøu theo h−íng ¸p dông liÖu ph¸p ®iÒu trÞ gen. Ngµy nay h−íng Nhan nghiªn cøu ®iÒu trÞ nµy ®−îc triÓn khai trong nhiÒu tr−êng hîp bÖnh lý mµ nguyªn nh©n lµ do rèi lo¹n hoÆc tæn th−¬ng hÖ thèng di truyÒn nh−: c¸c lo¹i h×nh ung th−, c¸c bÖnh th−¬ng tæn hÖ thèng thÇn kinh bÈm sinh, hay do tuæi giµ, ®¸i th¸o ®−êng, bÖnh lý bÈm sinh cña c¬ Tac dung sinh hoc Te bao dich (dystrophy), bÖnh cña c¬ quan t¹o m¸u...(1-3). Nguyªn t¾c c¬ b¶n ®Ó ®¹t ®−îc sù thµnh c«ng trong liÖu ph¸p ®IÒu trÞ gen lµ: 1, §¹t H×nh 1: C¸c qu¸ tr×nh sinh häc cña viÖc ®−îc hiÖu suÊt cao trong viÖc cÊy gen lµnh vµo chuyÓn gen in vivo tÕ bµo ®Ých. 2, Gen cÊy ph¶i hoµ nhËp vµo hÖ (1) C¸c ph−¬ng tiÖn chuyÓn t¶i gen (virus, thèng di truyÒn cña tÕ bµo nhËn, ho¹t ®éng kh«ng ph¶i virus, tÕ bµo) tíi tÕ bµo ®Ých qua hÖ hiÖu qu¶ vµ l©u dµi ®Ó cã thÓ lµm thay ®æi kiÓu thèng tuÇn hoµn hoÆc trùc tiÕp t¹i chç. (2) h×nh cña bÖnh. §iÒu kh¸c còng kh«ng kÐm Vector x©m nhËp vµo tÕ bµo ®Ých th«ng qua phÇn quan träng lµ ph¶i h¹n chÕ tai biÕn cho receptor ®Æc hiÖu trªn bÒ mÆt tÕ bµo (Rv). (3) bÖnh nh©n vµ chi phÝ thÊp. Trong bµi viÕt nµy, TÕ bµo tiÕp nhËn vector vµ vËn chuyÓn vµo t¸c gi¶ ®Ò cËp ®Õn c¸c ph−¬ng tiÖn chuyÓn t¶i nh©n. (4) Qu¸ tr×nh sao chÐp gen ghÐp trong gen, kh©u then chèt nhÊt trong liÖu ph¸p ®iÒu nh©n. (5) Qu¸ tr×nh gi¶i m· ®Ó tæng hîp protein trÞ gen. “®iÒu trÞ” ë bµo t−¬ng. (6) Qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c cña protein míi tæng hîp víi receptor ®Æc hiÖu HÖ thèng chuyÓn t¶i gen tíi tÕ bµo ®Ých. t¹i chÝnh tÕ bµo s¶n xuÊt ra nã hoÆc c¸c tÕ bµo Môc tiªu quan träng nhÊt ®èi víi viÖc ph¸t bªn c¹nh hoÆc l−u th«ng trong hÖ thèng tuÇn triÓn ph−¬ng ph¸p ®iÒu trÞ gen lµ t¹o ra c¸c hoµn ®Ó tíi c¸c tÕ bµo ®Ých ë tæ chøc kh¸c. (7) vector cã kh¶ n¨ng chuyÓn t¶i vµ thÓ hiÖn gen Sau khi t−¬ng t¸c víi receptor protein “®iÒu trÞ” t¹i c¸c tæ chøc cÇn ®iÒu trÞ. ThÕ hÖ ®Çu tiªn cña ph¸t huy t¸c dông sinh häc. c¸c vector lµ viÖc sö dông hÖ thèng virus ®Ó 1. Vector cã nguån gèc tõ virus chuyÓn t¶i c¸c th«ng tin di truyÒn ®Õn c¸c tÕ bµo cña ng−êi. TiÕp sau ®ã, c¸c nhµ khoa häc Vector cã nguån gèc tõ virus (virus-vector) lµ ®· cè g¾ng ph¸t triÓn c¸c thÕ hÖ vector kh«ng ph−¬ng tiÖn vËn chuyÓn gen thuéc thÕ hÖ ®Çu Bµi viÕt ®−îc thùc hiÖn t¹i bé m«n Sinh häc ph©n tö, khoa Y, Tr−êng §¹i häc Kyoto, NhËt B¶n. 107
tiªn ®−îc øng dông cho tÕ bµo ng−êi. §a sè c¸c gÇn ®©y, viÖc tæng hîp ra c¸c chÊt mang virus-vector sö dông trªn l©m sµng cã nguån gèc gen míi cã b¶n chÊt lµ lipid vµ c¸c chÊt mang tõ retrovirus hoÆc adenovirus. Mét sè virus-vector cationic polymer ®· lµm t¨ng ®¸ng kÓ hiÖu qu¶ cã nguån gèc tõ c¸c lo¹i virus kh¸c nh− cña viÖc chuyÓn gen (5). §Ó t¹o ra ph−¬ng tiÖn lentivirus, herpes virus, pox virus... còng ®ang vËn chuyÓn gen cã hiÖu qu¶ cao, ®éc tÝnh thÊp, ®−îc nghiªn cøu ¸p dông (4). C¸c phÇn tö c¸c nhµ khoa häc ®ang nghiªn cøu t¹o ra retrovirus mang gen ghÐp cã kh¶ n¨ng x©m nhËp ph−¬ng tiÖn chuyÓn gen cã nguån gèc trung vµo hÖ thèng gen cña tÕ bµo chñ ®Ó t¹o ra dßng gian gi÷a virus vµ tæng hîp (6). Ph−¬ng tiÖn tÕ bµo mang gen ghÐp æn ®Þnh. C¸c retrovirus nµy sÏ kÕt hîp ®−îc −u ®iÓm cña c¶ hai tr−íc hÕt ®−îc tæng hîp th«ng qua sù sao chÐp ph−¬ng ph¸p, hiÖu qu¶ chuyÓn gen cao (nguån trong tÕ bµo “®ãng gãi” (packaging cell) ®Æc hiÖu gèc virus), ®éc tÝnh thÊp (nguån gèc tæng hîp), sau khi tÕ bµo nµy ®−îc chuyÓn gen tõ retrovirus (h×nh 2). -vector. C¸c h¹n chÕ chÝnh trong viÖc ¸p dông retrovirus -vector lµ hiÖu lùc virus thÊp, kh«ng cã kh¶ n¨ng nhiÔm vµo tÕ bµo kh«ng ph©n chia, vµ tiÒm Èn kh¶ n¨ng g©y ®ét biÕn cho tÕ bµo chñ. Kh¸c víi retrovirus, adenovirus cã hiÖu lùc cao song l¹i kh«ng cã kh¶ n¨ng x©m nhËp vµo hÖ thèng gen cña tÕ bµo chñ ®Ó t¹o ra dßng tÕ bµo æn ®Þnh mang gen ghÐp. Tuy vËy adenovirus cã Nhan thÓ x©m nhËp vµo c¶ tÕ bµo ®ang trong giai ®o¹n ph©n chia lÉn ë tr¹ng th¸i nghØ. Adenovirus lµ yÕu Te bao dich tè g©y bÖnh cña ng−êi vµ do vËy ®a sè ng−êi bÖnh trong tiÒn sö ®Òu ®· tõng bÞ nhiÔm. Do vËy H×nh 2: C¬ chÕ ho¹t ®éng cña ph−¬ng tiÖn trong m¸u bÖnh nh©n th−êng tån t¹i mét l−îng vËn chuyÓn gen tæng hîp nhÊt ®Þnh kh¸ng thÓ kh¸ng virus. ChÝnh ®iÒu nµy (1) Gen “c« ®Æc” (bëi protamine sulfate) lµm ¶nh h−ëng ®Õn viÖc ¸p dông adenovirus cïng víi yÕu tè ®Æc hiÖu mµng ®−îc bao phñ trong ®iÒu trÞ. ViÖc sö dông adenovirus kh«ng (bëi polyethylene-glycol) l−u th«ng trong m¸u ph¶i nguån gèc ng−êi cã thÓ tr¸nh ®−îc h¹n chÕ ®Õn tÕ bµo ®Ých. (2) Phøc hîp gen-yÕu tè ®Æc nµy trong ®iÒu trÞ. Tuy vËy hiÖu qu¶ cña viÖc ¸p hiÖu mµng g¾n vµo mµng tÕ bµo ®Æc hiÖu. (3, dông adenovirus lÇn 2 th−êng h¹n chÕ h¬n lÇn 4) Phøc hîp ®−îc vËn chuyÓn vµo trong tÕ bµo ®Çu. Nãi tãm l¹i viÖc ¸p dông virus-vector trong vµ tiÕn ®Õn nh©n. (5, 6) Phøc hîp x©m nhËp ®iÒu trÞ ghÐp gen trong t−¬ng lai sÏ phô thuéc vµo vµo nh©n, hoµ vµo bé gen cña tÕ bµo ®Ých vµ c¸c hÖ thèng ®iÒu hßa gen bao gåm gen c«ng qu¸ tr×nh sao chÐp, tæng hîp protein ®−îc khëi t¾c (ho¹t ®éng theo c¬ chÕ ®ãng më), promoter ®éng. ®Æc hiÖu tæ chøc.. ®Ó cho phÐp sù thÓ hiÖn gen ®−îc thùc hiÖn mét c¸ch chuÈn x¸c vÒ thêi ®iÓm, 2. VËn chuyÓn gen b»ng tÕ bµo gèc. vÞ trÝ trong mét kho¶ng thêi gian mong muèn. Trong y häc, mÆc dï viÖc dïng tÕ bµo ®Ó C¸c ph−¬ng tiÖn chuyÓn gen nguån gèc ®iÒu trÞ (ch¼ng h¹n nh− truyÒn m¸u) ®· ®−îc kh«ng ph¶i virus. ¸p dông c¸ch ®©y hµng thËp kû song viÖc lÊy tÕ bµo bÖnh cña bÖnh nh©n, ®−a gen lµnh vµo Cho ®Õn thêi ®iÓm nµy viÖc t¹o ra c¸c råi ®−a l¹i vµo c¬ thÓ ng−êi bÖnh lµ h−íng ph−¬ng tiÖn vËn chuyÓn gen nguån gèc kh«ng nghiªn cøu míi mÎ (4, 7). ViÖc sö dông tÕ bµo ph¶i tõ virus cßn nhiÒu h¹n chÕ. ViÖc ¸p dông gèc cña ng−êi bÖnh ®Ó ®−a gen lµnh vµo sau c¸c chÊt mang gen nµy mang l¹i ®é an toµn ®ã cÊy trë l¹i c¬ thÓ bÖnh nh©n nh»m t¸i t¹o ra cao, ®éc tÝnh thÊp song l¹i bÞ h¹n chÕ do hiÖu nhiÒu dßng tÕ bµo mang gen lµnh trong mét c¬ qu¶ chuyÓn gen thÊp. Tuy nhiªn trong thêi gian 108
quan nhÊt ®Þnh nµo ®ã lµ h−íng nghiªn cøu B¶ng 1: C¸c hÖ thèng chuyÓn t¶i gen ®−îc nhiÒu ng−êi quan t©m nhÊt hiÖn nay. C¸c (vector) vµ sè lÇn thö nghiÖm trªn l©m sµng nghiªn cøu gÇn ®©y tËp chung vµo viÖc sö (1992-2001) dông c¸c tÕ bµo t¹o m¸u, tÕ bµo gèc thÇn kinh HÖ thèng chuyÓn t¶i Sè lÇn thö vµ c¸c tÕ bµo gèc cña bµo thai cho môc ®Ých nghiÖm nµy. Tuy nhiªn cã nhiÒu vÊn ®Ò cÇn ph¶i ®−îc Retrovirus 67 gi¶i quyÕt ®ã lµ: 1) T×m ra m«i tr−êng ph©n lËp Liposome 59 vµ nu«i cÊy thÝch hîp ®èi víi tõng lo¹i tÕ bµo gèc. 2) T×m ra ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó tÕ bµo Adenovirus 54 gèc mang gen ghÐp cã thÓ biÖt hãa thµnh tÕ TÕ bµo gèc 20 bµo mong muèn cÇn ®iÒu tri. 3) T¹o ra c¸c Pox virus 26 vector thÝch hîp ®Ó ®−a gen cÇn ®iÒu trÞ vµo tÕ Ph−¬ng ph¸p kh¸c* 16 bµo gèc vµ thóc ®Èy gen nµy hßa vµo bé gen AND tù do 8 cña tÕ bµo chñ mét c¸ch æn ®Þnh. II. KÕt luËn *, Electroporation, sóng b¾n gen... C¸c nhµ khoa häc ®ang cè nghiªn cøu nh»m t×m ra mét “vector hoµn h¶o” tháa m·n Tµi liÖu tham kh¶o tÊt c¶ c¸c yªu cÇu cña liÖu ph¸p ®iÒu trÞ gen. 1. Anderson, W. F. Human gene therapy. Tuy vËy còng cÇn ph¶i nhÊn m¹nh r»ng “vector Nature 392, 25-30 (1998). hoµn h¶o” ®ã sÏ kh«ng ph¶i lµ c«ng cô ®a 2. Sneyers, M., Dumon, J-C., Vanerenbergh, B n¨ng bëi lÏ mçi lo¹i bÖnh tËt sÏ ®ßi hái mét kü et al. Gene therapy clinical trial in Belgium. thuËt chuyªn biÖt víi mét vector ®Æc hiÖu. VÝ Human gene therapy 12, 1361-1365 (2001). dô: mét sè bÖnh chØ ®ßi hái sù chuyÓn gen côc 3. Rubanyi G.M. The future of human gene bé nh− c¸c bÖnh Parkinson, viªm vâng m¹c, therapy. Mol. aspects med. 22, 113-142 thiÕu m¸u côc bé... trong khi mét sè bÖnh kh¸c (2001). l¹i ®ßi hái sù chuyÓn gen cho c¶ mét hÖ thèng trong c¶ mét thêi gian dµi nh− bÖnh x¬ v÷a 4. Halene, S., Kohn, D. B. Gene therapy using ®éng m¹ch, ung th−. §èi víi mét sè bÖnh s¶n hematopoetic stem cells: Sisyphus approaches phÈm cña c¸c gen ghÐp lµ protein cã thÓ ®−îc the Crest. Human gene therapy 11, 1259-1267 tæng hîp tõ tÕ bµo cña nhiÒu tæ chøc kh¸c (2000). nhau trong c¬ thÓ nh− yÕu tè VIII, IX trong 5. Li, S., Huang, L. Nonviral gene therapy: hemophilia A vµ B, c¸c hormone... Song trong Promises and challenges. Gene therapy 7, 31- mét sè bÖnh kh¸c, s¶n phÈm gen ghÐp chØ cÇn 34 (2000). ®−îc tæng hîp trong mét giai ®o¹n nhÊt thêi 6. Kaneda, Y. Development of a novel nh− giai ®o¹n tiÒn ung th−. Thªm vµo ®ã trong fusogenic viral liposome system (HVJ- mét sè tr−êng hîp s¶n phÈm cña gen ghÐp liposomes) and its applications to the treatment kh«ng cÇn ph¶i kiÓm so¸t chÆt chÏ nh− yÕu tè of acquired diseases. Mol. Membr. Biol. 16, VIII, IX trong hemophilia A vµ B th× ë bÖnh tiÓu 119-122 (1999). ®−êng, l−îng insulin tæng hîp cÇn ph¶i ®−îc 7. Kohn, D. B. Gene therapy for genetic ®iÒu hßa hÕt søc nghiªm ngÆt. Cho ®Õn nay haematological disorders and mét sè vector ®Æc hiÖu cho mét sè bÖnh ®· immunodeficiencies. J. Inter. Med. 249, 379- ®−îc ¸p dông trªn l©m sµng (b¶ng 1) vµ ®· 390 (2001). ®−îc cÊp b¶n quyÒn song viÖc t¹o ra mét vector “hoµn h¶o” vÉn lu«n lµ mét trë ng¹i nhÊt trong liÖu ph¸p ®iÒu trÞ gen. 109
Summary Gene delivery system and its application in gene therapy Human gene therapy (HGT) is one of the new therapeutic approaches emerging from this molecular biology and biotechnology revolution. HGT is defined as the transfer of nucleic acides (DNA) to somatic cells of a patient, which results in a therapeutic effect, by either correcting genetic defects or by overexpressing proteins that are therapeutically useful. HGT is a complex process, involving multiple steps in the human body including delivery to organs, tissue targeting, cellular trafficking, regulation of gene expression level and duration, biological activity of therapeutic protein, safety of the vector and gene product ect, most of which are not completely understood. However, over the recent years, significant progress has been made in various enabling technologies, in the molecular understanding of diseases and the manufacturing of vectors. The technical advances together with the ever increasing knowledge and experience in the field will undoubtedly lead to the realization of the potential of HGT in medicine. 110