ostatnia aktualizacja – lipiec 2013
KORYGOWANIE GENU DYSTROFINY W CELU TERAPII DMD
„Problemy, które wcześniej były trudne do rozwiązania zostaną przezwyciężone. Są rzeczy, które możemy zrobić teraz, a nie mogliśmy ich zrobić kilka miesięcy temu.”
To słowa Charlesa Gersbacha, młodego naukowca, który szuka leku dla naszych synków.
GŁÓWNE PUNKTY ARTYKUŁU:
– Charles Gersbach używa „korekty genomu opartej na nukleazie” by zmienić wadliwy gen dystrofiny we własciwie funkcjonujący.
– Nukleaza to enzym, który tnie materiał genetyczny, a tym samym wywołuje naturalne mechanizmy naprawcze.
– Szczególnie entuzjastycznie młody naukowiec nastawiony jest do nukleazy o nazwie CRISPR, która być może będzie leczyć komórki dotknięte DMD.
– Charles wraz z kolegami niedawno naprawił gen dystrofiny w ludzkich komórkach mięśniowych rosnących w naczyniu laboratoryjnym, a dzięki finansowemu wsparciu jednej z zagranicznych fundacji będzie mógł spróbować powtórzyć ten wyczyn na myszach.
W 2001 roku, Charles Gersbach rozpoczął studia podyplomowe w dziedzinie inżynierii biomedycznej w Georgia Institute of Technology w Atlancie, przyłączając się do ośrodka, który pracował nad budową pół-sztucznych mięśni, kości i tkanki chrzęstnej.
Był zainteresowany w tworzeniu nowych materiałów i tworzeniu implantów tkanek, ale to, co go intrygowało bardziej to genetyczne uwarunkowania wzrostu i regeneracji tkanek.
I tak, w 2006 roku, z wykształceniem inżyniera biomedycznego otrzymanym po ukończeniu wspólnego programu Georgia Institute of Technology oraz Emory University, Charles Gersbach przeniósł się do Scripps Research Institute w La Jolla w Kalifornii, aby studiować biologię molekularną i wzbogacić swoje naukowe doświadczenie o solidną podstawę z wiedzy o genetyce.
Następnie przeniósł się do Duke University i stanął na czele własnego laboratorium w 2009 roku. „Zacząłem przyglądać się różnym chorobom” mówi. Dystrofia mięśniowa Duchenne’a (DMD) – choroba z wyraźnie określoną genetyczną przyczyną i wieloma możliwościami zastosowania nowych technologii – wydawała się idealna. „Myślałem dużo o regeneracji mięśni i wzroście komórek mięśniowych, uczęszczałem na sesje i konferencje poświęcone tematyce terapii genowej przez lata”
KOREKTA GENOMU
Technologia, którą Gersbach wybrał do dalszego i bardziej wnikliwego studiowania to „nuclease-based genome editing”, rodzaj edycji genomu opartej o nukleazę – zwaną również korektą genomu. Używa się w tej technologii pewnego rodzaju enzymu o nazwie nukleaza, który tnie materiał genetyczny aby doprowadzić do korekty, lub „edycji” DNA w komórkach.
Proces faktycznie dzieli się na trzy części: 1. ukierunkowanie na konkretny odcinek DNA, który potrzebuje korekty; 2. spowodowanie przerwy (cięcia) w DNA poprzez nukleazę; 3. próba korekty DNA przez komórkowe mechanizmy naprawcze.
Gersbachowi i jego kolegom udało się niedawno naprawić gen dystrofiny (to ten wadliwy gen w DMD) w ludzkich komórkach mięśniowych rosnących w naczyniu laboratoryjnym. Główną rolę odegrał tu David Ousterout, doktorant w laboratorium. I tak jak pisałam na wstępie, dzięki finansowemu wsparciu jednej z zagranicznych fundacji (MDA) będą mogli spróbować powtórzyć ten wyczyn na myszach.
W niedawno zakończonych eksperymentach nad dystrofiną, Gersbach nie wytycza komórkom sposobu naprawy DNA, a pozwala działać w sposób naturalny po tym jak DNA zostało pocięte przez nukleazę.
Twierdzi, że przerwa/cięcie wywołana przez nukleazę naśladuje w DNA rodzaj uszkodzenia, które często występuje naturalnie, na przykład w trakcie podziału komórek lub uszkodzenia komórek przez światło ultrafioletowe. Różnica, jednakże, jest taka, że sztucznie dodana nukleaza wciska się, powodując, że uszkodzenie się powtarza. Jeśli komórka będzie powtarzała naprawianie tego uszkodzenia, to wzrośnie szansa na naprawę DNA.
I tutaj mam problem z tłumaczeniem tego kawałka, albo już mój mózg nie pracuje jak należy:
It’s those little mistakes, ironically, that he and his fellow scientists want to see — because they can override an existing error in a targeted gene, such as dystrophin. That is, in fact, what happened to the flawed dystrophin genes in Gersbach’s experiments, at least in some of the cells in the lab dish.
A variation on nuclease-based correction is to supply the cells with guidelines on how to fix the targeted DNA. Gersbach is now working on a strategy in which a corrective DNA „template” (guiding pattern) would be injected simultaneously with the nuclease, instructing the cell on precisely how to perform the gene correction.
LEPSZE NUKLEAZY
Tymczasem same nukleazy przeszły pewną ewolucję od chwili, gdy Gersbach zaczynał pracę nad nimi. Najwcześniejsze z nich – znane jako nukleazy palca cynkowego „zinc finger nucleases”- nie były najbardziej „przyjazne dla użytkownika.” Mogą być przeznaczone do specyficznej sekwencji DNA, ale są trudne do manipulowania, i trzeba wiele z nich przeszukać, aby znaleźć taką, którą działa.
Około roku 2009, nowy typ enzymów, o nazwie Talen, pojawił się na scenie. Taleny, które zostały wykorzystane w eksperymentach korekcyjnych dystrofiny, są łatwiejsze w użyciu niż te wcześniejsze i trafiają do celu częściej. Pierwszy przykład z wykorzystaniem w laboratorium talenów w komórkach ludzkich odnotowano w 2011 roku i jak twierdzi Gersbach : „od tego czasu wszystko poszło do przodu”
Najnowszy typ enzymów nukleazy to CRISPR, pierwotnie wyizolowane z bakterii. Zostały po raz pierwszy użyte do zrobienia korekty genów w komórkach ludzkich w styczniu 2013r. Tworzą one rodzaj systemu odpornościowego i utrzymują potencjalnych intruzów z dala od działania w komórkach. W przeciwieństwie do poprzedników, które są białkami, nukleazy CRISPR są częścią białka i częścią RNA czyli są materiałem genetycznym podobnym do DNA.
It’s the RNA part that can be changed to target a specific gene sequence, and Gersbach notes that it’s much easier to create „designer” RNA than to create designer proteins. The protein part — the nuclease — still does the cutting, but it stays the same while the RNA gets changed to hit the desired target.
POKONYWANIE PRZESZKÓD
Gersbach mówi, że istnieją pewne przeszkody na drodze do wprowadzenia korekty opartej na nukleazie z laboratorium do kliniki, ale on uważa, że można je przezwyciężyć. „Nowe technologie pojawiają się cały czas,” mówi. „Najpierw mieliśmy zinc finger nucleases, następnie mieliśmy Taleny, a teraz mamy nukleazy CRISPR. Cały czas zmienia się sposób myślenia na temat korekty genów w różnych chorobach. Mam ogromną wiarę w najnowsze odkrycia naukowe i jestem pewien, że to, co było trudne wcześniej, wkrótce stanie się łatwiejsze. Rzeczy, których nie mogliśmy robić kilka miesięcy temu, teraz robimy z wielką łatwością”