CBRR4293 (677223), страница 47

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 47)

таляется введение генов с помощью аэрозольных или иньецируе-

мых вакцин. Аэрозольная генотерапия разрабатывается, как

правило, для лечения пульмонологических заболеваний, таких

как муковисцидоз, энфизема, рак легких, при которых обьекта-

ми генетической модификации являются специфические типы ле-

гочных клеток (Hoffman, 1991). Иньецируемые вакцины могут

использоваться для модификации различных типов клеток и со

временем, по-видимому, станут наиболее распространенным и

универсальным способом доставки чужеродного генетического

материала в любые ткани.

Эффективность курса генной терапии в значительной сте-

пени зависит от правильного выбора типов соматических кле-

ток, в которых должна бать проведена генетическая модифика-

ция. Так например, при лечении какого-либо наследственного

заболевания, обусловленного дефектом секреторного белка, ге-

нетической коррекции, в принципе, могут быть подвергнуты лю-

бые клетки, тогда как для нерастворимых или мембран-связан-

ных белков выбор ограничен теми клетками, где экспрессирует-

ся соответствующий ген (см.раздел 8.5). Разработке программы

генной терапии предшествуют тщательный анализ тканеспецифи-

ческой экспрессии соответствующего гена, идентификация пер-

вичного биохимического дефекта, исследование структуры,

функции и внутриклеточного распределения его белкового про-

дукта, а также биохимический анализ патологического процес-

са. Все эти данные учитываются при составлении соответствую-

щего медицинского протокола. Кроме того, план генотерапевти-

ческих вмешательств определяется также доступностью кле-

ток-мишеней, периодом их жизни и характером миграции в орга-

низме, эффективностью и специфичностью трансфекции кле-

ток, длительностью экспрессии введенного гена.

Наиболее перспективной представляется возможность гене-

тической модификации не самих уже дифференцированных клеток

с наследственным дефектом, а их предшественников, то есть

долго живущих стволовых клеток. В частности, многообещающей

является трансформация тотипотентных эмбриональных стволовых

клеток, которые при создании определенных микроусловий могут

дифференцироваться, практически, в любые соматические клетки

организма (Hodgson, 1995). Следует упомянуть в этой связи

предложенный недавно эффективный метод получения стволовых

клеток гемопоэтического ряда, перспективных для генотерапии

наследственных заболеваний крови (Berardi et al., 1995).

Как правило, определение типа клеток, подлежащих гене-

тической модификации, завершается оценкой результатов пере-

носа гена в системе in vitro и проведения экспериментов на

животных моделях в тех случаях, когда это возможно. Апроба-

цию процедуры генокоррекции наследственного заболевания про-

водят на первичных культурах экспрессирующих клеток больного

либо на перевиваемых культурах, полученных после предвари-

тельной трансформации первичных культур. На этих клеточных

моделях оценивают эффективность выбранной системы переноса

экзогенной ДНК, определяют экспрессию вводимой генетической

конструкции, анализируют ее взаимодействие с геномом клет-

ки, отрабатывают способы идентификации первичного дефекта и

его коррекции на биохимическом уровне.

Однако, многие проблемы генной терапии не могут быть

решены на уровне клеток. Важное значение имеет анализ влия-

ния введенных ДНК-последовательностей на межклеточные взаи-

модействия, определяющие работу соответствующих тканей и ор-

ганов. Такие исследования могут быть проведены только in vi-

vo. Так, например, в культуре клеток можно определить коли-

чество синтезированного белка, необходимое для нормализации

биохимического дефекта, но этих данных недостаточно для от-

вета на вопрос, какое количество клеток в организме должно

быть модифицировано для восстановления нарушенной функции.

Используя культуры клеток, можно разработать биохимическую

систему адресной доставки рекомбинантных ДНК, однако, про-

верка надежности работы этой системы может быть осуществлена

только на уровне целого организма. Показатели длительности и

характера экспрессии введенного гена в культуре клеток могут

использоваться лишь в качестве ориентировочных параметров

для оценки необходимой периодичности повторения терапевти-

ческих процедур. Кроме того, многие побочные эффекты и, в

первую очередь, возможные ошибки в регуляции эспрессии чуже-

родного гена и опасность вирусной контаминации в результате

использования компетентного по репликации вектора (см.ниже),

могут быть выявлены только in vivo. Поэтому такое внимание в

программах по генной терапии уделяется экспериментам in vivo

на естественных или искусственно полученных моделях соот-

ветствующих наследственных болезней у животных (см.Главу

VIII). Успешная коррекция генетических дефектов у таких жи-

вотных и отсутствие нежелательных побочных эффектов генной

терапии является важнейшей предпосылкой для разрешения кли-

нических испытаний.

Раздел 9.3 Методы генетической трансфекции в генной те-

рапии.

Решающим условием успешной генотерапии является обеспе-

чение эффективной доставки, то есть трансфекции (в широком

смысле) или трансдукции (при использовании вирусных векто-

ров) чужеродного гена в клетки-мишени, обеспечение длитель-

ной персистенции его в этих клетках и создание условий для

полноценной работы, то есть экспрессии. Трансфекция может

проводиться с использованием (1) чистой ("голой"-naked) ДНК,

лигированной в соответствующую плазмиду, либо (2) комплекси-

рованной ДНК - плазмидная ДНК комплексированная с солями,

белками (трансферрином), органическими полимерами (DEAE -

декстраном, полилизином, липосомами или частицами золота),

либо (3) ДНК в составе вирусных частиц, предварительно ли-

шенных спсобности к репликации. Залогом длительной персис-

тенции чужеродной ДНК в клетках-реципиентах является ее

встраивание в геном, то есть в ДНК клетки-хозяина. Пребыва-

ние экзогенной ДНК в ядре в свободном состоянии (в виде, так

называемых, эписом) с неизбежностью ведет к ее элиминации

даже в неделящихся клетках и, соответственно, к транзиторной

экпрессии (обычно, в течение нескольких месяцев). Необходи-

мой предпосылкой экспрессии чужеродной ДНК является наличие

соответствующих промоторов, причем в случае наличия тканес-

пецифических промоторов можно добиться экспрессии введенного

гена только в определенных тканях и клетках (см.ниже). Ос-

новные методы доставки чужеродных генов в клетки подразделя-

ются на химические, физические и биологические. Эффектив-

ность трансфекции и интеграционная способность трансдуциро-

ванной чужеродной ДНК при различных способах трансфекции в

ДНК-клетки мишени приведены в Табл.9.1.

Таблица 9.1. Основные характеристики генетической трансфек-

ции in vitro (Culver, 1994).

--------------------T------------T-------------T------------¬

¦ Методы ¦ Трансдукция¦ Иинтеграция ¦Экспрессия ¦

+-------------------+------------+-------------+------------+

¦ Химические: ¦ ¦ ¦ ¦

¦ Са-фосфат ¦ ¦ ¦ ¦

¦ преципитация ¦ низкая ¦ низкая ¦трнзиторная ¦

+-------------------+------------+-------------+------------+

¦ Физические: ¦ ¦ ¦ ¦

¦ Электропорация ¦ низкая ¦ низкая ¦транзиторная¦

¦ Микроинъекция ¦ высокая ¦ низкая ¦транзиторная¦

¦ "Бомбардировка" ¦ ¦ ¦ ¦

¦ частицами золота ¦ высокая ¦ низкая ¦транзиторная¦

+-------------------+------------+-------------+------------+

¦Слияние: ¦ ¦ ¦ ¦

¦Липосомы ¦ низкая ¦ низкая ¦транзиторная¦

¦Рецептор-опосредо- ¦ ¦ ¦ ¦

¦ванный эндоцитоз: ¦ ¦ ¦ ¦

¦ДНК-белковый ¦ ¦ ¦ ¦

¦комплекс ¦ высокая ¦ низкая ¦транзиторная¦

¦ДНК-комплекс- ¦ ¦ ¦ ¦

¦вирусная капсида ¦ высокая ¦ низкая ¦транзиторная¦

+-------------------+------------+-------------+------------+

¦Рекомбинантные ¦ ¦ ¦ ¦

¦вирусы: ¦ ¦ ¦ ¦

¦Аденовирус ¦ высокая ¦ низкая ¦транзиторная¦

¦Адено-ассоцииро- ¦ ¦ ¦ ¦

¦ванный вирус (AAV) ¦ высокая ¦ низкая ¦длительная ?¦

¦Вирус герпеса (HSV)¦ низкая ¦ низкая ¦слабая ¦

¦Вирус иммуно- ¦ ¦ ¦ ¦

¦дефицита (HIV) ¦ высокая ¦ высокая ¦длительная ?¦

¦Вирус мышиной лейке¦ ¦ ¦ ¦

¦мии Молони (MoMLV) ¦ высокая ¦ высокая ¦длительная ?¦

¦Вирус ветряной ¦ ¦ ¦ ¦

¦оспы (Vaccinia) ¦ высокая ¦ низкая ¦слабая ¦

L-------------------+------------+-------------+-------------

Как следует из представленных данных, введение чужерод-

ных генов in vitro может быть весьма эффективно как при по-

мощи некоторых физических способов доставки (электропоации,

бомбардировки частицами золота), так и, практически, при

всех вариантах биологической доставки, особенно, с помощью

рекомбинантных вирусов. Однако, реально интеграция в геном

клетки-реципиента может быть достигнута только в случае рет-

ровирусных или адено-ассоциированных векторов, обладающих

необходимыми для встраивания в эукариотическую ДНК свойства-

ми. При этом отсутствие встраивания в геномную ДНК, как пра-

вило, коррелирует с транзиторной (временной) экспрессией ге-

на. Следовательно, только вирусные векторы или генетические

конструкции, включающие вирусные последовательности способны

к активной трансфекции, а в ряде случаев и к длительной экс-

прессии чужеродных генов. Следует напомнить в этой связи,

что из 100 уже одобренных проектов генотерапии 95 предпола-

гают использовать вирусную трансдукцию и 86 из них основаны

на применении ретровирусных векторов.

Несмотря на усилия многих генно-инженерных лабораторий,

Центров, а в последнее время и фармацевтических фирм, от-

сутствие идеальных векторов, обладающих эффективной (100%)

трансфекцией как ex vivo так и in vivo, в сочетании с высо-

кой пакующей способностью (включение генетической конструк-

ции от 1 до 1 000 тысяч п.о.), интегрирующих в геном или не-

интегрирующих, но обеспечивающих длительную и, что особенно

важно, регулируемую экспрессию, при отсутствии опасности он-

когенных модификаций или иных нежелательных побочных эффек-

тов, продолжает оставаться одним из серьезных препятствий на

пути внедерения генотерапии (Hodgson, 1995).

Раздел 9.4. Конструирование векторных систем и совер-

шенствование методов трансформации клеток

человека.

9.4.1. Основные векторные системы.

В Табл.9.1 приведены основные типы векторных систем.

Остановимся подробнее на способах их конструирования, преи-

муществах и недостатках, некоторые из которых уже упомина-

лись в предыдущем разделе. Как правило, вводимая генетичес-

кая конструкция представляет собой полноразмерную кДНК-овую

последовательность определенного гена, инсертированную в

экспрессионный вектор, то есть находящуюся под действием

сильного промотора. Выбор подходящего промотора зависит от

многих параметров, главным из которых является необходимый

уровень экспрессии гена в клетках-мишенях. Вектор часто со-

держит один из маркерных генов, таких как гены neo, бе-

та-Gal, ген люциферазы и др., присутствие которых в трансду-

цированных клетках может быть легко обнаружено по наличию

либо соответствующего белкового продукта (гистохимически для

генов бета-Gal и люциферазы), либо маркерных последователь-

ностей ДНК. Если в качестве маркера выбран селектируемый ген

(neo), отбор клеток, трансфецированных in vitro, может про-

изводиться автоматически на соответвтвующих селективных сре-

дах. Существует два типа конструкций; один - на основе плаз-

мидной ДНК, другой - на базе вирусов. Плазмидные конструкции

удобны для клонирования, генно-инженерных манипуляций и по-

лучения большого количества рекомбинантной ДНК. Однако, бак-

териальные плазмиды, в отличие от вирусных конструкций, не

Характеристики

Список файлов реферата