ژن درماني-قسمت اول
ژن درماني-قسمت اول
ژن درماني فرايندي است که با تغيير ژنوتيپ معيوب به سالم براي درمان بيماري استفاده ميشود. بنابراين هدف جايگزين کردن آلل معيوب يک ژن با آلل سالم و فعال ميباشد. اگرچه اين روش درمان ژنتيکي، تکنولوژي نوپايي است اما موفقيتهاي چشمگيري از آغاز تا کنون داشته است.
اولين تلاشها در زمينهي ژن درماني براي درمان يک بيماري بسيار نادر وراثتي به نام بيماري نقص مختلط حاد ايمني Severe Combined Immuno Difeiciency (SCID) صورت گرفت. فرد مبتلا به SCID بهطور ذاتي فاقد سيستم ايمني است. نوزادهايي که با اين نقص متولد ميشوند در اولين برخورد با عوامل عفوني به عفونتهاي شديد دچار شده و در اثر آن ميميرند. در دههي 1970 در آمريکا پسري به نام David با عنوان bubble baby (کودک حبابي) توجه عموم را جلب کرد. وي کودکي مبتلا به SCID بود که پزشکان با تشخيص به موقع بيمارياش او را در حباب پلاستيکي ويژهاي که محيط استريل و ايزوله در مقابل هرگونه باکتري و ويروسي بود نگهداري کردند. او تقريباً تمام زندگياش را در داخل حباب گذراند و با رشد وي ابعاد اتاق شيشهاي او – که از او در برابر ميکروبها حفاظت ميکرد، اما در مقابل تماس فيزيکي او را با جهان خارج قطع ميکرد – نيز بزرگتر ميشد.
در سپتامبر 1990 French Anderson W. و همکارانش، از مؤسسهي ملي سلامت و غذا و داروي آمريکا، دختري را که چهار سال از عمرش را در حباب گذرانده بود و از SCID رنج ميبرد را با ژن درماني نجات دادند.
تقريباً در 25? موارد اين بيماري در اثر فقدان وراثتي يک آنزيم منفرد به نام آدنوزين دِآميناز (ADA) ميباشد که يکي از واکنشهاي مسير کاتابوليسم پورينها را کاتاليز ميکند. در فقدان اين آنزيم آدنوزين در سلولها تجمع يافته و به سطوح سمي خود ميرسد. سلولهاي حساس، بهطور عمده لنفوسيت T و B که در ايمني و دفاع بدن نقش دارند را نابود ميکنند.
در فرايند ژن درماني اين دختر تيم دکتر اندرسون گلبولهاي سفيد دختر را از خونش استخراج کردند و سلولها را در آزمايشگاه کشت دادند و ژن سالم ADA را به ژنوم سلولها وارد کردند، سپس سلولهاي خوني که قادر به بيان ژن ADA بودند را به جريان خون برگرداندند. بعد از اين درمان او توانست به مدرسه برود و در برابر سياه سرفه واکسينه شود. اما از آنجا که عمر سلولهاي خوني کوتاه است فرايند ژن درماني بايد به طور دورهاي تکرار شود.
به چند دليل SCID کانديداي خوبي براي درمان از طريق ژن درماني بود:
1- براي اين بيماري درماني وجود نداشت.
2- SCID نتيجهي تغيير ژن خاصي است که از پيش ايزوله و کلون شده بود بنابراين براي استفاده در ژن درماني فراهم بود.
3- سلولهايي که هدف درماناند، لنفوسيتها، به راحتي قابل استخراج و کشت در محيط آزمايشگاه بودند و همچنين بعد از اصلاح ژنتيکي، آنها را ميتوان مجدداً به جريان خون بازگرداند.
اساس کار
در اغلب موارد مطالعات ژن درماني، نسخهي صحيح يا نوع وحشي ژن به ژنوم الحاق ميشود. براي وارد کردن ژن به سلولهاي مورد نظر بايد از يک حامل که وکتور ناميده ميشود استفاده کرد. رايجترين وکتوري که مورد استفاده است ويروسها ميباشند. ويروسي که به عنوان وکتور استفاده ميشود به طور ژنتيکي معيوب شده و قادر به بيماريزايي نيست اما هنوز قادر است که ژنومش را با DNA سلول ميزبان ترکيب کند. سلولهاي مورد نظر با وکتور آلوده ميشوند و وکتور با الصاق يافتن به ژنوم سلول ميزبان محمولهاش را وارد ژنوم سلول ميکند.
انواع وکتور در ژن درماني
رترويروسها Retroviruses
مادهي ژنتيکي در رترويروسها به شکل RNA است، در حاليکه مادهي ژنتيکي ميزبانشان به شکل DNA ميباشد. هنگامي که يک روترويروس سلول ميزبان را آلوده ميکند قبل از ترکيب مادهي ژنتيکش با ژنوم ميزبان، لازم است که نسخهي DNA اي از مولکول RNA اش توليد کند. اين عمل طي فرايندي به نام رونويسي معکوس توسط آنزيم ترنس کريپتاز معکوس انجام ميشود (اساساً DNA به عنوان الگو براي توليد RNA ميباشد اما عمل اين آنزيم عکس است، به همين دليل به اين صورت نامگذاري شده است). بعد از توليد اين نسخهي DNA و آزاد شدن آن در هستهي سلول ميزبان توسط آنزيم اينتگراز Integraz وارد DNA ميزبان ميشود. اکنون مادهي ژنتيک ويروس قسمتي از مادهي ژنتيک ميزبان شده و همراه با آن همانندسازي و تقسيم ميشود.
يکي از معايب استفاده از روترويروسها اين است که عمل آنزيم اينتگراز بهطور تصادفي است بنابراين الصاق مادهي ژنتيک ويروس در مکان مشخصي از ژنوم ميزبان صورت نميگيرد. به اين ترتيب ممکن است الصاق در ميان يکي از ژنهاي سلول ميزبان صورت گيرد و ژن در اثر جهش از کار بيافتد و يا اگر در محدودهي يک ژن تنظيم کنندهي تقسيم سلولي الصاق شود، تقسيم سلول از کنترل خارج شده و سلول سرطاني ميشود. بهعلاوه روترويروسها تنها قادر به آميخته شدن با ژنوم سلولهايي ميباشند که تقسيم سلولي فعال دارند. بنابراين اگرچه در ژن درماني SCID که سلولهاي هدف قادر به تقسيم ميباشند وکتور مناسبي است، اما براي درمانهايي که سلولهاي هدف تقسيم نميشوند مثل سلولهاي عضلاني قابل استفاده نميباشد.
آدنويروسها Adenoviruses
در تعدادي از پروژههاي ژن درماني نظير درمان فيبروزکيستيک از آدنوويروسها به عنوان وکتور استفاده ميشود. ماده ژنتيک آدنوويروسها به شکل DNA دو رشتهاي ميباشد. آدنوويروسها در انسان سبب عفونتهاي تنفسي، رودهاي و چشمي ميشوند. هنگامي که اين ويروسها سلول ميزبان را آلوده ميکنند، برخلاف روترويروسها، مادهي ژنتيکشان را با ژنوم ميزبان الصاق نميکنند و مولکول DNAشان در هستهي سلول آزاد ميماند. بنابراين خطر سرطاني شدن سلولها در کاربرد اين وکتور وجود ندارد و همچنين براي آلوده سازي سلولهايي که قدرت تقسيم ندارند نيز قابل استفاده ميباشد. اما مشکلي که در بهکارگيري آدنوويروسها به عنوان وکتور وجود دارد، عدم همانندسازي مولکول DNA آزاد هنگام همانندسازي ژنوم ميزبان براي تقسيم سلولي ميباشد و از اين رو سلولهاي حاصل از تقسيم فاقد ژن اضافه شده ميباشد و بايد در هر نسل سلولي دوباره مراحل آلودهسازي تکرار گردد.
روشهاي غير ويروسي Non-viral methods
ويروسها تنها راه وارد کردن DNA به سلولها نيستند؛ طي فرايندي به نام ترنسفکشن (Transfection) سلولها ميتوانند DNA مورد نظر را از محيطشان جذب کنند. از روشهاي ترنسفکشن تکان دادن سلول با جريان الکتريکي، يا فيوز کردن با ليپوزم حاوي ژن مورد نظر ميباشد.
اگرچه اين تکنيکها به اندازهي وکتورهاي ويروسي کارايي ندارند، اما به جهت ايمني بيشتر نسبت به استفاده از ويروسها مورد توجهاند و در فناوري ساخت وکتور تلاشهاي زيادي براي پيشرفت اين تکنيکها صورت گرفته و ميگيرد.
با اينکه در آغاز هدف آزمايشهاي ژن درماني، درمان بيماريهاي ژنتيکي نظير SCID، فيبروزکيستيک و هايپرکلسترولمياي ارثي بود، اما امروزه نگاه دانشمندان از چنين بيماريهاي نادري که به علت نقص يک ژن منفرد ايجاد ميشوند به سمت بيماريهاي رايجتر که اساس پيچيدهتري دارند از قبيل انواع سرطان و بيماريهاي قلبي – عروقي متمرکز شده است که در شمارههاي بعدي به آن خواهيم پرداخت.
سلام به تمام دوستان عزیز!!