Cięcie enzymem - blokowanie szkodliwych genówBlokowanie szkodliwych genów to nowy sposób na groźne wirusy, bakterie i pierwotniaki Terapia polegająca na blokowaniu genów o szkodliwym działaniu jest już w zasięgu ręki. Mogłaby pomóc ludziom na przykład w leczeniu miażdżycy.
Od końca lat siedemdziesiątych genetycy wiedzą, że można obniżać lub całkiem wyłączać aktywność wybranych genów, wprowadzając do komórek krótkie cząsteczki kwasu rybonukleinowego – RNA. Z publikacji niemieckich i amerykańskich naukowców z firmy farmaceutycznej Alnylam w "Nature" z 11 listopada br. dowiedzieć się można, że zablokowanie aktywności genu kodującego białko apolipoproteinę B u myszy obniża poziom złego cholesterolu w ich krwi. To zaś zapobiega miażdżycy, nadciśnieniu i zawałowi serca. Czy uda się to samo u człowieka?
Geny i chorobyNadmierna lub nieprawidłowa aktywność wielu genów jest przyczyną nie tylko wspomnianej miażdżycy czy nadciśnienia, ale także wielu innych chorób, takich jak cukrzyca, atrofia siatkówki oka, choroba Alzheimera itp. Geny odpowiadają za produkcję w naszych komórkach białek, te zaś za większość funkcji życiowych organizmu, na przykład trawienie, oddychanie komórkowe, skurcze mięśni, wytwarzanie i przewodzenie impulsów nerwowych, myślenie. Na te
niezbędne do życia czynności składają się miliardy reakcji chemicznych prowadzonych właśnie przez białka-enzymy. To białka zmutowane albo pojawiające się w nieodpowiednim momencie, miejscu czy też ilości są przyczyną wymienionych chorób. Przykładowo, apolipoproteina B jest konieczna do syntezy cholesterolu. Cholesterol zaś jest niezbędny do przekazywania impulsów nerwowych czy regulacji hormonalnej organizmu, a więc i do rozmnażania – by wymienić tylko dwa kluczowe dla życia procesy. Kłopoty z cholesterolem zaczynają się, gdy organizm
produkuje go w zbyt dużych ilościach i nie potrafi sobie z tym poradzić. Wówczas złogi cholesterolu odkładają się na wewnętrznych ściankach naczyń krwionośnych, zmniejszają ich średnicę (miażdżyca) utrudniając przepływ krwi (nadciśnienie), w końcu zatykają najcieńsze z nich (choroba wieńcowa i zawał mięśnia sercowego).
Często, aby zapobiec tym zmianom, wystarczy odpowiednia dieta, aktywność fizyczna i obniżenie poziomu stresu, a więc zmiany w trybie życia, które zależą od nas samych. W skrajnych przypadkach trzeba jednak farmakologicznie obniżyć poziom cholesterolu we krwi.
Tu właśnie terapia polegająca na wyłączeniu odpowiedniego genu byłaby niezwykle pożądana.
Również wiele chorób zakaźnych spowodowanych wtargnięciem do organizmu wirusów, bakterii, pierwotniaków czy mikroskopijnych grzybów wynika z produkcji w komórkach innych niż zwykle białek. Wirusy, na przykład grypy, HIV, Ebola, opryszczki, żółtaczki zakaźnej, mnożą się i niszczą komórki naszego organizmu siejąc spustoszenie w tkankach. Wirus HIV zabija białe ciałka krwi powodując brak odporności – AIDS, wirus zapalenia wątroby niszczy wątrobę prowadząc do jej niewydolności, a następnie marskości lub raka, wirus grypy atakuje między innymi nabłonki śluzówki, a wirus Ebola głównie ścianki naczyń krwionośnych, powodując ich pękanie i śmiertelne w skutkach masowe wewnętrzne krwotoki. A wszystko to dlatego, że nasze komórki zostały zmuszone do syntezy białek dyktowanych przez wirusowy materiał genetyczny.
Możliwość wyłączania genów dałaby więc nam nowe leki również przeciwko tym chorobom zakaźnym. Zablokowanie genów na przykład wirusa HIV mogłoby być skutecznym lekiem na AIDS.
Dziś takie terapie wydają się w zasięgu ręki.
Nie tylko lekarstwo Kluczem do sukcesu jest tzw. mały interferujący RNA zwany skrótowo siRNA (patrz ramka).
Przełomowym osiągnięciem ekipy Juergena Soutscheka z firmy Alnylam było wykrycie sposobu skutecznego wprowadzania tej cząsteczki, niszczącej mRNA apolipoproteiny B do komórek organizmu myszy. Nie można jej bowiem podać drogą doustną, gdyż zostałaby szybko strawiona w układzie pokarmowym. Jest ona również niszczona w krwiobiegu. Ekipa Soutscheka wykryła, że przyłączenie do siRNA cząsteczki cholesterolu zabezpiecza ją przed rozkładem we krwi i pozwala na przenikanie do wnętrza komórek w tkankach. To swego rodzaju perpetuum mobile:
cholesterol zabezpiecza siRNA przed rozpadem, ten zaś niszczy inny RNA odpowiedzialny za produkcję tegoż cholesterolu. Taki sposób wyłączania genów stosują w naturalny sposób komórki wielu organizmów (poza bakteriami) w walce z wirusami. Krótkie cząsteczki RNA (zwane też mikroRNA) regulują aktywności genów w trakcie rozwoju embrionalnego nicieni, a zapewne i innych organizmów z człowiekiem włącznie. W tym samym numerze "Nature" jest również
doniesienie amerykańskich i brytyjskich naukowców o wykryciu mikroRNA regulującego wydzielanie insuliny przez mysie komórki trzustki. Dzieje się tak zapewne również i u ludzi.
W przyszłości farmakologiczne działanie na to właśnie mikroRNA może pomóc w leczeniu cukrzycy.
W laboratoriach naukowych używa się powszechnie cząsteczek siRNA do eksperymentalnego wyłączania genów w komórkach. Na podstawie obserwacji efektów takiego, jak mówią genetycy, nokautu genów można wnioskować o funkcji badanych genów. W ten sposób zespół Davida Glovera z University of Cambridge w Wielkiej Brytanii zidentyfikował ostatnio u muszki owocowej funkcje wielu nieznanych dotąd genów kodujących białka enzymów zwanych kinazami (artykuł
czeka na publikację w "Nature"). Identyfikacja tych genów ma ogromne znaczenie dla zrozumienia mechanizmów kontrolujących podziały komórkowe, w których kinazy odgrywają bardzo ważną rolę. – Wiele z opisanych przez nas genów muszki ma zapewne swoje odpowiedniki w genomie człowieka, a wytwarzane przez nie białka są w naszych komórkach. Ich wyłączanie za
pomocą siRNA może przyczynić się do leczenia nowotworów, gdyż właśnie zła regulacja tych genów bywa częstym powodem raka – mówi David Glover.
Marzenie medycyny Jego żona Magdalena Żernicka-Goetz z Wellcome Trust/Cancer Research Institute w Cambridge bada rolę genów zaangażowanych w rozwój zarodków myszy. Jako pierwsza wykazała, że stosując krótkie RNA można wyłączać geny odgrywające istotną role w rozwoju zarodków ssaków. – Alnylam mógł prowadzić swe badania dzięki wykupieniu naszego patentu. Właśnie opublikowaliśmy wyniki doświadczeń wykazujące, że tą metodą można kierować tworzeniem
wybranych typów komórek z tzw. zarodkowych komórek macierzystych. siRNA będzie więc zapewne przydatne również w produkcji przeszczepów – mówi badaczka. A to marzenie medycyny regeneracyjnej. Kontrola różnicowania tych komórek w wybrane tkanki (na przykład w komórki tkanki nerwowej) pozwoli bowiem na dokonywanie przeszczepów zastępujących zdegenerowane przez chorobę Alzheimera czy Parkinsona neurony mózgu czy zabliźnianie się przerwanego rdzenia kręgowego i w konsekwencji leczenie paraliżu. – Zastosowanie mikroRNA do kierownia różnicowniem komórek macierzystych może być bardziej skuteczne i lepiej kontrolowalne niż
stosowanie bodźców chemicznych czy hormonalnych – dodaje polska uczona.
Cząsteczki siRNA nie ujawniły zapewne jeszcze wszystkich swoich możliwości. Nadzieje w nich pokładane są olbrzymie. Aby ich użycie się upowszechniło trzeba jednak dowieść, że dany siRNA ma rzeczywiście specyficzne działanie, czyli nie wyłącza innych istotnych genów i nie powoduje na przykład reakcji alergicznych. W czasopiśmie "Nature Biotechnology" ukazała się właśnie publikacja dowodząca, iż siRNA nie zmusza układu immunologicznego do niepożądanych reakcji. Trzeba jednak liczyć się też z tym, że długotrwała terapia może wywołać nieprzewidywalne skutki uboczne. W przypadku miażdżycy czy AIDS trzeba będzie bowiem
stosować ją przez całe życie pacjenta, gdyż nie usunie ona wrodzonego defektu nadprodukcji cholesterolu i nie wyeliminuje wirusa HIV z organizmu, a jedynie może zahamować efekty złej
kontroli metabolizmu lub namnażanie się wirusa. Pomimo tych zastrzeżeń siRNA będzie zapewne
przełomem w farmakologii i jednym z pierwszych praktycznych zastosowań rozszyfrowania genomu
człowieka i zrozumienia, jak działają nasze geny.
Jak to działa Odkrycie, że siRNA (ang. small interfering RNA) może wyciszać aktywność pewnych genów, zawdzięczamy badaniom nad dziedziczeniem koloru kwiatów petunii i rozwojem mikroskopijnego nicienia Caenorhabditis elegans. Aby w komórce pojawiło się białko produkowane przez dany gen, niezbędny jest pośrednik – mRNA. W cząsteczce tego kwasu nukleinowego zapisana jest w postaci szeregu nukleotydów informacja genetyczna genu. mRNA powstaje w jądrze komórkowym, tam gdzie znajduje się DNA gromadzący nasze geny. Następnie przemieszcza się on do cytoplazmy komórki. Tam łączy się z mikroskopijnymi "fabrykami białek" – rybosomami. Te odczytują zawartą w mRNA instrukcję, jakie białko należy syntetyzować i niezwłocznie je produkują. Im więcej cząsteczek mRNA z informacją o danym białku dotrze do cytoplazmy, tym więcej pojawia się w niej białek-produktów właśnie tego genu. Komórka reguluje ilość każdego mRNA, zwiększając lub zmniejszając jego produkcję w jądrze komórkowym albo niszcząc gotowy mRNA w cytoplazmie.
Krótkie cząsteczki RNA mają zdolność łączenia się z mRNA. Powodują one wówczas przyłączenie się do nich białek enzymatycznych tnących mRNA na drobne fragmenty. Cząsteczki siRNA nie łączą się z mRNA na oślep. Układ ich nukleotydów musi odpowiadać układowi innych nukleotydów (zwanych komplementarnymi) w cząsteczce mRNA. Jednym słowem, dany siRNA pasuje tylko do takiego mRNA, który ma odpowiednią sekwencję nukleotydów. Znając te sekwencje, a odczytanie ich nie nastręcza dziś genetykom trudności, można zaprojektować cząsteczki siRNA, które połączą się z wybranym mRNA i zniszczą go. Działają więc one jak detektor naprowadzający na
wybrane cząsteczki mRNA niszczące go enzymy komórkowe."
Cięcie enzymem- art. Polityka Nr 51/2004 (2484)
Jacek Kubiak
Chcialo by sie rzec: Czy można liczyc, że będzie także możliwość zahamowania nadmiaru genetycznego u zD?
Wątek: Genetyka-informacje, odkrycia (Przeczytany 66608 razy)