Подходы к генной терапии

В самых простых случаях генная терапия добавляет функциональную копию гена к клеткам, которые имеют только нефункциональные копии. В книге «Доставка генов: инструменты торговли» представлены вирусные и невирусные векторы, наиболее часто используемые для этого типа доставки генов.
Но бывают случаи, когда простое добавление рабочей копии гена не решит проблему. В этих случаях ученым приходилось мыслить нестандартно, чтобы найти другие подходы.
Чтобы справиться с описанными ниже ситуациями, вы можете предотвратить выработку клеткой белка, кодируемого геном, восстановить ген или найти обходной путь, направленный на блокирование или устранение белка.

Доминантно-негативный Некоторые мутации в генах приводят к образованию доминантно-негативного белка. Доминантно-негативный белок может блокировать работу нормального белка (например, см. Pachyonychia congenita). В этом случае добавление функциональной копии гена не поможет, потому что доминантно-негативный белок по-прежнему будет вызывать проблемы.

Приобретение функции Мутация с приобретением функции приводит к тому, что белок действует ненормально, вызывая проблемы сами по себе. Например, предположим, что сигнал активирует белок X, который затем приказывает клетке начать расти и делиться. Мутация с усилением функции может заставить белок X активировать рост клеток даже при отсутствии сигнала, что приводит к раку.

Неправильное регулирование Иногда расстройство может быть связано с белком, который функционирует должным образом, но возникает проблема с тем, где, когда и сколько белка вырабатывается. Это проблемы генной регуляции: гены нужно «включать» в нужном месте, в нужное время и на нужном уровне.

Несколько методов направлены на замену дефектной копии гена рабочей копией.
Термин SMaRT™ расшифровывается как «транс-сплайсинг РНК, опосредованный сплайсосомами». Этот метод нацеливается и восстанавливает транскрипты матричной РНК (мРНК), скопированные с мутировавшего гена. Вместо того, чтобы пытаться заменить весь ген, этот метод восстанавливает только ту часть транскрипта мРНК, которая содержит мутацию.
Было разработано несколько различных вирусных векторов для восстановления мутаций непосредственно в ДНК. Этот метод редактирования генов использует ферменты, предназначенные для нацеливания на определенные последовательности ДНК. Ферменты вырезают ошибочную последовательность и заменяют ее функциональной копией.

Сайленсинг генов — это подход, используемый для «выключения» гена, чтобы из него не производился белок. Подходы к генной терапии, направленные на подавление генов, могут быть нацелены непосредственно на ДНК гена или на транскрипты мРНК, полученные из гена.
Редактирование генов, в дополнение к исправлению мутаций, как описано выше, может использоваться для введения мутации в последовательность ДНК гена, чтобы из нее не производился белок.
Генная терапия олигонуклеотидами, образующими тройную спираль, нацелена на последовательность ДНК мутировавшего гена, чтобы предотвратить его транскрипцию. Этот метод доставляет короткие одноцепочечные фрагменты ДНК, называемые олигонуклеотидами, которые специфически связываются в бороздке между двумя цепями ДНК гена. Это связывание создает структуру тройной спирали, которая блокирует транскрипцию ДНК в мРНК.
РНК-интерференция использует естественный механизм уничтожения вирусов клетки, который распознает и разрушает двухцепочечную РНК. Этот метод вводит короткий фрагмент РНК с нуклеотидной последовательностью, комплементарной части транскрипта мРНК гена. Короткий фрагмент РНК найдет комплементарную ей последовательность и присоединится к ней, образуя двухцепочечную молекулу РНК, которую клетка затем разрушает.
Генная терапия рибозимами нацелена на транскрипты мРНК, скопированные с гена. Рибозимы — это молекулы РНК, которые действуют как ферменты. Чаще всего они действуют как молекулярные ножницы, разрезающие РНК. В генной терапии рибозимами рибозимы предназначены для поиска и разрушения мРНК, кодируемой мутировавшим геном, чтобы из него не мог быть получен белок.

Чтобы узнать больше о рибозимах и подавлении генов на основе РНК, посетите сайт Beyond the Central Dogma.

В рамках своей естественной функции иммунная система вырабатывает большое количество лейкоцитов, каждый из которых распознает определенную молекулу (или антиген), представляющую угрозу для организма. Исследователи научились изолировать иммунные клетки человека и генетически модифицировать их с помощью генной терапии для распознавания определенного антигена, такого как белок на поверхности раковой клетки. При возвращении пациенту эти модифицированные клетки найдут и уничтожат любые клетки, несущие антиген.
В расширении этого метода иммунные клетки могут быть дополнительно модифицированы для производства продукта, такого как лекарство, токсин или сигнал. При возвращении в организм пациента иммунные клетки будут не только атаковать клетки, несущие антиген, но и высвобождать продукт для борьбы с болезнью.