Основные принципы лечения наследственной болезни генной терапии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные принципы лечения наследственной болезни генной терапии

лечение наследственный болезнь терапевтический

Введение

Наследственные болезни возникают вследствие изменения наследственного аппарата клетки (мутаций), которые вызываются лучевой, тепловой энергией, химическими веществами и биологическими факторами. Ряд мутаций вызывается генетическими рекомбинациями, несовершенством процессов репарации, возникает в результате ошибок биосинтеза белков и нуклеиновых кислот.

Мутации затрагивают как соматические, так и половые клетки. Различают геномные, генные мутации и хромосомные аберрации. Поскольку патогенез наследственных заболеваний во многом определяется характером мутационного изменения, стоит рассмотреть мутации более подробно.

Геномные мутации - это изменение плоидности, обычно увеличение: триплоидия, тетраплоидия. У человека полиплоидия обычно с жизнью несовместима.

Хромосомные аберрации - это изменение структуры хромосом: делеция (отрыв части хромосомы), инверсия (поворот чачти хромосомы на 180⁰), транслокации (перемещение части одной хромосомы на другую) и др. Изучение хромосомных аберраций стало более доступно после разработки метода дифференциальной окраски хромосом. Хромосомные аберрации, как правило, приводят к менее тяжелым дефектам организма по сравнению с моносомией или трисомией по целой хромосоме.

Генные мутации вызываются изменением структуры ДНК. Это приводит к нарушению синтеза полипептидных цепей белковых молекул, структурных, транспортных белков или белков-ферментов. Почти половина наследственных заболеваний - это следствие генных мутаций.

Мутации бывают спонтанные и индуцированные. Спонтанные мутации возникают примерно с частотой 10^-15 и 10^-10 на ген в течение 30 лет. Спонтанные мутации имеют большое значение для эволюции, многие из них подхватываются отбором. Индуцированные мутации вызываются лучевой, тепловой и механической энергией, а также химическими веществами, в том числе и медикаментозными средствами, и некоторыми биологическими факторами.

Цель: Ознакомить с основными причинами заболевания наследственных болезней принципами их лечения.

При мутациях возникают разнообразные изменения молекулы ДНК:

1.Замена одного аналогичного азотистого основания другим (транзиции);

2. Изменение числа нуклеотидов;

3. Инверсии - повором участка ДНК на 180⁰;

4. Транслокация - перенос одного участка ДНК на другой;

5. Транспозиция - внедрение в геном разнообразных «прыгающих» генов или вирусов и вирусоподобных элементов.

6. Химическая модификация азотистого основания, одно- или двунитчатый разрыв ДНК, образование их поперечных сшивок.

В клетке имеется несколько защитных систем, препятствующих развитию первичного повреждения ДНК и реализации его в мутацию. Прежде всего это система антиоксидантной защиты, которая снижает концентрацию свободных радикалов в клетке. Сюда входят раздичные ферменты, эндогенные и экзогенные антиоксиданты и антерадикальные соединения и т.п. Эта система антиоксидантной защиты предохраняет генетически важные молекулы от повреждения свободными радикалами и другими химически активными соединениями. После того как первичное повреждение ДНК осуществилось, включаются сложные процессы репарации - фотореактивация, эксцизионная, пострепликационная, SOS-репарация и другие , еще малоизученные или совсем неизвестные механизмы восстановления клетки и генетической нуклеиновой кислоты. Если повреждение не устранено, в действие вступает система противоинформационной защиты, задача которой - нейтрализовать дейсвие измененной информации. В случае прорыва одного барьера на пути реализации первичного повреждения в мутацию задействуются другие механизмы антимутационных барьеров. Назовем некоторые из них.

Во-первых, это все механизмы, обеспечивающие надежность биологических систем: дублированность клеточных структур, наличие обходных метаболических путей, особая организация генетического кода и аппарата синтеза белков.

Во-вторых, если произошла замена аминокислоты в полипептидной цепи балка, то при этом имеет значение сохранение гидрофильного или гидрофобного характера новой аминокислоты, влияющего на сохранение третичной - глобулярной - структуры белковой молекулы. Примерно при 1/3 всех аминокислотных замен сохраняются пространственная структура глобулярных белков и их биологическая функция - потенциально мутационное первичное повреждение ДНЕ гасится, нейтрализуется.

Антимутационные барьеры клетки и организма многочисленны и разнообразны, они еще не до конца изучены. Они позволяют человеку жить во враждебном мире мутагенных факторов.

Генные мутации обычно не сопровождаются изменением формы хромосом, поэтому в световом микроскопе их заметить невозможно.

Они проявляются в изменении признаков организма вследствие синтеза измененных белков ферментов или структурных или регуляторных белков. В результате мутации активность фермента может изменяться - повышаться или понижаться. Степень изменения активности фермента зависит от места мутации в соответствующем гене и величине дефекта. Поэтому в улинической картине выраженность наследственных заболеваний всегда разная, хотя дефектный ген один и тот же. Кроме того, наблюдается разная выраженность нормального и измененного аллеля пределенного гена. У человека набор зромосом и соотвественно генов диплоидный. Мутации обычно затрагивают один из двух аллелей одного и того же гена. В результате возникает гетерозиготность. Фенотип таких гетерозигот определяется взаимодействием соответствующих аллелей и генетического или эпигенетического поля, создаваемого всеми другими генами во взаимодействии со средой. Молекулярные механизмы некоторых наследственных заболеваний, вызываемых генной мутацией, более или менее уже изучены. Такие наследственные заболевания получили название молекулярных.

Патогенетическое лечение

Патогенетическое лечение направлено на коррекцию биохимических и физиологических процессов, нарушенных в результате изменения концентрации белкового продукта мутантного гена. Этот метод лечения наиболее эффективен при наследственных болезнях обмена, основным патогенетическим механизмом которых является нарушение утилизации субстрата.Воздействие на процессы обменных превращений может осуществляться несколькими путями и зависит, прежде всего, от того являются ли патологические симптомы заболевания следствием нарушения утилизации субстрата или они обусловлены недостатком продуктов его метаболизма в организме больного.

Коррекция процессов утилизации субстрата может проводиться несколькими способами. Их выбор зависит от того, являются ли клинические симптомы следствием накопления продукта предшественника метаболического блока или они - результат дефицита конечного продукта обменных превращений.

В первом случае при планировании терапевтической тактики необходимо учитывать следующее:

1)Синтезируется ли субстрат в организме или поступает с пищей

2)Обусловлен ли патогенез заболевания нарушением ферментативного расщепления или процесса транспорта субстрата через слизистую желудочно-кишечного тракта и почки.

Если симптомы заболевания обусловлены нарушением утилизации субстрата, не синтезирующегося в организме, а поступающего с пищей, основным способом терапевтической коррекции является диетотерапия. Она направлена на ограничение или полное прекращение поступления в организм продукта, превращение которого нарушено в результате ферментативного дефекта.В качестве примера можно привести фенилкетонурию и галактоземию, при которых назначение диеты, не содержащей фенилаланина и лактозы, соответственно, в первые недели жизни ребенка, предотвращает развитие клинических проявлений.Таким образом,при этих заболеваниях нет необходимости осуществлять заместительную терапию путем введения в организм недостающего фермента.

Другой подход используется при наследственных заболеваниях, обусловленных нарушением утилизации субстратов, которые синтезируются в организме человека. В этом случае основные пути терапевтических воздействий должны быть направлены на устранение блока биохимических реакций и выведение из организма накапливающегося субстрата или продуктов, образующихся в результате функционирования побочных путей его превращения.Как правило,нарушение утилизации субстрата возникает в результате мутации в генах ферментов, катализирующих соответствующие биохимические реакции, однако в ряде случаев блокирование биохимического пути обусловлено снижением концентрации или нарушением транспорта коферментов, прежде всего витаминов.В связи с этим основные методы терапевтического воздействия должны быть направлены на повышение активности фермента.Этого можно достичь несколькими путями:

1) Применением лекарственных препаратов, стимулирующих выработку ряда ферментов

2) Введение коферментов

3) Введением чистого фермента

Например: для стимуляции процессов функционирования дыхательных цепей митохондрий назначают препараты: филлохинон, содержащий витамины К₁ и К₃.

Введение коферментов оказывается эффективным лишь для тех редких заболеваний, которые обусловлены мутациями в генах, детерминирующих синтез кофакторов или веществ, ответственных за их транспорт.Например: атаксия,обусловленная дефицитом витамина Е.

Наиболее эффективным способом терапевтической коррекции энзимопатий является введение недостающего фермента в клетки-мишени.Наиболее перспективной в настоящее время представляется коррекция ферментативных дефектов при лизосомных болезнях, обусловленных снижением активности ферментных систем лизосом.

При ряде редких наследственных заболеваний клинические проявления обусловлены повышение активности фермента, в связи с чем терапевтические мероприятия направлены на подавление его активности.

Если коррекция ферментативного дефекта невозможна, терапия должна быть направлена на стимуляцию выведения накапливающегося субстрата и его метаболитов с целью предотвращения их токсического действия.Для этого применяют препараты, которые образуют нетоксические соединения с продуктом, подлежащим выведению. Эти соединения выводятся через почки или желудочно кишечный тракт.

При заболеваниях, клинические проявления которых обусловлены дефицитом конечного продукта обменных превращений, лечение направлено на возмещение недостающего субстрата. Этот подход наиболее эффективен при гормон-дефицитных патологиях.

Таблица. Методы лечения наследственных болезней

Симптоматическое лечение

Симптоматическое лечение используется при всех наследственных заболеваниях, независимо от уровня знаний об их патогенезе и этиологии.Оно направлено на коррекцию патологических симптомов и, рне воздействуя на причину болезни, приводит к облегчению состояния больного, предотвращению осложнений и снижению темпа прогрессирования заболевания.В качестве симптоматического лечения могут быть использованы лекарственные препараты, хирургическое вмешательство,а также физиотерапевтические и рентгенологические методы.Симптоматическая терапия дает, как правило, кратковременный эффект, и требует проведения повторных курсов лечения, эффективность которых по мере прогрессирования заболевания снижается.В качестве примеров симптоматического лечения можно привести следующие:

1)Использование анальгетиков при выраженном болевом синдроме

2)Назначение противосудорожных препаратов при различных формах эпилепсии

3)Использование ангиотензивных средств при различных формах артериальной гипертензии

4)Назначение антигистаминных средств при аллергических заболеваниях

5)Назначение муколитических и бронхолитических средств при муковисцидозе и бронхиальной астме

6)Использование препаратов, улучшающих процессы тканевого дыхания при митохондриальных заболеваниях, прогрессирующих мышечных дистрофиях, спинальных амиотрофиях

7)Использование ноотропных препаратов при различных формах олигофрении и деменции

8)Применение физиотерапевтических методов лечения

9)Рентгенотерапевтическое воздействие при различных формах опухолей

10)Хирургическое лечение деформации суставов при некоторых вариантах наследственных моторно-сенсорных нейропатий и мукополисахаридозов, а также коррекция вентрикуломегалии при Х-сцепленных гидроцефалиях.

Для каждой группы наследственных заболеваний разработаны специфические способы симптоматического лечения, облегчающего состояние больного, а в ряде случаев предотвращающего его раннюю гибель.

Коррекция обмена на уровне субстрата, на уровне продукта гена, на уровне ферментов

Этот подход применяется уже давно, поскольку во многих случаях в клинической медицине была установлена патогенетически ключевая роль отсутствия некоторых веществ в происхождении болезней (инсулин, гормоны роста, ан-тигемофильный глобулин и др.).

Возмещение продукта (или добавление) с целью коррекции обмена применяется при таких нарушениях, патогенез которых обусловлен аномальным ферментом, не обеспечивающим выработку продукта, или другим биологически активным соединением.

Примеров эффективных подходов к «исправлению» наследственных нарушений обмена путём возмещения продукта уже много: введение необходимых стероидов при врождённой гиперплазии надпочечников, тироксина при гипо-тиреоидизме, гормона роста при гипофизарной карликовости, уридина при оротовой ацидурии. К сожалению, пока ешё нет примеров возмещения внутриклеточных белков, хотя попытки в этом направлении предпринимались (например, при лечении лизосомных болезней). Подобные примеры известны не только для нарушений обмена, но и для других наследственных болезней. Так, введение антигемофильного глобулина предупреждает кровоточивость при гемофилии, у-глобулин помогает при агам-маглобулинемии, инсулин -- при диабете.

При энтеропатическом акродерматите, при котором развивается недостаточность цинка из-за дефекта цинксвязывающего фактора в кишечнике, одинаково улучшают состояние больных и введение грудного молока, содержащего цинксвязывающий фактор, и приём цинка внутрь. Как только концентрация цинка в крови достигает нормального уровня, сразу отмечается улучшение состояния больных.

Для лечения по принципу возмещения продукта надо знать тонкие ме- ханизмы патогенеза и вмешиваться в эти механизмы (возмещать продукт) осторожно. Так, предварительные попытки лечения болезни Менкеса путём возмещения меди не привели к успеху, хотя концентрация меди и церулоплазми-на в крови больных была повышена до нормального уровня. Оказалось, что дефект при данной болезни обусловлен нарушением регуляции синтеза медь-связывающего белка, обеспечивающего внутриклеточное содержание меди. По этой причине препараты меди не улучшали состояния больных.

Необходимость знания тонких механизмов обмена для лечения можно продемонстрировать на примере сцепленной с Х-хромосомой гипофосфатемии. При этом заболевании первичный почечный дефект всасывания фосфата ведёт к нарушению (снижению) минерализации костей (рахит) и гипокальцие-мии. Приём внутрь фосфата и 1,25-дигидроксихолекальциферола улучшает минерализацию костей и уменьшает гипокальциемию, но не изменяет первичного дефекта почечной «утечки» фосфата. В связи с этим имеется большая опасность возникновения гиперкальциемии, поэтому в процессе лечения надо контролировать содержание кальция в крови.

В целом можно ожидать дальнейших сдвигов в патогенетическом лечении путём возмещения продуктов (белков, гормонов) в связи с успехами физико-химической биологии, генной инженерии и биотехнологии: уже получают специфические белки и гормоны человека, необходимые для восполнения нарушенного звена обмена при лечении наследственных болезней (инсулин, сома-тотропин, интерферон и др.).

Хорошо известны успехи в получении и разведении трансгенных лабораторных животных. Хотя технически создание трансгенных сельскохозяйственных животных много труднее, чем лабораторных, задача эта решаемая. Такой подход оправдан, потому что от крупных животных можно получить большое количество необходимого белка. Трансгенных животных, чьи клетки производят нужные белки, можно называть биореакторами. От них можно получать потомство, т.е. процесс воспроизводится из поколения в поколение.

Основные принципы, на которых основывается важнейший элемент медицины 21 века -генная терапия. Мы посмотрим, как генная терапия развивается в направлении лечения наследственных заболеваний, приобретенных заболеваний таких, как рак или атеросклероз и инфекционных заболеваний, таких как СПИД.

Мы познакомимся со способами введения генов в больные клетки и организмы для того, чтобы компенсировать генетический дефект, делающий клетку больной, или, если это раковая клетка, то чтобы придать ей свойства, достаточные для уничтожения этой и подобных клеток иммунной системой.

Мы познакомимя с двумя основными стратегиями геной терапии-ex vivo и in vivo. Узнаем, что когда сегодня говорят о генной терапии, то имеют ввиду генную терапию соматических клеток. Увидим, что генная терапия и трансгеноз тесно связаны, но при генной терапии, в отличие от трансгеноза, трансгены не вводят в зародышевые линии клеток. Я хотел бы, чтобы было понятно, что генная терапия находится в самом начале своего пути. Поэтому обращайте внмание на основные приципы. Результаты же - впереди.

Концепция генной терапии существует уже на протяжении последних десятилетий. Она заключатся в том, что наиболее радикальным способом борьбы с разного рода заболеваниями, вызываемыми изменениями генетического содержания клеток, должна быть обработка, направленныая непосредственно на исправление или уничтожение самой генетической причины заболевания, а не ее следствий. Причиной может быть мутация в зародышевой линии клеток, которая передается по наследству при наследственных заболеваниях, это может быть соматическая мутация, которая вызывает, например, рак, или это может быть изменение вследствие появления в клетке чужеродного генетического материала, например, в результате вирусной инфекции. Способ же борьбы с этими генетическими изменениями заключается в искуственном введению в пострадавшую клетку новой генетической информации, призванной поправить ту, с которой связана болезнь. Эта концепция, по-видимому, появилась сразу после осознания механизмов трансформации клеток опухолеродными вирусами. Они, эти вирусы, осуществляли стабильное внедрение генетического материала в геном клетки хозяина, и поэтому тогда же было предложено использовать их, как векторы для доставки желаемой генетической информациии в геном клеток, чтобы в случае необходимости поправлять клеточные дефекты и лечить болезни генома. Однако это были только общие идеи. Предстояло решить массу технических и этических проблем, прежде чем достичь сегодняшних успехов и надежд. Серьезным уроком и предостережением послужила крайне неудачная попытка вылечить талассемию с помощью введения гена (-глобина. Это было сделано в 1980 году. Исторически генная терапия нацеливалась на лечение наследственных генетических заболеваний, но впоследствии поле ее применения, по-крайней мере теоретически, расширилось таким образом, что она стала рассматриваться, как потенциально универсальный подход к лечению практически всего спектра болезней, начиная от инфекционных, включая так называемые болезни современного общества такие как рак, атеросклероз, диабет и кончая классически генетическими, наследственными заболеваниями.

Существует несколько способов введения новой генетической информации в клетки млекопитающих. Это позволяет разрабатывать прямые методы лечения наследственных болезней - методы генотерапии.

Используют два основных подхода, различающиеся природой клеток- мишеней:

- фетальную генотерапию , при которой чужеродную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введенный материал попадет во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению), и

- соматическую генотерапию , при которой генетический материал вводят только в соматические клетки и он не передается половым клеткам.

Есть и третий подход - активация собственных генов организма с целью полного или частичного преодоления действия мутантного гена. Яркий пример такого подхода - использование гидроксимочевины для активации синтеза гемоглобина F у больных с серповидноклеточной анемией и талассемиями.

Заключение

В жизни существует множество наследственных болезней.Они обусловлены различными мутациями на генном уровне.Каждая мутация имеет свои особенности.Различают генные,геномные,хромосомные и др. мутации. В последние годы разрабатываются перспективные методы лечения и диагностики наследственных заболевания - биологическая инженерия и биотехнология, задачей которых является создание новых генетических структур на разных уровнях: генном, геномном, клеточном, тканевом, органном и популяционном.

Список использованной литературы

1.Иванов В.И ГЕНЕТИКА М. ИКЦ «Академкнига» 2007 стр 592-597

2.Бочков Н.П. Клиническая генетика. М.: Медицина, 1997 стр 34

3.Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. М.: Мир, 1988. (в 3-х т.) стр 209-212

4.Баев А.А. (ред.). Геном человека, ВИНИТИ, т. 1. М., 1990 стр 38-42

5.Ярыгин В.Н., Васильева В.И., Волков И.Н., Синельщикова В.В. Биология. Кн. 1. - М.: Высшая школа, 2003 стр 32-40

Размещено на Allbest.ru