ويرايش ژن، گام بعدي در ژن درماني
* ترجمه و نوشته: حميدرضا هدايت پناه
شيوه اي نو براي درمان بيماري هموفيلي
بااستفاده از شيوه هاي جديد در ژن درماني به نام "ويرايش ژن" که دقيقاً محل ژن جهش يافته در DNA را هدف قرار مي دهد، محققان موفق گشته اند بيماري هموفيلي که در آن سيستم لخته شدن خون با مشکل مواجه مي گردد را با موفقيت در موش درمان کنند. اين اولين نمونه اي است که ويرايش ژني در آن روي يک موجود زنده آزمايش شده و منجر به کسب نتايج پزشکي قابل توجه شده است. نتايج اين پژوهش در مجله معتبر Nature به چاپ رسيده است.
اين دستاورد گامي مهم در زمينه تحقيقات عملي ژن درماني (که بيش از يک دهه از طول آن مي گذرد) به شمار مي آيد. در اين مطالعه جديد، محققين از دو نمونه ويروس دست کاري ژنتيکي شده با نام Adeno-Associated Virus يا AAV استفاده کرده اند. يکي از ويروس ها آنزيمي را حمل مي کند که DNA جانور را درست در منطقه مورد نظر برش مي دهد و ويروس ديگر ژن جايگزيني که بايد در محل خالي قرار گيرد را به همراه دارد. تمامي اين مراحل در سلول هاي کبد موش زنده صورت مي پذيرد.
مدير تيم تحقيقي خانم «کاترين آ.هاي» هماتولوژيست و متخصص ژن درماني بيمارستان کودکان فيلادلفيا که بيش از يک دهه است در حال تحقيق روي درمان هموفيلي بوده توضيح مي دهد: تحقيقات ما اين احتمال که ويرايش ژني مي تواند با استفاده از آنزيم Zinc Finger Nucleases براي تصحيح نقص هاي ژنتيکي در اندازه اي که از لحاظ درماني قابل قبول باشد را افزايش مي دهد.
دراين مطالعه وي در همکاري با دانشمندان مؤسسه SangamoBioSciences،Inc از آنزيم دست کاري ژنتيکي شده اي به نام (Zinc Finger Nucleases (ZFNs بهره برداري کرده است. اين آنزيم که مانند يک ويرايش گر در مقياس مولکولي عمل مي کند، توالي هاي جهش يافته DNA را تعميرمي کند. دانشمندان آموخته اند چگونه ZFNsهايي را طراحي کنند که دقيقاً به صورت خاص به يک منطقه ژني ويژه متصل گردد. ZFNs ويژه اتصال به ژن فاکتور 9 براي اين تحقيق طراحي شد و به همراه زنجيره اي از DNA به کار رفت.
با هدف گيري دقيق محل مورد نظر در طول کروموزم، ZFNs برتري مشخصي نسبت به تکنيک هاي معمول ژن درماني دارد، که در آنها ممکن است نسخه صحيح ژن به صورت شانسي به محل هايي که دلخواه نيست وارد شود. در نمونه هاي پيشين همواره اين احتمال وجود داشت که رونوشت صحيح ژن با وارد شدن به بخش هاي تنظيمي ژنوم جاندار و ايجاد جهش در اين نواحي باعث بروز اختلال هايي از قبيل ايجاد سرطان خون در فرد گردد.
بيماران در حال حاضر به تزريق مداوم فاکتورهاي انعقادي درمان مي گردند که هزينه بسيار بالايي دارد و در برخي موارد نيز با تحريک بدن به ساخت پادتن عملاً کارآيي درمان از بين مي رود. در اين مطالعه محققان از روش هاي مهندسي ژنتيکي بهره بردند تا براي مدل سازي بيماري درانسان، موش هايي با هموفيلي B توليد کنند. پيش از درمان، موش هاي مبتلا هيچ سطحي ازفاکتور انعقادي XI را درخون خود نداشتند.
تحقيقات پيشين که به وسيله تيم هاي تحقيقات ديگري انجام پذيرفته بود نشان مي داد که ZFNsها مي توانند به نتايج مناسبي در ويرايش ژني سلول هاي بنياديني که در محيط کشت قرار دارند دست يابند. اين سلول ها سپس به بدن موش هاي بيماري تزريق مي شدند تا بيماري کم خوني داسي شکل را در اين جانواران درمان کنند. اما اين شيوه که بخش اصلي آن در خارج بدن صورت مي پذيرد نمي توانند براي درمان بسياري از بيماري هاي انساني که در آنها تمامي بخش هاي بدن درگير هستند کارايي چنداني داشته باشد. در نتيجه آزمون جديد با هدف امکان سنجي کارآيي ويرايش ژني هنگامي به شکل مستقيم در درون بدن موجود زنده انجام مي پذيرد طراحي شد.
در يک طراحي حرفه اي، دو نمونه از ويروس Adeno-Associated Virus (AAV) به عنوان وکتور يا وسيله تحويل دهنده ژن مورد استفاده قرار گرفتند. يکي از AAVها به عنوان وکتور حمل کننده ZFNs مورد استفاده قرار گرفت تا به عنوان ويرايشگر عمل کند و وکتور ديگر رونوشت صحيح ژن فاکتور 9 را به محل برش خورده رساند. از آنجايي که جهش هاي گوناگون در يک ژن مي توانند باعث بروز هموفيلي گردند، فرايند مورد استفاده هفت توالي کد کننده مختلف را مورد هدف قرار دارد که در نهايت باعث پوشش 95 درصد از مناطقي شد که جهش در آنها باعث بروز هموفيلي B مي گردد. محققان با استفاده از AAVهايي که کبد را درگير مي کنند، وکتور ژن درماني را براي حمله به کبد جانور، محلي که فاکتورهاي انعقادي در آن ساخته مي شوند طراحي کرده و سپس به موش ها تزريق کردند. موش هايي که مجموعه آنزيم ZFNs و رونوشت ژن را دريافت کردند پس از چندي موفق به توليد مقادير بالايي از فاکتورهاي انعقادي شدند، به گونه اي که مقدار اين فاکتورها در خونشان تقريباً به اندازه هاي طبيعي رسيد. نمونه موش هاي شاهد که وکتورهاي فاقد ZFNs و يا ژن فاکتور انعقادي 9 را دريافت کرده بودند هيچ افزايش قابل توجهي در ميزان فاکتور و يا زمان انعقاد از خود نشان ندادند.
ارتقاء سطح فاکتورها در تمام مدت 8 ماهه مطالعه ادامه پيدا کرد و هيچ تأثير منفي در زمينه رشد و فرايند وزن گيري و يا عملکرد کبد نشان نداد. سرنخ هايي که ثابت مي کند درمان به خوبي قابل اجرا بوده و هيچ تأثير جانبي ندارد.
خانم «هاي» مي گويد: ما براي اين ايده که مي توانيم از ويرايشي ژني در درون بدن موجود زنده به منظور توليد مقادير ثابت و قابل توجه محصولات استفاده کنيم، شواهد قابل اتکايي در اين مطالعه به دست آورده ايم. تحقيقات بيشتري در آينده نياز داريم تا اين متد را تبديل به روشي ايمن و کارا براي درمان هموفيلي و ديگر بيماري هاي ژنتيکي تک ژني در انسان کنيم. اما براي رسيدن به اين هدف تلاش تمامي افراد دخيل در ژن درماني مورد نياز است. تبديل شيوه هاي درماني آزمايش شده روي موش ها به تکنيک هاي کلينيکال قابل اجرا روي انسان، فرآيند زمان بري است و حدود دو دهه به طول مي انجامد. اما هم اکنون در حال مشاهده نتايج مثبتي در دامنه گسترده اي از بيماري هاي وراثتي از کور رنگي تا هموفيلي هستيم. تکنيک ويرايش ژني در درون بدن جاندار زنده نيز به زمان نيازدارد تا به عنوان يک شيوه درماني به بلوغ کافي برسد، اما اين فرايند نشان دهنده هدف بعدي در توسعه ژن درماني خواهد بود.
آدنوويروس ها گروهي از ويروس هاي آلوده کننده پستانداران هستند که نظر بسياري از متخصصان ژن درماني را به دلايل زير به خود جلب کرده اند:
1. آدنوويروس ها، ژنوم خود را به درون کروموزوم هاي سلول هدف وارد مي کنند.
2. بخش بزرگي از ژنوم اين ويروس ها کارايي عملکرد نداشته و قابل جايگزيني با توالي هاي مورد نظر است.
3. ژن هاي درگير در فرآيند بيماري زايي اين ويروس ها شناسايي و در موارد تجاري شده به منظور ناقل ژني از ساختار ويروس حذف شده اند.
4. پروموتورهاي قوي در ساختار زنجيره ژني اين ويروس ها بيان قدرتمند ژن هاي دست کاري شده را تضمين مي کند.
5. امکان انتقال جداگانه بخش هاي مختلف فرآيند به وسيله ويروس هاي مختلف در اين دسته وجود دارد.
در بيماران مبتلا به هموفيلي B، نقص ژنتيکي باعث از دست رفتن فاکتور انعقادي IX و در نتيجه ار کار افتادن فرايند لخته سازي در بدن فرد مي گردد. اين بيماري ار نوع وابسته به جنس و مغلوب است.
پروتئين هاي Zinc Finger (آبي رنگ) خانواده بزرگي از پروتئين هاي سازمان دهنده هستند که با استفاده از ترکيب اسيد آمينه هاي خارجي خود با بازهاي آلي زنجيره DNA (نارنجي رنگ) در نواحي کاملاً ويژه به مارپيچ دو رشته متصل مي گردند. با اتصال يک پروتئين خارجي برش دهنده DNA به اين ساختار، آنزيم هايي ZFNs به وجود مي آيند که قادر به برش دقيق توالي مورد نظر هستند.
منبع: ماهنامه نوآور، شماره ي 92
بااستفاده از شيوه هاي جديد در ژن درماني به نام "ويرايش ژن" که دقيقاً محل ژن جهش يافته در DNA را هدف قرار مي دهد، محققان موفق گشته اند بيماري هموفيلي که در آن سيستم لخته شدن خون با مشکل مواجه مي گردد را با موفقيت در موش درمان کنند. اين اولين نمونه اي است که ويرايش ژني در آن روي يک موجود زنده آزمايش شده و منجر به کسب نتايج پزشکي قابل توجه شده است. نتايج اين پژوهش در مجله معتبر Nature به چاپ رسيده است.
اين دستاورد گامي مهم در زمينه تحقيقات عملي ژن درماني (که بيش از يک دهه از طول آن مي گذرد) به شمار مي آيد. در اين مطالعه جديد، محققين از دو نمونه ويروس دست کاري ژنتيکي شده با نام Adeno-Associated Virus يا AAV استفاده کرده اند. يکي از ويروس ها آنزيمي را حمل مي کند که DNA جانور را درست در منطقه مورد نظر برش مي دهد و ويروس ديگر ژن جايگزيني که بايد در محل خالي قرار گيرد را به همراه دارد. تمامي اين مراحل در سلول هاي کبد موش زنده صورت مي پذيرد.
مدير تيم تحقيقي خانم «کاترين آ.هاي» هماتولوژيست و متخصص ژن درماني بيمارستان کودکان فيلادلفيا که بيش از يک دهه است در حال تحقيق روي درمان هموفيلي بوده توضيح مي دهد: تحقيقات ما اين احتمال که ويرايش ژني مي تواند با استفاده از آنزيم Zinc Finger Nucleases براي تصحيح نقص هاي ژنتيکي در اندازه اي که از لحاظ درماني قابل قبول باشد را افزايش مي دهد.
با هدف گيري دقيق محل مورد نظر در طول کروموزم، ZFNs برتري مشخصي نسبت به تکنيک هاي معمول ژن درماني دارد، که در آنها ممکن است نسخه صحيح ژن به صورت شانسي به محل هايي که دلخواه نيست وارد شود. در نمونه هاي پيشين همواره اين احتمال وجود داشت که رونوشت صحيح ژن با وارد شدن به بخش هاي تنظيمي ژنوم جاندار و ايجاد جهش در اين نواحي باعث بروز اختلال هايي از قبيل ايجاد سرطان خون در فرد گردد.
در هموفيلي، با به ارث رسيدن يک ژن جهش يافته، بيماري توانايي خود براي توليد پروتئين هايي که منجر به منعقد گشتن خون مي گردد را از دست مي دهد. در نتيجه فرد در طول زندگي خود با دوره هاي خونريزي دروني خود به خودي که جان وي را تهديد مي کند رو به رو مي گردد.
دو شکل اصلي اين بيماري که تقريباً تنها در آقايان اتفاق مي افتد عبارتند از هموفيلي A و هموفيلي B که به ترتيب به دليل نبود فاکتور انعقادي شماره 8 (VIII) و فاکتور انعقادي 9 (IX) روي مي دهند.بيماران در حال حاضر به تزريق مداوم فاکتورهاي انعقادي درمان مي گردند که هزينه بسيار بالايي دارد و در برخي موارد نيز با تحريک بدن به ساخت پادتن عملاً کارآيي درمان از بين مي رود. در اين مطالعه محققان از روش هاي مهندسي ژنتيکي بهره بردند تا براي مدل سازي بيماري درانسان، موش هايي با هموفيلي B توليد کنند. پيش از درمان، موش هاي مبتلا هيچ سطحي ازفاکتور انعقادي XI را درخون خود نداشتند.
تحقيقات پيشين که به وسيله تيم هاي تحقيقات ديگري انجام پذيرفته بود نشان مي داد که ZFNsها مي توانند به نتايج مناسبي در ويرايش ژني سلول هاي بنياديني که در محيط کشت قرار دارند دست يابند. اين سلول ها سپس به بدن موش هاي بيماري تزريق مي شدند تا بيماري کم خوني داسي شکل را در اين جانواران درمان کنند. اما اين شيوه که بخش اصلي آن در خارج بدن صورت مي پذيرد نمي توانند براي درمان بسياري از بيماري هاي انساني که در آنها تمامي بخش هاي بدن درگير هستند کارايي چنداني داشته باشد. در نتيجه آزمون جديد با هدف امکان سنجي کارآيي ويرايش ژني هنگامي به شکل مستقيم در درون بدن موجود زنده انجام مي پذيرد طراحي شد.
ارتقاء سطح فاکتورها در تمام مدت 8 ماهه مطالعه ادامه پيدا کرد و هيچ تأثير منفي در زمينه رشد و فرايند وزن گيري و يا عملکرد کبد نشان نداد. سرنخ هايي که ثابت مي کند درمان به خوبي قابل اجرا بوده و هيچ تأثير جانبي ندارد.
خانم «هاي» مي گويد: ما براي اين ايده که مي توانيم از ويرايشي ژني در درون بدن موجود زنده به منظور توليد مقادير ثابت و قابل توجه محصولات استفاده کنيم، شواهد قابل اتکايي در اين مطالعه به دست آورده ايم. تحقيقات بيشتري در آينده نياز داريم تا اين متد را تبديل به روشي ايمن و کارا براي درمان هموفيلي و ديگر بيماري هاي ژنتيکي تک ژني در انسان کنيم. اما براي رسيدن به اين هدف تلاش تمامي افراد دخيل در ژن درماني مورد نياز است. تبديل شيوه هاي درماني آزمايش شده روي موش ها به تکنيک هاي کلينيکال قابل اجرا روي انسان، فرآيند زمان بري است و حدود دو دهه به طول مي انجامد. اما هم اکنون در حال مشاهده نتايج مثبتي در دامنه گسترده اي از بيماري هاي وراثتي از کور رنگي تا هموفيلي هستيم. تکنيک ويرايش ژني در درون بدن جاندار زنده نيز به زمان نيازدارد تا به عنوان يک شيوه درماني به بلوغ کافي برسد، اما اين فرايند نشان دهنده هدف بعدي در توسعه ژن درماني خواهد بود.
آدنوويروس ها گروهي از ويروس هاي آلوده کننده پستانداران هستند که نظر بسياري از متخصصان ژن درماني را به دلايل زير به خود جلب کرده اند:
1. آدنوويروس ها، ژنوم خود را به درون کروموزوم هاي سلول هدف وارد مي کنند.
2. بخش بزرگي از ژنوم اين ويروس ها کارايي عملکرد نداشته و قابل جايگزيني با توالي هاي مورد نظر است.
4. پروموتورهاي قوي در ساختار زنجيره ژني اين ويروس ها بيان قدرتمند ژن هاي دست کاري شده را تضمين مي کند.
5. امکان انتقال جداگانه بخش هاي مختلف فرآيند به وسيله ويروس هاي مختلف در اين دسته وجود دارد.
در بيماران مبتلا به هموفيلي B، نقص ژنتيکي باعث از دست رفتن فاکتور انعقادي IX و در نتيجه ار کار افتادن فرايند لخته سازي در بدن فرد مي گردد. اين بيماري ار نوع وابسته به جنس و مغلوب است.
پروتئين هاي Zinc Finger (آبي رنگ) خانواده بزرگي از پروتئين هاي سازمان دهنده هستند که با استفاده از ترکيب اسيد آمينه هاي خارجي خود با بازهاي آلي زنجيره DNA (نارنجي رنگ) در نواحي کاملاً ويژه به مارپيچ دو رشته متصل مي گردند. با اتصال يک پروتئين خارجي برش دهنده DNA به اين ساختار، آنزيم هايي ZFNs به وجود مي آيند که قادر به برش دقيق توالي مورد نظر هستند.
منبع: ماهنامه نوآور، شماره ي 92
/ج
