Ген суицида
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2014 г. ) |
В области генетики ген суицида — это ген , который заставляет клетку убивать себя в процессе апоптоза (запрограммированной смерти клетки). Активация суицидного гена может привести к смерти различными путями, но одним важным клеточным «переключателем», вызывающим апоптоз, является белок p53 . Стимуляция или введение (посредством генной терапии ) суицидных генов является потенциальным способом лечения рака или других пролиферативных заболеваний.
Гены суицида составляют основу стратегии, позволяющей сделать раковые клетки более уязвимыми или чувствительными к химиотерапии . Подход заключался в том, чтобы присоединить части генов, экспрессируемых в раковых клетках, к другим генам ферментов, отсутствующих у млекопитающих, которые могут превращать безвредное вещество в вещество, токсичное для опухоли . [1] Большинство суицидных генов опосредуют эту чувствительность, кодируя вирусные или бактериальные ферменты, которые превращают неактивное лекарство в токсичные антиметаболиты , ингибирующие синтез нуклеиновой кислоты. Суицидные гены должны быть введены в клетки таким образом, чтобы обеспечить их поглощение и экспрессию как можно большим количеством раковых клеток, одновременно ограничивая их экспрессию нормальными клетками. Суицидальная генная терапия рака требует, чтобы вектор обладал способностью различать клетки-мишени и не-мишени, раковые клетки и нормальные клетки. [2]
Апоптоз
[ редактировать ]Гибель клеток может происходить в основном в результате некроза или апоптоза . Некроз возникает, когда клетка повреждается внешней силой, например ядом, телесным повреждением, инфекцией или отрезанием от кровоснабжения. Когда клетки умирают от некроза, это довольно грязное дело. Смерть вызывает воспаление , которое может вызвать дальнейшие травмы в организме. Принимая во внимание, что апоптоз вызывает деградацию клеточных компонентов, не вызывая воспалительной реакции. [3]
Многие клетки подвергаются запрограммированной гибели клеток или апоптозу во время развития плода. Форма гибели клеток, при которой запрограммированная последовательность событий приводит к уничтожению клеток без выделения вредных веществ в окружающую среду. Апоптоз играет решающую роль в развитии и поддержании здоровья организма, удаляя старые, ненужные и нездоровые клетки. В человеческом организме заменяется примерно один миллион клеток в секунду. Когда клетка вынуждена совершить самоубийство, белки, называемые каспазами в действие вступают . Они разрушают клеточные компоненты, необходимые для выживания, и стимулируют выработку ферментов, известных как ДНКаза, которые разрушают ДНК в ядре клетки. Клетка сжимается и посылает сигналы бедствия, на которые отвечают макрофаги . Макрофаги очищают сморщенные клетки, не оставляя следов, поэтому эти клетки не повреждают окружающие некротические клетки. Апоптоз также важен для пренатального развития . Например, у эмбрионов пальцы рук и ног изначально соединены с соседними пальцами тканью. Клетки этой соединительной ткани подвергаются апоптозу с образованием отдельных пальцев. В ходе развития мозга изначально создаются миллионы дополнительных нейронов. Клетки, не образующие синаптических связей, подвергаются апоптозу. Запрограммированная гибель клеток также необходима для запуска процесса менструации. Это не значит, что апоптоз — идеальный процесс. Вместо того, чтобы умирать из-за травмы, клетки, прошедшие апоптоз, умирают в ответ на сигналы внутри организма. Когда клетки распознают вирусы и генные мутации, они могут вызвать смерть, чтобы предотвратить распространение ущерба. Учёные пытаются узнать, как можно модулировать апоптоз, чтобы контролировать, какие клетки живут, а какие подвергаются запрограммированной гибели клеток. Например, противораковые препараты и радиация вызывают апоптоз в больных клетках. Многие заболевания и расстройства связаны с жизнью и смертью клеток: повышенный апоптоз характерен для СПИДа, болезни Альцгеймера и Паркинсона, тогда как снижение апоптоза может сигнализировать о волчанке или раке. Понимание того, как регулировать апоптоз, может стать первым шагом к лечению этих состояний. [4]
Слишком низкий или слишком высокий уровень апоптоза может играть роль во многих заболеваниях. Когда апоптоз не работает должным образом, клетки, которые должны быть уничтожены, могут персистировать и стать бессмертными, например, при раке и лейкемии. когда апоптоз работает слишком хорошо, он убивает слишком много клеток и наносит серьезный ущерб тканям. Так обстоит дело при инсультах и нейродегенеративных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера, Хантингтона и болезнь Паркинсона. Также известен как запрограммированная клеточная смерть и клеточное самоубийство. [5]
Приложения
[ редактировать ]Генная терапия самоубийства при раке
[ редактировать ]Конечная цель терапии рака — полное уничтожение всех раковых клеток, оставляя при этом все здоровые клетки невредимыми. Одной из наиболее многообещающих терапевтических стратегий в этом отношении является генная терапия суицида рака (CSGT), которая быстро выходит на новые рубежи. Терапевтический успех при CSGT в первую очередь зависит от точности доставки терапевтических трансгенов только в раковые клетки. Эта проблема решается путем обнаружения и нацеливания на уникальные или/или сверхэкспрессированные биомаркеры, присутствующие на раковых клетках и раковых стволовых клетках. Специфичность терапевтического воздействия на рак еще больше повышается за счет разработки конструкций ДНК, которые ставят терапевтические гены под контроль промоторов, специфичных для раковых клеток. Доставка суицидальных генов в раковые клетки включает в себя как вирусные, так и синтетические векторы, которые управляются специфичными для рака антителами и лигандами. Варианты доставки также включают в себя модифицированные стволовые клетки, обладающие тропизмом к раку. К основным механизмам, вызывающим гибель раковых клеток, относятся: трансгенная экспрессия тимидинкиназ, цитозиндезаминаз, внутриклеточных антител, теломераз, каспаз, ДНКаз. Принимаются меры предосторожности для устранения рисков, связанных с трансгенезом. Прогресс в области геномики и протеомики должен помочь нам в выявлении специфичных для рака биомаркеров и метаболических путей для разработки новых стратегий клинических испытаний таргетной и персонализированной генной терапии рака. В результате введения гена в злокачественную опухоль опухоль уменьшится в размерах и, возможно, полностью исчезнет, при условии, что все отдельные клетки получат копию гена.
Когда образец ДНК вируса берется из собственных здоровых клеток пациента, вирусу не нужно уметь отличать раковые клетки от здоровых. Кроме того, преимуществом является то, что он также способен предотвратить метастазирование после гибели опухоли.
В качестве лечения рака
[ редактировать ]
Одна из проблем лечения рака — как уничтожить злокачественные опухоли, не повреждая здоровые клетки. Новый метод, показывающий большие перспективы для достижения этой цели, предполагает использование гена-самоубийцы. Ген суицида — это ген, который заставляет клетку убивать себя посредством апоптоза. Суицидальная генная терапия включает доставку гена, кодирующего цитотоксический продукт, в опухолевые клетки. [6] Этого можно достичь двумя подходами: непрямой генной терапией и прямой генной терапией. Непрямая генная терапия использует активируемое ферментами пролекарство, при котором фермент превращает пролекарство в токсичное вещество, а ген, кодирующий этот фермент, доставляется в опухолевые клетки. Например, широко изучаемая стратегия, основанная на трансфекции тимидинкиназы вируса простого герпеса (HSV-TK) вместе с введением ганцикловира (GSV), при которой HSK-TK помогает превращать GCV в токсичное соединение, которое ингибирует синтез ДНК и вызывает клеточную смерть. [7] [6] [8] В то время как прямая генная терапия использует ген токсина или ген, который способен корректировать мутировавшие проапоптотические гены, которые, в свою очередь, могут вызывать гибель клеток посредством апоптоза. Например, наиболее изученным иммунотоксином для лечения рака является дифтерийный токсин, поскольку он ингибирует синтез белка путем инактивации фактора элонгации 2 (EF-2), который, в свою очередь, ингибирует трансляцию белка . [6] [9] Более того, р53 часто является аномальным в опухолях человека, и исследования показывают, что восстановление функции р53 может вызывать апоптоз раковых клеток. установлено, что [6] Суицидальная генная терапия не обязательно устранит необходимость в химиотерапии и лучевой терапии для всех раковых опухолей. Однако ущерб, нанесенный опухолевым клеткам, делает их более восприимчивыми к химиотерапии или радиации. Этот подход уже доказал свою эффективность против рака простаты и мочевого пузыря. Применение самоубийственной генной терапии распространяется и на некоторые другие формы рака. Больные раком часто испытывают депрессию иммунной системы, поэтому они могут страдать от некоторых побочных эффектов использования вируса в качестве средства доставки. [ нужна ссылка ]
Улучшенные векторы
[ редактировать ]Доставка суицидных генов может быть разделена на три группы, которые включают вирусные векторы, синтетические векторы и векторы на основе клеток. [6] Наиболее эффективным средством доставки генов являются вирусные векторы. Широко используемые вирусы для генной терапии включают ретровирусы, аденовирусы (Ads), лентивирусы и аден-ассоциированные вирусы (AAV). Невирусные векторы, такие как синтетические векторы, использовались для борьбы с определенными недостатками вирусных векторов, такими как иммуногенность, инсерционный мутагенез и многие другие. Синтетические векторы подразумевают использование наночастиц , таких как наночастицы золота, для доставки генов в клетки-мишени. [10] Наконец, клеточные векторы используют стволовые клетки в качестве носителей суицидных генов. В последние несколько лет была запатентована клеточно-опосредованная генная терапия рака с использованием мезенхимальных стволовых клеток (МСК). [11]
Эффект свидетеля
[ редактировать ]Эффект свидетеля (BE) — явление, в результате которого при суицидальной генной терапии можно убить нетрансфицированные опухолевые клетки, расположенные рядом с трансдуцированными клетками. [8] [12] [13] Поскольку стопроцентной трансдукции всех опухолевых клеток добиться очень сложно, BE является критически важной особенностью самоубийственной генной терапии.
Ограничения
[ редактировать ]Предполагается, что препарат должен обладать высокой специфичностью в отношении рака, чтобы быть эффективным, но исследования показали, что это достигается редко. Более того, экспрессия суицидного гена находилась под контролем опухолеспецифических промоторов, таких как теломераза человека (hTERT), остеокальцин , карциноэмбриональный антиген ; однако было обнаружено, что только промотор hTERT прошел клинические испытания. [14] В основном это связано с низкой транскрипционной способностью этих опухолеспецифичных промоторов экспрессии генов суицида. Кроме того, плохая доступность клеток-мишеней является важным ограничением суицидной генной терапии. Еще одним серьезным препятствием для самоубийственной генной терапии является частичная специфичность вектора в отношении пораженных клеток. Наконец, отсутствие конкретных моделей животных для прогнозирования клинического результата и других эффектов СГТ.
Биотехнология
[ редактировать ]Гены-самоубийцы часто используются в биотехнологиях для молекулярного клонирования. Векторы включают в себя гены-самоубийцы организма (например, кишечной палочки ). Проект клонирования направлен на замену гена-самоубийцы желаемым фрагментом. Выбор векторов, несущих желаемый фрагмент, улучшается, поскольку векторы, сохраняющие суицидный ген, приводят к гибели клеток.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Карджу З., Чен Х, Хатефи А. (апрель 2016 г.). «Прогресс и проблемы использования суицидных генов для таргетной терапии рака» . Обзоры расширенной доставки лекарств . 99 (Часть А): 113–128. дои : 10.1016/j.addr.2015.05.009 . ПМЦ 4758904 . ПМИД 26004498 .
- ^ «Ген суицида» . МедицинаНет . Проверено 15 ноября 2014 г.
- ^ Финк С.Л., Куксон Б.Т. (апрель 2005 г.). «Апоптоз, пироптоз и некроз: механистическое описание мертвых и умирающих эукариотических клеток» . Инфекция и иммунитет . 73 (4): 1907–1916. дои : 10.1128/IAI.73.4.1907-1916.2005 . ПМЦ 1087413 . ПМИД 15784530 .
- ^ «Что такое апоптоз?» . Как все работает . 31 марта 2010 г. Проверено 15 ноября 2014 г.
- ^ «Определение апоптоза» . Медицинский словарь: определения популярных терминов, определенных в MedTerms . Medicinenet.com . Проверено 15 ноября 2014 г.
- ^ Дюзгюнеш Н (2019). «Истоки самоубийственной генной терапии». В Дюзгюнеш Н (ред.). Генная терапия самоубийств: методы и протоколы . Методы молекулярной биологии. Том. 1895. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер. стр. 1–9. дои : 10.1007/978-1-4939-8922-5_1 . ISBN 978-1-4939-8922-5 . ПМИД 30539525 . S2CID 54473687 .
- ^ Перейти обратно: а б Вассо Дж., Мартин-Дюк П. (апрель 2004 г.). «Использование суицидных генов для генной терапии рака: исследование различных подходов». Экспертное мнение о биологической терапии . 4 (4): 519–530. дои : 10.1517/14712598.4.4.519 . ПМИД 15102601 . S2CID 29442217 .
- ^ Линь Б., Гао А., Чжан Р., Ма Х., Шен Х., Ху Ц. и др. (август 2015 г.). «Использование нового лентивируса с дефицитом интегразы для таргетной противораковой терапии с дифтерийным токсином А, управляемым промотором сурвивина» . Лекарство . 94 (31): e1301. дои : 10.1097/MD.0000000000001301 . ПМЦ 4616595 . ПМИД 26252309 .
- ^ Ваго Р., Коллико В., Цуппоне С., Проспери Д., Коломбо М. (сентябрь 2016 г.). «Доставка суицидных генов при помощи наночастиц в терапии рака». Фармакологические исследования . 111 : 619–641. дои : 10.1016/j.phrs.2016.07.007 . ПМИД 27436147 .
- ^ Морадиан Техрани Р., Верди Дж., Нуреддини М., Салехи Р., Салариния Р., Мосалаи М. и др. (май 2018 г.). «Мезенхимальные стволовые клетки: новая платформа для воздействия на суицидные гены при раке». Журнал клеточной физиологии . 233 (5): 3831–3845. дои : 10.1002/jcp.26094 . ПМИД 28703313 . S2CID 46865654 .
- ^ Хоссейн Дж.А., Марчини А., Фезе Б., Бьерквиг Р., Милетич Х. (январь 2020 г.). «Суицидная генная терапия для лечения глиомы высокой степени злокачественности: уроки прошлого, настоящие тенденции и перспективы на будущее» . Достижения нейроонкологии . 2 (1): вдаа013. дои : 10.1093/noajnl/vdaa013 . ПМК 7212909 . ПМИД 32642680 .
- ^ Сингхал, Сунил; Кайзер, Ларри Р. (1 июля 1998 г.). «Химиотерапия рака с использованием генов-самоубийц» . Клиники хирургической онкологии Северной Америки . Генная терапия рака. 7 (3): 505–536. дои : 10.1016/S1055-3207(18)30258-8 . ISSN 1055-3207 . ПМИД 9624215 .
- ^ Саиб, Сепиде; Аш, Жанна Ван; Лустау, Томас; Рор, Оливье; Кошелек, Клементина; Шварц, Кристиан (01 марта 2022 г.). «Суицидная генная терапия при раке и инфекции ВИЧ-1: альтернатива традиционным методам лечения» . Биохимическая фармакология . 197 : 114893. doi : 10.1016/j.bcp.2021.114893 . ISSN 0006-2952 . ПМИД 34968484 . S2CID 245548079 .