Liệu pháp gen (gene therapy) là kỹ thuật đua gen lành vào cơ thể thay thế cho gen bệnh hay đua gen cần thiết nào đó thay vào vị trí gen bị sai hỏng để đạt đuợc mục tiêu của liệu pháp. Biện pháp thứ nhất, đua gen lành vào thay thế cho gen bệnh là cách giải quyết triệt để, vì gen lành sẽ đuợc đua vào đúng vị hí của nó trên bộ gen và chịu tác động bình thuờng của các trình tự biếu hiện gen đó.
TIỂU LUẬN SINH HỌC PHÂN TỬ VÀ DI TRUYỀN HỌC ĐÈ TÀI: LIỆU PHÁP GEN VÀ ỨNG DỤNG LIỆU PHÁP GEN TRONG CHỬA BỆNH MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU NỘI DUNG A LIỆU PHÁP GEN I Khái niệm Liệu pháp gen Gen liệu pháp II Nguyên tắc điều trị liệu pháp gen III Phân loại liệu pháp gen IV Kỹ thuật Cơ sở liệu pháp gen Các buớc liệu pháp gen Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp V Nguyên lý liệu pháp gen Tách dòng gen liệu pháp Các loại vecto thuờng đuợc sử dụng liệu pháp gen B ứng dụng liệu pháp gen chữa bệnh I Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu liệu pháp gen II Một số xu huớng chữa bệnh liệu pháp gen III ứng dụng liệu pháp gen việc chữa bệnh HIV/AIDS IV Vấn đề an toàn triển vọng liệu pháp gen c Kết luận Tài liệu tham khảo NỘI DUNG A LIỆU PHÁP GEN I Khái niêm Liệu pháp gen Liệu pháp gen (gene therapy) kỹ thuật đua gen lành vào thể thay cho gen bệnh hay đua gen cần thiết thay vào vị trí gen bị sai hỏng để đạt đuợc mục tiêu liệu pháp - Biện pháp thứ nhất, đua gen lành vào thay cho gen bệnh cách giải triệt để, gen lành đuợc đua vào vị hí gen chịu tác động bình thuờng trình tự biếu gen Viral Nevv ViNl PHA Gen< PHA u.s National # Mođitieđ DNAmjected into vectoí^^ Vector txnđa cell membrane to đưa vào tế bào gene khỏe mạnh Vector IS packaged in ve&tcie Vestcle Dreaks down releaeing vector Gene therapy using an adenovirus vector - Biện pháp thứ hai, đưa gen cần thiết thay vào vị trí gen sai hỏng dễ thực đưa thêm gen cần thiết vào gen, người ta khơng làm chủ vị hí gắn xen đoạn đưa vào Điều dẫn đến số kết không lường hước được: ■ Gen đưa vào khơng nằm phức họp điều hồ nên biểu hịên cách tuỳ tiện, khơng nơi (đúng với loại tế bào, mô đặc hiệu) khơng lúc (đúng với chu trình phát triển cá thế), chí khơng biếu ■ Gen đưa vào gây hiệu không mong muốn ■ Gen gắn vào vị trí có khả hoạt hoá gen tiền ung thư dẫn dến biểu độ gen gây ung thư Gen liệu pháp ■ Gen liệu pháp (Therapeutic gene) gen có chức sử dụng vào điều trị bệnh cho người ■ Mỗi loại gen liệu pháp có đặc điếm chức khác Gen liệu pháp là: ■ Gen lành (các gen hoạt động bình thường) đưa vào tế bào sống đế thay gen hỏng, gen chức ■ Những gen có khả mã hóa protein đặc hiệu, đưa vào tế bào sống tạo nên loại protein đặc hiệu Các protein đặc hiệu ức chế hoạt động gen khác tế bào, kìm hãm khả phân chia tế bào gây chết tế bào bị bệnh ■ Gen ức chế gen gây bệnh, gen kìm hãm gen phục hồi Các đoạn oligonucleotide có tác dụng kiềm hãm hoạt động gen bị đột biến tế bào II Nguyên tắc điều trị liệu pháp gen ■ Theo dõi hiểu biết cặn kẽ hình, chế phát sinh bệnh, đặc tính di huyền bệnh ■ Nắm vững cấu trúc chức gen gây bệnh, gen hỏng, gen đột biến, cấu trúc, chức gen liệu pháp ■ Dự đoán hiệu liệu pháp Neu hiệu cao áp dụng ■ Thử nghiệm nhiều lần với động vật, đạt hiệu cao áp dụng cho nguời III Phân loại liệu pháp gen nhóm phuơng pháp bản: ■ Liệu pháp gen soma (Somatic Gen Therapy - SGT): phuơng pháp điều trị, thay hay sửa chữa gen hỏng, gen bệnh tế bào soma thể SGT liên quan đến biểu gen bên tế bào đuợc uốn nắn bệnh nhân nhung không di truyền cho hệ sau Te bào dùng chữa trị tế bào lympho, tế bào gan, đặc biệt dùng tế bào gốc Đây loại hình GT đuợc nghiên cứu "Viện Liệu pháp Gen nguời" nhu nhiều phịng thí nghiệm khác giới ■ Liệu pháp gen tế bào mầm (Germline Gen Therapy - GGT): điều trị, sửa chữa, thay gen hỏng cho giao tử nhằm tạo hệ sau bình thuờng GGT liên quan đến cải biến gen tế bào mầm mà tế bào truyền đạt thay đổi cho hệ sau Hãy cịn cơng trình nghiên cứu can thiệp vào dịng mầm lý kỹ thuật đạo đức IV Các kỹ thuật liệu pháp gen Cơ sở liệu pháp gen - Liệu pháp gen tiến hành thông qua số cách sau: ■ Chuyển trực tiếp gen vào mô người bệnh Strategies for Delivering Therapeutic Transgenes into Patients Tạo véctơ virus để chuyển gen cách hiệu tới tế bào (in vivo) En*»nc«r-oronx*«* Reportcr geno Transgene _ a Transtơction f4 r ^ m«ectcr r l < s"' * RNA * * i ã ** 0\ > > Ervâ Êã2 Reverse Iraoscnptase Packagiog vtral RNA RNA-ONA hytXKj Douoie stranơed DNA ceỉ T Reporter prote«n Target cẽ' HIV based gene therapy vector , Traơsie&on -Cyiopíaam Nuceus Integrator 6* II DNA Virus xâm nhiễm trực tiếp vào tế bào cách gắn với chúng “bơm” thông tin di truyền chúng vào tế bào Vì virus tự nhiên tự sinh sản bên tế bào chủ nên gây hại với vật chủ mang chúng Tuy nhiên, xố hay làm phần có hại virus, ngăn không cho chúng tái tế bào chủ Ngày virus khơng có khả tái đuợc sử dụng chung cho nghiên cứu liệu pháp gen nguời động vật ■ Sử dụng kỹ thuật khác để chuyển gen vào tế bào bên ngồi nguời bệnh, sau chuyển tế bào đuợc biến đổi vào nguời bệnh (ex vi vo) Phuơng pháp đuợc sử dụng chung để phân phối nhân tố phát triển phân tử khác tới vùng đặc hiệu thể Chúng đuợc sử dụng để tạo dòng tế bào bị biến đổi hoàn toàn cho cấy ghép Giống nhu liệu pháp gen in vivo, tế bào đuợc chuyển gây biểu protein lạ gây sung tấy hay đáp ứng miễn dịch Các nhóm chuyên gia chia liệu pháp gen thành mức khác nhau: ■ Chuyển gen với hoà nhập (gen đuợc kết họp chặt chẽ với DNA vật chủ) ■ Chuyển gen khơng hồ nhập (gen khơng kết họp chặt chẽ với DNA vật chủ) ■ Sử dụng oligonucleotide tổng họp nhân tạo gọi phân tử ribozyme/antisense khơng có thành phần điều hồ (sự biếu gen bị biến đổi) Để chuyển gen, cần hội đủ số điều kiện sau đây: ■ Đầu tiên, phải có đầy đủ gen thích họp với trình tự điều hồ thích họp (trình tự khởi động), trình tự khởi động gen đặc hiệu, cách cho phép gen biều mô mà thông thuờng chúng đuợc biếu ■ Lần luợt, gen đuợc kết nối với trình tự khởi động, hoạt hố tất mô (phuơng pháp chung đuợc sử dụng ngày nay) kết nối với hình tự hoạt hố hay bất hoạt nhu cơng tắc Những thao tác nhu đạt đuợc công nghệ DNA tái tổ họp ■ Thứ hai, phải lựa chọn kỹ thuật đích DNA cần kỹ thuật đế tiếp cận với tế bào Ba kỹ thuật đuợc sử dụng để làm điều này: s DNA đuợc gắn trực tiếp với tế bào cấy vào mô Gọi chuyến DNA trần (nacked DNA transfer) ■S DNA đuợc sử dụng dể tạo nên thoi dịch chuyển virus (viral transfer shuttle) Đây phuơng pháp chuyến DNA hầu nhu chắn DNA xâm nhập không hiệu vào tế bào khó xun qua lóp màng lipit kép, nhung vector virus dễ dàng làm việc •S DNA phối họp với phức hệ hoá học khác để khuếch đại khả chuyển dịch qua màng tế bào ■ Thứ ba, có hai phuơng pháp ứng dụng liệu pháp gen: liệu pháp gen ứng dụng trực tiếp với bệnh nhân tế bào tách khỏi nguời bệnh (nhu tế bào tuỷ xuơng) sau cấy trở lại nguời bệnh Trong tuơng lai, thao tác liệu pháp gen tế bào gốc phát triển mơi truờng mơ tế bào sau cấy lên nguời bệnh tiến triển - Mỗi kỹ thuật hên có thuận lợi khó khăn riêng Khi chọn phuơng pháp phân phối gen, số nhân tố cần đuợc cân nhắc: ■ Hiệu liệu pháp phải đuợc đặt lên hàng đầu ■ Sau đó, gen chuyển đổi phải đuợc điều hồ đắn Nó phải đuợc hoạt hố lúc, với độ dài thời gian xác số luợng Các bước liệu pháp gen Trong thực nghiệm, người ta dùng vector virus để chuyển gen vào tế bào động vật theo bước: ■ Bước 1: Tạo vector tái tổ họp mang gen cần chuyển Trước đó, virus biến đổi để khơng cịn khả chép, đồng thời lại có khả biểu mạnh gen cần đưa vào thể Các biến đổi bao gồm việc loại bỏ hình tự cần cho chép virus gắn vào trước gen trình tự promotor mạnh Sau đó, vector tái tổ họp đưa vào tế bào nuôi cấy Loại tế bào sử dụng nhiều tế bào tuỷ xương dễ nuôi cấy lại bao gồm nhiều tế bào nguồn đa (pluri potential) Packaging Cell Tramgen* Cactcttc Rccombinant Viral Vcctor Creating Recombinant Viral Vectors for Gene Therapy ■ Bước 2: Vector virus mang gen lành đưa vào thể mà từ người ta tách tế bào tuỷ xương Như vậy, xem kỹ thuật ghép tự thân dù gen ghép vào gen lạ thể Trở ngại lớn protein gen lạ tạo kích thích sản sinh kháng thể chống lại nó, nữa, việc chuyển gen vào tế bào nuôi cấy thường thành cơng việc đưa tế bào chuyến gen hở lại lại có hiệu nhiều nguyên nhân Gần nhất, quy trình liệu pháp gen vừa thông qua nhằm làm chậm phát triển bệnh AIDS Người ta chuyển oligonucleotit đối (antisens) bổ sung cho số trình tự virus HIV (trình tự TAR, REV) vào tế bào người lành anh em sinh đôi người bệnh Sau tế bào tiêm vào bệnh nhân Các Oligonicliotit đối TAR ức chế chép virus bắt cặp vô hiệu hóa trình tự TAR đóng vai hị chép Còn Oligonucleotit đối REV, bắt cặp với trình tự REV ngăn vận chuyển mRNA từ nhân tế bào chất tissue culture plastic surtace oligonucleotides binds to mRNA _ Translation Optical Remote mRNA ———► Protein Control activated nanoparticle conjugated nanopartides II ^✓I protein blocked protein degraded translation mRNA no surTace protein ĩ ị — Antisense Gene Therapy • JLnucleus Kỹ thuật chuyển gen liệu pháp - Hình thức chuyển gen thao tác thơng qua số cách sau: ■ Chuyển trực tiếp gen vào mô người bệnh (liệu pháp in vi vo) Gồm: s Lựa chọn vector liệu pháp thích họp •S Tách tạo vector tái tố họp mang gen liệu pháp ■S Đưa vector tái tổ họp mang gen liệu pháp vào kỹ thuật chuyển gen vi tiêm, súng bắn gen, ■S Kiểm tra biểu gen liệu pháp ■ Chuyển gen vào tế bào bên người bệnh (liệu pháp ex vivo): S Lấy tế bào có gen hỏng ngồi thể S Chuyển gen lành vào thay gen hỏng để tạo tế bào lành S Nhân tế bào lành thành số lượng lớn đưa vào thể pyrene đa amin giúp việc chuyển DNA/RNA chuyển qua màng tế bào hữu hiệu Dùng RNA nhân tạo với biến đổi gốc 2’-Oxy để làm gia tính tính ổn định nhiệt RNA nhân tạo :2’-omethyl, 2’-amino, 2’-0-ankyl, LNA De tìm loại oligonucleotide DNA/RNA nhân tạo có nhiều gốc biến đổi hóa học mà hịa tan dung dịch nuớc, bền vững phản ứng phân giải enzyme, có tính kết họp base-pairring chặt chẽ với oligonucleotide DNA/RNA thiên nhiên Mới LNA(lock nucleic acid), với cấu trúc hóa học đuợc biến đổi nhung mang đủ điều kiện RNA nucleic acid LNA oligonucleotide có đặc điểm xuơng sống phosphat,LNA khơng dễ dàng bị phân giải hồn tồn hay biến đổi từ 3’Oxy sang 2’Oxy môi trường dung dịch có pH