Umělým vyvoláním DNA opravného procesu známého jako homologní rekombinace, Dr. Matthew Porteus z Texaské university spolupracoval s výzkumníky  z firmy Biosciences, kde byl vedoucím týmu Michael Holmes. Podařilo se jim  nahradit zmutovanou verzi genu, který řídí v lidských buňkách tvorbu receptoru pro interleukin-2 (IL-2R). Obnovili v buňkách gen i produkci  chybějícího proteinu.

Začalo to u Interleukinu

Zvětšit obrázek

Dr. Matthew Porteus, docent pediatrie a biochemie, se zasloužil o rozvoj léčby technikou homologní rekombinace. Nedávno obdržel cenu udělovanou pro mladé výzkumné pracovníky. (Foto: University Of Texas Southwestern Medical Cente, Dallas)

Mutace v IL-2R genu jsou spojeny s řídce se vyskytující imunitní chorobou nazývanou těžká kombinovaná nedostatečnost imunitního systému. Nemoc je známa pod zkratkou SCID (severe combined immunodeficiency disease).
Děti s  onemocněním imunitního systému SCID nejsou schopny se bránit infekcím. Musí proto  trvale  žít v prostředí prostém všech choroboplodných zárodků. Zpravidla musí celý život prožít v plastikových vacích s přetlakem vzduchu (to proto, aby se k nim nedostala ani žádná poletující infekce). Těmto dětem se říká „bublinové děti“. Život těchto dětí je většinou krátký, brzo  podléhají opakujícím se infekcím.  K nápravě funkce imunitního systému se u nich používá transplantace kostní dřeně, ale ta často nebývá úspěšná. 
Pro léčbu homologní rekombinací je choroba SCID ideální proto, protože k nápravě stačí opravit defekt malého počtu imunitních buněk. Opravené buňky rostou, množí se a pomáhají překonat nepříznivý efekt těch zmutovaných.

Předešlé genové terapie, které se na dětech se SCID dělaly, byly úspěšné jen částečně. Narážely na technické problémy v podpůrných metodách. Problém spočíval v tom, že správný IL-2R gen, který je při nemoci poškozen, byl dodáván do mutovaných buněk pomocí virového vektoru (upraveného retroviru).  Poměrně často se stávalo, že se virus nedopatřením zvrhnul na rakovinný gen a tyto léčby končily leukémií.
Nová strategie se od předešlých genových terapií od základu mění. Vychází z přirozeného procesu, ke kterému v našich tělech běžně dochází. Jen tomuto procesu trochu napomáhá. Přirozený proces je mnohem přesnější než dříve aplikované vnášení genu pomocí upravených virů. Slovem přesnější se zde míní to, že tato genová léčba působí pouze na mutovaný gen.  

Homologní rekombinace je událost, jež je pro buňku přirozená. Objevuje se ale jen zřídka, když se DNA vlákno nějakého chromozomu přetrhne. Máme to v životě zařízeno tak, že buňky naštěstí mají dvě kopie téměř všech důležitých genů (jeden od matky a druhý od otce). Ty se musí duplikovat během buněčného dělení tak, aby každé následné pokolení buněk obsahovalo vždy stejnou základní chromozomální sadu. V případě, že dojde k poškození jednoho z vláken na chromozomu, zbývá nám ještě zdravá kopie. Pro dělící se buňky se pak tato záložní kopie někdy použije jako šablona pro opravu porouchaného DNA vlákna. Vlastní homologní rekombinace tedy spočívá ve schopnosti buněčného mis-match repair systému začlenit přidávanou DNA v místech, jež vykazují velkou podobnost (sekvenční homologii).
A právě tohoto přirozeného opravného systému využili Holmes a Porteus k nové technice genové léčby. Protože v případě bublinových dětí jsou oba geny (od obou rodičů) poškozeny, je třeba tomuto opravnému procesu napomoci.

 

Po nemoci postihující bílé krvinky přichází na řadu pokusy, které by měly vést k léčbě srpkovité anémie, při níž změněný tvar erytrocytů způsobuje jejich špatnou průchodnost kapilárami.

Fígl spočívá v tom, že se pacientovi odebere část jeho imunitních buněk a ty se „vykoupou“ v uměle vytvořeném enzymu, který je připraven tak, aby ničil. Ničí ale jen někde, jedná se totiž o enzym, který rozpozná a naváže se na DNA vlákna v místech, kde je mutovaný (vadný) IL-2R gen. Jakmile je mutovaný gen vyznačen, enzym přeruší špatnou sekvenci nukleotidů v DNA. Přestřižení vlákna je impulsem pro zahájení automatického opravného procesu (homologní rekombinace). U bublinových dětí je ale ještě jeden problém - není podle čeho opravovat (od obou rodičů zdědil potomek vadu). Musí se tedy přírodě napomoci ještě jednou a to tím, že se buňkám „předhodí“  také správná verze IL-2R genu. Dělá se to prakticky ve stejný okamžik a to tehdy, kdy se pacientovy odebrané imunitní buňky „koupou“ v přídavku zmíněného enzymu, tehdy se jim také nabídne i správná verze genu. Tím, že je v buňce i správná kopie genu, náhodný proces přirozené rekombinace si jej  vezme jako šablonu a v přerušeném místě způsobí nápravu. Pokusy ukazují, že se u 11%  buněk místo poškozeného genu zamění za jeho správnou verzi. Přitom  6 až 7% buněk má opravené obě kopie poškozeného genu.
Tento způsob léčby vpravuje správný gen na správné místo DNA vlákna (a nikam jinam, což je velice důležité). Jakmile k tomu dojde, v buňce se spouští tvorba příslušného proteinu, a to je to, co pacienti potřebují, bez proteinu totiž  imunitní systém nepracuje.
Podle Dr. Porteuse se zdá, že změna je v buňkách trvalá,  a že správný gen se udržuje v buňkách po řadu jejich dalších dělení.

Přípravy na druhý gen opravený homologní rekombinací
Obdobně jako to v Dallasu učinili s opravou IL-2R genu u imunitních buněk, chystají nyní stejným způsobem opravu genu, který je u červených krvinek odpovědný za jejich změněný tvar. U této nemoci, nazývané srpková anemie, mají krevní buňky mutací poškozený gen pro hemoglobin. Změněný tvar buněk  ztěžuje jejich proplouvání kapilárami. Tato nemoc je ve srovnání s nemocí bublinových dětí podstatně rozšířenější. Každý dvanáctý afro-američan je nositelem zmíněné poruchy a jeden z 500 narozených se rodí postižen (s projevenou nemocí).  V přípravě jsou pokusy, při kterých se pacientovy buňky, které dávají vznik erytrocytům, ošetří enzymem, který jim špatně sestavený gen přestřihne a spustí opravný proces. Tak jako v případě poruchy u bublinových dětí i zde se buňkám nabídne správná verze porouchaného genu. Takto ošetřené buňky po vpravení zpět do pacientova těla by měly zahájit tvorbu pěkně kulaťoučkých erytrocytů. 

Pramen: UT South Medical Center, Dallas, USA)