Neredeyse 50 yıl önce bilim insanları, hücreye dışarıdan verilen bir DNA molekülüyle yapılacak genetik değişikliğin, kalıtsal insan hastalıkları için etkili bir tedavi olabileceğini düşündüler. Gen terapisinin klinik uygulamaları uzun ve dolambaçlı olsa da, gen terapisi tıptaki birçok alana yeni tedavi seçenekleri sunuyor.
Retrovirüsler ve adeno ilişkili virüsler (AAV) şeklinde gen terapisi vektörlerinin (genin hücrelere aktarılması için vasıta olarak kullanılan genetik materyal) geliştirilmesiyle, klinik öncesi hastalık modellerinde cesaret verici sonuçlar elde edildi. Bunun sonucunda, 1990’lı yılların başlangıcında, gen terapisinin klinik denemeleri başladı. Maalesef bu erken klinik denemelerde; vektörlere karşı bağışıklık sistemi tepkisi ve proto-onkogenlerin (mutasyona uğradığında tümör oluşumuna yol açan genler) vektörlerle aktifleşmesi sonucu meydana gelen tümör oluşumu dahil, terapiyle ilişkili ciddi toksik etkisinde bırakır ortaya çıktı. Bu aksilikler; viroloji, immünoloji, hücre biyolojisi ve model geliştirme alanlarındaki daha temel araştırmaları teşvik etti ve en sonunda meydana getirilen temel araştırmalar, 2000’li yıllarda klinikte gen terapisinin başarı göstermiş olmasını sağlamış oldu. Lentiviral vektörler, çoğalmayan hücrelere gen aktarılmasının verimini arttırmada kullanıldı. Erken faz klinik denemelerde daha etkili ve güvenli vektörler, otolog (hastanın kendisinden alınan) kan hücrelerine aktarma için kullanıldı. Buradaki amaç, bağışıklık sistemi yetersizliği, hemoglinopati ve metabolik hastalıkları olan hastalara yarar sağlamaktır. T hücrelerine, C19 reseptörüne bağlanabilen kimerik antijen reseptörleri sentezlemesi için müdahale edildi ve bu T hücrelerinin lenf kanserinde ati-tümör aktivite gösterdiği tespit edildi. Doğuştan körlük, hemofili B ve spinal kas atrofisi hastalıklarında; retina, karaciğer ve sinir sistemine AAV vektörlerinin aktarımı sonucu klinik ilerlemeler gözlendi. 2017’de FDA tarafınca ilk gen terapi ürünü onaylandı. Onaylanan bu gen terapisinde kimerik antijen reseptörü içeren T hücreleri kanserleşmiş B hücrelerine saldırıyor. Ek olarak, nöral hastalıklar ve hemofili için ümit verici klinik denemeler de gelecekte yeni gen terapisi şekillerinin onaylanmasıyla sonuçlanabilir.
Son yıllarda, genom editleme teknolojisi bakteriyal nükleaz (DNA’yı kesebilen enzimler) enzimlerine bağlı olarak gelişti. Yalnız gen eklenmesine aracılık edebilen viral vektörlere kıyasla genom editleme yaklaşımı; geni ekleme, geni çıkarma ve geni düzeltme olanaklarını sunar. Bu yöntemin hastaların tedavisi için uygulanma düşüncesi hemen hemen yenidir ve fazlaca sayıda klinik denemenin gelecekte yapılması umut ediliyor.
Retroviral Vektörler
Genom paketleme sinyalinin tanımlanması retroviral vektörlerin geliştirilmesini sağlamış oldu. 1990’ların başlangıcında gama-retrovirüsler kan hücrelerine gen aktarımı için geliştirildi. C-tipi retrovirüsler ise, T lenfosit hücrelerine gen aktarımı için geliştirildi.
Öteki tür retrovirüsler ise; spumavirüsler ve lentivirüslerdir. Gama-retrovirüs vektörlerinden değişik olarak; lentiviral vektörler bölünmeyen hücrelere gen aktarabilir. Ek olarak lentiviral vektörler daha büyük ve karmaşık gen bölgelerini aktarabilirler. Lentivirüs ve spuma virüslerin öteki bir pozitif yanları, genlerin kodlama meydana getiren bölgelerine girebilmeleridir. Gamaretrovirüsler ise protein kodlaması yapmayan gen bölgesine girerler ve bu da kan hücrelerinde kanserleşme riskini arttırır. Günümüzde bir çok kan hücresine aktarım uygulamalarında lentivirüsler kullanılır. Fakat, gama-retroviral vektörler de, T hücresi mühendisliği ve kan hücrelerine gen aktarımında kullanılır. Lentivirüslerin ve gama-retroviral vektörlerin yapısındaki kontrolsüz çoğalmayı elde eden gen bölgelerinin kaldırılması tedavi riskini azaltır.
Adeno-ilişkili Viral Vektörler (AAV)
AAV vektörü hücrede özgür olarak çoğalamayacak şekilde değiştirilerek kullanılır. AAV’deki tüm viral diziler, kodlanmak istenen genin dizisiyle değiştirilir. AAV vektörüyle ilgili bir sınırlama; 5000 nükleotitten büyük DNA’yı paketleyememesidir. AAV vektörleri genoma entegre olmaz ve aktarma edilen DNA hücrede özgür olarak durağan(durgun) kalır. Böylece genoma eklenmeden kaynaklı riskler görülmeyebilir fakat bu vektörün uzun soluklu aktivitesi de sınırı olan olur.
1990’ların ortasında iki araştırma grubu, farede kasa AAV vektörünün aktarıldığında uzun soluklu aktivite bulunduğunu gösterdiler. Buna ek olarak bu vektörün; karaciğer, retina, kalp kası ve merkezi sinir sistemine aktarılabildiği gözlemlendi. 1990’lı yılların sonunda AAV’de hemofili B için klinik denemeler yapılmış oldu ve kasa AAV enjekte edildi. Bu erken denemeler güvenliydi fakat doz yetersizliği sebebiyle sınırlıydı.
Genom Editleme
Viral vektörlerin aksine bu yöntem gen düzeltme ve gen çıkarma işlemlerini de yapabilir. Genom editleme hücreler üstünde ve direkt organlara yapılabilir. Hedeflenmiş DNA değişimi, DNA’nın iki zincirinin de kırılmasıyla adım atar ve zincir kırıkları parça değişimini uyarır. Kırılan bölgenin homolog olmayan onarımla onarılması gen aktivitesini baskılar. Şu sebeple bu onarım çeşidi hataya eğilimlidir. Homoloji bağımlı onarım, bir kalıp DNA’yı referans alarak bölgeyi nükleotitlerle doldurur.
İlk genom editleme emek harcamaları, çinko parmak nükleazlara (ZFN) ya da meganükleazlara dayanır. Bu nükleazlar da DNA’da çif iplik kırığı oluştururlar. DNA’da hedef bölgenin tanımlanabilmesi için fazlaca sayıda proteine gereksinim duyarlar ve bu durum kullanımlarını kısıtlar. 2009 senesinde bakterilerden izole edilen TALE proteinleri ve TALEN nükleazları kullanıldı. Bu enzim DNA’yı kesebilir fakat her bir DNA çifti için yeni bir nükleaz çiftine gereksinim duyulur.
2012 senesinde Doudna ve Charpentier tarafınca, bakteri müdafa sisteminde bulunan CRISPR-Cas9 nükleazının keşfiyle genom editleme teknolojisi için yeni bir yaklaşım ortaya çıktı. Bu sistemde, hedeflenecek diziye hususi olarak tasarlanan RNA ile Cas9 nükleazı ile genomda istenilen yer kesilebilir. Ek olarak, CRISPR-Cas9 bileşenleri hücreye viral vektöre gereksinim duyulmadan RNA-protein kompleksi olarak aktarılabilir.
CRISPR-Cas9 yöntemine dayanan uygulamalar klinik olarak hemen hemen fazlaca yenidir. Uygulama esnasında, uygulanabilirlik ve güvenlik açısından aksilikler olabilir. Bu yüzden, klinik denemelerin dikkatlice tasarlanması gerekiyor. Mesela; nükleazların DNA’da hedeflenen yerden başka bir yeri kesebilir ve bu da beklenmedik sonuçların ortaya çıkmasına niçin olabilir. Ek olarak, nükleazların verilen canlıda bağışıklık sistemi tepkisi oluşturma olasılığı vardır.
2015 senesinde Çin’de meydana getirilen bir çalışmada insan embriyoları üstünde hemoglobin geni için meydana getirilen gen editleme çalışmasında nükleaz, istenmeyen bölgeleri de kesmiştir. Bu yüzden, gen editleme mevzusunda, klinik çalışmalara geçilmeden ilkin klinik öncesi çalışmalarda uygun bir nükleaz sistemi tasarlanması gerekiyor. Mevcut problemler aşıldığında gelecekte, şu an kullanılan kimyasal ilaçlar şeklinde hastaların rutin olarak gen terapisi aldığını görebiliriz.
Yazınız için teşekkür ederim. Benzer yazılar için takipteyim.
Çok işime yaradı teşekkür ederim.