Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами - Вячеслав Тарантул

Уже прошли успешные испытания на крысах генные аэрозоли, при вдыхании которых осуществляется перенос генов, способных предупреждать рак легких у курильщиков. Ученые использовали для этого в качестве вектора простудный вирус, который способствовал искусственному внедрению в опухолевые клетки мышей гена FHIT, нарушения в котором служат одной из основных причин рака легких. В результате появления в клетках нормального продукта этого гена у животных происходила гибель опухолевых клеток.

Заметные успехи в лечении рака были достигнуты российскими учеными под руководством академика Г. П. Георгиева. Ими обнаружен ген Tag7, продукт которого резко снижает развитие опухоли. В настоящее время рекомбинантные плазмиды с этим геном проходят клинические испытания.

Важным направлением генной терапии выступает и защита нормальных тканей от токсического эффекта химиотерапии и облучения. В этом направлении генная терапия использует, например, такой прием, как введение в стволовые клетки костного мозга гена, обеспечивающего множественную лекарственную устойчивость. Повышение устойчивости к радиоактивному облучению клеток нормальных тканей, находящихся рядом с опухолью, пытаются осуществить за счет сверхэкспрессии в них генов антиоксидантов (например, таких, как гены глутатион-синтетазы или трансферами).

Кроме рака, следует отметить определенные успехи генной терапии при лечении некоторых патологий сердечно-сосудистой системы. В частности, описаны попытки использования генной терапии для предотвращения тромбообразования. Здесь идут по пути генетической модификации клеток кровеносных сосудов, вводя в них гены, продукты которых могут предотвращать формирование тромбов. Активно проводятся работы по усилению процесса роста кровеносных сосудов, требующемуся, например, после инфаркта миокарда и при ишемии нижних конечностей. Для этих целей используется перенос целого ряда генов, продукты которых обладают способностью инициировать процесс сосудообразования (в первую очередь различные факторы роста). И уже появились сообщения о первых успехах на этом пути.

На хомяках уже получены впечатляющие результаты, которые позволяют думать, что в недалеком будущем генная терапия сможет заменить собой пересадку сердца. Эксперимент основывался на факте взаимосвязи между ослаблением сократительной функции сердца, ведущей к сердечной недостаточности, и повышенной экспрессией гена PLN, продукт которого блокирует работу канала для ионов кальция (последние чрезвычайно важны для сокращения сердечной мышцы). Различные факторы, которые считают причинами сердечной недостаточности, могут нарушать регуляцию экспрессии гена PLN, что и приводит зачастую к ослаблению работы сердца. Хомякам вводили вирусный вектор, содержащий мутантный ген PLN, продукт которого (в нем заменена одна аминокислота) имел эффект, обратный нормальному белку. В результате этого у животных, получавших экспериментальное лечение, удалось остановить дальнейшее развитие болезни сердца, в то время как у контрольных, которым ген не вводился, сердечная недостаточность прогрессировала до поздних стадий жизни.

Интерес представляют и исследования, проводимые по генной терапии заболеваний кожи (вернее, кожного эпителия). Прямое втирание раствора ДНК с рекомбинантным геном в волосяные фолликулы открывает эффективный и нетравматический путь для доставки в организм нужных для лечения генетических конструкций.

Ожидается, что в скором времени с помощью генной терапии можно будет даже вернуть зрение слепым. Эта надежда связана с недавними удачно проведенными экспериментами на собаках. Трое щенков, на которых проводился эксперимент, страдали врожденной слепотой Лебера (дегенерация сетчатки). Заболевание связано с отсутствием в клетках одного из ключевых белков. При этом заболевании животные или рождаются слепыми, или слепота наступает практически сразу же после их рождения. Введение больным животным с помощью рекомбинантного вируса нормального гена привело к появлению у них зрения. Ученые надеются, что вскоре начнутся подобные работы и на человеке, глаз которого по устройству похож на собачий.

С помощью генной терапии в экспериментах на крысах удалось добиться устранения у них алкогольной зависимости. Было известно, что важную роль в возникновении чувства удовольствия и алкогольной зависимости играет пептид дофамин. В определенную область мозга крыс, с которой связывают пристрастие к алкоголю, вводили ген, кодирующий рецептор к дофамину (DRD2), с которым дофамин связывается. В результате этого через три дня после введения гена у животных повысилось число рецепторов к дофамину, а содержание самого дофамина и, как следствие, доля спирта в общем объеме выпиваемой жидкости резко снизились.

В последнее время большое внимание в генной терапии привлек к себе ген, кодирующий уже упоминавшийся выше фермент теломеразу. Этот фермент осуществляет удлиннение концевых участков хромосом (теломер), которые в норме укорачиваются при каждом делении клеток. За счет постепенного укорочения хромосом клетки в конечном итоге погибают. Однако при наличии активного фермента теломеразы ситуация меняется. По крайней мере, некоторые типы клеток, в которые вводился ген теломеразы, приобретали способность делиться бесконечно долго. И вот появились сообщения об использовании гена теломеразы в генной терапии. В частности, ген теломеразы вводили мышам с экспериментальным циррозом печени. После этого у животных обнаруживалась теломеразная активность в клетках печени, хотя в норме ее там не было. По мнению авторов, «теломеризация» клеток печени может способствовать восстановлению нормального содержания гепатоцитов, а, следовательно, лечению цирроза. Еще один пример. Мышам с удаленными надпочечниками вводились «теломеризованные» клетки этого органа, что приводило к восстановлению их функции. Существует предположение, что использование «обессмерченных» клеток может быть полезным для создания искусственных органов, выращенных из клеток пациента и поэтому не отторгающихся при трансплантации.

Большое внимание уделяется сейчас использованию генной терапии для борьбы с всевозможными вирусными инфекциями. И здесь активно разрабатывают новую стратегию генотерапии, основанную на «выключении» вирусных генов, работа которых связана с развитием различных патологий. В частности, перед человечеством остро стоит проблема СПИДа. На ее решение направлены усилия огромного числа ученых и медиков. В литературе описано множество различных подходов борьбы с этим пока, к сожалению, полностью не излечимым заболеванием, вызываемым вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Подключились к этой проблеме и генные терапевты. И уже можно говорить о первых, хотя пока еще скромных, успехах. В частности, на модельных системах показан терапевтический эффект ряда генных конструкций. Поскольку все эти варианты трудно перечислить, остановимся на одном из них. Так, было известно, что в геноме ВИЧ содержится некая последовательность (названная TAR), которая узнает специальный вирусный регуляторный белок. Только после взаимодействия этого белка с TAR-элементом вирус начинает размножаться. Для того, чтобы предотвратить этот процесс, было предложено вводить искусственно синтезированную TAR-последовательность в инфицированные клетки. Регуляторному белку все равно, с чем взаимодействовать — с вирусной последовательностью или с такой же точно последовательностью, искусственно внесенной в клетки. Добавленная в клетки ДНК обеспечивает в данном случае роль «ловушки»: когда в инфицированной клетке на ней синтезируется много РНК, регуляторный белок вируса связывается преимущественно с ними, а не с РНК вируса, и в результате этого вирус перестает размножаться.

Гены, вызывающие многочисленные тяжелые недуги и позволяющие вирусу размножаться, могут быть целенаправленно нейтрализованы с помощью механизма РНК-интерференции (мы уже упоминали о нем). В последнее время на модельных объектах установлено, что интерферирующая микроРНК (т. е. РНК, которая «выключает» действие строго определенного гена) может быть полезной при лечении ряда вирусных инфекций (например, при СПИДе и при полиомиелите), а также нейродегенеративных заболеваний, в частности, болезни Хангтингтона. Так, в результате использования специальных двунитевых микроРНК в экспериментах на мышах у них существенно замедлилось развитие заболевания, аналогичного болезни Хантингтона, а в ряде случаев наблюдалось даже полное восстановление нормального функционирования мозга.

С помощью генной терапии теперь осуществляют и иммунизацию (вакцинацию) организмов, что получило специальное название — ДНК-иммунизация. Процедура иммунизации против вирусных заболеваний с помощью их же собственных «нейтрализованных» белков (они называются антигенами) известна давно. При ДНК-иммунизации вместо белков-антигенов вводят определенные гены. Эти гены, работая в клетках, производят строго определенные белки-антигены, на которые в организме и вырабатывается иммунитет, т. е. образуются соответствующие антитела. Если после ДНК-иммунизации в организм попадет вирус, то имеющиеся антитела будут бороться с ним и уничтожать его. Метод ДНК-иммунизации был тщательно отработан опять же на животных и показал свою высокую эффективность, особенно в отношении таких вирусных инфекций, как клещевой энцефалит, ВИЧ, малярийный плазмодий. Констатируем лишь, что у ДНК-иммунизации имеется ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционно используемыми приемами (однако детальное обсуждение этого вопроса есть назначение совсем другой книги).