Modyfikacje genetyczne zwierząt.

Ludzi.

Knock-out genowy – technika tworzenia modeli zwierzęcych dla określonych chorób genetycznych.

-Idea: usunięcie z genomu określonego genu lub wprowadzenie w jego miejsce genu zmutowanego w celu:

*oceny skutków fenotypowych takiej zmiany

*testowanie różnych terapii, które mają zniwelować skutki choroby lub usunąć jej przyczynę

-Procedura: modyfikacja genomu zwierząt modelowych (myszy), czyli tworzenie organizmów GMO

Nokaut (knock-out) genu:

-uzyskanie zwierząt, w których genomie prawidłowy gen zastąpiono, na drodze homologicznej rekombinacji, genem o zmodyfikowanej strukturze

-Knock-out może:

*dotyczyć wszystkich komórek organizmu – nokaut bezwarunkowy

*być ograniczony do ściśle określonych tkanek – nokaut warunkowy.

Nokaut genowy – homologiczna wymiana fragmentu DNA między wektorem i docelową sekwencją genomową.

Tworzenie zwierząt z nokautem genowym:

-utworzenie konstruktu genomowego, który zapewnia nokaut bezwarunkowy lub warunkowy oraz jego klonowanie molekularne

-wprowadzenie konstruktu do zygoty lub zarodka – zazwyczaj techniką bezwektorową:

*mikroiniekcja do przedjądrza zygoty

*transfekcja pierwotnych komórek zarodkowych, a następnie wprowadzenie do nich: enukleowanego oocytu lub jamy blastocysty

-uzyskanie homozygotycznych linii nokautowych wymaga kojarzenia między sobą zwierząt pochodzących z eksperymentu nokautu.

Uzyskanie totipotencjalnych komórek zarodkowych (ES) transfekcja komórek ES przy użyciu konstruktu genowego wprowadzenie transferowanych komórek ES do blastocysty przeniesienie zmodyfikowanego zarodka (chimerowego) jeśli transfekowane ES wprowadzone do blastocysty do samicy-biorczyni urodzenie się transferowanego potomstwa.

W potomstwie ok. 25% homozygotycznych (z nokautem genomowym) potomków.

Konstrukt genowy powinien umożliwiać: (a) zajście homologicznej rekombinacji (b) odróżnienie homologicznej rekombinacji od losowej integracji konstruktu z genomem (c) rozróżnienie transfekowanych od nietransfekowanych.

Tk – tzw. gen samobójczy – jest to gen wywodzący się z genomu wirusa HSV kinazy tyrozynowej powodujący wrażliwość na antybiotyk.

Warunkowy nokaut genowy:

-nokaut bezwarunkowy prowadzi często do śmierci zarodków lub płodów, ze względu na kluczowe znaczenie nokautowanego genu w rozwoju osobniczej

-wywołanie ekspresji znokautowanego genu w wybranych tkankach stwarza możliwość badania także kluczowych genów

-warunkowy nokaut można przeprowadzić przy pomocy rekombinazy Cre, kodowanej przez gen wywodząc się z genomu faga P1.

Terapia genowa: TYLKO NA SOMATYCZNYCH

Terapia chorób przy pomocy czynnika terapeutycznego, którym jest kwas nukleinowy DNA. Może polegać na:

a)wprowadzeniu do organizmu prawidłowej kopii genu (choroby monogenowej)

b)wyłączeniu ekspresji nieprawidłowo działającego genu

c)wprowadzenie genu, który wywoła śmierć komórek (choroby nowotworowe).

Historia terapii genowej:

-1980 – beta-talasemia

-1990 – pierwsza udana terapia genowa została przeprowadzona w 1990r.:

*dwie dziewczynki chore na ADA: wprowadzono do krwioobiegu limfocyty T zmodyfikowane genetycznie przy pomocy zrekombinowanych retrowirusów; po 11 latach we krwi z tych dziewczynek utrzymuje się ok. 25% poziom

Techniki genetycznej modyfikacji komórek somatycznych na potrzeby terapii genowej:

-modyfikacja:

*wektorowa

*bez wektorowa

-Modyfikacja bez wektorowa- bezpośrednie wprowadzenie sklonowanego DNA do komórki biorcy

-Modyfikacja wektorowa – wprowadzenie do komórki obcego DNA przy pomocy zrekombinowanego wektora .

Retrowirusy – wnikają do genomu

Anty retrowirusy i AAV – nie wnikają do genomu

Najczęściej stosowane wektory wirusowe w terapii genomowej :

-adenowirusy AV; -wirusy towarzyszące adenowirusy AAV; -retrowirusy RV; -lentiwirusy

Adneowirusy Ad:

-nie integrują z genomem komórki gospodarza

-krótkotrwała ekspresja wprowadzonego transgenu

-infekują różne komórki, w tym nie dzielące się.

Wirusy towarzyszące adenowirusom AAV:

-genom: linowa cząsteczka ssDNA

-należą do grupy ludzkich prawowirusów

-dla komórek dzielących się i nie dzielących

-długo się utrzymują

Retrowirusy:

-tylko u komórek dzielących się

-ekspresja stopniowo zanika

-genom retrowirusowy, po przepisaniu na cDNA przez odwrotną transkryptaza, jest wbudowany w najbliższym cyklu komórkowym do genomu gospodarza.

Lentiwirusy:

-ma zdolność do infekowania nie dzielących się komórek

-integrują z genomem gospodarza, gwarantując stabilną ekspresję transgenu

-możliwe jest zrekonstruowanie wirusa

Wprowadzanie konstruktu genowego:

-bezpośredni do komórek docelowych

-modyfikacja komórek in vivo i ich dostarczanie do docelowego organu (tkanki)

Próby kliniczne terapii genowej chorób człowieka:

1902 – próby najwięcej w USA.

Głownie celem terapii są nowotwory.

Terapię genową wykonuje się głównie przy pomocy wektorów wirusowych lub nagich cząstek DNA.

Badania przedkliniczne i kliniczne:

Badania przedkliniczna – warunki in vitro i zwierzęta modelowe.

Badania Fazy I – mała grupa zdrowych ochotników – bezpieczeństwo terapii

Badania Fazy II – większa grupa

Faza III – większa grupa + monitorowanie

Faza IV – na wszystkich i dopuszczenie.