Кіріспе

Ұяшықтарды апоптоз арқылы өз-өзіне жоюға мәжбүрлейтін ген. Генетика саласында, "өзін-өзі өлтіру гені" – ұяшықтарды апоптоз (бағдарламаланған жасуша өлімі) процесі арқылы өз-өзіне жоюға мәжбүрлейтін ген. Өзін-өзі өлтіру генінің белсендірілуі әртүрлі механизмдер арқылы өлімге алып келуі мүмкін, бірақ апоптозды іске қосатын маңызды жасушалық "тетіктердің" бірі – p53 ақуызы. Өзін-өзі өлтіру гендерін стимуляциялау немесе енгізу (гендік терапия арқылы) – қатерлі ісіктер мен басқа да пролиферативті ауруларды емдеудің әлеуетті жолы. Өзін-өзі өлтіру гендері қатерлі ісік жасушаларын химиотерапияға осал немесе сезімтал ету стратегиясының негізін құрайды. Бұл тәсіл қатерлі ісік жасушаларында экспрессияланатын гендердің бөліктерін сүтқоректілерде кездеспейтін ферменттерге арналған басқа гендерге қосуды қамтиды, бұл ферменттер зиянсыз затты ісікке зиянды затқа айналдыра алады. Көптеген өзін-өзі өлтіру гендері вирустық немесе бактериялық ферменттерді кодтау арқылы осы сезімталдықты қамтамасыз етеді, бұл ферменттер белсенді емес препаратты нуклеин қышқылының синтезін тежейтін уытты антиметаболиттерге айналдырады. Өзін-өзі өлтіру гендерін жасушаларға олардың мүмкіндігінше көп қатерлі жасушалармен қабылдануын және экспрессиялануын қамтамасыз ететін жолмен енгізу қажет, сонымен бірге қалыпты жасушалардың экспрессиясын шектеу керек. Қатерлі ісікке арналған гендік терапия үшін вектор мақсатты және мақсатсыз жасушаларды, қатерлі жасушаларды және қалыпты жасушаларды ажырата білуге тиіс.

Апоптоз

Жасуша өлімі некроз немесе апоптоз арқылы жүзеге асуы мүмкін. Некроз жасушаның у, дене жарақаты, инфекция немесе қанмен қамтамасыз етілуінің тоқтатылуы сияқты сыртқы күштердің әсерінен зақымдануынан пайда болады. Жасушалар некроздан өлгенде, бұл өте күрделі процесс болады. Өлімге байланысты денеде қабыну пайда болып, қосымша жарақаттарға әкелуі мүмкін. Ал апоптоз жасуша компоненттерінің ыдырауына себеп болады, бірақ қабыну реакциясын тудырмайды. Ұрықтың даму кезінде көптеген жасушалар бағдарламаланған жасуша өліміне, яғни апоптозға ұшырайды. Бұл жасушалардың өлімінің бір түрі, онда бағдарламаланған оқиғалар тізбегі жасушалардың жойылуына әкеледі, ал қоршаған ортаға зиянды заттар шығарылмайды. Апоптоз ескі, қажетсіз және денсаулығы нашар жасушаларды жою арқылы организмнің дамуы мен денсаулығын сақтауда маңызды рөл атқарады. Адам организмі секундына шамамен бір миллион жасушаны жаңалайды. Жасуша өзін-өзі өлтіруге мәжбүр болғанда, каспаза деп аталатын ақуыздар белсенді болады. Олар тіршілік үшін қажетті жасушалық компоненттерді ыдыратады және жасуша ядросындағы ДНК-ны жоятын DNase ферменттерінің өндірісін күшейтеді. Жасуша кішірейеді және макрофагтардың жауабын күтетін сигналдар жібереді. Макрофагтар кішірейген жасушаларды тазалап, ешқандай із қалдырмайды, сондықтан бұл жасушалар айналадағы некроздық жасушаларға зиян келтірмейді. Апоптоз ұрықтың дамуы үшін де өте маңызды. Мысалы, эмбриондарда саусақтар мен бақайшақтар бастапқыда тіндер арқылы бір-бірімен байланысқан болады. Бұл байланыстырушы тіндердің жасушалары апоптозға ұшырап, жеке-жеке саусақтар мен бақайшақтардың қалыптасуына әкеледі. Мидың даму кезінде бастапқыда миллиондаған артық нейрондар пайда болады. Синапстық байланыстар құра алмайтын жасушалар апоптозға ұшырайды. Бағдарламаланған жасуша өлімі әйелдерде менструация процесін бастау үшін де қажет. Бірақ апоптоз мінсіз процесс емес. Жасушалар жарақаттан өлгеннің орнына, апоптозға ұшыраған жасушалар организм ішіндегі сигналдарға жауап ретінде өледі. Жасушалар вирустарды және гендік мутацияларды танитын болса, зақымданудың таралуын болдырмау үшін өлімге әкелуі мүмкін. Ғалымдар апоптозды қалай реттеуге болатынын анықтауға тырысуда, осылайша қай жасушалар тірі қалады және қайсысы бағдарламаланған жасуша өліміне ұшырайды дегенді анықтауға болады. Мысалы, қатерлі ісікке қарсы препараттар мен сәулелену ауру жасушаларында апоптозды іске қосу арқылы әрекет етеді. Көптеген аурулар мен бұзылулар жасушалардың өмір сүруі мен өлімімен байланысты. Апоптоздың жоғарылауы ЖИТС, Альцгеймер және Паркинсон ауруларының сипаттамасы болып табылады, ал апоптоздың төмендеуі люпус немесе қатерлі ісік белгісі болуы мүмкін. Апоптозды реттеудің қалай жүзеге асырылатынын түсіну осы жағдайларды емдеудің алғашқы қадамы болуы мүмкін. Апоптоздың жеткіліксіз немесе шамадан тыс болуы көптеген ауруларға әсер етеді. Апоптоз дұрыс жұмыс істемегенде, жойылуы тиіс жасушалар сақталып, өлмейтін болып қалуы мүмкін, мысалы, қатерлі ісік пен лейкемияда. Апоптоз тым жақсы жұмыс істесе, ол көптеген жасушаларды өлтіріп, тіндерге ауыр зақым келтіреді. Бұл инсульт және Альцгеймер, Хантингтон және Паркинсон аурулары сияқты нейродегенеративті ауруларда байқалады. Бұл процесс бағдарламаланған жасуша өлімі және жасушаның өз-өзіне қол жұмсауы деп те аталады.

Қатерлі ісікке қарсы гендік терапия

Онкологиялық емнің басты мақсаты – барлық қатерлі жасушаларды толық жою, ал сау жасушаларға ешқандай зиян келтірмеу. Осы мақсатқа жетудегі ең үміт беретін терапиялық стратегиялардың бірі – қатерлі ісікке қарсы гендік терапия (CSGT), ол қарқынды дамып, жаңа салаларға еніп жатыр. CSGT-де терапиялық сәттілік, негізінен, емдік трансгендерді қатерлі жасушаларға дәл жеткізуге байланысты. Бұл мәселені қатерлі ісік жасушалары мен қатерлі ісік түбір жасушаларындағы бірегей және/немесе жоғары экспрессияланатын биомаркерлерді анықтап, оларды нысанаға алу арқылы шешуге болады. Қатерлі ісікке қарсы терапиялық әсердің ерекшелігін арттыру үшін емдік гендерді қатерлі жасушаларға тән промоторлардың бақылауына қоятын ДНК конструкцияларын жасау қолданылады. Қатерлі жасушаларға өз-өзіне жойғыш гендерді жеткізу үшін вирустық және синтетикалық векторлар қолданылады, олар қатерлі ісікке қарсы антиденелер мен лигандтармен бағытталады. Сондай-ақ, жеткізу мүмкіндіктеріне қатерлі ісікке қарай тропизмі бар гендік инженерлік түбір жасушалары да жатады. Қатерлі жасушалардың өліміне әкелетін негізгі механизмдерге: тимидин киназаларының трансгендік экспрессиясы, цитозин деаминазалары, ішкі жасушалық антиденелер, теломеразалар, каспазалар, ДНҚ-азалар жатады. Трансгенезбен байланысты тәуекелдерді жою үшін қажетті шаралар қолданылады. Геномика және протеомика саласындағы прогресс қатерлі ісікке тән биомаркерлерді және метаболикалық жолдарды анықтауға көмектеседі, бұл бағытталған және жекелендірілген гендік терапияның клиникалық сынақтарын дамытуға мүмкіндік береді. Генді қатерлі ісікке енгізгенде, ісік көлемі азайып, барлық жасушалар геннің көшірмесін алған жағдайда толық жойылуы мүмкін. Егер вирус ДНК-сы науқастың сау жасушаларынан алынса, вирусқа қатерлі және сау жасушаларды ажырату қажеттілігі тумайды. Бұдан өзге, ісік өлген кезде метастаздардың алдын алу мүмкіндігі де артықшылық болып табылады.

Қатерлі ісікке қарсы емдеу ретінде

Онкологиялық ауруларды емдеудегі қиындықтардың бірі – дені сау жасушаларға зиян келтірмей, қатерлі ісіктерді жою болып табылады. Осы мәселені шешуге үміт беретін жаңа әдіс өзіне-өзі өлтіру генін пайдалануды ұсынады. Өзіне-өзі өлтіру гендері – бұл жасушаның апоптоз арқылы өзін-өзі өлтіруіне себеп болатын гендер. Өзіне-өзі өлтіру гендік терапиясы – цитотоксикалық өнімді кодтайтын генді ісік жасушаларына жеткізуді қамтиды. Бұл екі тәсілмен жүзеге асырылуы мүмкін: жанама гендік терапия және тікелей гендік терапия. Жанама гендік терапия фермент белсендірілген продәрменді пайдаланады, онда фермент продәрменді уытты затқа айналдырады, ал осы ферментті кодтаушы ген ісік жасушаларына жеткізіледі. Мысалы, герпес симплекс вирусының тимидинкиназасын (HSV TK) трансфекциялауға негізделген, жиі зерттелетін стратегияда ганцикловир (GSV) енгізілуімен бірге HSK TK GCV-ді ДНК синтезін тежейтін және жасуша өліміне әкелетін уытты қосылысқа айналдыруға көмектеседі. Ал тікелей гендік терапияда токсин гені немесе мутацияланған проапоптотикалық гендерді түзетуге қабілетті ген қолданылады, бұл өз кезегінде апоптоз арқылы жасуша өлімін тудырады. Мысалы, қатерлі ісіктерді емдеу үшін ең көп зерттелген иммунотоксин – дифтерия токсині, себебі ол 2-ұзарту факторының (EF 2) белсенділігін жойып, нәтижесінде протеин трансляциясын тежейді. Сонымен қатар, p53 адам ісіктерінде жиі бұзылған болып табылады және зерттеулер p53 функциясын қалпына келтіру қатерлі ісік жасушаларының апоптозын тудыратынын көрсетеді. Соңында, жасушалық векторлар өзіне-өзі өлтіру гендерін тасымалдаушы ретінде дің жасушаларын пайдаланады. Соңғы жылдары мезенхималық дің жасушаларды (МДЖ) пайдалана отырып, қатерлі ісікке арналған жасушалық медиацияланған гендік терапия патенттелді.

Қараушы әсері

Қараушы эффектісі (ҚЭ) – суицидтік гендік терапияда трансдукцияланған жасушалардың қасындағы трансфекцияланбаған ісік жасушаларын өлтіруге мүмкіндік беретін құбылыс. Барлық ісік жасушаларын жүз пайыз трансдукциялау өте қиын болғандықтан, ҚЭ – жанкешті гендік терапияның маңызды қасиеті.

Шектеулер

Препараттың тиімді болуы үшін қатерлі ісікке қатысты жоғары спецификалық қасиеттерді көрсетуі керек, бірақ зерттеулер мұның сирек орындалатынын көрсетті. Сонымен қатар, өлім генінің экспрессиясы адам теломеразасы (hTERT), остеокальцин, карциноэмбриондық антиген сияқты ісікке тән промоторлардың бақылауында болды; алайда клиникалық сынақтарға тек hTERT промоторы ғана қатысты. Бұл негізінен осы ісікке тән промоторлардың өлім генінің экспрессиясын транскрипциялау қабілетінің төмен болуына байланысты. Қосымша, мақсатты жасушаларға жеткізудің қиындығы өлім гендік терапиясының маңызды шектеуі болып табылады. Өлім гендік терапиясының тағы бір маңызды кедергісі – зардап шеккен жасушаларды нысанаға алудағы вектордың толық емес спецификалық қасиеттері. Соңында, SGT-нің клиникалық нәтижелерін және басқа да әсерлерін болжауға мүмкіндік беретін жануарлар модельдерінің жетіспеушілігі.

Биотехнология

Өзін-өзі өлтіру гендері биотехнологияда молекулалық клондауға көмектесу үшін жиі пайдаланылады. Векторларға организмнің (мысалы, E. coli) өзін-өзі өлтіру гендері енгізіледі. Клондау жобасы қажетті фрагментті өзін-өзі өлтіру генімен алмастыруға бағытталған. Өзін-өзі өлтіру генін сақтап қалған векторлар жасушаның өліміне себеп болатындықтан, қажетті фрагментті тасымалдайтын векторларды іріктеу оңайлатылады.