Gen Terapisi Nasıl Çalışır ve Neden Bu Kadar Etkilidir?

Gen Terapisi Nasıl Çalışır ve Neden Bu Kadar Etkilidir?

Charlie Gordon’u hatırlıyor musunuz? 1966’da Daniel Keyes tarafından yazılan “Flowers for Algernon” romanının yıldızıydı.

Gordon, romanda 32 yaşında zihinsel engelli olan ve bir genin kaybından kaynaklanan tedavi edilmemiş fenilketonüri hastası biriydi. Bu gen, amino asit fenilalanini metabolize eden bir enzim kodlar. Fenilketonürili insanlar fenilalanin içeren gıdaları tüketirlerse, bu amino asididin bileşik ve yan ürünleri kanında birikir ve toksik hale gelir. Sonuç olarak hastalık beyin hasarına, pigmentasyon kaybına, nöbetlere ve bir dizi başka soruna neden olur.

Roman dünyasında, Gordon sonunda zekasını arttırmak için deneysel bir ameliyat geçirerek kalıtsal hastalığın üstesinden gelir. Gerçekte bu durumla doğan insanlar çok farklı bir tecrübeye sahiptir. Her çeşit et, süt ürünleri, fındık, fasulye ve yapay tatlandırıcı gibi fenilalanin içeren gıdalardan kaçınmak için düşük proteinli sıkı bir diyet uygularlar.

İdeal çözüm, tehlikeli beyin ameliyatları ile sıkı diyet kısıtlamaları arasında bir yerde olabilir. Aslında, ideal çözüm hatalı geni değiştirmekte de olabilir. Böylece fenilketonürili kişiler yüksek proteinli gıdalardan zevk alabilirler. Gen terapisi son zamanlarda çok popüler oldu ve bu alandaki ilerlemeler sayesinde kişilerin hücrelerine, eksik veya hatalı genlerin yerini alması için yeni genin eklenmesi mümkün hale geldi. Galiba 21. yy’da olanaksız gibi görünen bu rüya gerçek oluyor.

Gen terapisi 1990’lı yıllardan bu yana uzun bir yol kat etti. Araştırmacılar son yirmi yılda çok şey öğrendiler. Belki de en önemlileri şunlardı: Gen terapisinin kağıt üzerinde tanımlanması kolay ama insan hücrelerinde uygulanması daha zor. Neyse ki bilim insanları bu bulmaca üzerinde çalışmaya devam ettiler ve nihayet gen terapisi modern tıpta devrim yaratacak şekilde tasarlandı.

Gen terapisinde hızla ilerlemeye başlamadan önce DNA’nın işlevinin ve gen ifadesinin temellerini gözden geçirelim.

Bir Gen Bir Protein: Gen Terapisinin Temelleri

Bu tıbbi tedaviyi anlamak genlerin çalışma bilgisini gerektirir. İyi haber, muhtemelen lisenizde biyoloji dersinde bu bilgileri öğrenmiş olmanızdır ancak unutmanız durumunda burada hızlı bir özet bulabilirsiniz. Bir gen, kalıtsal bilginin tek bir birimini belirtir, belirli bir etkinliği veya özelliği kontrol eden bir faktördür. Genler, hücrelerimizin çekirdeklerinde bulunan kromozomlarda bulunurlar.

Kromozomlar, nükleotid olarak bilinen ve tekrar eden alt birimlerle inşa edilmiş uzun DNA zincirleri içerir. Bu tek bir genin, nükleotidlerin spesifik bir dizilimine sahip sınırlı bir DNA uzantısı olduğu anlamına gelir. Bu nükleotidler, çok aşamalı bir süreç kullanarak bir hücredeki belirli bir protein için bir plan yaparlar.

-Transkripsiyon olarak bilinen ilk adım, bir DNA molekülünün çözülmesiyle başlar ve tamamlayıcı bir haberci RNA tek bir ipliği oluşturmak için bir şablon olarak görev yapar.

-Haberci RNA daha sonra çekirdeğin dışına ve sitoplazmaya gidip ribozom adı verilen bir yapıya bağlanır.

-Orada, DNA’nın kodunu yansıtan haberci RNA’da saklanan genetik kod, aminoasitlerin kesin bir dizisini belirler. Bu adım çeviri olarak bilinir ve uzun zincirli bir aminoasit zinciri ile sonuçlanır. İşte uzun zincirli bu aminoasit bir proteindir.

Proteinler hücrelerin işçileridir. Fiziksel altyapıyı inşa etmeye yardım eder, önemli metabolik yolları kontrol eder ve düzenlerler. Eğer bir gen arızalanırsa, örneğin nükleotid dizisi bozulursa karşılık gelen protein doğru yapılamaz veya oluşturulmaz. Bu durum mutasyon olarak adlandırılır ve mutasyonlar kanser, fenilketonüri gibi birçok probleme yol açabilir.

Gen terapisi, bir hücrenin eksik bir protein yapabilme kabiliyetini geri getirerek kusurlu bir geni onarmaya ya da değiştirmeye çalışır. Kağıt üzerinde basittir: Bir genin doğru sürümünü bir DNA dizisine yerleştirmeniz yeterlidir. Gerçekte biraz daha karışıktır çünkü hücreler, virüs şeklinde dışarıdan yardım istemektedir. Muhtemelen virüsleri, çiçek, grip, kuduz veya AIDS gibi enfeksiyonlara neden olan yapılar olarak düşünebilirsiniz. Gen terapisinde bilim insanları, bu küçük parçacıkları bir hücreye genetik bir yenileme yapmak için kullanıyorlar.

Gen Terapisi Araçları Olarak Virüsler

Virüsler yıllardır biyologları şaşırttılar. Bu tuhaf varlıkların çekirdekleri veya diğer hücresel yapıları yoktur ancak DNA veya RNA nükleik asidine sahiptirler. Bu küçük genetik bilgi paketi, bazı durumlarda membranöz bir zarf içine sarılmış bir protein tabakası içinde paketlenir. Diğer canlıların aksine, gerekli hücresel mekanizmaya sahip olmadığı için virüsler tek başlarına çoğalamazlar. Bununla birlikte, bir hücreyi istila ederek hücrenin ekipmanlarını ve enzimlerini ödünç almaları halinde üreyebilirler. Temel işlevlerini okumak ve virüsleri daha yakından tanımak için ”Virüsler Nasıl Çalışır” yazımıza göz atabilirsiniz.

Genetik bilgiyi hücrelere taşımak, virüsleri gen terapisinde kullanışlı kılar. Peki virüs DNA’sının bir parçası insan DNA’sıyla değiştirildiğinde virüs hala insanları enfekte eder mi? Bu durumda yerleştiği hücrede bu genin kopyalarını üretmeyecek ve insan DNA’sının verdiği talimatları takip edecektir. Kulağa tuhaf geliyor ama virüsleri hastalıktan arındırabilirsek bu oldukça olası bir yöntem. Bu şekilde genetiği değiştirilmiş virüsler gen terapisi için harika bir araç olabilir.

Günümüzde araştırmacılar araç olarak çeşitli virüs türlerini kullanıyorlar. En sevilenleri ise insanlardaki soğuk algınlığından sorumlu ajan olan adenovirüslerdir. Adenovirüsler, DNA’larını hücrenin çekirdeğine aktarırlar ancak DNA bir kromozoma tümüyle bağlı değildir. Bu onları iyi bir araç yapar ama genellikle vücutta bir bağışıklık tepkisi uyandırırlar. Alternatif olarak, araştırmacılar bilinen bir insan hastalığına neden olmayan adeno ilişkili virüslere güvenebilirler. Adeno ilişkili virüsler genlerini konakçının kromozomlarına entegre ederek hücrelerin eklenen geni çoğaltmasını ve değiştirilmiş hücrelerin gelecek nesillere aktarmasını mümkün kılarlar. AIDS ve bazı hepatit türlerine neden olabilen retrovirüsler, genetik materyalini istila ettiği hücrelerin kromozomlarında da yaparlar. Sonuç olarak araştırmacılar, retrovirüsleri gen terapisi için kapsamlı olarak incelemişlerdir.

Beden Dışı Gen Terapisi

Gen terapisi fikri bilim insanlarının beyinlerinde uzun yıllar boyunca yer etti. Aslında genetik hastalıkların “genetik mühendisliği” ile iyileştirilebileceğini ilk kez 1966’da önermiş olan Amerikalı bir genetikçi Edward Tatum idi. Aynı yıl, başka bir Amerikalı Joshua Lederberg “virojenik terapi”nin ayrıntılarını The American Naturalist‘de yayınlanan bir makalede aktardı. Birçok araştırmacı daha sonra gen tedavisini konseptten gerçekliğe taşımak için gayretle çalıştı. 1972’de biyokimyager Paul Berg, insan DNA’sının bir bölümünü kesip çıkardıktan sonra virüsün genomuna ekleyip bakteri hücrelerini enfekte etmeyi öğrendi. Sonunda, insan insülini üretmek için bakteri bulabildi. On yıl sonra, Ronald M. Evans da sıçan büyüme hormonu genini bir retrovirüs içine yerleştirdi ve sonra bu geni fare hücrelerine aktardı.

Bütün bu çabalar gen terapisi devrimi için bir aşama oluşturdu. ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarafından onaylanan ilk gen tedavisi deneyi 1990’da gerçekleşti. Araştırma, David Vetter’dan sonra şiddetli kombine immün yetmezliği olan hastalar üzerinde yoğunlaştı.

Bu araştırmacılar, vücut dışı gen tedavisi olarak bilinen bir yöntem kullandı. İlk olarak, kalça kemiğine özel bir iğne ile ulaşarak kemik iliğinden kök hücrelerin alınmasını sağladılar. Daha sonra laboratuvarda kök hücreler, kemik iliğinden RNA’nın şiddetli kombine immün yetmezlik ile ilişkili geni içerecek şekilde değiştirilmiş retrovirüslere maruz bırakıldı. Retrovirüsler kök hücrelere bulaştı ve işlevsel geni konakçı kromozomuna aktardı. Daha sonra bilim insanları kök hücreleri aldı ve onları hastanın kan dolaşımına enjekte etti. Hücreler, kemik iliği için bir kestirme yol yaptı ve tüm iyi kök hücreler gibi gerekli gen kopyaları olan sağlıklı T hücreleri de dahil olmak üzere farklı hücre türlerinde olgunlaştı. Bu tekniği kullanarak şiddetli kombine immün yetmezliği olan düzinelerce çocuk tamamen iyileşti. Fakat genetikçilerin çalma listesindeki tek hastalık veya yaklaşım bu değildi.

Vücut İçi Gen Terapisi

Gen terapisini uygulamak için ikinci yaygın yol, gen taşıyan virüsü doğrudan arızalı hücreleri olan bölgeye enjekte etmektir. Pennsylvania Üniversitesi’nden patoloji ve laboratuvar tıbbı profesörü James Wilson, 1990’lı yıllarda “in-the-body” gen terapisine öncülük etmiştir. Adenovirüsü araç olarak kullanmış ve alıcıdaki bağışıklık tepkisinin sınırlandırılması için zayıflatmıştır. İlk testlerde, değiştirilmiş virüs hiçbir şekilde zarar vermez gibi görünüyordu. Bu durum, genleri birkaç yan etki ile güvenilir bir şekilde verebileceği anlamına geliyordu.

1999’da, ornitin transkarbamilaz eksikliği olarak adlandırılan nadir bir genetik bozukluğun tedavisinde adenovirüs temelli tedaviyi test etmek için bir faz I klinik araştırmaya öncülük etti. Ornitin transkarbamilaz, vücudun fazlalık azotu parçalamasına yardımcı olan bir enzimdir. Onsuz, amonyak seviyeleri beyinde toksik etki oluşturana kadar artar. X kromozomundaki tek bir gen enzimi kodlar ve deneysel tedavi için ideal bir adaydır. Wilson, ornitin transkarbamilaz genini zayıflamış adenovirüs parçacıklarına aktarmış ve bunları 18 hastanın karaciğere enjekte etmiştir.

Fikir basitti: Virüs, karaciğer hücrelerini enfekte eder. Bu da ornitin transkarbamilaz genini çoğaltmaya ve enzimi üretmeye başlar. Ne yazık ki hastalardan biri olan 18 yaşındaki Jesse Gelsinger, değiştirilmiş virüs enjeksiyonunu aldıktan üç gün sonra öldü. Bilim adamları şimdi Gelsinger’in vücudunun muazzam bir bağışıklık tepkisi oluşturduğunu ve bunun yaygın organ başarısızlığına neden olduğunu düşünüyorlar ve bu sadece gen terapisinin risklerinden biridir.

Gen Terapisi Güvenliği

Jesse Gelsinger’in ölümü halkı şaşkına çevirdi ve bilim dünyasına şok dalgaları gönderdi. Beden içi gen terapisinde en büyük sorun hastanın bağışıklık sistemidir. Vücut adenovirüs parçalarını, hatta bir insan geni taşıyan parçacıkları yabancı cisimler olarak görüyordu. Konakçılar konakçı hücrelere girdiklerinde, işgalcilerden kurtulmak için karşı bir saldırı uygulayarak tepki verirler. Jesse Gelsinger’a olanları böyle yaşadık. Bağışıklık sistemi virüslerin yardım etmeye çalıştıklarını anlamadı ve bu süreçte organlarda şiddetli bir saldırı başlattı. Bugün araştırmacılar Gelsinger’e daha düşük terapi dozları verilebileceğini veya bağışıklık sistemini baskılayıcı ilaçlar ile önlem alınabileceğini biliyorlar.

Retrovirüslere dayanan vücut dışındaki tedaviler kendi problemlerine sahiptir. Unutmayın, retrovirüsler DNA’larını konakçı kromozomuna ekler; bu, bir cümleden kelimeleri toplayıp daha uzun bir cümle oluşturmak için ekleme yapmak gibidir. Ekleme işlemi doğru yerde gerçekleşmezse ortaya çıkan “dil” mantıklı olmayabilir. Retrovirüsleri kullanan bazı gen tedavisi denemelerinde hastalar lösemi ve diğer kanser türlerini geliştirdiler çünkü bir gen yerleştirmek çevredeki diğer genlerin işlevini bozabilir. Birçoğu kanseri diğer terapilerle engellemiş olmakla birlikte, bu beklenmeyen etkiler şiddetli kombine immün yetmezlik hastalığına sahip birçok çocuğu etkiledi.

Gen Terapisi ile Tedavi Edilen Hastalıklar

Jesse Gelsinger’in ölümünün ardından James Wilson’un insan deneklerini kullanarak gen terapisi deneyleri yapması yasaklanmıştı. Bununla birlikte, diğer araştırmacılar aynı kısıtlamalardan ötürü faaliyet gösteremedi.

Pennsylvania Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden moleküler genetikçi ve doktor olan Jean Bennett ile Philadelphia’daki Çocuk Hastanesi’ndeki Albert Maguire, 2007’de nadir bulunan bir hastalıkta gen terapisi tedavisi için klinik araştırma başlattı. Bu hastalık; Leber conjenital amaurosis yani görme bozukluğu idi. RPE65 olarak bilinen gendeki bir mutasyon, göz bebeğinin normal işlevi için hayati önem taşıyan bir proteinde eksikliğe yol açar. Bu proteinden yoksun insanlarda hastalığın seyri genellikle 40 yaşına gelene kadar ilerleyici bir görme kaybı ve sonrasında tam görme kaybı ile sonuçlanır.

Bennett ve Maguire RPE65 genini adeno ilişkili virüse yerleştirdi. Daha sonra üç hastanın göz bebeğinin içine düşük dozlarda bu virüsü enjekte etti. Virüsler göz bebeğindeki hücrelere bulaştı. Sonuçlar olumluydu. Üç kişinin de görme kaybının ilerleyici seyri azaldı ve tehlikeli bağışıklık tepkileri de dahil olmak üzere kötü niyetli yan etkiler bildirilmedi.

Araştırmacılar vücut dışındaki tedavilerde de büyük ilerleme kaydetmektedir. Temmuz 2013’te Science dergisi, gen terapisi araçları olarak lentivirüslerin kullanımını araştıran iki çalışmanın sonuçlarını yayınladılar. Lentivirüsler bölünen ve bölünmeyen hücrelerde genleri etkin ve kalıcı olarak aktarma yeteneğinde benzersizdirler. Belki de daha önemlisi lentivirüsler, konakçının DNA’sına yerleştiklerinde diğer kanserle ilişkili genleri harekete geçirmek için daha az eğilimli görünürler. Araştırmacılar, metakromatik lökodistrofi ve genç erkekleri etkileyen X kromozomuna bağlı adrenolökodistrofi hastalıklarını ele aldılar. Bu hastalıkları lentiviral temelli tedavi ile test edildiklerinde, iki hastalığın da ilerlemesini durdurabildiler ve zararlı hiçbir yan etkisi olmadığını bildirdiler.

Gelecekte umut veren diğer gen terapilerinin çoğunlukla kistik fibroz, kas distrofisi, orak hücre anemisi ve hemofili gibi kalıtsal hastalıklar için ortaya çıkacağı düşünülmektedir. Fenilketonüri bile muhtemelen Charlie Gordon’u mutlu edecek geçmiş bir şey haline gelebilir.

Hazırlayan: Damla Uludağ

Kaynak: http://science.howstuffworks.com/life/genetic/gene-therapy.htm


Damla Uludağ

Damla Uludağ, 1995 yılında İstanbul’da doğmuştur. Eğitim hayatını İstanbul Medipol Üniversitesi’nde sürdürmektedir. Devam eden üniversite hayatında fizyoloji tutkunu olan Damla, bu alanı sinirbilim ile bir bütün haline getirmek istemektedir. Sinirbilime olan ilgisi “Geleceğin Bilimi” platformunda hala aktif olduğu sinirbilim atölyesi sayesinde daha çok artmıştır. Sinirbilim adına düzenlenen “404 NeuroScienceFound” isimli panelde beyin plastisitesi üzerine sözlü sunum yapmıştır. Gelecek dergisinde yayınlanmak üzere sinirbilim alanı ile ilgili “Sirkadiyen Ritim” konulu yazısını yazmıştır ve bu derginin yaşam bilimleri editörlerindendir. Aynı zamanda çizim ve müzik ile amatör olarak ilgilenmektedir. Hücresel sinirbilim alanındaki tüm konularda merakı ve araştırma isteği vardır. “Hücresel işleyiş mekanizmaları ile ruhaniyetimizin üzerine giydirilmiş mükemmel örtünün tanımının detaylandırılması” için tüm azmini ortaya koymak istemektedir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.