Terapia Genica

• E’ una tecnica per correggere geni difettosi• Ci sono tre approcci:

1. Un gene normale e’ inserito per correggere un gene non funzionale

2. Un gene anormale scambiato per un gene normale

3. Cambiare la regolazione di un gene

The Beginning…

• Negli anni 80, gli scenziati iniziarono a pensare alla terapia genica– Inserirono un gene umano in cellule batteriche– I batteri iniziarono a produrre la proteina umana– Poi inserirono la proteina in cellule umane

The First Case

• The first gene therapy was performed on September 14th, 1990– Ashanti DeSilva was treated for SCID

• Sever combined immunodeficiency

– Rimossero I globuli bianchi, inserirono il gene mancante e riiniettarono le cellule nel torrente sanguigno.

– Questo rinforzo’ il sistema immunitario– Funziono’ solo per pochi mesi

How It Works

• Un vettore veicola il gene nelle cellule bersaglio

• Le cellule bersaglio sono infettate con il vettore virale

• Il materiale genetico del vettore e’ inserito nel genoma delle cellule bersaglio

• Il gene terapeutico codifica per proteine che ristabiliscono la normale funzione

Picture

Viruses

• Si replicano inserendo il loro DNA nella cellula ospite

• La terapia genica li puo’ usare per inserire geni che codificano per la caratteristica desiderata

• Quattro tipi:

Retroviruses

• creano DNA a doppio filamento dal genoma a RNA – i retrovirus goes usano la trascrittasi inversa per convertire il

loro genoma a RNA in DNA– Quindi si integra nel genoma della cellula ospite usando

l’integrasi• L’integrasi integra il DNA non in punti specifici• Puo’ causare mutagenesi inserzionale

– Se viene distrutto un gene che controlla il ciclo cellulare si puo’ sviluppare un tumore

– vectors used are derived from the human immunodeficiency virus (HIV) and are being evaluated for safety

Adenoviruses

• Hanno un genoma di dsDNA che causa infezioni respiratorie, intestinali e oculari

• Il DNA inserito non e’ incorporato nel genoma dell’ospite

• Quindi non si replica – Si deve reinserire quando le cellule si

dividono

• Es. Raffeddore comune

Adenovirus cont.

Adeno-associated Viruses

• Adeno-associated Virus- hanno un piccolo genoma ssDNA che inseriscono in un punto specifico del cromosoma 19

• Dalla famiglia dei parvovirus non si conoscono malattie causate e non suscitano la risposta immunitaria

• Il gene e’ sempre acceso, quindi la proteina e’ sempre espressa anche se non serve

• E’ stata usata per il trattamento dell’emofilia: vettore contenente il fattore IX

– Study by Wilson and Kathy High (University of Pennsylvania), patients have not needed Factor IX injections for more than a year

Herpes Simplex Viruses

• Virus con dsDNA che infettano I neuroni

• Ex. Herpes simplex virus type 1

Non-viral Options

• Introduzione diretta di DNA – Solo in certi tessuti

– Richiede molto DNA

• Uso di liposomi

• Legare il DNA a molecole riconosciute da specifici recettori – DNA e’ incapsulato dalle membrane cellulari

– Poco efficace

• Provare a introdurre un 47esimo cromosoma– Esisterebbe insieme agli altri 46

– Potrebbe portare molte informazioni

– Come introdurlo attraverso le membrane?

• Tutti gli studi clinici hanno introdotto un nuovo gene piuttosto che correggere il difettoso;

• Tutti I protocolli clinici hanno introdotto geni in cellule somatiche piuttosto che in quelle germinali;

Gene therapy is very much in its infancy

• L’ostacolo principale rimane la

mancanza di metodi efficaci per

inserire DNA nelle cellule.

• Questo e’ il motivo del successo

limitato nei trials clinici.

Gene Therapy Gene Therapy

Figure 19-20 Figure 19-21

16

Gene Therapy

Treatment of SCID (severe combined immunodeficiency). SCID affects the maturation of immune cells that develop in bone marrow. SCID sufferers lack the enzyme ADA (adenosine deaminase).

Future development for CNS cancer gene therapy

• Genetic immunotherapy using combinations of cytokines and/or co-

stimulators might prove to be more effective than the current suicide gene or

detective HSV approaches;

• Antisense oligonucleotides that block the production of growth factors for

either tumor cells themselves (e.g. GDNF) or the tumor vasculature (e.g.

Vascular endothelial growth factor-VEGF)

• Apoptosis-inducing genes (e.g. The P53-encoding gene, TP53)

• Cell cycle-dependent kinase inhibitor genes (e.g. CDKN2A, also known as

P16)

Recent Developments

• Genes get into brain using liposomes coated in polymer call polyethylene glycol– potential for treating Parkinson’s disease

• RNA interference or gene silencing to treat Huntington’s– siRNAs used to degrade RNA of particular sequence

– abnormal protein wont be produced

• Create tiny liposomes that can carry therapeutic DNA through pores of nuclear membrane

• Sickle cell successfully treated in mice