Gen Terapisi

Eksik ya da hatalı protein üretimine neden olan, bozuk gen taşıyan hücreye normal geni yerleştirme yöntemine gen terapisi ya da gen tedavisi denir. Gen tedavisi, hastalıklar nükleotid düzeyinde tedavi etmeyi amaçlar. Gen tedavisinin en yaygın biçimi, mutasyona uğramış bir genin fonksiyonunun düzenlenmesi için belirsiz bir genomik bölgeye fonksiyonel genlerin bir vektör aracılığıyla eklenmesidir.

Gen tedavisi fikri ilk kez 1970 yılında, retrovirüslerin RNA’ları üzerinde çalışan, MARTINE CLINE tarafından ortaya konmuştur. Martine Cline, virüslerin transformasyon mekanizmalarını incelediğinde, virüslerin genetik materyallerini konak hücre genomuna aktardığını keşfederek, hücrelere gen transfer işlemlerini gerçekleştirmek için bir araç olarak kullanılabileceklerini belirtmiştir (Baltimore 1970). 1980’lerin başında retroviral tabanlı gen transferinin geliştirilmesine önemli katkıda bulunmuş ve genlerin in vitro ve in vivo olarak yüksek verimlilikte transfer edilebileceğini göstermiştir (Williamson 1982).

Bu gelişmelerle birlikte, ilk insan gen tedavisi 1982 yılında, Martine Cline tarafından Talasemi hastalığı için gerçekleştirilmiştir (Wade 1981). Daha sonra 1990 yılında ağır kombine immün yetmezlik (SCID) hastalığında Michael Blaese ve William French Anderson tarafından ADA (Adenosine deaminase) geni taşıyan retrovirus vektörü ile yapılmış gen tedavisi uygulamaları sonucunda 2 çocuğun tam olarak tedavisi sağlanmıştır (Blaese vd. 1995). Gen terapi ile ilgili tarihsel gelişmeler Şekil 1.1’de gösterilmiştir.

Şekil 1.1 Gen terapisiyle ilgili tarihsel gelişmeleri gösteren çizelge

2003 yılında gen tedavi kaynaklı bir ürünün klinik uygulamasını onaylayan ilk ülke Çin olmuştur. SiBiono Gene Tech Co. firması tarafından geliştirilen ve ilk ticari gen tedavi ürünü onayına sahip Gendisin, E1 geni insan p53 cDNA’sı ile değiştirilmiş bir adenoviral vektördür ve baş-boyun yassı hücreli karsinom tedavisinde kullanımı onaylanmış non-replikatif (replikasyon özelliği olmayan) bir virüstür.

Kanser hücrelerinde p53 geni yoksun olduğundan hücrelere kontrolsüz bir şekilde çoğalır. Dolayısıyla bu genin adenovirus aracılı hücrelere kazandırılması (Gendisin) hücre çoğalmasını durdurup kanserli hücrelerin ölmesine sebebiyet vermesi beklenir. Bu gen tedavi yöntemi kemoterapiyle (sinerjistik etki) kombine olarak uygulanır.

Bu noktada dikkat edilmesi gereken husus, Çin Gıda ve İlaç Kurumu (SFDA)’nun Gendisin’i standart faz 3 klinik denemelerin datalarını almadan onaylamış olmasıdır. Dolayısıyla bu durum başlangıçta Gendisin tedavisinin etkinliği konusunda yoğun tartışmalara neden olmuştur.

2004 yılında, Ark Therapeutics Group plc isimli bir firma, gen bazlı ilaçlar (Cerepro) için ticari ilaç üretmek amacıyla Avrupa’da ilk GMP sertifikası alan firma olmuştur.

Cerepro, Herpes simplex virus timidin kinaz (HSV-tk) geni içeren bir adenoviral vektör olup, malignant beyin tümörlerinin tedavisinde kullanılması amacıyla Ark Therapeutics Group plc tarafından geliştirilmiştir.

Cerepro’nun klinik etkinliği, 2a ve 2b olmak üzere iki ayrı faz 2 klinik testlerinde değerlendirilmiş ve 2008 yılında faz 3 klinik testleri de tamamlanınca, faz 3 denemesi tamamlanan ilk adenoviral vektör olma özelliğini kazanmıştır. Cerepro’nun etki mekanizması Şekil 1.2’de gösterilmiştir.

Şekil 1.2 Cerepro’nun etki mekanizmaları (Şanlıoğlu 2014 Ders Notu)

19 Temmuz 2012’de, EMA (Avrupa Tıbbi Ürünler Ajansı) ilk defa bir gen tedavi ürününü (Glibera) Avrupa Birliği’nin onayına sunmuştur. Glibera, Amsterdam Molecular Therapeutics şirketi tarafından geliştirilmiş olup, şuan UniQure aracılığıyla piyasaya çıkarılmaktadır.

Glibera, şiddetli lipoprotein lipaz yetmezliğinin tedavisinde kas dokularında lipoprotein lipaz eksprese eden, genetik olarak modifiye edilmiş bir adeno-assosiye viral vektördür. Glibera, İnsan Medikal Ürünler Komitesinde üç kez görüşülüp onay alamamış, fakat sonrasında tekrar değerlendirme isteminden sonra yalnızca özel durumlar altında kullanımı onaylanıp Avrupa’da piyasaya sunulmuştur.

İlk gen terapi çalışması 14 Eylül 1990‘da gerçekleştirildi. SCID (Ağır Kombine İmmün Yetmezlik) hastası olan Ashanti DeSilvatedavi edildi. Doktorlar tarafından DeSilva’nın T-Lenfosit hücreleri ayırılıp doku kültürü yöntemiyle çoğaltıldı. Sağlıklı bir insandan elde edilen ADA geni bir retrovirüs vektörü yardımıyla doku kültürüne nakledildi. Rekombinant vektörler doku kültüründeki hücreleri enfekte edilmesi sağlanarak kendi DNA’larını kültürdeki T-Lenfositlere entegre edilmesi sağlandı. Sağlıklı ADA genine sahip olan hücreler çoğaltılarak hastaya 1 yıl boyunca 2 ayda 1 kere damardan geri verilerek tedavi süreci devam ettirildi.

Günümüze kadar çeşitli hastalıklar için gen tedavisi uygulanmıştır ve bunlardan birkaçı başarıya ulaşmıştır. Bu klinik uygulamaların büyük çoğunluğunu kanser hastalıkları üzerine denenmektedir. Daha sonra sırasıyla tek gen hastalıkları, enfeksiyon hastalıkları ve kardiyovasküler hastalıklar gelmektedir (Şekil 3).

Şekil 3. Gen tedavisi uygulaması için hedeflenen hastalıklar (http://www.wiley.com/legacy/wileychi/genmed/clinical/)

İlk insan deneyleri 2007 yılında İngiltere’de Prof. Dr. Robin Ali tarafından yapılmıştır. Bu tedavide hiç bir yan etkileri gözlenmemiş ve 23 yaşındaki Robert Johnson’ın LCA hastalığından tamamen iyileştiği ve görme yeteneğini kazandığı bildirilmiştir (Bainbridge vd. 2008). Daha sonra 2009-2010 yılında Prof. Dr. Jean Bennett tarafından, Pennsylvania Üniversitesi’nde, 12 hasta üzerinde yapılan bir araştırmada 6 kişi yeterince görme yeteneği kazanmışlardır (Maguire vd. 2009). Bu tedavilerin 3 yıllık takiplerinde, görsel iyileşmenin, tedavinin 6. ayından sonra en yüksek seviyeye ulaştığı ve son izleme kadar stabil olduğu bildirilmiştir (Testa vd. 2013). LCA gen tedavisi araştırmaları şu anda faz III aşamasında olup, yakın zamanda bu ilaçların piyasaya çıkması beklenmektedir.

Bilinen herhangi bir tedavisi olmayan, IFT88 geninin mutasyonu nedeniyle ortaya çıkan bir siliyopati hastalığı genini taşıyan fareler, koku yeteneği kaybı nedeniyle yemek yemediklerinden dolayı ölmektedirler. Bu model üzerinde yapılan çalışmada, adenovirus aracılığıyla sağlıklı IFT88 geni farelere aktarılmış, IFT88 geninin, hasta farenin siliyer yapılarının düzenlenmesi ve koku fonksiyonunun kazanılması için yeterli olduğu gösterilmiştir. Bu çalışma memelilerde siliyopatinin ilk gen tedavisi olarak kabul edilmektedir (McInttyre vd. 2012). Hemofili A hastalığı pıhtılaşma faktör VIII (FVIII) eksikliğinden ortaya çıkan kanama riskini artıran bir hastalıktır. Ağır Hemofili A hastalarının ciddi kanamasını önlemek için rekombinant faktör VIII intravenöz enjeksiyon yoluyla verilir. 2013 yılında yapılan bir çalışmada iki hemofili A hastalığına sahip köpeğin gen tedavisinden sonra tamamen iyileştikleri belirtilmiştir. Bu çalışmada, kemik iliğinin hematopoetik kök hücreleri izole edilip, FVIII geni taşıyan lentivirüs vektörler ile transfekte edilmiştir. Daha sonra transfekte olmuş hematopoetik kök hücreler aynı köpeğe nakil edilmiştir. Lentivirüs vektör ile insan trombositlerinde FVIII genin ifadesini sağlayan, özgün ITGA2B gen promoteri kullanıldığı için FVIII proteini sadece trombositlerde eksprese olur. Trombosit kaynaklı FVIII için inhibitör antikorları yoktur. Bu yüzden bu yaklaşım, faktör VIII tedavisini reddeden hastalarda yararı olabilir. Böylece, trombosit faktör VIII ile hemofili A hastalarında kanamanın etkili bir şekilde ve uzun vadeli kontrolü sağlanabilir (Du vd. 2013).

Gen tedavisinin klinik uygulamalarına geçmeden önce, tedavinin yan etkileri iyice incelenmelidir. Vektörün toksik etkisi nedeniyle, 1999 yılında 18 yaşındaki Jesse Gelsinger gen tedavisi uygulaması sonrasında hayatını kaybetmiştir. Bu hastada, azot metabolizmasının bozukluğu olan ornitin transkarbamilaz eksikliği tedavi edilmeye çalışılmıştır. Gen tedavisinden sonra adenovirüs vektöre karşı ağır inflamatuar yanıtlar oluşması nedeniyle karaciğer, akciğer ve diğer organların yetmezliği ortaya çıkmış ve hasta hayatını kaybetmiştir (Sheridan 2011). Bu başarısız örnek göz önünde alarak, gen tedavisi ürünlerinin klinik çalışmalara girmeden önce hayvan modelleri üzerinde yeterince denenmesi gerektiği ortaya çıkmaktadır. Bunun yanı sıra immun yanıtları uyarmadan, spesifik dokuya girebilen ve DNA parçalarının taşınması için yeterli kapasiteye sahip olan uygun vektörler bulmaya yönelik araştırmalar devam etmektedir. Örnek olarak, günümüzde araştırmacılar, laboratuvar düzeyinde virüse ait kapsit proteinlerini değiştirip spesifik bir dokuya girebilme özelliği kazanan viral vektörler elde edilmesi üzerinde çalışmaktadırlar (Aslanidi vd. 2013).

Bazı araştırmacılar gen parçalarını hücreye verebilmek için yeni yöntemleri denemektedir. Uterus içinde uygulanan fetal gen tedavisi bu yöntemlerden birisidir. Uterus içinde tedaviler geliştirildiğinde, hastalığın semptomları ortaya çıkmadan hastalığın tedavisi mümkün olabilecektir. Fetüsün en önemli özelliği, olgunlaşmamış bir immün sisteme sahip olmasıdır. Böylece dışardan verilen vektör ve genlere karşı immün yanıtlar gelişmemektedir ve daha uzun süreli gen ifadesi sağlanabilmektedir. Ayrıca, fetal dönemde kök hücre sayısı çok yüksektir. Bu hücrelerin hızlı genişlemesi, gen tedavisi için büyük bir avantaj olarak bilinmektedir. Böylece transfekte olmuş hücrelerin sayısı daha rahat bir şekilde artar (David ve Peebles 2008). Bu yöntemler, hayvan modelleri üzerinde başarılar elde etmesine rağmen insan klinik uygulamaları öncesinde, etik de dahil olmak üzere birçok sorunu beraberinde getirmektedir.

Sonuç olarak, birçok kanser türü, tek gen hastalıkları, enfeksiyonlar, kardiovasküler hastalıklar gibi çeşitli klinik durumlar için umut vaat eden gen tedavisi, klinik uygulamalarından önce, yan etkileri bakımından iyice araştırılmalı, uygun vektörler tasarlanmalı ve güvenli gen tedavisi yaklaşımları yapılmalıdır.

Anonymous. 2012. Web Sitesi: http://www.wiley.com//legacy/wileychi/genmed/clinical/ Erişim Tarihi: 15.11.2017

Aslanidi GV, Rivers AE, Ortiz L, et al. Optimization of the capsid of recombinant adeno- associated Virus 2 (AAV2) vectors: The final threshold? PLoS One 2013;8(3):1-12.

Bainbridge JWB, Smith AJ, Barker SS, et al. Effect of gene therapy on visual function in Leber’s congenital amaurosis. N Engl J Med 2008;358(21):2231-9.

Baltimore D. Viral RNA-dependent DNA polymerase: RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses. Nature 1970;226(5252):1209-11.

Blaese RM, Culver KW, Miller AD, et al. T Lymphocyte-directed gene therapy for ADA_SCID: Initial trial results after 4 years. Science 1995;270(5235):475-80.

David AL, Peebles D. gene therapy for the fetus: Is there a future? Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol 2008;22(1):203-18.

Du LM, Nurden P, Nurden AT, et al. Platelet-targeted gene therapy with human factor VIII establishes haemostasis in dogs with haemophilia A, Nat Commun 2013;4(2773):1-11.

Maguire A M, High KA, Auricchio A, et al. Age-dependent effects of RPE65 gene therapy for Leber’s congenital amaurosis: A phase 1 dose-escalation trial. Lancet 2009;374(9701):1597-605.

McIntyre JC, Davis EE, Joiner A, et al. Gene therapy rescues cilia defects and restores olfactory function in a mammalian ciliopathy model. Nat Med 2012;18(9):1423-8.

Sheridan C. Gene therapy finds its niche. Nat Biotechnol 2011;29(2):121-8.

Testa F, Maguire AM, Rossi S, et al. Three-year follow-up after unilateral subretinal delivery of adeno-associated virus in pateints with Leber congenital amaurosis type 2. Ophtha 2013;120(6):1283-91.

Wade N. Gene therapy caught in more entanglements. Science 1981;212(4490): 21-4.

Williamson B. Gene therapy. Nature 1982;298(5873):416-8.