Gen terapisi, bir hastada arızalı olan genlerin yerine sağlıklı bir kopyasını yerleştirme işlemine dayanır. Sağlıklı genlerin varlığı, hastalığın yol açtığı hasarı iyileştirebilir veya tersine çevirebilir.
ALS-MNH hastalığının nedeni bilinmiyor. Ancak hastalık oluşturan mekanizmalar üzerinde çok fazla araştırmalar yapılmaktadır. Ailesel ALS hastalığında ilk keşfedilen gen mutasyonu (gende meydana gelen değisim, üreme hücrelerinde olursa yeni nesle de aktarılır) SOD1 mutasyonudur. Daha sonra, farklı genlerde, ailesel ALS hastalığına neden olduğu bilinen onlarca mutasyon bulunmuştur.
Ailesel ALS, bütün ALS hastalarının %10 kadarında görülür. Bu tür ALS hastalığında genlerin hastalık oluşturma, ailesel geçiş türü genellikle bilinmektedir. Geri kalan %90 ALS hastalarında bilinen bir ailesel geçiş henüz gösterilemedi. Bu tür ALS hastalığına da sporadik ALS denmektedir.
Son yıllarda yapılan genetik araştırmalarda, sporadik ALS hastalarında da bazı gen mutasyonları saptanmıştır. Ancak bu mutasyonların nasıl hastalık oluşturduğu bilinmemektedir.
Gen tedavisinin ne olduğunu anlatabilmek için bazı temel biyoloji bilgilerini hatırlamak gerekiyor.
DNA bir organizmanın oluşumuna ilişkin bilgileri taşır. DNA molekülleri, vücudumuzdaki her hücrede bulunurlar ve vücudumuzda bulunan tüm proteinlerin oluşumu ile ilgili kodlanmış bilgileri içerirler. DNA’daki bilginin, hücre için gerekli zamanda ve yerde protein sentezi sırasında kullanılmasına aracılık eden, DNA’dan aldığı bilgiyi hücrenin farklı bölgelerine taşıyan (örneğin sinir uçlarına) moleküle mesajcı RNA, yani kısacası mRNA denir. DNA’daki koddan çok farklı proteinler sentezlenebilmesi, alfabedeki farklı harflerin değişik kombinasyonlarla bir araya getirilip kelimeler oluşturulmasına benzer. DNA’daki protein kodunu oluşturan dört harf, yani bazlar A (Adenin), T (Timin), G (Guanin) ve C (Sitozin) dir. RNA’da bundan farklı olarak T yerine U (Urasil) vardır ve tek ipliklidir. Çift sarmal, yani iki iplikli olan DNA’nın her bir ipliğindeki bazlar yalnızca belirli bazlarla eşleştiği için, DNA kendisinin mükemmel bir kopyasını üretebilir. Böylece hücre bölünmesi esnasında DNA’nın her bir ipliğinden başka bir iplik daha sentezlenir ve sonuçta iki özdeş DNA molekülü ortaya çıkar. DNA’nın içerdiği bilgiler bu şekilde yeni oluşan hücreye kopya edilirken bir organizmanın nasıl oluşacağı hakkındaki bilgiler de nesilden nesile geçmiş olur.
Hücrelerimizde bulunan ADAR (Adenozin Deaminaz) isimli bir protein, RNA yapısındaki Adenozin’i (Adenin’e bir şeker molekülünün bağlanmasıyla oluşur) Inozin’e dönüştürür (1). Buna, RNA'da A’dan I’ye düzeltme (A-to-I RNA editing) denir. Bunu neden yapar ADAR? Amaç, proteinlerin yapıtaşları olan amino asitlerden birini başka bir amino asite çevirip aynı proteinden işlevi biraz daha farklı bir protein yapmaktır. Yani DNA'dan aldığı kodu taşıyan RNA'daki bu değişiklik işlevsel değişime yol açar. ADAR yeterli miktardaysa ve düzgün çalışıyorsa bu değişiklik iyi ve hücre için gereklidir.
ADAR2 (RNA’ya etki eden Adenozin Deaminaz 2) özellikle sinir hücreleri için çok önemli olan ve hücre zarında bulunan reseptör AMPA’nın Ca2+ akışını düzenleyen alt ünitelerinden biri olan GluA2’nin RNA’sında değişiklik yaparak, sentezlenen proteinde glutamin (Q) amino asidi yerine arginin (R) geçmesine neden olur. AMPA, eğer arginin içeren GluA2 (GluA2R) içeriyorsa hücre içine Ca2+ geçirmez. Eğer AMPA GluA2 içermezse veya Glutamin içeren GluA2 (GluA2Q) içerirse Ca2+’a geçirgen hale gelir. Ca2+ hücreye gerekli bazı proteinleri aktive edip hücre için gerekli olsa da (örneğin iki sinir hücresi arasındaki bağlantının kuvvetlendirilmesi için gereklidir) girişi kontrol altında tutulmadığı zaman hücreye zarar da verebilir (2). Farklı bilimsel yayınlar, sporadik ALS hastalarının omuriliğinden alınan örneklerdeki motor nöronların çoğunda ADAR2 enziminin azalma gösterdiğini (3, 4) ve fazla miktarda Ca2+ akışına sebep olan, anormal seviyede GluA2Q, içerdiğini göstermiştir (5,6). ADAR2 enzimi motor nöronlarının yarısında üretilmeyecek şekilde tasarlanan fare modelinde (ADAR2 nakavt fare) GluA2Q miktarında artış olduğu ve buna bağlı olarak motor nöron ölümü görüldüğü bulunmuştur (7). ADAR2 eksikliği olan bu fare ALS'ye benzer semptomlar göstermektedir.
ADAR2’nin hastalarda normal seviyeye getirilmesini sağlamak, terapi yaklaşımlarından biridir. Günümüzde, sağlıklı bir geni canlı bir organizmaya vermenin en etkili yöntemlerinden biri, hastalığa yol açabilecek herhangi bir viral gen taşımayan bir virüsü araç (vektör) olarak kullanmaktır. Örneğin AAV9 (Adeno-ilişkili virüs serotip 9)’un en önemli özelliği, damar yoluyla verildiğinde hayvanlarda beyin-kan bariyerini aşabilmesi ve merkezi sinir sistemi hücrelerine ulaşabilmesidir (8). Motor nöronlara da ulaştığı gösterilmiştir (8, 9,10).
Japonya’da Jichi Medical University Nöroloji bölümünde araştırmalarını sürdüren Dr. Shin-ichi Muramatsu gen tedavileri konusunda araştırma yapmaktadır. Yukarıda anlatılan ADAR2 enziminin hastalık oluşturma mekanizması üzerinde çalışmalara devam eden araştırmacı, gen tedavisi yöntemi ile bozuk mekanizmayı düzeltmeye çalışmaktadır. 2013'te çalışma arkadaşlarıyla yayınladığı makalede, yukarıda bahsi geçen, motor nöronlarının yarısında ADAR2 üretmeyen fareye, AAV9'u araç olarak kullanarak damar yoluyla ADAR2 genini vermiştir (10). Bu metot, farede motor nöronları ölümden korumayı başarmıştır (10).
Bir tedavi yöntemi veya ilacın insanda uygulanması için Faz çalışmalarını tamamlaması gerekiyor. Bu nedenle yukarıda söz edilen gen tedavisinin de insanlar üzerinde deneysel olarak tamamlanması gerekmektedir. Faz çalışmaları sonucunda FDA tarafından onaylanan tedaviler rutin tedavi yöntemi olarak tüm dünyada uygulanabilir.
Faz çalışmalarının her aşaması ortalama 2 yıl sürmektedir. Bu süreçte çalışma kapsamına alınacak hasta sayısı, kriterleri, çalışma süresi çalışmayı yapacak merkez tarafından duyurulur. Bu tür çalışmalarda hasta sayısı genellikle düşük tutulur ve çalışmanın yapıldığı merkeze yakın olan, takibi kolay hastalar tercih edilir.
ALS için geliştirilen gen tedavisinin ALS hastalarının ne kadarında etkili olacağı henüz bilinmiyor. Tedavi sonucunda kaybedilen fiziksel fonksiyonların geri dönüşünün mümkün olmadığı, hastalığın tedavi aşamasından sonra ilerlemesinin durdurulabileceği öngörülmektedir.
Dr. Muramatsu ve ekibine başarılar dileriz.
Temel biyoloji ve genetik konusunda değerli bilgilerini benimle paylaşan Güney Akbalık hocama teşekkür ederim.
Kaynaklar:
1. Nishikura K. (2016). A‑to‑I editing of coding and non-coding RNAs by ADARs. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 83-96.
2. Wright A. and Vissel B. (2012). The essential role of AMPA receptor GluA2 subunit RNA editing in the normal and diseased brain. Front Mol Neurosci 5, 1-13.
3. Hideyama T., Yamashita T., Aizawa H., Tsuji S., Kakita A., Takahashi H., Kwak S. (2012). Profound downregulation of the RNA editing enzyme ADAR2 in ALS spinal motor neurons. Neurobiol Dis 45, 1121-1128
4. Aizawa H., Sawada J., Hideyama T., Yamashita T., Katayama T., Hasebe N., Kimura
T., Yahara O., Kwak S. (2010) TDP-43 pathology in sporadic ALS occurs in motor neurons lacking the RNA editing enzyme ADAR2. Acta Neuropathol 120, 75-84.
5. Kawahara Y., Ito K., Sun H., Aizawa H., Kanazawa I., Kwak S. (2004). Glutamate receptors: RNA editing and death of motor neurons. Nature 427, 801.
6. Kwak S, Kawahara Y (2005) Deficient RNA editing of GluR2 and neuronal death in amyotropic lateral sclerosis. J Mol Med 83, 110-120.
7. Hideyama T., Yamashita T., Suzuki T., Tsuji S., Higuchi M., Seeburg PH., Takahashi
R., Misawa H., Kwak S. (2010). Induced loss of ADAR2 engenders slow death of motor neurons from Q/R site-unedited GluR2. J Neurosci 30, 11917-11925.
8. Foust K.D., Nurre E., Montgomery C.L., Hernandez A., Chan C.M., Kaspar B.K. (2009). Intravascular AAV9 preferentially targets neonatal neurons and adult astrocytes. Nature Biotechnol 27(1):59-65.
9. Federici T., Taub, J.S., Baum, G.R., Gray, S.J., Grieger, J.C., Matthews K.A., Handy C.R., Passini M.A., Samulski, R.J., Boulis, N.M. (2012). Robust spinal motor neuron transduction following intrathecal delivery of AAV9 in pigs. Gene Ther 19, 852-859.
10. Yamashita T., Chai H.L., Teramoto S., Tsuji S., Shimazaki K., Muramatsu S., Kwak S. (2013). Rescue of amyotrophic lateral sclerosis phenotype in a mouse model by intravenous AAV9‐ADAR2 delivery to motor neurons. EMBO Mol Med 5, 1710–1719.