Warum werden Viren in der Gentherapie eingesetzt?

Gentherapie ist die Einführung von fremdem genetischem Material in Körperzellen, um abnormale Gene zu kompensieren oder nützliche Proteine ​​zu synthetisieren. Der effiziente Transfer von genetischem Material in die Zielzelle ist wesentlich, um den gewünschten therapeutischen Effekt zu erzielen. Um den Gentransfer zu erleichtern, können entweder virenbasierte oder nichtvirenbasierte Vektoren als Abgabesystem verwendet werden. Viren sind eine Art weit verbreiteter Vektoren, um fremde DNA in eine Zelle zu übertragen. Die häufigsten Arten von viralen Vektoren, die beim Gentransfer verwendet werden, sind Retrovirus, Adenovirus und Adeno-assoziiertes Virus. Die Fähigkeit von Viren, Zellen zu infizieren, ist das Schlüsselmerkmal, das es erlaubt, Viren als Vektoren in der Gentherapie zu verwenden.

Wichtige Bereiche

1. Was ist Gentherapie?
     - Definition, Methoden, Vektoren
2. Warum werden Viren in der Gentherapie eingesetzt?
     - Virale Vektoren für die Gentherapie

Schlüsselbegriffe: Veränderung der Genexpression, funktionelle Gene, homologe Rekombination, infektiöser Lebenszyklus, Gentherapie, Viren, Vektoren

Was ist Gentherapie?

Gentherapie ist die Insertion normaler DNA direkt in eine Zelle, um Gendefekte zu korrigieren. Die beiden wichtigsten Ansätze für die Gentherapie sind entweder die Einführung eines Gens, das für ein funktionelles Protein kodiert, oder die Übertragung einer Entität, die die Expression eines Gens im Genom verändert.

1. Während der Einführung eines funktionellen Gens in ein Genom werden relativ große Genstücke (> 1 kb) zusammen mit Promotorsequenzen, die die Genexpression initiieren, in die Zelle eingebracht. Signalsequenzen, die die RNA-Prozessierung steuern, müssen zusammen mit der proteinkodierenden Region eingeführt werden.
2. Um die Genexpression eines endogenen Gens im Genom zu verändern, werden relativ kurze Teile des genetischen Materials (20-50 bp) eingeführt, die komplementär zur mRNA des defekten Gens sind. Die Veränderung der Genexpression kann durch Blockieren der mRNA-Prozessierung, Translationsinitiierung oder durch Zerstörung der mRNA erreicht werden.

Effiziente Abgabemethoden wie Vektoren erleichtern den Gentransfer in die Zellen während der Gentherapie. In der Gentherapie werden zwei Arten von Vektoren verwendet: virale Vektoren und nicht-virale Vektoren. Die nicht auf Viren basierenden Abgabesysteme können Plasmide oder chemisch synthetisierte Oligonukleotide sein. Die optimale Vektorauswahl basiert auf mehreren Parametern:

1. Typ der Zielzelle und ihrer Eigenschaften
2. Die Langlebigkeit des Ausdrucks erforderlich
3. Die Größe des übertragenen genetischen Materials

Warum werden Viren in der Gentherapie eingesetzt?

Aufgrund des infektiösen Lebenszyklus werden Viren beim Gentransfer während der Gentherapie häufig verwendet. Im Allgemeinen infizieren Viren Wirtszellen und replizieren innerhalb der Wirtszelle, indem sie virale DNA in das Genom des Wirts integrieren. Daher können interessierte DNA-Fragmente in die Zelle eingeführt werden, indem sie in die Viruspartikel gepackt werden. Die drei Haupttypen viraler Vektoren, die in der Gentherapie verwendet werden, sind Retroviren, Adenoviren und Adeno-assoziierte Viren (AAV). Darüber hinaus werden Herpes-simplex-Virus-1 (HSV-1), Baculovirus und Impfvirus als Vektoren verwendet. Die Verwendung von Adenoviren in der Gentherapie ist in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Adenovirus in der Gentherapie

Um ein Virus als Vektor während der Gentherapie zu verwenden, werden seine virulenten Gene durch das interessierende Gen ersetzt. Der Rest des Virusgenoms bleibt gleich. Die infizierten viralen Elemente steuern die homologe Rekombination des modifizierten viralen Genoms mit dem Wirtsgenom. Der Ort für die homologe Rekombination kann durch die Reihenfolge der Rekombinationselemente bestimmt werden. Einmal in das Genom integriert, wird die eingeführte DNA stabil exprimiert und repliziert sich zusammen mit dem Genom des Wirts.

Fazit

Die Gentherapie ist eine Technologie zur Behandlung defekter Gene im Genom durch Einführung neuer DNA. Sowohl virale als auch nicht-virale DNA-Abgabesysteme erleichtern den Transfer neuer DNA in Zellen. Virale Abgabesysteme führen während der Infektion neue DNA in die Wirtszellen ein. Neue DNA wird durch homologe Rekombination stabil in das Genom des Wirts integriert, wobei sie zusammen mit dem Genom exprimiert und repliziert.

Referenz:

1. PONDER, KATHERINE PARKER. "Vektoren der Gentherapie". Eine Einführung in die molekulare Medizin und Gentherapie., Wiley-Liss, Inc., 2001, S. 77-112. Hier verfügbar.

Bildhöflichkeit:

1. "Gentherapie" (Public Domain) über Commons Wikimedia