TERAPIE GENICHE E GENETICHE

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1 TERAPIE GENICHE E GENETICHE Terapia genica: consiste a modificare il repertorio genetico di alcune cellule con uno scopo terapeutico Modifica di cellule somatiche! Modifica per addizione, non per sostituzione Istituto cantonale di patologia 11 marzo 2008 Cassetta di espressione = gene + promotore + enhancers Terapia genica: quali malattie trattare? Transfer ex vivo Malattie genetiche classiche 1 gene coinvolto Ripercussioni in diversi organi o tessuti Controllo dell espressione del gene Transfer in vivo Esempi di malattie genetiche classiche che possono essere trattate tramite terapia genica Gene coinvolto Adenosina deaminasi Regolatore transmembranario Fattore IX Fattore VIII α1-antitripsina β-globina Malattia Immunodeficienza Severa Combinata Mucoviscidosi Emofilia B Emofilia A Enfisema Talassemia Terapia genica: quali malattie trattare? Malattie genetiche classiche 1 gene coinvolto Ripercussioni in diversi organi o tessuti Controllo dell espressione del gene Malattie genetiche complesse Più di un gene è coinvolto Tumori, malattie cardiovascolari, ipertensione, artrite 1

2 Terapia genica: quali malattie trattare? Malattie genetiche classiche 1 gene coinvolto Ripercussioni in diversi organi o tessuti Controllo dell espressione del gene Malattie genetiche complesse Più di un gene è coinvolto Tumori, malattie cardiovascolari, ipertensione, artrite Barriere fisiologiche al transfer di acidi nucleici nella cellula 1. Stabilità 2. Penetrazione nella cellula 3. Sopravivenza nel citoplasma 4. Penetrazione nel nucleo 5. Rilascio dell'acido nucleico 6. Espressione Malattie genetiche acquisite Tumori d origine virale, AIDS Davis P.B. and Cooper M.J. (2007), AAPS Journal 9: E11 Transfer dei geni Costruzione dei vettori virali Vettori virali Retrovirus / Lentivirus Adenovirus Adeno-associated virus (AAV) Virus Pox Vettori non virali Liposomi DNA nudo Verma I.M. and Weitzman M.D. (2005), Annu. Rev. Biochem.74: 711 2

3 Adenovirus ricombinanti Cassetta d'espressione: 8 kb Assenza di integrazione assenza di replicazione perdita del plasmide Inoculazioni periodiche stimolazione sistema immunitario neutralizzazione del virus ricombinante Reazioni tossiche, infiammatorie AAV (adeno-associated virus) Virus Pox 1977: Ultimo caso di vaiolo AAV particles around a single adenovirus. Bar: 100 nm AAV: parvovirus non patogeni Virus difettivi (necessitano adenovirus o herpes virus per la replicazione) Produzione complessa Integrazione possibile nel genoma Cassetta d'espressione: 4.5 kb Vaccinia Facile a produrre Costo basso Stabile Protezione di lunga durata 187 kb, trascrizione e replicazione nel citoplasma Vaccinia Ankara, canaripox, ecc. 3

4 Construction de recombinants du virus de la vaccine SYSTEMA PLASMIDE - LIPOSOMA Plasmidi Liposomi Endosoma Nucleo Prodotto d'espressione della cassetta Cassette d'espressione: 50 kb Nessuna tossicità VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) e ischemia muscolare Iniezione di DNA nudo Plasmide ricombinante VEGF: Vascular Endothelial Growth Factor Ischemia muscolare Baumgartner I., Isner J.M., et al., 1998 VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) et ischemia muscolare Immunodeficienza Severa Combinata Deossiadenosina ADA: Adenosina deaminasi Deossinosina Deficienza ADA deossiadenosina tossicità per linfociti T Settembre 1990: Introduzione di ADA + neo R tramite retrovirus nei linfociti T di due piccole bambine Immunità Baumgartner I., Isner J.M., et al.,

5 bambini trattati, di età <1 anno - 9/10: Correzione OK 7/9: Ricostituzione cellule T: completa, stabile vita normale (2007) 2/9: Ricostituzione cellule T: parziale F + UK: 17/20 bambini trattati con successo! Inserzione del virus ricombinante Ottobre 2002: Malattia linfooproliferativa monoclonale in 2 pazienti! 1 decesso Gennaio 2005: 3 caso 2007: 4, 5 caso Mutazione oncogena? Possibile meccanismo della malattia linfoproliferativa LMO2 gene map of activating retrovirus vector insertions MFG-γc: retroviral vector La sovrapproduzione della proteina LMO2 nelle cellule T blocca la differenziazione delle cellule T e aumenta la loro propensione alla divisione. LMO2 è un oncogeno. Berns A., 2004, NEJM 350:1679 Cavazzana-Calvo M. and Fischer A., J. Clin. Invest. (2007): 117:

6 RT+Gendicina / RT: 3x della regressione completa, sia 64% Ottobre 2003: autorizzazione e commercializzazione Luglio 2005: 2'600 pazienti trattati 2006: 50'000 pazienti previsti Update: March 2008 Vue d ensemble des essais de TG en Suisse ADA (1) CLI / PAOD (4) ALS (2) CRI (1) CF (1) VIH (4) CLI: Critical limb ischemia Ischemia critica degli arti inferiori PAOD: Peripheral artery occlusive disease arteriopatia obliterante degli arti CRI: Chronic renal insufficiency ALS: Amyotrophic lateral sclerosis Sclerosi laterale amiotrofica CF: Cystic fibrosis Mucoviscidosi Cancer (26) Vecteurs utilisés Vaccinia (13) AAV (1) AdV (8) Problemi legati alla terapia genica Sicurezza del transfer dei geni Terapia genica su cellule germinali "Miglioramento" di un individuo Retro (3) Plasmid (14) 6

7 NUOVE POSSIBILITÀ DI TERAPIE GENETICHE Two component zinc-finger nuclease Riparazione di un gene mutato Oligonucleotidi antisens sirna Wilson JH (2003): Nature Biotechnology 7: 759 ZFN (Zinc finger nuclease) repair of a mutated gene Oligonucleotidi antisens New England Journal of Medecine 1996, 334: [Vitravene: inibitore della replicazione del CMV] Cavazzana-Calvo M. and Fischer A. (2007), J. Clin. Invest. 117: 1456 Antisense oligonucleotidebased manipulation of pre-mrna splicing Short interfering RNA A. Thalassemia B. Duchenne Muscular Dystrophy C. Spinal Muscular Atrophy Wood M., Yin H., McClorey G. (2007), PLoS Genetics 3: e109 RISC: RNA-induced silencing complex New England Journal of Medecine 2006, 355:

8 sirna for isoformand allelic-specific silencing A. Tumour angiogenesis B. Autosomal dominant slow channel congenital myasthenic syndrome Wood M., Yin H., McClorey G. (2007), PLoS Genetics 3: e109 8