Доставка генов

Доставка генов (англ. Gene delivery) - процесс доставки генов в ядро клетки-мишени. ДНК имеет спиралевидную структуру и состоит из двух связанных друг с другом комплементарных нитей, представляющих собой последовательность четырех нуклеотидов, расположение которых определяет структуру синтезируемого белка. И если есть подмена хотя бы одного из нуклеотидов, то в молекуле белка появится какая-то «чужая» аминокислота. Как результат, белок не сможет правильно упаковываться и будет плохо выполнять свои функции. Например, при таком врожденном заболевании, как серповидноклеточная анемия, белок гемоглобина из-за незначительного изменения в аминокислотной последовательности теряет способность принимать нужную форму и поэтому не может переносить кислород. Эта болезнь неизлечима, и человек погибает. Другие нарушения в работе белка, вызванные наследственными ошибками в ДНК, как правило, менее опасны, но, тем не менее, также могут приводить со временем к различным хроническим заболеваниям. И если раньше врачи пытались вылечить сам недуг, то теперь стараются устранить его причину – помочь организму правильно синтезировать нужный белок. Появилось даже новое направление в медицине – генотерапия. И многие болезни, вызванные сбоем в генах, как наследственным, так и приобретенным, сегодня вылечиваются. В последнее время научились вводить в клетку человека полноценный ген взамен поврежденного, что создает возможность синтезировать «нужный» белок. Основная проблема – точная адресная доставка гена внутрь данной клетки. Процесс доставка генов  состоит из следующих этапов: 1) упаковка генов в вектор; 2) доставка векторов к клеткам-мишеням; 3) введение генов в клетки; 4) введение генов в клеточное ядро. Простейшим вектором для гена является плазмида – кольцевая ДНК из нескольких тысяч пар нуклеотидов, созданная методами генной инженерии. В генной терапии плазмидную ДНК часто называют «голой ДНК» (naked DNA), имея в виду, что ген не помещен в защитный наноконтейнер. Эффективность переноса генов посредством «голой ДНК» невысока, однако при этом в организм не вносятся наноконтейнеры, биологические эффекты которых не всегда предсказуемы. Для повышения эффективности доставки генов в клетки предложено использовать вирусные векторы (аденовирусные, лентивирусные и др.), и невирусные векторы (липосомы, дендримеры, ДНК-липидные комплексы и др.). Адресная доставка определяется наличием на поверхности векторов специальных молекул, узнаваемых рецепторами на клетках-мишенях. ДНК терапевтических генов может непосредственно входить в цитоплазму клетки, например, при слиянии липосомы с цитоплазматической мембраной. По другому сценарию клеточная мембрана в месте прикрепления вектора впячивается и отшнуровывается в цитоплазму, образуя мембранный пузырек (эндосому). Эндосомы затем сливаются с другими везикулами, однако с помощью некоторых физико-химических приемов удается высвободить вносимые гены непосредственно в цитоплазму. В ядро эти гены попадают при делении клеток, когда исчезает и вновь формируется ядерная мембрана, и часть внесенной ДНК оказывается в ядре. Попадание гена в ядро необходимо для того, чтобы он встроился в геном клетки и начал функционировать, как его часть. Гены, которые не встраиваются в геном, все равно должны попасть в ядро потому, что там находятся ферментные системы синтеза и процессирования мРНК, с которой затем в цитоплазме будет синтезироваться требуемый белок.

Схема доставки генов в ядро клетки с помощью дендримера

Тезаурус

Доставка генов (Gene delivery)

Тематический раздел (поле):  Наномедицина, Нанофармакология, Нанотехнологии для сельского хозяйства, Нанотехнологии для безопасности

Функциональный разряд:  Объект

Аскрипторы:  Генная терапия, генотерапия

Отношения  иерархические (род-вид):  Доставка генов → Наногеномика, генотерапия → Нанотехнологии в биологии и медицине → Продукция, изготовленная с применением нанотехнологий

Отношения ассоциативные:  Доставка генов ~ Биодеградируемые полимеры, Биологическая мембрана, Генная инженерия, Геном, ДНК, Клетка, Липосома, РНК, Нанокапсула, Нанокапсулирование, Наносомы, Нанофармакология, Доставка лекарственных средств, Плазмида, Рекомбинантная структура, Таргетинг, Эндоцитоз, Генная терапия, Векторы на основе наноматериалов

Литература по теме

1. Горбунова В.Н., Баранов В.С. Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных заболеваний. С.-Пб., «Специальная литература», 1997, с.287.
2. Dunlap D.D., Maggi A., Soria M.R., Monaco L. Nanoscopic structure of DNA condensed for gene delivery. //Nucl. Acids. Res., 1997, vol. 25, 3095–3101.
3. Park T.G., Jeong J.H., Kim S.W. Current status of polymeric gene delivery systems. // Adv. Drug Deliv. Rev., 2006, vol. 58, 467– 486.
4. Lechardeur D., Verkman A.S., Lukacs G. L. Intracellular routing of plasmid DNA during non-viral gene transfer. // Adv. Drug Deliv. Rev., 2005, vol. 57, 755– 767.
5. Maxfield F.R. and McGraw T.E. Endocytic Recycling. // Nature Rev. Mol. Cell. Biol., 2004, vol. 5, 121–132.
6. Saul JM, Linnes MP, Ratner BD, Giachelli CM, Pun SH (November 2007). "Delivery of non-viral gene carriers from sphere-templated fibrin scaffolds for sustained transgene expression". Biomaterials 28 (31): 4705–16.
7. Статья Gene delivery из Wikipedia, свободной энциклопедии. Доступно под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike.