Perché i virus vengono utilizzati nella terapia genica

La terapia genica è l'introduzione di materiale genetico estraneo nelle cellule del corpo per compensare i geni anormali o per sintetizzare le proteine ​​benefiche. Il trasferimento efficiente di materiale genetico nella cellula bersaglio è essenziale per ottenere l'effetto terapeutico desiderato. Per facilitare il trasferimento genico, è possibile utilizzare come sistema di consegna sia vettori basati su virali che non virali. I virus sono un tipo di vettori ampiamente usati per trasferire il DNA estraneo in una cellula. I tipi più comuni di vettori virali usati nel trasferimento genico sono il retrovirus, l'adenovirus e il virus adeno-associato. La capacità dei virus di infettare le cellule è la caratteristica chiave che consente ai virus di essere utilizzati come vettori nella terapia genica.

Aree chiave coperte

1. Cos'è la terapia genica
     - Definizione, metodi, vettori
2. Perché i virus vengono utilizzati nella terapia genica
     - Vettori virali per la terapia genica

Termini chiave: alterazione dell'espressione genica, geni funzionali, ricombinazione omologa, ciclo di vita infettivo, terapia genica, virus, vettori

Cos'è la terapia genica

La terapia genica è l'inserimento del normale DNA direttamente in una cellula al fine di correggere i difetti genetici. I due principali approcci alla terapia genica sono l'introduzione di un gene che codifica per una proteina funzionale o il trasferimento di un'entità che altera l'espressione di un gene nel genoma.

1. Durante l'introduzione di un gene funzionale in un genoma, vengono introdotte nella cellula pezzi relativamente grandi di geni (> 1kb) insieme a sequenze del promotore che avviano l'espressione genica. Anche le sequenze di segnalazione che dirigono l'elaborazione dell'RNA devono essere introdotte insieme alla regione di codifica della proteina.
2. Al fine di alterare l'espressione genica di un gene endogeno nel genoma, vengono introdotte parti relativamente brevi di materiale genetico (20-50 bp) che sono complementari all'mRNA del gene difettoso. L'alterazione dell'espressione genica può essere ottenuta bloccando l'elaborazione dell'mRNA, l'inizio della traduzione o portando alla distruzione dell'mRNA.

Metodi di consegna efficienti come i vettori facilitano il trasferimento genico nelle cellule durante la terapia genica. Nella terapia genica vengono utilizzati due tipi di vettori: vettori virali e vettori non virali. I sistemi di rilascio non virale possono essere plasmidi o oligonucleotidi sintetizzati chimicamente. La selezione ottimale del vettore si basa su diversi parametri:

1. Tipo della cellula bersaglio e sue caratteristiche
2. La longevità dell'espressione richiesta
3. La dimensione del materiale genetico trasferito

Perché i virus vengono utilizzati nella terapia genica

A causa del ciclo vitale infettivo, i virus sono ampiamente utilizzati nel trasferimento genico durante la terapia genica. In generale, i virus infettano le cellule ospiti e si replicano all'interno della cellula ospite integrando il DNA virale nel genoma dell'ospite. Quindi, i frammenti di DNA interessati possono essere introdotti nella cellula comprimendola all'interno delle particelle virali. I tre principali tipi di vettori virali utilizzati nella terapia genica sono i retrovirus, gli adenovirus e i virus adeno-associati (AAV). Inoltre, herpes simplex virus-1 (HSV-1), baculovirus, virus vaccinale vengono utilizzati anche come vettori. L'uso di adenovirus nella terapia genica è mostrato in Figura 1.

Figura 1: Adenovirus nella terapia genica

Per utilizzare un virus come vettore durante la terapia genica, i suoi geni virulenti vengono sostituiti con il gene di interesse. Il resto del genoma virale rimane lo stesso. Gli elementi virali infetti governano la ricombinazione omologa del genoma virale modificato al genoma ospite. La posizione per la ricombinazione omologa può essere determinata dalla sequenza degli elementi ricombinanti. Una volta integrato nel genoma, il DNA introdotto è stabilmente espresso e si replica insieme al genoma dell'ospite.

Conclusione

La terapia genica è una tecnologia per trattare i geni difettosi nel genoma introducendo un nuovo DNA. Entrambi i sistemi di trasmissione del DNA virali e non virali facilitano il trasferimento di nuovo DNA nelle cellule. I sistemi di consegna virale introducono nuovo DNA nelle cellule ospiti durante l'infezione. Il nuovo DNA si integra stabilmente nel genoma dell'ospite mediante ricombinazione omologa, esprimendo e replicando insieme al genoma.

Riferimento:

1. PONDER, KATHERINE PARKER. "Vettori di terapia genica". Introduzione alla medicina molecolare e alla terapia genica., Wiley-Liss, Inc., 2001, pp. 77-112. Disponibile qui.

Cortesia dell'immagine:

1. "Gene therapy" (dominio pubblico) via Commons Wikimedia