Ενημερώθηκε στις 25/12/2024

Το μέλλον έχει φτάσει. Τα τελευταία χρόνια γίνεται μια επανάσταση με “γονιδιακά” φάρμακα. Με αυτά ο άνθρωπος μπορεί να παρεμβαίνει στη φύση, θεραπεύοντας ασθένειες που μέχρι πριν λίγο θεωρούνταν ανίατες.

Με τα “γονιδιακά” φάρμακα μπορούμε να παρεμβαίνουμε σε συγκεκριμένους στόχους και μελλοντικά θα θεραπεύονται με αυτά πολλές νόσοι γονιδιακές και μη (π.χ. καρκίνοι, καρδιαγγειακές παθήσεις, ιώσεις κλπ.) στοχευμένα – εξειδικευμένα και με λιγότερες παρενέργειες.

Τα άλλα φάρμακα παρεμβαίνουν σε υποδοχείς, πρωτεΐνες και ένζυμα-πρωτεΐνες (π.χ. μικρομοριακά φάρμακα και μονοκλωνικά αντισώματα).

>>> Μια κατηγορία “γονιδιακών” φαρμάκων είναι αυτά που έχουν στόχο το αγγελιοφόρο RNA (messenger RNAή mRNA) συνήθως σταματώντας εξειδικευμένα τη δημιουργία ορισμένων ανεπιθύμητων πρωτεϊνών (Gene silencing). Αυτά είναι τα φάρμακα ASO και τα φάρμακα siRNA.

>> Επιπλέον αναδύεται μια νέα κατηγορία ολιγονουκλεοτιδίων (DNA ή RNA μονής έλικας) που λέγονται απταμερή.

(Τα απταμερή δρουν σαν τα μονοκλονικά αντισώματα και ενώνονται με κάποιο στόχο, π.χ. πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, μικρά μόρια, τοξίνες, βαρέα μέταλλα, πεπτίδια, καρκινικά κύτταρα, ιούς, βακτήρια κλπ.)

>>> Μια άλλη κατηγορία γονιδιακών φαρμάκων  χρησιμοποιεί ένα νέο γονιδιακό εργαλείο το CRISPR-Cas9 που επεμβαίνει και επεξεργάζεται απευθείας το DNA στον πυρήνα των κυττάρων. Η μεταβολή του DNA είναι μόνιμη με αυτή τη μέθοδο. (Δες πιο κάτω)

Τα φάρμακα ASO και τα φάρμακα siRNA

Οι γονιδιακές θεραπείες που αφορούν τη χορήγηση συγκεκριμένων τμημάτων DNA ή RNA (Δες στο τέλος) που έχουν στόχο το αγγελιοφόρο RNA και είναι κυρίως 2 κατηγοριών: Τα φάρμακα ASO και τα φάρμακα siRNA

Συγκεκριμένα τα φάρμακα ASO αποτελούνται από μονή έλικα DNA και τα φάρμακα siRNA αποτελούνται από διπλή έλικα RNA (Δες μετά)

dsRNA

Πιο πάνω φαίνεται ASO με μονή έλικα DNA  και siRNA με διπλή έλικα RNA

Πιο πάνω φαίνεται η κατασκευή του RNA και του DNA

Για να δράσουν τα φάρμακα που έχουν στόχο το αγγελιοφόρο RNA πρέπει να υπερνικηθούν ορισμένα εμπόδια: Η είσοδος τους στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων, η σταθερότητα τους και να αποφευχθεί η απάντηση της εγγενούς ανοσίας.

https://www.nature.com/articles/nbt.3802

Προς το παρόν υπάρχει η τεχνολογία των φαρμάκων που παρεμβαίνουν στο mRNA με δράση στο ήπαρ [μέσω N-Ακετυλογαλακτοζαμίνης (GalNAc) ή λιπο-νανοσωματιδίων (LNPs)] και τα ASO (δες πιο κάτω) με τοπική χορήγηση στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα, τώρα όμως η έρευνα επικεντρώνεται στην είσοδο – δράση τους και σε άλλα όργανα.

[Η GalNAc είναι απαραίτητη για την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων. Στη φαρμακευτική των φαρμάκων που μπλοκάρουν το mRNA, αυτή ενώνεται με τους ασιαλογλυκοπρωτεϊνικούς (asialoglycoprotein) υποδοχείς (ASGPR) των ηπατοκυττάρων]

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169409X23003885

https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016

>> Μέχρι τώρα έχουν εγκριθεί ορισμένα “γονιδιακά” φάρμακα που επεμβαίνουν στο mRNA, δυο κατηγοριών,της κατηγορίας των Συμπληρωματικών Ολιγονουκλεοτιδίων (anti-sense oligonucleotide ή ASO) και των μικρών παρεμβαινόντων RNA (small-interfering RNA ή siRNA)

Αυτά μειώνουν ή καταστρέφουν το mRNA εμποδίζοντας τη μετάφραση (translation) του στην ανεπιθύμητη πρωτεΐνη. (δες στο τέλος)

Με την ευρεία έννοια και τα mRNA εμβόλια για τον κορωνοϊό SARS-CoV-2  είναι γονιδιακά φάρμακα – εμβόλια.

[Το εμβόλιο της Pfizer – BioNTech και το εμβόλιο της MODERNA περιέχουν messenger-RNA (mRNA), που χορηγείται στο σώμα, ώστε να κατασκευαστεί από τα κύτταρα μας η spike πρωτεΐνη αγκίστρωσης του SARS-CoV-2 στα κύτταρα μας.

Έτσι  παράγονται αντισώματα από το ανοσοποιητικό μας σύστημα, έτοιμα για να μπλοκάρουν τη spike πρωτεΐνη του SARS-CoV-2 ώστε να μην μπορεί ο ιός να διεισδύσει στα κύτταρα μας αν  μολυνθούμε από αυτόν μελλοντικά]

ΤΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΑ ΟΛΙΓΟΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ (ASO)

Τα φάρμακα συμπληρωματικά ολιγονουκλεοτίδια ή ASO (ΑntiSense Oligonucleotide), μειώνουν την παραγωγή πρωτεΐνης από ένα γονίδιο [μειώνουν την έκφραση (μετάφραση) του γονιδίου στην αντίστοιχη πρωτεΐνη του]. Αυτά έχουν κατάληξη σε rsen.

Θεωρούνται ιδανικά φάρμακα για θεραπείες ακριβείας, με ελάχιστες παρενέργειες και μακρά διάρκεια δράσεως.

[Όμως τα φάρμακα ASO μπορεί να σχεδιαστούν να αυξάνουν κάποια πρωτεΐνη στόχο αν ενωθούν με miRNA που τη μειώνει (δες πιο κάτω).

Για παράδειγμα  το miR-21 μειώνει τη δράση γονιδίων που καταπιέζουν τη δημιουργία όγκων, έτσι αυξάνει την ογκογένεση, οπότε ένα φάρμακο ASO που θα μπλοκάρει το miR-21, θα μειώνει την ογκογένεση]

Τα φάρμακα συμπληρωματικά ολιγονουκλεοτίδια αποτελούνται από μια μονή έλικα συνθετικού DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) που ενώνεται με το αγγελιοφόρο RNA (messenger ή mRNA) στόχο του και σταματά την μετάφραση- παραγωγή της αντίστοιχης πρωτεΐνης από τα ριβοσώματα των κυττάρων του ήπατος και του κεντρικού νευρικού συστήματος (με τοπική έγχυση) προς το παρόν.

Αυτά έχουν συνήθως 12 με 25 βάσεις DNA και ενώνονται στο αντίστοιχο mRNA, μέσω των συμπληρωματικών βάσεων.

Οι ενώσεις μεταξύ των απέναντι βάσεων είναι πάντα G με C , C με G , A με U , Τ με Α. (Το mRNA αντί για Τ έχει  U, οπότε η Α ενώνεται με U) Δες στο τέλος

Όταν συμβεί η ένωση του συμπληρωματικού ολιγονουκλεοτιδίου (ASO) με το mRNA, σταματά η παραγωγή της αντίστοιχης πρωτεΐνης στόχου, με διάφορους μηχανισμούς και κυριότερο την καταστροφή του mRNA από το ένζυμο Ριβονουκλεάση Η1.

Τα εγκεκριμένα φάρμακα ASO, από το FDA, μέχρι στιγμής είναι 11:

# Το Mipomersen (Kynamro) που μειώνει την παραγωγή της πρωτεΐνης Apo B 100 και ενδείκνυται για την ομόζυγη οικογενή Υπερχοληστεριναιμία  (HoFH).

 # Το Volanesorsen (Waylivra) που μειώνει την παραγωγή της απολιποπρωτεΐνης C-III (apoC-III) και χορηγείται σε ανθρώπους με Σύνδρομο οικογενούς Χυλομικροαιμίας (Familial Chylomicronemia Syndrome ή FCS), αλλά και σε ανθρώπους με ψηλή apoC–III ή/και ψηλά Τριγλυκερίδια νηστείας > 500 mg/dL, που είναι ταυτόχρονα ψηλού κινδύνου για Καρδιαγγειακά επεισόδια παρά τις υγιεινοδιαιτητικές αλλαγές και τη χρήση Στατίνης ή/και Φιμπράτης.

# Το Inotersen (Tegsedi), που μειώνει την παραγωγή της Τρανσθυρετίνης (TTR) και χορηγείται σε όσους έχουν πολυνευροπάθεια από Κληρονομική Αμυλοείδωση από Τρανσθυρετίνη (ATTRh amyloidosis). (Αυτή οφείλεται σε μετάλλαξη του γονιδίου της Τρανσθυρετίνης)

# Το Nusinersen (Spinraza) που χρησιμοποιείται στη Νωτιαία Μυϊκή Ατροφία (spinal muscular atrophy). [Αυτό στοχεύει τον intronic splicing silencer N1 (ISS-N1) ώστε τελικά το εξώνιο 7 συμπεριλαμβάνεται στο mRNA της SMN2,  οπότε αυξάνεται η παραγωγή της λειτουργικής πρωτεΐνης SMN (Survival of Motor Neuron)]

https://ir.lib.uth.gr/xmlui/bitstream/handle/11615/58042/23714.pdf

# Tofersen (Qalsody)  για τη θεραπεία της πλάγιας (πλευρικής) Αμυοτροφικής σκλήρυνσης (Amyotrophic Lateral Sclerosis ή ALS). Αυτό εξουδετερώνει το mRNA του μεταλλαγμένου γονιδίου SOD1, οπότε σταματά η παραγωγή των τοξικών πρωτεϊνών SOD1 που προκαλούν την πάθηση.

# Για τη θεραπεία της Μυϊκής Δυστροφίας Duchenne (Duchenne muscular dystrophy ή DMD) έχουν εγκριθεί 4 φάρμακα ASOs, που δρουν σε διάφορες μεταλλάξεις του γονιδίου της πρωτεΐνης Δυστροφίνης (απαραίτητη για τη λειτουργικότητα και ακεραιότητα των μυϊκών ινών) ώστε αυτή να παράγεται λειτουργική.

>> Το Eteplirsen (Exondys 51) που προκαλεί παράκαμψη του εξωνίου 51.

>> Το Golodirsen (Vyondys 53) και το Viltolarsen (Viltepso) που προκαλούν παράκαμψη του εξωνίου 53.

>> Το Casimersen (Amondys 45) που προκαλεί παράκαμψη του εξωνίου 45

# Το Formivirsen (Vitravene) είναι το πρώτο ASO που εγκρίθηκε το 1998. Αυτό χορηγείτο σε αμφιβληστροειδίτιδα από κυτταρομεγαλοϊό ή CMV (ιός με διπλή έλικα DNA ή dsDNA), αλλά λόγω ανακάλυψης άλλων αντι-ιικών φαρμάκων σταμάτησε να παράγεται.

(Ενώνεται με mRNA του ιού και σταματά την παραγωγή της πρωτεΐνης IE2, που χρειάζεται για τον πολλαπλασιασμό του)

# Το Olezarsen (Tryngolza) χρησιμοποιείται για τη θεραπεία του Συνδρόμου της Οικογενούς Χυλομικροναιμίας (FCS) και στρέφεται κατά της απολιποπρωτεΐνης C.

[Το Imetelstat (Rytelo) δεν είναι ASO, μοιάζει όμως με αυτό και χρησιμοποιείται για τη θεραπεία των ασθενών με Μυελοδυσπλαστικό Σύνδρομο που χρειάζονται συχνές μεταγγίσεις αίματος.

Αυτό συνδέεται στέρεα με το τμήμα RNA της τελομεράσης, οπότε μπλοκάρει τη δράση της κατευθείαν. Έτσι μειώνεται το μήκος των τελομερών και τελικά προκαλείται ο θάνατος των καρκινικών κυττάρων]

# Πολλά άλλα ASO φάρμακα εξελίσσονται για διάφορες παθήσεις, π.χ για όσους έχουν αυξημένη Λιποπρωτεΐνη α ή Lp(a) εξελίσσεται το Pelacarsen (TQJ230)

https://classic.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04023552

ΤΑ siRNA ΦΑΡΜΑΚΑ

Τα siRNA (silencing RNA ή short interfering RNA) είναι μικρά ολιγονουκλεοτίδια RNA διπλής έλικας (double-stranded RNA) που παράγονται από το σώμα για άμυνα κατά ξένου εισβολέα που παρουσιάζει RNA και για μείωση της παραγωγής κάποιας πρωτεΐνης (όπως και τα mi RNA).

Αυτά έχουν κατάληξη σε siran.

Τα siRNA φάρμακα αποτελούνται από μικρό αριθμό βάσεων, συσσωρεύονται στο ήπαρ και κερματίζουν το mRNA της ανεπιθύμητης πρωτεΐνης που παράγεται σ’ αυτό. Υπ’ όψιν ότι γίνεται προσπάθεια να αναπτυχθούν και siRNA φάρμακα που να δρουν και σε άλλα όργανα.

Το siRNA φάρμακο, αφού μπει στο κυτταρόπλασμα, ενώνεται με το σύμπλεγμα της πρωτεΐνης TRBP  (transactivation RNA-binding protein) και Dicer (RNase III ενδοριβονεκλουάση ΙΙΙ) όπου διασπάται σε μικρότερα τμήματα διπλής έλικας των 19-23 ζευγών βάσεων.

Στη συνέχεια τα μικρότερα siRNA τμήματα μαζί με το σύμπλεγμα της πρωτεΐνης TRBP και Dicer, και με άλλες πρωτεΐνες – ένζυμα, όπως την  Argonaute 2 (Ago-2) σχηματίζουν το σύμπλεγμα RISC (RNA Induced Silencing Complex).

Το σύμπλεγμα RISC αργότερα διασπά τα μικρότερα siRNA τμήματα διπλής έλικας σε 2 μονές έλικες. Η οδηγός έλικα (λέγεται anti sense), με το σύμπλεγμα RISC, ψάχνει, βρίσκει και ενώνεται με τον συμπληρωματικό mRNA στόχο της, ενώ η άλλη έλικα (μεταφορέας ή sense) καταστρέφεται.

Όταν το σύμπλεγμα RISC ενωθεί με τον mRNA στόχο, η πρωτεΐνη Ago-2 του συμπλέγματος τον κερματίζει οπότε δεν παράγεται η αντίστοιχη ανεπιθύμητη πρωτεΐνη στόχος.

[Η οδηγός έλικα είναι συμπληρωματική του mRNA στόχου, ενώ η άλλη έλικα που καταστρέφεται έχει την ίδια αλληλουχία βάσεων με τον mRNA στόχο]

Το siRNA ενώνεται ολόκληρο και εξειδικευμένα με το mRNA στόχο, οπότε δημιουργείται πλήρης αποδόμηση του mRNA στόχου της ανεπιθύμητης πρωτεΐνης.

Οπότε τα siRNA φάρμακα μπορούν να σχεδιαστούν να δρουν εναντίον οποιουδήποτε στόχου με απόλυτη εξειδίκευση (100% ειδικότητα).

[Αντίθετα το miRNA (δες πιο κάτω) ΔΕΝ δρα εξειδικευμένα μόνο σε ένα τμήμα mRNA, επειδή ενώνεται μόνο ένα μέρος του (λίγες βάσεις) στο mRNA, οπότε δρα σε διάφορα παρόμοια mRNAs, και έτσι σταματά την παραγωγή πολλών πρωτεϊνών, με αποτέλεσμα πέρα από το στόχο του να παρουσιάζει διάφορες παρενέργειες]

Μέχρι σήμερα έχουν εγκριθεί πέντε siRNA φάρμακα:

# Το Patisiran (Onpattro) και το Vutrisiran (Αmvuttra) είναι siRNA θεραπευτικοί παράγοντες που δρουν στο mRNA ώστε να μη δημιουργείται η πρωτεΐνη Τρανσθυρετίνη, σε πολυνευροπάθεια από κληρονομική Αμυλοείδωση από Τρανσθυρετίνη (ATTRh amyloidosis).

# Το Givosiran (Givlaari) για την οξεία ηπατική πορφυρία [σπάνιες γενετικές μεταβολικές παθήσεις που προκαλούν συσσώρευση πρόδρομων νευροτοξικών ουσιών της αίμης (συστατικό μόριο της αιμοσφαιρίνης)]

# Το Lumasiran (Oxlumo) για την πρωτογενή υπεροξαλουρία τύπου 1 (αυξημένη συσσώρευση οξαλικών αλάτων στα ούρα που μαζί με Ασβέστιο προκαλούν Νεφρολιθίαση και Νεφρική Ανεπάρκεια)

# Το Inclisiran (Leqvio) έχει εγκριθεί από το FDA για χορήγηση σε αθηρωματική καρδιαγγειακή νόσο (που προκαλεί έμφραγμα ή ισχαιμικό εγκεφαλικό) και σε ετερόζυγο οικογενή υπερχοληστεριναιμία, αν η δίαιτα και η μέγιστη ανεκτή δόση Στατίνης δεν είναι αρκετά για τη μείωση LDL της χοληστερίνης στο επιδιωκόμενο.

# Το Nedosiran (Rivfloza) χρησιμοποιείται για τη θεραπεία της Πρωτοπαθούς Υπεροξαλουρίας τύπου 1.

# Πολλά άλλα siRNA φάρμακα εξελίσσονται για διάφορες παθήσεις, π.χ για όσους έχουν αυξημένη Λιποπρωτεΐνη α ή Lp(a) εξελίσσονται το Olpasiran (AMG 890) και το Zerlasiran (SLN360)

NCT04270760, NCT03626662, https://classic.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT05537571

Επίσης εξελίσσεται το Zilebesiran (ALN‐AGT01) που σταματά τη σύνθεση του Αγγειοτενσινογόνου στο ήπαρ μειώνοντας την Υπέρταση.

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2208391

ΤΑ ΑΠΤΑΜΕΡΗ

Μια νέα κατηγορία ολιγονουκλεοτιδίων (DNA ή RNA μονής έλικας) αναδύεται που λέγονται απταμερή.

Τα απταμερή δρουν σαν τα μονοκλονικά αντισώματα και ενώνονται με κάποιο στόχο, π.χ. πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, μικρά μόρια, τοξίνες, βαρέα μέταλλα, πεπτίδια, καρκινικά κύτταρα, ιούς, βακτήρια κλπ.

Όμως είναι φθηνότερα και έχουν λιγότερη αντιγονικότητα από τα μονοκλονικά αντισώματα.

Μέχρι σήμερα έχει εγκριθεί το RNA απταμερές Avacincaptad pegol (IZERVAY) που σταματά την παραγωγή του συμπληρώματος C5 και έτσι μειώνει την φλεγμονή, ώστε να μειωθεί ο ρυθμός εκφύλισης της ωχράς κηλίδας που σχετίζεται με την μεγάλη ηλικία.

ΤΑ miRNAs

*Τα miRNAs (υπάρχουν σχεδόν 2.500 στο σώμα μας) είναι μικρά, με συνήθως 22 (18-25) νουκλεοτίδια (βάσεις) RNAs. Αυτά δεν δημιουργούν πρωτεΐνες (noncoding  RNAs), όμως μειώνουν ή εμποδίζουν την παραγωγή πρωτεϊνών (μετάφραση).

Υπ’ όψιν ότι περισσότερα από το 50% των γονιδίων που οδηγούν σε παραγωγή πρωτεΐνης (coding genes) επηρεάζονται από ένα ή περισσότερα miRNAs.

Το επιτυγχάνουν με ένωση τους στο mRNA πολλών γονιδίων (μέσω του συμπλέγματος RISC) το κάθε ένα, εμποδίζοντας ή “καταστρέφοντας” το mRNA των γονιδίων αυτών.

Ο λόγος που δεν υπάρχει ακόμη φάρμακο με τεχνητό miRNA είναι αυτή η δράση τους σε πολλά γονίδια ταυτόχρονα, οπότε δεν υπάρχει εξειδίκευση μόνο σε ένα στόχο και έτσι υπάρχουν παρενέργειες από την ανεπιθύμητη μείωση των πρωτεϊνών άλλων γονιδίων.

Ο λόγος της δράσης τους σε πολλά διαφορετικά γονίδια (ίσως και σε 100ντάδες γονίδια) είναι ότι αυτά ενώνονται με το mRNA τους, μόνο με 6-8 βάσεις από τις 21-23 που έχουν.

Γίνεται προσπάθεια να αναπτυχθούν φάρμακα που να αυξάνουν ή να μειώνουν τη δράση κάποιου  miRNA.

Παραδείγματα δράσης των miRNAs: Η πρωτεΐνη p53 είναι βασική στην πρόληψη του καρκίνου. Ορισμένα miRNAs μειώνουν τη δράση της (π.χ. MiR-125b, miR-141) ευνοώντας τη δημιουργία καρκίνου και άλλα την αυξάνουν (π.χ. miR-34a) εμποδίζοντας τη δημιουργία καρκίνου.

Η επεξεργασία του DNA από το CRISPR-Cas9

>> Το CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats) είναι ένα νέο “εργαλείο” γενετικής μηχανικής για επεξεργασία του DNA μας, κυρίως για τη διόρθωση γονιδιακών μεταλλάξεων σε γονιδιακές παθήσεις αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε καρκίνους ή Σ.Διαβήτη τύπου 1 ή κατά ιώσεων κλπ.

Η ιδέα βασίζεται σε παρεμφερές αντι-ιικό αμυντικό σύστημα των μικροβίων.

Με τη χρησιμοποίηση συνθετικού οδηγού RNA μονής έλικας (sg RNA), που είναι συμπληρωματικό σε ένα γονίδιο, καθοδηγείται το ένζυμο νουκλεάση Cas9 σ’ αυτό το γονίδιο το οποίο και τροποποιεί με κόψιμο της διπλής έλικας του και είτε αφαιρεί γονίδιο είτε διορθώνει (αφαιρεί και προσθέτει) γονίδιο είτε προσθέτει γονίδιο που λείπει.

Επίσης αυτό μπορεί να σχεδιαστεί να δρα για ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση γονιδίου (επιγενετικά), χωρίς να μεταβάλλεται το DNA.

Για την εισαγωγή στα κύτταρα του CRISPR-Cas9 χρησιμοποιείται συνήθως κάποιος ιός.

Πρόσφατα έχουν εγκριθεί:

>> Το Delandistrogene moxeparvovec (Elevidys), για τη θεραπεία της Μυϊκής Δυστροφίας Duchenne σε παιδιά 4-5 ετών που έχουν μετάλλαξη στο γονίδιο της πρωτεΐνης Δυστροφίνης.

>> Το Beremagene geperpavec (Vyjuvek), για τη θεραπεία πληγών σε ανθρώπους με Δυστροφική Πομφολυγώδη Επιδερμόλυση για χορήγηση φυσιολογικού γονιδίου COL7A1 του κολλαγόνου σε όσους έχουν μετάλλαξη σ’ αυτό.

>> Το Valoctocogene roxaparvovec (Roctavian), το οποίο εισάγει το γονίδιο του παράγοντα της πήξεως VIII, που απουσιάζει σε ανθρώπους με συγγενή έλλειψη του παράγοντα της πήξεως VIII (αιμορροφιλία Α)

>> Το CRISPR-Cas9 έχει χρησιμοποιηθεί επιπλέον  σε μια ασθενή για αλλαγή βάσεως, χωρίς κόψιμο της διπλής έλικας του DNA, π.χ. δημιουργήθηκαν αλλογενή CAR–T κύτταρα για τη θεραπεία Οξείας Λεμφοβλαστικής Λευχαιμίας.

https://www.mdpi.com/1422-0067/24/15/12317

>> Έχει εγκριθεί το φάρμακο Exagamglogene autotemcel  (Exa–cel, Casgevy) που έχει δείξει ενθαρρυντικά αποτελέσματα στη δρεπανοκυτταρική αναιμία και τη β Μεσογειακή αναιμία (ή β Θαλασσαιμία) που χρειάζεται μεταγγίσεις.

Αυτό αυξάνει την παραγωγή της εμβρυικής αιμοσφαιρίνης (HbF) που φυσιολογικά μειώνεται στους πρώτους μήνες της ζωής. [Το επιτυγχάνει μειώνοντας το γονίδιο BCL11A που εμποδίζει την έκφραση του γονιδίου της εμβρυικής αιμοσφαιρίνης]

>> Επίσης έχει εγκριθεί το φάρμακο lovotibeglogene autotemcel (Lyfgenia) για τη δρεπανοκυτταρική αναιμία, ώστε να παράγεται η Αιμοσφαιρίνη HbA T87Q, που δρα σαν την φυσιολογική Αιμοσφαιρίνη HbA.

>> Επιπλέον αναμένεται η έγκριση του φαρμάκου Fidanacogene elaparvovec, το οποίο εισάγει το γονίδιο του παράγοντα της πήξεως ΙΧ, σε ανθρώπους με αιμορροφιλία Β.

>> Για τη θεραπεία του Σ. Διαβήτη τύπου 1 υπάρχουν ενθαρρυντικά αποτελέσματα στη μελέτη VCTX210 με τη χρήση βλαστοκυττάρων που τροποποιήθηκαν να παράγουν ινσουλίνη και ταυτόχρονα να μην καταστρέφονται από το ανοσοποιητικό σύστημα.

[Στον Σ. Διαβήτη τύπου 1 τα κύτταρα του παγκρέατος που παράγουν ινσουλίνη έχουν καταστραφεί από το ανοσοποιητικό σύστημα (αυτοάνοση πάθηση)]

[Υπ’ όψιν ότι έχει εγκριθεί πρόσφατα η πρώτη κυτταρική θεραπεία με το Lantidra που είναι η χορήγηση αλλογενών β κυττάρων του παγκρέατος για τον Σ. Διαβήτη τύπου 1]

>> Επίσης δοκιμάζονται θεραπείες κατά ιών (π.χ. τον HIV) που θα εξοντώνουν τον ιό με μια μόνο χορήγηση (όπως τα μικρόβια εξοντώνουν τους ιούς).

>> Επιπλέον η εταιρία Intellia δοκιμάζει φάρμακα CRISPR-Cas9 για την ATTR αμυλοείδωση και το κληρονομικό αγγειοίδημα.

ΛΙΓΑ ΓΙΑ ΤΟ DNA και το RNA

Το  DNA  (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) απαντάται σε όλες τις μορφές ζωής (εκτός μερικών ιών) και βρίσκεται στον πυρήνα των κυττάρων, στα 23 ζεύγη χρωματοσωμάτων. Αυτό αποτελείται από ένα μακρομόριο διπλής έλικας με διαδοχικά νουκλεοτίδια που τα απαρτίζουν βάσεις σε σειρά.

Οι οδηγίες για τη κατασκευή και λειτουργία του σώματος περιέχονται στα γονίδια που υπάρχουν στο DNA, που περιέχει τον γενετικό μας κώδικα ή ανθρώπινο γονιδίωμα.

Η ζωή βασίζεται στο DNA, τόσο για την παραγωγή πρωτεϊνών που εκτελούν τις λειτουργίες των κυττάρων και του σώματος, όσο και για την αντικατάσταση των φθαρμένων κυττάρων, με νέα ακριβώς ίδια με τα αρχικά (μίτωση).

Έτσι το DNA μας, περιέχει τις πληροφορίες που χρειάζονται για την ανάπτυξη μας, την επιβίωση μας και την δημιουργία απογόνων.

Κάθε γονίδιο, που μεταφέρει την κληρονομική πληροφορία για την κατασκευή και λειτουργία μας έχει από 100δες ως πάνω από 1.000.000 διαδοχικά νουκλεοτίδια – βάσεις.

Συνολικά το ανθρώπινο DNA έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια. Το ανθρώπινο γονιδίωμα έχει περίπου 3.2 δισεκατομμύρια ζεύγη νουκλοτιδικών βάσεων.

Οι βάσεις είναι 4, οι πουρίνες Αdenine-Α και Guanine-G και οι πυριμιδίνες Thymine-T και Cytosine-C. Οι ενώσεις μεταξύ των απέναντι βάσεων των δυο ελίκων του DNA είναι πάντα G με C και A με T.

(Το mRNA αντί για Τ έχει  U, οπότε η Α ενώνεται με U)

Όλες οι πληροφορίες για τη δημιουργία και τη λειτουργία του σώματος υπάρχουν στους αμέτρητους συνδυασμούς των 4 βάσεων.

Κάθε γονίδιο έχει την αλληλουχία των διαδοχικών νουκλεοτιδίων-βάσεων που χρειάζονται για την κατασκευή και συνένωση των διαδοχικών αμινοξέων που απαρτίζουν μια ειδική πρωτεΐνη.

Γνωρίζουμε ότι η παραγωγή πρωτεϊνών στο ανθρώπινο σώμα ξεκινά από την αντιγραφή (transcription) του DNA σε mRNA και στη συνέχεια τη μετάφραση (translation) του mRNA σε Πρωτεΐνη.

Το mRNA [αγγελιοφόρο (messenger) RNA (RiboΝucleic Αcid – Ριβονουκλεϊκό οξύ)] μεταφέρει τη γενετική πληροφορία, σε μονή έλικα, αφού την αντιγράψει από το DNA του πυρήνα του κυττάρου, στα ριβοσώματα ώστε να παραχθούν τα αμινοξέα και στη συνέχεια οι πρωτεΐνες από αυτά.

Οι οδηγίες του DNA δημιουργούν την κάθε πρωτεΐνη μέσω δυο βημάτων:

α) Της αντιγραφής της μιας έλικας του DNA σε mRNA, στον πυρήνα του κυττάρου (transcription).

transcription

β) Της μετάφρασης του mRNA (στο κυτταρόπλασμα) σε αλυσίδα αμινοξέων (πρωτεΐνες), που συμβαίνει στα ριβοσώματα (translation).

translation

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2208391

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/JAHA.122.027694

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9957002/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4289821/

https://link.springer.com/article/10.1007/s40259-022-00549-3

https://www.nature.com/articles/s41392-020-0207-x

https://www.nature.com/articles/s12276-023-00998-y

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8946086/

https://synbio-tech.com/sirna-drugs/

https://www.biochempeg.com/article/339.html

Antisense Oligonucleotides Targeting Lipoprotein(a)

https://www.mdpi.com/1424-8247/15/5/575

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9285911/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2022.1006304/full

https://www.nature.com/articles/s12276-023-01050-9

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10129852/

https://www.jacc.org/doi/full/10.1016/j.jacc.2020.05.070

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2023.1208547/full

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10129852/

https://www.biochempeg.com/article/339.html

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9966809/

https://www.pharmaceutical-technology.com/features/crispr-gene-therapies-is-2023-a-milestone-year-in-the-making/?cf-view

https://innovativegenomics.org/news/crispr-clinical-trials-2023/

https://www.chemistryworld.com/news/crispr-moves-into-the-clinic/4016694.article

https://www.thejdca.org/publications/report-library/archived-reports/2023-reports/will-vertex-finish-first-in-the-race-for-a-practical-cure.html

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1056872723001228?via%3Dihub

https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016%2821%2900195-7

>> Πιο κάτω φαίνονται φάρμακα που εξελίσσονται κατά του mRNA (ASO και si RNA) για δράση σε άλλα όργανα, πέρα από το ήπαρ

Δεν είμαστε έρμαια του DNA μας, της κληρονομικότητας μας. Ο κάθε άνθρωπος είναι αποτέλεσμα όχι μόνο του DNA του, αλλά και των περιβαλλοντικών συνθηκών, των εμπειριών του και του τρόπου ζωής του.

Η μοίρα μας δεν προκαθορίζεται μόνο από τα γονίδια (DNA) που κληρονομήσαμε από τους γονείς μας αλλά και από το ποια γονίδια από αυτά που έχουμε είναι σε λειτουργία (για την παραγωγή πρωτεΐνης) και ποια από αυτά είναι απενεργοποιημένα.

Σαν επιγενετικές αλλαγές στον οργανισμό ορίζονται οι αλλαγές στα χαρακτηριστικά των κυττάρων (διαφορετικές για κάθε είδος κυττάρων) που γίνονται με την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση διαφόρων γονιδίων ανάλογα με το κάθε περιβάλλον και για συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα.

Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται αλλαγές στα χαρακτηριστικά του οργανισμού (φαινότυπος), χωρίς να αλλάζει ο γενότυπος (η αλληλουχία των βάσεων του DNA).

Οι επιγενετικές αλλαγές είναι ο βασικός μηχανισμός της διαφοροποίησης των κυττάρων και των ιστών, της φυσιολογικής ανάπτυξης του οργανισμού και της εκδήλωσης διαφόρων παθήσεων.

[Συνολικά το ανθρώπινο DNA έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια. Όταν το κύτταρο ή ο οργανισμός χρειάζονται την παραγωγή μιας πρωτεΐνης (για την κατασκευή, λειτουργία και ρύθμιση οργάνων και ιστών), το γονίδιο που αντιστοιχεί σ’ αυτή την πρωτεΐνη, ενεργοποιείται.]

Με τις επιλογές μας, τον τρόπο ζωής μας, μπορούμε να ενεργοποιήσουμε ή να απενεργοποιήσουμε γονίδια μας (regulation of gene expression ή gene regulation) !!

Η βιολογική μας ηλικία (φαινοτυπική ή επιγενετική ηλικία) παρατείνεται αν έχουμε μειωμένο σωματικό βάρος, αν ασκούμαστε, αν καταναλώνουμε πολλά φρούτα, λαχανικά, ψάρια, αν είμαστε αισιόδοξοι, δεν προκαλούμε καυγάδες κλπ.

Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των γονιδίων οδηγεί στη δημιουργία πάνω από 200 διαφορετικών κυττάρων με διαφορετικές λειτουργίες και μορφές (κυτταρική διαφοροποίηση – εξειδίκευση) και στη μορφογένεση στο έμβρυο, παρ’ όλο που όλα τα κύτταρα έχουν τα ίδια ακριβώς γονίδια με το πρώτο κύτταρο του εμβρύου, το γονιμοποιημένο ωάριο (ζυγώτης).

Αυτό γίνεται με την ενεργοποίηση ειδικών συνδυασμών γονιδίων, διαφορετικών σε κάθε διαφορετικό κύτταρο, παρ’ όλο που όλα τα κύτταρα μας έχουν ακριβώς το ίδιο αρχικό DNA, του ζυγώτη !!

Πέρα από την εμβρυική ηλικία, υπάρχουν ακόμη δυο περίοδοι της ζωής που ο οργανισμός επηρεάζεται πολύ το περιβάλλον. Η μια είναι η πρώιμη παιδική ηλικία και η άλλη είναι τα χρόνια της εφηβείας.

Οι επιγενετικές αλλαγές διατηρούνται- μεταφέρονται στις επόμενες γενιές των κυττάρων με τις κυτταρικές διαιρέσεις (μίτωση), δηλαδή όσο και η ζωή του οργανισμού, μπορούν όμως να αλλάξουν, αν τα γονίδια του DNA σε κάθε κύτταρο δέχονται διαφορετικά σήματα- ερεθίσματα, οπότε αλλάζουν ανάλογα με τις συνθήκες, με το στάδιο της ανάπτυξης κλπ.

Έτσι, ευτυχώς οι “κακές” επιγενετικές αλλαγές, που οδηγούν σε παθήσεις, μπορούν να αναστραφούν με αλλαγή των υγιεινο- διαιτητικών συνηθειών και τον τρόπο αντιμετώπισης της ζωής, σε αντίθεση με το γενότυπο που αλλάζει σπάνια και μόνο αν συμβεί μετάλλαξη ή βλάβη του DNA.

Βέβαια η ζημιά που ήδη πρόλαβε να γίνει, πολλές φορές δεν μπορεί να αναστραφεί, π.χ. αν έχει γίνει αθηρωμάτωση ή έμφραγμα ή εγκεφαλικό κλπ.

Τα “ερεθίσματα” για τις επιγενετικές αλλαγές είτε προέρχονται από το ίδιο το κύτταρο ή τα γειτονικά του κύτταρα (σαν μέρος της φυσιολογικής ανάπτυξης και λειτουργίας) είτε προέρχονται από το περιβάλλον.

Τα ερεθίσματα από το περιβάλλον εξαρτώνται από το είδος της διατροφής, το κάπνισμα, την άσκηση, την ύπαρξη άγχους, από διάφορα είδη ακτινοβολίας, από χημικές ουσίες που τρώμε ή κάθονται στο δέρμα μας, από τη μόλυνση του αέρα, από το μικροβίωμα, από ιώσεις, από τις διαπροσωπικές σχέσεις, ακόμη και από την εποχή του χρόνου κλπ.

[Μικροβίωμα είναι οι μικροοργανισμοί (περίπου 150 τρισεκατομμύρια !) που έχουν αποικίσει διάφορα σημεία του ανθρώπινου σώματος, κυρίως στο γαστρεντερικό σύστημα, στο δέρμα, στα βιο-υγρά κλπ.].

Ο πιο πάνω πίνακας δείχνει μερικά συστατικά τροφίμων που θεωρούνται ότι προστατεύουν από καρκίνο (SAM = S-adenosylmethionine. Το απαραίτητο αμινοξύ Μεθειονίνη χρησιμεύει τόσο για τη σύνθεση πρωτεϊνών όσο για τη δημιουργία της SAM. Αυτή προσφέρει μεθυλικές ομάδες για τη μεθυλίωση του DNA και των Ιστονών. Δες πιο κάτω).

Το πιο πάνω σχεδιάγραμμα δείχνει πως η Δυτικού τύπου διατροφή προκαλεί παθήσεις και πρόωρη γήρανση από βλαβερές επιγενετικές μεταβολές, σε αντίθεση με τη Μεσογειακή διατροφή.

# Οι παθήσεις που σχετίζονται με επιγενετικές αλλαγές είναι: Ο καρκίνος, η αθηρωμάτωση, το έμφραγμα, το εγκεφαλικό, η κολπική μαρμαρυγή, η καρδιακή ανεπάρκεια, ο σ. διαβήτης, η υπέρταση, οι αυτοάνοσες παθήσεις, το άσθμα, οι συγγενείς καρδιοπάθειες, το μεταβολικό σύνδρομο, νευροεκφυλιστικές παθήσεις, η κατάθλιψη κλπ.

Το περιβάλλον θεωρείται ότι συμμετέχει κατά 80% περίπου στη δημιουργία διαφόρων παθήσεων.

[Οι καρκίνοι οφείλονται τόσο σε μεταλλάξεις γονιδίων (σποραδικές ή κληρονομούμενες) όσο και σε επιγενετικές αλλαγές, όπως η απενεργοποίηση γονιδίων που επιδιορθώνουν το DNA, η ενεργοποίηση γονιδίων που ευνοούν τους όγκους (ογκογονίδια), η απενεργοποίηση γονιδίων που καταστέλλουν τους όγκους κλπ.]

ΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΤΩΝ ΕΠΙΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ

Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, οι επιγενετικές αλλαγές δημιουργούνται σε κάθε κύτταρο ξεχωριστά από “ερεθίσματα– σήματα” που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν γονίδια μέσω διαφόρων μηχανισμών ώστε να παραχθεί ή να σταματήσει η παραγωγή της αντίστοιχης πρωτεΐνης.

Οι επιγενετικές αλλαγές γίνονται μέσω επιγενετικών ενζύμων (π.χ. της DNA methyltransferase- DNMT / Ηistone methyltransferases – HMTs) ή/και μέσω αλλαγών στο υπόστρωμα που απαιτείται για τις επιγενετικές ενζυματικές αντιδράσεις.

[Τα “ερεθίσματα” είναι πρωτεΐνες που λέγονται transcription factors και ρυθμίζουν την έναρξη (οι activators) ή τη διακοπή (οι repressors) της λειτουργίας της RNA polymerase.

Η έναρξη και η διακοπή της λειτουργίας της RNA polymerase προκαλεί την έναρξη ή τη διακοπή της παραγωγής του mRNA από το συγκεκριμένο γονίδιο του DNA, με τελικό αποτέλεσμα την έναρξη ή τη διακοπή της παραγωγής της αντίστοιχης πρωτεΐνης.

Οι πρωτεΐνες καταπιεστές εμποδίζουν την κατασκευή πρωτεϊνών είτε εμποδίζοντας την αντιγραφή (transcription) του DNA σε mRNA μέσω αποκλεισμού της δράσης της  RNA πολυμεράσης είτε εμποδίζοντας τη μετάφραση (translation) του mRNA σε αμινοξέα και πρωτεΐνες.]

Οι επιγενετικές αλλαγές γίνονται μέσω περίπλοκων μηχανισμών και επιπλέον υπάρχουν και αλληλεπιδράσεις και μεταξύ αυτών των μηχανισμών.

Οι κυριότεροι επιγενετικοί μηχανισμοί που συμβαίνουν για να  ενεργοποιηθούν ή απενεργοποιηθούν διάφορα γονίδια στα κύτταρα είναι 3:

α) Μεθυλίωση των βάσεων Κυτοσίνης στο DNA, δηλαδή η ένωση μεθυλικής ομάδας (CH3) με τη βάση Κυτοσίνη, οπότε αλλάζει ο μικροσκελετός του DNA, χωρίς να αλλάζει η αλληλουχία των βάσεων.

Με τη μεθυλίωση ΣΤΑΜΑΤΑ η ενεργοποίηση αυτού του γονιδίου (δεν μπορεί να λειτουργήσει η RNA πολυμεράση).

[Η μεθυλίωση της Κυτοσίνης (μέσω της DNA methyltransferase ή DNMT) συμβαίνει στην περιοχή CpG Island (όπου υπάρχουν βάσεις C και G) του promoter τμήματος του γονιδίου.]

β) Μόρια RNA μικρού μήκους (π.χ. miRNA) που μειώνουν την παραγωγή πρωτεΐνης (non-coding RNAs – ncRNAs).

Τα miRNAs (micro RNAs) είναι μικρά σε μήκος (περίπου 20 νουκλεοτίδια) RNAs που καταστρέφουν το mRNA και έτσι δεν παράγεται (ή μειώνεται) η αντίστοιχη πρωτεΐνη (post-transcriptional gene expression).

γ) Τροποποίηση των Ιστονών, από τη δράση ορισμένων ενζύμων στις “ουρές” τους.

Με την τροποποίηση των Ιστονών είτε ενεργοποιούνται είτε απενεργοποιούνται γονίδια.

[Οι Ιστόνες είναι οκταμερή, 8 πρωτεϊνών “μαζί”, το δε DNA είναι τυλιγμένο γύρω τους, σαν σε καρούλια, για να μην καταλαμβάνει πολύ χώρο (σε κάθε πυρήνα, υπάρχει DNA μήκους περίπου 2 μέτρων).

Επιπλέον οι Ιστόνες χρειάζονται για να μπορεί το κάθε γονίδιο του DNA να εκφράζεται (“λειτουργεί”) αν αυτό είναι τυλιγμένο χαλαρά γύρω τους ή αντίθετα να μην “λειτουργεί”, αν το DNA είναι τυλιγμένο σφικτά γύρω τους.

Τα ειδικά ένζυμα μπορεί να τοποθετούν ακετυλική ομάδα σε “ουρά” των Ιστονών (Histone AcetylTransferases ή HATs) οπότε το DNA που είναι τυλιγμένο γύρω τους “χαλαρώνει” και έτσι εκτίθενται γονίδια για να παραχθεί mRNA (το ίδιο γίνεται με μεθυλίωση σε συγκεκριμένα σημεία σε συγκεκριμένη ουρά).

Άλλα ένζυμα αφαιρούν την ακετυλική ομάδα (Histone DeACetylases ή HDACs) οπότε τυλίγεται πιο σφικτά το DNA, αποκρύπτονται γονίδια και σταματά η παραγωγή mRNA (το ίδιο γίνεται με μεθυλίωση σε άλλα συγκεκριμένα σημεία συγκεκριμένης ουράς).]

ΟΙ ΕΠΙΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΑΛΛΑΓΕΣ ΜΕΤΑΦΕΡΟΝΤΑΙ ΣΤΟΥΣ ΑΠΟΓΟΝΟΥΣ ΤΩΝ ΑΝΘΡΩΠΩΝ ?

Η κληρονομικότητα συμβαίνει μέσω του DNA, όμως παρατηρείται και επιγενετική κληρονομικότητα (μεταφορά επιγενετικών μεταβολών, χαρακτηριστικών του γονιού στους απογόνους) σε φυτά, μικρόβια και άλλα ζώα, στα δε θηλαστικά παρατηρείται μερικές, ελάχιστες φορές.

Η ύπαρξη επιγενετικής κληρονομικότητας στους ανθρώπους πιθανόν να υπάρχει αλλά έχει αποδειχτεί μόνο για γονίδια που ρυθμίζουν την ανάπτυξη του εμβρύου, προς το παρόν. (δες πιο κάτω)

Αν δεν βρεθούν οι ακριβείς μηχανισμοί μεταφοράς επιγενετικών πληροφοριών στους απογόνους (π.χ. μέσω της μείωσης ?), είναι δύσκολο αυτοί να αποδειχτούν από παρατήρηση μόνο.

Ο λόγος είναι ότι αν παρατηρούνται ομοιότητες μεταξύ των γενιών, αυτές μπορεί να οφείλονται στην πιθανή κληρονόμηση μεταλλάξεων του DNA, στον επηρεασμό του εμβρύου στη μήτρα (από τα ίδια ερεθίσματα με τη μητέρα) στον επηρεασμό του παιδιού από το ίδιο περιβάλλον με τους γονείς και τέλος στη μίμηση της συμπεριφοράς των γονιών.

Οι επιγενετικές αλλαγές από τους γονείς διαγράφονται (reprogramming) ώστε να μην υπάρχει επιγενετική μνήμη (π.χ. για να μην επηρεαστεί το παιδί αν κάπνιζε ή έτρωγε ανθυγιεινά κάποιος από τους γονείς), να υπάρξει καινούργια αρχή και έτσι να μπορεί να διαφοροποιηθεί το γονιμοποιημένο ωάριο, στα διάφορα κύτταρα, στους ιστούς και στα όργανα του εμβρύου (totipotency of the zygote).

Αυτές διαγράφονται σε δυο φάσεις (απομεθυλίωσης): α) στους πρόγονους των σπερματοζωαρίων και των ωαρίων (primordial germ cells ή PGCs) και β) στο ζυγώτη (και στα 8 πρώτα κύτταρα του εμβρύου).

Αν συμβαίνει επιγενετική κληρομικότητα, χρειάζεται να καταλάβουμε αν και πως οι επιγενετικές αλλαγές των PGCs μπορούν ξεφύγουν από τους δυο κύκλους διαγραφής- επαναπρογραμματισμού ώστε να μην υπάρχει πλήρης διαγραφή των επιγενετικών αλλαγών.

Πάντως στα θηλαστικά περίπου το 1% των γονιδίων ξεφεύγουν από τη διαγραφή (reprogramming) των επιγενετικών αλλαγών, στην περίπτωση της γονιδιακής αποτύπωσης (Genomic imprinting). (δες πιο κάτω)

Έτσι για να θεωρηθεί ότι συμβαίνει στους ανθρώπους επιγενετική κληρονομικότητα (epigenetic inheritance) πρέπει να υπάρχουν ορισμένες προϋποθέσεις:

α) Να αποκλεισθεί τελείως η γενετική μεταφορά πληροφοριών μέσω μεταλλάξεων του DNA.

β) Να μην υπάρχει στους απογόνους το ίδιο αρχικό περιβάλλον που επηρέασε τους γονείς.

γ) Να αποκλεισθεί το ενδεχόμενο του επηρεασμού στην κύηση (intrauterine exposure).

[Τα ερεθίσματα από το περιβάλλον (π.χ. διατροφή, κάπνισμα κλπ.) επηρεάζουν τα κύτταρα του εμβρύου στη διάρκεια της εμβρυογένεσης και ο επηρεασμός διαρκεί και για πολλά χρόνια μετά, στην ενήλικη ζωή.

Επιπλέον επειδή επηρεάζονται και τα αναπαραγωγικά κύτταρα του εμβρύου, φαίνεται ότι πιθανόν επηρεάζονται και τα εγγόνια, χωρίς κατ’ ανάγκην να υπάρχει transgenerational epigenetic inheritance.]

# Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των γονιδίων επιγενετικά  είναι κληρονομήσιμη στα κύτταρα κατά τη διαίρεση τους.

Σε ποντίκια έχει παρατηρηθεί ότι επιγενετικές αλλαγές των γονιών, μπορεί να κληρονομηθούν στους απογόνους (π.χ. μέσω επιγενετικών αλλαγών σε mi RNAs, ή μέσω κομματιών tRNAs ή από γενετικό υλικό ρετρο-ιών που είναι στα χρωματοσώματα του ξενιστή και μεταφέρουν την επανα-μεθυλίωση του DNA στους απογόνους κλπ.) ή με άγνωστους ακόμη μηχανισμούς.

Η μεταφορά επιγενετικών μεταβολών- χαρακτηριστικών του γονιού στα παιδιά (επιγενετική κληρομικότητα), αν συμβαίνει (και εφ’ όσον δεν συνεχίζεται το ίδιο περιβάλλον με του γονιού), λέγεται intergenerational epigenetic inheritance.

Η κληρονόμηση επιγενετικών αλλαγών στα εγγόνια (δισέγγονα αν η επιγενετική αλλαγή έγινε στην εγκυμοσύνη), αν υπάρχει (και εφ’ όσον δεν συνεχίζεται η ίδια δράση του περιβάλλοντος διαχρονικά), λέγεται transgenerational epigenetic inheritance.

Η επιγενετική κληρομικότητα (και ιδίως η transgenerational epigenetic inheritance) είναι δύσκολο να αποδειχτεί στους ανθρώπους, γιατί απαιτείται πάρα πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα παρατήρησης και ακριβής γνώση των μηχανισμών της, έτσι υπάρχει διχογνωμία αν αυτή συμβαίνει ή όχι.

Ένα σπάνιο παράδειγμα εξαίρεσης στον κανόνα είναι η επιγενετική κληρονομικότητα μέσω γονιδίων που ελέγχουν την ανάπτυξη στο έμβρυο.

[Yπάρχει transgenerational epigenetic inheritance στα igf2 αλληλόμορφα γονίδια (γονίδια που δρουν για το ίδιο χαρακτηριστικό αλλά με διαφορετικό τρόπο) όπου πάντα ο πατέρας ενεργοποιεί το igf2 γονίδιο  και η μητέρα πάντα το απενεργοποιεί (γονιδιακή αποτύπωση – Genomic imprinting).

Τα igf2 αλληλόμορφα γονίδια αφορούν στην ανάπτυξη του εμβρύου και πάντα μεταφέρονται από γενιά σε γενιά με κάποιο είδος μνήμης.

Στην περίπτωση αυτή πιθανώς δεν υπάρχει η δεύτερη φάση της διαγραφής (απομεθυλίωσης) των επιγενετικών αλλαγών που γίνεται στο ζυγώτη ή συμβαίνει μέσω miRNAs ή με άλλο μηχανισμό.]

Πάντως η έρευνα πάνω στην επιγενετική κληρονομικότητα συνεχίζεται και θα έχουμε περισσότερες πληροφορίες στα επόμενα χρόνια.

ΛΙΓΑ ΓΙΑ ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ

Ενεργοποίηση γονιδίου σημαίνει παραγωγή  mRNA από αυτό, συνεπώς και πρωτεΐνης.

Συνολικά το ανθρώπινο DNA έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια και κάθε γονίδιο (που μεταφέρει την κληρονομική πληροφορία για την κατασκευή και λειτουργία μας), έχει από 100δες ως πάνω από 2.000.000 διαδοχικά νουκλεοτίδια- βάσεις.

Έχουμε 2 αντίγραφα κάθε γονιδίου, ένα από τον πατέρα και ένα από τη μητέρα μας.

[Το γονίδιο αποτελείται από 3 μέρη, το μεσαίο τμήμα του που αντιγράφεται και έτσι δημιουργείται το mRNA, το πρώτο τμήμα που πληροφορεί ότι από εδώ θα αρχίσει ή δεν θα αρχίσει η αντιγραφή του DNA (promoter) και το τρίτο τμήμα που λέει ότι εδώ σταματά η αντιγραφή του DNA (terminator).]

Όταν το κύτταρο ή ο οργανισμός χρειάζονται την παραγωγή μιας πρωτεΐνης (για την κατασκευή, λειτουργία και ρύθμιση οργάνων και ιστών), το γονίδιο που αντιστοιχεί σ’ αυτή την πρωτεΐνη, ενεργοποιείται.

# Πάντως το 98% ! περίπου των γονιδίων δεν οδηγούν σε παραγωγή πρωτεϊνών (noncoding genes).

Τα noncoding genes είναι κυρίως:

α) γονίδια ρυθμιστές [παράγουν ειδικές πρωτεΐνες που λέγονται transcription factors και ενεργοποιούν (οι activators) ή απενεργοποιούν (οι repressors) άλλα γονίδια για την “παραγωγή” πρωτεΐνης].

β) γονίδια που “παράγουν” ειδικά RNAs όπως τα tRNAs (“μεταφραστές” RNA), το rRNA (ριβοσωμιακό RNA), τα miRNAs (που σταματούν την παραγωγή πρωτεΐνης από το mRNA), τα LncRNAs (που αρχίζουν ή σταματούν την ενεργοποίηση γονιδίων).

γ) γονίδια που σχηματίζουν τα τελομερή (μαζί με ειδικές πρωτεΐνες).

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

https://www.nature.com/articles/s41574-018-0005-5

https://www.nature.com/articles/s41574-019-0226-2

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6482346/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0091674918310583#!

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1411-0?error=cookies_not_supported&code=2dcb039b-0146-4a43-a78b-28037517b249

https://www.youtube.com/watch?v=gENf0DG9Xm0

https://www.youtube.com/watch?v=J9jhg90A7Lw

https://clinicalepigeneticsjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13148-019-0659-4

https://pdfs.semanticscholar.org/bb7d/3938e0e2a5a931d40bde663a2500f862abd7.pdf?_ga=2.213074516.1365547517.1566757629-1714741145.1557073742

https://jme.bioscientifica.com/view/journals/jme/60/2/JME-17-0189.xml

https://www.mdpi.com/1422-0067/19/11/3425/htm

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5543329/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6460076/

https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/circresaha.116.308434

https://www.mdpi.com/1422-0067/19/11/3425