Gen düzenleme teknolojileri çığır açtı

Alzheimer ve diyabet gibi yüksek yaygınlığa sahip, toplum sağlığını etkileyen kompleks hastalıklarda önemli rol oynayacak olan yeni nesil gen teknolojilerinin bazıları henüz başlangıç aşamasında olsa bile umut verici noktalara çıktı.

Yasemin Özkerem / Röportaj

Kompleks hastalıklarda gen terapisinde gidilecek çok fazla yol olsa da, genom çapında varyantların tanımlanması ve yeni gen düzenleme teknolojilerinin geliştirilmesi önemli seviyelere ulaştı. Biz de Kent Bursa Gazetesi olarak yeni gen teknolojileri ile ilgili merak edilenleri Tıbbi Genetik Anabilim Dalı Başkanı ve Translasyonel Tıp Anabilim Dalı kurucu Başkanı Prof. Dr. Şehime Gülsün Temel’e sorduk.

CRISPR ve diğer gen düzenleme teknolojilerini kullanarak, üzerinde çalıştığınız veya en çok heyecanlandığınız hastalık hedefleri nelerdir? Klinik denemelerde en umut verici sonuçları hangi tedaviler gösteriyor?

CRISPR/Cas sistemleri, biyoteknoloji, tıp ve genom araştırmalarını dönüştüren devrim niteliğinde bir teknolojiyi temsil etmektedir. CRISPR-Cas9 ilk olarak bakterilerin doğal bağışıklık sisteminde keşfedilmiştir ve belirli bir kılavuz RNA (gRNA) ile eşleşen Cas9 proteini aracılığıyla hedef DNA dizisinin hassas bir şekilde kesilmesini sağlar. CRISPR tabanlı gen düzenleme teknolojisi, teorik olarak canlı hücrelerdeki herhangi bir genetik hedefin hassas bir şekilde manipüle edilmesine ve istenen dizi modifikasyonlarının elde edilmesine olanak tanır. Bu devrim niteliğindeki gelişme, biyomedikal alanını kökten değiştirerek genetik bozuklukların tedavisi ve düzeltilmesi için muazzam bir klinik potansiyel sunar. CRISPR teknolojisini özellikle nörogelişimsel bozukluklara neden olan genlerde oldukça heyecan verici buluyorum. Örneğin, son çalışmamızda CC2D1A geninde tanımladığımız yeni varyantları inceledik. Xenopus modelinde CRISPR/Cas9 ile bu geni devre dışı bıraktığımızda kalp morfogenezinde bozulmalar, polikistik böbrekler ve beyin omurilik sıvısı (BOS) dolaşımında aksaklıklar gözlemledik. Bu bulgular, genin siliogenez ve beyin gelişimi için kritik bir rol oynadığını ortaya koydu. Klinik açıdan henüz erken aşamada olsak da, bu yaklaşım hasta varyantlarının gerçekten hastalığa yol açıp açmadığını anlamamıza olanak tanıyor ve gelecekte kişiselleştirilmiş tedavilere zemin hazırlıyor.

UMUT VERİCİ SONUÇLAR

Klinik denemeler düzeyinde en umut verici sonuçlar Casgevy (CTX001) tedavisinde görülmektedir. ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından 8 Aralık 2023’te onaylanan Casgevy, CRISPR/Cas gen düzenleme teknolojisini klinik uygulamaya taşıyan ilk tedavi ürünü olarak dikkat çekmektedir (U.S. FoodandDrug Administration, 2023).CRISPR Therapeutics ve VertexPharmaceuticals ortaklığıyla geliştirilen bu tedavi, beta-talasemi ve orak hücre anemisi için hastanın hematopoietik kök hücrelerini düzenleyerek kırmızı kan hücrelerinde yüksek seviyede fetal hemoglobin (HbF) üretimini sağlamaktadır. HbF düzeylerinin artırılması, beta-talasemi hastalarında transfüzyon ihtiyacını büyük ölçüde azaltırken, orak hücre anemisi hastalarında da ağrılı krizlerin önüne geçme potansiyeli taşımaktadır. Bu yönüyle CTX001, CRISPR tabanlı tedaviler arasında klinik açıdan en ileri ve umut verici örneklerden biridir.

Yeni nesil gen düzenleme araçları “hedef dışı etkileri” ne kadar azaltabiliyor? Tedavilerin uzun vadeli güvenlik profilleri hakkında ne biliyoruz?

Klinik denemelerde CRISPR-Cas9 tabanlı gen düzenleme araçlarının yaygın kullanımı, baz editörleri (baseeditors, BE) ve prime editörlerin (PE) hızlı gelişimi için sağlam bir temel oluşturmuştur. Geleneksel CRISPR yöntemleri, hatalı genleri bozmak için DNA’yı kesmeye dayanırken, baz editörleri ve prime editörler çok daha kesin ve güvenli işlevler sunmaktadır.

Genom düzenlemenin klinik etkinliği esasen özgüllük (specificity) ve hassasiyete (precision) bağlıdır. Etkili düzenleme için hedef hücrelerde yeterli genetik modifikasyon yapılmasını garanti edecek uygun taşıma sistemleri gereklidir. Bu durum yalnızca gen düzenleyicilerin içsel etkinliğine değil, aynı zamanda hedef hücre tiplerine ve dokulara iletilme yöntemlerine de bağlıdır. Özellikle CRISPR bileşenlerinin güvenli, özgül ve verimli şekilde hedef hücrelere ulaştırılması, başarılı terapötik genom düzenleme için ön koşuldur.

Genom düzenlemenin özgüllüğü, hedeflenen genetik değişikliklerin hedef dışı değişikliklere oranını tanımlar. Baz düzenleme (baseediting), DNA veya RNA üzerindeki spesifik baz çiftlerinde hassas değişiklikler yapabilen, DSB oluşturmadan çalışan CRISPR tabanlı bir teknolojidir. Hassasiyeti, tek baz değişimlerinden kaynaklanan hastalıkların tedavisi için onları uygun kılmaktadır. Ancak, adenin baz editörleri (ABE) ve sitozin baz editörleri (CBE), hedef bölgelerde çift zincirli DNA kırıkları (DSB), delesyonlar ve translokasyonlar oluşturarak istenmeyen genomiktoksik yan etkilere yol açabilir; ancak bunların sıklığı klasik nükleaz tabanlı Cas9 düzenlemelerinden daha düşüktür. Bu sorunlar, düzenleme zamanlamasının ve editörlerin ifade düzeylerinin optimize edilmesiyle kısmen azaltılabilmektedir.

GEN DÜZENLEME YÖNTEMLERİNDE YAPAY ZEKÂ

Şu anda gen düzenleme yöntemleri hâlâ klinik geliştirmenin erken aşamalarındadır; bu nedenle uzun vadeli güvenlikleri ve ilişkili klinik riskleri yakından takip edilmelidir. Hedef ve hedef dışı genomik etkileri sınıflandırmak için giderek artan sayıda teknoloji kullanılmasına rağmen, somatik gen modifikasyonlarının kendileri doğrudan klinik sonuçlara yol açmayabilir. Çoğu genetik varyasyonun nötr olması beklenirken, en kritik risk işlev kazanımı mutasyonlarıdır; bunlar onkogen aktivasyonu veya tümör baskılayıcıların inhibisyonu yoluyla tümör oluşumunu teşvik edebilir. Bugüne kadar klinik çalışmalarda gen düzenlemenin tümör gelişimine neden olduğuna dair bir bulguya rastlanmamıştır, bu da bu tür etkilerin oldukça nadir olabileceğini düşündürmektedir. Bununla birlikte, klinik değerlendirmelerin yalnızca hedefleme etkinliğini değil, aynı zamanda hücre iletimi ve konak yanıtları gibi daha yaygın klinik riskleri de kapsaması gerekmektedir.

Gelecekteki eğilimler, daha güvenli ve etkili taşıyıcı vektörlerin geliştirilmesine, hedef dışı etkilerin azaltılmasına ve düzenleme sonuçlarının hassasiyetle kontrol edilmesine odaklanacaktır. Özellikle karaciğer dışındaki organ ve dokulara güvenli gen aktarımı, klinik uygulamalardaki en önemli darboğazlardan biri olmaya devam etmektedir. Yapay zekâ ve makine öğrenimi yöntemlerinin yükselişi, düzenleme sonuçlarının daha doğru tahmin edilmesini, güvenli hedef bölgelerin belirlenmesini ve daha güçlü gen düzenleyicilerin tasarlanmasını kolaylaştırarak disiplinler arası entegrasyon sürecini hızlandırmaktadır.

“GEN TERAPİSİ FARKLI YÖNTEMLER SUNAR”

Gen tedavileri şu anda daha çok tek gen mutasyonlarının neden olduğu hastalıklar üzerinde yoğunlaşıyor. Diyabet, Alzheimer gibi karmaşık, çok genli hastalıklarda gen tedavisinin rolü ne olabilir?

Gen terapisi, hastalıkların tedavisinde gen eklemesi, replasmanı, susturma ve düzenlemeyi kapsar. Geleneksel ilaçlardan farklı olarak yeni tedavi stratejileri sunar. Son yirmi yılda önemli ilerlemeler kaydedilmiş ve çeşitli gen terapileri onaylanmıştır. Başlangıçta daha çok monogenik hastalıklar ve kanserler için kullanılan gen terapisi, artık daha yaygın görülen poligenik ya da kompleks hastalıklar için de araştırılmaktadır.

Poligenik hastalıklar, birden fazla gen mutasyonu veya tek nükleotid polimorfizmi ile ilişkilidir. Bu varyantların tek başına etkisi küçük olsa da, birikimleri hastalık riskini artırır. Genom Çapında İlişkilendirme Çalışmaları (GWAS), bu karmaşık hastalıklarda işlevsel varyantların belirlenmesine katkı sağlamış ve poligenik risk puanlarının hastalık duyarlılığını gösterebileceğini ortaya koymuştur. Monogenik bozukluklardan farklı olarak, poligenik hastalıklar için yönetim stratejileri yalnızca semptom tedavisine odaklanmakla kalmaz, aynı zamanda hastalığın ilerlemesinin neden olduğu daha fazla hasarı azaltmak için anlamlı erken önleyici tedbirleri de vurgular.

ALZHEİMER HASTALIĞI

Alzheimer hastalığı (AH), serebral korteks ve hipokampüste anormal amiloid-beta (Aβ) birikimi ve nörofibriler yumakların anormal oluşumu ile karakterize olup, ilerleyici hafıza kaybına ve bilişsel bozukluğa yol açar. Şu anda, AH’nin altında yatan patolojik mekanizmalar henüz tam olarak açıklığa kavuşturulmamıştır. Patogenezine ilişkin hipotezler, yüksek tau protein seviyeleri, azalmış antioksidan kapasite, bozulmuş kolinerjik aktivite ve nöralinflamasyon gibi faktörleri kapsamaktadır. Ayrıca, APOE, TREM2, FERMT2, APP vb. dahil olmak üzere AH’de potansiyel olarak rol oynayan çok sayıda gen tanımlanmıştır; İnsan apolipoprotein E (APOE), geç başlangıçlı AD ile ilişkili en önemli genetik faktör olarak kabul edilir ve APOE’nin ε2, ε3 ve ε4 olmak üzere üç aleli vardır. Bu aleller arasında ε4, apoE4’ü kodlar ve bu da 85 yaşına kadar AD geliştirme riskinin, apoE4 heterozigotlarında yaklaşık %30 ve apoE4 homozigotlarında yaklaşık %65 oranında olduğunu gösterir. Bununla birlikte, ε2 tarafından kodlanan APOE’nin koruyucu bir etki gösterdiğine inanılmaktadır. Fizyolojik koşullar altında APOE, öncelikle lipit ve kolesterol taşınmasını ve metabolizmasını kolaylaştırırken, aynı zamanda nöronal bakım ve onarımda da önemli bir rol oynar. ApoE4, Aβ üretimini teşvik ederken bozunmasını engeller, tau proteininin anormal hiperfosforilasyonunu tetikler ve nöroinflamatuar hücre fonksiyonunu ve aktivasyonunu etkileyerek nihayetinde AD patogenezine katkıda bulunur. Devam eden bu faz 1/2 açık etiketli çalışma (NCT03634007), insan apolipoprotein E2’yi (APOE2) kodlayan cDNA’yı ifade eden serotip AAVrh.10 gen transfer vektörünün intratekal uygulanmasını ve APOE4 için homozigot olan AD’li bireylerde bu müdahalenin terapötik etkinliğini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Klinik öncesi güvenlik değerlendirmeleri insan olmayan primatlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Geç başlangıçlı Alzheimer hastalığı ile yaşlanma arasındaki ilişki göz önüne alındığında, devam eden bu çalışma (NCT04133454), nöronal yaşlanmayı azaltmak için özellikle aktif telomeraz (hTERT) taşıyan AAV vektörlerini kullanan Libella Gen Terapisi’ni (LGT) kullanmayı amaçlamaktadır. Ancak, bu araştırmanın mevcut ilerlemesi henüz açıklanmamıştır. 2022’de, vektör olarak AAV2’yi kullanan beyin kaynaklı nörotrofik faktörü (BDNF) hedefleyen yeni bir klinik çalışma (NCT05040217) başlatılmıştır. BDNF, beynin kritik hafıza devresindeki nöronal fonksiyon üzerinde düzenleyici kontrol sağlar; Ancak, sonuçları hakkında henüz bir rapor yayınlanmamıştır. Şu anda, CRISPR-Cas9’un AD’de uygulanması, öncelikle hayvan modelleri aşamasındadır ve hastalık patogenezini incelemek ve potansiyel tedavileri keşfetmek için fenotipik olarak daha alakalı modellerin oluşturulmasını kapsamaktadır.

DİYABET HASTALIĞI

Diyabet ise Tip 1 (T1D) ve Tip 2 (T2D) olarak iki ana gruba ayrılır. T1D, otoimmün yanıtla pankreas beta hücrelerinin yıkımıyla ortaya çıkarken, T2D insülin direnciyle karakterizedir. GWAS çalışmaları T1D için HLA varyantları dahil 75’ten fazla, T2D içinse AP3S2, GRB14 ve TCF7L2 gibi 400’den fazla genetik sinyal tanımlamıştır. Şu anda, diyabet için gen tedavisi henüz başlangıç ​​aşamasındadır. Pankreas adacık hücrelerinin esnekliği araştırma bulgularıyla gösterilmiştir. TakaakiMatsuoka ve ark. tarafından yürütülen çalışmalar, Pdx1’in nörogenin 3 pozitif endokrin progenitör hücrelerinin insülin pozitif hücrelere farklılaşmasını sağlayabileceğini ve glukagon pozitif α hücre popülasyonlarını β hücrelerine dönüştürebileceğini ortaya koymuştur., XiangweiXiao ve ark., Pdx1/MafA’yı iletmek için AAV’yi kullandılar ve farelerde α hücrelerini β hücrelerine başarıyla yeniden programladılar ve diyabetik model farelerde kan şekeri seviyelerini etkili bir şekilde normalleştirdiler. Bu gelişmelere dayanarak, Genprex şu anda GPX-002’nin (AAV-Pdx1/MafA) tip 1 diyabet tedavisindeki terapötik potansiyelini araştırmaktadır. VCTX210, kök hücreleri modifiye etmek için kök hücre tedavisini CRISPR-Cas9 gen düzenleme teknolojisiyle birleştirir ve böylece bağışıklık reddiyle ilişkili genleri (B2M, PD-L1, HLA-E) bozar veya tanıtarak bağışıklık kaçınmasını sağlar. Şu anda, VCTX210 faz 1 klinik deneylerinden geçmekte olup, ilk hastaya uygulanması tamamlanmıştır. Şu anda, bu ilaçlar hala başlangıç ​​aşamasındadır; Ancak önümüzdeki on yıl içerisinde diyabet tedavisinde devrim yaratma potansiyeline sahipler.