NFP37 SOMATIC GENE THERAPY Texts for Laypersons

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Prof. Felix J. Frey;	Inselspital; Nephrologie; Departement für Innere Medizin; Freiburgstr.3; 3010 Bern; CH; Tel 031 632 31 16; Fax 031 632 97 34; e-mail: felix.frey@insel.ch
Title:	Steroid-mediated gene delivery (SMGD) for therapy of 11beta-hydroxy-steroid dehydrogenase deficiency.
Co-applicants:	Prof. S. Rusconi (Fribourg); Prof. B. Frey (Bern)
Collaborators:
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ABSTRACT FOR LAYPERSONS 1997:

Malgrado gli sforzi intrapresi da scienziati in tutto il mondo, assai poco possiamo fare per curare le malattie di origine genetica. Il patrimonio genetico di una persona codifica tutte le componenti ed i processi del nostro corpo. Ad ogni informazione corrisponde un gene, ovvero una porzione ben definita dell' acido desossiribonucleico (o DNA) presente in ogni cellula del corpo. Se un'informazione in esso contenuta e difettosa, la persona nasce con una malattia congenita, ed e raro che questa possa essere curata tramite dei farmaci. Da qui la necessita di correggere il difetto genetico somministrando alle cellule malate un nuovo "pezzo" di DNA, sintetico, che contenga una copia non difettosa del gene in questione. Ma come fare?

La terapia genica é uno dei temi piu' discussi e controversi dell'attuale ricerca biomedica. Molti ricercatori hanno provato ad introdurre il DNA in cellule mammifere con 1'aiuto di "vettori virali", ad esempio integrando il gene interessato nel genoma del comune virus del raffreddore (chiamato Adenovirus). Diversi tipi di cellula possono essere infettati con grande efficienza da questi virus. I virus possono pero' provocare forti reazioni immunitarie nel paziente a cui essi vengono somministrati. Inoltre nei laboratori in cui si lavora con i virus bisogna prendere delle precauzioni molto rigorose che complicano ulteriormente le ricerche. Questi motivi hanno spinto alcuni scienziati ad optare per tecniche "non virali", ad esempio incapsulando DNA in goccioline di grassi (chiamati liposomi) che fondendosi con la membrana cellulare permettono al DNA di entrare nel citoplasma della cellula. Il trasporto del DNA dal citoplasma al nucleo (ovvero il luogo nella cellula dove le informazioni genetiche vengono decodificate e interpretate) é molto inefficente e rappresenta il maggiore ostacolo nell' uso e nello sviluppo di vettori "non-virali".

Il nostro gruppo di ricerca sta sviluppando una tecnica "non-virale", il cui fine é appunto quello di incrementare il trasporto di DNA dal citoplasma al nucleo cellulare. I recettori degli steroidi glucocorticoidi (cioé degli ormoni) sono molecole che, in assenza di ormoni, risiedono nel citoplasma e sono inerti. Appena messi in contatto con ormoni come il cortisolo, essi vengono attivati e si trasferiscono nel nucleo cellulare, dove svolgono compiti ben definiti. L' idea di base del nostro progetto é quella di legare il DNA ad un ormone in modo da permettere agli appositi recettori di legarsi al complesso ormone-DNA e di poi trasferirlo nel nucleo. In altre parole vogliamo reclutare questi recettori, che di natura si trasferiscono nel nucleo assieme agli ormoni corrispondenti, come "traghetti" per il DNA.

A questo fine abbiamo sintetizzato chimicamente una molecola di cortisolo congiunta ad una molecola di etidio (cortisolo-21-etidio). L' etidio é una sostanza che lega molto stabilmente gli acidi ribonucleici grazie ad interazioni idrofobe con le sue basi. Il coniugato cortisolo-21-etidio mantiene una significante attività steroidale (benché sia piu' debole del cortisolo originale) e lega il DNA. Grazie ad esperimenti su cellule di ratto in coltura, siamo riusciti ad osservare che il DNA mischiato al nostro coniugato raggiunge il nucleo cellulare in modo piu' efficente di quanto non lo faccia il DNA da solo.

L' idea di usufruire di molecole già presenti nelle cellule per facilitare il trasporto di DNA verso il nucleo sembra dunque essere promettente. Il primo passo é fatto. Ora bisognerà formulare un metodo di somministrazione per cellule in organi di animali viventi, e non solo per cellule in coltura.

Das Ziel der somatischen Gentherapie besteht darin, erworbene oder angeborene Defekte der Gene so zu beeinflussen, dass die Patienten weniger unter den Folgen ihrer Erkrankung leiden. Die abnorme Regulation der Gene betrifft meistens nicht alle Zellen im Körper, sondern lediglich einzelne Zellen in einzelnen Organen oder Organsystemen. Deshalb stellt sich die Frage, wie solche Defekte lediglich in einzelnen Zellen selektiv günstig beeinflusst werden können. Um die Frage der Selektivität des Einführens von Genmaterial in einzelne Zellen zu verbessern, beschäftigen wir uns mit einer neuen, innovativen Methodologie. Mit dieser Methode versuchen wir, natürliche Differenzen zwischen den einzelnen Zellen auszunutzen, um DNA selektiv in definierte Zellen einzuführen. Die natürlichen Differenzen zwischen den einzelnen Zellen, die wir ausnutzen, sind Steroidrezeptoren. Diese im Zytoplasma vorkommenden Elemente haben die Fähigkeit, vom Zytoplasma in den Kern hineinzuwandern und sich dort an die DNA anzulagern. Damit diese Wanderung vom Zytoplasma in den Kern stattfindet, muss der Rezeptor mit einem Liganden, einem Steroidmolekül, aktiviert werden. Im vorliegenden Projekt nützen wir jetzt diese Fähigkeit der Translokation des Rezeptors vom Zytoplasma in den Kern aus, indem wir DNA-Moleküle mit einem Steroidhormon chemisch verknüpfen. Diese Konstrukte haben wir den Zellen angeboten und festgestellt, dass der Steroidrezeptor in der Lage ist, diese grossen Moleküle vom Zytoplasma in den Kern zu transportieren. Die Konstrukte, die wir gemacht haben, und die Beobachtung des Transports vom Zytoplasma in den Kern sind neu. Deshalb haben wir ein Patent für diese Beobachtung angemeldet.

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