Ihmisen geeniterapiassa avautuu uusia mahdollisuuksia

Samankaltaiset tiedostot
Geenisakset (CRISPR)- Geeniterapian vallankumousko? BMOL Juha Partanen

Conflict of interest: No! VH has no association with companies mentioned! VH has authored reviews on virus vectors in Suomen Lääkärilehti and

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen Medicum, Biokemia ja kehitysbiologia

Biologian tehtävien vastaukset ja selitykset

Kantasolututkimuksen etiikasta - uusimmat näkymät. Timo Tuuri HUS, Naistenklinikka Biomedicum kantasolukeskus

Avainsanat: BI5 III Biotekniikan sovelluksia 9. Perimä ja terveys.

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen BLL Biokemia ja kehitysbiologia

Syövän synty. Esisyöpägeenit (proto-onkogeenit)

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

Biologia. Pakolliset kurssit. 1. Eliömaailma (BI1)

Biopankit miksi ja millä ehdoilla?

KOE 6 Biotekniikka. 1. Geenien kloonaus plasmidien avulla.

Virukset lääketieteen apuvälineinä. Veijo Hukkanen, Veli-Matti Kähäri ja Timo Hyypiä

GEENITEKNIIKAN PERUSASIOITA

Virus-mediated gene delivery for human gene therapy KURT NURMI

Perinnöllisyyden perusteita

Nanoteknologian mahdollisuudet lääkesovelluksissa

Geenisaksilla hermoston sairauksien jäljille

FIT Biotech Oy - Innovatiivisia lääkehoitoja. Tieteellinen johtaja Santeri Kiviluoto, Fil. tri, KTK

Geenitekniikan perusmenetelmät

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita. BI2 III Perinnöllisyystieteen perusteita 9. Solut lisääntyvät jakautumalla

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

Oligonukleotidi-lääkevalmisteet ja niiden turvallisuuden tutkiminen - Sic!

Biopankkeja koskeva lainsäädäntö

SÄTEILYN GENEETTISET VAIKUTUKSET

Peittyvä periytyminen. Potilasopas. Kuvat: Rebecca J Kent rebecca@rebeccajkent.com

Bioteknologian perustyökaluja

Synteettinen biologia Suomessa: Virukset synteettisen biologian työkaluina

Hoidosta parantamiseen

Lasten lääketutkimukset teollisuuden näkökulmasta

Arvokkaiden yhdisteiden tuottaminen kasveissa ja kasvisoluviljelmissä

Etunimi: Henkilötunnus:

Geneettisen tutkimustiedon

EU:n lääketutkimusasetus ja eettiset toimikunnat Suomessa Mika Scheinin

Luku 20. Biotekniikka


Pitkälle kehittyneet terapiatuotteet. Paula Salmikangas Lääkelaitos

Duchennen lihasdystrofian ja spinaalisen lihasatrofian hoidon uusia näkymiä. Jaana Lähdetie TYKS lastenneurologia

Suomalaista bioteknologiaa kansainväliseen lääkehoitoon. FIT Biotech Oy toimitusjohtaja Kalevi Reijonen Osakesäästäjien Keskusliitto

VASTAUS 1: Yhdistä oikein

Uusia mahdollisuuksia FoundationOne CDx. keystocancer.fi

KEESHONDIEN MONIMUOTOISUUSKARTOITUS

Lataa Virus - Matti Jalasvuori. Lataa

Lääkealan turvallisuus- ja kehittämiskeskuksen määräys

Metsäpatologian laboratorio tuhotutkimuksen apuna. Metsätaimitarhapäivät Anne Uimari

Avainsanat: perimä dna rna 5`-ja 3`-päät replikaatio polymeraasientsyymi eksoni introni promoottori tehostajajakso silmukointi mutaatio

Tietoa ja tuloksia tutkittavalle: miten ja miksi?

Bioteknologian tutkinto-ohjelma Valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

ATMP-valmisteet ja Fimean rooli ATMP-valvonnassa Suomessa ja EU:ssa

Virukset Materiaalitieteiden Rakennusaineina Suomalainen Tiedeakatemia

SELVITYS SIITÄ MITEN ERÄÄT PERINNÖLLISET SAIRAUDET (KUTEN GPRA JA FUCOSIDOSIS) PERIYTYVÄT ENGLANNINSPRINGERSPANIELEISSA

Farmasian tutkimuksen tulevaisuuden näkymiä. Arto Urtti Lääketutkimuksen keskus Farmasian tiedekunta Helsingin yliopisto

IMMUUNIPUUTOKSET. Olli Vainio Turun yliopisto

Drug targeting to tumors: Principles, pitfalls and (pre-) cilinical progress

Kymmenen kärjessä mitkä ovat suomalaisten yleisimmät perinnölliset sairaudet?

Syöpä. Ihmisen keho muodostuu miljardeista soluista. Vaikka. EGF-kasvutekijä. reseptori. tuma. dna

VIIKKI BIOCENTER University of Helsinki

Perinnöllisyyden perusteita

BIOLÄÄKETIETEEN LÄPIMURROT

? LUCA (Last universal common ancestor) 3.5 miljardia v.

"Geenin toiminnan säätely" Moniste sivu 13

11. Elimistö puolustautuu

Kaksikäyttötutkimus. Kun olisi puhuttava mutta vaietaan

Viekirax-valmisteen (ombitasviiri/paritapreviiri/ritonaviiri) riskienhallintasuunnitelman yhteenveto

2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit

Suomalainen genomitieto ja yksilöllistetty terveydenhuolto Olli Kallioniemi October 9, 2013

Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta Sukunimi Bioteknologia tutkinto-ohjelma Etunimet valintakoe pe Tehtävä 1 Pisteet / 15

Genomin ilmentyminen Liisa Kauppi, Genomibiologian tutkimusohjelma

Innovatiivisia lääkehoitoja. FIT Biotech Oy Tieteellinen johtaja Santeri Kiviluoto, Fil. tri, KTK

LÄÄKETIETEELLINEN TUTKIMUS IHMISILLÄ

Autoimmuunitaudit: osa 1

MATTI ÄYRÄPÄÄN LUENTO

Genomin ylläpito Tiina Immonen BLL Lääke8eteellinen biokemia ja kehitysbiologia

Ehdotus EUROOPAN PARLAMENTIN JA NEUVOSTON DIREKTIIVI

Bioinformatiikan maisteriohjelman infotilaisuus Exactum D122

6 Mille kohderyhmille viestitään (Kuka tarvitsee tietoa, kuka on kiinnostunut tästä? Mieti alla olevat tahot kun valitset kohderyhmiä)

DNA:n informaation kulku, koostumus

Designing switchable nanosystems for medical applica6on

Euromit2014-konferenssin tausta-aineistoa Tuottaja Tampereen yliopiston viestintä

Uusia mahdollisuuksia FoundationOne

Väärin, Downin oireyhtymä johtuu ylimääräisestä kromosomista n.21 (trisomia) Geeni s. 93.

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita

Valtuuskunnille toimitetaan oheisena asiakirja D049061/02.

TÄRKEITÄ TURVALLISUUSTIETOJA RIXATHON (RITUKSIMABI) -HOITOA SAAVILLE POTILAILLE

3i Innova*ve Induc*on Ini*a*ve Fixing the broken heart Heikki Ruskoaho Farmakologian ja lääkehoidon osasto Farmasian *edekunta

Perinnöllisyys harvinaisten lihastautien aiheuttajana. Helena Kääriäinen Terveyden ja hyvinvoinnin laitos Tampere

Biotekniikka ja bioteknologia, nyt ja tulevaisuudessa

GEENITEKNIIKALLA MUUNNETTUJEN MIKRO-ORGANISMIEN SUUNNITEL- LUN KÄYTÖN TURVALLISUUDEN ARVIOINNISSA HUOMIOON OTETTAVAT TEKIJÄT

Pakolliset kurssit (OL PDDLOPD%,,

Fitness Lisäravinteet Anti-aging. Terveys kiinnostaa meitä enemmän kuin koskaan, mutta silti terveysriskit ovat lisääntyneet. On aika kysyä miksi!

vauriotyypit Figure 5-17.mhc.restriktio 9/24/14 Autoimmuniteetti Kudosvaurion mekanismit Petteri Arstila Haartman-instituutti Patogeeniset mekanismit

Vallitseva periytyminen. Potilasopas. Kuvat: Rebecca J Kent rebecca@rebeccajkent.com

Innova&ivisia lääkehoitoja. FIT Biotech Oy Tieteellinen johtaja Santeri Kiviluoto, Fil. tri, KTK

April 21, FIMM - Institute for Molecular Medicine Finland

GENEETTISEN TUTKIMUSTIEDON OMISTAMINEN juristin näkökulma

Eettisen toimikunnan ja TUKIJA:n vuorovaikutuksesta. Tapani Keränen Kuopion yliopisto

Epigene'ikka ja terveysvies'nnän tabut

5.7 Biologia Perusopetus Opetuksen tavoitteet Valinnaiset kurssit 1. Elämä ja evoluutio (bi1) 2. Ekosysteemit ja ympäristönsuojelu (bi2)

Muuttumaton genomi? Genomin ylläpito. Jakson luennot. Luennon sisältö DNA:N KAHDENTUMINEN ELI REPLIKAATIO

Transkriptio:

Petter Portin Ihmisen geeniterapiassa avautuu uusia mahdollisuuksia Geeniterapia jaetaan somaattiseen ja ituradan terapiaan. Ituradan terapia koskee sukusoluja tai niiden kantasoluja. Sen vaikutukset ovat siis periytyviä. Somaattisten solujen geeniterapian vaikutukset rajoittuvat yleensä potilaan yhteen kudokseen eivätkä koskaan periydy. Kaikki maailmassa tähän mennessä toteutetut geeniterapiatoimenpiteet ovat olleet somaattisen geeniterapian piiriin kuuluvia, ja ituradan terapia on ollut vain teoreettinen mahdollisuus. Aivan äskettäin on kuitenkin kehitetty menetelmä, joka soveltuu myös ituradan terapiassa käytettäväksi, ja koe-eläimillä saatuja positiivisia tuloksia on jo julkaistu. Lisäksi on raportoitu ensimmäisestä ihmisen ituradan soluilla tehdystä kokeesta. Ituradan terapiaan liittyy teknisten haasteiden lisäksi huomattavia eettisiä ongelmia, joihin tiedeyhteisön on nopeasti muodostettava kanta. I hmisellä on noin 3 000 yhden geenin virheestä aiheutuvaa perinnöllistä sairautta. Lisäksi tunnetaan lukuisia niin kutsuttuja monitekijäisiä sairauksia, joiden riskitekijöiden joukkoon kuuluu ympäristötekijöiden ohella monien eri geenien erilaisia geenimuotoja. Tällaisia ovat esimerkiksi diabetes, skitsofrenia, kaksisuuntainen mielialahäiriö ja sydän- ja verisuonisairaudet. Kaikki syövät puolestaan johtuvat aina geenivirheistä, joista kuitenkin vain hyvin pieni osa on saatu jo hedelmöityksessä, ja valtava enemmistö on syntynyt potilaan kehon soluissa hänen elämänsä aikana. Kaikkia edellä mainittuja tauteja voidaan periaatteessa hoitaa geeniterapialla; yhden geenin virheestä johtuvia luonnollisesti helpoimmin. Geeniterapia eli sairauksia aiheuttavien geenivirheiden korjaaminen joko muokkaamalla geenin rakennetta, korvaamalla se virheettömällä geenillä tai sammuttamalla sen toiminta, jaetaan somaattiseen ja ituradan geeniterapiaan. Iturata (engl. germ line) on solulinja, joka johtaa edellisen sukupolven sukusoluista seuraavan sukupolven sukusoluihin. Selkärankaisilla eläimillä tämä solulinja erkanee anatomisesti muista soluista jo yksilönkehityksen hyvin varhaisessa vaiheessa. Muut kehon solut ovat somaattisia soluja. Ituradan geeniterapiassa on siis kysymys sukusolujen tai niiden kantasolujen perimän muokkauksesta. Näin ollen sen vaikutukset periytyvät seuraaville sukupolville. Hoidetuista sukusoluista syntyvien yksilöiden kaikki solut tulisivat olemaan muuntogeenisiä. Somaattisen geeniterapian vaikutukset sen sijaan kohdistuvat vain kyseessä olevaan potilasyksilöön ja yleensä vain yhteen kudokseen. Somaattisen terapian vaikutukset eivät myöskään koskaan periydy. Kaikki maailmassa tähän mennessä tehdyt geeniterapiatoimenpiteet ovat olleet somaattisen geeniterapian piiriin kuuluvia, ja ituradan terapia on monestakin syystä ollut vain teoreettinen mahdollisuus. Nyt tilanne on kuitenkin muuttunut. On kehitetty menetelmä, joka soveltuu myös ituradan geeniterapiaan (1), ja ensimmäinen tätä koskeva koe ihmisen ituradan soluilla on jo tehty (2). Tässä kokeessa onnistuttiin korjaamaan osassa hyvin varhaisista ihmisalkioista geenivirhe, joka olisi johtanut beetatalassemiaan, kohtalokkaaseen verisairauteen. Kuitenkaan kaikki näin käsiteltyjen alkioiden solut eivät korjautuneet, vaan Duodecim 2016;132:26 32 26

Kuva: istockphoto alkiot olivat genotyypiltään mosaiikkisia (2). Mainittakoon, että kokeessa käytettiin kaksoishedelmöityksen kautta syntyneitä triploidisia alkioita, jotka eivät missään tapauksessa olisi olleet elinkykyisiä (2). Ihmisen monikykyisissä kantasoluissa on tällä menetelmällä saatu aikaan spesifisiä perimän muutoksia, ja näistä soluista on voitu soluviljelmissä kasvattaa erilaisten kudosten soluja (3, 4). Lisäksi on onnistuttu aiheuttamaan sekä ihmisen että hiiren somaattisissa soluissa spesifisiä perimän muutoksia useissa kohdissa samanaikaisesti (5). Katsaus somaattisen geeniterapian vaiheisiin Ihmisen perinnöllisten tautien geeniterapian mahdollisuudesta kirjoittivat ensimmäisenä yhdysvaltalaiset Theodore Friedmann ja Richard Roblin 1972 (6). Geeniterapian teorian ja käytännön historiaa sekä tulevaisuuden näkymiä maailmalla on melko äskettäin tarkasteltu esimerkiksi Nature Biotechnology lehdessä vuonna 2011 (7). Geeniterapian katsotaan käytännössä alkaneen 1980, kun yhdysvaltalainen lääkäri Martin Cline kollegoineen suoritti kiistanalaisen beetatalassemian geenihoitokokeen kahdella potilaalla. Hän siirsi näiden luuytimen verta muodostavan kudoksen soluihin DNA-molekyylejä, joissa oli normaali geeni. Hän kuitenkin toimi vastoin viranomaisten määräyksiä ja rikkoi useita eettisiä normeja, minkä johdosta hän joutui luopumaan laitoksensa johtajan virasta ja menetti useita apurahoja. Tästä seurasi se, että Yhdysvaltain viranomaiset täsmensivät geeniterapiaa koskevat sääntönsä, joten Cline tuli vaikuttaneeksi myös geenitekniikan etiikan kehitykseen (8). Ensimmäiset onnistuneet kliiniset geeniterapiakokeet aloitettiin Yhdysvalloissa 1990. Ne koskivat ADA-entsyymin eli adenosiinideaminaasin puutoksesta johtuvaa perinnöllistä immuunikatoa, joka johtuu yhden somaattisen geenin virheestä. Silloin viisivuotiaan tytön immuunijärjestelmän T-solujen perimään onnistuttiin siirtämään normaali ADA-geeni. Geenihoidetut T-solut palautettiin tytön verenkiertoon, ja jotkut niistä vaelsivat luuytimen vertamuodostavaan kudokseen, missä ne alkoivat jakautua ja tuottaa ADAentsyymiä. Potilaalla on nyt normaali ADAentsyymin toiminta 25 30 %:ssa T-soluistaan, mikä on riittää ylläpitämään terveyttä. Nyt tyttö elää 30-vuotiaan nuoren naisen normaalia elämää (7). Tähän mennessä tehdyt kliiniset kokeet ovat osoittaneet, että geeniterapia on hoitomuotona tehokas erilaisten synnynnäisten monogeenisten sairauksien ja tiettyjen syöpien hoidossa. Sydän- ja verisuonisairauksien parantamisessa on otettu ensimmäiset edistysaskeleet. Myös verta muodostavan kudoksen sairauksien geenihoidossa on edistytty (9). Silti voidaan sanoa, että geeniterapia on vasta kehityksensä alkuvaiheessa ja sen on voitettava monia vaikeuksia ennen kuin se voi vakiinnuttaa asemansa. Alan vaikeuksista useimmat ovat liittyneet vektoreihin eli kuljettimiin. Ne ovat yleensä 27 Ihmisen geeniterapiassa avautuu uusia mahdollisuuksia

erilaisia partikkeleita, joiden sisään hoitogeeni voidaan pakata ja sitten viedä kohdesolun sisään, mutta DNA:ta voidaan siirtää solun sisään myös plasmidina. Yleisimmin käytettyjä kuljettimia ovat erilaiset virukset, jotka on tehty harmittomiksi, mutta myös esimerkiksi liposomeja voidaan käyttää vektoreina. Ensimmäisen polven virusvektoreihin liittyi vakavia haittoja. Ensinnäkin retrovirusvektorit toimivat vain sellaisissa soluissa, joissa parhaillaan tapahtuu DNA:n kahdentumista. Tällaisia soluja on kehon erilaistuneissa kudoksissa vain vähän. Toiseksi useimmat näistä virusvektoreista mahdollisesti aiheuttavat haitallisen immuunivasteen potilaissa (10). Kolmanneksi virusgenomin integroituminen isäntäsolun genomin osaksi saattaa inaktivoida jonkin välttämättömän geenin tai aiheuttaa siinä virheen (9). Tällaisiin haittoihin liittyneet kuolemantapaukset aiheuttivat aikanaan tiedeyhteisössä laajaa epäluottamusta geeniterapiaa kohtaan. Toisaalta tämä johti uusien virusvektoreiden ja hoitomuotojen kehitykseen. TAULUKKO. Maailmassa vuoden 2015 tammikuuhun mennessä hyväksyttyjen, käynnissä olevien tai loppuun saatettujen ihmistä koskevien kliinisten geeniterapiakokeiden jakautuma käyttöaiheen mukaan (13). Käyttöaihe Lukumäärä Osuus (%) Syöpäsairaudet 1 376 64,2 Monogeeniset sairaudet 196 9,2 Infektiosairaudet 172 8,0 Sydän- ja verisuonisairaudet 168 7,8 Neurologiset sairaudet 39 1,8 Silmäsairaudet 33 1,5 Tulehdussairaudet 14 0,7 Terveet vapaaehtoiset 53 2,5 Geenimerkintäkokeet 50 2,3 Muut 41 1,9 YHTEENSÄ 2 142 100,0 Uusista vektoreista eniten toiveita herättäviä ovat adenoviruksen kaltaiset virukset. Ne kykenevät tunkeutumaan sellaisiinkin soluihin, joissa ei parhaillaan tapahdu DNA:n kahdentumista. Ne eivät myöskään integroidu isäntäsolun genomiin eivätkä aiheuta immuunivastetta (9, 11). Muut vaikeudet ovat koskeneet hoitogeenin ohjausta oikeaan kudokseen ja oikeaan kohtaan kromosomistossa sekä sitä, miten saada hoitogeeni toimimaan halutulla teholla (10, 12). Nykyään maailmassa on meneillään tai saatettu loppuun kaiken kaikkiaan noin 2 142 erilaista hyväksyttyä somaattisen geeniterapian piiriin kuuluvaa koetta, jotka on aiheensa perusteella ryhmitelty TAULUKOSSA (13). Valtaenemmistö (64,2 %) niistä koskee erilaisia syöpäsairauksia. Seuraavaksi eniten (9,2 %) on periytyviä monogeenisiä eli yhden geenin virheestä aiheutuvia sairauksia, infektiosairauksia (8,0 %) ja sydänverisuonisairauksia. Kliiniset ihmisellä tehtävät geeniterapiakokeet ryhmitellään muiden lääkekokeiden tapaan edistymisensä mukaan neljään vaiheeseen: I, II, III ja IV. Niitä edeltävät prekliiniset kokeet laboratoriossa ja koe-eläimillä. Ensimmäisessä (I) vaiheessa menetelmää sovelletaan ensimmäisen kerran ihmisiin pienellä potilasaineistolla tarkan valvonnan alaisena. Vaiheen tarkoituksena on ennen kaikkea varmistua menetelmän turvallisuudesta. Toisessa (II) vaiheessa käytetään jo suurempaa potilasmäärää ja pyritään saamaan selville potilaiden vaste menetelmälle. Kolmannessa (III) vaiheessa tutkitaan menetelmän tehoa ja pyritään saamaan sille myyntilupa. Neljännessä (IV) vaiheessa menetelmä on jo markkinoilla ja rutiinikäytössä, kuitenkin luonnollisesti edelleen valvonnan alaisena. Kaikista maailmalla menossa olevista noin 2 142 kliinisestä geeniterapiakokeesta valtaenemmistö (78,5 %) on edelleen vaiheessa I tai I/II, ja vasta vain kaksi geenihoitomenetelmää on markkinoilla (13). Näistä ensimmäinen oli Kiinassa kehitetty Gendicine-niminen geeniterapiamenetelmä, joka on suunniteltu kohdistumaan p53- kasvunrajoitegeenin virheestä johtuviin kasvaimiin. Menetelmä hyväksyttiin Kiinassa P. Portin 28

vuonna 2003 okasolusyövän hoitoon (14). Toinen on kauppanimeltään Glybera, joka hyväksyttiin markkinoille ensin Euroopassa marraskuussa 2012 ja sittemmin Yhdysvalloissa lipoproteiinilipaasin perinnöllisen puutteen hoitoon (15). Geeniterapiamenetelmien vakiintumista käytäntöön ovat hidastaneet menetelmän alkuvaiheiden vastoinkäymisistä aiheutunut varovaisuus ja erityisesti monet hyväksymistä koskevat viranomaisvaatimukset (16). Menetelmä, joka mahdollistaa ituradan geeniterapian Ihmisen ituradan geeniterapiasta on tullut todellinen mahdollisuus, minkä johdosta kansainvälisessä tiedelehdistössä on virinnyt vilkas sitä koskeva kirjoittelu. Puheena olevan menetelmän lyhyt nimi on CRISPR (clustered regularly interspersed short palindromic repeat, crisper ), ja se perustuu bakteereista löytyneeseen mekanismiin, jonka avulla bakteerit puolustautuvat virusten hyökkäyksiä vastaan (17). Menetelmää luonnehditaan aikakauslehti Naturessa (18) alan merkittävimmäksi keksinnöksi sen jälkeen, kun Kary Mullis kehitti polymeraasiketjureaktion (PCR) DNA:n monistamiseksi in vitro vuonna 1983. CRISPR tarkoittaa bakteerien DNA-segmenttejä, jotka koostuvat lyhyistä toistuvista emäsjaksoista. Jokaista jaksoa seuraa lyhyt spacer-dna -jakso, joka on jäänyt siihen muistona jostain aikaisemmasta virushyökkäyksestä. CRISPR-menetelmään kuuluu Cas9-niminen endonukleaasientsyymi (Cas9 = CRISPR associated protein 9), jota koodaava geeni on valmiiksi liittyneenä CRISPR-segmenttiin. Endonukleaasit ovat entsyymejä, jotka katkaisevat DNA-molekyylin sen keskeltä. Bakteerin puolustautuessa aikaisemmin hyökännyttä virusta vastaan CRISPR-segmentti kuljettaa Cas9-entsyymin segmenttiä komplementaarisesti vastaavaan kohtaan uuden viruksen DNA:ssa. Tämän jälkeen Cas9 voi katkaista viruksen DNA:n CRISPR-segmentin tunnistamasta kohdasta, minkä jälkeen virus ei enää voi lisääntyä eikä siis tuhota bakteeria. Menetelmän koko nimi onkin CRISPR/ Cas9, ja kun sitä käytetään geenitekniikassa, G 3 5 G AA A GUUUUAGAGCUA UAAAAUU CGAU GAA 3 UUUU Opas- Cas9 RNA 5 GNNNNNNNNNNNNNNNNNNN AAGGCUAGUCCGUUAUCAA NNNNNNNNN N N N N CNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNCC N N N N N NNNNNNNNNNNNNN 5 NNNNNNNNN N NNNNNNNNNNNNNN N N N N NN 3 N N GNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNGG Kromosomi 23bp genominen kohdesekvenssi PAM UCGGUGC AGCCACGGUGAAAAAGUUC KUVA. Ihmisen solujen genomin editointi tyypin II CRISPR-systeemiä käyttämällä. Opas-RNA tunnistaa kohdesekvenssin, jos sen 3 -päässä on tietty PAM-jakso (proto-spacer adjacent motif), ja kuljettaa vaaleansinisellä varjostuksella kuvatun Cas9-endonukleaasientsyymin kohdesekvenssin kohdalle. Kullakin CRISPR-CAS-variantilla on spesifinen PAM-jakso, joka määrittää variantin kohdesekvenssin. Cas9-entsyymi avaa DNA:n kaksoiskierteen ja tekee siihen kaksinauhakatkoksen, joka voidaan sitten korjata, tai DNA:ta voidaan muuten muokata halutulla tavalla. Kohdesekvenssinä voi periaatteessa olla mikä hyvänsä GN20GG-sekvenssi eli sekvenssi, jonka 5 -päässä on guaniiniemäs (G), sen jälkeen 20 mitä hyvänsä emästä ja lopussa 3 -päässä kaksi guaniiniemästä (GG). Bakteereissa ja arkeissa on kolmenlaisia CRISPR-systeemejä, joista jokaisesta esiintyy useita alatyyppejä. Ne poikkeavat toisistaan sen mukaan, mikä Cas-endonukleaasi niihin liittyy. Cas9, jota hyödynnetään geeniterapiassa, liittyy vain tyypin II systeemiin (3). 29 Ihmisen geeniterapiassa avautuu uusia mahdollisuuksia

Ydinasiat 88 Geeniterapia jaetaan somaattiseen ja ituradan terapiaan. Tähän asti vain somaattinen geeniterapia on ollut teknisesti mahdollista. 88 Viime vuosina on kuitenkin kehitetty menetelmä, joka mahdollistaa myös ituradan terapian ja samalla tekee somaattisesta terapiasta helpompaa ja täsmällisempää. 88 Menetelmään liittyy vielä teknisiä haasteita, eivätkä ituradan terapian eettiset ongelmat ole kadonneet mihinkään. systeemiin lisätään synteettinen opas-rnamolekyyli (guide RNA), joka on rakennettu vastaamaan sen geenin DNA-sekvenssiä, joka on tarkoitus korjata. Opas-RNA siis vastaa bakteerin spacer-dna:ta, ja sen avulla systeemi pystyy kuljettamaan entsyymin haluttuun kohtaan tumallisen organismin genomia, minkä jälkeen kyseistä genomin kohtaa voidaan muokata halutulla tavalla (KUVA) (3). Menetelmä on hyvin täsmällinen ja tarkka. CRISPR-segmentti yhdessä Cas9-proteiinin kanssa viedään plasmidivektorin avulla solun sisään, minkä jälkeen se hakeutuu edellä kuvatulla tavalla haluttuun kohtaan genomia. Toisin sanoen menetelmän avulla voidaan geeniterapia kohdistaa juuri täsmälleen haluttuun perimän kohtaan. Lisäksi menetelmä on tehokas ja erittäin halpa: yhden laboratoriotoimenpiteen kulut ovat vain noin 27 (18). CRISPR-menetelmässä siis viallinen geeni korjataan, mitä kutsutaan geenin muokkaukseksi tai editoinniksi. Aikaisemmat menetelmät sen sijaan ovat perustuneet geenin siirtoon: potilaan sairaaseen kudokseen on viety usein toisesta yksilöstä peräisin oleva hoitogeeni, joka korvaa sairautta aiheuttavan geenin, tai sitten virheellisen geenin toiminta on sammutettu. Näin on tehty syöpien hoidossa. Toisaalta jo ennen CRISPR-menetelmää on ollut käytettävissä muita geenin editointimenetelmiä, mutta ne eivät ole soveltuneet ituradan terapiaan. Lisäksi ne ovat yli 100 kertaa kalliimpia toteuttaa kuin CRISPR (18). Näitä ovat niin ikään bakteereista löydettyjen sinkkisormiendonukleaasien käyttöön nojautuva menetelmä ja TALEN-nimisten (transcription activator-like effector) synteettisten endonukleaasien käyttöön perustuvat menetelmät. Täsmällisyytensä ja tarkkuutensa ansiosta CRISPR-menetelmä parantaa huomattavasti myös somaattisen geeniterapian mahdollisuuksia. Näitä rajoitti ensimmäisen polven menetelmien aikana esimerkiksi se, että hoitogeeniä oli vaikea viedä täsmälleen haluttuun kohtaan kohdesolun kromosomistossa. CRISPR-menetelmällä ja muilla paikkaspesifisillä geenin editointimenetelmillä tämä vaikeus voidaan voittaa. Niinpä täysikasvuisten hiirien maksasoluissa onnistuttiin CRISPR-Cas9-menetelmällä korjaamaan geenivirhe, joka aiheutti eläimille ihmisen perinnöllistä tyrosinemiaa matkivan sairauden (19). On myös onnistuttu tekemään hiiren maksassa in vivo geenin muok kaus, joka lisäsi LDL-reseptorien määrää ja vastaavasti pienensi veren kolesterolipitoisuutta (20). Vastaavalla tavalla on myös onnistuttu vähentämään seerumin kolesterolipitoisuutta sekä sitä säätelevän PCSK9-entsyymin pitoisuutta hiirillä (21). Ituradan geeniterapiaan liittyvät ongelmat Ituradan geeniterapiaan on liittynyt huomattavia teknisiä ongelmia ja eettisiä kysymyksiä. Sen on muun muassa ajateltu olevan puuttumista tulevien sukupolvien oikeuksiin se on vastoin itsemääräämisoikeutta, koska sen kohteena olevien, vielä syntymättömien yksilöiden mielipidettä ei voida kysyä (22). Sen on myös koettu olevan eugeniikkaa, rodunjalostusta, josta ihmiskunnalla on vain kammottavia kokemuksia. CRISPR-menetelmään liittyy ainakin toistaiseksi joitakin teknisiä ongelmia, joita ovat esimerkiksi mahdollisuus, että geenitera piaa harjoitettaessa osuttaisiin ohi maalin eli korjattaisiin jokin muu kuin aiottu geeni tai P. Portin 30

aiheutettaisiin muita tarkoittamattomia muutoksia perimässä (23). Eettisten syiden vuoksi ituradan geeniterapia on kiellettyä kaikkiaan 45 maassa, muun muassa 15:ssä EU:n jäsenmaassa Suomi mukaan luettuna. Enemmistö maailman maista sen sijaan sallii sen. Näiden joukossa on myös Kiina ja monet Yhdysvaltain osavaltiot, joissa tarvittava tietotaito on olemassa. Kun ituradan geeniterapiasta nyt on tullut todellinen mahdollisuus, on syntynyt keskustelua siitä, miten ituradan geeniterapiaan olisi suhtauduttava (24). Alan johtavat yhdysvaltalaiset tiedemiehet kutsuivat tammikuussa 2015 koolle kokouksen Napaan Kaliforniaan keskustelemaan aiheesta (23). Kokous antoi useita suosituksia lähiaikoina toteutettavista toimenpiteistä. Ensinnäkin ituradan geeniterapian kliinisistä sovelluksista tulisi pidättäytyä siksi aikaa, kunnes pulmakysymyksistä on käyty riittävä keskustelu. Toiseksi tulisi luoda foorumi, jolla alan tutkijat ja bioetiikan edustajat voisivat tarjota tietoa ja valistusta käsillä olevasta ihmisen biologian uudesta aikakaudesta. Kolmanneksi rohkaistaan alan perustutkimusta, jonka tarkoituksena on arvioida CRISPR-menetelmän tehoa ja spesifisyyttä. Neljänneksi kutsutaan koolle kansainvälinen ryhmä pohtimaan edellä esitettyjä kysymyksiä. Ryhmään tulisi kuulua alan tutkijoiden lisäksi bioetiikan tuntijoita, juristeja ja hallitusten edustajia, ja keskustelun tulisi olla mahdollisimman avointa ja läpinäkyvää (23). Huolta koetaan esimerkiksi siitä, että ituradan geeniterapiaa voitaisiin käyttää muuhun tarkoitukseen kuin sairauksien ehkäisemiseen (24). Tällainen ihmisen ominaisuuksien vahvistaminen tai parantelu voisi johtaa yhteiskunnallisesti epätoivottaviin seurauksiin, minkä vuoksi se halutaan kieltää pysyvästi (22). Toisaalta säännöt eivät saisi haitata CRISPRmenetelmän käyttöä somaattisessa geeniterapiassa. Myös kansalaisten valistamiseen halutaan kiinnittää huomiota: kaikille on syytä tehdä selväksi ero somaattisen ja ituradan geeniterapian välillä. Alan nykyistä keskustelua leimaa jonkinlainen biologismi. Biologista vanhemmuutta pidetään tarpeettomasti arvossa eikä haluta huomata, että ituradan geeniterapialle on jo olemassa vaihtoehtoja, kuten esimerkiksi keinohedelmöitys luovutetuilla sukusoluilla. Lopuksi Geeniterapiaa koskevan kansainvälisen sääntelyn foorumiksi on ehdotettu Unescon kansainvälistä bioetiikan komissiota ja sen lähtökohdaksi YK:n yleismaailmallista bioetiikan ja ihmisoikeuksien julistusta (25). Suomessakin olisi pohdittava, miten Napan kokouksen suositukset otetaan meillä huomioon ja millaista linjaa edustamme EU:ssa ja maailmanlaajuisesti mahdollisesti alkavassa keskustelussa. * * * Parhaimmat kiitokset professori Marja-Liisa Savontaukselle ja dosentti Mikko Savontaukselle käsikirjoituksen parannusehdotuksista. PETTER PORTIN, FT, perinnöllisyystieteen emeritusprofessori Turun yliopisto SIDONNAISUUDET Ei sidonnaisuuksia SUMMARY New possibilities will open up in human gene therapy Gene therapy is divided into somatic and germ line therapy. The latter involves reproductive cells or their stem cells, and its results are heritable. The effects of somatic gene therapy are generally restricted to a single tissue of the patient in question. Until now, all gene therapies in the world have belonged to the regime of somatic therapy, germ line therapy having been a theoretical possibility only. Very recently, however, a method has been developed which is applicable to germ line therapy as well. In addition to technical challenges, severe ethical problems are associated with germ line therapy, demanding opinion statement. 31 Ihmisen geeniterapiassa avautuu uusia mahdollisuuksia

KIRJALLISUUTTA 1. Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. A programmable dual-rna guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science 2012;337:816 21. 2. Liang P, Xu Y, Zhang X, ym. CRISPR/ Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein Cell 2015;6:363 72. 3. Mali P, Yang L, Esvelt KM, ym. RNA-guided human genome engineering via Cas9. Science 2013;339:823 6. 4. Zhu Z, González F, Huangfu D. The icris- PR platform for rapid genome editing in human pluripotent stem cells. Methods Enzymol 2014;546:215 50. 5. Cong L, Ran FA, Cox D, ym. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science 2013;339:819 23. 6. 6. Friedmann T, Roblin R. Gene therapy for human genetic disease? Science 1972;175:949 55. 7. Sheridan C. Gene therapy finds its niche. Nat Biotechnol 2011;29:121 8. 8. Fletcher JC. Evolution of ethical debate about human gene therapy. Hum Gene Ther 1990;1:55 68. 9. Ginn SL, Alexander IE, Edelstein ML, Abedi MR, Wixon J. Gene therapy clinical trials worldwide to 2012 an update. J Gene Med 2013;15:65 77. 10. Thomas CE, Ehrhardt A, Kay MA. Progress and problems with the use of viral vectors for gene therapy. Nat Rev Genet 2003;4:346 58. 11. Lieber A. AAV display homing in on the target. Nat Biotechnol 2003;21:1011 3. 12. Li S, Huang L. Nonviral gene therapy: promises and challenges. Gene Ther 2000;7:31 4. 13. Gene therapy clinical trials worldwide [verkkosivu]. www.wiley.com/legacy/ wileychi/genmed/clinical/. 14. Pearson S, Jia H, Kandachi K. China approves first gene therapy. Nat Biotechnol 2004;22:3 4. 15. Richards S. Gene therapy arrives in Europe. The Scientist 6.11.2012. 16. Ylä-Herttuala S. Geeniterapialääkkeet tekevät tuloaan. Duodecim 2013;129:788 9. 17. Sander JD, Joung JK. CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes. Nat Biotechnol 2014;32:347 55. 18. Ledford H. CRISPR, the disruptor. Nature 2015;522:20 4. 19. Yin H, Xue W, Chen S, ym. Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation and phenotype. Nat Biotechnol 2014;32:551 3. 20. Ding Q, Strong A, Patel KM, ym. Permanent alteration of PCSK9 with in vivo CRISPR-Cas9 genome editing. Circ Res 2014;115:488 92. 21. Ran FA, Cong L, Yan WX, ym. In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9. Nature 2015;520:186 91. 22. Lanphier E, Urnov F, Haecker SE, Werner M, Smolenski J. Don t edit the human germ line. Nature 2015;519:410 1. 23. Baltimore D, Berg P, Botchan M, ym. Biotechnology. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification. Science 2015;348:36 8. 24. Germline editing: time for discussion. Nat Med 2015;21:295. 25. Bosley KS, Botchan M, Bredenoord AL, ym. CRISPR germline engineering the community speaks. Nat Biotechnol 2015;33:478 86.