12 Wirusy pogromcy nowotworów.pdf

w ~.1 J~ 0 ~tOMCY

Zmorę ludzkości, wirusy, można wykorzystać

do walki z innym koszmarem - rakiem

Dirk M . Nettelbeck, Ronald D . Alvarez i David I Curie)

wielkim bagażem, zabierając w drogę tylko własny materiał genetyczny

ciasno upakowany wewnątrz białkowego płaszcza, kapsydu . Następnie

przyczepiają sig do komórek, umieszczają w nich własne geny i wykorzystują ener-

gię i komórkowe mechanizmy do ich skopiowania oraz syntezy swoich białek . Dzię-

ki temu powielają się w tysiącach egzemplarzy . Nowo powstałe wirusy mogą się wy-

dostać z komórki w maleńkich pęcherzykach „ukradzionych" z błony komórkowej

albo dalej się namnażają, dopóki komórka nie zostanie rozerwana. W obu

przypadkach wirusy kolejno zakażają i niszczą swoich gospodarzy, powo-

dując różne choroby, od zwykłego przeziębienia po AIDS .

Wirusy wywołują bardzo różne choroby . Dzieje się tak m.in . dlatego,

że przed wniknięciem do komórki wirus musi przyłączyć się do odpowiedniego re-

ceptora na jej powierzchni. Relacja gospodarz-wirus jest oparta na swoistości tego

zjawiska. Komórki wątroby mają receptory jednego rodzaju, wykorzystywane przez

konkretną rodzinę wirusów, podczas gdy na powierzchni komórek nerwowych znaj-

dują się zupełnie inne receptory, atakowane przez wirusy z innej rodziny . Badacze

chorób nowotworowych od lat zazdroszczą wirusom tak precyzyjnej selekcji celu

ataku: gdyby potrafili równie dokładnie celować w komórki nowotworowe, nie wy-

rządzając szkody zdrowym, można by uniknąć wielu szkodliwych działań niepożą-

danych w leczeniu raka .

Niektórzy naukowcy, wśród nich i my, stosują metody inżynierii genetycznej

do konstruowania pocisków wirusowych, których zadaniem jest znaleźć i znisz-

czyć cel. Ich rola polega na selektywnym zakażaniu i zabijaniu komórek rako-

wych i pozostawieniu w spokoju komórek zdrowych . Ta nowa strategia, zwana

wirusoterapią, data obiecujące rezultaty podczas testów na zwierzętach . Obecnie

trwają próby kliniczne . Badacze oceniają jej skuteczność jako samodzielnej me-

tody oraz rozważają wykorzystanie wirusów „uzbrojonych" w odpowiednie geny

do dostarczania tradycyjnych leków stosowanych w chemioterapii bezpośred-

nio do komórek nowotworowych. Naukowcy posługują się także oznakowany-

mi wirusami, aby śledzić drogę ich przemieszczania się w organizmie chorego .

Atrakcyjny adenowirus

w 1912 ROKU pewien włoski ginekolog zaobserwował remisję raka szyjki macicy

u kobiety, którą wcześniej zaszczepiono przeciw wściekliźnie . Wirus użyty do szcze-

pienia był osłabioną formą tego samego, który wywoływał wściekliznę . To jeden

z pierwszych przypadków, gdy zauważono, że wirusy mogą przydać się w wal-

ce z rakiem. Pod koniec lat czterdziestych pacjentom leczonym na raka zaczęto

celowo podawać wirusy, ale tylko u nielicznych chorych zaobserwowano popra-

wę. 20 lat później naukowcy odkryli, że wirus wywołujący u drobiu tzw. chorobę

W Brusy to jedne z najbardziej podstępnych tworów natury . Podróżują z nie-

.\m

0: ~

yo:

0 .

ADENOWIRUSY wydostają się

z rozerwanej komórki nowotworu,

która wcześniej zostata zakaz

w celu unicestwienia. Wirusy

mogą teraz a~ 1 n

kolejne komórki guza.

CZERNIAK POD LUPĄ

Newcastle (pomór rzekomy kur) ma skłonność do atakowania

komórek nowotworowych . Wtedy podjęto próbę wzmocnie-

nia jego działania, hodując w laboratoriach niezliczone po-

kolenia wirusów na kulturach ludzkich komórek rakowych .

Przeciwnicy oponowali, że wirusy takie mogą oddziaływać

na nowotwór jedynie pośrednio, ogólnie aktywizując układ

odpornościowy pacjenta, dzięki czemu łatwiej wykrywa on

i niszczy komórki rakowe . Jednak w literaturze medycznej

wciąż pojawiały się doniesienia łączące infekcję wirusową

z remisją raka. Na początku lat siedemdziesiątych i w latach

osiemdziesiątych dwie grupy lekarzy opisały zmniejszanie się

chłoniaków, zaobserwowane u pacjentów, którzy zachoro-

wali na odrę.

Idea nowoczesnej terapii wirusowej pojawiła się pod ko-

niec lat dziewięćdziesiątych . Kalifornijscy badacze pod kie-

runkiem Franka McCormicka z firmy ONYX Pharmaceuticals

w Richmond i Daniela R . Hendersona z Calydon w Sunnyva-

le w Kalifornii niezależnie od siebie ogłosili, że potrafią za-

stosować genetycznie zmodyfikowane wirusy do niszczenia

ludzkich komórek rakowych wszczepionych myszom (obec-

nie firma ONYX nie prowadzi już badań nad wirusoterapią,

a Calydon został przejęty przez Cell Genesys z South San

Francisco). Obie grupy posłużyły się wywołującym przezię-

bienia adenowirusem . (Inne badane wirusy to Herpes sim-

plex, czyli wirus opryszczki zwyczajnej, parwowirus, wirus

odry, wirus krowianki, reowirus i wirus rzekomego pomoru

drobiu). Adenowirus jest atrakcyjny m .in. dlatego, że badacze

po latach poszukiwań leku na przeziębienie i eksperymentów

molekularnych bardzo dobrze znają jego biologię . Wirus skła-

da się z dwudziestościennej osłonki białkowej, czyli kapsydu,

wypełnionej DNA i uzbrojonej w 12 białkowych wypustek.

Ewoluowały one przez tysiące lat, zdobywając umiejętność

przyłączania się do komórkowego receptora, który ułatwia

tworzenie ścisłych połączeń międzykomórkowych.

Adenowirusy różnią się od typowych wirusów wykorzy-

stywanych w terapii genowej chorób dziedzicznych . W tej

metodzie tradycyjnie stosuje się retrowirusy, dzięki którym

„leczniczy" gen zostaje na stałe wbudowany do komórek pa-

cjenta, rekompensując brak jego poprawnie działającej kopii .

W odróżnieniu od retrowirusów adenowirusy nie wmontowu-

ją swoich genów w DNA zakażonych komórek . Wprowadzają

do nich swoje geny, ale funkcjonują one jedynie przez krótki

Czerniak, zbyt późno zdiagnozowany, należy do najbardziej śmier-

cionośnych odmian raka . Powstaje w wyniku niekontrolowanego

wzrostu komórek barwnikowych w skórze, zwanych melanocytami .

Naukowcy stosują nową metodę - terapię wirusową - aby selek-

tywnie uśmiercać komórki czerniaka, nie uszkadzając komórek

zdrowych. Jedna z technik wykorzystywanych w badaniach nad

czas, a potem ulegają zniszczeniu . Naukowcy prowadzą sze-

roko zakrojone badania nad zastosowaniem adenowirusów

do leczenia raka metodami zbliżonymi do terapii genowej .

Chodzi o to, by pozbawione możliwości namnażania się wiru-

sy przenosiły geny zwiększające podatność komórek rakowych

na chemioterapię lub radioterapię . Testy z wykorzystaniem

adenowirusów są uważane za bezpieczne . Niestety, w 1999

roku jeden z ochotników zmarł po podaniu adenowirusów

podczas prób klinicznych terapii pewnego schorzenia wątro-

by [ramka na stronie 78].

Specjaliści od terapii genowej pracują nad zupełnie nową

generacją wektorów wirusowych (czyli zmodyfikowanych wi-

rusów przenoszących geny do komórki), których wykorzysta-

nie pozwoli ograniczyć do minimum ryzyko powtórzenia się

takiej tragedii. Te wysiłki mają chyba jeszcze większe znacze-

nie dla badaczy zajmujących się, jak my, terapią wirusową .

Staramy się opracować bezpieczniejsze, precyzyjniej ukierun-

kowane wektory, ponieważ w terapii wirusowej chodzi o to,

by uśmiercać zakażone komórki rakowe, nie zadowalając się

wstawieniem do nich terapeutycznego genu . A zniszczenie

niewłaściwych komórek może mieć poważne skutki.

∎

Strzał w dziesiątkę

BADACZE oPRAcowu.IĄ dwie podstawowe strategie, bardzo pre-

cyzyjne i niepowodujące działań niepożądanych. Pierwsza

metoda, zwana ukierunkowaniem transdukcyjnym (transduc-

tional targeting), polega na próbach takiego przekształcenia

wirusów, by chętniej zakażały komórki rakowe niż zdrowe.

W drugiej, określanej jako ukierunkowanie transkrypcyjne

(transcriptional targeting), wirusy są poddawane modyfika-

cjom, które sprawiają, że aktywizacja, czyli transkrypcja, ich

genów staje się możliwa wyłącznie wewnątrz komórek nowo-

tworowych [ilustracje na stronach 76 i 77] .

Niestety, adenowirusy łatwiej wiążą się w organizmie z ko-

mórkami zdrowych tkanek niż z większością nowotworów, co

jest zrozumiałe, zważywszy na to, że w przyrodzie wyewolu-

owały nie po to, by na zamówienie onkologów zabijać i infeko-

wać komórki rakowe . Tę sytuację można jednak zmienić, two-

rząc cząsteczki pośredniczące w ataku wirusa na nowotwór .

Jednym elementem takiej cząsteczki może być przeciwciało

.'WY 9 s a . ę

k, a' c c 'nieWe.łki

:*Lei .7!'FTiTF

74 ŚWIAT NAUKI

NADZIEJE ONKOLOGII

czerniakiem polega na łączeniu jego komórek (czarne punkty na mikrofotografii z lewej) ze zdrowymi komórkami skóry (keratynocyta-

mi) i kolagenem w sztuczne ogniska raka, hodowane w laboratoriach . Jeden z nas (Nettelbeck) stworzył wraz ze współpracownikami

adenowirusa zdolnego wnikać wybiórczo w komórki czerniaka . Na zdjęciach pośrodku i z prawej zdrowe keratynocyty są zabarwione

na czerwono, komórki zakażone wirusem - na zielono. Zdjęcie środkowe wykonano przy użyciu wirusów nieukierunkowanych selektywnie

na komórki czerniaka . Te wirusy byty w stanie przeniknąć do komórek zdrowych, zabarwiając je na żótto . Natomiast wirusy ukierunko-

wane na komórki nowotworowe (z prawej) nie zakaziły żadnych zdrowych komórek, dlatego żadna z nich nie była żółta .

chwytające wypustki wirusa niczym klucz nasadowy nakręt-

kę . Do niego można dołączyć drugie przeciwciało lub inną

cząsteczkę wiążącą się wybiórczo z białkiem obecnym tylko

na komórkach nowotworowych. Mamy nadzieję, że w ten spo-

sób uniemożliwimy adenowirusom zakażanie innych komórek.

Kiedy związany z przeciwciałem wirus przyłączy się do ko-

mórki będącej celem ataku, jej los jest przesądzony . Komórka

otacza go fragmentem błony i wciąga do środka . Po rozpadzie

pęcherzyka wirus przemieszcza się w stronę jądra komórko-

wego i przez por jądrowy wstrzykuje własne DNA . Wkrótce

komórka rozpoczyna wytwarzanie kopii wirusowego genomu,

syntezę wirusowych białek i łączenie tych elementów w ty-

siące nowych adenowirusów . Kiedy całkowicie wypełnią one

komórkę, wirus powoduje jej rozpad i uwolnienie nowo po-

wstałych wirusów, które atakują kolejne komórki .

Możemy również przekształcać bezpośrednio same wirusy .

Zespół Curiela z Gene Therapy Center w University of Ala-

bama opracował adenowirusy wiążące się z białkami trans-

błonowymi, zwanymi integrynami . Cząsteczki te ułatwiają

komórkom przywieranie do siateczki tkanki łącznej, zwanej

macierzą zewnątrzkomórkową, organizującej komórki w spój-

ną tkankę. Choć integryny są wytwarzane również przez zdro-

we komórki, to nowotwory zaczynają produkować je w wiel-

kiej obfitości w chwili, kiedy następuje ich złośliwienie, tzn .

gdy zaczynają się przeciskać przez poszczególne warstwy tka-

nek i przemieszczać po całym organizmie, tworząc przerzuty .

Grupa badaczy z University of Alabama uzyskała zachęcające

wyniki, podając przekształcone wirusy myszom zakażonym

ludzkim rakiem jajnika . Wirusy odszukały komórki rakowe

i je uśmierciły, dzięki czemu zwierzęta wyzdrowiały .

Ukierunkowanie transkrypcyjne z reguły wykorzystuje ge-

netyczne włączniki (promotory), regulujące aktywność danego

genu w komórkach określonego typu . Choć każda komórka

organizmu zawiera pełną informację genetyczną, to wyspe-

cjalizowane komórki, na przykład mózgu czy wątroby, korzy-

stają z różnych genów. Komórkowy genom można porównać

do encyklopedii - poszczególne grupy komórek częściej zaglą-

dają na określone strony niż na pozostałe. Komórki naskórka

zwane melanocytami muszą na przykład syntezować barwnik

melaninę, podczas gdy komórkom wątroby białko to nie jest

potrzebne . Dlatego promotor kluczowego enzymu odpowia-

dającego za syntezę melaniny jest włączony w melanocytach,

a w większości innych tkanek pozostaje zwykle nieaktywny .

W przypadku czerniaka - groźnego nowotworu złośliwego

skóry - gen kodujący wspomniany enzym zachowuje pełną

aktywność, przez co nowotwór przybiera barwę czarną . Uda-

ło się nam, podobnie jak innym badaczom, wytworzyć adeno-

wirusy, w których promotor enzymu z melanocytu został po-

łączony z genami niezbędnymi wirusowi do replikacji . I choć

wirus ten może zakażać różne komórki, na przykład wątro-

by, to namnaża się wyłącznie wewnątrz melanocytów . Tylko

w tych komórkach występuje kombinacja czynników aktywu-

jąca promotor, a przez to uruchamiająca produkcję istotnych

białek wirusa.

Badacze pracują obecnie nad wstawieniem w genom adeno-

wirusów rozmaitych promotorów, ograniczających ich

działanie do określonych narządów lub tkanek . Do walki

z nowotworami wątroby można na przykład wykorzystać

fakt, że w ich komórkach zostaje ponownie aktywowany pro-

motor genu kodującego białko alfa-fetoproteinę. Normalnie

traci on aktywność już w okresie płodowym . Adenowirusy

wyposażone w ten promotor są więc nadzieją na skuteczną

walkę z nowotworami wątroby . Kierowany przez Jonathana

W. Simonsa, pracującego obecnie dla Prostate Cancer Foun-

DIRK M . NETTELBECK przewodzi zespołowi naukowców zajmujących

się terapią wirusową w German Cancer Research Center w szpitalu

uniwersyteckim w Heidelbergu . Jest biologiem molekularnym, a jako

stypendysta German Research Association, po obronie doktoratu,

przed kilkoma laty odbyt staż podoktorski w University of Alabama

w Birmingham . RONALD D . ALVAREZ jest profesorem i dyrektorem

oddziału onkologii ginekologicznej w szpitalu akademickim University

of Alabama, a także koordynatorem licznych programów edukacyj-

nych, diagnostycznych i terapeutycznych dotyczących chorób onko-

logicznych kobiet . Uchodzi za wybitnego specjalistę w dziedzinie

wirusoterapii transdukcyjnej raka jajnika . DAVID T. CURIEL kieruje

zespołem naukowców specjalizujących się w terapii genowej czło-

wieka w Gene Therapy Center w University of Alabama, a także

jest profesorem i wykładowcą w dziedzinie terapii genowej w Vrije

Universiteit Amsterdam w Holandii . Ma udziały w biomedycznej firmie

VectorLogics z Birmingham w Alabamie.

WYDANIE SPECJALNE 2009

ŚWIAT NAUKI 75

WIRUSEM W KOMÓRKĘ RAKOWĄ

W terapii wirusowej, w której wykorzystuje się namnażanie wirusów do niszczenia nowotworów, stosuje się dwie różne strategie . Pierw-

sza metoda, nazywana ukierunkowaniem transdukcyjnym (poniżej), polega na takim przeksztatcaniu wirusów (gtównie adenowirusów,

powodujących normalnie infekcje uktadu oddechowego), by selektywnie zakażaty i niszczyty wytącznie komórki zrakowaciate . Naukowcy

dotączają do ostonki biatkowej wirusa cząsteczki adaptorowe, aby uniemożliwić mu przenikanie do komórek zdrowych i ukierunkować

go na komórki rakowe .

f Wypustki f

ostonki f

biatkowej

wirusa

Komórka się rozrywa,

a wirus zakaża

i uśmierca kolejne , •

komórki rakowe

Cząsteczka

adaptorowe na

zmodyfikowanym

genetycznie

adenowirusie

Receptor

adenowirusa

na zdrowej komórce

Komórka nie jest

zakażana i niszczona

Ukierunkowany

wirus przejmuje

kontrolę nad komórką

rakową, namnażając

się w ilościach

powodujących

jej zniszczenie

ROWA

RKA

KOMÓ

hi%do

DNA KOMÓRKOWE

76 ŚWIAT NAUKI

NADZIEJE ONKOLOGII

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: