Aiemmissa artikkeleissamme kerroimme, miten geenitestit ja geeniterapiat ovat tuoneet uusia mahdollisuuksia geneettisten sairauksien hoitoon[1–2]. Viime vuosina geeniterapia on ottanut valtavan kehitysaskeleen, kun solujen alkuperäisiä geenejä on opittu muokkaamaan. Näitä potilaiden omien solujen geenejä muokkaavia menetelmiä kutsutaan geenimuokkaukseksi tai geenieditoinniksi.[3]

Geenimuokkauksessa käytetään yksilöllisesti valmistettuja geenieditointiproteiineja, jotka sitoutuvat ennalta määrättyyn kohtaan potilaan DNA:ssa, katkaisevat sen ja saavat solun korjaamaan geenivirheen sisältämän kohde-DNA:n halutun kaltaiseksi. Potilaan omien solujen geenimuokkaus mahdollistaa pitkäkestoisen tai jopa pysyvän korjauksen geneettistä sairautta aiheuttavaan geenivirheeseen. Ensimmäiset geenimuokkauksessa käytettävät menetelmät olivat vaikeita, kalliita ja hitaita toteuttaa, mutta vuonna 2012 keksitty CRISPR-Cas9-menetelmä oli läpimurto geenimuokkauksen historiassa.[3–5]

Nobel-palkittu CRISPR-CAS9-menetelmä geeniterapiassa

Geenisaksiksi kutsutussa CRISPR-Cas9-menetelmässä hyödynnetään Streptococcus pyogenes -bakteerien luontaista kykyä torjua viruksia: itseään puolustaakseen bakteerit katkaisevat bakteerisoluun hyökänneen viruksen DNA:n Cas9-nukleaasin avulla. Tutkijat Jennifer Doudna ja Emmanuelle Charpentier keksivät hyödyntää tätä bakteerien puolustusreaktiota geenimuokkauksessa. Menetelmän nimessä oleva CRISPR (”Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”) on Cas9-nukleaasiin sitoutunut lyhyt RNA-juoste, joka ohjaa geenisakset sitoutumaan juuri oikeaan kohtaan kohdesolun DNA:ssa ja leikkaamaan DNA:ta täsmällisesti halutusta kohdasta. Tutkijat Doudna ja Charpentier palkittiin tästä keksinnöstään kemian Nobel-palkinnolla vuonna 2020.[6–8]

Geenisaksia voidaan hyödyntää niin perustutkimuksessa, diagnostiikassa kuin geneettisten sairauksien hoidossakin[9]. Kuten aiemmassa geeniterapia-artikkelissa[2] kerroimme, geeniterapiat suunnitellaan yksilöllisesti potilaan geenivirheen mukaisesti. CRISPR-Cas9-menetelmässä CRISPR-osan suunnittelu ja valmistaminen potilaan geneettistä sairautta aiheuttavan geenivirheen perusteella on helpompaa ja nopeampaa kuin aiemmilla menetelmillä, mikä tarjoaa täysin uusia lähestymistapoja geneettisten sairauksien hoitoon.[3–9]

Geenisakset potilaskokeissa

Kuten Jennifer Doudna omassa Nobel-luennossaan totesi, CRISPR-Cas9-menetelmä avaa lähes rajattomat mahdollisuudet geenimuokkauksen hyödyntämiseen niin perustutkimuksessa, biolääketieteessä kuin uusissa käytännön sovelluksissa[7]. Yhtenä haasteena vielä tällä hetkellä on CRISPR-Cas9-yhdistelmän kuljettaminen potilaan kohdesoluihin, jotta geenisaksia voidaan käyttää suoraan potilaassa (in vivo) eikä vaadita potilaan solujen käsittelyä laboratoriossa (ex vivo). Geenisaksiin liittyviä erilaisten sairauksien diagnostiikkaa tai hoitoa kehittäviä kliinisiä tutkimuksia on tälläkin hetkellä käynnissä kymmeniä[10].

Pisimmälle potilaskokeissa on päästy beetatalassemian ja sirppisoluanemian hoitotutkimuksissa[11,12]. Nämä molemmat ovat geneettisiä verisairauksia, jotka aiheutuvat mutaatiosta hemoglobiinigeenissä. Geenisaksia on onnistuneesti käytetty yksittäisillä perinnöllistä beetatalassemiaa ja sirppisoluanemiaa sairastaneilla potilailla[13]. Yhden geenivirheen aiheuttama perinnöllinen ATTR-amyloidoosi on myös CRISPR-Cas9-tutkimusten kohteena[14]. Suomalaisten kannalta geenisaksien onnistunut käyttö ATTR-amyloidoosin hoidossa tuo uutta toivoa suomalaisessa geeniperimässä kulkevan perinnöllisen amyloidoosin, Meretojan taudin hoitoon [15].

Tulevaisuuden toivoa ja tieteen etiikkaa

Nobel-luennossaan Jennifer Doudna muistuttaa geenisaksien käytön eettisyydestä ja yhteiskunnallisista tarpeista säädellä geenimuokkausmenetelmän käyttöä lääketieteessä[7]. Yllä mainituissa tutkimuksissa on tutkittu somaattisten solujen geenimuokkausta, jolloin geenisaksilla tehdyt muutokset eivät periydy potilaan mahdollisille jälkeläisille. Tällä hetkellä kansainväliset sopimukset kieltävät itusolulinjan solujen geenimuokkauksen[3–5, 7, 9]

CRISPR-Cas9-menetelmän myötä perinnöllisten sairauksien hoidossa on kuitenkin herätty uuteen eettiseen ristiriitaan: mikäli meillä on keinot ja tieto, jolla kuolemaan johtavan perinnöllisen taudin periytyminen voidaan estää, onko eettisesti oikein olla antamatta tätä hoitoa? Geenisaksien käyttöä tutkitaan jo erityisesti sellaisissa geenivirheiden aiheuttamissa harvinaissairauksissa, joihin ei ole parantavaa hoitoa (kuten Huntingtonin tauti tai kystinen fibroosi). Myös perinnöllisten syöpien ennaltaehkäisyssä geenisakset voisivat auttaa katkaisemaan sukupolvien jatkumon suvuittain esiintyvissä syövissä (kuten osa suolisto- ja rintasyövissä).[3–5, 7, 9]

Vaikka tällä hetkellä mikään geenimuokkausteknologia ei ole vielä valmis ihmissolujen perinnöllisten muutosten tekemiseen turvallisesti, teknologian kehittyminen tuo uusia mahdollisuuksia, joihin on hyvä valmistautua jo ennakkoon. Kansainvälinen tiedeyhteisö onkin julkaissut laajan kannanoton sellaisesta geenimuokkauksesta, jossa ihmisen geeniperimään tehdyt muutokset ovat periytyviä[16]. Kansainvälisillä sopimuksilla, tiedeyhteisön omalla vertaisarvioinnilla sekä yhteiskunnallisilla ja eettisillä säännöillä varmistetaan se, että uudet menetelmät mahdollistavat tulevaisuudessa yhä useamman geneettisen sairauden hoidon.

Lähteet:

1.  Terveytesi tähdet: Geenit kertovat - mutta mitä?

2. Terveytesi tähdet: Geeniterapia

3. Wartiovaara K. Geenihoitojen menetelmät ja kliininen käyttö. Duodecim 2021;137(8):845-51.

4. Wartiovaara K. Geenisaksilla voidaan vaikuttaa sairauden juurisyyhyn. Sic!-lehti. 2018:3. Lääkealan turvallisuus- ja kehittämiskeskus Fimea.

5. Alkhamy N, Curiel D & Berkland C. The era of gene therapy: From preclinical development to clinical application. Drug Discovery Today 2021:26;7.

6. The Nobel Prize in Chemistry 2020. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. Sun. 20 Feb 2022. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/summary/

7. Nobel Lecture: Jennifer Doudna, Nobel Prize in Chemistry 2020. The Nobel Prize. https://youtu.be/KSrSIErIxMQ. Vierailtu 11.8.2022.

8. Nobel Lecture: Emmanuelle Charpentier, Nobel Prize in Chemistry 2020. The Nobel Prize. https://youtu.be/3POrtQEpV2s. Vierailtu 11.8.2022.

9. El Ouar I, Djekoun A. Therapeutic and diagnostic relevance of Crispr technology. Biomed Pharmacother. 2021 Jun;138:111487. doi: 10.1016/j.biopha.2021.111487. Epub 2021 Mar 25. PMID: 33774312.

10. ClinicalTrials.gov. Tutkimukset hakusanalla ”CRISPR”. https://clinicaltrials.gov/ct2/results?cond=&term=crispr&cntry=&state=&city=&dist=. Vierailtu 22.2.2022.

11. Beetatalassemia (Orphanet). Terveyskirjasto. Duodecim. 26.11.2019. https://www.terveyskirjasto.fi/orp01731. Vierailtu 22.2.2022.

12. Sirppisoluanemia (Orphanet). Terveyskirjasto. Duodecim. 29.11.2019. https://www.terveyskirjasto.fi/orp01806. Vierailtu 22.2.2022.

13. Frangoul H et al. CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and β-Thalassemia. N Engl J Med 2021; 384:252-260. DOI: 10.1056/NEJMoa2031054.

14. Gillmore J et al. CRISPR-Cas9 In Vivo Gene Editing for Transthyretin Amyloidosis. N Engl J Med 2021;385:493-502. DOI: 10.1056/NEJMoa2107454.

15. Kiuru-Enari S & Haltia M. Perinnöllinen gelsoliiniamyloidoosi - 40 vuotta Meretojan tautia. Duodecim 2010;126(10):1162-71.

16. National Academy of Medicine, National Academy of Sciences, and the Royal Society. Heritable Human Genome Editing. Washington, DC: The National Academies Press. 2020.