Η Μοριακή Βιολογία συνεισφέρει στη διάγνωση γενετικών παθήσεων, λοιμώξεων αλλά και του καρκίνου, ανιχνεύοντας το υπεύθυνο γονίδιο. Συμβάλλει στην καλύτερη γνώση του παθολογικού από το φυσιολογικό DNA και παρέχει σύγχρονη θεραπευτική φροντίδα της υγείας του ανθρώπου

→Γονίδια που προκαλούν παθήσεις ή επιρρέπειες σε νόσους αναμένεται να αποτελέσουν ερευνητικούς καρπούς αυτού του φιλόδοξου σχεδίου της μελέτης του DNA

Του Δημήτρη Ν. Παπαχρήστου *

Η αναγνώριση του DNA ως μορίου που φέρει τη γενετική πληροφορία και ο καθορισμός της δομής του στα 1952 οδήγησαν στη διερεύνηση των μηχανισμών που διέπουν τη λειτουργία του. Η οργάνωση της γενετικής πληροφορίας σε γονίδια, η μετάδοσή της στις επόμενες κυτταρικές γενιές, η έκφρασή της πρώτα σε RNA και ύστερα σε πρωτεΐνες αποτέλεσαν αντικείμενο μιας ραγδαία αναπτυσσόμενης επιστήμης που μαζί με την επαναστατική βιοτεχνολογία που δημιούργησε ονομάστηκε Μοριακή Βιολογία(Μ.Β.). Η Μ.Β. πέτυχε να αποκαλύψει τα λεπτά στοιχεία της ζωής, της υγείας και της ασθένειας και να συνδράμει το έργο της ιατρικής γνωσιολογικά, διαγνωστικά και θεραπευτικά, συμβολή που συχνά αποδίδεται με τον όρο «Μοριακή Ιατρική».

Γνωσιολογική προσφορά τής Μ.Β.

Η κωδική αντιστοιχία μεταξύ νουκλεοτιδίων του DNA και αμινοξέων στήριξε μια μοναδική δυνατότητα: Γνωρίζοντας λίγα μόνο στοιχεία της δομής ή της λειτουργίας μιας πρωτεΐνης να είναι δυνατό να προσδιοριστεί το γονίδιό της, αλλά και αντίστροφα. Ετσι κατορθώθηκε να απομονωθούν ποικίλα γονίδια και πρωτεΐνες και να χαρακτηριστούν σε συνθήκες υγείας και ασθένειας. Η προσφορά αυτή της Μ.Β. στην ιατρική τοποθετείται σε τρία επίπεδα:

➊ Χαρακτηρισμός πρωτεϊνών και γονιδίων ανθρώπου

Μεγάλος αριθμός γονιδίων και πρωτεϊνών του ανθρώπου αποκαλύφθηκαν και χαρακτηρίστηκαν. Ανάμεσά τους περιλαμβάνονται:

α. Κυκλοφορούσες στο αίμα πρωτεΐνες (αιμοσφαιρίνη, ινσουλίνη και διάφορες ορμόνες και κυτταροκίνες)

β. Ενζυμα μεταβολικών οδών, όπως τα υπεύθυνα για τη φαινυλκετονουρία κιτρολινουρία και άλλες μεταβολικές διαταραχές. Ανάλογα, η γλυκοκινάση που μεταλλάξεις της προκαλούν μια σπάνια μορφή σακχαρώδους διαβήτη στα παιδιά (MODY).

γ. Πρωτεΐνες ανάπτυξης. Η κυτταρική ανάπτυξη εξαρτάται από 4 κατηγορίες πρωτεϊνών:

● Ορμόνες/αυξητικοί παράγοντες (πχ IGF-1, αυξητική ορμόνη κ.ά.)

● Υποδοχείς (π.χ. ινσουλίνης, παραθορμόνης κ.ά.)

● Μεσολαβητικές πρωτεΐνες (π.χ. αδενυλκυκλάση, G πρωτεΐνες κ.ά.)

Μεταγραφικοί παράγοντες (π.χ. υποδοχείς θυρεοειδικών ορμονών, υποδοχείς στεροειδών κ.λπ.). Διάφορα κλινικά σύνδρομα προκύπτουν από μεταλλάξεις τέτοιων πρωτεϊνών (π.χ. ινσουλινοπάθειες, ραχίτιδα, ψευδοϋποπαραθυρεοδειδισμός κ.ά.). Αλλες μεταλλάξεις αυτών των πρωτεϊνών οδηγούν το κύτταρο σε υπερπλασία ή εξαλλαγή (ογκογονίδια/ογκοπρωτεΐνες).

δ. Δίαυλοι ιόντων και μεταφορείς υλικών. Βρέθηκαν π.χ. τα γονίδια ποικίλων διαύλων νατρίου, καλίου, ασβεστίου, χλωρίου και διάφορων μεταφορέων γλυκόζης. Μεταλλάξεις τους οδηγούν σε παθήσεις, όπως π.χ. η περιοδική παράλυση και η παραμυοτονία. Ακόμη, το υπεύθυνο για την κυστική ίνωση γονίδιο κωδικοποιεί έναν δίαυλο χλωρίου.

ε. Χαρακτηρίζοντας γονίδια και πρωτεΐνες προάγεται η αντίληψη των λειτουργιών τις οποίες αυτές υπηρετούν. Ετσι, π.χ., Μ.Β. χαρακτηρισμοί των υποδοχέων όσφρησης και των μορίων που εμπλέκονται στην όραση (π.χ. οψίνη) οδήγησαν στην κατανόηση αυτών των αισθήσεων. Ετσι πρόσφατα έχουν χαρακτηριστεί σύνθετες λειτουργίες όπως η «όρεξη» και εν πολλοίς η «μνήμη».

➋ Χαρακτηρισμός γονιδίων/πρωτεϊνών λοιμογόνων παραγόντων

Γονίδια και πρωτεΐνες διαφόρων ιών, βακτηρίων και παρασίτων έχουν χαρακτηριστεί συμβάλλοντας στην κατανόηση της παθογένειας των νόσων που προκαλούν (π.χ. ιοί όπως της ηπατίτιδας Β ή του AIDS).

➌ Ανθρώπινο γονιδίωμα

Το 1990 μεγάλα ερευνητικά κέντρα συναποφάσισαν να μελετήσουν από κοινού το ανθρώπινο γονιδίωμα. Ετσι «διαβάστηκε» όλο το DNA του ανθρώπου (μεγέθους 6* 109 νουκλεοτίδια) και γνωστοποιήθηκε η δομή του (2003). Ομως ακόμη μόνο το 1% είναι χαρακτηρισμένο λειτουργικά. Γονίδια που προκαλούν παθήσεις ή επιρρέπειες σε νόσους αναμένεται να αποτελέσουν ερευνητικούς καρπούς αυτού του φιλόδοξου σχεδίου στο εγγύς μέλλον.

Διαγνωστική προσφορά τής Μ.Β.

Η Μ.Β. μπορεί να συμβάλει στη διάγνωση α) γενετικών παθήσεων, β)λοιμογόνων παραγόντων, γ)καρκίνου.

Μοριακή διάγνωση γενετικών παθήσεων είναι εφικτή όταν το υπεύθυνο γονίδιο είναι γνωστό. Μεγάλες αλλοιώσεις του γονιδίου (όπως π.χ. σε ορισμένες μορφές μεσογειακής αναιμίας) εύκολα ανιχνεύονται ηλεκτροφορητικά από διαφορές μεγέθους μεταξύ του φυσιολογικού και του παθολογικού DNA. Μικρές μεταλλάξεις μπορούν επίσης να ανιχνευθούν, όταν συμβαίνει να αλλοιώνουν αλληλουχίες του DNA στις οποίες δρουν εκλεκτικά ειδικά ένζυμα που τεμαχίζουν το DNA, οδηγώντας σε διαφορετικού μεγέθους τμήματα μεταξύ φυσιολογικού και παθολογικού. Ετσι, π.χ., μπορεί να διαγνωσθεί η δρεπανοκυτταρική αναιμία της οποίας η υπεύθυνη μετάλλαξη είναι σημειακή (Α→Τ), αλλά αλλοιώνει τη θέση δράσης του ενζύμου MstII. Σε άλλες περιπτώσεις σημειακές μεταλλάξεις μπορούν να ανιχνευτούν με απόλυτα εξειδικευμένο ανιχνευτή. Ετσι, π.χ., εντοπίζεται η ανεπάρκεια της αντιθρυψίνης (υπεύθυνης για πνευμονικό εμφύσημα ή ηπατική κίρρωση). Στα τελευταία χρόνια εφαρμόζεται η PCR (αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης), μέθοδος που σε ελάχιστο χρόνο μπορεί να παραγάγει πλήθος αντιγράφων ενός συγκεκριμένου DNA. DNA συνήθως εξάγεται από λευκά αιμοσφαίρια ή εμβρυϊκά κύτταρα (από αμνιοπαρακέντηση) και αναλύεται. Με τέτοιες μεθόδους επιτυγχάνεται γρήγορα ακριβής διάγνωση ποικίλων γενετικών νοσημάτων ή ακόμη ο εντοπισμός φορέων παθολογικών γονιδίων (π.χ. μυοδυστροφία Duchenne, κυστική ίνωση κ.ά.). Σε περιπτώσεις που το γονίδιο της γενετικής πάθησης είναι άγνωστο, μπορεί να γίνει γενετική διάγνωση αν συμβεί κάποιο άλλο γνωστό γονίδιο (ή αλληλουχία του DNA) να ακολουθεί τη γενετική του αποτελώντας δείκτη του. Ετσι η διάγνωση βασίζεται στην ανίχνευση αυτής της γνωστής αλληλουχίας. Τέτοιες ανιχνεύσιμες αλληλουχίες (RFLPs) υπάρχουν στο γονιδίωμα και έχει γίνει γνωστή η γενετική τους από πληθυσμιακές μελέτες.

Διάγνωση ιώσεων βακτηριδιακών λοιμώξεων παρασιτώσεων. Σήμερα με PCR μπορεί να ανιχνευθούν εύκολα τα DNA ποικίλων λοιμογόνων παραγόντων. Παραδείγματα αποτελούν τα διάφορα στελέχη του ιού των θηλωμάτων, το μυκοβακτηρίδιο της φυματίωσης κ.ά.

Διάγνωση καρκίνου. Η αναγνώριση ότι ο καρκίνος συνδέεται αιτιολογικά με υπερέκφραση ογκογονιδίων στηρίζει τη δυνατότητα ανίχνευσής τους, π.χ. η υπερέκφραση του ογκογονιδίου ras είναι σημαντική για καρκίνους πνεύμονα, ουροποιητικού ή αιμοποιητικού ιστού. Ανάλογα, η υπερέκφραση του ογκογονιδίου myc είναι δείκτης σοβαρότητας για νευροβλάστωμα και μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα. Οι ανιχνεύσεις ογκογονιδίων αποτελούν δείκτες πρόγνωσης ή καταλληλότητας για κάποια αγωγή.

 Προσφορά τής Μ.Β. στη θεραπευτική

Αυτή η προσφορά μπορεί να νοηθεί σε δύο επίπεδα:

➊ Παραγωγή θεραπευτικών παραγόντων με Μ.Β. μεθόδους

Τμήμα ανθρώπινου DNA (κωδικό της πρωτεΐνης που έλλειψή της προκαλεί κάποια πάθηση) εισάγεται σε βακτήρια και μύκητες, ανασυνδυάζεται με το DNA τους (rec.DNA) και αναπτύσσεται σε μεγάλες ποσότητες στις καλλιέργειές τους. Αργότερα δύναται να απομονωθεί από το DNA του ξενιστή. Ανθρώπινη ινσουλίνη για διαβητικούς, αυξητική ορμόνη για νάνους, αντιαιμορροφυλική σφαιρίνη για αιμοφιλικούς είναι χαρακτηριστικά παραδείγματα. Πέραν της θεραπείας των γενετικών παθήσεων σήμερα παράγονται ποικίλα rec μόρια (π.χ. ερυθροποιητίνη, ιντερφερόνη, παραθορμόνη, θυρεοτρόπος ορμόνη κ.ά.). Πρόσφατα rec μονοκλωνικά αντισώματα (έναντι ογκογονιδίου Her2) εφαρμόζονται στη θεραπεία του καρκίνου του μαστού.

➋ Θεραπεία με γονίδια

Η έλλειψη φυσιολογικών γονιδίων συνιστά το μοριακό έδαφος των γενετικών νόσων. Η θεραπεία με γονίδια που εισάγονται σε ωάρια έχει μελετηθεί μόνο σε πειραματόζωα. Οι προσπάθειες στον άνθρωπο περιορίζονται στην εισαγωγή DNA μόνο σε σωματικά κύτταρα. Συνήθως λαμβάνονται κατάλληλα κύτταρα από τον πάσχοντα, τροποποιούνται γενετικά και δίνονται πάλι στον ασθενή. Παρά τα προβλήματα που έχουν ακόμα αυτές οι μέθοδοι, σε αρκετές περιπτώσεις έχουν οδηγήσει σε επιτυχές θεραπευτικό αποτέλεσμα, π.χ. αμαυρωτική αμφιβληστροειδοπάθεια, είδη λευχαιμίας, πολλαπλό μυέλωμα ν. Parkinson, ανοσολογική ανεπάρκεια (ADA-SCID) ανεπάρκεια λιποπρωτεϊνικής λιπάσης.

Εν κατακλείδι η συμβολή της Μ.Β. στην ιατρική απέδωσε και αποδίδει σημαντικούς καρπούς, καλύτερη γνώση του ανθρώπου και νέα μέσα για τη φροντίδα της υγείας του.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

* Ο Δημήτρης Ν. Παπαχρήστου είναι αν. καθηγητής Ενδοκρινολογίας ΔΠΘ, ενδοκρινολόγος και παθολόγος/διαβητολόγος, PDF Yale Univ (USA) και Mc Gill (CANADA), διευθυντής Ενδοκρινολογικής Κλινικής Θεραπευτηρίου Metropolitan και σύμβουλος Ωνασείου Καρδιοχειρουργικού Κέντρου