فرمت فایل: پاورپوینت- PowerPoint  

مرجع فایل - قابل ویرایش ) 

تعداد اسلاید : 30
ژنتيك مولكولي و ژن درمانی در بيماريهای ميتوکندريايی چکيده پس از کشف اولين بيماري مرتبط با اختلال در ژنوم ميتوکندري در اواخر سال هاي 1980 تاکنون، شمـــــــار بيماري هاي مرتبط با نقص در ژنوم ميتوکندريايي رو به افزايش است. با وجود پيشرفت هاي بي شمار در فهم اختلالات ميتوکندريايي چه در سطح ژنتيکي و چه در سطح بيوشيمايي، هنوز درمان رضايت بخشي براي اکثر اين بيماران وجود ندارد. بخش عمده اي از اين مسئله به اين دليل مي باشد که اکثريت اين بيماران داراي نقص در زنجيره تنفسي مي باشند که مسئول توليد انرژي مي باشد و تاکنون هيچ راه فرعي براي رساندن انرژي به اين افراد ازطريق مصنوعي شناخته نشده، درنتيجه اکثر توجه ها به سوي ژن درماني اين بيماري ها معطوف بوده است. در حال حاضر، سه راهکار براي ژن درماني بيماري هاي ميتوکندريايي وجود دارد: مهار تکثير ژنوم معيوب با استفاده از فناورري آنتي سنس، معرفي ژن سالم به ميتوکندري و معرفي ژن سالم به هسته با هدف انتقال محصول پروتئيني ژن سالم به ميتوکندري. هر گونه موفقيتي در ژن درماني ميتوکندري بستگي به دردست بودن ناقالين مناسب اختصاصي براي ميتوکندري مي باشد. در مقاله مروري حاضر با استفاده از منابع جديد و معتبر فراوان به معرفي روش هاي جديد ژن درماني و سيستمهاي موجود براي رها شدن اختصاصي ژن به ميتوکندري پرداخته شده است. ناقلين اختصاصي ميتوکندري بايد داراي دو ويژگي باشند: بايد ژن موردنظر را به طور اختصاصي درميتوکندري رها كنند وازطرفي نبايد آن را درطول آندوسيتوز رها سازند. مدت هاي طولاني است که مي دانيم ترکيبات آمفي فيل داراي مرکز باردار کاتيوني چون ردامين 123و دکوالينيوم داراي تجمع داخل ميتوکندريايي مي باشند. اين ترکيبات داراي چربي دوستي کافي همراه با مرکز باردار مثبت هستند. خاصيتي که موجب کاهش تغييرات انرژي آزاد به هنگام انتقال از محيط آبي به محيط هيدروفوب مي شود و به هنگام عبور از غشاء ميتوکندري به منظور تجمع در ميتوکندري مورد نياز مي باشد. اخيرا ناقلي معرفي شده است که از دکوالينيوم ساخته شده و به همين نام نيز ناميده مي شود. مطالعات نشان داده است که اين ناقل به ژن موردنظر متصل شده و آن را از حمله نوکلئازها محافظت مي کند. با توجه به ويژگي ذاتي اين ماده براي تجمع در ميتوکندري به نظـــــر مي رسد که اين ناقل مي تواند به منظور رهاسازي اختصاصي ژن ها در ميتوکندري استفاده شود مقدمه ميتوکندری نخستين بار، حدود يکصد سال پيش توسط Altman مشاهده شد. او آن را اندامگان ابتدايی ( elementary organism) ناميد و ميتوکندری را اندامگانی بازندگی آزاد که درسلول قرار گرفته است توصيف کرد. جالب توجه است که اغلب شواهد امروزی ، اين نظريه را تقويـــت کرده و تأکيد دارد که ميتوکندری از باکتری های قديمی مشتق شده است. ميتوکندری نخستين اندامگان سلولی است که ارتباط آن با بيماری های انسانی مشخص شد. بدين ترتيب که Luft و همکاران در سال 1962 شواهدی مبنی بر بدکاری ميتوکندری در بيماران دارای متابوليسم بالا ارايه کردند. درپی آن، گزارش های ديگری مبنی برنقص در زنجيره تنفسی و اختلالات ريخت شناسی در بيماران بــا شکل های مختلف سندرم انسفالوميوپاتی ، آن را تأييد کرد. در 1963، Nass و Nass با کشـــــــف غير منتظره خود، نشان دادند که ميتوکندري داراي DNA ويژه به خود (mitochondrial DNA=mtDNA ) مي باشد. در سال 1981، توالي بازي کامـل mtDNA انسان و موش گزارش شد. هر چند که پايه ژنتيکي اختلالات ميتوکندريايي تاسال 1988 مبهم بود. دراين سال بود که نخستين جهش بيماريزا در ميتوکندري گزارش گرديد(1). کشف مذکور موجب شد که پژوهشها بروي بيماري هاي ميتوکندريايي متمرکز شود و شمــار بيماري هايي که درارتباط با نقص در mtDNA هستند به نحو قابل توجهي ـ به ويژه در خلال دهة اخير- افزايش يابد. تاسال 1999 بيش از 50 جهش مختلف با جابجايي باز و بيش از 100 بازآرايي مختلف که موجب بيماري هاي مختلف درانسان مي شود در mtDNA مشخص گرديده است(2). اين يافته ها، موجب ايجاد يک انقلاب بزرگ وگشايش حوزه اي جديد در پزشکي به نام پزشکي ميتوکندري (Mitochondrial Medicine ) شده است(2). پيشرفت هاي اخير در زمينه استفاده از الگو هاي حيواني، با آسان کردن مطالعات مولکولي، موجب گسترش اطلاعات و در نتيجه ايجاد داروهاي جديد و نيز استراتژي هاي درماني نو براي بيماري هاي ميتوکندريايي گرديده است(3). علي رغم پيشرفت در فهم نقص هايmtDNA در سطح بيوشيميايي و ژنتيکي، هنوز درمان رضايت بخشي براي توده وسيعي از بيماران در دسترس نيست. بخش عمده اين فقدان، به دليل آن است که تقريبا" تمام نقص هاي mtDNA به نحوي با متابوليسم اکسيداتيو و توليد ATP همراه هستند و درمان آن توسط يک مسير فرعي و يا از شيوه وارد کردن اين متابوليت ( ATP) به بدن در حال حاضر، غير ممکن به نظر مي رسد. اين مسئله، درمان هاي بيوشيميايي رابراي بيماران محدود کرده و موجب شده است که دانشمندان به ژن درماني روي آورند. ژن درماني در ميتوکندري، البته هنوز به شکل نظري و در حد آزمايش هاي اوليه در الگو هاي حيواني مطرح است. هر امکاني براي تعويض ژن به استفاده از ناقلين (vectors ) مناسب انتقال دهنده وابسته مي باشد که ژن مورد نظر را وارد اندامگان هدف (ميتوکندري) کند(3). اگر چه در سالهاي اخير پيشرفت هاي بسياري در اين زمينه به دست آمده است، اما ناقلين جهت دار هنوز در دست بررسي و آزمايش هستند. دراين مقاله با استفاده از ده ها منبع معتبرو جديد، به طور خلاصه به معرفي ميتوکندري، خصوصيات آن، بيماري ها و روش هاي درماني موجود براي آن که تا به امروز وجود دارد پرداخته شده اســــت. به علاوه، روشهاي ژن درماني موجود، ويژگي ها، مزايا و معايب هر روش توضيح داده شده است.   ويژگيهاي ميتوکندري نياي ميتوکندري احتمالا، باکتري هاي قديمي بوده اند که در شکل انگل درون سلول يوکاريوت هاي اوليه زندگي مي کرده اند. برخي از رخدادهاي صورت گرفته درخلال 5/1 بيليون سال، موجب حذف يا انتقال اغلب ژنوم باکتري به هسته و تغيير انگل درون سلولي به يک اندامگان کامل وابسته به هسته گرديده است (2). هسته، 80% ژنهاي زير واحدهاي مسير فسفريلاسيون اکسيداتيو و تمام ژنهاي لازم براي متابوليسم هاي حد واسط ميتوکندري مانند چرخه کربس، اکسيداسيون اسيدهاي چرب ، متابوليسم اسيدهاي آمينه، زيست زايي (biogenesis ) ويتامين ها و پروتئين هاي لازم براي ميتوکندري را داراســت (4) . در نتيجه چون منشاء آن يک همزيست قديمي است ژنهاي آن با ژنهاي هسته، تفاوت هايي در فرايندهايي مانند همانندسازي، رونويسي و ترجمه دارا مي باشد. ازنظر کليد هاي رمز ژنتيکي و عوامل لازم براي اعمال مختلف بين ميتوکندري با هسته تفاوتهايي وجوددارد. اين واقعيت موجب مي شودکه سنتزپروتئين آن به آنتي بيوتيک هايي که اين عمل را در پروکاريوت ها مهار مي کند، ونيز به آنتي بيوتيک هايي که ترجمه سيتوزولي يوکاريوت ها را مهار مي کند حساس باشد(5). ميتوکندري، يک اندامگان کوچک درون سيتوپلاسمي با اندازه 1-5/0 ميکرومتر است که در سيتوپلاسم سلول هاي هسته دار يوکاريوتي يافت مي شود و دارايDNA مربوط به خـــود (mtDNA) مي باشد ( 1 ). ميتوکندري ها به طور قابل توجهي کشايند (elastic) و متحرک بوده و شکل آن قابل تغيير است. نيز، قابليت با هم يکي شدن و دوباره از هم جدا شدن را دارند. حرکت آنها توسط ميکروتوبول ها (microtubules ) تنظيم مي شود و اين امر موجب توزيع ميتوکندري به سلول هاي متفاوت مي گردد. همچنين، داراي دو غشاء (دروني و بيروني) وماتريکس بين دوغشاء و ماتريکس دروني مي باشند. غشاء خارجي به مولکول هاي کوچک تاKD 10نفوذ پذير است و درنتيجه توليد يک فضاي بين غشائي مي کند که از نظر شيميايي (به ويژه مولکول هاي کوچک) معادل سيتوزول مي باشد. غشاء دروني تنها بــه 2O و 2Co نفوذپذير است. نفوذناپذيري امري مهم و حياتي است که موجب حفظ شيب پروتون توليدي به هنگام انتقال الکترون درطول زنجيره تنفسي مي گردد. شيب پروتون براي توليدATP لازم و ضروري است. توليد ATP و انرژي سلولي مهمترين واصلي ترين نقش ميتوکندري محسـوب مي شود( 1 ). غشاء دروني داراي کريستاها و شيارهايي است که موجب افزايش سطح غشا براي انجام واکنش هاي زنجيره تنفسي مي شود. اين کريستاها مي تواند ساختار لوله اي ساده يا پيچيده ( صفحه اي، مجرايي) را نشان دهند( 6 ). غشاء دروني داراي مجموعه يا کمپلکس هاي زنجيره تنفسي مي باشد و در نتيجه حجم بالايي از پروتئين هاي غشائي غيرمعمول را داراست. به علاوه داراي انواع پروتئين هاي انتقال دهنــــده (ناقل) مي باشد. ماتريکس يا فضاي دروني شامل mtDNA ، ريبوزوم و پروتئين هاي لازم براي همانندسازي، رونويسي، ترجمه mtDNAونيز آنزيم ها و متابوليت هاي لازم براي ديگرفعاليت هاي ميتوکندري (از جمله چرخه کربس، بتااکسيداسيون اسيد هاي چرب، متابوليسم اسيدهاي آمينه، زيست زايي ويتامين ها و ريبوزوم)، است. مواد غذايي درون ماتريکس اکسيد شده و نتيجه آن احيا کمک عامل ها و انتقال الکترون ها به مجموعه هاي آنزيمي در غشاء دروني مي باشد. خارج شدن الکترون توســط سه عدد از اين مجموعه ها، ايجاد شيب پروتون و در نتيجه توليد ATP مي کند (1 ). از آنجا که ميتوکندري مرکز مهم متابوليسم سلولي است و در بسياري از مسيرهاي متابوليکي درگير است، معمولا" بخش وسيعي از حجم سلول را اشغال مي کند. سلول هاي انساني بسته به نياز خود به انرژي، از چند تا چندين هزار ميتوکندري رادارا مي باشند. ازدياد ميتوکندري توسط تقسيم دوتايي است. در نتيجه هر ميتوکندري از ميتوکندري پيشين حاصل مي شود( 4). سهم ميتوکندري در بيماري هاي انسان: نخستين بيماري ميتوکندريايي گزارش شده، بيماري Luft,s (1962) است که درآن فرآيند جفت شدن بين زنجيره انتقال الکترون و توليد ATP دچار اختلال مي شود. بيماران به دليل نبود ارتباط براي توليد ATP، حجم بالايي از اکسيژن را از دست مي دهند. اين انرژي در شکل گرما هدر رفته و توليد عرق فراوان دراين افراد مي کند. پس از اين کشف به زودي معلوم گشت که در بيماران داراي سندرم انسفالوميوپاتي نيز نقص در توليد انرژي وجود دارد ( 1 ) . اگرچه mtDNAدر 1963 کشف شد اما جهش هاي آن تا 1988 گزارش نشده بود. دراين سال بود که Holt و همکاران نشان دادند که بيماران داراي ميوپاتي ميتوکندريايي داراي جهش حذفي در mtDNA مي باشند. Wallace و همکاران نيز وجود جهش نقطه اي در ژن رمز کننده زير واحد 4 مجموعـــــة 1 (ND4) از ميتوکندري را در خانواده هاي داراي(LHON leber hereditary optic neuropathy = ) شناسايي کردند. پس ازآن ودرحدود 12 سال نقشه بيماريزايي mtDNA از يک جهش نقطه اي (1988 ) به 115 جهش نقطه اي در ژانويه 2001 افزايش پيدا کرد. به اين رخدادها بايد بازآرايي هاي بي شمار حذفي، دوتاشدگي واضافه شدن بازي را نيز اضافه کرد که درابتدا توسط گـــــــروه Anita Harding مشخص شد و سپس و به سرعت، شکلهاي بسياري از فلج‌هاي خارجي چشمي پيشرفت کننده نيز شناسايي گرديد( 3 ). بيماري هاي ميتوکندريايي را از نظر بيوشيميايي مي توان به سه گروه تقسيم کرد ( 9و10) : اختلال درآنزيم هايي که مسئول انتقال سوبستراها از غشاء ميتوکندري هستند. اختلال در آنزيم هاي مربوط به چرخه هاي متابوليکي ميتوکندري . نقص در زنجيره تنفسي. اندام هاي درگير واختلالات عمومي آنها در بيماري هاي ميتوکندريايي : قلب: قلب اندامي است که سطح بالايي ازATP را نياز دارد و يک سوم حجم سيتوپلاسم سلول‌هاي قلبي را ميتوکندري اشغال کرده است. سالها است مشخص شده که عدم توليد انرژي کافي ، عامل مهمي در ارتباط با اختلالات قلبي محسوب مي شود. هيپرتروفي عروق بطني و هيپرتروفي همراه با افزايش حجم ميتوکندري پاسخ جبراني مهم در اين گونه موارد مي باشد. مبتلايان داراي حذف در mtDNA، اغلب دچار انسداد بين دهليز و بطن در قلب مي شوند. سه نوع از اين عارضه شناسايي شده است که از نوع 1 به نوع3، پيشرفت بيماري را شاهد هستيم. درنوع3، بين دهليزوبطن به طور کامل مسدود مي شود. اين بيماران، انبساط کارديوميوپاتي را نيز نشان مي دهند. برخي جهش هاي نقطه اي درmtDNA با انواع پراکنده و انواع مادرزادي هيپرتروفي و انبساط کارديوميوپاتي همراه مي باشد. مشخص شده است که بدکاري ميتوکندري، موجب اختلالات قلبي وابسته به سن مي شود. افزايش فراواني نقص سيتوکروم اکسيداز در سلول هاي قلبي افراد سالمند مشاهده شده است( 1 ). ديابت مليتوس و چاقي : غشاء دروني ميتوکندري دارايUCP(uncoupling protein) مي باشد که در توليد گرما و کنترل ذخيره چربي درگير مي باشد. اين پروتئين، نفوذ پروتون از غشاء دروني ميتوکندري را افزايش مي دهد. و انرژي ذخيره شده حاصل از شيب الکتروشيميايي پروتون (به جاي سنتزATP ) با توليد گرما توسط اين پروتئين، هدر مي رود. در نتيجه، در محل هاي ذخيره چربي موجب کاهش ذخيره تري آسيل گليسرول (triacylglycerol ) مي شود. نقش ديگرUCP، محدود کردن توليد راديکال ها توسط زنجيره تنفسي است. نخستين UCP شناخته شــــــده، 1- UCP است که تنها دربافت چربي قهوه اي بيان مي شود. پس از آن، سه همساخت ديگر UCP کشف شدند: 2- UCP که دربسياري از بافت ها بيان مي شود. 3- UCP که بيشتر در عضله اسکلتي بيان مي شودوUCP-4 که در مغز بيان مي گردد. تمام اين همساخت ها، انتقال دهنده هاي آنيون در ميتوکندري مي باشند و حدودkD 30 وزن دارند. و به شکل دايمر در غشاء دروني قرار دارند در حالي که مکانيسم تنظيمي ميتوکندري توسط UCP هنوز ناشناخته است. اختلالات عصبي : با افزايش سن و کاهش عمل ميتوکندري، نورونها به دليل نياز بالاي خود به انرژي در معرض آسيب هستند. نورونها بافت هاي پس ميتوزي (Post mitotic ) هستند و درمقايسه با بافت هاي ميتوزي، داراي استعداد بالايي براي تجمع جهش هاي خودبخودي mtDNA مي باشند. شواهد متعددي بيانگر آن است که در بيماري زايي پارکينسون، نقص هاي اکسيداتيو فسفريلاسيون و افزايش آسيب هاي اکسيداتيو نقش دارد. اين احتمال را مي توان در ديگر اختلالات عصبي وابسته به سن نيزدر نظر گرفت. در بيماري پارکينسون نقص در مجموعه يک و افزايش آسيب هاي اکسيداتيو نيز مشاهده شده است. اگر چه عدم دسترسي به بافت مغز، عاملي محدود کننده براي مطالعه نقش ميتوکندري در بيماري ها و ضايعات عصبي به شمارمي رود، اما دراين زمينه، الگو هاي حيواني، بسيارمددکار مي‌باشند(1و12 ) . مرگ سلولي نکروزي و آپوتوز : اخيرا" روشن شده است ک ميوکندري هم در آپوتوز (apoptosis) و هم در نکروزه شدن سلول نقش محوري دارد. مرگ سلولي براثر نکروزه شدن در پاسخ به آسيب حاد بوده و نتيجه آن سريع مي باشد. اين رخداد موجب مرگ غير قابل کنترل همراه با ليزسلولي شده و همچنين پاسخ هاي التهابي را موجب مي گردد. تخليه ATP، وارد شدن مقادير زيادي کلسيم به سلول و آسيب هاي وسيع ميتوکندري از رويدادهايي است که در پي مرگ سلولي نکروزه، رخ مي دهند (13 ). در حالي که در خلال آپوتوز، برنامه مرگ سلولي فعال مي شود. اين امر موجب تخريب ساختار سلولي توسط خود سلول شده و توسط سلول هاي اطراف فاگوسيتوزه مي گردد. و در نتيجه ترکيبات خطرناک به بيرون و اطراف سلول نشت نمي کند و از اين رو پاسخ التهابي نيز مشاهده نمي شود . آپوتوز در خلال رشد براي برداشت و حذف سلول هاي زائد در پاسخ به آسيب هاي سلولي مانند عفونت ويروسي يا تغيير شکل ها ايجاد مي شود. تفاوت بين آپوتوز و نکروزه شدن قراردادي است. کامل شدن آپوتوز نياز به ATP دارد و چنانچه پس از شروع آپوتوز سطح ATP از يک سطح آستانه پايين بيايد، فرايند آپوتوز متوقف شده و نکروزه شدن صورت مي گيرد. ميتوکندري در ورود سلول به آپوتوز نقش دارد. سلول ها مجبور هستند که به نحو برگشت ناپذير وارد آپوتوز شوند، اگر کاسپاز (Caspase ) فعال شود. کاسپاز، سيستئين پروتئاز است که در قالب پيش شکل هاي غير فعال در سيتوپلاسم حضور دارد وتوسط اتوپروتئوليز ( auto- proteolysis) فعال مي گردد. سپس پروتئوليزهاي ديگر فعال مي شود و به دنبال هم به صورت آبشاري ادامه يافته و موجب انجام آبشار کاسپاز و مرگ سلول مي شود. ميتوکندري با آزاد کردن سيتوکروم Cاز فضاي بين دو غشا به سيتوپلاسم، موجب آبشار کاسپاز مي شود. در سيتو پلاسم، سيتوکروم C با 1- Apaf و پيش کاسپاز 9 واکنش داده و پيش کاسپاز 9 فعال شده، پروکاسپاز 3 را نيز فعال مي کند و در نتيجه آپوتوز القا مي شود. اينکه چگونه ميتوکندري، سيتوکروم C را رها مي کند ناشناخته است، امابه دنبال تحريک پيش آپوتوزي، غشاء بيروني ميتوکندري به سيتوکروم و ديگر پروتئين هاي بين دو غشاء نفوذپذير مي شود. يکي ديگر از پروتئين هاي فضاي بين دو غشاء، پروتئين KD 50 به نام عامل القا کننده آپوتوز ( apoptosis inducing factor=AIF) مي باشد که اگر چه به طور مستقيم موجب فعال شدن کاسپاز سيتوپلاسمي نمي شود اما در عوض در هسته قرار گرفته و موجب القاء آپوتوز مي شود( 11و13). مشکلات بيماريزائي مربوط به اختلالات ميتوکندريايي : در رابطه با اين پرسش که چرا نقص در يک مسير مشابه، موجب ايجاد علائم و نشانه هاي مختلف و متنوع مي شود، پاسخ روشني دردست نيست. برخي پاسخ ها به ژنتيک ميتوکندري به ويژه هتروپلاسمي و اثر آستانه اي اشاره دارند. بدين معني که بافت هاي مختلف بيماران با يک نقص مولکولي يکسان مي تواند داراي بار جهشي متفاوت باشد و در نتيجة اين بار جهشي، برخي از بافت ها از اثر آستانه اي عبور کنند. در حالي که در ديگر بافت ها، بار جهشي به حد آستانه بيماريزايي نرسيده است ( 3). در رابطه با ميزان شيوع بيماريهاي ميتوکندريايي، به سه مطالعه اشاره مي شود. اين مطالعات در کشورهاي اروپاي شمالي صورت گرفته است که در آنها مهاجرت اندک بوده و سيستم هاي مراقبت و بهداشت همگن دارند. در مطالعه اي درشمال فنلاند مشخص شد که فراوانيG 43 32 A ( MELAS) دراين ناحيه، 3/16 در هر صد هزار مي باشد. در مطالعة مربوط به شمال شرق انگليس مشاهده کردند که حداقل شيوع جهش هاي بيماريزا در جمعيت 84/12 در هر صدهزار مي باشد. سومين مطالعه مربوط به غرب سوئيس مي باشد که روي کودکان پيش دبستاني متمرکز بوده و مشخص شده است که فراواني بيماري هاي ميتوکندريايي 1 در هر 11 هزار مي باشد. سه مطالعه مذکور نشان مي دهد که بيماي هاي ميتوکندريايي، کمياب نبوده و فراواني آنها در حدود بيماري هاي متابوليک و بسيار شايع تر از ديستروفي عضلاني مي باشد . همچنين با کرة هانتينگتون وMotor neuron قابل مقايسه هستند. تشخيص پيش از تولد نيز مشکلاتي را به همراه دارد: جهش هاي مشاهده شده در آزمون هاي آمنيوسيتوز (amniocytes) و يا پرزهاي جفت ممکن است در ديگر بافت هاي جنين نباشند. بار جهشي در نمونه هاي پيش از تولد ممکن است در همان دوران جنيني يا پس از تولد به دليل پخش ميتوزي (تقسيم در دوران جنيني يا پس از تولد و در نتيجه تغيير ميزان ميتوکندري در سلول هاي دختر) تغيير کند( 3 ). استفاده از روش هاي ژنتيک مولکولي براي شناسايي جهش: از روش هاي ژنتيک مولکولي براي تعيين جهش در ژنوم هسته اي و ژنوم ميتوکندري استفـــــاده مي شود. شناسايي جهش نقطه اي mtDNA توسط روش واکنش زنجيره اي پليمرازي (PCR ) آسان است در حالي که از روش بلات ساترن (Southern blot. ) براي تعيين بازآرايي هاي mtDNA استفاده مي شود. يک مشکل در دستاوردهاي تشخيصي اين است که علي رغم سطح بالاي حذف هاي هتروپلاسمي و جهش نقطه اي در عضله، اين جهش ها ممکن است درخون مشخص نشوند( 1 ). درمان بيماري هاي ميتوکندريايي: راههاي متفاوتي براي درمان بيماريهاي حاصل ازاختلالات ميتوکندريايي مشتمل برمواردزيروجود دارد: حذف متابوليت سمي، ايجاد پذيرنده هاي الکتروني مصنوعي، طراحي متابوليت و کمک عامل (cofactor )، ايجاد جاروکننده هاي راديکال هاي اکسيژن؛ درمان هاي موقتي؛ ژن درماني و مشاوره ژنتيک (14 ). دارو درماني: از درمان هاي اوليه موفق مي توان به درمان ميوپاتي با نقص در مجموعة 3 توسط آسکوربات (ascorbate) و مناديون (menadione)، درمان ميوپاتي چشمي با کوآنزيم Q ((coenzymeQ=CoQ و با سوکينات به اضافه کوآنزيم Q، درمان بيماران قلبي باCoQ ودرمان لاکتيک اسيدوز (lactic acidosis) با دي کلرواستات (dichloroacetate) اشاره کرد (4) . شماري دارو شناخته شده اندکه سلول هاي پستانداران را از mtDNA تخليه مي کنند. همانند سازي mtDNA در خلال کل چرخه سلولي (حتي در سلول هايي که ديگر در حال تقسيم نيستند) مي تواند صورت گيرد. بنابراين، مهار سنتز mtDNA موجب خالي شدن سلول هاي در حال تقسيم ازmtDNA مي شود. ميزان mtDNAدرسلول هاي بافت هاي مختلف بسته به نيازآنها به انرژي متفاوت است اين ميزان متفاوت، عامل تعيين کننده حساسيت بافت هاي مختلف به داروهايي است که با mtDNA ارتباط داشته يادرگير هستند. سلول هاي برخي بافت ها مانند عضله مي توانند در پاسخ به تغييرات انرژي، ميزانmtDNA خود را حتي تا 5 برابر تغيير دهند سميت داروها که موجب القاء انتخابي کاهش mtDNA مي شود داراي يک تاخير اوليه است که به زمان لازم براي تغيير تعداد نسخه هاي mtDNA مربوط مي باشد. بنابراين زمان آستانه اي مورد نياز است که براي سلول ها و بافت هاي مختلف متفاوت است. داروهايي که استفاده مي شوند شامل مهارکننده هاي DNA پليمراز ميتوکندريايي، مهارکننده هاي توپوايزومراز ميتوکندريايي، داروهاي انترکاله شونده در mtDNA ، داروهاي غير انترکاله شونده درmtDNA وکاتيون هاي ليپوفيلي مي باشد( 15 ). ژن درماني علي رغم پيشرفت و گسترش اطلاعات مربوط به نقص هاي mtDNA در سطوح بيوشيميايي و ژنتيکي هنوز درمان رضايتبخشي براي توده وسيعي از بيماران در دسترس نمي باشد. بخش عمده اين چالش به دليل اين واقعيت است که تقريبا" تمام نقص هاي mtDNA به نحوي با متابوليسم اکسيداتيو درگير مي باشند و برطرف کردن نقص از طريق يک مسير فرعي با دادن متابوليت حمل کننده انرژي امکان پذير نيست. اين مسئله درمان هاي بيوشيميايي را براي بيماران محدود کرده و موجب شده است که دانشمندان به ژن درماني روي آورند. بديهي است که ژن درماني در mtDNAهنوز به طور عمده در سطح نظري مطرح شده است. زيرا به طور مثال هر امکاني براي جايگزيني ژن، به استفاده از ناقلين انتقال دهنده ويژه ميتوکندري وابسته مي باشد که چنين ناقليني هنوز غير قابل دسترس هستند (9) . به طور کلي، دونوع متفاوت ژن درماني در ميتوکندري مد نظر است ( 10و16-18 ) : ژن درماني مستقيم ( direct mitochondrial gene therapy) . دراين روش ژن يا DNA به طورمستقيم درميتوکندري است که درنتيجه آن، رونويسي و ترجمه ژن درمانگر نيز درون ميتوکندري بايد تحقق يابد. ژن درماني غير مستقيم ( indirect mitochondrial gene therapy). دراين روش ابتدا ژن طبيعي يا درمانگر را وارد هسته مي کنند و سپس از روي آن رونويسي انجام مي گيرد و رونوشت حاصل وارد سيتوپلاسم شده و در سيتوپلاسم ترجمه مي گردد. درمرحله پاياني فرآوردة ژن درمانگر بايد وارد ميتوکندري شود تا در آنجا فعاليت خود را انجام دهد. استفاده از مواد ميتوکندري دوست براي درمان شايان ذکر است که مواد و کاتيون هاي زيادي مانند نمک هاي فسفونيوم ( PH4) و اتيديوم برومايد به ميتوکندري گرايش دارند (ميتوکندري دوست هستند) و توسط ميتوکندري موجود در سلولهاي زنده جذب مي شوند. توانايي اين گروه از مولکول ها براي تجمع اختصاصي در ميتوکندري سلول هاي زنده توسط برخي افراد براي انتقال مولکول هاي کوچک درماني به ميتوکندري مورد استفاده قرار گرفته است. دانشمندان از اين مواد براي کشتن سلول هاي سرطاني از طريق ايجاد اختلال در ميتوکندري اين سلول ها استفاده کرده اند اين مواد براي محافظت ميتوکندري از آسيب هاي اکسيداتيو در سلول هاي سالم نيز استفاده شده اند( 11و24-26) . استفاده از اين مولکول ها براي کشتن سلول هاي سرطاني براين اساس است که دربرخي ازسرطان ها، پتانسيل غشاء ميتوکندري نسبت به ميتوکندري در سلول هاي طبيعي بيشتر است، در نتيجه موجب تجمع بيشتر اين مواد درميتوکندري آنهاومرگ سلولي ( به دليل توزيع غيراختصاصي عمل ميتوکندري ) مي شود. تغيير در پتانسيل غشاء پلاسمايي و ترکيبات ليپيدي آن نيز مي تواند موجب تجمع انتخابي اين کاتيون ها در سلول هاي سرطاني شود. غلظت بالاي درون ميتوکندريايي از اين مواد، موجب افزايش نفوذپذيري غشاء دروني ميتوکندري، مهار آنزيم هاي ميتوکندريايي و توليد کم ATP و در نتيجه مرگ سلولي مي گردد. سميت اين مواد به دليل غلظت بالاي آنهاست. اگر چه مشکل آن است که اين مواد براي مهار ميتوکندري کاملا" اختصاصي نمي باشند، با اين وجود، مزيت آنها برديگر داروهاي ضدسرطاني، عدم آسيب رساني به DNA مي باشد. در نتيجه توليد جهش هاي جديد نمي کنند. خاصيت ضد سرطاني اين مواد همراه با درمان هايي مانند پرتوهاي ليزري و يونيزان، افزايش مي يابد و از آن جا که ميتوکندري بخش زيادي از سلول (5تا20% حجم سيتوپلاسم) را اشغال مي کند، اين داروها داراي مزيت هستند. Rideout و همکاران شماري از نمک هاي تري آريل فسفونيوم (triaryl phosphonium) را سنتز کردند و نشان دادند که اين نمک ها به طور انتخابي موجب مهار رشد سلول هاي سرطاني درinvitro مي شوند که با اضافه کردن زنجيره جانبي قليايي، فعاليت ضد سرطاني آنها افزايش مي يابد. Tricher و همکاران ترکيبي از ردامين (rhodamine) و ماده ضد سرطاني Cisplatin توليد کردند. Morgan وهمکاران نيز از رنگVictoria blue Bo به عنوان يک حساس کننده همراه با درمان هايي مانند پرتودرماني براي کشتن سلول هاي سرطاني استفاده کردند( 16و24-26). کاتيون هاي ليپوفيل ميتوکندري دوست جديدي نيز به دليل خاصيت ذاتي سمي آنها انتخاب شده اند (9و22و27) . چشم اندازي به آينده ميتوکندري نقش مهمي در متابوليسم سلول هاي يوکاريوت از طريق توليد ATP ، تنظيم هوموستازي کلسيم سيتوپلاسمي ومرگ سلولي ازطريق آپوتوزدارد( 13 ).دربيماري هاي انسان ودرپيري (آسيب- هاي اکسيداتيو و راديکال هاي آزاد) نيز حائز اهميت است. اين اندامک هم موتور حيات سلول و هم موتور مرگ سلولي به شمار مي رود. در نتيجه هدفي راهبردي براي درمان هاي دارويي در آينده محسوب مي شود. با گسترش دانش امروزي در مورد ميتوکندري، تلاش هاي فارماکولوژيکي نيز درباره آن افزايش يافته و دانش جديدي تحت عنوان پزشکي ميتوکندريايي (Mitochondrial Medicine ) شکل گرفته است. رها شدن داروها به طور اختصاصي در ميتوکندري هنوز در مراحل اوليه مي باشد. مجموعه هاي منفذي انتقال دهنده ميتوکندريايي(mitochondrial permeability transition pore complex=mPTPC ) که دربين دوغشاء قرار داشته ودرمرگ سلولي نقش دارند به عنوان هدف هاي دارويي براي درمان هاي سيتوتوکسيک (مانند سرطان) و محافظت سلولي (cytoprotective ) نقش دارند و داراي برتري اند. در نتيجه، با دستکاري انتخابي عمل ميتوکنــدري ، مي توان سلول ها (وبه طور مثال سلولهاي سرطاني) را به طور انتخابي از بين ببرد (13و36 ). با وارد کردن ژن ها به طور انتخابي به ميتوکندري مي توان عمل آن را دستکاري کرد و نيز به مطالعه بيان ژن ها پرداخت. ژن درماني ميتوکندري درحال حاضر و البته در مراحل مقدماتي و آزمايشـــي مي باشد، امادرآينده، مي توان باوارد کردن ژن هايي به ميتوکندري که توليد محصولات آنتي اکسيدانت مي کنند از آسيب رساني به ميتوکندري پيشگيري کرد و در نتيجه پيري و بسياري از بيماري هاي حاصل از جهش در mtDNA را به دليل راديکال هاي آزاد به مبارزه جدي طلبيد. همچنين مي توان ژنهاي هسته اي را وارد ميتوکندري کرد و بيان آنها را در درون ميتوکندري مشاهده کرد. مي توان پروتئين هاي را که از پيش در ميتوکندري وجود ندارد، ازجمله سوپراکسيد دسموتاز و کاتالاز را وارد ميتوکندري کرد تا موجب تعمير محصولاتي چون پراکسيد هيدروژن و سوپراکسيد گردد و در نتيجه، ميتوکندري و سلول را از آسيب اين مواد حفظ کرد( 19 ). علاوه بر وارد کردن مولکول هاي زيستي مانند پلي پپتيد و اسيدنوکلئيک مي توان مولکول هاي زيستي مانند پلي پپتيد هاي اصلاح شده، آنالوگ هاي DNA، موادي که خصوصيات آنزيم ها را تقليد مي کنند، داروها، مهار کننده هاي ويژه آنزيمي، مولکول هاي پروب و مواد حساس به پرتو را نيز وارد ميتوکندري کرد ( 19). علاوه بر سيستم هاي جذب RNA و پروتئين، مي توان از ديگر سيستمهاي جذب ميتوکندري مانند جذب اسيدهاي چرب، و نيز خصوصيات ديگر ميتوکندري مانند وجود مقادير بالاي چربي کارديو ليپين در غشاء آن براي جهت دار کردن انتخابي ترکيبات به سمت ميتوکندري سود جست. همچنين جايگاه هاي گيرنده هاي پروتئين در ميتوکنـــدري مي تواند براي اتصال اختصاصي ترکيبات استفاده شود. همچنانکه پورفيرين (porphyrin) در پرتودرماني به گيرنده benzodiazapine در غشاء (بيروني )ميتوکندري متصل مي شود ( 19 ). از آنجا که موثروکارا بودن هردارويا ژن درماني به رها شدن ماکرومولکول فعال زيستي، به اندام صحيح ونوع سلولي مناسب و نيز قرارگرفتن درمکان مناسب سلولي بستگي دارد (ويژگيهايي که نه تنها کارائي روش مربوط را افزايش مي دهد بلکه اثرات جانبي آن را نيز کم مي کند)؛ ميتوکندري نيز يک هدف مناسب به حساب مي آيد( 11و37و38 ). در مجموع، بايستي تاکيد کرد که ژن درماني ميتوکندري داراي شماري مشکلات اضافه بر ژن درماني هسته مي باشد که در آينده براي فائق آمدن بر آنها بايد چاره اي انديشيد . آزاد شدن انتخابي DNA در ميتوکندري و ژن درماني براي چند صد عدد از mtDNA معيوب در هر سلول از جمله چالش ها محسوب مي شود . در حالي که در هسته ديپلوييدي ممکن است يک يا دو نسخه از يک ژن معيوب وجود داشته باشد. از طرفي عدم نوترکيبي همساخت ( homologous recombination) درmtDNA و عدم وجود اثرات اطرافي ها (bystander effect) که در ژن درماني هسته وجود دارد يعني تعمير نقص هسته اي در يک سلول، تکميل کننده نقص در سلول هاي اطراف آن که اصلاح نشده اند نيزمي باشد مسائل ديگري است که در ژن درماني ميتوکندريايي مشاهده نشده است(19و39و40) . عليرغم تمام مطالب مورد اشاره در بالا و با تاکيد براينکه ژن درماني ميتوکندري همچنان مراحل اوليه خود را مي گذراند، اميدهاي زيادي به آن دوخته شده است تا در آينده اي که چندان دور نيست بتوان از طريق ميتوکندري، جلوي پيشروي بسياري از اختلالات را گرفت. 

قسمتی از محتوی متن پروژه میباشد که به صورت نمونه ، بعد از پرداخت آنلاین در فروشگاه فایل آنی فایل را دانلود نمایید .

  

 « پرداخت آنلاین و دانلود در قسمت پایین »