Herediter Retina Hastalıklarında Gen Tedavisi

Gen tedavisi ile ilgili düşünceler DNA’nın keşfinden hemen sonra başlar. İnsanda gen tedavisi çalışmalarının geçmişi 1960-1970 yıllarına dayanır. Ancak gen ekspresyonunun çok iyi anlaşılamamış olması ve gen uygulaması için uygun yöntemin bulunamamış olması nedeniyle ilk uygulamalar başarısız olmuştur. Son 20 yılda değişik hastalık gruplarında 1500’den fazla gen tedavisi ile ilgili klinik çalışma başlatılmıştır.^1,2,3,4,5

Göz; anatomik olarak küçük ve kapalı bir organ olması, immün yapısının özellikli olması ve kolay ulaşılabilir olması nedeniyle her zaman gen tedavisinin odak noktası olmuştur. Ayrıca günümüzde mevcut olan in vivo noninvaziv görüntüleme teknikleri nedeniyle tedavinin seyrini takip etmek ve sonuçları kontrol olarak kullanılan diğer gözle karşılaştırmak gen tedavisi için ayrı bir avantaj sağlamaktadır.^6,7

Gen tedavisinin en çok çalışıldığı hastalık grubu, henüz etkin bir tedavisi olmayan herediter retina distrofileridir (HRD). Nadir görülen bu hastalık grubunun insidansı 1/3000’dir. HRD içinde en sık görüleni retinitis pigmentosadır (RP). Bunun yanında Leber’in konjenital körlüğü (LKK), Stargardt maküla distrofisi (SMD), Best’in maküla distrofisi (BMD) ve çok daha nadir görülen diğer retina distrofileri de bu grubun içinde bulunurlar. Tüm HRD düşünüldüğünde 200’ün üzerinde etkilenmiş genden bahsedilebilir. Aynı gen içinde farklı mutasyonlar olabilir ve bu mutasyonlar farklı fenotiplere yol açabilir. Bu durum hastalıklarla ilgili genetik çeşitliliği daha da karmaşık hale getirmektedir. Son yıllarda meydana gelen gelişmeler genetik patogenezin daha iyi anlaşılmasına ve gen tedavilerinin uygulanabilmesine yol açmıştır.^8,9,10 Gen tedavileri günümüzde vektörler (taşıyıcı) aracılığıyla yapılmaktadır.

Gen Tedavisinde Kullanılan Vektörler

Vektör tiplerine bakıldığında gen tedavisinde kullanılan iki tip vektör mevcuttur. Bunlar viral vektörler ve nonviral vektörler olarak tanımlanır.

Viral Vektörler

Retrovirüsler: Retrovirüsler 2 adet tek sarmallı RNA’ya sahip virüs ailesidir. Bu ailede 7 kuşak mevcuttur: Alfaretrovirüs, betaretrovirüs, gamaretrovirüs, deltaretrovirüs, epsilonretrovirüs, lentivirüs (LV) ve spumavirüs. Retroviral vektörler olarak gamaretrovirüs ve daha sıklıkla da LV kullanılmıştır. İçindeki çok sayıda viral genlerin çıkarılmasıyla oluşturulan rekombinant LV, 8 kilobazlık (kb) büyük bir taşıma kapasitesine sahip olması nedeniyle birden fazla tedavi edici proteini taşıyabilir. Ayrıca intraoküler LV uygulamalarının immünolojik cevaba neden olmadığı gösterilmiştir. Ek olarak LV’ler yabancı virüslerin zarf glikoproteinlerini alarak onları kullanabilir.^11,12 Farelerde LV’lerin subretinal kullanımının güvenli olduğunu gösteren çalışmalar bulunmaktadır.^12,13,14,15 Ancak bu virüslerin birtakım dezavantajları mevcuttur. LV’ler yerleştiği yerde mutasyona yol açabilir. Üretim süreçleri oldukça karmaşık olan bu vektörün boyutu da oldukça büyüktür (~80-100 nm), bu durum doku içinde dağılımını etkileyebilir.¹²

Adenovirüsler: Adenovirüsler lineer çift sarmallı DNA’ya sahip bir ailedir. Bu ailenin A-F arasında gruplanmış 51 adet insan serotipi bulunmaktadır. Subgrup C içinde bulunan A2 ve A5, gen tedavisinde kullanılan ve nononkojenik olan virüslerdir. Adenovirüsler ev sahibi hücrelerin hücre siklüsüne girmezler, dolayısıyla hücre ölümüne yol açmazlar. Ayrıca viral DNA’sı ev sahibi hücrelerin genomuna entegre olmadığı için bu hücrelerde mutageneze yol açmazlar. Adenovirüs geni uyum sağladığı hücre içinde stabildir. Ayrıca kapasitesi de oldukça yüksektir. Bu nedenlerle gen tedavisinde daha çok dikkat çekmektedir. Viral DNA’nın replikasyonda görev yapan bölümü çıkarılarak virüs vektör haline getirilir. Çıkarılan bölümün büyüklüğüne göre taşıma kapasitesi arttırılır.^16,17,18

Adeno-bağlantılı virüsler (AAV): AAV, adenovirüs destekli bir parvovirüstür. Rekombinant AAV günümüz gen tedavisinde en çok kullanılan virüstür. Patojenitesi yoktur, enflamatuvar cevap oluşturmaz. Bu durum gen tedavisinde büyük avantaj sağlar. AAV küçük bir DNA’ya sahiptir ve kapasitesi 4,7 kb’dır. AAV’nin 9 serotipi mevcuttur (AAV1-AAV9). Bunlar içinde en güvenilir olan ve retinal pigment epitel (RPE) hücrelerine en iyi uyum sağlayan vektör AAV2’dir.^19,20 Preklinik ve klinik çalışmalar AAV’nin LKK’de gen tedavisi için kullanılabileceğini göstermiştir.^21,22,23

Viral vektörler gen taşımada diğer vektörlerden daha etkilidir. AAV2, RPE hücrelerine çok iyi uyum göstermesine rağmen yeni vektörler üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Çünkü RPE dışında diğer retinal hücrelerle uyum sağlayacak özellikle de fotoreseptörlerle uyum sağlayacak, yeni vektörlere ihtiyaç vardır. Ayrıca AAV2’nin mevcut kapasitesi, daha büyük genlerin tedavi edilmesi için yeterli değildir. Vektör kapasitesi ile ilgili yapılan çalışmalar sonucunda geliştirilen nonviral vektörler ile hedeflenen genlerin sayısı arttırılmıştır ve LKK’de CEP290, SMD’de ABCA4 ve Tip 1 Usher sendromunda MYO7A gibi genler de şu anda kapasite dahilindedir. Ancak yine de USH2A gibi daha büyük genler hala mevcut kapasiteyi aşmaktadır. Bu problemi aşabilmek için alternatif tedaviler üzerinde çalışılmakta ve DNA nanopartikülleri ile bu problemin düzeltilebileceği düşünülmektedir.^11,24

Nonviral Vektörler

Virüslerden daha güvenli ve kapasitesi daha büyük vektör arayışı sonucunda nonviral vektörler bulunmuştur. Bunlar arasında lipozomlar en çok çalışılanlardır. Ancak gen tedavisinde kültür çalışmaları çok efektif bulunmamıştır.^25,26

Vektör kapasitesi ile ilgili yapılan çalışmalar sonucunda geliştirilen DNA nanopartikülleri ile kapasite probleminin düzeltilebileceği düşünülmektedir. DNA nanopartiküllerin kapasitesi 20 kb’dır. Bu vektör, çalışmalardaki en büyük gen olan Tip 2A Usher sendromundan sorumlu 15,6 kb büyüklüğündeki USH genini taşıyabilmektedir. Bu partiküllerin akciğerde güvenli olduğu yapılan çalışmalarla kanıtlanmıştır.²⁷ Retinada kullanımının güvenilirliği konusunda yapılan hayvan çalışmaları da iyi sonuçlar vermiştir. Ancak retinal hücrelere uyumu AVV kadar iyi değildir, bu nedenle tekrarlayan subretinal enjeksiyonlar gerektirebilir.^28,29,30,31

Gen Tedavisinin Uygulanması

Göz, gen tedavisi için ideal bir organdır. Öncelikle küçüktür ve dışarıya kapalıdır. Çok küçük miktarda vektör uygulama için yeterlidir, dolayısıyla vektöre bağlı toksik etkiler de minimum olur. Ayrıca gözün RPE hücreleri arasındaki sıkı bağlantılar ve kan-retina bariyeri nedeniyle immün açıdan ayrıcalığı mevcuttur. İntraoküler ayrıcalıklı mikroçevre nedeniyle, oluşan immün yanıtlar lokal olarak inhibe edilir. Gözün bu özellikleri vektörün göz dışına yayılımını engeller ve vektöre karşı sistemik yanıt gelişimi önlenmiş olur. Bu durum sistemik yan etki oluşumu riskini oldukça azaltır. Retinal hücreler post-mitotik hücreler olduğu için genler arası etkileşim olmadan uzun süreli gen ekspresyonu sağlanabilir. Çok sayıda retinal distrofi hayvan modelinin olması, preklinik çalışmalarla tedavinin etkinliğini değerlendirme sürecini hızlandırır.^{32,33,34,35,36,37,38,39,40} Gözün yapısı, tedavi sürecinin takibini kolaylaştırır. Retinanın direkt olarak görülüyor olması, ayrıca in vivo değerlendirmeye imkan tanıyan tekniklerin var olması, gen tedavisinin etkinliğini hem hayvan modellerinde hem de insanda non invaziv olarak değerlendirmemizi sağlar. Ayrıca distrofilerin bilateral ve simetrik olması bir gözün kontrol olarak kullanılmasına ve tedavinin hastalık progresyonuna etkisinin değerlendirilmesine imkan verir. Cerrahi olarak göze yaklaşımın kolay olması, genetik materyalin gözün istenilen tabakasına ve hedeflenen hücre kitlesine ulaştırılabilmesini mümkün kılar. İntraoküler kullanımda en sık kullanılan 2 yol vardır: İntravitreal ve subretinal. İntravitreal enjeksiyonda tedavi edici ajan vitreusa dağılır ve ön retina katları ajana maruz kalır. Subretinal uygulamada ise vektör RPE ile nörosensoryel retina arasına verilir ve bu uygulama sırasında bleb denilen küçük, reversibl, dekolman alanları oluşturulur. İntravitreal uygulanan ajanın difüzyonu sınırlıdır. Öncelikle vitreus, daha sonra iç sınırlayıcı membran ve iç retina katları difüzyonu engeller. Dolayısıyla subretinal uygulama, hedeflenen hücre grupları dış retina katlarında olduğu için daha etkili bir uygulama yoludur. Cerrahi işlem sırasında standart bir vitrektomi cerrahisi sonrası, 39 ya da 41 gauge subretinal kanül kullanılarak vektör subretinal alana yaklaşık olarak 0,1 mililitre sıvı içinde uygulanır. Enjeksiyon alanı olarak büyük damarlardan uzak, vasküler arkın içi ya da dışında bir saha seçilir. Foveaya yakın bir alana da uygulama yapılabilir. Tedavi ile ilgili komplikasyonlar daha çok cerrahi ile ilgilidir. Yapılan klinik çalışmalarda vektör ile ilişkili sistemik komplikasyonlara rastlanmamıştır. Subkonjonktival hemoraji, batma, ağrı ve irritasyon gibi cerrahi kaynaklı oküler yan etkiler olabilir. Vektör kaynaklı oküler yan etkilere bakıldığında, nadir de olsa oküler hiperemi, fotofobi ve görme azalması görülebilir.^{12,30,41,42,43,44,45}

Gen Tedavisinin Uygulandığı Hastalıklar

Leber’in Konjenital Körlüğü: LKK, çok ağır seyreden konjenital bir retina hastalığıdır ve günümüzde gen tedavisi konusunda oftalmolojide en çok çalışma yapılan hastalıktır. Olgularda fundus bulgularının yanında bozulmuş ışık refleksi, elektroretinografide (ERG) kayıt alınamayacak derecede belirgin azalma ve nistagmus mevcuttur. Görme kaybı doğumla ya da hayatın ilk birkaç yılında başlar ve erken erişkinlik döneminde total körlükle sonuçlanır. LKK’da pek çok gende mutasyon saptanmıştır. Günümüze dek bildirilen 20 gen mevcuttur.²⁶ Bu mutasyonlardan birisi olan RPE65 (retina pigment epiteline spesifik protein 65 kDa), RPE hücrelerinde eksprese edilir ve all-trans retinil esterin 11-cis retinale dönüşümünü sağlayan izomerohidrolazı kodlar. 11-cis retinal olmadan opsinler ışığı yakalayıp elektriksel uyarıya çeviremez. RPE65 kaybı görme siklusunu bozarak, RPE hücrelerinde lipit damlacıkları içinde retinil ester birikimine, lipofuksin granüllerinde artışa neden olur. Sonuçta progresif bir retinal dejenerasyon ve görme kaybı meydana gelir. Bu hastalıktaki gen tedavisi ile ilgili klinik çalışmalar RPE65 mutasyonuna yöneliktir.^31,32

RPE65 gen mutasyonu olan farelerde bu geni taşıyan AAV vektör uygulaması hastalığın evresinden bağımsız olarak RPE transdüksiyonunu arttırır. Enjekte edilen RPE65’in 7 ay sonra bile immünohistokimyasal olarak saptanabildiği görülmüştür. Tedavi edilen farelerde retina normal morfoloji göstermiş, retinil ester ve rodopsin (RHO) seviyeleri normal olarak saptanmıştır. Tedaviden 2 ay sonra yapılan ERG’lerde retina fonksiyonlarının iyileştiği belirlenmiştir.³³ Gen tedavisi sonrasında elde edilen başarı var olan sağlam fotoreseptörlere bağlıdır.

Bir-iki aylık RPE65 defektli farelerde ve rd12 farelerde subretinal AAV2 ile paketlenmiş RPE65 gen uygulaması retinanın korunmasına ve ERG’de düzelmeye yol açmıştır.³⁴

LKK2’li köpeklerde tek enjeksiyonla gen tedavisinin etkili olduğu görme fonksiyonunun düzeldiği gösterilmiştir. Enjeksiyondan 2 hafta sonra görme iyileşmesi başlamış, 3 ayda pik yapmış ve 7 yıla dek devam etmiştir.^35,36 RPE65 defektli farklı köpek modellerinde yapılan çalışmalarda uzun vadede devam eden, görme düzeylerinde ve ERG bulgularında da iyileşmeye neden olan sonuçlar elde edilmiştir.^37,38,39,40 Preklinik köpek çalışmaları güvenli sonuçlar verse de gen tedavilerinin olası doz bağımlı retinal incelme gibi bir potansiyel yan etkisi olabilmektedir.⁴¹

Hayvan deneylerinde elde edilen cesaret verici sonuçlardan sonra 2007 yılında RPE65-LKK klinik çalışmaları başlamıştır. Yapılan klinik çalışmalarda AAV2-RPE65 gen replasman tedavisi toksisitesi olmayan, cerrahi ve immünolojik olarak güvenli bir tedavi olarak bildirilmiştir. Görme keskinliklerindeki kazanç değişkenlik gösterir. Bu durum hastalığın çok ağır görme kaybı yapması ile ilişkilidir.⁴² Günümüze dek yayınlanmış en uzun takip süreli çalışma 3 yıllık takip sonuçlarını içermektedir. En iyi sonuçlar retinal yanıtları daha iyi olan genç hastalarda alınmıştır. Beş olgunun 3 yıllık takiplerinin sunulduğu bir klinik çalışmada, tedaviden birkaç ay sonra görme fonksiyonları ve retina fonksiyonlarında düzelme saptanmış ve bu düzelme 3 yıl boyunca korunmuştur. Tedavi edilen olgularda ayrıca nistagmus sıklığında azalma, multifokal ERG yanıtlarında artış ve mikroperimetride fiksasyon stabilitesinde iyileşme saptanmıştır.⁴³

Bainbridge ve ark.⁴⁴ tarafından yapılan 12 olguluk faz I/II çalışmanın RPE65 geni taşıyan rAAV2/2 uygulaması sonrası 3 yıllık sonuçları sunulmuştur. Olgularda retinal hassasiyet artışları saptanırken, ERG bulgularında anlamlı farklar bulunmamıştır. Üç olguda intraoküler enflamasyon görülürken, 2 olguda görme keskinliğinde bozulma meydana gelmiştir.⁴⁴ On beş olguluk başka bir faz I çalışmada 3 yıllık takip sonrasında sistemik toksisiteye rastlanmamış, tüm olgularda görme keskinlikleri değişik seviyelerde artış göstermiştir. Kon ve rod hassasiyetleri, tedavi alan gözlerde artarken, diğer gözlerde herhangi bir değişiklik görülmemiştir.⁴⁵

Spark Therapeutics Biyoteknoloji firmasının desteklediği, AAV2/2-RPE65 gen tedavisinin uygulandığı 3 yaş civarında hastaların da dahil edildiği faz III çalışması tamamlanmıştır (NCT00999609). Bu çalışmanın sonuçları başarılı bulunmuş ve Voretigene neparvovec isimli ilacın 2017’de FDA onayı alması için aynı firma tarafından girişimler başlatılmıştır. LKK’de yapılan klinik çalışmalarda elde edilen ümit verici sonuçlar diğer HRD’de de gen tedavisi uygulamaları için yol açmıştır.

Retinitis Pigmentosa: RP olgularında gen mutasyonlarının saptanmasından sonra bu hastalarda gen tedavisi ile ilgili çalışmalar başlatılmıştır. RP’de gen tedavisinde iki türlü yaklaşım söz konusudur. İlk yaklaşım etkilenen genin sağlam bir kopyasını AAV üzerine yükleyerek retina altına enjekte etmektir. İkinci yaklaşım ise mutasyonlu genin inaktive edilmesidir.

RP’de saptanan ilk mutasyon RHO gen mutasyonudur. Tedavi için denenen ilk yaklaşım defektli RHO geninin fonksiyonunu arttırmak için proteozomal degradasyonunu hızlandırmaktır. Ancak bu yöntem günümüze dek yapılan hayvan deneylerinde başarıya ulaşmamıştır. Başka bir alternatif RNA’ya yönelik tedavidir. Spesifik mRNA’nın, ribozomları kullanarak selektif destrüksiyonu ile gendeki mutasyonlu allel etkisiz hale getirilmeye çalışılır.^{46,47,48,49,50} Bu yöntemle otozomal dominant-RP’de başarı sağlansa da RHO geninde 120 değişik mutasyonun saptanmış olması, bu mutasyonların hepsinin test edilmesini ve tedavi amacıyla tasarımlar yapılmasını ekonomik olarak ve teknik olarak zorlaştırmaktadır.

Nagatsu ve ark.⁵¹ OD-RP olgularında cGMP fosfodiesteraz (PDE) genindeki mutasyonun tedavisi için rAAV kullanmışlardır. Sağlam PDE’nin fare modelinde intraoküler olarak uygulanması retinal fonksiyonları korumuş ve fotoreseptör dejenerasyonunu engellemiştir. Son yıllarda X’e bağlı RP’de gen tedavisi konusunda da gelişmeler olmuştur. X’e bağlı RP olgularında pek çok olguda RPGTP az regulatör geninde (RPGR) mutasyon saptanmıştır. RPGR geni X kromozomu üzerinde bulunur. Köpek modellerinde RPGR geni yüklü AAV’nin subretinal uygulaması sonrası retinal dejenerasyonun durduğu gösterilmiştir.⁵²

RP tip 38 de bulunan ve RPE’de eksprese edilen “insan reseptör tirozin kinaz MER” (MERTK) gen mutasyonu ile ilgili de gen çalışmaları bulunmaktadır. Farelerde yapılan bir çalışmada MERTK geni taşıyan AAV2 vektörünün subretinal uygulaması fotoreseptör dejenerasyonunu engellemiştir.^53,54 Benzer deneysel sonuçlar sonrasında insanlar üzerinde klinik çalışmalar başlatılmıştır.

Stargardt Maküla Distrofisi: SMD, ATP binding cassette subfamily A member 4 (ABCA4; ABCR) geninde mutasyonla oluşan bir retinal dejenerasyondur. ABCA4 geni enerjinin fotoreseptörlerden iletimini sağlayan proteini kodlar. Bu gendeki mutasyon fotoreseptör dejenerasyonuna ve takiben görme kaybına neden olur. Farelerde yapılan gen tedavisi denemeleri oldukça cesaret verici sonuçlar vermiştir. Naash⁵⁵ SMD’li farelere nanopartikülleri kullanarak normal ABCA4 genini uygulamıştır. Bu uygulama görmenin korunmasını sağlamıştır.⁵⁶

Bu sonuçlar insanlarda da çalışmaların başlatılmasına yol açmıştır. SMD’de saptanan ABCA4 gen mutasyonuna yönelik klinik çalışma devam etmektedir (STGD1; NCT01367444).⁵⁷

Yaşa Bağlı Maküla Dejenerasyonu (YBMD): CD59, YBMD nedenlerinden biri olarak düşünülen membran atak kompleksi oluşumunu %62 oranında azaltmaktadır. Gen tedavisi yoluyla uygulanacak CD59 kan damarlarında meydana gelen kontrolsüz büyümeyi önleyebilmektedir.⁵⁸

Çözünebilir fms-like tirozin kinaz-1 (sFlt-1 ya da sVEGFR-1) bir tirozin kinaz proteinidir ve damar büyümesine yol açan proteinleri inaktive eder. 2011 yılında yaş tip YBMD’de subretinal rAAV.sFlt-1 uygulamasının yapıldığı bir klinik çalışma başlatılmıştır. Dokuz olgunun (6 olgu çalışma grubu, 3 olgu kontrol) dahil edildiği bu çalışmada ilaçla ilişkili bir yan etkiye rastlanmamıştır. Çalışma grubunun olgularının 4’ü tedaviye iyi yanıt vermiştir ve bu tedavinin güvenli olduğu ve yaş tip YBMD tedavisinde potansiyel bir tedavi olabileceği bildirilmiştir.^59,60

Koroideremi: Koroideremi X’e bağlı geçiş gösteren progresif retinal dejenerasyonla seyreden bir retina hastalığıdır. Etkilenen erkek bireylerde gece görmede azalma, periferal görme kaybı ve 6. dekatta total görme kaybı ile seyreder. Bu hastalıkta koroideremi (CHM) geninde mutasyon saptanmıştır. Preklinik çalışmalarda elde edilen cesaret verici sonuçlar sonrasında planlanan bir klinik çalışmada sağlam CHM geni vektör ile (AAV-REP1) subretinal alana enjekte edilmiştir. Altı olgunun 2’sinde erken dönemde görme artışı elde edilmiş ve bu artış tedaviden 3,5 yıl sonra da devam etmiştir. Diğer gözde herhangi bir iyileşme olmamıştır. Üç buçuk yıl sonunda tedavi edilen gözlerde görme artışı 21 harf (4 sıra) olarak belirlenmiştir. Kontrol gözlerde ise 18 harfe varan görme azalması meydana gelmiştir.⁶¹

Sonuç

Gen tedavisi ile ilgili ilk sonuçlar iyi olsa da bazı soruların cevabı henüz bilinmemektedir. Viral vektörler gen taşımada diğer vektörlerden daha etkilidir. AAV2, RPE hücrelerine çok iyi uyum göstermesine rağmen yeni vektörler üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Çünkü RPE dışında diğer retinal hücrelerle uyum sağlayacak özellikle de fotoreseptörlerle uyum sağlayacak yeni vektörlere ihtiyaç vardır. Ayrıca AVV2’nin mevcut kapasitesi 4,7 kb’dir ve bu kapasite daha büyük genlerin tedavi edilmesi için yeterli değildir. Vektör kapasitesi ile ilgili yapılan çalışmalar sonucunda geliştirilen nonviral vektörler ile hedeflenen genlerin sayısı arttırılmıştır ve LKK’de CEP290, SMD’de ABCA4, ve Tip 1 Usher sendromunda MYO7A gibi genler de şu anda kapasite dahilindedir. Ancak yine de USH2A gibi daha büyük genler hala mevcut kapasiteyi aşmaktadır. Bu problemi aşabilmek için alternatif tedaviler üzerinde çalışılmakta ve DNA nanopartikülleri ile bu problemin düzeltilebileceği düşünülmektedir.

Etik

Hakem Değerlendirmesi: Editörler kurulu tarafından değerlendirilmiştir.

Finansal Destek: Yazar tarafından finansal destek alınmadığı bildirilmiştir.