TERAPI GEN PADA MANUSIA All Ahmad Aulia Jusuf

TERAPI GEN PADA MANUSIA All Ahmad Aulia Jusuf Bagian Histologi Indonesia images. Fakultas in this Kedokteran document. Universitas is removed due to 2009 restriction copyright

Agenda ® Pendahuluan ® Definisi Terapi Gen ® Jenis Terapi Gen ® Metoda Terapi Gen ® Prasyarat Terapi Gen ® Contoh Terapi Gen Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 2

Human Gene Therapy? Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 3

PENDAHULUAN ® 5000 penyakit bawaan v Kebanyakan bersifat genetik q Defisiensi produk gen Ø Ø q << Dapat digantikan dengan produk dari luar l Insulin Defek pada produk ensim tak bisa digantikan l Tak stabil dan mudah rusak l Tak bisa dimasukkan dalam bentuk aktif l Sifat impermeabel membran sel terhadap molekul besar Terapi gen _____________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 4

Definisi ® Terapi untuk mengobati penyakit tententu 1, 2, 3, 4 v menginsersikan gen yang telah diperbaiki atau gen tertentu kedalam genom sel-sel atau jaringan individu q menggantikan gen yang abnormal penyebab penyakit tersebut _____________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 5

Prinsip Terapi Gen 2, 3, 4 ® Insersi gen yang normal pada lokasi yang tidak spesifik di dalam genom v v ® Gen abnormal dihilangkan dari genom individu dan digantikan oleh gen yang normal v ® untuk menggantikan gen yang tidak berfungsi. Prinsip umum yang paling sering digunakan Homologous recombination Gen abnormal diperbaiki melalui cara selective reverse mutation Mengubah regulasi (pengaturan) gen tertentu. v _____________________________________________________________ 2 Gene Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 3 Scott Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 6

Jenis Terapi 1, 2, 4 Gen Terapi gen sel somatik (somatic cell gene therapy) ® Terapi gen sel germinal (Germ line cell gene therapy) ® _____________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 7

Jenis Terapi Gen ® Terapi gen sel somatik (somatic cell gene therapy)1, 2, 4 v v v gene therapy non hereditable gen yang normal atau telah dimodifikasi ditransfer ke dalam sel-sel somatik pasien mengobati/mengatasi gejala penyakit pasien tidak dapat diturunkan kepada generasi selanjutnya q gen yang telah diperbaiki ini hanya ada pada sel-sel somatik saja dan tidak ada pada sel-sel germinal. mirip dengan transplantasi sel, jaringan atau organ q Lebih rumit dan lebih berbahaya ________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499503 2 Gene Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 8

Jenis Terapi Gen ® Terapi gen sel germinal (Germ line cell gene therapy)1, 2, 4 v Gen yang mengalami defek pada sel-sel germinal q q v v diperbaiki dengan cara menginsersikan dan mengintegrasikan gen yang normal atau gen yang telah dimodifikasi kedalam genom sel-sel germinal Gen yang telah diinsersikan ini kemudian akan diturunkan ke generasi berikutnya Sangat bermanfaat untuk mengatasi penyakit-penyakit genetik dan penyakit-penyakit yang bersifat herediter masih sulit dilakukan karena alasan tehnis dan etik q telah mengubah genetik seseorang _________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 9

METODA TERAPI GEN 1, 2, 3, 4 ® Transfer gen yang telah dimodifikasi atau gen normal kedalam sel-sel sasaran pada pasien v v Menggunakan vektor biologi yaitu virus Menggunakan cara non virus q q q naked DNA oligonucleotides lipoplexes dan polyplexes hibrid methods dendrimers ___________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 10

Transfer Gen menggunakan vektor biologi 1, 2, 3, 4 ® Vektor biologi yang digunakan adalah virus v v susunan genetiknya telah diubah sehingga dapat membawa gen manusia yang normal gen yang telah diperbaiki dimasukkan kedalam sel-sel sasaran pada tubuh manusia dengan cara tertentu dan kemudian berintegrasi pada genom tertentu gen-gen pada virus yang dapat menyebabkan penyakit harus dihilangkan diganti dengan gen-gen yang telah diperbaiki contoh virus A diketahui dapat berreplikasi atau memperbanyak diri dengan cara menginsersikan gen-gen nya kedalam genom sel-sel host. q virus ini mempunyai 2 jenis gene yaitu gen A dan gene B Ø Ø q Gen A mengkode protein untuk menginsersikan gen-gen nya kedalam genom sel host (inang) Gen B menyebabkan timbulnya penyakit pada host gen C adalah gen yang telah diperbaiki Ø menggantikan gen B q gen A tetap dipertahankan untuk menjalankan fungsinya. __________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 11

Transfer Gen menggunakan vektor biologi 1, 2, 3, 4 ® Vektor biologi yang digunakan adalah virus Adenovirus merupakan virus generasi pertama yang digunakan dalam terapi gen dan sangat efektif sebagai vektor pembawa transgen 2, 4 v Virus lain v retrovirus q adeno-associated viruses q virus herpes simplex __________________________________________________________ q virus penyebab HIV Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 q 1 2 Gene Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 3 Scott Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 12

Transfer Gen menggunakan vektor biologi 1, 2, 3, 4 ® Retrovirus 1, 2, 3, 4 v v Materi genetik pada virus ini adalah dalam bentuk RNA Ketika retrovirus menginfeksi sel sasaran (host) q q q RNA retrovirus, ensim reverse transcriptase dan integrase masuk kedalam sel sasaran RNA retrovirus akan diubah menjadi DNA melalui proses reverse transcription menggunakan ensim reverse transcriptase DNA kemudian akan ditransfer kedalam inti sel sasaran berintegrasi pada tempat tertentu di genom sel sasaran dengan bantuan ensim integrase __________________________________________________________ Ø DNA yang telah diperbaiki ini juga akan 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 terintegrasi pada tempat tertentu di genom sel 2 Gene Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" sasaran 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 Ø 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 13

Transfer Gen menggunakan vektor retrovirus (diunduh dari encarta. msn. com/media_461561269/gene_therapy. h Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 14

Transfer Gen menggunakan vektor biologi 1, 2, 3, 4 ® Retrovirus 1, 2, 3, 4 v Salah satu masalah yang dapat terjadi pada terapi gen q ensim integrase dapat menginsersikan materi genetik virus pada tempat yang kurang sesuai Ø Ø q v Hal ini sekarang dapat diatasi dengan menggunakan ensim Zinc finger nucleases 5 Keuntungan menggunakan retrovirus q v pada bagian tengah gen-gen endogen pada host l gen endogen ini tidak dapat berfungsi dikenal sebagai insertional mutagenesis pada gen pengatur fungsi gen lainnya l proses pembelahan sel dapat tidak terkendali dan berubah menjadi sel kanker transgen yang dimasukkan bisa di transmisikan kesemua sel yang terinfeksi dan turunannya Kerugian q dapat menyebabkan terjadinya mutasi genetik yang berbahaya selama tahap pengintegrasian __________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 15

Transfer Gen menggunakan vektor biologi 1, 2, 3, 4 ® Adenovirus 1, 2, 3, 4 v Ketika virus adenovirus menginfeksi sebuah sel inang q q molekul DNA virus tersebut akan dimasukkan kedalam sel inang tersebut materi genetik adenovirus tidak bersatu dengan materi genetik sel inang molekul DNA virus terletak bebas dalam inti sel dan proses transkripsinya berlangsung secara sendiri molekul DNA virus tidak ikut berreplikasi ketika sel mengalami pembelahan sehingga sel-sel inang hasil pembelahan tidak mengandung DNA virus Ø Ø v membutuhkan pemasukkan kembali gen-gen yang sudah dimodifikasi ke dalam populasi sel yang baru Sebaliknya keadaan ini akan mencegah terjadinya kanker Gendicine q q q adenovirus yang telah mengandung gen p 53 yang digunakan pada terapi gen untuk mengobati penyakit kanker pada kepala dan leher sudah diizinkan oleh FDA China untuk digunakan pada manusia pada tahun 2003 FDA Amerika Serikat telah menyetujui advexin, suatu vektor yang serupa dengan Gendicine untuk digunakan di Amerika serikat pada tahun 2008 __________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 16

Transfer Gen menggunakan vektor adenovirus (diunduh dari www. acceleratingfuture. com/michael/blog/? p=455) Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 17

Transfer Gen menggunakan cara non virus 1, 2, 3, 4 ® Keuntungan v v ® dapat diproduksi dalam jumlah besar immunogenisitas pada sel inang yang rendah Beberapa metoda non virus yang dapat digunakan adalah v Naked DNA q metoda transfeksi non virus yang sangat sederhana Ø Ø penelitian klinik dengan cara menyuntikan naked DNA secara intramuskular menunjukkan sebagian hasil yang sukses dan sebagian lagi mengalami kegagalan ekspresi gen pada metoda transfeksi ini sangat rendah dibandingkan dengan cara transfeksi lainnya __________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 18

Transfer Gen menggunakan cara non virus 1, 2, 3, 4 ® Beberapa metoda non virus yang dapat digunakan adalah v Oligonukleotida q Metoda menginaktifkan gen-gen yang terlibat dalam proses penyakit. Menggunakan antisense yang spesifik untuk gen sasasaran l mengganggu proses transkripsi gen sasaran yang rusak. Ø Menggunakan oligonukleotida rantai ganda (double strand oligonucleotide) __________________________________________________________ l mengikat faktor-faktor transkripsi yang diperlukan ______________ untuk promoter gen sasaran 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. regulasi : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Ø 2 Gene Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 3 Scott Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 19

Transfer Gen menggunakan cara non virus 1, 2, 3, 4 ® Beberapa metoda non virus yang dapat digunakan adalah v Lipoplexes and polyplexes q q Meningkatkan efisiensi transfer dengan cara melindungi DNA dari kerusakan dan memfasilitasi pemasukkannya kedalam sel Menggunakan molekul lipid lipoplexes dan polyplexes l dirancang untuk melindungi DNA dari proses degradasi selama proses transfeksi l membungkus plasmid yang mengandung DNA dalam bentuk seperti micelle atau liposome l lipoplexes atau polyplexes yang telah mengandung DNA dikenal sebagai lipoplex. l lipoplex akan berinteraksi dengan membran sel dan masuk kedalam secara endositosis l endosome yang mengandung lipoplex ini kemudian akan lisis dan transgen yang ada di dalamnya akan dikeluarkan ke dalam __________________________________________________________ sitoplasma sel untu kemudian akan masuk ke dalam inti sel ______________ Ø 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 20

Transfer Gen menggunakan cara non virus 1, 2, 3, 4 ® Beberapa metoda non virus yang dapat digunakan adalah v Metoda Hibrid (Hybrid method) q Untuk meningkatkan efisiensi trnasfer transgen dikembangkan metoda hibrid (campuran) yaitu kombinasi liposome dengan virus influenza atau HIV yang diinaktifkan __________________________________________________________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Therapy diunduh dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" 3 Scott T. , Gene Therapy Breakthrough, diunduh dari www. unitedspinal. org. February 26 th, 2008 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml 2 Gene Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 21

HAMBATAN DALAM TERAPI GEN 2, 4 ® Beberapa faktor yang menghambat efektivitas penggunaan terapi gen v Masa hidup alami terapi gen yang pendek (Short-lived nature of gene therapy) q q v Respons Imunologik q q v gen yang dimasukkan kedalam sel-sel target harus dapat berfungsi sel-sel yang mengandung gen terapi ini harus dapat hidup lama dan stabil. adanya stimulus tertentu yang merangsang timbulnya respons imunologik dapat menurunkan efektivitas terapi gen adanya respon imunologik ini juga akan menyulitkan pengulangan terapi gen pada pasien Masalah dengan virus yang berfungsi sebagai vektor toksisitas, reaksi imunologik dan inflamasi, kontrol gen dan jaringan sasaran. __________________________________________________________ q kemungkinan pulihnya kembali kemampuan virus untuk menyebabkan 2 Gene Therapy penyakit manusia diunduh pada dari "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" q 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 22

HAMBATAN DALAM TERAPI GEN 2, 4 ® Beberapa faktor yang menghambat efektivitas penggunaan terapi gen v Kelainan gen multipel q terapi gen sulit digunakan untuk mengobati penyakit-penyakit yang disebabkan oleh adanya kombinasi gen-gen yang mengalami kerusakan Ø v penyakit jantung, tekanan darah tinggi, Alzheimer, artritis dan diabetes. Potensi untuk timbulnya tumor q Bila DNA diintegrasikan pada tempat yang salah di dalam genom, misalnya pada daerah tumor suppressor gene, hal ini dapat menyebabkan timbulnya tumor. pasien dengan X-linked severe combined immunodeficiency (X-SCID) yang diterapi dengan sel punca darah (Hematopoietic stem cells yang diinfeksi __________________________________________________________ oleh retrovirus yang mengandung transgen ______________ 2 Gene Therapy diunduh dari l Tiga dari 20 pasien yang diterapi menderita leukemia 6 "http: //en. wikipedia. org/wiki/Gene_therapy" Ø 4 What is gene therapy diunduh dari www. ornl. gov/sci/techresources/Human. . . /genetherapy. shtml NB, Bottero V, Schmidt M, von Kalle C, Verma IM (Apr 2006). "Gene therapy: therapeutic gene causing lymphoma". Nature 440 (7088): 1123 6 Woods Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 23

1 Prasyarat ® National Institute of Health (NIH) v Gen harus di klon dan diketahui karakteristiknya q v v harus tersedia dalam bentuk murni Metoda efektif Resiko terapi gen q q harus dievaluasi secara berhati-hati seminimal mungkin Penyakit tidak dapat diobati dengan cara lainnya v Harus ada data penelitian pendahuluan __________________________________________________________ v ______________ 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 24

Contoh Terapi Gen 1 ® Terapi gen pada manusia pertama kali dilakukan tahun 1990 v ® penyakit ”Adenosine deaminase-deficient severe combined immunodeficiency disease (ADA-SCID) SCID v v v penyakit autosomal yang jarang terjadi penderita tidak mempunyai sistem imun beberapa penderita mengalami defisiensim adenosine deaminase (ADA) q kadar deoxyadenosine yang terfosforilasi meningkat mencapai tingkat toksik dan terakumulasi dalam limfosit T __________________________________________________________ Ø membunuh sel limfosit. 1 Snustad D. Peter and Simmons M. J. : Human gene therapy in Principles of genetics, 4 th Ed, 2006: 499 -503 Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 25

Terapi Gen pada”Adenosine deaminase-deficient severe combined immunodeficiency disease (ADASCID) Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 26

Contoh Terapi ® Contoh 1 Gen penggunaan adenovirus dalam terapi gen v terapi gen yang dipakai untuk mengobati cystic fibrosis (CF) q virus adenovirus yang membawa gen CF diinhalasi oleh pasien sel-sel paru akan terinfeksi dan mensintesa produk gen CF untuk mengatasi simptom dan gejala penyakit Ø kuatnya reaksi imunologik tubuh menyebabkan terapi gen menjadi tidak efektif __________________________________________________________ l Sel-sel yang terinfeksi virus dan mengandung transgen ______________ 1 Snustad D. Peter and Simmons akan mati dan tidak bisa inmemperbanyak M. J. : Human gene therapy Principles of genetics, diri 4 th Ed, 2006: 499 -503 Ø Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 27

Monday, November 09, 2009 Terapi Gen pada Manusia/AAJ/Histologi 28