WO2008013473A1 - Disease treating method - Google Patents

Disease treating method Download PDF

Info

Publication number
WO2008013473A1
WO2008013473A1 PCT/RU2007/000007 RU2007000007W WO2008013473A1 WO 2008013473 A1 WO2008013473 A1 WO 2008013473A1 RU 2007000007 W RU2007000007 W RU 2007000007W WO 2008013473 A1 WO2008013473 A1 WO 2008013473A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dna
cells
ckk
fragmented
cell
Prior art date
Application number
PCT/RU2007/000007
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Mikhail Arkadievich Shurdov
Sergey Stanislavovich Bogachev
Leonid Anatolievich Yakubov
Vladimir Alexeevich Rogachev
Valery Petrovich Nikolin
Natalia Sergeevna Zhdanova
Nelly Alexandrovna Popova
Anastasia Sergeevna Likhacheva
Tamara Egorovna Sebeleva
Alexander Gennadievich Shilov
Ljudmila Vasilievna Mechetina
Oxana Vyacheslavovna Vratskikh
Sergey Nikolaevich Seregin
Elena Removna Chernykh
Evgeny Lvovich Gelfgat
Original Assignee
Mikhail Arkadievich Shurdov
Sergey Stanislavovich Bogachev
Leonid Anatolievich Yakubov
Vladimir Alexeevich Rogachev
Valery Petrovich Nikolin
Natalia Sergeevna Zhdanova
Nelly Alexandrovna Popova
Anastasia Sergeevna Likhacheva
Tamara Egorovna Sebeleva
Alexander Gennadievich Shilov
Ljudmila Vasilievna Mechetina
Oxana Vyacheslavovna Vratskikh
Sergey Nikolaevich Seregin
Elena Removna Chernykh
Evgeny Lvovich Gelfgat
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mikhail Arkadievich Shurdov, Sergey Stanislavovich Bogachev, Leonid Anatolievich Yakubov, Vladimir Alexeevich Rogachev, Valery Petrovich Nikolin, Natalia Sergeevna Zhdanova, Nelly Alexandrovna Popova, Anastasia Sergeevna Likhacheva, Tamara Egorovna Sebeleva, Alexander Gennadievich Shilov, Ljudmila Vasilievna Mechetina, Oxana Vyacheslavovna Vratskikh, Sergey Nikolaevich Seregin, Elena Removna Chernykh, Evgeny Lvovich Gelfgat filed Critical Mikhail Arkadievich Shurdov
Priority to CN2007800283047A priority Critical patent/CN101495157B/en
Publication of WO2008013473A1 publication Critical patent/WO2008013473A1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/7088Compounds having three or more nucleosides or nucleotides
    • A61K31/711Natural deoxyribonucleic acids, i.e. containing only 2'-deoxyriboses attached to adenine, guanine, cytosine or thymine and having 3'-5' phosphodiester links
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P43/00Drugs for specific purposes, not provided for in groups A61P1/00-A61P41/00

Definitions

  • the invention relates to medicine, in particular, to methods for treating patients with preparations containing genetic material, and can be used to treat impaired hematopoiesis associated with chromosome defects and subsequent death of blood stem cells (CKK) during therapy with cytostatics or high doses of radiation, for treatment diseases associated with a violation of the basic mechanisms of CKK differentiation, without dividing to the side of specific hematopoietic elements that arise with rheoblastosis due to malignant Hematopoiesis cells that become incapable of normal differentiation, resulting in uncontrolled proliferation, as well as diseases associated with defects in CK chromosomes, the cure of which depends on the appearance of genetically, phenotypically, and physiologically healthy stem cells (CK) in the body.
  • CK blood stem cells
  • a known treatment method based on the correction of point mutations in cells [U. S, No. 5,795,972, 08/18. 1998].
  • the method is characterized by a relatively low treatment efficiency and limited use, since according to this method, mutations must be accurately determined before treatment begins. Due to the fact that for no mutation there is reliable evidence that this particular mutation led to the death of CK or is the cause of malignant degeneration of hematopoietic cells, the development of this method requires rigorous and lengthy studies to identify specific mutations requiring correction, and, therefore, there is a need in creating methods that could be applied on the basis of already existing knowledge about the mechanisms of genome correction, without focusing on specific mutations that led to the death of CKK or their malignant Tween rebirth.
  • the closest in essence to the proposed one is a method based on the use of the Polydan preparation, which is a highly purified standardized mixture of sodium salts of DNA polychlorohydrates (deoxyribonucleic acid) and RNA (ribonucleic acid) obtained from sturgeon milk, the dose of which is administered subcutaneously or intramuscularly slowly within 1, 5 - 2 minutes with pre-heating the bottle with the drug in the hand to the patient’s body temperature [http://www.polidan.ru; reg. Ne 95 / 292.8; reg. Ns 000552 / 01-2001].
  • the active substance of the drug is isolated from the tissues of the xenogenic organism and contains both DNA and RNA molecules.
  • the active substance of the drug Polydan acts on the CKK genome in a manner similar to human DNA, namely, it mimics the presence of chromosome breaks by the presence of double-stranded ends of DNA fragments delivered to the nucleus, thereby activating CKK to terminal differentiation, and also creates conditions by finding partial homology between the DNA of the drug Polydan and the DNA of human chromosomes, for the implementation of acts of homologous recombination, and preservation of the physical length and structure of chromosomes sufficient for a chain of consecutive mi tozov, the substance of the drug Polydan, at the same time, introduces foreign sequences into the recipient genome.
  • Such an action of the drug Polydan saves the hematopoietic function of CKK by restoring and maintaining the functional size of the chromosomes of these cells, and, apparently, does not generally affect the highly specialized properties of differentiated blood cells, while simultaneously activating them to terminal differentiation with its mimicking effect, nevertheless, such saved CKK can not be considered fully returned to their original genetic state, since any other direction of differentiation, where they take part chromosome loci that are recombined with foreign genetic material will inevitably lead to defects in this pathway of CKK development.
  • the internal structure of chromosomes with such a recombination acquires completely unpredictable features, and the long-term prognosis of leukostimulation using foreign DNA preparations has not yet been studied.
  • the technical result is to expand the scope and treatment of impaired homopoiesis, associated with chromosome defects and subsequent death of blood stem cells (CKK), for example, during therapy with cytostatics or high doses of radiation, for the treatment of patients with diseases associated with a violation of the basic mechanisms of differentiation of CKK without dividing to the side of specific hematopoietic elements that occur with hemoblastoses due to malignant changes in hematopoietic cells that become incapable of normal differentiation, as a result of which their uncontrolled proliferation is observed, as well as f for the treatment of patients with diseases associated with defects in CK chromosomes, the cure of which depends on the appearance in the body of genetically, phenotypically and physiologically healthy stem cells (CK).
  • CK blood stem cells
  • the claimed technical result is achieved by the fact that, in a method of treating diseases based on the introduction of fragmented DNA into a patient’s body, the fragmented DNA is allogeneic and consists of fragments whose length corresponds to 1-10 nucleosome units that comprise the patient’s complete genome in association with nuclear matrix proteins however, the amount of fragmented DNA is taken to be equal to or greater than the amount of DNA in the blood plasma and tissue fluids of the patient, but not more than 1500 n g / ml.
  • the method is based on the ability of CKK to respond to fragmented DNA preparations.
  • DNA fragments delivered to the nuclear space of CKK due to the natural mechanism of homologous recombination (GR), replace mutant regions of genes or restore the original physical length of chromosomes, which caused the loss of CK viability, and thereby non-viable or mutant CKK becomes viable.
  • GR homologous recombination
  • CKK chromosomes acquire physical parameters that allow CKK to carry out a chain of sequential mitoses, and in the best case, the genome of the treated CKK is completely corrected and becomes identical to the genome of the initial healthy CK.
  • FIG. 1 - a characteristic of the effect of mouse and human DNA on the survival of mice after their ⁇ -irradiation in a lethal dose
  • FIG. 2 and FIG. 3 is a characteristic of the radioprotective effect of allogeneic DNA upon intraperitoneal administration to mice before and after lethal ⁇ -irradiation
  • FIG. 1 - a characteristic of the effect of mouse and human DNA on the survival of mice after their ⁇ -irradiation in a lethal dose
  • FIG. 2 and FIG. 3 is a characteristic of the radioprotective effect of allogeneic DNA upon intraperitoneal administration to mice before and after lethal ⁇ -irradiation
  • FIG. 1 - a characteristic of the effect of mouse and human DNA on the survival of mice after their ⁇ -irradiation in a lethal dose
  • FIG. 2 and FIG. 3 is a characteristic of the radioprotective effect of allogeneic DNA upon intraperitoneal administration to mice before and after lethal ⁇ -irradiation
  • FIG. 1 -
  • FIG. 4a presents desected mouse spleens after ⁇ - irradiation and therapy of extracellular fragmented human and mouse DNA.
  • a large number of endogenous splenic colonies are observed (see Table 1) formed by descendants of rescued CKK.
  • FIG. 46 - desected mouse spleens are presented after ⁇ - irradiation without therapy of extracellular fragmented human and mouse DNA. There is a practical absence (see Table 1) of colonies, which indicates the destruction of the mechanisms of recovery of CKK.
  • the proposed method of treatment is implemented as follows.
  • the fragmented extracellular DNA delivered to the intracellular space is deposited in the interchromosomal compartment of the nucleus and is subjected to intranuclear processing.
  • DNA fragments being deposited in the interchromosomal compartment of the nucleus, due to the natural mechanism of homologous recombination (GR), replace mutant chromosome regions of the mutation in which CKK is not viable.
  • GR homologous recombination
  • stem cells include moripotipotent morula cells, blastocyst pluripotent cells, from which all body tissues are formed in the body, and multipotent regional germ cells [Orkip SH, Morrison SJ. Stem-sll com. Ibid. 2002. V. 418. #. 6893. P. 25-27].
  • Regional or tissue-specific stem cells persist throughout the life of the body, self-sustain and provide a constant replenishment of lost cell populations.
  • Tissue-specific CKs contribute to the regeneration and maintenance of numerous, if not all mammalian tissues, including blood, liver, intestines, skeletal muscle, and the central nervous system.
  • tissue-specific CK are determined in certain types of cells and distributed in the tissues from which they originated. Nevertheless, in recent years, a large number of works have appeared that testify to the much greater plasticity of regional CK [Veda F. V. Teshpau A., ⁇ belt Y., ⁇ hulze M., Beaun T. ⁇ tiv réelletiop inevitablyf myogenic differentiation ratwaups and adult bope m réellerr GmbHw-dever Canald STEM SELLS. MoII. CeII. Viologu. 2005. V. 25. Na 21. P.
  • CK neurons isolated from mouse brain tissues differentiate into blood cells, skeletal muscles and endothelial cells, that CK human adipose tissue cells differentiate into bone, muscle and cartilage cells, and also that mammalian skin CK dermis differentiate into skeletal cells muscles, neurons, glial and fat cells.
  • postembryonic hematopoiesis is a process of physiological blood regeneration, which compensates for the physiological destruction of differentiated cells.
  • Particularly strongly regenerating potential of blood is affected by high-dose chemotherapy, which without a compensating effect gives a high percentage of toxic mortality.
  • VHT high-dose chemotherapy
  • the only source of hematopoiesis recovery is hematopoietic CK located in the bone marrow.
  • stem cells are isolated from bone marrow or peripheral blood, frozen in the presence of a cryostabilizer (DMSO) and used to restore hematopoietic function of bone marrow damaged by radiation or high doses of cytostatics [Blum KG, Tomas ED A révéufutoutol Hematoroieticcell trapslaptatiop. AMERISAP SOCIETO FOR FORD APD MARROW TRAPSRLAPTATIOP. 2000. P. 1-12].
  • the proposed method of treatment is fundamentally different from the method based on the effect of mediator, colony stimulating molecules, which are growth factors that stimulate the activity of stem cells.
  • CKK colony stimulating factors
  • interleukins interleukins
  • inhibitory factors are glycoproteins with a molecular weight of about 20 CD and act both as circulating hormones and as local mediators that regulate hematopoiesis and differentiation of specific cell types.
  • the action of growth factors extends to CKK, colony forming units (CFU), comet and mature cells.
  • Erythropoietin acts on CFU-E sensitive to it, stimulating from proliferation and differentiation.
  • Interleukins act on pluripotent CK, most CFU and sometimes terminally differentiated cells.
  • Inhibiting factors give the opposite effect - inhibit hematopoiesis. Their deficiency may be one of the causes of leukemia, characterized by a significant increase in the number of white blood cells in the blood.
  • a leukemia-inhibiting factor that inhibits the proliferation and differentiation of monocytes - macrophages was isolated.
  • Genomic DNA of any organism is subject to mutagenic effects of environmental factors, such as ionizing radiation, chemical mutagens, as well as internal factors, including errors in cell repair systems.
  • the well-known reparative mechanism of the cell eliminates DNA damage or incorrect nucleotide substitutions and covalently connects single-stranded and double-stranded breaks (OCR, DTSR) after mutational events [Noijmakers J. H. Genome maintenance mesophisms forreceptor sapser // Natury. 2001. V. 411. P. 366- 374].
  • OCR DTSR
  • DSBs are an example of lesions that are almost impossible to repair with the known repair mechanism, since they affect both the chromosomal integrity and the integrity of the DNA molecule itself.
  • a fast mechanism for repairing double-stranded breaks is known, including the use of KU70 / KU-86 proteins and nuclear DNA-dependent protein kinase, which combine the ends of the DNA and restore genomic integrity [Pfeifer P. The mutagenic potential of DNA double-strapd repair // Toxicol. Lettt. 1998. 96. 97. V. 119. P. 1 19-129]. It is not possible to recover nucleotides or short DNA fragments that were lost during simultaneous multiple breaks of a DNA molecule. And as a consequence of such losses after the restoration of the integrity of the chromosome, chromosomal aberrations occur, and DCRs at the same time act as a source of mutations.
  • Extreceiluiar genomic DNA processes mixtures agaipst radiopath apd chemil mutageps // Gepom Biol. 2003. V.5. R.Z.].
  • DNA-binding receptors located on the cell surface deliver fragments of genomic DNA from the external environment to the nucleus, where they replace the corresponding homologous fragments in cellular genomic DNA through the mechanism of homologous recombination.
  • Elements of DNA circulation in the body can be the essence of a mechanism that can remove any fixed or newly formed mutations from the cellular genome.
  • the effectiveness of this process fully depends on the quality and properties of the external DNA standard.
  • this mechanism can remove mutations, replacing them with exogenous non-mutant sequences; on the other hand, this mechanism can introduce mutations into the cell, replacing healthy cell sequences with mutant exogenous homologous fragments. The latter is especially applicable to the situation that arises in the body immediately after exposure to a strong mutagenic agent.
  • the DNA transport mechanism delivers all these fragments to cells, and GH incorporates them into the cellular genome. Further, cells that received DNA fragments carrying lethal mutations die, and sequentially secrete their genomic DNA containing mutant sequences into the environment. Cells that received DNA that does not carry lethal mutations survive, and can further constitute the starting population for breeding, for example, a cancer clone. Among apoptotic DNA fragments, those that are formed as a result of repair without homology may be present. Such fragments will contain combined DNA fragments from different regions of the genome from one or different chromosomes. These “chimeric” fragments will be inserted into the genome of the recipient cell, taking into account the homology of the terminal regions of the fragment.
  • healthy DNA fragments that make up the whole genome homologous to the recipient’s genome are present in the bloodstream of an organism exposed to a strong mutagen or high dose of radiation, then they will compete with the DNA circulation system with fragments ejected into the blood as a result of the events described above after the action of a mutagen. Healthy fragments will be a substrate for reparative homologous recombination in the nucleus and their participation in reparative processes will lead to the correction of mutant loci and, as a result, to the appearance of a healthy population of the corresponding group of cells.
  • the fragmented DNA preparation contains a pool of healthy fragments of specially processed human DNA, due to which there is a direct effect on the damaged CK genome leading to recovery
  • the proposed method of treatment based on the effect on CKK can be used for any genetic disorder, correcting it in the CKK pool, which are then transplanted into the same organism.
  • the effect achieved by using the present invention can be justified by the following theoretical data.
  • genomic DNA is a matrix of the body’s life that includes information about the body as a whole, as well as information about its development.
  • genomic DNA is identical in all cells of the body.
  • the genomic DNA of each cell undergoes mutational influences caused by environmental factors and errors that occur during cell replication and repair. It is known that repair mechanisms replace incorrect or defective DNA bases and again close the ends of the DNA molecule after one- and two-link breaks (DCB) of chains immediately after mutational events. For this, they can use a second DNA strand as a template.
  • DCB two-link breaks
  • mutagenic environmental factors and errors in cell repair and replication are sources of somatic mutations in cells.
  • the most important for the regenerative potential of the body are pluripotent CK. Defects in the genome structure of these cells entail the appearance of defective tissue and the formation of pathology.
  • the only pathogenetically substantiated approach to the treatment of diseases associated with genetic disorders, including the structure of the CK genome, is to change, in one way or another, the genome of these cells of the individual’s body and restore the original genetic homeostasis characteristic of a healthy cell.
  • This type of gene targeting is called “ends-out” because the ends of the construct correspond to two diverging (from the target gene) chromosomal DNA sequences. At the same time, the ends of “ends-out” gene targeting are recombinogenic and facilitate the replacement of the gene sequence between the terminal homologies.
  • yeast when replacing an entire gene with a heterologous sequence or replacing a single mutant base pair with this method, the process is initiated by two independent "strapd ipvasiops" (chain insertion), which implies the search for homology and recombination events carried out by two terminal segments of the therapeutic construct [Lapgstop LD, Symingtom LS.
  • Gepe targetg ip ueast is iptiad bu two ipredept strapd ipasiops. Rros NM Acad Sretei USA. 2004, 101 (43): 15392-7].
  • a similar mechanism was previously proposed to explain the “ends-out” of gene targeting in mammalian cells [Li J, Red LR, Vac MD.
  • the Meshapism of the Mammaliap of the HecherReplacement is the support with the Formatiop of the Lopg Regiops Oi Heterodullech DNA Associated with the Twocsipg-OVER EVPTS. MoI CeII Biol 2001 Jap; 21 (2): 501-10].
  • Somatic GR judging by the fact that it has survived for billions of years from protozoa to mammals, should obviously fulfill the absolutely necessary and universal function in all the kingdoms of the living, and perform it effectively. Since somatic homologous recombination (GR) in unicellular yeast is the main mechanism for the precision repair of DCR, its effectiveness must be very high to ensure the salvation of the individual.
  • GR somatic homologous recombination
  • the gene targeting efficiency obtained in these experiments may mean that GR prefers to work with either short fragments or forms from short fragments by ligating DNA fragments with ligase IV of the type head-tail multimeric fragments that are most effective in use in recombination events.
  • a prerequisite for obtaining a recombinant product in mammalian cells is the length of the terminal homology of the fragments, which is about 200 bp (base pairs) [Un Y., Lukasovish T., Weldmap A.S. Multirle ratthouses for DNA of DNA double-strapd breaks ip mamaliap chromosomes. MoI CeII Biol. 19, 8353-60 (1999); Nassif N., Engels W. DNA homologous protein for mit mitotis gift rerair ip Drorshila. Roc. Nail, Acad. Sêti. USA 1993 Feb 15; 90 (4): 1262-6].
  • GH Of fundamental importance for the implementation of GH is the linear form of the delivered therapeutic DNA as a source of double-stranded ends.
  • the ring forms of therapeutic plasmids practically do not participate in homologous exchange.
  • the generation of DSBs and the formation of double-stranded ends of the DNA molecule locally activates and enhances chromosomal and extrachromosomal recombination and gene targeting [Kucherlätti RS, Eves EM, Song KY, Morms BS, Smiths Otomépelimés béméottim iprut DNA. Rros Natl ⁇ Mercedes-Seaui USA. 81, 3153-7 (1984)].
  • Extracellular fragmented genomic DNA containing mutant sequences in proportions corresponding to the occurrence of specific mutations in cells is formed as a result of programmed cell death or apoptosis of body cells and is always present in the intercellular space and blood plasma [Apker P, Mulshahu H, Chen XQ, Stroun M. Detestsop (7)f frequentirculatipg tumoig DNA ip flesh bl Canald ( personallylasma / serum) (7)f sapper paratepts. Sapser Metastasis Rev. 18, 65-73 (1999); Giasopa M.V. Ruben G. S., Iszkowski K. Roots T., Porteg D., Sorenson G.
  • CeII-free DNA ip humap blodplasma lepth measurepts ip ratepets with rapeseptsapress aphethrops // rap. 1998. V. 17. P. 89-97].
  • Cells are capable of capturing the resulting DNA or chromatin fragments by a receptor-mediated mechanism and transporting them to the cell nuclei [Yakubov, LA, Deweva, EA, Zarutova VF, Yevapova EM, Rut Candida, AS, Yurskhepoko, Vl Canalkönlvich Switzerlandp réellemism IPvoltage of sresifi demanderrespertors? Roc. Nail. Acad. Sêti.
  • allelic genes usually have a high degree of homology and often differ only in relatively small regions of altered sequences
  • another aspect of the proposed mechanism could be the replacement of allelic gene sequences in the chromosome with alternative ones, similar to replacing mutant sequences with non-mutant ones.
  • the complete genome of the individual is introduced into the body in the form of a set of polynucleotide molecules of a certain length, which are fragments of genomic DNA, circulates and is captured by CK, enters the nucleus, where it is deposited and homologous recombination with the genomic DNA of the cell during reorganization of the CK genome accompanied by the emergence of physiological single-chain breaks.
  • a fragmented homologous DNA preparation is used, which is represented by a set of fragments making up the whole genome of a physiologically and genetically healthy individual and in association with proteins of the nuclear matrix.
  • the size of exogenous fragments corresponds to the size of fragments circulating in the patient’s blood plasma that arise during apoptotic nucleolysis (1-30 nucleosome units).
  • the prototypes use xenogenic DNA material mixed with RNA molecules. This DNA is not related, is not in association with the proteins of the nuclear matrix and does not correspond to the size of the body’s natural apoptotic DNA of 1-30 nucleosome units.
  • the study of the cellular composition of the spleen colonies revealed two differentiation lines of the studied CK.
  • One line gives rise multipotent cell - the ancestor of granulocytic, erythrocyte, monocytic and megakaryocytic hematopoiesis series (CFU-GEM).
  • CFU-GEM monocytic and megakaryocytic hematopoiesis series
  • the second line gives rise to a multipotent cell - the ancestor of lymphopoiesis (CFU-L).
  • mice of the CBA / Las line of vivarium wiring of the Institute of Cytology and Genetics of the SB RAS were used.
  • the animals were kept in plastic cages of 9-10 animals each with free access to food and water.
  • Mice received granulated feed PK120-1 (Laboratsnab, Moscow). Mice were irradiated on the IGU-1 ⁇ -unit (Cs 137 ). Conducted 4 experiments.
  • the 4th experiment examined the effect of human placenta DNA on hematopoietic stem cells when administered to mice irradiated with a sublethal dose of gamma rays. Since the bone marrow is a radiosensitive tissue, when exposed to gamma rays, CKK die. It was assumed that exogenous DNA, penetrating the cell and being involved in reparative processes, allows CKK to survive. The surviving CKKs migrate and colonize lymphoid organs such as lymph nodes, spleen, thymus, etc. This contributes to the further restoration of blood formation and the preservation of the life of mice.
  • Experiment 1 Experiment 1.
  • mice were irradiated with 9.6 Gy at a dose rate of 1.4 Gy / min. 10 mice (labeled) 30 mg prior to irradiation were injected intraperitoneally with 1 mg of DNA extracted from organs CBA mice (group 2). The remaining mice after irradiation were randomly divided into 3 groups.
  • Group 3 was injected with 1 mg DNA of CBA mice in 0.2 ml of nat. solution 30 minutes after irradiation and in the next 2 days - 0.5 mg each.
  • mice were similarly injected with DNA from human placenta.
  • FIG. 1 shows data on the effect of mouse and human DNA on the survival of mice after their ⁇ -irradiation in a lethal dose.
  • mice were irradiated on a gamma-ray setup (Cs 137 ) with a dose of 9.5 Gy at a dose rate of 1.3 Gy / min.
  • the control group of mice was injected with saline / b 0.5 ml (according to the DNA scheme).
  • FIG. Figure 2 shows the radioprotective effects of allogeneic DNA upon intraperitoneal administration to mice before and after lethal ⁇ -irradiation.
  • mice were irradiated on a gamma unit with a dose of 9.5 Gy (dose rate 1.3 Gy / min).
  • Control mice 10 min before and 30 min after irradiation, as well as the next 2 days, were injected intraperitoneally with 0.2 ml of physiological saline.
  • a human placenta DNA preparation was administered 20 min before irradiation, 1 mg each; 30 minutes after irradiation, as well as 24 hours and 48 hours after irradiation, 0.5 mg each.
  • the DNA of mice was introduced - either only before irradiation, or only after irradiation.
  • FIG. Figure 3 shows the radioprotective effect of allogeneic DNA upon intraperitoneal administration to mice before and after lethal ⁇ -irradiation.
  • the animals were killed and the number of splenic hematopoietic colonies was determined. Table 1.
  • the mechanism of self-reproduction and differentiation of cells of this group is at the same time a mechanism for regulating kinetic equilibrium in the entire pool of hematopoietic cells.
  • hemoblastoses there is a deep violation of the basic mechanisms of CK cell homeostasis, the reasons for which are determined both by the presence of primary genetic defects of CK that cause the development of malignant hemoblastoses, and secondary damage to their genetic apparatus associated with the use of high doses of cytostatic drugs for the treatment of this group of pathologies.
  • the goal of this study was formulated as a study of the modulating effect of the fragmented human DNA preparation on the proliferative activity of mononuclear cells and the differentiation of hematopoietic stem cells from the bone marrow of hemoblastoses subjected to program chemotherapy.
  • the main objective of this stage of the work was to evaluate ex vivo the effect of human exogenous DNA on various functional parameters of bone marrow cells in patients with hemoblastoses subjected to program chemotherapy.
  • the program of the research phase included the study of the effect of the fragmented DNA preparation on the proliferative activity of bone marrow mononuclear cells and the generation of hematopoietic colonies by hematopoietic stem cells.
  • the object of the study was bone marrow mononuclear cells (MHK).
  • the study group consisted of 10 patients with hemoblastoses who received second-line PCT courses.
  • Bone marrow was taken by trepanobiopsy, which was performed during a routine diagnostic examination of patients after undergoing programmed high-dose therapy with cytostatic drugs. Marrow trepanobiopsy was performed in a specialized department hematology and bone marrow transplantation of the Clinic of Immunopathology of the Institute of Clinical Immunology SB RAMS (Table 2).
  • the bone marrow was suspended in RPMI-1640 medium with 5% fetal calf serum (ETS).
  • ETS fetal calf serum
  • the resulting suspension was layered on a density gradient of ficoll-verographin, then centrifuged at 400 G for 30 min. The interphase layer containing MHK was collected and washed three times with RPMI-1640 medium with 5% ETS centrifugation at 200 G for 10 min. After the last centrifugation, the supernatant was replaced with RPMI-1640 medium containing 20% ETS. The final concentration of MHK was adjusted to 1 x 10 5 viable cells in 1 ml of culture medium.
  • Bone marrow MHKs obtained from a part of patients were cryopreserved using programmed cooling of cells to –8O 0 C in the presence of a cryostabilizer (dimethyl sulfoxide). Subsequently, cryopreserved cells were stored at a temperature of -80 ° C until use, while the shelf life did not exceed 2 months. Before use, the cells were thawed and washed three times by centrifugation using RPMI-1640 medium with 5% ETS. After resuspension of the pellet, the concentration of viable mononuclear cells (MHK), as in the case of native bone marrow cells, was adjusted to 1 * 10 5 cells in 1 ml of complete culture medium.
  • MHK viable mononuclear cells
  • a model for studying the effect of exogenous DNA on the mitotic activity of MHK is an assessment of the intensity of their proliferation.
  • the proliferative activity of bone marrow mononuclear cells was evaluated in tests of spontaneous and induced proliferative activity using standard techniques.
  • Anti-CD3 monoclonal antibodies were used as an inducer of bone marrow MHK proliferation.
  • Cells incubated with fragmented DNA (experiment) and cells not incubated with exogenous fragmented DNA (control) were examined in triplets.
  • the proliferation activity was tested on the 3rd day of cultivation in 96 well plates for immunological reactions.
  • the intensity of cell proliferation was evaluated by the incorporation of NZ-thymidine into the DNA of proliferating cells.
  • Proliferation activity was expressed as pulses per minute (cpm).
  • cpm pulses per minute
  • Table. 3 and 4 The results of studying the effect of exogenous fragmented DNA on spontaneous and stimulated anti-CD3 monoclonal antibody proliferation are presented in table. 3 and 4.
  • p ⁇ 0.05 As follows from the data obtained, after 1 hour of preincubation with DNA, a significant decrease in the mitotic activity of bone marrow mononuclear cells is observed (p ⁇ 0.05). It is important to note that this phenomenon is registered not only under conditions of additional stimulation of the proliferative activity of anti-CD3 by monoclonal antibodies, but also observed in relation to the spontaneous mitotic activity of MHK enriched in hematopoietic precursors.
  • the level of mitotic activity of bone marrow mononuclear cells after processing of exogenous DNA decreases by about 4 times and amounts to no more than 30% (14-35%) from its initial level in patients with hemoblastosis.
  • the amount of labeled thymidine included in the cells characterizes the fraction of dividing cells at a given time, that is, in fact, reflects the number of active - “excited” stem cells that are in the mitotic cycle and are not capable of differentiation.
  • Verification of this assumption can be carried out on the basis of assessing changes in the differentiation of hematopoietic stem cells contained in the mononuclear fraction of the bone marrow. Let us evaluate the effect of exogenous fragmented human DNA on the differentiation of hematopoietic stem cells in bone marrow.
  • Models for studying the differentiation of hematopoietic stem cells can be the method of formation of erythroid and granulocyte macrophage colonies on a semi-liquid medium [ ⁇ luz ⁇ iik D.H., Sretehs L. ⁇ réellenamnamlopi ⁇ g schreibf received “mast” sell ip sizing sulture. J. Cell. al. Phisiol. - 1965.-V.66.-P.319; Vadleu T.R., Metzlf D. The Gruwth of the Toe Bose Tag Sell IP Vitro. - Aust. J. exp. Biol. those. Sci.-1966.- V.44.- P.287].
  • the number of growing colonies on a semi-liquid medium characterizes the total number of stem cells capable of differentiating in the direction of specific specific hematopoietic elements, and on the other hand, characterizes the direction of such differentiation, which can be judged by the ratio of different types of hematopoietic colonies.
  • the change in mitotic activity due to the fragmented DNA preparation can have a different effect on the ability to differentiate stem cells in the direction of erythroid and granulocyte-macrophage hematopoiesis. This, in particular, is determined by the fact that, in their natural mitotic activity, committed precursors of erythropoiesis significantly differ from other committed precursors.
  • bone marrow mononuclear cells were preincubated for 1 hour at 37 ° C with exogenous DNA, which was added to the incubation mixture at a dose of 100 ⁇ g / ml.
  • cell culture medium was added instead of DNA in the appropriate amount.
  • Table b The effect of exogenously fragmented human DNA on the number of erythroid colonies on the 14th day of bone marrow MHK cultivation.
  • the texture of the obtained data to a certain extent confirms the assumption about the stimulating effect of exogenous DNA on the ability of CKK to differentiate in the erythroid direction.
  • the action of exogenous DNA is not limited to the effect on the mitotic cycle, but is also determined by other mechanisms.
  • One of such mechanisms may be the participation of exogenous DNA in the repair of the stem cell genetic apparatus damaged by cytostatic drugs.
  • the participation of exogenous DNA in the repair of the stem cell genome can be assumed in at least 2 out of 5 studied samples of bone marrow mononuclear cells (40%), when against the background of the almost complete absence of erythroid colony formation in the “control” after preincubation with fragmented DNA, the ability of stem cells to differentiate into erythroid progenitors is restored.
  • the effect of the preparation of fragmented human DNA on damaged hematopoietic precursors in 40% of cases is not quantitative, but qualitative, which is highly likely mediated by the inclusion of exogenous DNA in the genetic apparatus of the stem cell.
  • a drawback of the erythroid colony formation model is the impossibility of analyzing complex competitive relationships between different blood-forming sprouts, during which bone marrow stem cells can not only significantly change the nature of their differentiation, but also the severity of the response to various regulatory and recovery effects. Given this circumstance, at the next stage of the study of the effects of the fragmented DNA preparation, we were a more complex model for studying the functional state of stem cells was used — a model for the simultaneous cultivation of erythroid and granulocyte-macrophage colonies.
  • methylcellulose medium MetoCult ® H 4434 (Stem CeII Teslogologu, Sapada, Cat N ° 04434) was used.
  • Complete methylcellulose medium H 4434 contains a wider range of growth factors.
  • EPO erythropoietin
  • IL-3 interleukin-3
  • the complete medium contains stem cell growth factor (SCF), interleukin-b (IL-6), granulocyte macrophage cell growth factor (GM-CSF) and other biologically active components supporting the proliferation and differentiation of committed stem precursors.
  • SCF stem cell growth factor
  • IL-6 interleukin-b
  • GM-CSF granulocyte macrophage cell growth factor
  • CFU-GM Granulocyte-macrophage
  • CFU-E erythroid
  • mixed-type colonies i.e. colonies containing cell elements of both types
  • Table 7 The effect of exogenous fragmented human DNA on the differentiation of bone marrow MHK into erythroid and granulocyte macrophage colonies.
  • Any cellular differentiation is a profound change in the entire genome of a cell, in which a pathway for the specific development of a pluripotent cell is selected.
  • the revealed phenomena can be considered as indirect evidence of the active participation of extracellular exogenous DNA in the genesis of blood stem cells.

Abstract

The invention relates to medicine, in particular to methods for treating patients by means of genetic material-containing preparations and can be used for treating disturbed hemopoiesis, associated with chromosome defects and with the subsequent death of stem blood cells during therapy by means of cytostatics or high radiation doses applied for treating diseases associated with defects of basic mechanisms for differentiating stem blood cells without separation towards specific hemopoietic elements which emerge during hemoblastosis due to malignant modifications of hemopoiesis cells which become incapable for normal differentiation and, thereby generate uncontrolled proliferation thereof, and also diseases associated with defects of stem cell chromosomes, the healing of which depends on the presence of genetically, phenotypically and physiologically healthy stem cells in an organism. The inventive method makes it possible to extend the field of application and consists in injecting a fragmented DNA into a patient organism, wherein said fragmented DNA is allogenic and consists of fragments, the length of which corresponds to 1-10 nucleosome units which compose, in combination with nuclear matrix proteins, the entire genome of the patient, wherein the quantity of the fragmented DNAis selected in such a way that it is equal or greater than the quantity of blood plasma DNA and tissue fluid of the patient, but not exceeds 1500 ng/ml.

Description

Способ лечения заболеваний A method of treating diseases
Изобретение относится к медицине, в частности, к методам лечения пациентов препаратами, содержащими генетический материал, и может быть использовано для лечения нарушенного гемопоэза, связанного с дефектами хромосом и последующей гибелью стволовых клеток крови (CKK) при терапии цитостатиками или высокими дозами радиации, для лечения заболеваний связанных с нарушением базовых механизмов дифференцировки CKK, без деления в сторону специфических гемопоэтических элементов, которые возникают при rемобластозах вследствие злокачественного изменения клеток гемопоэза, которые становятся не способными к нормальной дифференцировке, в результате чего наблюдается их неконтролируемая пролиферация, а также заболеваний, связанных с дефектами хромосом CK, вылечивание которых зависит от появления в организме генетически, фенотипически и физиологически здоровых стволовых клеток (CK).The invention relates to medicine, in particular, to methods for treating patients with preparations containing genetic material, and can be used to treat impaired hematopoiesis associated with chromosome defects and subsequent death of blood stem cells (CKK) during therapy with cytostatics or high doses of radiation, for treatment diseases associated with a violation of the basic mechanisms of CKK differentiation, without dividing to the side of specific hematopoietic elements that arise with rheoblastosis due to malignant Hematopoiesis cells that become incapable of normal differentiation, resulting in uncontrolled proliferation, as well as diseases associated with defects in CK chromosomes, the cure of which depends on the appearance of genetically, phenotypically, and physiologically healthy stem cells (CK) in the body.
Известен способ лечения, основанный на исправлении точечных мутаций в клетках [U. S, No. 5,795,972, 18.08. 1998]. Способ отличается относительно низкой эффективностью лечения и ограниченностью применения, поскольку согласно этому способу мутации должны быть точно определены еще до начала лечения. Ввиду того, что ни для одной мутации нет достоверного доказательства того, что именно эта мутация привела к гибели CK или является причиной злокачественного перерождения клеток гемопоэза, развитие этого метода требует скрупулезных и длительных исследований по выявлению конкретных мутаций требующих коррекции, а, следовательно, существует необходимость в создании методов, которые могли бы применяться на основе уже имеющихся знаний о механизмах коррекции генома, не делая акцента на конкретных мутациях, приведших к гибели CKK или их злокачественному перерождению.A known treatment method based on the correction of point mutations in cells [U. S, No. 5,795,972, 08/18. 1998]. The method is characterized by a relatively low treatment efficiency and limited use, since according to this method, mutations must be accurately determined before treatment begins. Due to the fact that for no mutation there is reliable evidence that this particular mutation led to the death of CK or is the cause of malignant degeneration of hematopoietic cells, the development of this method requires rigorous and lengthy studies to identify specific mutations requiring correction, and, therefore, there is a need in creating methods that could be applied on the basis of already existing knowledge about the mechanisms of genome correction, without focusing on specific mutations that led to the death of CKK or their malignant Tween rebirth.
Известны также способы лечения, основанные на локальном применении ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) фрагментов для лечения предраковых состояний в коже пациентов [US, No.5, 955,059, 21.09. 1999; US, No.5,470,577, 28.11. 1995]. Эти способы также имеет ограниченную применимость, поскольку ни конкретные последовательности, ни источники ДНК в указанных патентах не определены. В них предлагаются использовать как природную, так и синтетическую ДНК из «любыx подходящих источников)), например, ДНК лосося длиной от 200 до мононуклеотидов и нуклеозидов, включая димеры, что в соответствии с тестами авторов является наиболее эффективным. Однако действие и последствия применения ДНК иной природы на человеческий организм пока не полностью изучены, что предопределяет определенную опасность применения способов.Also known are methods of treatment based on the local use of DNA (deoxyribonucleic acid) fragments for the treatment of precancerous conditions in the skin of patients [US, No.5, 955,059, 21.09. 1999; US No.5,470,577,28.11. 1995]. These methods also have limited applicability, since neither specific sequences nor DNA sources are identified in these patents. They suggest using both natural and synthetic DNA from “any suitable sources)), for example, salmon DNA from 200 to mononucleotides and nucleosides in length, including dimers, which is the most effective in accordance with the authors' tests. However, the effect and consequences of using DNA of a different nature on the human body is not yet fully studied, which determines a certain danger of the application of methods.
Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому является способ, основанный на применении препарата Полидан, представляющего собой высокоочищенную стандартизированную смесь натриевых солей полихлоргидратов дериватов ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота), получаемую из молок осетровых рыб, дозу которого вводят подкожно или внутримышечно медленно в течение 1 ,5 - 2 минут с предварительным согреванием флакона с препаратом в руке до температуры тела пациента [http://www.polidan.ru; рег. Ne 95/292.8; рег. Ns 000552/01-2001].The closest in essence to the proposed one is a method based on the use of the Polydan preparation, which is a highly purified standardized mixture of sodium salts of DNA polychlorohydrates (deoxyribonucleic acid) and RNA (ribonucleic acid) obtained from sturgeon milk, the dose of which is administered subcutaneously or intramuscularly slowly within 1, 5 - 2 minutes with pre-heating the bottle with the drug in the hand to the patient’s body temperature [http://www.polidan.ru; reg. Ne 95 / 292.8; reg. Ns 000552 / 01-2001].
Недостатком наиболее близкого технического решения является ограниченная область применения, поскольку активная субстанция препарата выделена из тканей ксеногенного организма и содержит как ДНК так и РНК молекулы. Несмотря на то, что активная субстанция препарата Полидан действует на геном CKK схожим с ДНК человека образом, а именно мимикрирует наличие разрывов хромосом присутствием двуцепочечных концов доставленных в ядро фрагментов ДНК, чем активирует CKK к терминальной дифференцировке, а также создает условия за счет нахождения частичной гомологии между ДНК препарата Полидан и ДНК хромосом человека, для осуществления актов гомологической рекомбинации, и сохранения физической длинны и структуры хромосом достаточных для цепи последовательных митозов, субстанция препарата Полидан, при этом, привносит в реципиентный геном чужеродные последовательности. Такое действие препарата Полидан спасает гемопоэтичесую функцию CKK за счет восстановления и поддержания функционального размера хромосом этих клеток, и по видимому, в целом не затрагивает высокоспециализированные свойства дифференцированных клеток крови, причем одновременно активируя их к терминальной дифференцировке своим мимикрирующим действием, тем не менее такие спасенные CKK нельзя считать в полной мере вернувшими свое исходное генетическое состояние, поскольку любое другое направление дифференцировки, где принимают участие задетые рекомбирнацией с чужеродным генетическим материалом хромосомные локусы неизбежно приведет к дефектам этого пути развития CKK. Внутренняя структура хромосом при такой рекомбинации приобретает абсолютно непредсказуемые черты и до сих пор не исследован долгосрочный прогноз лейкостимуляции с использованием препаратов чужеродной ДНК.The disadvantage of the closest technical solution is the limited scope, since the active substance of the drug is isolated from the tissues of the xenogenic organism and contains both DNA and RNA molecules. Despite the fact that the active substance of the drug Polydan acts on the CKK genome in a manner similar to human DNA, namely, it mimics the presence of chromosome breaks by the presence of double-stranded ends of DNA fragments delivered to the nucleus, thereby activating CKK to terminal differentiation, and also creates conditions by finding partial homology between the DNA of the drug Polydan and the DNA of human chromosomes, for the implementation of acts of homologous recombination, and preservation of the physical length and structure of chromosomes sufficient for a chain of consecutive mi tozov, the substance of the drug Polydan, at the same time, introduces foreign sequences into the recipient genome. Such an action of the drug Polydan saves the hematopoietic function of CKK by restoring and maintaining the functional size of the chromosomes of these cells, and, apparently, does not generally affect the highly specialized properties of differentiated blood cells, while simultaneously activating them to terminal differentiation with its mimicking effect, nevertheless, such saved CKK can not be considered fully returned to their original genetic state, since any other direction of differentiation, where they take part chromosome loci that are recombined with foreign genetic material will inevitably lead to defects in this pathway of CKK development. The internal structure of chromosomes with such a recombination acquires completely unpredictable features, and the long-term prognosis of leukostimulation using foreign DNA preparations has not yet been studied.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение является расширение области применения и лечения нарушенного гмопоэза, связанного с дефектами хромосом и последующей гибели стволовых клеток крови (CKK), например, при терапии цитосτатиками или высокими дозами радиации, для лечения пациентов с заболеваниями, связанными с нарушением базовых механизмов дифференцировки CKK без деления в сторону специфических гемопоэтических элементов, которые возникают при гемобластозах вследствие злокачественного изменения клеток гемопоэза, которые становятся не способными к нормальной дифференцировке, в результате чего наблюдается их неконтролируемая пролиферация, а также для лечения пациентов с заболеваниями, связанными с дефектами хромосом CK, вылечивание которых зависит от появления в организме генетически, фенотипически и физиологически здоровых стволовых клеток (CK).The technical result, the achievement of which the invention is directed, is to expand the scope and treatment of impaired homopoiesis, associated with chromosome defects and subsequent death of blood stem cells (CKK), for example, during therapy with cytostatics or high doses of radiation, for the treatment of patients with diseases associated with a violation of the basic mechanisms of differentiation of CKK without dividing to the side of specific hematopoietic elements that occur with hemoblastoses due to malignant changes in hematopoietic cells that become incapable of normal differentiation, as a result of which their uncontrolled proliferation is observed, as well as f for the treatment of patients with diseases associated with defects in CK chromosomes, the cure of which depends on the appearance in the body of genetically, phenotypically and physiologically healthy stem cells (CK).
Заявленный технический результат достигается тем, что, в способе лечения заболеваний, основанном на введении в организм пациента фрагментированной ДНК, фрагментированная ДНК является аллогенной и состоит из фрагментов, длина которых соответствует 1-10 нуклеосомным единицам, составляющих полный геном пациента в ассоциации с белками ядерного матрикса, при этом, количество фрагментированной ДНК принимают равным или превышающим количество собственно ДНК плазмы крови и тканевых жидкостей пациента, но не более 1500 н г/мл.The claimed technical result is achieved by the fact that, in a method of treating diseases based on the introduction of fragmented DNA into a patient’s body, the fragmented DNA is allogeneic and consists of fragments whose length corresponds to 1-10 nucleosome units that comprise the patient’s complete genome in association with nuclear matrix proteins however, the amount of fragmented DNA is taken to be equal to or greater than the amount of DNA in the blood plasma and tissue fluids of the patient, but not more than 1500 n g / ml.
Способ основан на способности CKK отвечать на воздействие препаратов фрагментированной ДНК. Фрагменты ДНК, доставленные в ядерное пространство CKK, вследствие естественного механизма гомологической рекомбинации (ГР) замещают мутантные участки генов или восстанавливают исходную физическую длину хромосом что, явилось причиной утраты CK их жизнеспособности, и тем самым нежизнеспособная или мутантная CKK становится жизнеспособной. При этом хромосомы CKK приобретают физические параметры, позволяющие CKK осуществлять цепь последовательных митозов, а в оптимальном варианте геном обработанной CKK полностью исправляется и становится идентичным геному исходной здоровой CK. В тот же самый момент, доставленные в ядерное пространство фрагменты экстраклеточной ДНК своими двуцепочечными концами создают иллюзию появления функциональных разрывов в хромосомах CKK, являющихся индуктором их терминальной дифференцировки. Это мимикрирующее действие экстраклеточных фрагментов ДНК локализованных внутри ядра CKK, запускает механизмы клеточной дифференцировки, активирует и поддерживает в непрерывно активном состоянии кометированное деление CKK. На чертеже представлены: на фиг. 1 - характеристика влияния ДНК мыши и человека на выживаемость мышей после их γ- облучения в летальной дозе, на фиг. 2 и фиг. 3 - характеристика радиозащитного действия аллогенной ДНК при внутрибрюшинном введении мышам до и после летального γ- облучения, на фиг. 4, а - представлены дессектированные селезенки мышей после γ - облучения и терапии экстраклеточной фрагментированной ДНК человека и мыши. Наблюдается большое количество эндогенных селезеночных колоний (см. Таблица 1) образованных потомками спасенных CKK. на фиг. 4,6 - представлены дессектированные селезенки мышей после γ - облучения без терапии экстраклеточной фрагментированной ДНК человека и мыши. Наблюдается практическое отсутствие (см. Таблица 1) колоний, что свидетельствует о разрушении механизмов восстановления CKK.The method is based on the ability of CKK to respond to fragmented DNA preparations. DNA fragments delivered to the nuclear space of CKK, due to the natural mechanism of homologous recombination (GR), replace mutant regions of genes or restore the original physical length of chromosomes, which caused the loss of CK viability, and thereby non-viable or mutant CKK becomes viable. At the same time, CKK chromosomes acquire physical parameters that allow CKK to carry out a chain of sequential mitoses, and in the best case, the genome of the treated CKK is completely corrected and becomes identical to the genome of the initial healthy CK. At the same moment, fragments of extracellular DNA delivered to the nuclear space with their double-stranded ends create the illusion of the appearance of functional breaks in the CKK chromosomes, which are the inductor of their terminal differentiation. This mimicking effect of extracellular DNA fragments localized inside the CKK nucleus triggers the mechanisms of cell differentiation, activates and maintains the cometary division of CKK in a continuously active state. The drawing shows: in FIG. 1 - a characteristic of the effect of mouse and human DNA on the survival of mice after their γ-irradiation in a lethal dose, FIG. 2 and FIG. 3 is a characteristic of the radioprotective effect of allogeneic DNA upon intraperitoneal administration to mice before and after lethal γ-irradiation, FIG. 4a presents desected mouse spleens after γ - irradiation and therapy of extracellular fragmented human and mouse DNA. A large number of endogenous splenic colonies are observed (see Table 1) formed by descendants of rescued CKK. in FIG. 4,6 - desected mouse spleens are presented after γ - irradiation without therapy of extracellular fragmented human and mouse DNA. There is a practical absence (see Table 1) of colonies, which indicates the destruction of the mechanisms of recovery of CKK.
Предложенный способ лечения реализуется следующим образом.The proposed method of treatment is implemented as follows.
Для его осуществления в организм пациента, известными путями и способами (внутривенно, внутримышечно, путем внутрикожной инъекцией, подкожно, внутрибрюшинно, нанесением на различные слизистые оболочки, приемом через рот (с или без предварительной нейтрализации кислой среды желудка либо с использованием специальной нерастворимой в желудке оболочки), через прямую кишку, интравагинально, интрокулярно, через нос, путем инτроокулярной инъекции или ингаляцией вводятся специальным образом обработанные фрагменты аллогенной ДНК полученной от генетически и физиологически здоровых доноров. Количество вводимого препарата должно быть таким, что бы концентрация фрагментированной ДНК в крови и тканевых жидкостей пациента, не превышала максимально допустимого количества, равного 1500 нг/мл. В случае обработки CKK ех vivо для последующей автотрансплантации CKK должны быть обработаны препаратом фрагментированной ДНК в концентрации не превышающей 30 мкг/мл. При этом, фрагментированная ДНК, будучи введенная в организм пациента, доставляются в активно делящиеся клетки организма, в том числе и к CKK, при помощи естественного механизма доставки (кровоток, специфические рецепторы расположенные на поверхности активно делящихся клеток). Далее фрагментированная экстраклеточная ДНК доставленная во внутриклеточное пространство, депонируется в межхромосомном компартменте ядра и подвергаются внутриядерному процессингу. В этом случае фрагменты ДНК, будучи депонированными в межхромосомном компартменте ядра, вследствие естественного механизма гомологической рекомбинации (ГР) замещают муτантные участки хромосом мутации в которых привели к нежизнеспособности CKK, В результате указанных событий происходит реверсивное полое или частичное восстановление функций CKK, активации митотического процесса и вступления CKK на путь дифференцировки. В указанном процессе воздействия экзогенной фрагментированной ДНК на CKK важным является свойство CKK (и других типов CK, в том числе и ЭСК) в ходе нескольких (1-3) первых митозов полностью перестраивать свой геном, приводя его к кометированному состоянию. При этом в геноме CKK возникают многочисленные разрывы хроматина являющиеся неотъемлемой частью процесса перестройки генома. Если в этот момент в ядре CK находится гомологичная ДНК требуемого размера в комплексе с белками ядерного матрикса, то она становится доступной для интеграции в геном по типу гомологической рекомбинации, при этом активность данного процесса за счет появлений в хроматине многочисленных физиологичных, функциональных разрывов многократно увеличивается. Кроме этого активирующее влияние фрагментов ДНК на дифференцировку CKK связано с их мимикрирующим действием. Доставленные в ядерное пространство фрагменты экстраклеточной ДНК привносят в ядро клетки большое количество двуцепочечных концов, которые клетка воспринимает жак свои собственные функциональные разрывы хромосом, которые образуются и быстро репарируются в ходе их терминальной дифференцировки. Это мимикрирующее действие экстраклеточных фрагментов ДНК локализованных внутри ядра CKK, запускает механизмы клеточной дифференцирвки, активирует и поддерживает в непрерывно активном состоянии кометированное деление CKK. Таким образом, при введении в организм препарата фрагментированной аллогенной ДНК полученной от физиологически и генетически здоровых доноров, происходит ее поглощение CKK в процессе деления посредством естественного механизма доставки, свойственного активно делящимся клеткам (рецептор-опосредованный пиноцитоз). Доставленная в ядерный компартмент - межхромосомное пространство - фрагментированная ДНК депонируется и вступает в процесс гомологического обмена с соответствующими локусами хромосом в момент перестройки генома CKK и связанного с этим временного появления в хроматине многочисленных разрывов. Вследствие естественного механизма гомологической рекомбинации депонированные в межхромосомном пространстве фрагменты ДНК замещают мутантные участки хроматина, мутации в которых привели к нежизнеспособности CKK, а также могут замещать любые мутантные локусы генов CK на немутанτные. Вследствие указанных событий геном CKK претерпевает частичную, или полную коррекцию, что приводит к восстановлению митотического потенциала CKK или же к полному восстановлению поврежденного генома CKK. В тот же самый момент, доставленные в ядерное пространство фрагменты экстраклеτочной ДНК привносят в ядро клетки большое количество двуцепочечных концов, которые клетка воспринимает как свои собственные функциональные разрывы хромосом, которые образуются и быстро репарируются в ходе их терминальной дифференцировки. Это мимикрирующее действие экстра клеточных фрагментов ДНК локализованных внутри ядра CKK, запускает механизмы клеточной дифференцирвки, активирует и поддерживает в непрерывно активном состоянии кометированное деление CKK.For its implementation in the patient’s body, by known methods and methods (intravenously, intramuscularly, by intradermal injection, subcutaneously, intraperitoneally, by application to various mucous membranes, by mouth (with or without preliminary neutralization of the acidic environment of the stomach, or using a special insoluble membrane in the stomach ), through the rectum, intravaginally, introkulyarno, through the nose, by introocular injection or inhalation are introduced specially treated fragments of allogeneic DNA obtained from genetically and physiologically healthy donors.The amount of drug administered should be such that the concentration of fragmented DNA in the blood and tissue fluids of the patient does not exceed the maximum allowable amount of 1500 ng / ml In the case of treatment with CKK ex vivo for subsequent autotransplantation, CKK should be processed fragmented DNA preparation in a concentration not exceeding 30 μg / ml, while fragmented DNA, being introduced into the patient’s body, is delivered to actively dividing cells of the body, including and to CKK, using a natural delivery mechanism (blood flow, specific receptors located on the surface of actively dividing cells). Next, the fragmented extracellular DNA delivered to the intracellular space is deposited in the interchromosomal compartment of the nucleus and is subjected to intranuclear processing. In this case, DNA fragments, being deposited in the interchromosomal compartment of the nucleus, due to the natural mechanism of homologous recombination (GR), replace mutant chromosome regions of the mutation in which CKK is not viable. As a result of these events, a reversible hollow or partial restoration of the functions of CKK, activation of the mitotic process and the entry of CKK on the path of differentiation. In the indicated process of exposure of exogenous fragmented DNA to CKK, the property of CKK (and other types of CK, including ESCs) is important in the course of several (1-3) first mitoses to completely rearrange its genome, leading it to a cometated state. At the same time, numerous chromatin breaks occur in the CKK genome, which are an integral part of the genome rearrangement process. If at this moment homologous DNA of the required size in complex with the proteins of the nuclear matrix is located in the CK nucleus, then it becomes available for integration into the genome by the type of homological recombination, while the activity of this process due to the appearance of numerous physiological, functional breaks in chromatin increases many times. In addition, the activating effect of DNA fragments on the differentiation of CKK is associated with their mimicking effect. Fragments of extracellular DNA delivered to the nuclear space introduce a large number of double-stranded ends into the cell nucleus, which the cell perceives in the Jacques their own functional chromosome breaks, which are formed and quickly repair during their terminal differentiation. This mimicking effect of extracellular DNA fragments localized inside the CKK nucleus triggers the mechanisms of cellular differentiation, activates and maintains the cometary division of CKK in a continuously active state. Thus, when a fragmented allogeneic DNA product obtained from physiologically and genetically healthy donors is introduced into the body, it is absorbed by CKK during division by the natural delivery mechanism inherent in actively dividing cells (receptor-mediated pinocytosis). The fragmented DNA delivered to the nuclear compartment — the interchromosomal space — is deposited and enters into the process of homologous exchange with the corresponding chromosome loci at the moment of the CKK genome rearrangement and the numerous temporary breaks in chromatin associated with this. Due to the natural mechanism of homologous recombination, DNA fragments deposited in the interchromosomal space replace mutant chromatin regions, mutations in which led to non-viability of CKK, and can also replace any mutant loci of CK genes with non-mutant ones. As a result of these events, the CKK genome undergoes partial or complete correction, which leads to the restoration of the mitotic potential of CKK or to the complete restoration of the damaged CKK genome. At the very moment delivered Extractive DNA fragments bring a large number of double-stranded ends into the nucleus of the cell, which the cell perceives as its own functional breaks in the chromosomes that form and quickly repair during their terminal differentiation. This mimicking effect of extra cellular DNA fragments localized inside the CKK nucleus triggers the mechanisms of cellular differentiation, activates and maintains the cometated CKK division in a continuously active state.
Эффект, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, может быть обоснован следующими теоретическими данными.The effect achieved by using the present invention can be justified by the following theoretical data.
Согласно современной классификации к стволовым клеткам относятся тотипотентные клетки морулы, плюрипотентные клетки бластоцисты, из которых в организме формируются все ткани организма, и мультипотентные региональные герминативные клетки [Оrkiп S. H., Morrison SJ. Stеm-sеll соmреtitiоп. Ibid. 2002. V. 418. #. 6893. P. 25-27]. Региональные или тканеспецифические стволовые клетки сохраняются в течение всей жизни организма, самоподдерживаются и обеспечивают постоянное пополнение утраченных клеточных популяций. Тканеспецифичекие CK вносят вклад в регенерацию и поддержание многочисленных, если не всех тканей млекопитающих, включая кровь, печень, кишечник, скелетную мускулатуру, и центральную нервную систему. До последнего времени считалось, что тканеспецифические CK детерминтруются в определенные типы клеток и распределяются в тканях, из которых они произошли. Тем не менее, в последнее время появилось большое количество работ свидетельствующих о гораздо большей пластичности региональных CK [Веdаdа F. В. Тесhпаu А., Еbеlt Y., Sсhulzе M., Beaun T. Асtivаtiоп оf myogenic differentiation раthwауs iп аdult bопе mаrrоw-dеrivеd stеm сеlls. MoII. CeII. Вiоlоgу. 2005. V. 25. Na 21. P. 9509-9519; Кuеs W.A., Реtеrsеп В., Муsеgаdеs W., Саrпwаth J.W., Niеmапп H. Isоlаtiоп оf muriпе апd роrсiпе fеtаl stеm сеlls frоm sоmаtiс tissuе. Вiоlоgу оf rерrоdасtiоп. V. 72. 1020-1028. 2005]. Например, подтверждено, что CK нейронов, выделенные из тканей мозга мышей, дифференцируются в клетки крови, скелетной мускулатуры и эндотелиальные клетки, что CK клетки жировой ткани человека дифференцируются в клетки кости, мышц и хряща и также что CK дермы кожи млекопитающих дифференцируются в клетки скелетных мышцы, нейроны, глиальные и жировые клетки. Показано, что некоторые редкие популяций клеток, так называемые мультипотентные прогениторные клетки способны дифференцироваться в дериваты всех трех зародышевых листков. Также возможность дифференцироваться в клетки не родственных тканей были продемонстрированы для CK костного мозга исходно участвующих в формировании и поддержании популяции клеток крови. Открытие феномена пластичности стволовых клеток и возможности их дифференцировки в клетки тканей экто-, мезо- и эндодермального происхождения, а также способность CK мигрировать из костного мозга и пополнять пулы стволовых клеток различных тканей, позволило сформулировать концепцию об общем регенеративном механизме тканей, где основную роль играют CK. Это послужило основой для возникновения и бурного развития нового направления - регенеративной медицины, основанного на применении CK клеток с целью восстановления клеточного состава органов и тканей, поврежденных вследствие заболеваний, воздействия химических агентов, травм или возрастных дегенеративных изменений. Одним из основных и наиболее часто встречаемых негативных типов воздействия на регенеративные процессы организма является лучевая и химио - терапии применяемые в онкологической практике. Вследствие применения жесткого излучения или цитостатиков различной природы наряду с раковыми клетками погибают все активно пролиферирующие клетки, в том числе и стволовые. В частности, следствием такого воздействия является частичное или полное нарушение гемопоэза, что приводит к негативному прогнозу. Как известно, постэмбриональный гемопоэз представляет собой процесс физиологической регенерации крови, который компенсирует физиологическое разрушение дифференцированных клеток. Особенно сильно регенерирующий потенциал крови затрагивает высокодозная химиотерапия, которая без компенсирующего воздействия дает высокий процент токсической смертности. В настоящее время получил широкое применение метод высокодозной химиотерапии (ВДХТ) совместно с трансплантацией аутологичных клеток предшественников гемопоэза. Единственным источником восстановления кроветворения являются гемопоетические CK, находящиеся в костном мозге. Для процедуры аутотрансплантации, стволовые клетки (CD34+) выделяют из костного мозга или периферической крови, замораживают в присутствии криостабилизатора (DMSO) и используют для восстановления кроветворной функции костного мозга, поврежденной радиацией или высокими дозами цитостатиков [Вlumе K.G., Тhоmаs E. D. А rеviеw оf аutоlоgus hеmаtороiеtiс сеll trапsрlапtаtiоп. Аmеriсап Sосiеtу fоr Ыооd апd mаrrоw trапsрlапtаtiоп. 2000. P. 1-12]. Предлагаемый способ лечения принципиально отличается от способа, основанном на воздействии медиаторных, колониестимулирующих молекул являющимися факторами роста, стимулирующими активность стволовых клеток. Под активностью CKK следует понимать увеличение пролиферативноrо потенциала CKK, сохранение способности к дифференцировки и развитию конкретных видов клеток, и именно эти качества CKK регулируют факторы роста. Факторы роста включают колониестимулирующие факторы (КСФ), интерлейкины и ингибирующие факторы. Все они являются гликопротеинами с молекулярной массой около 20 КД и действуют и как циркулирующие гормоны и как местные медиаторы, регулирующие гемопоэз и дифференцировку специфических типов клеток. Действие факторов роста распространяется на CKK, колониеобразующие единицы (КОЕ), кометированные и зрелые клетки. Так, например, при уменьшении количества эритроцитов и соответственно снижения парциального давления кислорода (PO2) является сигналом для продукции эритропоэтина. Эритропоэтин действует на чувствительные к нему КОЕ-Э, стимулируя из пролиферацию и дифференцировки. Интерлейкины действуют на полипотентную CK, большинство КОЕ и иногда на терминально дифференцирующиеся клетки. Ингибирующие факторы дают противоположный эффект - тормозят гемопоэз. Их недостаток может быть одной из причин лейкимии, характеризующейся значительным увеличением числа лейкоцитов в крови. Выделен ингибирующий лейкимию фактор, который тормозит пролиферацию и дифференцировку моноцитов - макрофагов. Все указанные воздействия являются регуляторными и определяются медиаторными молекулами факторов роста, которые воздействуют на различные клеточные механизмы, запускающие или регулирующие процессы репликации хроматина и транскрипции различных белков опосредующих метаболизм пролиферирующей и дифференцирующейся CKK. При этом факторы роста используются для восстановления гемопоэтичесокой функции крови.According to the modern classification, stem cells include moripotipotent morula cells, blastocyst pluripotent cells, from which all body tissues are formed in the body, and multipotent regional germ cells [Orkip SH, Morrison SJ. Stem-sll com. Ibid. 2002. V. 418. #. 6893. P. 25-27]. Regional or tissue-specific stem cells persist throughout the life of the body, self-sustain and provide a constant replenishment of lost cell populations. Tissue-specific CKs contribute to the regeneration and maintenance of numerous, if not all mammalian tissues, including blood, liver, intestines, skeletal muscle, and the central nervous system. Until recently, it was believed that tissue-specific CK are determined in certain types of cells and distributed in the tissues from which they originated. Nevertheless, in recent years, a large number of works have appeared that testify to the much greater plasticity of regional CK [Veda F. V. Teshpau A., Еbelt Y., Сhulze M., Beaun T. Аtivаtiop оf myogenic differentiation ratwaups and adult bope mаrrоw-deverеdеd STEM SELLS. MoII. CeII. Viologu. 2005. V. 25. Na 21. P. 9509-9519; Kues WA, Retersep W., Musegades W., Carpath JW, Niemapp H. Isolatop of murpe apd rorsip fetal stell sommotomis paid. Viologu of rrrodastiop. V. 72. 1020-1028. 2005]. For example, it was confirmed that CK neurons isolated from mouse brain tissues differentiate into blood cells, skeletal muscles and endothelial cells, that CK human adipose tissue cells differentiate into bone, muscle and cartilage cells, and also that mammalian skin CK dermis differentiate into skeletal cells muscles, neurons, glial and fat cells. It has been shown that some rare cell populations, the so-called multipotent progenitor cells, are able to differentiate into derivatives of all three germ layers. Also, the ability to differentiate into cells of non-related tissues was demonstrated for bone marrow CK initially involved in the formation and maintenance of a blood cell population. The discovery of the phenomenon of stem cell plasticity and the possibility of their differentiation into tissue cells of ecto-, meso-, and endodermal origin, as well as the ability of CK to migrate from the bone marrow and replenish stem cell pools of various tissues, allowed us to formulate a concept about the general regenerative mechanism of tissues, where the main role is played by Ck. This served as the basis for the emergence and rapid development of a new direction - regenerative medicine, based on the use of CK cells in order to restore the cellular composition of organs and tissues damaged due to diseases, exposure to chemical agents, injuries or age-related degenerative changes. One of the main and most frequently encountered negative types of effects on the regenerative processes of the body is radiation and chemo - therapies used in oncological practice. Due to the use of hard radiation or cytostatics of a different nature, along with cancer cells, all actively proliferating cells die, including stem cells. In particular, the consequence of this effect is a partial or complete violation of hematopoiesis, which leads to a negative prognosis. As you know, postembryonic hematopoiesis is a process of physiological blood regeneration, which compensates for the physiological destruction of differentiated cells. Particularly strongly regenerating potential of blood is affected by high-dose chemotherapy, which without a compensating effect gives a high percentage of toxic mortality. Currently, the high-dose chemotherapy (VHT) method has been widely used in conjunction with transplantation of autologous hematopoietic progenitor cells. The only source of hematopoiesis recovery is hematopoietic CK located in the bone marrow. For the autotransplantation procedure, stem cells (CD34 + ) are isolated from bone marrow or peripheral blood, frozen in the presence of a cryostabilizer (DMSO) and used to restore hematopoietic function of bone marrow damaged by radiation or high doses of cytostatics [Blum KG, Tomas ED A révéufutoutol Hematoroieticcell trapslaptatiop. AMERISAP SOCIETO FOR FORD APD MARROW TRAPSRLAPTATIOP. 2000. P. 1-12]. The proposed method of treatment is fundamentally different from the method based on the effect of mediator, colony stimulating molecules, which are growth factors that stimulate the activity of stem cells. Under CKK activity follows to understand the increase in the proliferative potential of CKK, the preservation of the ability to differentiate and develop specific types of cells, and it is these qualities of CKK that regulate growth factors. Growth factors include colony stimulating factors (CSF), interleukins, and inhibitory factors. All of them are glycoproteins with a molecular weight of about 20 CD and act both as circulating hormones and as local mediators that regulate hematopoiesis and differentiation of specific cell types. The action of growth factors extends to CKK, colony forming units (CFU), comet and mature cells. So, for example, with a decrease in the number of red blood cells and, accordingly, a decrease in the partial pressure of oxygen (PO 2 ) is a signal for the production of erythropoietin. Erythropoietin acts on CFU-E sensitive to it, stimulating from proliferation and differentiation. Interleukins act on pluripotent CK, most CFU and sometimes terminally differentiated cells. Inhibiting factors give the opposite effect - inhibit hematopoiesis. Their deficiency may be one of the causes of leukemia, characterized by a significant increase in the number of white blood cells in the blood. A leukemia-inhibiting factor that inhibits the proliferation and differentiation of monocytes - macrophages was isolated. All of these effects are regulatory and are determined by mediator molecules of growth factors that act on various cellular mechanisms that trigger or regulate chromatin replication and transcription of various proteins that mediate the metabolism of proliferating and differentiating CKK. At the same time, growth factors are used to restore hematopoietic blood function.
В случае лечения по предлагаемому способу происходит восстановление поврежденного хроматина CK и тем самым стволовая клетка становится в состоянии осуществлять полноценный митоз и отвечать на воздействие факторов роста. Коротко можно сказать, что если нечего стимулировать, то не помогут никакие факторы роста. В тот же самый момент, при лечении по предлагаемому способу, доставленные в ядерное пространство фрагменты эксτраклеточной ДНК своими двуцепочечными концами создают иллюзию появления функциональных разрывов в хромосомах CKK, являющихся индуктором их терминальной дифференцировки. Это мимикрирующее действие экстраклеточных фрагментов ДНК локализованных внутри ядра CKK, запускает механизмы клеточной дифференцирвки, активирует и поддерживает в непрерывно активном состоянии кометированное деление CKK. Механизм возникновения и поддержания мутаций в CK, связанных с применением мутагенов, процессом старения, по нашему мнению выглядит следующим образом.In the case of treatment according to the proposed method, the damaged CK chromatin is restored and thereby the stem cell becomes able to carry out full mitosis and respond to the influence of growth factors. It can be said briefly that if there is nothing to stimulate, then no growth factors will help. At the same moment, in the treatment according to the proposed method, fragments of extracellular DNA delivered to the nuclear space with their double-stranded ends create the illusion of the appearance of functional breaks in the CKK chromosomes, which are the inductor of their terminal differentiation. This mimicking effect of extracellular DNA fragments localized inside the CKK nucleus triggers the mechanisms of cellular differentiation, activates and maintains the cometary division of CKK in a continuously active state. The mechanism of occurrence and maintenance of mutations in CK associated with the use of mutagens, the aging process, in our opinion, is as follows.
Геномная ДНК любого организма подвержена мутагенному воздействию факторов внешней среды, таких как ионизирующее излучение, химические мутагены, так же как и внутренних факторов, включая ошибки репаративных систем клетки. Известный репаративный механизм клетки устраняет повреждения ДНК или неправильные замены нуклеотидов и ковалентно соединяет одноцепочечные и двуцепочечные разрывы (ОЦР, ДЦР) после мутационных событий [Ноеijmаkеrs J. H. Genome maintenance mесhапisms fоr рrеvепtiпg сапсеr // Nаturе. 2001. V. 411. P. 366- 374]. В случае, когда повреждения затрагивают обе цепи ДНК и имеют заметную протяженность, репарация таких участков становиться проблематичной и повреждения часто приводят к мутациям. ДЦР являются примером повреждений, которые практически невозможно исправить известным механизмом репарации, поскольку они затрагивают как хромосомную целостность, так и непосредственно целостность молекулы ДНК. Известен быстрый механизм репарации двухцепочечных разрывов включающий использование клеткой белков KU70/KU-86 и ядерную ДНК зависимую протеинкиназу, которые объединяют концы ДНК и восстанавливают геномную целостность [Рfеifеr P. Тhе mutagenic potential of DNA dоublе-strапd brеаk repair // Toxicol. Lеtt. 1998. 96. 97. V. 119. P. 1 19-129]. Невозможно восстановить нуклеотиды или короткие ДНК фрагменты, которые были утрачены при одновременных множественных разрывах молекулы ДНК. И как следствие таких потерь после восстановления целостности хромосомы возникают хромосомные аберрации, а ДЦР при этом выступают источником мутаций.Genomic DNA of any organism is subject to mutagenic effects of environmental factors, such as ionizing radiation, chemical mutagens, as well as internal factors, including errors in cell repair systems. The well-known reparative mechanism of the cell eliminates DNA damage or incorrect nucleotide substitutions and covalently connects single-stranded and double-stranded breaks (OCR, DTSR) after mutational events [Noijmakers J. H. Genome maintenance mesophisms forreceptor sapser // Natury. 2001. V. 411. P. 366- 374]. In the case when damage affects both DNA strands and has a noticeable extent, the repair of such sites becomes problematic and damage often leads to mutations. DSBs are an example of lesions that are almost impossible to repair with the known repair mechanism, since they affect both the chromosomal integrity and the integrity of the DNA molecule itself. A fast mechanism for repairing double-stranded breaks is known, including the use of KU70 / KU-86 proteins and nuclear DNA-dependent protein kinase, which combine the ends of the DNA and restore genomic integrity [Pfeifer P. The mutagenic potential of DNA double-strapd repair // Toxicol. Lettt. 1998. 96. 97. V. 119. P. 1 19-129]. It is not possible to recover nucleotides or short DNA fragments that were lost during simultaneous multiple breaks of a DNA molecule. And as a consequence of such losses after the restoration of the integrity of the chromosome, chromosomal aberrations occur, and DCRs at the same time act as a source of mutations.
В современной онкологической практике широко применяются химические цитостатики и жесткое γ облучение, нарушающие целостность двуцепочечной ДНК за счет алкилирующего воздействия в первом случае, и непосредственного воздействия лучей и действия возникающих при ионизации свободных радикалов во втором. Множественные двуцепочечные разрывы, возникающие в ДНК при такого рода воздействиях приводят к остановке синетических процессов в ядре и к нарушению клеточного цикла. В конечном счете, включается программа самоуничтожения, и клетка либо подвергается апоптозу, либо в ней возникают глубокие генетические изменения. Именно такие повреждения ДНК, возникающие во всех клетках организма и особенно в активно пролиферирующих приводят либо к гибели этих клеток либо к возникновению мутантных потомков. К сожалению, вместе с раковыми клетками гибнут или мутируют и другие активно делящиеся клетки организма, такие как клетки эпителия, лейкоциты, стволовые клетки красного и белого кровяных ростков, клетки волосяных фолликул и другие. Наиболее опасным является уничтожение клеток крови поддерживающих активный иммунный ответ организма. В ряде работ была высказана гипотеза о существовании естественного механизма, который может влиять на генетическую составляющую клетки многоклеточных организмов, используя внеклеточную геномную ДНК из биологических жидкостей как внешний геномный стандарт [Yаkubоv, L.A., РеtrоvаN.А., РороvаКА, Sеmепоv D.V., Nikоliп, V.P., Оskiпа, I. N. RoIe оf ехtrасеllulаr DNA in maintaining оf stаbilitу апd vаriаbilitу оf сеllulаr gепоmеs. Dоklаdу Вiосhеmistrу апd Вiорhуsiсs 382, 31 -34, (2002); Yаkubоv J.A., Ророvа N.A., Nikоliп D.V, Sеmепоv, S. S. Воgасhеv апd I. N. Оs'kiпа. Ехtrасеiluiаr gепоmiс DNA рrоtесts miсе аgаiпst rаdiаtiоп апd сhеmiсаl mutаgепs // Gепоm Вiоl. 2003. V.5. Р.З]. Согласно предложенному механизму, ДНК связывающие рецепторы, располагающиеся на клеточной поверхности, доставляют фрагменты геномной ДНК из внешней среды в ядро, где они замещают соответствующие гомологичные фрагменты в клеточной геномной ДНК через механизм гомологической рекомбинации.In modern oncological practice, chemical cytostatics and hard γ radiation are widely used, which violate the integrity of double-stranded DNA due to the alkylation effect in the first case, and the direct action of rays and the action of free radicals resulting from ionization in the second. Multiple double-stranded breaks occurring in DNA during this kind of exposure lead to a stop of the synthetic processes in the nucleus and to disruption of the cell cycle. Ultimately, a self-destruction program is activated, and the cell either undergoes apoptosis or profound genetic changes occur in it. It is such DNA damage that occurs in all cells of the body, and especially in actively proliferating ones, leading either to the death of these cells or to the emergence of mutant descendants. Unfortunately, along with cancer cells, other actively dividing cells of the body, such as epithelial cells, white blood cells, stem cells of red and white blood sprouts, hair follicle cells, and others, die or mutate. The most dangerous is the destruction of blood cells supporting the body's active immune response. A number of works have hypothesized the existence of a natural mechanism that can affect the genetic component of cells in multicellular organisms using extracellular genomic DNA from biological fluids as an external genomic standard [Yakubov, LA, RetrovaN.A., PorovaKA, FamilyV DV, Nikolip, VP , Oskipa, IN RoIe оf expracellulаr DNA in maintaining оf stаbilitu аd varіаbilituf оllulаr gepomes. Doklada Biochemistr ap Biorshus 382, 31-34, (2002); Yakubov JA, Porova NA, Nikolip DV, Symepov, SS Vogashev apd IN Os'kipa. Extreceiluiar genomic DNA processes mixtures agaipst radiopath apd chemil mutageps // Gepom Biol. 2003. V.5. R.Z.]. According to the proposed mechanism, DNA-binding receptors located on the cell surface deliver fragments of genomic DNA from the external environment to the nucleus, where they replace the corresponding homologous fragments in cellular genomic DNA through the mechanism of homologous recombination.
Далее мы рассмотрим вопрос о том, каким образом могут быть использоваться мутированные фрагменты ДНК из клеток подверженных мутагенным воздействием в прогрессивном развитии мутационных изменений в организме.Next, we will consider the question of how mutated DNA fragments from cells susceptible to mutagenic effects can be used in the progressive development of mutational changes in the body.
Элементы оборота ДНК в организме, такие как внеклеточная ДНК кровяного русла, транспорт ДНК в ядро и соматическая гомологическая рекомбинация могут составлять суть механизма, способного удалять любые фиксированные или вновь образованные мутации из клеточного генома. Эффективность этого процесса в полной мере зависит от качества и свойств внешнего ДНК стандарта. С одной сторон, данный механизм, может удалять мутации, замещая их экзогенными не мутантными последовательностями; с другой стороны, указанный механизм может вводить мутации в клетку, замещая здоровые клеточные последовательности на мутантные экзогенные гомологичные фрагменты. Последние особенно применимо к ситуации, возникающей в организме сразу после воздействия сильного мутагенного агента. Известно, что химические мутагены также как и жесткое облучение индуцируют апоптоз, вследствие чего идет выброс в кровь фрагментов ДНК с большим количеством разнообразных дефектов включая летальные [Lеоп S.A., Shарiго В., Sklаrоff D. M., Yаrоs MJ. Fгее DNA iп thе sеrum оf сапсеr раtiепts апd thе еffесt оf thеrару// Сапсеr Rеs. - 1977. Vol.37. P. 646-650; Nikоliп V.P., Каlеdiп V.I., Маtiепко N.A., Gruntenko E. V. Сis-Diаmmiпеdiсhlоrорlаtiпum (II) аs а роtепtiаl сhеmоthеrареutiс аgепt аgаiпst пеорlаstiс lеsiопs iп thе livег. J. Сliпiсаl Неmаt. Опсоl. 1979. VoI. 9. - P.198-207].Elements of DNA circulation in the body, such as extracellular DNA of the bloodstream, DNA transport to the nucleus, and somatic homologous recombination can be the essence of a mechanism that can remove any fixed or newly formed mutations from the cellular genome. The effectiveness of this process fully depends on the quality and properties of the external DNA standard. On the one hand, this mechanism can remove mutations, replacing them with exogenous non-mutant sequences; on the other hand, this mechanism can introduce mutations into the cell, replacing healthy cell sequences with mutant exogenous homologous fragments. The latter is especially applicable to the situation that arises in the body immediately after exposure to a strong mutagenic agent. It is known that chemical mutagens as well as hard radiation induce apoptosis, as a result of which DNA fragments with a large number of various defects, including lethal ones, are released into the bloodstream [Leop SA, Sharigo V., Skloff DM, Yaros MJ. Fgee DNA Ip thе serum оf sapperrattiepts аnd thе effеt оf thеraru // Sapser Res. - 1977. Vol. 37. P. 646-650; Nikolip VP, Calide VI, Matiepko NA, Gruntenko EV Сis-Diаmmiпеpediсhlororlаtipum (II) а а and аtotheptal сhemotheterareutiс agept agaipst peorlastiс lesiops іp thе liveg. J. Slipal Nemat. Opt. 1979. VoI. 9. - P.198-207].
Механизм транспорта ДНК доставляет все эти фрагменты в клетки, а ГР инкорпорирует их в клеточный геном. Далее, клетки получившие ДНК фрагменты несущие летальные мутации погибают, и последовательно выделяют свою геномную ДНК содержащую мутантные последовательности в окружающую среду. Клетки, которые получили ДНК не несущие летальные мутации, выживают, и далее могут составлять стартовую популяцию для селекции, например, ракового клона. Среди апоптозных фрагментов ДНК могут присутствовать такие, которые образовались в результате репарации без учета гомологии. Такие фрагменты будут содержать объединенные фрагменты ДНК из различных районов генома из одной или различных хромосом. Эти «xимepныe» фрагменты будут встроены в геном реципиентной клетки с учетом гомологии концевых участков фрагмента. Поскольку эти концы могут принадлежать разным участкам хромосомы или разным хромосомам, то рекомбинационные события могут привести к различным хромосомным аберрациям. Предполагается, что мутантные фрагменты ДНК клеток подвергшихся воздействию сильного мутагена будут повторно доставлены от погибших клеток к живым. Эти фрагменты будут индуцировать те же самые мутации и хромосомные аберрации в живых клетках, и в ходе многочисленных раундов гибели клеток эти фрагменты будут распространять дефект, возникший при первичном воздействии мутагена.The DNA transport mechanism delivers all these fragments to cells, and GH incorporates them into the cellular genome. Further, cells that received DNA fragments carrying lethal mutations die, and sequentially secrete their genomic DNA containing mutant sequences into the environment. Cells that received DNA that does not carry lethal mutations survive, and can further constitute the starting population for breeding, for example, a cancer clone. Among apoptotic DNA fragments, those that are formed as a result of repair without homology may be present. Such fragments will contain combined DNA fragments from different regions of the genome from one or different chromosomes. These “chimeric” fragments will be inserted into the genome of the recipient cell, taking into account the homology of the terminal regions of the fragment. Since these ends can belong to different parts of the chromosome or to different chromosomes, recombination events can lead to different chromosome aberrations. It is assumed that mutant DNA fragments of cells exposed to a strong mutagen will be re-delivered from dead cells to living cells. These fragments will induce the same mutations and chromosomal aberrations in living cells, and during numerous rounds of cell death, these fragments will propagate the defect that occurred during the initial exposure to the mutagen.
Согласно существующих теоретических и экспериментальных предпосылок, на которых базируются наши рассуждения, если в кровяном русле организма подвергающегося воздействию сильного мутагена или высокой дозы радиации будут присутствовать здоровые фрагменты ДНК, составляющие весь геном гомологичный геному реципиента, то они будут конкурировать системе оборота ДНК с фрагментами, выброшенными в кровь в результате описанных выше событий после действие мутагена. Здоровые фрагменты будут являться субстратом для репаративной гомологической рекомбинации протекающей в ядре и их участие в репаративных процессах приведет к исправлению мутантных локусов и как следствие к появлению здоровой популяции соответствующей группы клеток. Препарат фрагментированной ДНК содержит в своем составе пул здоровых фрагментов специально обработанной ДНК человека, за счет которых идет прямое воздействие на поврежденный геном CK приводящий с восстановлениюAccording to the existing theoretical and experimental assumptions on which our reasoning is based, if healthy DNA fragments that make up the whole genome homologous to the recipient’s genome are present in the bloodstream of an organism exposed to a strong mutagen or high dose of radiation, then they will compete with the DNA circulation system with fragments ejected into the blood as a result of the events described above after the action of a mutagen. Healthy fragments will be a substrate for reparative homologous recombination in the nucleus and their participation in reparative processes will lead to the correction of mutant loci and, as a result, to the appearance of a healthy population of the corresponding group of cells. The fragmented DNA preparation contains a pool of healthy fragments of specially processed human DNA, due to which there is a direct effect on the damaged CK genome leading to recovery
И целостности хромосом и восстановлению способности CKK осуществлять цепи последовательных митозов с последующей дифференцировкой.AND chromosome integrity and restoration of the ability of CKK to carry out chains of sequential mitoses with subsequent differentiation.
Предлагаемый способ лечения, основанный на воздействии на CKK можно применять при любом генетическом нарушении, исправляя его в пуле CKK, которые затем трансплантируются в тот же самый организм. Эффект, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, может быть обоснован следующими теоретическими данными.The proposed method of treatment based on the effect on CKK can be used for any genetic disorder, correcting it in the CKK pool, which are then transplanted into the same organism. The effect achieved by using the present invention can be justified by the following theoretical data.
Каждая клетка организма имеет геномную ДНК, в которой закодирована информация как обо всех белках всех клеток организма так и о пространственной организации генов в ядре необходимой для корректной пространственно-временной экспрессии этих белков. В итоге геномная ДНК представляет собой матрицу жизни организма включающую информацию как об организме в целом, так информацию о его развитии. Изначально геномная ДНК идентична во всех клетках организма. Однако по мере роста организма геномная ДНК каждой клетки подвергается мутационным воздействиям, вызванным факторами окружающей среды и ошибками, возникающими при клеточной репликации и репарации. Известно, что механизмы репарации замещают неправильные или ущербные основания ДНК и снова замыкают концы молекулы ДНК после одно- и двухзвенных разрывов (ДЦР) цепей сразу же после мутационных событий. Для этого в качестве матрицы они могут использовать вторую цепь ДНК. В случаях, когда участки поражения очень длинные и затрагивают обе цепи ДНК, репарация становиться проблематичной, а результатом нарушение может явиться мутация. Таким образом, мутагенные факторы окружающей среды и ошибки клеточной репарации и репликации являются источниками соматических мутаций в клетках. Наиболее важными для восстановительного потенциала организма являются плюрипотентные CK. Дефекты в структуре генома этих клеток влекут за собой возникновение дефектной ткани и формированию патологии. Единственным, патогенетически обоснованным подходом к лечению заболеваний связанных с генетическими нарушениями, в том числе и структуре генома CK, является изменение тем или иным способом генома этих клеток организма индивида и восстановления исходного, свойственного здоровой клетке генетического гомеостаза.Each cell of the body has genomic DNA, in which information is encoded both about all the proteins of all body cells and about the spatial organization of genes in the nucleus necessary for the correct spatio-temporal expression of these proteins. As a result, genomic DNA is a matrix of the body’s life that includes information about the body as a whole, as well as information about its development. Initially, genomic DNA is identical in all cells of the body. However, as the body grows, the genomic DNA of each cell undergoes mutational influences caused by environmental factors and errors that occur during cell replication and repair. It is known that repair mechanisms replace incorrect or defective DNA bases and again close the ends of the DNA molecule after one- and two-link breaks (DCB) of chains immediately after mutational events. For this, they can use a second DNA strand as a template. In cases where the lesion sites are very long and affect both DNA strands, repair becomes problematic, and a mutation may result from the violation. Thus, mutagenic environmental factors and errors in cell repair and replication are sources of somatic mutations in cells. The most important for the regenerative potential of the body are pluripotent CK. Defects in the genome structure of these cells entail the appearance of defective tissue and the formation of pathology. The only pathogenetically substantiated approach to the treatment of diseases associated with genetic disorders, including the structure of the CK genome, is to change, in one way or another, the genome of these cells of the individual’s body and restore the original genetic homeostasis characteristic of a healthy cell.
В современной экспериментальной медицине были разработаны многочисленные методы генной терапии, однако все они имеют серьезные недостатки и малоэффективны в рамках сложного эукариотического организма. Классические методы генной терапии (gепе-tаrgеtiпg, ген-таргетинг) направленные на исправление хромосомных мутаций, с использованием вирусных конструкций способных эффективно ввести работающие копии генов в клеточный геном. Тем не менее, обеспечивая случайную встройку гена и регуляторных областей эти подходы связаны с рядом проблем включающих зависимость генной экспрессии от места интеграции, сайленсинг введенного вирусного генома и инсерционный мутагенез, ассоциированный с карциногенезом [Кhоп D.B., Sadelain M., Glоriоsо J. С. Оссurrепсе оf lеukаеmiа fоllоwiпg gепе thеrару оf Х-liпkеd SCID. Nаtuге Rеv. Сапсеr, 477-88 (2003); Реrsопs, D.A., Niепhuis, А.W. Gепе thеrару оf hеmоglоbiп disогdеrs. Неmаtоl. Rер. 2, 348-355 (2003)]. Привлекательной альтернативой этим методам могла бы стать, коррекция или замещение мутантного гена в составе хромосомы путём естественной гомологичной рекомбинации с доставленной в клетку ДНК матрицей, не содержащей мутации, если бы не чрезвычайно низкая эффективность метода, обнаруженная в ранних попытках его использования [Yапеz, RJ, Роrtег, ACG. Тhеrареutiс gепе tаrgеtiпg. Gепе thеrару. 5, 149-159 (1998); Rоthstеiп RJ. Опе- stерlgепе disшрtiоп iп уеаst. Меthоds Епzуmоl. 101 :202-11 (1983)]. Исторически стратегия генного замещения (gепе rерlасеmепt) разработанная с целью преодоления проблемы инсерционного мутагенеза на дрожжах и позже на клетках млекопитающих включала использование линейной рекомбинантной ДНК в которой два конца гомологичны районам фланкирующим замещаемый ген, а сам ген замещен селектируемым маркером [Тhоmаs KR, Сарессhi MR. Sitе-dirесtеd mutаgепеsis bу gепе tаrgеtiпg iп mоusе еmbrуо-dеrivеd stеm сеlls. CeII. 1987 , 51 (3):503-12]. Такой тип генного таргетинга называется «ends-out» поскольку концы конструкции соответствуют двум расходящимся (от целевого гена) последовательностям хромосомальной ДНК. При этом концы «ends-out» ген- таргетинг конструкции рекомбинагенны и облегчают замещение генной последовательности заключенной между концевыми гомологиями. Недавно было показано, что у дрожжей при замещении целого гена гетерологичной последовательностью или замещении единственной мутантной пары оснований этим методом, процесс инициируется двумя независимыми "strапd iпvаsiопs" (внедрение цепей), что подразумевает поиск гомологии и рекомбинационные события осуществляемые двумя концевыми сегментами терапевтической конструкции [Lапgstоп LD, Symingtom LS. Gепе tаrgеtiпg iп уеаst is iпitiаtеd bу twо iпdерепdепt strапd iпvаsiопs. Рrос NM Асаd Sсi USA. 2004, 101 (43): 15392-7]. Ранее подобный механизм был предложен для объяснения «ends-out» ген-таргетинга в клетках млекопитающих [Li J, Rеаd LR, Ваkеr MD. Тhе mесhапism оf mаmmаliап gепе rерlасеmепt is сопsistепt with thе fоrmаtiоп оf lопg rеgiопs оi hеtеrоduрlех DNA аssосiаtеd with twо сrоssiпg-оvеr еvепts. MoI CeII Вiоl 2001 Jaп;21(2):501-10]. Соматическая ГР, судя по тому, что она сохранилась в эволюции миллиарды лет от простейших до млекопитающих должна очевидно выполнять абсолютно необходимую и универсальную во всех царствах живого функцию, и исполнять её эффективно. Поскольку соматическая гомологическая рекомбинации (ГР) у одноклеточных дрожжей является основным механизмом прецизионной репарации ДЦР её эффективность должна быть очень высокой чтобы обеспечить спасение индивида. Ранние эксперименты с микроинъекциями плазмид в клеточное ядро привели к открытию того, что плазмиды всегда интегрировали в клеточный геном в форме одного конкатемера, состоящего из всех (часто более ста) инъецированных плазмид собранных в единую молекулу хвост к голове, и что результатом этого была удивительно эффективная работа механизма ГР [Сарессhi, M. Gепеrаtiпg n\ice with tаrgеtеd mutаtiопs. Nаturе Меdiсiпе 7, 1086-1090 (2001)]. Причиной же низкой эффективности классического ген-таргетинга предполагающего использование ГР в клетках млекопитающих, может служить несоответствие между задачей ставящейся перед ГР и её свойствами и возможностями отобранными эволюцией для исполнения её собственной хотя и неизвестной функции. Данные, описанные в литературе позволяют идентифицировать некоторые факторы являющиеся критическими для работы ГР механизма.Numerous methods of gene therapy have been developed in modern experimental medicine, but all of them have serious shortcomings and are ineffective in the framework of a complex eukaryotic organism. Classical methods of gene therapy (gepetargetipg, gene targeting) aimed at correcting chromosomal mutations using viral constructs able to efficiently introduce working copies of genes into the cellular genome. Nevertheless, providing random insertion of the gene and regulatory regions, these approaches are associated with a number of problems including the dependence of gene expression on the site of integration, silencing of the introduced viral genome, and insertional mutagenesis associated with carcinogenesis [Khop DB, Sadelain M., Glorioso J. C. Ossurreps Of leukaemia fallowipg hepe teruof of X-lipid SCID. Natuge Rev. Sapser, 477-88 (2003); Resops, DA, Niephuis, A.W. Gepe théraru of hemoglobip disogeders. Nematol. Re 2, 348-355 (2003)]. An attractive alternative to these methods could be the correction or substitution of a mutant gene in the chromosome by natural homologous recombination with a DNA matrix that does not contain mutations delivered to the cell, if it were not for the extremely low efficiency of the method found in early attempts to use it [Yapez, RJ, Porteg, ACG. Theareutic Gepe Targetig. Gepe thearu. 5, 149-159 (1998); Rothstеip RJ. Operationalgepe disshtiop ip west. Methods Epzumol. 101: 202-11 (1983)]. Historically, a gene substitution strategy (heteropercept) developed to overcome the problem of insertional mutagenesis on yeast and later on mammalian cells included the use of linear recombinant DNA in which the two ends are homologous to the regions flanking the replaced gene, and the gene itself is replaced by a selectable marker [Thomas KR, Sarehi. Sit-direction mutagepsis bu gepe targetg ip mousem-derived couplings. CeII. 1987, 51 (3): 503-12]. This type of gene targeting is called “ends-out” because the ends of the construct correspond to two diverging (from the target gene) chromosomal DNA sequences. At the same time, the ends of “ends-out” gene targeting are recombinogenic and facilitate the replacement of the gene sequence between the terminal homologies. Recently, it was shown that in yeast when replacing an entire gene with a heterologous sequence or replacing a single mutant base pair with this method, the process is initiated by two independent "strapd ipvasiops" (chain insertion), which implies the search for homology and recombination events carried out by two terminal segments of the therapeutic construct [Lapgstop LD, Symingtom LS. Gepe targetg ip ueast is iptiad bu two ipredept strapd ipasiops. Rros NM Acad Sсi USA. 2004, 101 (43): 15392-7]. A similar mechanism was previously proposed to explain the “ends-out” of gene targeting in mammalian cells [Li J, Red LR, Vac MD. The Meshapism of the Mammaliap of the HepéReplacement is the support with the Formatiop of the Lopg Regiops Oi Heterodullech DNA Associated with the Twocsipg-OVER EVPTS. MoI CeII Biol 2001 Jap; 21 (2): 501-10]. Somatic GR, judging by the fact that it has survived for billions of years from protozoa to mammals, should obviously fulfill the absolutely necessary and universal function in all the kingdoms of the living, and perform it effectively. Since somatic homologous recombination (GR) in unicellular yeast is the main mechanism for the precision repair of DCR, its effectiveness must be very high to ensure the salvation of the individual. Early experiments with microinjections of plasmids into the cell nucleus led to the discovery that plasmids were always integrated into the cell genome in the form of one concatemer consisting of all (often more than one hundred) injected plasmids assembled into a single molecule tail to head, and that the result was surprisingly effective the work of the GR mechanism [Saresshi, M. Gepertipg n \ ice with target mutatiops. NATURE MEDICIPE 7, 1086-1090 (2001)]. The reason for the low efficiency of classical gene targeting involving the use of GR in mammalian cells may be a mismatch between the task of GR and its properties and capabilities selected by evolution to perform its own, albeit unknown function. The data described in the literature allow us to identify some factors that are critical for the operation of the GR mechanism.
Важным для эффективной работы механизма ГР является линейный размер доставленных к месту расположения рекомбинационного комплекса фрагментов ДНК. Так описан 100-кратный экспоненциальный рост эффективности ген- таргетинга при увеличении длины гомологии в корректирующей конструкции с 2 т. п. о до 14,5 т. п. о. и при этом достигнутая эффективность, 10~5 событий генной коррекции на клетку, оставалась всё же недостаточной для применения метода без селекции [Dепg, С. апd Сарессhi, M. К. Rеехаmiпаtiоп оf gепе tаrgеtiпg frеquепсу аs а fuпсtiоп оf thе ехtепt оf hоmоlоgу bеtwееп thе tаrgеtеd vесtоr апd thе tаrgеt lосus. MoI. CeII Вiоl. 12.3365-3371 (1992)]. Разительный контраст приведенным выше данным представляют результаты по использованию для коррекции мутантного гена коротких фрагментов гомологичной ДНК (SFHR, smаll frаgmепts hоmоlоgоus rерlасеmепt) с эффективностью исправления на клетку 1-20% [Gruепеrt D., Вrusсiа E., Nоvеlli G., Соlоsimо А., Dаllарiссоlа В., Sangiuolo F., Gопсz К. Sеquепсе-sресifiс mоdifiсаtiоп оf genomic DNA bу smаll DNA frаgmепts. CHn. Iпvеst. 112, 637-641 (2003)]. Полученная в этих экспериментах эффективность ген-таргетинга может означать, что ГР предпочитает работать либо с короткими фрагментами, либо формирует из коротких фрагментов при помощи лигирования фрагментов ДНК лигазой IV по типу голова-хвост мультимерные фрагменты, которые наиболее эффективны в использовании в рекомбинационных событиях.Important for the effective functioning of the GR mechanism is the linear size of the DNA fragments delivered to the location of the recombination complex. This describes a 100-fold exponential increase in the effectiveness of gene targeting with an increase in the length of homology in the corrective design from 2 bp to 14.5 bp. and at the same time, the achieved efficiency, 10 ~ 5 events of gene correction per cell, remained nevertheless insufficient for the application of the method without selection [Depg, C. app. thе target vestоr apd thе target losus. MoI CeII Biol. 12.3365-3371 (1992)]. A striking contrast to the above data is presented by the results on the use of short fragments of homologous DNA (SFHR, smallest homologous receptacle) for correction of a mutant gene with a correction efficiency of 1-20% per cell [Group D., Brusia E., Noveli G. A. Colosi , Dallarissola B., Sangiuolo F., Gopsz K. Sewekse-sresifiс modifiсtiop оf genomic DNA bu small DNA fragmepts. CHn. Ipvest. 112, 637-641 (2003)]. The gene targeting efficiency obtained in these experiments may mean that GR prefers to work with either short fragments or forms from short fragments by ligating DNA fragments with ligase IV of the type head-tail multimeric fragments that are most effective in use in recombination events.
Необходимым условием для получения рекомбинантного продукта в клетках млекопитающих является длина концевой гомологии фрагментов которая составляет около 200 bр (пар оснований) [Un Y., Lukасsоviсh Т., Wаldmап А.S. Мultiрlе раthwауs fоr rераir оf DNA dоublе-strапd brеаks iп mаmmаliап сhrоmоsоmеs. MoI. CeII Вiоl. 19, 8353-60 (1999); Nаssif N., Engels W. DNA hоmоlоgу rеquirеmепts fоr mitоtiс дар rераir iп Drоsорhilа. Рrос. Nаil, Асаd. Sсi. USA 1993 Fеb 15; 90 (4): 1262-6].A prerequisite for obtaining a recombinant product in mammalian cells is the length of the terminal homology of the fragments, which is about 200 bp (base pairs) [Un Y., Lukasovish T., Weldmap A.S. Multirle ratthouses for DNA of DNA double-strapd breaks ip mamaliap chromosomes. MoI CeII Biol. 19, 8353-60 (1999); Nassif N., Engels W. DNA homologous protein for mit mitotis gift rerair ip Drorshila. Roc. Nail, Acad. Sсi. USA 1993 Feb 15; 90 (4): 1262-6].
Принципиальным для осуществления ГР является линейная форма доставленных терапевтических ДНК, как источника двуцепочечных концов. Кольцевые формы терапевтических плазмид практически не участвуют в гомологическом обмене. Генерация ДЦР и образование двуцепочечных концов молекулы ДНК, локально активирует и усиливает хромосомальную и экстрахромосомальную рекомбинацию и ген-τаргетинг [Кuсhеrlараti RS, Еvеs EM, Song KY, Моrsе BS, Smithiеs О. Ноmоlоgоus rесоmbiпаtiоп bеtwееп рlаsmids iп mаmmаliап сеlls сап bе епhапсеd bу trеаtmепt оf iпрut DNA. Рrос NаtlАсаdSсi USA. 81 , 3153-7 (1984)]. Этот принцип был использован для индукции коррекции гена IL2R точечная мутация в 5-ом экзоне которого вызывает смертельную наследственную болезнь, связанный с Х-хромосомой тяжелый комбинированный иммунодефицит (sеvеге соmbiпеd immuпоdеfiсiепсу, SCID). Путём трансфекции клетки генетическими конструкциями экспрессирующими синтетические цинк-фингер нуклеазы способные специфически расщепить последовательность вблизи мутации в гене IL2R в геномной ДНК клеток и плазмидой содержащей немутантный фрагмент этого же гена, перекрывающий район SCID мутации продемонстрировали высокий, до 20% уровень генной коррекции [Umоv FD, Мillеr JC, Lее YL, Веаusеjоur CM, Rосk JM, Аugustus S, Jаmiеsоп AC, Рrоtеus MH, Grеgоrу PD, Ноlmеs MC. Нighlу еffiсiепt епdоgепоus humап gепе соrrесtiоп usiпg dеsigпеd ziпс-fiпgеr пuсlеаsеs. Nаturе 435, 646-51 (2005)].Of fundamental importance for the implementation of GH is the linear form of the delivered therapeutic DNA as a source of double-stranded ends. The ring forms of therapeutic plasmids practically do not participate in homologous exchange. The generation of DSBs and the formation of double-stranded ends of the DNA molecule, locally activates and enhances chromosomal and extrachromosomal recombination and gene targeting [Kucherlätti RS, Eves EM, Song KY, Morms BS, Smiths Otomépelimés bémépém iprut DNA. Rros NatlАсadSсi USA. 81, 3153-7 (1984)]. This principle was used to induce the correction of the IL2R gene, a point mutation in exon 5 of which causes a deadly hereditary disease associated with the X chromosome, severe combined immunodeficiency (lack of combined immunity, SCID). By transfecting cells with genetic constructs expressing synthetic zinc-finger nuclease capable of specifically cleaving a sequence near a mutation in the IL2R gene in the genomic DNA of cells and a plasmid containing a non-mutant fragment of the same gene that overlaps the SCID region of the mutation showed a high, up to 20% level of gene correction [Umоv FD, Miller JC, Lea YL, Beausеjоur CM, Рosk JM, Аustustus S, Jamеsop AC, Рroteus MH, Gregoru PD, Holmes MC. Nighlfficient epogepous humap geporistiop uspig desigpid zip-fipuser. NATURE 435, 646-51 (2005)].
Можно полагать, что принципиально способность ГР очень эффективно осуществлять генную коррекцию связана с инициирующим началом появления в ядерном пространстве свободных двухцепочечных концов ДНК независимо будь то концы разорванной хромосомы образовавшиеся в результате ДЦР, или двухцепочечные концы фрагментов ДНК доставленных в ядро и являющихся типичными «ends-out» структурами. Любой немодифицированный фрагмент геномной ДНК, имея два конца гомологичных двум последовательностям хромосомальной ДНК и среднюю часть способную заместить геномный фрагмент и соответственно исправить имеющуюся мутацию, представляет собой типичную «ends-out» конструкцию. Это означает, что концы фрагмента будут инициировать поиск гомологии и ГР с геномной ДНК приводящую к замещению фрагмента геномной ДНК центральной частью фрагмента доставленного из внешеней по отношению к клетке среды. В условиях использования генетически корректной экзогенной ДНК эти события будут приводить к исправлению генетического дефекта [Yаkubоv L., РороvаN., Nikolin V., Sеmепоv D., Воgасhеv S., Oskina I. Ехtrасеllulаr genomic DNA рrоtесts miсе аgаiпst rаdiаtiоп апd сhеmiсаl mutаgепs. Gепоmе Вiоlоgу, 2003,5: РЗ].It can be assumed that, in principle, the ability of GRs to very efficiently carry out gene correction is associated with the initiating start of the appearance in the nuclear space of free double-stranded DNA ends, whether it is the ends of a broken chromosome formed as a result of DCR, or the double-stranded ends of DNA fragments delivered to the nucleus and which are typical “ends-out” »Structures. Any unmodified fragment of genomic DNA, having two ends homologous to two sequences of chromosomal DNA and the middle part is able to replace the genomic fragment and accordingly correct the existing mutation, is a typical "ends-out" design. This means that the ends of the fragment will initiate a search for homology and GR with genomic DNA, leading to the replacement of the genomic DNA fragment by the central part of the fragment delivered from external to the cell medium. Under conditions of using genetically correct exogenous DNA, these events will lead to the correction of a genetic defect [Yakubov L., Porova N., Nikolin V., Semepov D., Bogasheva S., Oskina I. Excellulogenomic DNA processes mixtures agadicompactiagi Gepote Biologu, 2003.5: RE].
Еще одним существенным моментом, по-видимому, влияющим на эффективность гомологической рекомбинации и исправления дефектных локусов хромосом является обнаруженный несколькими группами ученых но оставленный без достаточного внимания эффект "вскрытия генома" наблюдаемый в CK и других дифференцирующихся клетках при их вступлении на путь дифференцировки [Fаrzапеh F., Zalin R., Вrill D., Shаll S. DNA strапd brеаks апd АDР-ribоsуl trапfеrаsе асtivаtiоп duriпg сеll diffеrепtiаtiоп. Nаturе. V. 300. P.362-366; Jоhпstопе А. Р., Williаms GT. RoIe оf DNA brеаks апd АDР-ribоsi! trапsfеrаsе асtivitу iп еukагуоtiс diffеrепtiаtiоп dеmопstrаtеd iп humап lуmрhосуtеs. Nаturе. V. 300. P. 368-370; Vаtоliп A. Y., Оkhарkiпа E.V., Маtvееvа N. M., Shilоv A.G., Ваibоrоdiп S.I., Рhilimопепkо V.V., Zhdапоvа N.S., Sеrоv О.L Sсhеdulеd реrturbаtiоп iп DNA duriпg iп vivо diffеrепtiаtiоп оf mоusе еmbrуо-dеrivеd сеlls. MoI. Rерrоd. Dеvеlор. V. 47. P. 1-10. 1997]. При исследовании активности рибозилтрансферазы было описано явление появления многочисленных одноцепочечных разрывов хроматина в дифференцирующихся клетках, появление которых предполагает вовлечение генентического материала в реорганизацию, которая является обязательной и неотъемлемой частью дифференцировки и последовательного изменения экспрессии генов. В различных тканях одного организма (одной персоны) обнаруживается различная организация генетического материала после реорганизации хроматина в результате произошедших одноцепочечных (или двуцепочечных) разрывов. Количество разрывов на гаплоидный геном дифференцирующихся клеток в разных работах оценивается несколькими сотнями (100-300 разрывов на галоидный геном). При этом показано, что это явление не является дефектом в системе репарации а необходимый обязательный шаг в процессе терминальной дифференцировки клетки. Так при индукции порядка 600 дополнительных разрывов в момент наибольшего количества имманентных разрывов в клетке используя жесткое облучении клеток, скорость репарация этих 600 дополнительных разрывов была такая же как и у клеток, не находящихся в стадии дифференцировки. При этом, количество разрывов опустилось до исходного уровня. Важным для объяснения сути предлагаемого изобретения является обнаруженный факт, что в момент терминальной дифференцировки и возникновения разрывов хроматина количество перестроек в геноме возрастает очень существенно. Так показано, что уровень сестринских хромаτидных обменов в 5-6 раз выше в предиwiплантационный период, то есть, в то время когда наблюдается реорганизация хроматина с выявлением функциональных разрывов хроматина. В течении первых трех митозов, когда обнаруживается драматическая реорганизация генома, также происходят и другие рекомбинационные события, такие как перетасовка минисателлитов и удлинение цепочки простых повторов. Предполагаемый механизм для такого рода обменов в геноме это гомологическая рекомбинация. Тем не менее, во всех указанных событиях первый шаг - это появление функциональных разрывов в ДНК хроматина.Another significant point, apparently affecting the efficiency of homologous recombination and correction of defective chromosome loci, is the effect of “genome opening” observed in CK and other differentiating cells when they enter the pathway of differentiation [Farzaphe F ., Zalin R., Brill D., Shall S. DNA strapd breaks apd ADP-ribosul trapheras astiviop duriпg cell diffeptiatiop. NATURE. V. 300. P.362-366; Johpstope A.R., Williams GT. RoIe of DNA BREAKS APD ADP-ribosi! trapsfеrе аsеtivitu іp eukaguotis differeptiаtiop demopstrаsted іп humap lіmrhosutes. NATURE. V. 300. P. 368-370; Vatolip AY, Okarkipa EV, Matveeva NM, Shilov AG, Baiborod SI, Rhilimopepko VV, Zhdapova NS, Serov O. L Scheduled repturbatiopédépépédefépépédefép MoI Reród. Develor. V. 47. P. 1-10. 1997]. In the study of ribosyltransferase activity, the phenomenon of the appearance of numerous single-stranded chromatin ruptures in differentiating cells was described, the appearance of which involves the involvement of genetic material in the reorganization, which is an indispensable and integral part of differentiation and sequential change in gene expression. In different tissues of one organism (one person), different organization of genetic material is revealed after chromatin reorganization as a result of single-stranded (or double-stranded) breaks. The number of breaks per haploid genome of differentiating cells in different studies is estimated at several hundred (100-300 breaks per halide genome). At the same time, it was shown that this phenomenon is not a defect in the repair system, but a necessary mandatory step in the process of terminal cell differentiation. So when inducing about 600 additional breaks at the time of the largest number of immanent breaks in the cell using hard cell irradiation, the repair rate of these 600 additional breaks was the same as for cells that are not in the stage of differentiation. At the same time, the number of breaks dropped to the initial level. Important to explain the essence of the invention is the discovered fact that at the time of terminal differentiation and the occurrence of chromatin breaks, the number of rearrangements in the genome increases very significantly. It has been shown that the level of sister chromatid exchanges is 5-6 times higher in the pre-implantation period, that is, at a time when chromatin reorganization is observed with the identification of functional chromatin ruptures. During the first three mitoses, when a dramatic reorganization of the genome is detected, other recombination events also occur, such as shuffling of minisatellites and lengthening of the chain of simple repeats. The proposed mechanism for this kind of exchange in the genome is homologous recombination. However, in all these events, the first step is the appearance of functional breaks in chromatin DNA.
Можно полагать, что в присутствие в ядерном пространстве терапевтической фрагментированной ДНК в момент реорганизации хроматина в первые три митоза CK, происходит гомологическая рекомбинация между экстраклеточными экзогенными фрагментами терапевтической ДНК и ставшими доступными участками хроматина CK, при которой восстанавливаются дефектные локусы. Это приводит к спасению CK от гибели. При этом восстанавливаются исходные свойства стволовой клетки осуществлять цепь последовательных митозов и определять направление терминальной дифференцировки. В тот же самый момент, доставленные в ядерное пространство фрагменты экстраклеточной ДНК своими двуцепочечными концами создают иллюзию появления функциональных разрывов в хромосомах CKK, являющихся индуктором их терминальной дифференцировки. Это мимикрирующее действие экстраклеточных фрагментов ДНК локализованных внутри ядра CKK, запускает механизмы клеточной дифференцировки, активирует и поддерживает в непрерывно активном состоянии кометированное деление CKK.It can be assumed that in the presence of therapeutic fragmented DNA in the nuclear space at the time of chromatin reorganization into the first three mitosis of CK, homologous recombination takes place between extracellular exogenous fragments of therapeutic DNA and accessible sections of CK chromatin, in which defective loci are restored. This leads to the rescue of CK from death. In this case, the initial properties of the stem cell are restored to carry out a chain of sequential mitoses and determine the direction of terminal differentiation. At the same moment, fragments of extracellular DNA delivered to the nuclear space with their double-stranded ends create the illusion of the appearance of functional breaks in the CKK chromosomes, which are the inductor of their terminal differentiation. This mimicking effect of extracellular DNA fragments localized inside the CKK nucleus triggers the mechanisms of cell differentiation, activates and maintains the cometary division of CKK in a continuously active state.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в ее основе лежит разработанная теоретическая концепция оборота экстраклеточной ДНК в организме, подтвержденная многочисленными экспериментами. Ниже сформулированы основные положения концепции оборота экстраклеточной ДНК в эукариотическом организме.The stated technical problem is achieved by the fact that it is based on the developed theoretical concept of extracellular DNA turnover in the body, confirmed by numerous experiments. The main provisions of the concept of extracellular DNA turnover in a eukaryotic organism are formulated below.
Экстраклеточная фрагментированная геномная ДНК, содержащая мутантные последовательности в пропорциях, соответствующих встречаемости конкретных мутаций в клетках, образуется в результате программируемой клеточной смерти или апоптоза клеток организма и всегда присутствует в межклеточном пространстве и плазме крови [Апkеr P, Мulсаhу H, Chen XQ, Stroun M. Dеtесtiоп оf сirсulаtiпg tumоuг DNA iп thе blооd (рlаsmа/sеrum) оf сапсеr раtiепts. Сапсеr Меtаstаsis Rеv. 18, 65- 73(1999); Giасопа М.В. Ruben G. С., Iсzkоwski К. Rооts Т., Роrtег D., Sorenson G. CeII- frее DNA iп humап blооd рlаsmа: lепgth mеаsurеmепts iп раtiепts with рапсrеаtiс сапсеr апd hеаlthу сопtrоls // Рапсrеаs. 1998. V. 17. P. 89-97]. Клетки способны захватывать образующиеся фрагменты ДНК или хроматина рецепторопосредованным механизмом и транспортировать их в клеточные ядра [Yаkubоv, L.A., Dееvа, E.A., Zаrуtоvа V.F., Ivапоvа E. M., Rуtе, A.S., Yurсhепkо, LY,, Vlаssоv, V.V. Месhапisms оf оligопuсlеоtidе uрtаkе bу сеlls: Iпvоlvеmепt оf sресifiс rесерtоrs? Рrос. Nаil. Асаd. Sсi. USA 86, 6454-6458, (1989); Шестова O.E., Андреева A.Ю., Власов В.В. Якубов Л.А. Транспорт комплексов олигонуклеотидов с белками клеточной поверхности в клеточное ядро // ДАН . 1999. T. 368. С. 264-267]. Доставленные фрагменты рекомбинируют с геномной ДНК в ядрах по механизму гомологической рекомбинации (ГР) и сами способны инициировать этот процесс. Можно предполагать, что в совокупности эти три процесса составляют механизм, способный контролировать генетику соматических клеток на организменном уровне, исправляя мутации или индуцируя генетические изменения в клетках, используя экстраклеточную ДНК тканевых жидкостей и плазмы крови как внешний геномный стандарт. Работа такого механизма могла бы служить основой геномного единства клеток организма. Этот механизм мог бы элиминировать возникшие и установившиеся мутации, а также внедрять мутации в клетки, используя муτанτные последовательности экстраклеточного стандарта ДНК. В том случае, если бы механизм мог использовать стандарт ДНК, практически лишённый вредных мутаций, его работой было бы исключительно устранение мутаций мз клеток тела. Поскольку аллельные гены обычно обладают высокой степенью гомологии и часто отличаются лишь относительно небольшими участками измененных последовательностей, другим аспектом работы предполагаемого механизма могло бы стать замещение последовательностей аллельных генов в хромосоме на альтернативные, подобно замещению мутантных последовательностей на немутантные.Extracellular fragmented genomic DNA containing mutant sequences in proportions corresponding to the occurrence of specific mutations in cells is formed as a result of programmed cell death or apoptosis of body cells and is always present in the intercellular space and blood plasma [Apker P, Mulshahu H, Chen XQ, Stroun M. Detestsop оf сirculatipg tumoig DNA ipе blеd (рlasma / serum) оf sapper paratepts. Sapser Metastasis Rev. 18, 65-73 (1999); Giasopa M.V. Ruben G. S., Iszkowski K. Roots T., Porteg D., Sorenson G. CeII-free DNA ip humap blodplasma: lepth mesurepts ip ratepets with rapeseptsapress aphethrops // rap. 1998. V. 17. P. 89-97]. Cells are capable of capturing the resulting DNA or chromatin fragments by a receptor-mediated mechanism and transporting them to the cell nuclei [Yakubov, LA, Deweva, EA, Zarutova VF, Yevapova EM, Rutе, AS, Yurskhepoko, Vlеkеlсhеpеmism IPvoltage of sresifiсrespertors? Roc. Nail. Acad. Sсi. USA 86, 6454-6458, (1989); Shestova OE, Andreeva A.Yu., Vlasov V.V. Yakubov L.A. Transport of complexes of oligonucleotides with proteins of the cell surface into the cell nucleus // DAN. 1999. T. 368. S. 264-267]. The delivered fragments recombine with genomic DNA in the nuclei by the mechanism of homologous recombination (GR) and are capable of initiating this process themselves. It can be assumed that together these three processes constitute a mechanism capable of controlling the genetics of somatic cells at the body level, correcting mutations or inducing genetic changes in cells using extracellular DNA from tissue fluids and blood plasma as an external genomic standard. The work of such a mechanism could serve as the basis for the genomic unity of body cells. This mechanism could eliminate the emerged and established mutations, as well as introduce mutations into the cells using the mutant sequences of the extracellular DNA standard. In that case, if the mechanism could use the standard of DNA, practically devoid of harmful mutations, its work would be exclusively the elimination of mutations in cells of the body. Since allelic genes usually have a high degree of homology and often differ only in relatively small regions of altered sequences, another aspect of the proposed mechanism could be the replacement of allelic gene sequences in the chromosome with alternative ones, similar to replacing mutant sequences with non-mutant ones.
Поставленная техническая задача так же достигается тем, что полный геном индивидуума вводится в организм в форме набора молекул полинуклеотидов определенной длинны, являющихся фрагментами геномной ДНК, циркулирует и захватывается CK, попадает в ядро, где происходит его депонирование и гомологичная рекомбинация с геномной ДНК клетки в процессе реорганизации генома CK сопровождающегося возникновением физиологических одноцепочечных разрывов. Таким образом, появляется возможность корректировать генетические дефекты имеющиеся в CK путем введения в организм полного генома в форме молекул полинуклеотидов определенной длинны, являющихся фрагментами геномной ДНК, не имеющей генетических дефектов.The stated technical task is also achieved by the fact that the complete genome of the individual is introduced into the body in the form of a set of polynucleotide molecules of a certain length, which are fragments of genomic DNA, circulates and is captured by CK, enters the nucleus, where it is deposited and homologous recombination with the genomic DNA of the cell during reorganization of the CK genome accompanied by the emergence of physiological single-chain breaks. Thus, it becomes possible to correct genetic defects present in CK by introducing into the body a complete genome in the form of polynucleotide molecules of a certain length, which are fragments of genomic DNA that does not have genetic defects.
В заявленном способе лечения используются препарат фрагментированной гомологической ДНК, представленной набором фрагментов составляющих полный геном физиологически и генетически здорового индивида и находящихся в ассоциации с белками ядерного матрикса. Размер экзогенных фрагментов соответствует размеру фрагментов циркулирующих в плазме крови пациента, возникающих в ходе апоптотического нуклеолиза (1-30 нуклеосомных единиц). В прототипах используются ксеногенный материал ДНК в смеси с молекулами РНК. Эта ДНК является не родственной, не находится в ассоциации с белками ядерного матрикса и не соответствует размеру естественной апоптозной ДНК организма составляющей 1-30 нуклеосомных единиц. Приведенные отличительные свойства заявляемого способа лечения на основе свойства CKK отвечать на воздействие препарата фрагментированной ДНК были исследованы на лабораторной линии мышей (iп vivо). Заявляемый способ лечения с использованием свойства CKK отвечать на воздействие препарата фрагментированной ДНК был исследован на экспериментально выделенных столовых клетках человека (ех vivо). Восстановление гемопоэза, спасение CKK и как следствие спасение мышей от гибели после летального облучения жестким излучением исследовалось на мышах (в системе iп vivо). Была проведена серия экспериментов по исследованию защитного действия препарата фрагментированной ДНК при различных дозах облучения. Существуют ранние классические эксперименты, в которых смертельно облученным мышам (утратившим собственные кроветворные клетки) вводили взвесь клеток костного мозга или фракции обогащенной CKK. При этом в селезенке появлялись колонии клеток, потомки донорских CKK. Каждая CKK в селезенке образует одну колонию и называется колониеобразующей единицей селезенки. Пролиферативную активность модулируют колониестимулирующие факторы и инτерлейкины. Подсчет колоний позволяет судить о количестве стволовых клеток, доставленных в кровоток инфузией. Таким образом было установлено, что на 105 клеток костного мозга приходится 50 CK, из селезенки 3,5 и среди лейкоцитов крови - 1.4 CK. Исследование очищенных CKK в электронном микроскопе позволяет считать, что CKK по своей ультраструктуре близки к малым темным лимфоцитам.In the claimed method of treatment, a fragmented homologous DNA preparation is used, which is represented by a set of fragments making up the whole genome of a physiologically and genetically healthy individual and in association with proteins of the nuclear matrix. The size of exogenous fragments corresponds to the size of fragments circulating in the patient’s blood plasma that arise during apoptotic nucleolysis (1-30 nucleosome units). The prototypes use xenogenic DNA material mixed with RNA molecules. This DNA is not related, is not in association with the proteins of the nuclear matrix and does not correspond to the size of the body’s natural apoptotic DNA of 1-30 nucleosome units. Given the distinctive properties of the proposed method of treatment based on the properties of CKK to respond to the effect of the fragmented DNA preparation were investigated on a laboratory line of mice (ip vivo). The inventive method of treatment using the property of CKK to respond to the effect of a fragmented DNA preparation was studied on experimentally isolated human table cells (ex vivo). The restoration of hematopoiesis, the rescue of CKK and, as a result, the rescue of mice from death after lethal irradiation with hard radiation was studied in mice (in the ip vivo system). A series of experiments was conducted to study the protective effect of the fragmented DNA preparation at various doses. There are early classical experiments in which mortally irradiated mice (having lost their own hematopoietic cells) were injected with a suspension of bone marrow cells or fractions of enriched CKK. In this case, cell colonies appeared in the spleen, descendants of donor CKK. Each CKK in the spleen forms one colony and is called the colony forming unit of the spleen. Colony stimulating factors and interleukins modulate proliferative activity. Counting colonies allows you to judge the number of stem cells delivered to the bloodstream by infusion. Thus, it was found that 10 5 bone marrow cells account for 50 CK, from the spleen 3.5 and among white blood cells - 1.4 CK. The study of purified CKK in an electron microscope suggests that CKK in its ultrastructure is close to small dark lymphocytes.
Исследование клеточного состава колоний селезенки позволило выявить две линии дифференцировки исследуемых CK. Одна линия дает начало мультипотентной клетке - родоначальнице гранулоцитарного, эритроцитарного, моноцитарного и мегакариоцитарного рядов гемопоэза (КОЕ-ГЭММ). Вторая линия дает начало мультипотентной клетке - родоначальнице лимфопоэза (КОЕ-Л).The study of the cellular composition of the spleen colonies revealed two differentiation lines of the studied CK. One line gives rise multipotent cell - the ancestor of granulocytic, erythrocyte, monocytic and megakaryocytic hematopoiesis series (CFU-GEM). The second line gives rise to a multipotent cell - the ancestor of lymphopoiesis (CFU-L).
Согласно рассматриваемой в настоящей заявке теоретической концепции в проведенных экспериментах наряду с интеграцией живых CK в лимфоидные органы и формирование колоний в селезенке другим воздействием приводящим к таким же результатам могло быть воздействие экстраклеточной ДНК находящейся в интродуцированном образце CKK. Эта ДНК генетически соответствовала геному здоровых CKK и ее воздействие на поврежденные имманентные CK мышей могло приводить к восстановлению жизнеспособности CK за счет механизма гомологической рекомбинации описываемого в настоящем изобретении. Мы проверили данное предположение в аналогичных условия, используя в качестве терапевтического агента либо ДНК, выделенную из мыши (аллогенную) либо препарат фрагментированной ДНК плаценты человека.According to the theoretical concept considered in this application, in the experiments performed, along with the integration of live CK into the lymphoid organs and the formation of colonies in the spleen, another effect leading to the same results could be the effect of extracellular DNA located in the introduced CKK sample. This DNA was genetically consistent with the healthy CKK genome and its effect on damaged inherent CK mice could restore CK viability through the homologous recombination mechanism described in the present invention. We tested this assumption under similar conditions, using either DNA extracted from the mouse (allogeneic) or a fragmented human placenta DNA preparation as a therapeutic agent.
Материалы и методы.Materials and methods.
В экспериментах использовали трехмесячных мышей-самок линии СВА/Lас разводки вивария Института цитологии и генетики СО РАН. Животных содержали в пластиковых клетках по 9-10 особей в каждой со свободным доступом к пище и воде. Мыши получали гранулированный корм ПK120-1 (Лабораторснаб, Москва). Мышей облучали на γ-установке ИГУP-1 (Cs137). Проведено 4 эксперимента.In experiments, three-month-old female mice of the CBA / Las line of vivarium wiring of the Institute of Cytology and Genetics of the SB RAS were used. The animals were kept in plastic cages of 9-10 animals each with free access to food and water. Mice received granulated feed PK120-1 (Laboratsnab, Moscow). Mice were irradiated on the IGU-1 γ-unit (Cs 137 ). Conducted 4 experiments.
В первых трёх экспериментах были испробованы различные дозы нуклеиновых кислот и ДНК различного происхождения (выделенная из органов мыши, плаценты человека). Кроме того, варьировалось время введения относительно облучения (до/после). Регистрировалась продолжительность жизни мышей в каждой группе.In the first three experiments, various doses of nucleic acids and DNA of various origins (isolated from mouse organs, human placenta) were tested. In addition, the time of administration relative to radiation (before / after) was varied. The life span of the mice in each group was recorded.
В 4-ом эксперименте рассматривалось влияние ДНК плаценты человека на стволовые кроветворные клетки при введении мышам, облученным сублетальной дозой гамма-лучей. Поскольку костный мозг является радиочувствительной тканью, то при облучении гамма лучами CKK гибнут. Предполагалось, что экзогенная ДНК, проникая в клетку и включаясь в репаративные процессы, позволяет CKK выжить. Сохранившиеся CKK мигрируют и заселяют лимфоидные органы, такие как лимфатические узлы, селезёнку, тимус и т.п. Это способствует в дальнейшем восстановлению кроветворения и сохранению жизни мышей. Эксперимент 1.The 4th experiment examined the effect of human placenta DNA on hematopoietic stem cells when administered to mice irradiated with a sublethal dose of gamma rays. Since the bone marrow is a radiosensitive tissue, when exposed to gamma rays, CKK die. It was assumed that exogenous DNA, penetrating the cell and being involved in reparative processes, allows CKK to survive. The surviving CKKs migrate and colonize lymphoid organs such as lymph nodes, spleen, thymus, etc. This contributes to the further restoration of blood formation and the preservation of the life of mice. Experiment 1.
Мышей облучали 9,6 Гр при мощности дозы 1,4 Гр/мин. 10 мышам (с меткой) за 30 мин до облучения внутрибрюшинно ввели по 1 мг ДНК, выделенной из органов мышей CBA (2-я группа). Остальных мышей после облучения случайным образом разделили еще на 3 группы.Mice were irradiated with 9.6 Gy at a dose rate of 1.4 Gy / min. 10 mice (labeled) 30 mg prior to irradiation were injected intraperitoneally with 1 mg of DNA extracted from organs CBA mice (group 2). The remaining mice after irradiation were randomly divided into 3 groups.
1-й группе через 30 мин после облучения и в последующие 2 дня вводили физиологический раствор внутрибрюшинно по 0,2 мл.Group 1, 30 min after irradiation and the next 2 days, was injected with a physiological saline solution of 0.2 ml intraperitoneally.
3-й группе вводили ДНК мышей CBA по 1 мг в 0,2 мл физ. раствора через 30 мин после облучения и в последующие 2 дня - по 0,5 мг.Group 3 was injected with 1 mg DNA of CBA mice in 0.2 ml of nat. solution 30 minutes after irradiation and in the next 2 days - 0.5 mg each.
4-й группе мышей аналогичным образом вводили ДНК из плаценты человека.Group 4 mice were similarly injected with DNA from human placenta.
На фиг. 1 приведены данные о влиянии ДНК мыши и человека на выживаемость мышей после их γ- облучения в летальной дозе.In FIG. 1 shows data on the effect of mouse and human DNA on the survival of mice after their γ-irradiation in a lethal dose.
Эксперимент 2.Experiment 2.
Мышей облучили на гамма-установке (Cs137) дозой 9,5 Гр при мощности дозы 1 ,3 Гр/мин. Одной группе мышей (n=10), внутрибрюшинно вводили ДНК из органов мышей линии CBA: за 20 мин до облучения по 1-2 мг, через 30 мин после облучения, а также через 24 ч и 48 ч после облучения - по Vг первоначальной дозы. Контрольной группе мышей вводили физиологический раствор в/б по 0,5 мл (по схеме ДНК). На фиг. 2 приведены характеристики радиозащитного действия аллогенной ДНК при внутрибрюшинном введении мышам до и после летального γ- облучения. Эксперимент 3.Mice were irradiated on a gamma-ray setup (Cs 137 ) with a dose of 9.5 Gy at a dose rate of 1.3 Gy / min. One group of mice (n = 10) was injected intraperitoneally with DNA from the organs of mice of the CBA line: 20 mg before irradiation, 1-2 mg, 30 min after irradiation, and also 24 hours and 48 hours after irradiation - Vg of the initial dose . The control group of mice was injected with saline / b 0.5 ml (according to the DNA scheme). In FIG. Figure 2 shows the radioprotective effects of allogeneic DNA upon intraperitoneal administration to mice before and after lethal γ-irradiation. Experiment 3.
Мыши CBA ($) облучены на гамма-установке дозой 9,5 Гр (мощность дозы 1 ,3 Гр/мин). Контрольным мышам (n=10) за 10 мин до и через 30 мин после облучения, а также следующие 2 дня внутрибрюшинно вводили по 0,2 мл физиологического раствора. Препарат ДНК плаценты человека вводили за 20 мин до облучения по 1 мг; через 30 мин после облучения, а также через 24 ч и 48 ч после облучения - по 0,5мг. Аналогично вводили ДНК мышей - либо только до облучения, либо только после облучения. На фиг. 3 приведена характеристика радиозащитного действия аллогенной ДНК при внутрибрюшинном введении мышам до и после летального γ- облучения. Эксперимент 4.CBA mice ($) were irradiated on a gamma unit with a dose of 9.5 Gy (dose rate 1.3 Gy / min). Control mice (n = 10) 10 min before and 30 min after irradiation, as well as the next 2 days, were injected intraperitoneally with 0.2 ml of physiological saline. A human placenta DNA preparation was administered 20 min before irradiation, 1 mg each; 30 minutes after irradiation, as well as 24 hours and 48 hours after irradiation, 0.5 mg each. Similarly, the DNA of mice was introduced - either only before irradiation, or only after irradiation. In FIG. Figure 3 shows the radioprotective effect of allogeneic DNA upon intraperitoneal administration to mice before and after lethal γ-irradiation. Experiment 4.
Мыши (n=20) линии CBA были облучены на гамма-установке дозой 800 P (8,21 Грей). Опытной группе мышей (n=10) за 30 мин до облучения в/б ввели 1000 мкг фрагментимрованной ДНК плаценты человека через 30 мин после облучения еще по 500 мкг, на 2-й день - 250 мкг и на 3-й день после облучения ввели 170 мкг ДНК. Аналогично контрольным мышам (n=10) вводился физ. раствор по 0,2 мл. На 10-й день животные забивались и проводилось определение числа селезеночных кроветворных колоний. Таблица 1.Mice (n = 20) of the CBA line were irradiated with a gamma unit at a dose of 800 P (8.21 Gray). An experimental group of mice (n = 10) was injected with i.v. 1000 mg of fragmented human placenta DNA 30 minutes after irradiation another 500 μg, on the 2nd day - 250 μg, and on the 3rd day after radiation 170 mcg of DNA. Similarly to control mice (n = 10) was introduced physical. 0.2 ml solution. On the 10th day, the animals were killed and the number of splenic hematopoietic colonies was determined. Table 1.
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000024_0001
Несмотря на малый объём выборки и высокую вариабельность признака в опытной группе, различия между данными выборками достоверны с вероятностью > 0,95. В среднем число селезёночных колоний увеличилось в 18 раз при в/б введении ДНК по сравнению с контролем. Но этот процесс индивидуален: он либо протекает, либо нет у каждой конкретной особи. Положительный ответ на введение ДНК наблюдается ~ у 50% мышей (Фиг. 4).Despite the small sample size and high variability of the trait in the experimental group, the differences between these samples are significant with a probability of> 0.95. On average, the number of splenic colonies increased 18 times with the introduction of intravenous DNA compared with the control. But this process is individual: it either proceeds or is not specific to each individual. A positive response to DNA injection was observed in ~ 50% of mice (Fig. 4).
Таким образом, введение мышам аллогенной ДНК и ксеногенной ДНК плаценты человека позволяет животным выжить при летальных дозах облучения, то есть специальным образом обработанная фрагментированная ДНК в составе с белками ядерного матрикса обладает ярко выраженным радиопротекторным действием. Такое выживание опытных животных связано с сохранением в результате воздействие препаратов ДНК жизнеспособности CKK за счет чего происходит эндогенное колониеобразование в селезенке мышей. Разброс в индивидуальной чувствительности как в экспериментах по выживанию, так и в эксперименте по подсчету KOE-C, по-видимому, связан с тем, была ли доступна терапевтическая ДНК стволовым клеткам крови в тот момент, когда в клетке возникли функциональные разрывы манифестирующие переход CK в фазу терминальной дифференцировки иди нет.Thus, the introduction of allogeneic DNA and xenogenic DNA of human placenta into mice allows animals to survive at lethal doses of radiation, that is, a specially processed fragmented DNA composed of nuclear matrix proteins has a pronounced radioprotective effect. Such survival of experimental animals is associated with the preservation of the effect of DNA preparations of CKK viability as a result of endogenous colony formation in the spleen of mice. The scatter in individual sensitivity in both the survival experiments and the KOE-C counting experiment seems to be related to whether therapeutic DNA was available to blood stem cells at the moment when functional breaks occurred in the cell manifesting the transition of CK into phase of terminal differentiation, go no.
Использование свойства CKK отвечать на воздействие препарата фраrментированной ДНК, определенная в заявленном способе лечения, было исследовано на экспериментально выделенных столовых клетках человека (ех vivо). Чрезвычайно удобными объектами для изучения лечебно- восстановительных свойств препарата фрагментированной ДНК являются стволовые клетки костного мозга больных гемобластозами, поврежденные в результате лейкемизации костного мозга и проведения высокодозовой программной химиотерапии цитостатическими препаратами. Это диктуется тем, что CK способны, с одной стороны, давать начало всем росткам кроветворения, а с другой - поддерживать постоянство своего количественного и качественного состава без притока клеток извне. При этом механизм саморепродукции и дифференцировки клеток этой группы является одновременно и механизмом регуляции кинетического равновесия во всем пуле гемопоэтических клеток. При гемобластозах, происходит глубокое нарушение базовых механизмов клеточного гомеостаза CK, причины которых как раз и определяются как наличием первичных генетических дефектов CK, вызывающих развитие злокачественных гемобластозов, так и вторичных повреждений их генетического аппарата связанных с применением для лечения этой группы патологии высоких доз цитостатических препаратов.The use of the property of CKK to respond to the effect of a fragmented DNA preparation, as defined in the claimed method of treatment, was studied on experimentally isolated human table cells (ex vivo). Extremely convenient objects for studying the healing and healing properties of a fragmented DNA preparation are bone marrow stem cells from patients with hemoblastoses damaged as a result of bone marrow leukemia and high-dose programmed chemotherapy with cytostatic drugs. This is dictated by the fact that CK are able, on the one hand, to give rise to all sprouts of hematopoiesis, and on the other hand, to maintain the constancy of their quantitative and qualitative composition without an influx of cells from outside. Moreover, the mechanism of self-reproduction and differentiation of cells of this group is at the same time a mechanism for regulating kinetic equilibrium in the entire pool of hematopoietic cells. With hemoblastoses, there is a deep violation of the basic mechanisms of CK cell homeostasis, the reasons for which are determined both by the presence of primary genetic defects of CK that cause the development of malignant hemoblastoses, and secondary damage to their genetic apparatus associated with the use of high doses of cytostatic drugs for the treatment of this group of pathologies.
Исходя из вышесказанного, цель настоящего исследования была сформулирована как изучение модулирующего влияния препарата фрагментировааной ДНК человека на пролиферативную активность мононуклеарных клеток и дифференцировку стволовых кроветворных клеток костного мозга больных гемобластозами, подвергнутых программной химиотерапии.Based on the foregoing, the goal of this study was formulated as a study of the modulating effect of the fragmented human DNA preparation on the proliferative activity of mononuclear cells and the differentiation of hematopoietic stem cells from the bone marrow of hemoblastoses subjected to program chemotherapy.
Основная задача данного этапа работы заключалась в оценке в ех vivо влияния экзогенной ДНК человека на различные функциональные параметры клеток костного мозга у больных гемобластозами, подвергнутых программной полихимиотерапии. Программа этапа исследования включала изучение действия препарата фрагментированой ДНК на пролиферативную активность мононуклеарных клеток костного мозга и генерацию гемопоэтических колоний стволовыми кроветворными клетками.The main objective of this stage of the work was to evaluate ex vivo the effect of human exogenous DNA on various functional parameters of bone marrow cells in patients with hemoblastoses subjected to program chemotherapy. The program of the research phase included the study of the effect of the fragmented DNA preparation on the proliferative activity of bone marrow mononuclear cells and the generation of hematopoietic colonies by hematopoietic stem cells.
Результаты исследований.Research results.
Объектом исследования являлись мононуклеарные клетки (MHK) костного мозга. Фракцию MHK получали из аспирата костного мозга методом сепарации на градиенте плотности фиколл-верографина (p= 1 ,078 г/см3). Исследуемую группу составили 10 больных гемобластозами, получивших курсы ПХТ второй линии.The object of the study was bone marrow mononuclear cells (MHK). The MHK fraction was obtained from bone marrow aspirate by density gradient ficoll-verographin separation method (p = 1.078 g / cm 3 ). The study group consisted of 10 patients with hemoblastoses who received second-line PCT courses.
Забор костного мозга осуществляли путем трепанобиопсии, которую проводили во время планового диагностического обследования пациентов, после прохождения программной высокодозовой терапии цитостатическими препаратами. Трепанобиопсия костного мозга осуществлялась в специализированном отделении гематологии и трансплантации костного мозга Клиники иммунопатологии Института клинической иммунологии СО РАМН (Таблица 2).Bone marrow was taken by trepanobiopsy, which was performed during a routine diagnostic examination of patients after undergoing programmed high-dose therapy with cytostatic drugs. Marrow trepanobiopsy was performed in a specialized department hematology and bone marrow transplantation of the Clinic of Immunopathology of the Institute of Clinical Immunology SB RAMS (Table 2).
После биопсии костный мозг суспендировали в среде RPMI-1640 с 5% эмбриональной телячьей сыворотки (ЭТС). Для получения фракции MHK полученную суспензию наслаивали на градиент плотности фиколл-верографина, затем центрифугировали при 400 G 30 мин. Интерфазный слой, содержащий MHK, собирали и трижды отмывали средой RPMI-1640 с 5% ЭТС центрифугированием при 200 G по 10 мин. После последнего центрифугирования надосадочную жидкость замещали средой RPMI-1640, содержащей 20% ЭТС. Конечную концентрацию MHK доводили до 1 х 105 жизнеспособных клеток в 1 мл питательной среды.After a biopsy, the bone marrow was suspended in RPMI-1640 medium with 5% fetal calf serum (ETS). To obtain the MHK fraction, the resulting suspension was layered on a density gradient of ficoll-verographin, then centrifuged at 400 G for 30 min. The interphase layer containing MHK was collected and washed three times with RPMI-1640 medium with 5% ETS centrifugation at 200 G for 10 min. After the last centrifugation, the supernatant was replaced with RPMI-1640 medium containing 20% ETS. The final concentration of MHK was adjusted to 1 x 10 5 viable cells in 1 ml of culture medium.
MHK костного мозга, полученные от части больных, подвергали криоконсервации с использованием метода программного охлаждения клеток до - 8O0C в присутствии криостабилизатора (диметилсульфоксида). В дальнейшем криоконсервированные клетки хранились при температуре -80 ° С до момента использования, при этом срок хранения не превышал 2 месяца. Перед использованием клетки размораживались и трижды отмывались с помощью центрифугирования средой RPMI-1640 с 5% ЭТС. После ресуспедирования осадка концентрация жизнеспособных мононуклеаров (MHK), как и в случае нативных костномозговых клеток, доводилась до 1 * 105 клеток в 1 мл полной питательной среды. Bone marrow MHKs obtained from a part of patients were cryopreserved using programmed cooling of cells to –8O 0 C in the presence of a cryostabilizer (dimethyl sulfoxide). Subsequently, cryopreserved cells were stored at a temperature of -80 ° C until use, while the shelf life did not exceed 2 months. Before use, the cells were thawed and washed three times by centrifugation using RPMI-1640 medium with 5% ETS. After resuspension of the pellet, the concentration of viable mononuclear cells (MHK), as in the case of native bone marrow cells, was adjusted to 1 * 10 5 cells in 1 ml of complete culture medium.
Таблица 2 Характеристика MHK костного мозгаTable 2 Characterization of bone marrow MHK
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0001
Проведем оценку влияния препарата экзогенной фрагментированной ДНК человека на пролиферативную активность мононуклеарных клеток костного мозга.Let us evaluate the effect of the preparation of exogenous fragmented human DNA on the proliferative activity of bone marrow mononuclear cells.
Моделью для изучения влияния экзогенной ДНК на митотическую активность MHK является оценка интенсивности их пролиферации. Оценка пролиферативной активности мононуклеаров костного мозга проводилась в тестах спонтанной и индуцированной пролиферативной активности с использованием стандартной техники. В качестве индуктора пролиферации MHK костного мозга использовали анти-СDЗ моноклональные антитела. Инкубированные с фрагментированной ДНК (опыт) и не инкубированные с экзогенной фрагментированной ДНК клетки (контроль), исследовали в триплетах. Активность пролиферации тестировалась на 3-и сутки культивирования в 96 луночных планшетах для иммунологических реакций. Интенсивность клеточной пролиферации оценивали по включению в ДНК пролиферирующих клеток НЗ-тимидина. Активность пролиферации выражали в количестве импульсов в минуту (имп/мин). Результаты изучения влияния экзогенной фрагментированной ДНК на спонтанную и стимулированную анти-СDЗ моноклональными антителами пролиферацию представлены в табл. 3 и 4. Как следует из полученных данных, после 1 часовой преинкубации с ДНК наблюдается значительное снижение митотической активности мононуклеаров костного мозга (p<0.05). При этом важно отметить, что данный феномен регистрируется не только в условиях дополнительной стимуляции пролиферативной активности анти-СDЗ моноклональными антителами, но и наблюдается в отношении показателя спонтанной митотической активности MHK, обогащенных гемопоэтическими предшественниками. Исходя из рассчитанного индекса влияния (ИВ), характеризующего изменение интенсивность пролиферации клеток в "опыте" относительно "контроля", уровень митотической активности мононуклеаров костного мозга после обработки экзогенной ДНК снижается примерно в 4 раза и составляет не более 30% (14-35%) от ее исходного уровня у больных гемобластозами.A model for studying the effect of exogenous DNA on the mitotic activity of MHK is an assessment of the intensity of their proliferation. The proliferative activity of bone marrow mononuclear cells was evaluated in tests of spontaneous and induced proliferative activity using standard techniques. Anti-CD3 monoclonal antibodies were used as an inducer of bone marrow MHK proliferation. Cells incubated with fragmented DNA (experiment) and cells not incubated with exogenous fragmented DNA (control) were examined in triplets. The proliferation activity was tested on the 3rd day of cultivation in 96 well plates for immunological reactions. The intensity of cell proliferation was evaluated by the incorporation of NZ-thymidine into the DNA of proliferating cells. Proliferation activity was expressed as pulses per minute (cpm). The results of studying the effect of exogenous fragmented DNA on spontaneous and stimulated anti-CD3 monoclonal antibody proliferation are presented in table. 3 and 4. As follows from the data obtained, after 1 hour of preincubation with DNA, a significant decrease in the mitotic activity of bone marrow mononuclear cells is observed (p <0.05). It is important to note that this phenomenon is registered not only under conditions of additional stimulation of the proliferative activity of anti-CD3 by monoclonal antibodies, but also observed in relation to the spontaneous mitotic activity of MHK enriched in hematopoietic precursors. Based on the calculated influence index (IV), characterizing the change in the intensity of cell proliferation in the "experiment" relative to the "control", the level of mitotic activity of bone marrow mononuclear cells after processing of exogenous DNA decreases by about 4 times and amounts to no more than 30% (14-35%) from its initial level in patients with hemoblastosis.
Таблица 3. Влияние экзогенной фрагментированной ДНК на спонтанную пролиферацию MHK костного мозга.Table 3. The effect of exogenous fragmented DNA on spontaneous proliferation of bone marrow MHK.
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0001
Примечание. *Диaгнoз: MM- множественная миелома; *Kлeтки: CB - свежевыделенные, PM- размороженные криоконсервированные; *ИB: индекс влияния ДНК.Note. * Diagnosis: MM- multiple myeloma; * Cells: CB - freshly isolated, PM- thawed cryopreserved; * IB: DNA influence index.
Таблица 4. Влияние экзогенной фрагментированной ДНК на стимулированную пролиферацию MHK костного мозга.Table 4. The effect of exogenous fragmented DNA on the stimulated proliferation of bone marrow MHK.
Figure imgf000028_0002
Figure imgf000028_0002
Примечание. *Диaгнoз: ММ-множественная миелома; *Kлeтки: CB- свежевыделенные, РМ-размороженные криоконсервированные; *ИB: индекс влияния ДНК. Таким образом, полученные нами результаты, свидетельствуют об активном, четко выраженном влиянии экзогенной ДНК на пролиферативный статус мононуклеаров костного мозга, в том числе и стволовых гемопоэтических клеток.Note. * Diagnosis: MM-multiple myeloma; * Cells: CB- freshly isolated, PM-thawed cryopreserved; * IB: DNA influence index. Thus, our results indicate an active, clearly pronounced effect of exogenous DNA on the proliferative status of bone marrow mononuclear cells, including hematopoietic stem cells.
Переходя к обсуждению полученного результата, будем исходить из хорошо известного механизма самоподдержания пула CK, который заставляет определенное в единицу времени число покоящихся стволовых клеток приступать к дифференцировке без деления в направлении специфических гемопоэтических элементов - коммитированных предшественников эритроидного, ганулоцитарно- макрофагального и прочих ростков кроветворения. Дифференцировка в свою очередь вызывает "возбуждение" в таком же (в единицу времени) числе покоящихся клеток. "Возбужденные" клетки переходят из фазы G0 в митотический цикл и не способны к дифференцировке, пока не завершат деление. После деления дочерние клетки входят опять в фазу G0, пополняя собой группу клеток потенциально способных как к дифференцировке, так и к возвращению в митотический цикл. Эти базовые механизмы при гемобластозах нарушаются, вследствие чего наблюдается неконтролируемая пролиферация злокачественно измененных клеток гемопоэза, которые не способны к нормальной дифференцировке. В то же время, количество включенного в клетки меченного тимидина характеризует долю делящихся клеток в данный момент времени, то есть по сути отражает число активных - "возбужденных" стволовых клеток, находящихся в митотическом цикле и не способных к дифференцировке.Turning to the discussion of the obtained result, we will proceed from the well-known self-maintenance mechanism of the CK pool, which causes a certain number of resting stem cells per unit time to begin differentiation without dividing in the direction of specific hematopoietic elements - committed precursors of erythroid, ganulocyte-macrophage and other hematopoietic growths. Differentiation, in turn, causes “excitation” in the same (per unit time) number of resting cells. The “excited” cells pass from the G 0 phase to the mitotic cycle and are not capable of differentiation until they complete the division. After division, daughter cells enter the G 0 phase again , replenishing a group of cells potentially capable of both differentiation and return to the mitotic cycle. These basic mechanisms are violated in hemoblastoses, as a result of which there is uncontrolled proliferation of malignantly modified hematopoietic cells, which are not capable of normal differentiation. At the same time, the amount of labeled thymidine included in the cells characterizes the fraction of dividing cells at a given time, that is, in fact, reflects the number of active - “excited” stem cells that are in the mitotic cycle and are not capable of differentiation.
Следовательно, значительное снижение митотической активности мононуклеаров костного мозга при их обработке экзогенной ДНК позволяет предполагать изменение (увеличение) пропорции стволовых клеток, находящихся в состоянии покоя (G0-фaзe митотического цикла), которые становятся способны к дифференцировке в сторону коммитированных специфических гемопоэтических элементов. Такое успокоение CK связано с воздействием препарата Панагенум на генетические локусы хромосом клеток прошедших раковое перерождение. При этом как было показано в нашем другом изобретении [Заявка на изобретение NQ 2006100561] механизм данного явления может быть связан с замещением мутантных локусов хромосом на немутантные в процессе которого злокачественно метаплазированные клетки теряют полностью или частично статус злокачественно перерожденных.Therefore, a significant decrease in the mitotic activity of bone marrow mononuclear cells during their processing of exogenous DNA suggests a change (increase) in the proportion of dormant stem cells (G 0 -phase of the mitotic cycle), which become capable of differentiation towards committed specific hematopoietic elements. Such a calming of CK is associated with the effect of the Panagenum preparation on the genetic loci of the chromosomes of cells that underwent cancerous degeneration. Moreover, as was shown in our other invention [Application for invention N Q 2006100561], the mechanism of this phenomenon can be associated with the replacement of mutant chromosome loci with non-mutant ones during which malignant metaplasized cells lose fully or partially the status of malignant degenerate.
Проверка данного предположения может быть осуществлена на основе оценки изменений дифференцировки стволовых гемопоэтических клеток содержащихся во мононуклеарной фракции костного мозга. Проведем оценку влияния экзогенной фрагментированной ДНК человека на дифференцировку стволовых кроветворных клеток костного мозга.Verification of this assumption can be carried out on the basis of assessing changes in the differentiation of hematopoietic stem cells contained in the mononuclear fraction of the bone marrow. Let us evaluate the effect of exogenous fragmented human DNA on the differentiation of hematopoietic stem cells in bone marrow.
Моделями для изучения дифференцировки гемопоэтических стволовых клеток может служить метод образования эритроидных и гранулоцитарно- макрофагальных колоний на полужидкой среде [Рluzпiik D.H., Sасhs L. Тhе сlопiпg оf поrrлаl "mаst" сеll iп tissuе сulturе. J. сеll. сотр. Рhisiоl.- 1965.-V.66.-P.319; Вrаdlеу T.R., Меtсаlf D. Тhе grоwth оf тоusе bопе тагrоw сеll iп vitrо.- Аust. J. ехр. Вiоl. теd. Sci.-1966.- V.44.- P.287]. С помощью хромосомных маркеров было показано что, клетки одной колонии развиваются из единственной клетки-предшесвенницы. При этом возможность получения вторичных колоний данного типа при перенесении первичной эритроидной или гранулоцитарно-макрофагальной колонии на новую среду свидетельствует о том, что источником развития колоний iп vitrо являются коммитированные стволовые гемопоэтические клетки [Меtсаlf D., Fоеstеr R. Веhаviоr on trапsfеr оf sеrum stimulаtеd bопе mаrrоw соlопiеs. Рrос. Sос. ехр. Вiоl.- 1967.- V.126.- P.758].Models for studying the differentiation of hematopoietic stem cells can be the method of formation of erythroid and granulocyte macrophage colonies on a semi-liquid medium [Рluzпiik D.H., Sсhs L. Те сlopiпg оf received “mast” sell ip sizing sulture. J. Cell. al. Phisiol. - 1965.-V.66.-P.319; Vadleu T.R., Metzlf D. The Gruwth of the Toe Bose Tag Sell IP Vitro. - Aust. J. exp. Biol. those. Sci.-1966.- V.44.- P.287]. Using chromosomal markers, it has been shown that cells of one colony develop from a single precursor cell. At the same time, the possibility of obtaining secondary colonies of this type by transferring the primary erythroid or granulocyte-macrophage colony to a new medium indicates that the source of colony development in vitro is committed stem hematopoietic cells [Metcalf D., Foster R. Behperulotherpodrum marrow colopies. Roc. Soc. exp Biol. - 1967.- V.126.- P.758].
Таким образом, число вырастающих колоний на полужидкой среде, с одной стороны, характеризует общее число стволовых клеток, способных дифференцироваться в направлении коммитированных специфических гемопоэтических элементов, а с другой - характеризует направленность такой дифференцировки, о чем можно судить по соотношению гемопоэтических колоний различного типа. Обусловленное препаратом фрагменτированной ДНК изменение митотической активности может по-разному отразиться на способности к дифференцировке стволовых клеток в направлении эритроидного и гранулоцитарно-макрофагальных ростков кроветворения. Это, в частности, определяется тем, что по своей естественной митотической активности коммитированные предшественники эритропоэза существенно отличаются от других коммитированных предшественников. Если в общем пуле предшественников ДНК синтезирует всего 10% стволовых клеток, то среди коммитированных эритропоэтинчувствительных элементов их доля составляет более 75%. Нахождение основной части эритропоэтинчувствительных клеток в митотическом цикле позволяет предполагать, что изменение пролиферативной активности мононуклеаров костного мозга при действии экзогенной ДНК может прежде всего сказаться на повышении числа коммитированных стволовых клеток, дифференцирующихся в направлении эритропоэза [Lаjthа L. G., Sсhоfiеld R. Рrоlifеrаtivе сарасitу оf hеmороiеtiс stеm сеlls.- In: Sуmроs. on normal and malignant сеll grоwth: Nеw Yоrk.- 1969.- P.10]. Проведем оценку влияния экзогенной фрагментированной ДНК человека на формирование эритроидных колоний.Thus, the number of growing colonies on a semi-liquid medium, on the one hand, characterizes the total number of stem cells capable of differentiating in the direction of specific specific hematopoietic elements, and on the other hand, characterizes the direction of such differentiation, which can be judged by the ratio of different types of hematopoietic colonies. The change in mitotic activity due to the fragmented DNA preparation can have a different effect on the ability to differentiate stem cells in the direction of erythroid and granulocyte-macrophage hematopoiesis. This, in particular, is determined by the fact that, in their natural mitotic activity, committed precursors of erythropoiesis significantly differ from other committed precursors. If in the total pool of precursors, DNA synthesizes only 10% of stem cells, then among the committed erythropoietin-sensitive elements their share is more than 75%. The presence of the main part of erythropoietin-sensitive cells in the mitotic cycle suggests that a change in the proliferative activity of bone marrow mononuclear cells under the action of exogenous DNA can primarily affect the increase in the number of committed stem cells differentiating in the direction of erythropoiesis [LG Lactomycephylocephalitis .- In: Sumros. on normal and malignant Sell Grooth: New York.- 1969.- P.10]. Let us evaluate the effect of exogenous fragmented human DNA on the formation of erythroid colonies.
Для культивирования и подсчета функционально активных стволовых гемопоэтических клеток, способных к дифференцировке в эритроидном направлении, использовали полужидкие среды, приготовленные на основе метилцеллюлозы с добавлением эритропоэтина (ЭП), рекомбинантного интерлейкина 3 (ИЛ-3), а также ряда дополнительных индукторов пролиферации и дифференцировки эритроидных клеток [Гольдберг E. Д., Дыгай A.M., Шахов В. M.// Методы культуры ткани в гематологии: Из-во Томского гос. у-та.- Томск, 1992. -272с].For the cultivation and counting of functionally active hematopoietic stem cells capable of differentiation in the erythroid direction, we used semi-liquid media prepared on the basis of methyl cellulose with the addition of erythropoietin (EP), recombinant interleukin 3 (IL-3), as well as a number of additional inducers of erythroid proliferation and differentiation cells [Goldberg E. D., Digay AM, Shakhov V. M. // Methods of tissue culture in hematology: Iz-in Tomsk state. u-ta.- Tomsk, 1992. -272s].
При проведении данного этапа исследования были использованы только криоконсервированные мононуклеары костного мозга. Размороженные и отмытые, как описано выше, делили на 2 аликвоты. В опытной серии мононуклеары (MHK) костного мозга в течение 1 часа преинкубировали при 37°C с экзогенной ДНК, которая добавлялась в инкубационную смесь в дозе 100 мкг/мл. В контроле вместо ДНК в соответствующем количестве добавляли среду для культивирования клеток.During this stage of the study, only cryopreserved bone marrow mononuclear cells were used. Thawed and washed, as described above, were divided into 2 aliquots. In the experimental series, bone marrow mononuclear cells (MHKs) were preincubated for 1 hour at 37 ° C with exogenous DNA, which was added to the incubation mixture at a dose of 100 μg / ml. In the control, cell culture medium was added instead of DNA in the appropriate amount.
После окончания преинкубации MHK без отмывания, в количестве 1 х 10 жизнеспособных CD34+ клеток вносили в полужидкую среду для культивирования иAfter pre-incubation of MHK without washing, in the amount of 1 x 10 viable CD34 + cells were introduced into a semi-liquid medium for cultivation and
5 помещали в 24-лyнoчныe планшеты в дозе 0,25 мл на лунку (0,25 х 10 клеток/мл).5 were placed in 24-well tablets at a dose of 0.25 ml per well (0.25 x 10 cells / ml).
Инкубированные с фрагментированной ДНК (опыт) и не инкубированные с ДНК клетки (контроль), исследовали в тетраплетах (4 лунках) суммарно содержащих 1 хCells incubated with fragmented DNA (experiment) and cells not incubated with DNA (control) were examined in tetraplets (4 wells) containing a total of 1 x
10 мононуклеаров костного мозга. Планшеты культивировали в CO2 инкубаторе (37°C) при 100% влажности, в течение 8-14 суток. Оценку числа эритроидных колоний проводили в динамике и фиксировали на 8 и 14 сутки культивирования. К эритроидным колониям (БОЕ-Э) относили образовавшиеся в процессе культивирования клеточные агрегаты, содержащие более 100 эритроидных элементов различной степени зрелости или группы (до 50 клеток) небольших рядом расположенных клеток с характерными для эритроидных элементов морфологическими признаками.10 bone marrow mononuclear cells. The plates were cultured in a CO2 incubator (37 ° C) at 100% humidity for 8-14 days. The number of erythroid colonies was estimated in dynamics and recorded on days 8 and 14 of cultivation. Erythroid colonies (PFU-E) included cell aggregates formed during cultivation that contained more than 100 erythroid elements of various degrees of maturity or a group (up to 50 cells) of small adjacent cells with morphological features characteristic of erythroid elements.
Результаты подсчета количества эритроидных колоний на 8 и 14 сутки, в виде диапазона колебаний числа выросших колоний в лунках тетраплета для каждого исследованного пациента, представлены в таблицах 5, 6. Таблица 5. Влияние экзогенной фраrментированной ДНК человека на количество эритроидных колоний на 8-ые сутки культивирования MHK костного мозга.The results of counting the number of erythroid colonies on days 8 and 14, in the form of a range of fluctuations in the number of grown colonies in the tetraplet wells for each patient examined, are presented in tables 5, 6. Table 5. The effect of exogenously fragmented human DNA on the number of erythroid colonies on the 8th day of bone marrow MHK cultivation.
Figure imgf000032_0001
Figure imgf000032_0001
Примечание. *Диaгнoз: ЛГМ- лимфогранулематоз.Note. * Diagnosis: LGM-lymphogranulomatosis.
Таблица б. Влияние экзогенной фраrментированной ДНК человека на количество эритроидных колоний на 14-ые сутки культивирования MHK костного мозга.Table b. The effect of exogenously fragmented human DNA on the number of erythroid colonies on the 14th day of bone marrow MHK cultivation.
Figure imgf000032_0002
Figure imgf000032_0002
Примечание. *Диaгнoз: ЛГМ- лимфогранулематоз.Note. * Diagnosis: LGM-lymphogranulomatosis.
Как следует из результатов исследования, количественно охарактеризованных в таблицах, после преинкубации MHK с экзогенной ДНК регистрируется значительное, статистически достоверное увеличение числа генерируемых эритроидных колоний (p<0.001). При этом наиболее демонстративно повышение числа эритроидных колоний после обработки препаратом фраrментированной ДНК определяются на ранних сроках - на 8 сутки культивирования, когда возрастание числа формирующихся эритроидных колоний в опыте превышает количество таковых в контроле в 3-4 и более раз.As follows from the results of the study, quantitatively characterized in the tables, after the preincubation of MHK with exogenous DNA, a significant, statistically significant increase in the number of generated erythroid colonies is recorded (p <0.001). In this case, the most demonstrative increase in the number of erythroid colonies after treatment with the preparation of fragmented DNA is determined in the early stages - on the 8th day of cultivation, when the increase in the number of forming erythroid colonies in the experiment exceeds the number of those in the control by 3-4 or more times.
Таким образом, фактура полученных данных в определенной мере подтверждает предположение о стимулирующем влиянии экзогенной ДНК на способность CKK к дифференцировке в эритроидном направлении. Вместе с тем, учитывая, что резкое возрастание числа эритроидных колоний у больных после перенесенной высокодозовой химиотерапии происходит на ранних сроках культивирования, можно полагать, что действие экзогенной ДНК не исчерпывается влиянием на митотический цикл, но определяется и другими механизмами.Thus, the texture of the obtained data to a certain extent confirms the assumption about the stimulating effect of exogenous DNA on the ability of CKK to differentiate in the erythroid direction. At the same time, given that a sharp increase in the number of erythroid colonies in patients after undergoing high-dose chemotherapy occurs in the early stages of cultivation, it can be assumed that the action of exogenous DNA is not limited to the effect on the mitotic cycle, but is also determined by other mechanisms.
Одним из таких механизмов может быть участие экзогенной ДНК в репарации поврежденного цитостатическими препаратами генетического аппарата стволовых клеток. Исходя из результатов проведенного исследования, участие экзогенной ДНК в репарации гененома стволовых клеток может предполагаться по меньшей мере в 2-х из 5 исследованных образцов мононуклеаров костного мозга (40%), когда на фоне практически полного отсутствия образования эритроидных колоний в «кoнтpoлe» после преинкубации с фрагмкентьированной ДНК происходит восстановление способности стволовых клеток дифференцироваться в эритроидные предшественники. Таким образом, при использовании модели эритроидного колониеобразования, действие препарата фрагментированной ДНК человека на поврежденные гемопоэтические предшественники в 40% случаев носит не количественный, а качественный характер, который с высокой степенью вероятности опосредован включением экзогенной ДНК в генетический аппарат стволовой клетки.One of such mechanisms may be the participation of exogenous DNA in the repair of the stem cell genetic apparatus damaged by cytostatic drugs. Based on the results of the study, the participation of exogenous DNA in the repair of the stem cell genome can be assumed in at least 2 out of 5 studied samples of bone marrow mononuclear cells (40%), when against the background of the almost complete absence of erythroid colony formation in the “control” after preincubation with fragmented DNA, the ability of stem cells to differentiate into erythroid progenitors is restored. Thus, when using the model of erythroid colony formation, the effect of the preparation of fragmented human DNA on damaged hematopoietic precursors in 40% of cases is not quantitative, but qualitative, which is highly likely mediated by the inclusion of exogenous DNA in the genetic apparatus of the stem cell.
К другим косвенным признакам включения экзогенной ДНК в геном стволовых клеток могут быть отнесены морфофизиологические особенности формирующихся после преинкубации с препаратом фргаментированной ДНК человека эритроидных колоний. Так, в процессе регистрации результатов исследования было отмечено, что в «oпытныx» лунках планшетов, по сравнению с «кoнтpoльными», начинают преобладать незрелые - BFU-E эритроидные колонии (70 - 90%). Формирование последних характерно для молодых высокоактивных стволовых клеток, нетипичных для исходных стволовых предшественников, полученных от больных гемобластозами после проведения программной терапии цитостатическими препаратами (< 5 - 10%).Other indirect signs of the inclusion of exogenous DNA in the stem cell genome may include morphophysiological features of erythroid colonies formed after pre-incubation with human fragments of human DNA. So, in the process of recording the results of the study, it was noted that in the “experienced” wells of the plates, in comparison with the “control” wells, immature - BFU-E erythroid colonies (70 - 90%) begin to prevail. The formation of the latter is characteristic of young highly active stem cells, atypical of the initial stem precursors obtained from patients with hemoblastoses after conducting program therapy with cytostatic drugs (<5 - 10%).
Недостатком модели эритроидного колониеобразования является невозможность анализа сложных конкурентных взаимоотношений между различными ростками кроветворения, в процессе которых стволовые клетки костного мозга могут не только существенно изменять характер своей дифференцировки, но и выраженность ответа на различные регуляторно- восстановительные воздействия. С учетом данного обстоятельства на следующем этапе исследования эффектов препарата фрагментированной ДНК нами была использована более сложная модель изучения функционального состояния стволовых клетки - модель одновременного культивирования эритроидных и гранулоцитарно-макрофагальных колоний.A drawback of the erythroid colony formation model is the impossibility of analyzing complex competitive relationships between different blood-forming sprouts, during which bone marrow stem cells can not only significantly change the nature of their differentiation, but also the severity of the response to various regulatory and recovery effects. Given this circumstance, at the next stage of the study of the effects of the fragmented DNA preparation, we were a more complex model for studying the functional state of stem cells was used — a model for the simultaneous cultivation of erythroid and granulocyte-macrophage colonies.
Проведем оценку влияния экзогенной фраrментированной ДНК человека на одновременное формирование эритроидных и гранулоцитарно-макрофагальных колоний.Let us evaluate the effect of exogenous fragmented human DNA on the simultaneous formation of erythroid and granulocyte macrophage colonies.
Для одновременного изучения дифференцировки коммитированных стволовых предшественников в эритроидные и гранулоцитарно-макрофагальные элементы использовали полную коммерческую меτилцеллюлозная среду МеthоСult ® H 4434 (Stеm CeII Тесhпоlоgу, Сапаdа, Саt N° 04434). Полная метилцеллюлозная среда H 4434, содержит более широкий набор факторов роста. Помимо эритропоэтина (EPO) и интepлeйкинa-3 (IL-3) в полной среде содержится фактор роста стволовых клеток (SCF), интерлейкин-б (IL-6), фактор роста гранулоцитарно- макрофагальных клеток (GM-CSF) и другие биологически активные компоненты, поддерживающие пролиферацию и дифференцировку коммитированных стволовых предшественников.For the simultaneous study of the differentiation of committed stem precursors into erythroid and granulocyte macrophage elements, the complete commercial methylcellulose medium MetoCult ® H 4434 (Stem CeII Teslogologu, Sapada, Cat N ° 04434) was used. Complete methylcellulose medium H 4434 contains a wider range of growth factors. In addition to erythropoietin (EPO) and interleukin-3 (IL-3), the complete medium contains stem cell growth factor (SCF), interleukin-b (IL-6), granulocyte macrophage cell growth factor (GM-CSF) and other biologically active components supporting the proliferation and differentiation of committed stem precursors.
Исследования проведены в 4-х сериях экспериментов, на MHK, выделенных из костного мозга больных гемабластозами, после проведения курсов программной цитостатической терапии. Техника проведения эксперимента и концентрация мононуклеаров костного мозга в «oпытe», то есть после 1 часовой преинкубации клеток с препаратом фргаментированной ДНК человека и «кoнтpoлe» были идентичны таковым при изучении дифференцировки коммитированных предшественников в эритроидные клетки (см. предыдущий раздел). Отличие состояло лишь в том, что кроме размороженных криоконсервированных клеток для изучения формирования эритроидных и гранулоцитарно-макрофагальных колоний использовались также и свежевыделенные MHK.The studies were conducted in 4 series of experiments, on MHK isolated from the bone marrow of patients with hemablastoses, after courses of programmed cytostatic therapy. The technique of the experiment and the concentration of bone marrow mononuclear cells in the “experience”, that is, after 1 hour of pre-incubation of cells with the preparation of human fragmented DNA and “control” were identical to those in the study of differentiation of committed precursors into erythroid cells (see the previous section). The only difference was that in addition to thawed cryopreserved cells, freshly isolated MHKs were also used to study the formation of erythroid and granulocyte-macrophage colonies.
Гранулоцитарно-макрофагальные (КОЕ-ГМ), эритроидные (БОЕ-Э) и колонии смешанного типа, то есть колонии, содержащие клеточные элементы обоего типа (КОЕ-ГЭММ), идентифицировали и подсчитывались под микроскопом, по завершении 14-дневной инкубации при температуре 37°C, во влажной атмосфере, содержащей 5% CO2.Granulocyte-macrophage (CFU-GM), erythroid (CFU-E) and mixed-type colonies, i.e. colonies containing cell elements of both types (CFU-HEMM), were identified and counted under a microscope at the end of a 14-day incubation at 37 ° C in a humid atmosphere containing 5% CO2.
Результаты подсчета числа коммитированных стволовых клеток формирующих колонии различного типа, суммированы в таблице 7. Существенные отклонения числа формируемых гемопоэтических колоний после обработки мононуклеаров экзогенной ДНК помечены надстрочными знаками «+» и «— », соответственно маркирующих случаи повышения и снижения показателей в «oпытe» относительно величины «кoнтpoля».The results of counting the number of committed stem cells forming colonies of various types are summarized in table 7. Significant deviations in the number of formed hematopoietic colonies after processing of exogenous DNA mononuclear cells are marked with superscripts “+” and “-”, respectively marking cases of increase and decrease in indicators in the “experience” relative to the value of “control”.
Таблица 7. Влияние экзогенной фрагментированной ДНК человека на дифференцировку MHK костного мозга в эритроидные и гранулоцитарно- макрофагальные колонии.Table 7. The effect of exogenous fragmented human DNA on the differentiation of bone marrow MHK into erythroid and granulocyte macrophage colonies.
Figure imgf000035_0001
Figure imgf000035_0001
Примечание. *Диaгнoз: MM- множественная миелома, ОЛЛ- острый лимфолейкоз; *Kлeтки: CB - свежевыделенные, PM- размороженные криоконсервированные.Note. * Diagnosis: MM- multiple myeloma, ALL- acute lymphocytic leukemia; * Cells: CB - freshly isolated, PM - thawed cryopreserved.
Как следует из полученных данных, в присутствии экзогенной ДНК достоверное 2-3-x кратное увеличение общего количества формируемых колоний, как эритроидного, так и гранулоцитарно-макрофагального типа наблюдается только при использовании размороженных криоконсервированных клеток костного мозга, характеризующихся исходно низким количеством колониеобразующих клеток. Это подтверждает ранее сделанное нами предположение о возможном участии экзогенной ДНК в процессах восстановления дефектов, являющихся следствием не только ПХТ, но и процедуры криоконсервации стволовых предшественников костного мозга. Последнее, учитывая широкое применение криоконсервированных стволовых клеток при лечении не только гематологических, но и многих других заболеваний, представляет не только научный, но и большой практический интерес. В этом плане, фргаментированная экзогенная ДНК человека в комплексе с белками ядерного матрикса может рассматриваться как новый перспективный препарат для увеличения числа функционально активных стволовых клеток после их криоконсервации, имеющий очевидную патентоспособность.As follows from the data obtained, in the presence of exogenous DNA, a significant 2-3-fold increase in the total number of formed colonies, both erythroid and granulocyte-macrophage type, is observed only when thawed cryopreserved bone marrow cells are used, characterized by an initially low number of colony-forming cells. This confirms our earlier assumption about the possible participation of exogenous DNA in the process of repairing defects that are the result not only of PCT, but also of the procedure for cryopreservation of bone marrow stem precursors. The latter, given the widespread use of cryopreserved stem cells in the treatment of not only hematological, but also many other diseases, is of not only scientific, but also of great practical interest. In this regard, the fragmented exogenous human DNA in combination with the proteins of the nuclear matrix can be considered as a new promising drug for an increase in the number of functionally active stem cells after cryopreservation, which has obvious patentability.
Эффекты влияния препарата фрrаментированной ДНК человека на свежевыделенные стволовые клетки более сложны для интерпретации. Вместе с тем, как видно из результатов исследования, экзогенная ДНК исследуемого препарата, без сомнения оказывает влияние на дифференцировку стволовых клеток. Это проявляется в избирательном, конкурентном увеличении/снижении коммитированных предшественников, участвующих в формировании эритроидных (БОЕ-Э) или гранулоцитарно-макрофагальных (КОЕ-ГМ) колоний, а также повышении числа незрелых стволовых предшественников, образующих гемопоэтические колонии смешанного типа (КОЕ-ГЭММ).The effects of the preparation of human fragmented DNA on freshly isolated stem cells are more difficult to interpret. At the same time, as can be seen from the results of the study, the exogenous DNA of the studied drug undoubtedly affects the differentiation of stem cells. This is manifested in the selective, competitive increase / decrease of committed precursors involved in the formation of erythroid (PFU-E) or granulocyte-macrophage (CFU-GM) colonies, as well as an increase in the number of immature stem precursors forming mixed-type hematopoietic colonies (CFU-HEMM) .
Любая клеточная дифференцировка - это глубокий изменения всего генома клетки, при котором происходит выбор пути специфического развития плюрипотентной клетки.Any cellular differentiation is a profound change in the entire genome of a cell, in which a pathway for the specific development of a pluripotent cell is selected.
Выявленные феномены могут рассматриваться как косвенное свидетельство активного участия экстраклеточной экзогенной ДНК в генезе стволовых клеток крови. The revealed phenomena can be considered as indirect evidence of the active participation of extracellular exogenous DNA in the genesis of blood stem cells.

Claims

Формула изобретенияClaim
Способ лечения заболеваний, основанный на введении в организм пациента фрагментированной ДНК, отличающийся тем, что, фрагментированная ДНК является аллогенной и состоит из фрагментов, длина которых соответствует 1-10 нукпеосомным единицам, составляющих полный геном пациента в ассоциации с белками ядерного матрикса, при этом, количество фрагментированной ДНК принимают равным или превышающим количество собственно ДНК плазмы крови и тканевых жидкостей пациента, но не более 1500 нг/мл. A method of treating diseases based on the introduction of fragmented DNA into the patient’s body, characterized in that the fragmented DNA is allogeneic and consists of fragments whose length corresponds to 1-10 nucpeosomal units that make up the patient’s complete genome in association with nuclear matrix proteins, while the amount of fragmented DNA is taken to be equal to or greater than the amount of DNA in the blood plasma and tissue fluids of the patient, but not more than 1500 ng / ml.
PCT/RU2007/000007 2006-07-27 2007-01-11 Disease treating method WO2008013473A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007800283047A CN101495157B (en) 2006-07-27 2007-01-11 Disease treating method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006127134/14A RU2322264C1 (en) 2006-07-27 2006-07-27 Method for treating diseases
RU2006127134 2006-07-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008013473A1 true WO2008013473A1 (en) 2008-01-31

Family

ID=38981715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000007 WO2008013473A1 (en) 2006-07-27 2007-01-11 Disease treating method

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN101495157B (en)
RU (1) RU2322264C1 (en)
WO (1) WO2008013473A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104067125A (en) * 2011-12-07 2014-09-24 新加坡意志私人有限公司 Method for detecting nucleosome adducts

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996004397A1 (en) * 1994-08-05 1996-02-15 Maria Anvret Gene therapy using homologous recombination
RU2234323C1 (en) * 2003-05-27 2004-08-20 Шурдов Михаил Аркадьевич Preparation eliciting antitumor, antitoxic and radioprotecting effect

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996004397A1 (en) * 1994-08-05 1996-02-15 Maria Anvret Gene therapy using homologous recombination
RU2234323C1 (en) * 2003-05-27 2004-08-20 Шурдов Михаил Аркадьевич Preparation eliciting antitumor, antitoxic and radioprotecting effect

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEONID A YAKUBOV ET AL.: "Extracellular genomic DNA protects mice against radiation and chemical mutagens", GENOME BIOLOGY, vol. 5, 2003, pages 3, Retrieved from the Internet <URL:http://www.genomebiology.com/content/pdf7gb-2003-5-2-p3.pdf> *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104067125A (en) * 2011-12-07 2014-09-24 新加坡意志私人有限公司 Method for detecting nucleosome adducts
CN104067125B (en) * 2011-12-07 2017-12-26 比利时意志有限责任公司 Method for detecting nucleosome adduct

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006127134A (en) 2008-02-10
RU2322264C1 (en) 2008-04-20
CN101495157B (en) 2013-02-13
CN101495157A (en) 2009-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7078673B2 (en) Conditions for producing and using conditionally immortalized long-term stem cells as well as such cells.
Lotem et al. Hematopoietic cells from mice deficient in wild-type p53 are more resistant to induction of apoptosis by some agents
Kurimoto et al. Neutrophils express oncomodulin and promote optic nerve regeneration
US20190300852A1 (en) Methods and Compositions for Producing Germ Cells from Peripheral Blood Derived Germline Stem Cells
JP2018121650A (en) Stem cell bank for personalized medicine
Mohrin et al. Hematopoietic stem cell quiescence promotes error-prone DNA repair and mutagenesis
Dunkel et al. Clinical aspects of male germ cell apoptosis during testis development and spermatogenesis
Scott Jr Cell death and reduced proliferative rate
Marjault et al. Consequences of irradiation on adult spermatogenesis: between infertility and hereditary risk
Yu et al. Nuclear factor of activated T cells 2 is required for osteoclast differentiation and function in vitro but not in vivo
Kaufmann The time interval between X-radiation of sperm of Drosophila and chromosome recombination
RU2322264C1 (en) Method for treating diseases
JP2020504164A (en) Prevention and treatment of acute myeloid leukemia
RU2313349C2 (en) Method for treating oncological diseases
Folgado-Marco et al. Haploinsufficiency of the essential gene Rps12 causes defects in erythropoiesis and hematopoietic stem cell maintenance
US20090022699A1 (en) Method Of Genotypically Modifying Cells By Administration Of RNA
KR20240026435A (en) Material delivery and gene editing system in gametes using exosomes
CN1756836B (en) Modulation of stem and progenitor cell differentiation, assays, and uses thereof
KR101853477B1 (en) Methods for Regulating Differentiation of kidney precursor Cells from Embryonic Stem Cells Through modulation of SIRT1 expression
Collins et al. Maternal IL-10 restricts fetal emergency myelopoiesis
CN116600818A (en) Targeting SRC-3 in immune cells as immunomodulatory therapeutic agents for the treatment of cancer
Akleyev et al. Mechanisms involved in chronic radiation exposure effects: pathogenesis of chronic radiation syndrome
Yang Revealing a Non-canonical Role of Anti-apoptotic MCL-1 in Early Embryonic Development
Lotem et al. Hematopoietic cells from mice deficient in wild-type p53 are more
US20040170605A1 (en) Use of the slug gene as a genetic marker in functions mediated by SCF (stem cell factor) and applications

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780028304.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07716003

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 135/MUMNP/2009

Country of ref document: IN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07716003

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1