Herpes Simplex Virus thymidine kinase gene을 이용한 유전자 치료에서 retinoic acid가 bystander effect에 미치는 영향

Effect of retinoic acid on the bystander effect in gene therapy using the Herpes Simplex Virus thymidine kinase

연구배경 : HSVtk 유전자를 암세포에 이입하여 GCV에 대해 선택적으로 감수성을 증가시키는 HSVtk/GCV 유전자치료에서 bystander effect는 모든 암세포에 유전자를 이입하지 않고도 치료효과를 얻을 수 있도록 한다. 그러나 현존하는 viral vector는 유전자이입 효율이 낮아 임상적으로 치료효과를 기대하는데는 한계가 있다. 따라서 유전자의 이입효율이 높은 새로운 vector의 개발과 함께 bystander effect의 극대화를 통해 치료효과를 증가시킬 수 있는 방법 등이 요구된다. 최근 gap junction을 통한 세포간의 metablic cooperation이 bystander effect의 주요기전임이 밝혀졌고 retinoids는 gap junction을 통한 세포간의 communication을 증가시킨다고 보고되었다. 저자들은 HSVtk/GCV 유전자치료에서 bystander effect에 미치는 retinoids의 효과를 조사하였다. 방 법 : Adenovus와 retrovirus vector를 이용하여 connexin 43를 발현하는 악성중피종세포와 connexin 43를 발현하지 않는 SKHep-J 세포주에 HSVtk 유전자를 이입한 후 HSVtk 유전자가 이입된 세포와 HSVtk 유전자가 이입되지 않은 세포들을 여러가지 비율로 혼합한 mixing study를 시행하였으며 $10^{-10}M-10^{-6}M$ RA 처리 유무에 따른 bystander effect에 의한 살상효과를 비교하였다. 그리고 gap junction을 통한 세포간의 communication에 대한 retinoids의 영향을 조사하기 위해 retinoids 처리에 따른 세포간 communication을 FACS를 이용하여 double-dye transfer study로 측정하였다. 결 과 : Connexin 43를 발현하지 않는 SKHep-J 세포주에서는 RA 처리유무에 따른 bystander effect에 의한 살상효과의 차이가 없었다. 그러나 connexin 43를 발현하는 악성중피종 세포주에서는 $10^{-8}M-10^{-6}M$ RA처리시 세포간의 communication과 bystander effect가 RA를 처리하지 않은 대조군에 비해 유의하게 증가되었다. 결 론 : RA는 gap junction을 통한 세포간의 communication을 증가시켜 HSVtk/GCV 유전자치료에서 bystander effect에 의한 살상효과를 증가시켰다. 이러한 결과는 HSVtk/GCV 유전자치료의 효과를 증가시킬 수 있는 새로운 방법이 될 수 있을 것으로 생각된다.

Background : Metabolic cooperation via gap junctional intercellular communication (GJIC) is an important mechanism of the bystander effect in gene therapy using the Herpes Simplex Virus thymidine kinase/ganciclovir (HSVtk) "prodrug" system. Since retinoids have been reported to increase GJIC by induction of connexin 43 expression, we hyporthesized that treatment of tumor cells with retinoic acid could augment the bystander effect of the HSVtk/GCV system and result in improved tumor cell killing by enhancing GJIC. Methods : We transferred HSVtk gene to SKHep-J cell line that does not express connexin43, and also transferred the gene to human and murine mesothelioma cell lines that express connexin43. We verified that retinoic acid enhanced GJIC utilizing a functional double-dye transfer study and evaluated the effects of retinoic acid on the growth rate of tumor cells. We then tested the effects of retinoic acid on bystander-mediated cell killing. Results : Addition of all-trans retinoic acid (RA) increased GJIC in cell lines expressing connexin 43 and was asspciated with more efficient in vitro bystander killing in cells transduced with HSVtk via adenoviral and retroviral vectors. In contrast, there was no increase in the efficiency of the bystander effect after exposure to RA in a cell line which had no delectable connexin 43. Conclusion : These results provide evidence that retinoids can augment the efficiency of cell killing with the HSVtk/GCV system by enhancing bystander effect and may thus be a promising new approach to improve responses in gene therapy utilizing the HSVtk system to treat tumors.