The expression of therapeutic transgenes in recombinant adenoviral vectors is a major cause of toxicity in dividing cancer cells as well as non dividing normal cells. To solve the problem of toxicity to normal cells, we have reported on a recombinant adenoviral vector system (AdLP-) in which the expression of the transgene is directed by the tumor-specific L-plastin promoter (LP) (Chung et al., 1999). The object of this study was to generate a recombinant adenoviral vector system which would generate tumor cell specific expression of cytosine deaminase (CD) gene. We report the construction of a replication-incompetent adenoviral vector in which CD is driven by the L-plastin promoter (AdLPCD). Infection of 293 cells by AdLPCD generated the functional CD protein as measured by HPLC analysis for the conversion of 5-Fluorocy-tosine (5-FC) to 5-Fluorouracil (5-FU). HPLC analysis in conjunction with counting radioactivity for [6-$^3$H]-5FC and [6-$^3$H]-5FU demonstrated vector dose-dependent conversion of 5-FC to 5-FU in AdLPCD infected ovarian cancer cells. The results from present and previous studies(Peng et al., 2001; Akbulut et al., 2003) suggest that the use of the AdLPCD/5-FC system may be of value in the treatment of cancer including microscopic ovarian cancer in the peritoneal cavity.
Treatments of vascular disease via modulating the expression of specific proteins by gene transfer have been attempted in various studies over the past few years. Among several methods to deliver genes, adenovirus currently has been used because of a number of positive aspects. In this study, we test adenoviral vector as a potential mediator in the treatment of vascular disease by using freshly isolated vascular tissues not cultured vascular cells. Freshly isolated vascular tissues were directly exposed to adenoviral vector pAd5CMVmcsIRESeGFPpA to check the possibility of GFP expression in different layer of vascular tissues. We found that the GFP expression by using adenoviral vector experiments is mainly focused on the adventitia and failed to detect GFP expression at endothelial layer or vascular smooth muscle layer in vascular tissues. However, we also found that several integrin receptors are robustly expressed in vascular smooth muscle, thus the limited expression of protein in vascular smooth muscle are not likely the lack of integrin receptors. In conclusion, adenovirus could not be a good tool for a specific protein expression in vascular smooth muscle cell. Thus, the application of adenovirus as a tool for gene therapy of vascular smooth muscle cells in clinical therapeutic trial need to be optimized further.
Adenoviral vector(AdV) has been the most widely used viral vector for delivering an exogenous therapeutic gene to human. As of this date, more clinical trials utilize recombinant AdV to treat cancer and monogenic inherited disease as well as vaccine applications. However, the number of clinical trials had dropped markedly following the tragic death of a patient ongoing an AdV therapy for the treatment of an ornithine transcarbamylase deficiency(OTCD). This review is an attempt to provide the information on toxicity generated by AdVmediated gene transfer. It would serve as a sobering reality to researchers and clinicians exploring the use of AdV, as to the complications involved in human application.
We have demonstrated previously on a replication incompetent recombinant adenoviral vector, AdLPCD, in which the expression of cytosine deaminase (CD) gene is driven by the tumor-specific L-plastin promoter. The object of this study was to evaluate the efficacy of AdLPCD together with 5-fluorocytosine (5-FC) in suppression of the growth of established human tumor cells of ovary, Consistent with the knowledge that infection of OVCAR-3 cells with AdLPCD resulted in expression of a functional intracellular CD enzyme capable of converting 5-FC to 5-fluorouracil (5-FU) (Chung and Deisseroth, 2004), statistically significant differences in cytotoxicity were observed when AdLPCD infected cells were also exposed to 5-FC for 6 days (p=0.05), 9 days (p<0.0005) and 12 days (p<0.005), compared to 5-FC exposure alone, These results indicate that the CD gene delivered by adenoviral vector could efficiently sensitize OVCAR-3, otherwise non-toxic 5-FC. On the other hand, SKOV-3 cells, an ovarian carcinoma cell line, were more resistant to the CD/5-FC strategy compared with OVCAR-3 cells under the same condition. The results of present study suggest that the replacement of 5-FU with CD/5-FC in combination chemotherapy would be less toxic and much greater cytotoxicity than the conventional combination chemotherapy in some patients.
We have previously reported that 2.4 kb of L-plastin promoter (LP) could regulate the expression of adenoviral vector (AV) exogenous genes in a tumor cell specific manner. In the present study, we tested if the replication competent AdLPE1A vector results in a direct cytotoxic effect in hepatocelluar carcinoma (HCC) cells. In vitro cytotoxicity tests were carried out with replication-competent (AdLPE1A) and -incompetent (AdLPCD) LP-driven vectors. AdLPE1A is an AV in which LP was inserted 5' to the E1A and E1B genes. The AdLPCD vector contains LP and the E. coli cytosine deaminase (CD) gene in transcription unit. Exposure of cells to AdLPE1A generated a significant cytotoxic effect as compared to the control. Almost 90% of the cell had manifested the characteristic cytopatic effect on day 9 after infection of cells with 10 MOI of AdLPE1A. On the other hand, almost 35% of the cells were left when the cells had been treated with 100 MOI of AdLPCD together with 5-FC on day 9 when compared with the cells which had never been exposed neither 5-FC nor AdLPCD. These results showed that the replication competent AdLPE1A vector could kill the HepG2 cells directly by the oncolytic effect of the virus. The replication competent AV vector carrying viral E1A generated greater cytotoxic effect than the replication incompetent AV, which contains the CD prodrug activation transcription unit without E1A, in HepG2 cells.
The replication competent adenoviral vector (AV), AdLPCDIRESE1A was generated and reported previously to have cytotoxic effects in some cell lines. In AdLPCDIRESE1A, the expression of cytosine deaminse (CD) and E1A genes are under the control of tumor-specific L-plastin promoter. CD enzyme can deaminate the nontoxic prodrug 5-fluorocytosine (5-FC) to the toxic 5-fluorouracil (5-FU). E1A gene is essential for viral replication. Primary liver cancer, most of which is hepatocellular carcinoma (HCC), is the third common leading cancer in Korea. Thus, we have conducted in vitro preclinical study to evaluate effectiveness of AdLPCDIRESE1A on HCC. The efficacy of cytotoxicity was measured by generation of cytopathic effect (CPE) and cell counting. We infected HepG2 cells with various MOI of vector alone or concurrent with 5-FC. Exposure of cells to AdLPCDIRESE1A generated a significant cytotoxic effect as compared to the control. Almost 83% of the cell had manifested the characteristic cytotoxic effect on day 9 after infection of cells with 10 MOI of vector. We also observed the additive cytotoxic effects when AdLPCDIRESE1A vector had been coadministrated with 5-FC. The results suggest that the use of AdLPCDIRESE1A/5FC may be value in treatment of liver cancer. Further animal studies are needed for clinical trial.
Background : The antitumor effects of herpes simplex virus thymidine kinase (HSV-tk) and ganciclovir (GCV) strategies for cancer gene therapy have a the following advantages : 1) a direct cytotoxicity to HSV-tk modified cancer cells by GCV 2) a cell death by the local transfer of toxic metabolites from the HSV-tk modified cells to nearby unmodified tumor cells (bystander effect), and 3) in vivo bystander effect such as antitumor-immunity. Retroviral and adenoviral sequences can silence transgene expression in cells and mice. In this study, we investigated the above described advantages of HSV-tk/GCV strategy in Lewis lung cell and mouse lung cancer model using retroviral vector and adenoviral vector. Also, we observed whether the expression of a silenced gene can be reactivated by treating cells with butyrate. Methods : Retrovirus-HSV-tk and adenovirus-HSV-tk vectors were used for the transduction of Lewis lung carcinoma (LLC) cells. The change of HSV-tk expression by butyrate was measured by Western blol The antitumor activities containing bystander effect were observed in vivo (by MTT assay) and in vivo tumor models of various combinations of LLC and LLC-tk. Results : 1. Butyrate induced the enhancement of HSV-tk expression from adenovirally transduced cells but not from retrovirally transduced cells. 2. Both retrovirus-HSV-tk and adenovirus-HSV-tk vectors with GCV treatment were effective for killing of tumor cell in vitro and suppression of LLC tumorigenicity. Bystander effect was responsible for killing of mixture of LLC-tk and LLC in vitro and in vivo-tumorigenicity model. Conclusion : Butyrate could augment adenovirus-mediated HSV -tk gene expression. Cancer gene therapy with HSV-tk suicide gene by retroviral and adenoviral vector seems to be an effective approach for lung cancer therapy.
Adenoviruses are the most commonly used gene-delivery vectors due to the efficiency of their in vivo gene transfer. Since 1993, about 300 protocols using an adenoviral vector have been performed, although they have yet to be proven effective in clinical trials. The adenovirus-based vector has been continuously improved by modification of the adenoviral genome and capsid, and novel adenovirus-delivery systems, such as the carrier-cell delivery system, have been recently proposed. Adenovirus-based cancer gene therapy is fast becoming one component of a multi-modality treatment approach to advanced cancer, along with surgery, radiotherapy, and chemotherapy.
Neuronal precursor cells may provide for cell replacement or gene delivery vehicles in neurodegenerative disease therapy. One impediment to treating neuronal diseases is finding ways to introduce genes into neurons effectively. It is shown here that fiber-modified adenovirus vector delivered gene to neuronal precursor as well as differentiated neuronal cells more efficiently than first-generation adenoviral vector. Moreover, fiber-modified adenoviral vector transduced precursor cells retained the potential for differentiation into neurons and glia in vitro. These results show the potential of modified adenoviral vector in the improved gene delivery to neurons in direct gene therapy protocols. In addition it holds promise for the use of genetically manipulated stem cells for the therapy of neuronal diseases.
We have reported previously on a replication incompetent recombinant adenoviral vector, AdLPCD, in which the expression of cytosine deaminase gene (CD) is driven by the tumor-specific L-plastin promoter. AdLPCD vector had been evaluated for its efficacy of chemosensitization of ovarian cancer cells to 5-FC. In spite of the fact that ovarian cancer cells, i.e., OVCAR-3 and SK-OV-3, are capable for adenoviral transduction judged by LacZ reporter gene analysis, two cell lines demonstrated quite different sensitivities toward AdLPCD/5-FC system. In OVCAR-3 cells, infection of AdLPCD followed by exposure to 5-FC resulted in the suppression of cell growth with statistical significance. On the other hand, SK-OV-3 cells were more resistant to the CD/5-FC strategy compared with OVCAR-3 cells under the same condition. The object of study was to investigate factors that would determine the sensitivity to AdLPCD/5-FC. We evaluated conversion rate of 5-FC to 5-FU after infection of AdLPCD by HPLC analysis, $IC_{50}$ of 5-FU, the expression level of integrin receptors i.e., ${\alpha}v{\beta}3$ and ${\alpha}v{\beta}5$, and status of p53 in OVCAR-3 and SK-OV-3 cells. The results indicated that OVCAR-3 cells have few favorable features compared with SK-OV-3 cells to be more effective to the AdLPCD/5-FC strategy; higher level of ${\alpha}v{\beta}5$ integrin, higher rate of conversion of 5-FC into 5-FC, and lower $IC_{50}$ of 5-FU. The results suggest that the replacement of 5-FU with CD/5-FC in combination chemotherapy would be less toxic and much greater cytotoxicity than the conventional combination chemotherapy in some patients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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