Nucleic acid therapies represent a direct genetic approach for cancer treatment. Such an approach takes advantage of mechanisms that activate genes known to confer a growth advantage to neoplastic cells. The ability to block the expression of these genes allows exploration of normal growth regulation. Progress in antisense technology has been rapid, and the traditional antisense inhibition of gene expression is now viewed on a genomic scale. This global view has led to a new vision in antisense technology, the elimination of nonspecific and undesirable side effects, and ultimately, the generation of more effective and less toxic nucleic acid medicines. Several antisense oligonucleotides are in clinical trials, are well tolerated, and are potentially active therapeutically. Antisense oligonucleotides are promising molecular medicines for treating human cancer in the near future.
${\gamma}$ -Tubulin is an essential component involved in microtubule nucleation. The present work examined whether the fast proliferation of cancer cells can be retarded by the depletion of ${\gamma}$ -tubulin expression. Two different gastric cancer cell lines and one control cell line were treated with antisence oligonucleotides complementary to the messenger RNA of ${\gamma}$ -tubulin. The$[^3H]$ -thymidine incorporation in the two gastric cancer cell lines, SNU-1 and SNU-216, was dramatically reducd by treatment with the ${\gamma}$ -tubulin antisense oligonucleotides in a dosage-dependent manner. In contrast, the control cell line, NIH/3T3, showed no significant effect from the antisense oligonucleotides even at a high concentration. The ablation of ${\gamma}$ -tubulin expression in the tumor cells resulted in an altered DNA synthesis during mitosis and it decreased the cell progression. Accordingly, the use of antisense oligonucleotides may be an effective way of inhibiting the proliferation of human gastric cancers.
The major issue in the development of nucleic acid based therapeutics is the inefficient delivery of these agents into cells. We prepared cholesterol conjugated spermine and evaluated its usefulness as a delivery modality for antisense oligonucleotides in HeLa-Luc cells. A 2'-O-methyl antisense oligonucleotide sequence, designed to correct splicing at an aberrant intron inserted into a normal luciferase reporter gene, was used for complex formation with cholesterol conjugated spermine. Effective delivery of this antisense agent into nucleus would results in the expression of a luciferasereporter gene product. The cholesterol-spermine formed stable complexes with the antisense oligonucleotide and showed modest delivery activity. Furthermore, this delivery activity was maintained even in the presence of serum proteins, mimicking in vivo conditions. Cholesterol-spermine thus has potential as a delivery system for antisense oligonucleotides into cells.
MiRNAs are non-coding RNAs that play a role in the regulation of major processes. The inhibition of miRNAs using antisense oligonucleotides (ASOs) is a unique and effective technique for the characterization and subsequent therapeutic targeting of miRNA function. Recent advances in ASO chemistry have been used to increase both the resistance to nucleases and the target affinity and specificity of these ASOs. Peptide nucleic acids (PNAs) are artificial oligonucleotides constructed on a peptide-like backbone. PNAs have a stronger affinity and greater specificity to DNA or RNA than natural nucleic acids and are resistant to nucleases, which is an essential characteristic for a miRNA inhibitor that will be exposed to serum and cellular nucleases. For increasing cell penetration, PNAs were conjugated with cell penetrating peptides (CPPs) at N-terminal. Among the tested CPPs, Tat-modified peptide-conjugated PNAs have most effective function for miRNA inhibition. PNA-based ASO was more effective miRNA inhibitor than other DNA-based ASOs and did not show cytotoxicity at concentration up to 1,000 nM. The effects of PNA-based ASOs were shown to persist for 9 days. Also, PNA-based ASOs showed considerable stability at storage temperature. These results suggest that PNA-based ASOs are more effective ASOs of miRNA than DNA-based ASOs and PNA-based ASO technology, compared with other technologies used to inhibit miRNA activity can be an effective tool for investigating miRNA functions.
Najar, Ahmad Gholamhoseinian;Pashaei-Asl, Roghiyeh;Omidi, Yadollah;Farajnia, Safar;Nourazarian, Ali Reza
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.14
no.1
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pp.495-498
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2013
Epidermal growth factor receptor (EGFR) is over-expressed in several human cancers. This would suggest that inhibition of EGFR is a reasonable approach for cancer treatment. In this study we investigated EGFR blocking and its effects on the mediated signaling such as MAPK and STATb in HT29 cells. For this aim we used FITC-labeled EGFR antisense oligonucleotides encapsulated with PAMAM nanoparticles to inhibit EGFR expression. Cellular uptake of antisense was investigated by fluorescence microscopy and flow cytometry analysis. The effect of EGFR antisense on the expression of EGFR in HT29 cells was examined by real time PCR and Western blots, which showed that antisense encapsulated with PAMAM decreased the level of EGFR mRNA and protein. In addition, real time PCR results confirmed that EGFR inhibition had an effective role in the reduction of EGFR dependent downstream genes. In conclusion, EGFR antisense encapsulated with PAMAM nanoparticles down regulated EGFR and EGFR-mediated genes.
The present study was undertaken to determine whether transgelin participates in the regulation of vascular smooth muscle contraction and, if so, to investigate the mechanism. By PCR homology cloning, the cDNA sequence of ferret transgelin was determined and phosphorothioate antisense and random oligonucleotides were synthesized and introduced into strips of ferret aorta by a chemical loading procedure. Treatment of ferret aorta with transgelin antisense oligonucleotides resulted in a significant decrease in protein levels of transgelin to sham- or random sequence-loaded muscles, but no change in the protein levels of actin. Contraction in response to a phorbol ester was significantly decreased in antisense-treated muscles compared to sham- or random sequence-loaded controls. Neither basal intrinsic tone nor the contraction in response to phenylephrine was significantly affected by the antisense treatment. The data indicate that transgelin plays a significant role in the regulation of contraction and suggest that in a tonically active smooth muscle transgelin may function as a signalling protein to facilitate PKC or ERK-dependent signalling rather than thick filament regulation including $Ca^{2+}$ or calmodulin dependent regulation of myosin light chain kinase.
The era of innovative RNA therapies using antisense oligonucleotides (ASOs), siRNAs, and mRNAs is beginning. Since the emergence of the concept of ASOs in 1978, it took more than 20 years before they were developed into drugs for commercial use. Nine ASO drugs have been approved to date. However, they target only rare genetic diseases, and the number of chemistries and mechanisms of action of ASOs are limited. Nevertheless, ASOs are accepted as a powerful modality for next-generation medicines as they can theoretically target all disease-related RNAs, including (undruggable) protein-coding RNAs and non-coding RNAs. In addition, ASOs can not only downregulate but also upregulate gene expression through diverse mechanisms of action. This review summarizes the achievements in medicinal chemistry that enabled the translation of the ASO concept into real drugs, the molecular mechanisms of action of ASOs, the structure-activity relationship of ASO-protein binding, and the pharmacology, pharmacokinetics, and toxicology of ASOs. In addition, it discusses recent advances in medicinal chemistry in improving the therapeutic potential of ASOs by reducing their toxicity and enhancing their cellular uptake.
A new concept of "photo" -antisense method has been evaluated, where the inhibition of gene expression by the conventional antisense method is enhanced by photochemical binding between antisense oligonucleotides conjugated with photo-reactive compound and target mRNA or DNA. Fluorescein labeled oligodeoxyribonucleotides (F-DNA) was delivered to cell nuclei in the encapsulated form in multilamellar lecithin liposomes with neutral charge. F-DNA was previously shown to photo-bind to the complementary stranded DNA, and the delivery system using neutral liposome to be effective in normal human keratinocytes. In the present study, we used human kidney cancer G401.2/6TG.1 cell line to be advantageous in reproducible experiments. p53 was adopted as a target gene since antisense sequence information has been accumulated. The nuclear localization ofF-DNA was identified by comparing the fluorescence ofF-DNA with that of Hoechst 33258 under fluorescence microscope. After 7hr incubation to accumulate p53 protein induced by UV -B, p53 protein was quantified by Western blot. After 2hrs from F-DNA application, about 30% of cell population incorporated F-DNA in their nuclei with some morphological change possibly due to liposomal toxicity. Irradiation of visible light longer than 400nm from solar simulator at this time enhanced the inhibitory action of antisense F-DNA. The present results suggest that photo-antisense method is promising to control gene expression in time and space dependent manner. Further improvement of F-DNA delivery to cancer cells in the stability and toxicity is in progress. progress.
The effect of benzalkonium chloride on skin permeability of partially modified antisense phosphorothioate oligonucleotides (PS-ODN), which are designed as scar formation inhibitor, was investigated using Franz Diffusion Cell. When the concentration ratio of PS-ODN-quarternary ammonium salt complex is more than 1:100, the apparent partition coefficient (APC) of each complex was increased in the following order; tetraphenyl phosphonium chloride (TPP) < cetyltrimethyl ammonium bromide(CTAB) < benzalkonium chloride (BZ). The permeability of PS-ODN through the rat skin increased in the presence of BZ. The fluxs of PS-ODN with BZ were increased by addition of Pluronic F 68 or Triton X-100 to phosphate buffered saline (PBS), respectively. When the mole ratio of PS-ODN to BZ is 1:10, the fluxs penetrated of PS-ODN with BZ was greatest. The increase of the permeability in the presence of BZ might be due to the formation of lipophilic ion-pair complex between PS-ODN and BZ. By regulation of mole ratio of PS-ODN to BZ, the development of topical dosage forms using PS-ODN as scar formation inhibitor will be possible with minimal systemic exposure.
Antisense oligonucleotide represents an interesting tool for selective inhibition of gene expression. However, their low efficiency of introduction within intact cells remains to be overcome. Antisense-$TGF{\beta}$ (25 mer) and antisense-$TGF{\beta}$ (18 mer) were used to study the cellular transport and biological function of antisense oligonucleotide in vitro. Since TGF and TNF play on important role in regulating the nitric oxide production from macrophages, the action of the above antisense oligonucleotides was easily monitored by the determination of nitrite. Poly-L-lysine, benzalkonium chloride and tetraphenylphosphonium chloride were used as polycations, which neutralize the negative charge of antisense oligonucleotide. The production of nitric oxide mediated by .gamma.-IFN in mouse peritoneal macrophage was increased by antisense-TGF.betha. in a dose-dependent manner. Antisense-$TGF{\beta}$ reduced the nitric oxide release from activated RAW 264.7 cells. Significant enhancement in the nitric oxide production was investigated by the cotreatment of poly-L-lysine with antisense-$TGF{\beta}$On the meanwhile, inhibition effect of antisense-$TGF{\beta}$ is not changed by the addition of poly-L-lysine. These results demonstrate that control of expression of $TGF{\beta}$ and TNF.alpha. gene is achieved using antisense technology and the cellular uptake of antisense oligonucleotide could be enhanced by ion-pairing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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