Herpes simplex virus type-1의 vero 세포에서의 증식기작을 규명하기 위해 전자현미경으로 관찰하였고, 유전학적 특성을 규명하기 위해 유전자도서관을 작성하였고, thymidine kinase (TK) 유전자를 클로닝을 하였다. 감염 48시간 후 많은 수의 바이러스 nucleocapsid가 핵뿐만 아니라 세포질에서 관찰되었다. 바이러스는 세포에 감염된 후 핵내에서 복제증식한 후 세포질내로 이동하였으며, 이때 핵막을 통과하면서 외투막을 갖고 세포질로 이동하여 세포밖으로 나가는 것을 관찰할 수 있었으며, 또한 일부 nucleocapsid는 세포막을 출아하여 비리온으로 출아되었다. HSV-1의 DNA를 BamHI과 BglII 제한효소로 각각 절단하여 DNA의 절단 양상을 조사하였다. BamHI에 의해 절단된 단편은 27개 이었고, 그들 분자량의 범위는 1.1 - 14 kb이었으며, BglII에 의해 절단된 단편은 16개이었고, 분자량의 범위는 4.5 - 20.1 kb이었다. Southern blot 방법으로 TK 유전자를 포함하고 있는 단편을 확인하였는데, pHLA-12와 pHLB-14클론에 포함되어 있었고 각 단편의 분자량은 3.74와 6.41 kb이었다.
BamHI restriction pattern and genomic library of Herpes simplex virus type 2 (HSV-2) strain G were constructed, and locations of the glycoproteins gB and gD, and tk genes on the fragments were detected by Southern blot analysis. HSV-2 genomic DNAs were cleaved into twenty-seven fragments by BamHI enzyme in the range of 0.72 to 15.08 (total 150.44 kb), which were cloned into the BamHI site of pBluescript SK(+) to construct genome library of the HSV-2. The library was named by the order of the fragment size from smallest one to largest one. HSV-2 glycoprotein gD gene was located in pHLA2-21 and pHLA2-22 recombinant plasmids, gB gene in pHLA2-24 plasmid, and tk gene in pHLA2-11 clone by Southern blot analysis.
Cloning, sequencing and expressing in E. coli of the thymidine kinase (TK) gene of Herpes simplex virus type-1 (HSV-1) strain F was investigated. The TK gene, located in the BamHI 3.74 kb DNA fragment of the plasmid pHLA-12, was amplified by polymerase chain reaction (PCR). The 1,131 kb PCR product was cloned into the BamHI and EcoRI sites of pBacPAK9 plasmid and then named pBac-TK recombinant. The TK gene was subcloned into the BamHI and BglII sites of pQE-30, and named pQE-TK recombinant. The nucleotide sequence of the 1,131 kb TK gene was determined, and the GC content was 65.13%. There were deduced 367 amino acid residues with a total molecular weight of 43 kDa. The weight was confirmed by the protein produced by E. coli M15/pQE-TK on the SDS-PAGE and Western blot. The production of the TK protein in the IPTG induced cells was measured over 4 h. At the end of 1, 2 and 3 h the level increased by 146, 204 and 242%, respectively. The amount of the protein at the highest fraction purified with Ni-NTA resin chromatography was $0.68\;{\mu}g$ per ml. The soluble state TK protein was present in the cytoplasm. In these results the F strain was different in base sequence and amino acid sequence from that of the CL101 strain, which caused difference in their strains.
Human mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent stem cells that have been intensively studied as therapeutic tools for a variety of disorders. To enhance the efficacy of MSCs, therapeutic genes are introduced using retroviral and lentiviral vectors. However, serious adverse events (SAEs) such as tumorigenesis can be induced by insertional mutagenesis. We generated lentiviral vectors encoding the wild-type herpes simplex virus thymidine kinase (HSV-TK) gene and a gene containing a point mutation that results in an alanine to histidine substitution at residue 168 (TK(A168H)) and transduced expression in MSCs (MSC-TK and MSC-TK(A168H)). Transduction of lentiviral vectors encoding the TK(A168H) mutant did not alter the proliferation capacity, mesodermal differentiation potential, or surface antigenicity of MSCs. The MSC-TK(A168H) cells were genetically stable, as shown by karyotyping. MSC-TK(A168H) responded to ganciclovir (GCV) with an half maximal inhibitory concentration (IC50) value 10-fold less than that of MSC-TK. Because MSC-TK(A168H) cells were found to be non-tumorigenic, a U87-TK(A168H) subcutaneous tumor was used as a SAE-like condition and we evaluated the effect of valganciclovir (vGCV), an oral prodrug for GCV. U87-TK(A168H) tumors were more efficiently ablated by 200 mg/kg vGCV than U87-TK tumors. These results indicate that MSC-TK(A168H) cells appear to be pre-clinically safe for therapeutic use. We propose that genetic modification with HSV-TK(A168H) makes allogeneic MSC-based ex vivo therapy safer by eliminating transplanted cells during SAEs such as uncontrolled cell proliferation.
목적: 유전자 치료에서, 종양세포에 herpes simplex virus thymidine kinase 유전자를 발현시키고 이에 민감한 prodrug을 전신투여하여 발현된 종양세포에 특이적으로 집적되는 방법은 매우 효율적인 방법이다. 대표적인 prodrug인, IVDU, IVFRU는 herpes simplex virus type 1의 비침습적 영상화 방법에 응용되는 방사옥소 표지가능 화합물이다. 재료 및 방법: Trans-l-trimethylsilyl-2-tri-n-butylstannylethylene과 uridine 변형체상의 iodo-uracil을 Pd촉매하에서 반응시켜 표지전구체인 5-trimethylvinyl-deoxy-uridine과 5-trimethylsilylvinyl-deoxy-fluororibofuranosyl uracil을 합성하였다. 이것을 column chromatography의 방법으로 분리 정제하였다. 합성한 각 전구체를 ICI 담체를 이용하여 높은 수율로 표지하였고, HPLC를 사용하여 분리하였다. Radiohalogen exchange 방법은 비방사능을 낮게 할수록 표지에 효율적으로 알려져 있다. 이 방법으로 ICI 방법을 사용하여 담체를 포함하는 높은 방사능의 화합물을 얻을 수 있다. 결과: IVDU와 IVFRU 표지를 위한 전구체 합성수율은 각각 43, 72% 였다. ICl로 담체를 이용한 표지방법을 사용하여 IVDU와 IVFRU 표지수율은 98% 이상이었다. 결론: HSV1-tk를 이용한 유전자 영상용 기질의 전구체를 성공적으로 합성하였고. 95% 이상의 높은 표지수율의 유전자 영상용 방사성 추적자를 성공적으로 제조하였다.
A mutant herpes simplex virus 1, mtHSV, was constructed by inserting the E. coli beta-galactosidase gene into the loci of icp34.5, the apoptosis-inhibiting gene of HSV. The mtHSV replicated in and lysed U251 (human glioma cells), EJ (human bladder cells), and S-180 (mice sarcoma cells), but not Wish (human amnion cells) cells. With its intact tk (thymidine kinase) gene, mtHSV exhibited susceptibility to acyclovir (ACV), which provided an approach to control viral replication. An in vivo test with mtHSV was conducted in immune-competent mice bearing sarcoma S-180 tumors, which were treated with a single intratumoral injection of mtHSV or PBS. Tumor dimensions then were measured at serial time points, and the tumor volumes were calculated. Sarcoma growth was significantly inhibited with prolonged time and reduced tumor volume. There was microscopic evidence of necrosis of tumors in treated mice, whereas no damage was found in other organs. Immunohistochemical staining revealed that virus replication was exclusively confined to the treated tumor cells. HSV-1 DNA was detected in tumors, but not in the other organs by a polymerase chain reaction analysis. From these experiments, we concluded that mtHSV should be a safe and promising oncolytic agent for cancer treatment.
An expression vector in a mammalian cell was constructed using the origin of replication (OR) and the promoters of SV40. The plasmid pSVOE was constructed by inserting SV40 DNA fragment (1, 118bp) containing SV40 OR and promoters into pBR322-1, and then a multiple cloning sequence was inserted at the immediate downstream of the late promoter of SV40 in the pSVOE vector. The plasmid was named pSVML. As a selection marker, thymidine kinase gene of herpes simplex virus with its promoter was inserted into EcoRI site of pSVML and the recombinant was named pSVML-TKp. To test the expression capacity of foreigen gene inserted at the multiple cloning site of pSVML, the thymidine kinase gene without its own promoter was inserted at the BamHI site of pSVML. The recombinant was named pSVML-TK. These plasmids, pSVML-TKp and pSVML-TK, were transfected into COS cells with calcium phosphate precipitation method. The thymidine kinase activity was significantly increased in both transfected cells.
배 경 : 암세포는 정상 세포와 다르므로 면역 기전에 의해 제거되어야 함에도 불구하고 암이 발생하는 것은 암세포가 면역 감시 체계를 회피하기 때문이다. 약제감수성 증강 유전자인 herpes simplex thymidine kinase(HSTK) 유전자를 이용하여 암세포를 파괴하여 종양 특이항원이 더 잘 유리되도록 하고 사이토카인 유전자를 이용하여 면역세포를 유도하여 이 장애를 극복할 수 있는지 보고자 이 실험을 하였다. 방 법 : Lewis 폐암 세포주(LLC)에 adenovirus를 이용하여 HSTK를 형질도입하고 이에 의해 ganciclovir에 대한 LLC의 감수성을 증강시키는지를 관찰하고 mixed population assay를 이용하여 bystander 효과를 관찰하였다. Ad-HSTK, Ad-IL-2, Ad-GMCSF의 형질도입이 LLC의 종양 형성 능력에 영향을 미치는지 관찰하였다. 또한 그러한 형질 도입이 기존의 종양에 대한 항암 효과를 가져오는지 관찰하였다. 항암 효과의 기전을 확인하기 위해 쥐의 비장을 관찰하였다. 결 과 : Ad-HSTK의 형질도입은 ganciclovir에 대한 LLC의 감수성을 현저하게 증강시켰다. Ad-HSTK, Ad-IL-2, Ad-GM-CSF를 형질도입한 LLC를 쥐에 주사하고 ganciclovir로 처리하였을 때 종양 형성 능력이 감소하였다. Ad-HSTK, Ad-IL-2, Ad-GM-CSF를 형질도입한 LLC를 종양백신으로 사용하였을때 종양 성장이 어느 정도 저해되는 것을 관찰하였다. 특히 HSTK와 GM-CSF를 복합 형질도입했을 때 더 강력한 항암효과가 일어나는 것을 관찰하였다. 그러나 HSTK와 IL-2을 복합 형질도입했을 때는 각각을 단독으로 형질도입했을 때보다 항암효과가 상승되지 않았다. HSTK와 GM-CSF의 복합 형질도입한 LLC를 종양백신으로 사용하였을 때 비장의 수상세포 침윤이 현저히 증가하였다. 결 론 : HSTK와 GM-CSF의 복합 형질도입으로 만든 종양백신은 수상세포를 활성화시키므로써 항암면역기능을 유의하게 증강시킬 수 있었다.
Hu, Chenxi;Chen, Zheng;Zhao, Wenjun;Wei, Lirong;Zheng, Yanwen;He, Chao;Zeng, Yan;Yin, Bin
Biomolecules & Therapeutics
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제22권2호
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pp.114-121
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2014
Refractoriness of acute myeloid leukemia (AML) cells to chemotherapeutics represents a major clinical barrier. Suicide gene therapy for cancer has been attractive but with limited clinical efficacy. In this study, we investigated the potential application of herpes simplex virus thymidine kinase/ganciclovir (HSV-TK/GCV) based system to inhibit chemoresistant AML cells. We first generated Ara-C resistant K562 cells and doxorubicin-resistant THP-1 cells. We found that the HSV-TK/GCV anticancer system suppressed drug resistant leukemic cells in culture. Chemoresistant AML cell lines displayed similar sensitivity to HSV-TK/GCV. Moreover, HSV-TK/GCV killing of leukemic cells was augmented to a mild but significant extent by all-trans retinoic acid (ATRA) with concomitant upregulation of Connexin 43, a major component of gap junctions. Interestingly, HSV-TK/GCV killing was enhanced by expression of vesicular stomatitis virus G glycoprotein (VSV-G), a fusogenic membrane protein, which also increased leukemic cell fusion. Co-culture resistant cells expressing HSV-TK and cells stably transduced with VSV-G showed that expression of VSV-G could promote the bystander killing effect of HSV-TK/GCV. Furthermore, combination of HSV-TK/GCV with VSV-G plus ATRA produced more pronounced antileukemia effect. These results suggest that the HSV-TK/GCV system in combination with fusogenic membrane proteins and/or ATRA could provide a strategy to mitigate the chemoresistance of AML.
Herpes simplex virus (HSV) thymidine kinase (TK) has been widely used for suicidal gene therapy in combination with nucleoside analogs such as ganciclovir (GCV). The use of HSV-TK is limited due to the side effect of GCV at high concentrations. Previous studies showed that stable transfectants of mutant HSV-TK with enhanced affinity to GCV were killed at lower GCV concentrations. In this study, we tested whether mutant HSV-TK can provide enhanced suicidal effect when transiently transfected with Epstein-Barr virus (EBV)-based plasmid. EBV-based plasmid which contains OriP and EBNA-1 sequence is well known for a stable episomal maintenance in human cells. Optimal transfection condition was assessed for SNU-638 gastric cancer cell line using polyetylnimine (PEI). Maximum transfection efficiency was achieved when DNA:PEI was 1:3 (w/v). Cytotoxicities of mutant and wild type HSV-TK were compared before and after partially selecting transfected cells. The cells were sensitive to $100\;{\mu}g/ml$ hygromycin. Following GCV treatment, more cells were killed after hygromycin selection than before selection. The mutant HSV-TK showed enhanced cytotoxicity compared with the wild type HSV-TK. Our results suggest that the EBV-based plasmid encoding mutant HSV-TK may be useful to treat the diseases caused by uncontrolled cell proliferation such as cancer and rheumatoid arthritis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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