Cationic liposomes have been actively used as gene delivery vehicle because of their minimal toxicity, but their relatively low efficiency of gene delivery is the major disadvantage of these vectors. Recently, cysteine residue incorporation to HIV-1 Tat peptide increased liposomemediated transfection compared with unmodified Tat peptide. Therefore, we designed a novel modified Tat peptide having a homodimeric (Tat-CTHD, Tat-NTHD) and closed structure (cyclic Tat) simply by using the disulfide bond between cysteines to develop a more efficient and safe nonviral gene delivery system. The mixing of Tat-CTHD and Tat-NTHD with DNA before mixing with lipofectamine increased the transfection efficiency compared with unmodified Tat peptide and lipofectamine only in MCF-7 breast cancer cells and rat vascular smooth muscle cells. However, cyclic Tat did not show any improvement in the transfection efficiency. In the gel retardation assay, Tat-CTHD and Tat-NTHD showed more strong binding with DNA than unmodified Tat and cyclic Tat peptide. This enhancement was only shown when Tat-CTHD and Tat-NTHD were mixed with DNA before mixing with lipofectamine. The effects of Tat- CTHD and Tat-NTHD were also valid in the experiment using DOTAP and DMRIE instead of lipofectamine. We could not find any significant cytotoxicity in the working concentration and more usage of these peptides. In conclusion, we have designed a novel transfection-enhancing peptide by easy homodimerization of Tat peptide, and the simple mix of these novel peptides with DNA increased the gene transfer of cationic lipids more efficiently with no additional cytotoxicity.
Cationic liposomes have been actively used as gene delivery vehicles despite their unsatisfactory efficiencies because of their relatively low toxicity. In this study, we designed novel heterodimeric peptides as nonviral gene delivery systems from TAT and NLS peptides using cysteine-to-cysteine disulfide bonds between the two. Mixing these heterodimeric peptides with DNA before mixing with lipofectamine resulted in higher transfection efficiencies in MCF-7 breast cancer cells than mixing unmodified TAT, NLS, and a simple mixture of TAT and NLS with DNA, but did not show an adverse effect on cell viability. In gel retardation assays, the DNA binding affinities of heterodimeric peptides were stronger than NLS but weaker than TAT. However, this enhancement was only observed when heterodimeric peptides were premixed with DNA before being mixed with lipofectamine. The described novel transfection-enhancing peptide system produced by the heterodimerization of TAT and NLS peptides followed by simple mixing with DNA, increased the gene transfer efficiency of cationic lipids without enhancing cytotoxicity.
HIV affects many organ systems. Patients with HIV infection have substantially increased risk of developing various cancers, primarily by opportunistic infection with oncogenic viruses due to their immunocompromised status. However, extensive evidence also indicates that the viral protein, Tat itself, may playas a major factor in the development of AIDS-related neoplasms. The molecular mechanism underlying Tat's oncogenic activity may include deregulation of cellular genes. Therefore, in this study, we examined the effect of HIV-l Tat on CD99 as one of the target cellular genes, which is a well-known tumor marker in several cancers. By using established HeLa clones that are stably expressing Tat, we found that CD99 is upregulated by endogenous Tat, whereas STAT3 is down regulated. Upon the screening of genes differentially expressed between Tat-stable cells and the control cells by using the gene fishing technique, DEG, we detected 3 genes which expression is affected by the presence of Tat. Furthermore, the methylation specific PCR analysis of the stably Tat expressing cell lines revealed that the CD99 promoter is de methylated in the presence of Tat. Taken together, these results open a potential role of CD99 in AIDS-related oncogenesis via epigenetic regulation by HIV-1 Tat.
Previous studies have demonstrated that expression of galectin-3, a member of family of beta-galactoside-binding animal lectin, is associated with pathological conditions including cancer, atherosclerosis, and viral infection. An increase of this lectin has been observed after infection by Kirsten murine sarcoma, human T lymphotropic virus-l (HTLV-l), and human immunodeficiency virus-l (HIV-l). Viral transactivation protein Tax of HTLV-l mediates the increase in the lectin. In case of HIV-1, there are evidences that Tat would be related with increase in galectin-3. We investigated whether Tat directly induced galectin-3 expression in cells. We found that HIV-l tat gene activated galectin-3 promoter in RAW264.7 cells. To demonstrate direct induction of galectin-3 by HIV-l tat, we transfected the tat into a rabbit smooth muscle cell line (Rb1) and obtained RblTatCl-2, a clone of cell stably transfected with tat gene. The Rb1TatCl-2 cells exhibited activation of LTR promoter and up-regulation of galectin-3 transcript as well as protein. Our results indicate that HIV-l tat alone is sufficient to induce the expression of galectin-3. The Rb1TatCl-2 cells could be valuable for study of the effect of HIV-1 tat on expression of cellular genes.
Gene therapy with nonviral vectors using the suicide gene/prodrug activating system of herpes simplex virus type-1 thymidine kinase (HSV1-TK)/ganciclovir (GCV) is inefficient in killing malignant tumor cells due to two major factors: (a) an unsatisfactory bystander effect; (b) short-lived expression of the protein. To study the capacity of the protein transduction domain (PTD) of HIV-1 TAT protein to enhance HSV1-TK/GCV cancer gene therapy, we constructed three fusion proteins TAT-TK, TK-TAT and TK. TAT-TK retained as much enzyme activity as TK, whereas that of TK-TAT was much lower. TAT-TK can enter HepG2 cells and much of it is translocated to the nucleus. The transduced HepG2 cells are killed by exogenously added GCV and have bystander effects on untransduced HepG2 cells. Most importantly, the introduced recombinant protein is stable and remains functional for several days at least, probably because nuclear localization protects it from the cytoplasmic degradation machinery and provides access to the nuclear transcription machinery. Our results indicate that TAT fusion proteins traffic intercellularly and have enhanced stability and prodrug cell killing activity. We conclude that TAT has potential for enhancing enzyme prodrug treatment of liver cancers.
Unsunnidhal, Lalu;Wasito, Raden;Setyawan, Erif Maha Nugraha;Warsani, Ziana;Kusumawati, Asmarani
Journal of Veterinary Science
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v.22
no.6
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pp.76.1-76.15
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2021
Background: The development of a vaccine for Jembrana disease is needed to prevent losses in Indonesia's Bali cattle industry. A DNA vaccine model (pEGFP-C1-tat) that requires a functional delivery system will be developed. Polylactic-co-glycolic acid (PLGA) may have potential as a delivery system for the vaccine model. Objectives: This study aims to evaluate the in vitro potential of PLGA as a delivery system for pEGFP-C1-tat. Methods: Consensus and codon optimization for the tat gene was completed using a bioinformatic method, and the product was inserted into a pEGFP-C1 vector. Cloning of the pEGFP-C1-tat was successfully performed, and polymerase chain reaction (PCR) and restriction analysis confirmed DNA isolation. PLGA-pEGFP-C1-tat solutions were prepared for encapsulated formulation testing, physicochemical characterization, stability testing with DNase I, and cytotoxicity testing. The PLGA-pEGFP-C1-tat solutions were transfected in HeLa cells, and gene expression was observed by fluorescent microscopy and real-time PCR. Results: The successful acquisition of transformant bacteria was confirmed by PCR. The PLGA:DNA:polyvinyl alcohol ratio formulation with optimal encapsulation was 4%:0.5%:2%, physicochemical characterization of PLGA revealed a polydispersity index value of 0.246, a particle size of 925 nm, and a zeta potential value of -2.31 mV. PLGA succeeded in protecting pEGFP-C1-tat from enzymatic degradation, and the percentage viability from the cytotoxicity test of PLGA-pEGFP-C1-tat was 98.03%. The PLGA-pEGFP-C1-tat demonstrated luminescence of the EGFP-tat fusion protein and mRNA transcription was detected. Conclusions: PLGA has good potential as a delivery system for pEGFP-C1-tat.
Kim, Hye-Sung;Park, Mi-Young;Park, Jung-Sun;Kim, Chang-Hyun;Kim, Sung-Guh;Oh, Seong-Taek;Kim, Tai-Gyu
IMMUNE NETWORK
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v.6
no.4
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pp.192-198
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2006
Background: Investigating strategy to enhance efficiency of gene transfer via adenovirus is critical to sustain gene expression in targeted cells or tissues to regulate immune responses. However, the use of adenovirus as a gene delivery method has been limited by the native tropism of the virus. In this study, the critical parameter is to improve the efficient binding of viral particles to the plasma membrane prior to cellular uptake. Methods: Human immunodeficiency virus (HIV-1) trans-acting activator of transcription (TAT), a protein transduction domain, was fused to the ectodomain of the coxsackie-adenovirus receptor (CAR). The CAR-TAT protein was produced from a Drosophila Schneider 2 cells (S2) transfected with CAR-TAT genes. The function of CARTAT was analyzed the efficiency of adenoviral gene transfer by flow cytometry, and then immunizing AdVGFP with CAR-TAT was transduced on dendritic cells (DCs). Results: S2 transfectants secreting CAR-TAT fusion protein has been stable over a period of 6 months and its expression was verified by western blot. Addition of CAR-TAT induced higher transduction efficiency for AdVGFP at every MOI tested. When mice were vaccinated with DC of which adenoviral transduction was mediated by CAR-TAT, the number of IFN-${\gamma}$ secreting T-cells was increased as compared with those DCs transduced without CAR-TAT. Conclusion: Our data provide evidence that CAR-TAT fusion protein enhances adenoviral transduction and immunogenecity of transgenes on DCs and may influence on the development of adenoviral-mediated anti-tumor immunotherapy.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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1995.04a
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pp.77-77
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1995
Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) contains several nonstructural genes which are required for the viral replication and disease pathogenesis. Among them, tat and nef genes encode an essential transactivator of HIV-1 LTR and a pluripotent protein which seems to be essential for the in vivo but not in vitro viral replication, respectively. We constructed two tat and n of defective HIV-1 and tested for their ability to replicate in several T cells. The defective viruses did not replicate in CD4$\^$+/ T cells, but rescued in the recombinant Jurkat-tat cell which also contains tat gene. The replication of tat and nef defective HIV-1 which expresses chloramphenicol acetyltransferase(CAT) gene was easily detected by a sensitive CAT assay. No revertant was identified during the passages of the mutant viruses for more than two months in Jurkat-tat cells. tat and n of defective HIV-1 could be used instead of wild type viruse for several purposes such as inhibitor screening and development of attenuated AIDS vaccine.
Park, Jin-Seu;Lee, Han-Gyu;Lee, Yoon;Kang, Young-Hee;Rhim, Hyang-Shuk;Choi, Soo-Young
BMB Reports
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v.33
no.4
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pp.337-343
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2000
The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), transactivator of transcription (Tat), is one of the viral gene products that is essential for HIV-1 replication. The HIV-l Tat protein regulates transcription from an HIV-1 long terminal repeat (LTR) and affects the gene expression of cellular proteins during infection. In order to develop an expression system to overexpress and simply purify HIV-1 Tat proteins, the HIV-1 Tat coding sequences that contain one or two exons were amplified using PCR and cloned into a pET vector, which contains a consecutive stretch of six histidine residues at the amino-terminus. The reconstituted vectors were overexpressed in the E. coli strain and the soluble recombinant proteins were purified to be homogeneity in a single step by $Ni^{+2}-nitrilotriacetic$ acid Sepharose chromatography under nondenaturing conditions. Recombinant HIV-1 Tat proteins were shown to transactivate the HIV-1 LTR promoter in a dose-dependent manner when introduced into mammalian cells. In addition, treatment of human endothelial cells with purified Tat proteins resulted in a significant increase in the level of vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) expression. These results indicate that the recombinant HIV-1 Tat proteins are active in transactivating viral and cellular promoters. The expression and purification system described in this study will facilitate in characterizing the biological functions of the Tat proteins.
Park, Seong-Eun;Lee, Min-Joo;Yang, Moon-Hee;Ahn, Ka-Young;Jang, Soo-In;Suh, Young-Ju;Myung, Hee-Joon;You, Ji-Chang;Park, Jong-Hoon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.1
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pp.154-161
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2007
Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infections are responsible for a substantial number of deaths annually and represent a significant threat to public health. According to the latest study, the Tat (Transactivator of transcription) protein is essential in transcription and replication of viral genes, and is among the early expression genes involved in the life cycle of HIV. The virion NC (nucleocapsid) plays an important role in early mRNA expression and contributes to the rapid viral replication that occurs during HIV-1 infection. Therefore, we attempted to elucidate the relationship between the Tat protein and nucleocapsid protein. In a comparison of two independently prepared and hybridized samples, flag NC overexpressed HEK 293T cells and pTat overexpressed HEK 293T cells, and hybridization showed the differences in expression in each case. Among the microarray results confirmed with real-time reverse transcriptase assay, twelve genes were identified to be involved according to their gene expression profiles. Of approximately 8,208 human genes that were analyzed, we monitored candidate genes that might have been related to NC and Tat genes from gene expression profiles. Additionally, the pathways could be viewed and analyzed through the use of Pathway Studio software. The pathways from the gene list were built and paths were found among the molecules/cell objects/processes by the curation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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