Herpes Simplex Virus Thymidine Kinase Gene Therapy Delivered by Retroviral or Adenoviral Vector in Mouse Model of Lewis Lung Carcinoma

Lewis 폐암 마우스 모델에서 Retroviral Vector나 Adenoviral Vector로 이입된 Herpes Simplex Virus Thymidine Kinase 유전자치료

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.

연구배경 : 암 유전자치료에서 각광받고 있는 HSV-tk/GCV 전략의 항암효과에는 다음과 같은 장점들이 거론되고 있다 : 1) GCV 처리에 의한 암세포 직접살상효과 2) HSV-tk 이입된 세포에 의해서 HSV-tk 이입되지 않은 주변세포를 살상하는 bystander effect 3) 생체 내 bystander eff ect로 알려 진 anti-tumor immunity. Retrovirus와 adenovirus sequence를 이용할 경우 몇몇 세포주와 마우스에서 이들이 목적유전자의 발현을 억제할 수 있다는 것이 보고되고 있다. 본 연구에서는 retroviral나 adenoviral vector로 HSV-tk 유전자를 이입한 Lewis 폐암세포주와 폐암 마우스 모델을 통하여 HSV-tk/GCV 전략의 장점을 조사하였고 이 viral vector들 사이의 차이를 비교 조사하였다. 또한 Lewis 폐암세포주에서 butyrate를 처리한 후 HSV-tk 유전자의 발현증가를 관찰하였다. 방법 : Lewis retroviral vector와 adenoviral vector로 HSV-tk 유전자를 이입한 후 butyrate로 HSV-tk 유전자의 발현을 유도하고 Western blotting수행하여 분석하였다. 생체 외에서 HSV-tk/GCV에 의한 세포살상효과를 MTT 검사로 수행하였고 생체 내에서 LLC 나 HSV-tk 이입된 LLC 세포주를 이식하여 종양소멸 및 bystander effect를 조사 하였다. 결과 : 1. Butyrate로 HSV-tk adenovirus로 이입된 LLC에서 증가한 반면 retrovirus로 이입된 LLC에서는 증가하지 않았다. 2. 생체 외 그리고 생체 내에서 viral vector로 HSV-tk를 이입한 종양세포에 GCV 투여하는 것은 종양 세포의 살상에 효과적이었으며 LLC와 LLC-tk 세포주를 혼합한 실험에서 bystander effect도 종양세포의 성장을 억제하는 것으로 관찰되었다. 결론 : 향후 생체 외 그리고 생체 내 실험에서 adenoviral vector를 이용한 유전자 전달에 butyrate를 함께 사용하면 유전자발현을 증진시킬 것으로 사료되며 자살 유전자인 HSV-tk을 종양에 이입하여 GCV을 처리 하는 치료가 폐암유전자치료에 효과가 있을 것으로 생각된다.