Butyrate가 Adenoviral Vector로 이입한 Herpes Simplex Virus Thymidine Kinase 유전자치료에 미치는 영향

Effect of Butyrate on Adenovirus-Mediated Herpes Simplex Virus Thymidine Kinase Gene Therapy

연구배경: 유전자치료에 이용되는 adenovirus를 기초로 하는 벡타는 상피세포에 강한 친화력이 있고 증식하지 않는 세포에도 유전자의 이입이 가능하며, in vivo에서 다른 백타에 비해 유전자이입 효율이 높은 장점이 있다. 그러나 adenovirus에 이해 전달된 유전자는 세포의 chromosome에 삽입되지 않기 때문에 세포가 분열하면 딸세포에 형질이 전달되지 않을 뿐 아니라 adenovirus가 숙주의 면역반응을 초래하여 이입된 유전자가 제거됨에 따라 전달된 유전자의 발현기간이 짧은 단점이 있다. 포화지방산인 butyrate는 histone의 acetylation을 증가시켜 전달된 유전자의 발현을 증가시킨다고 한다. 저자들은 유전자치료시 butyrate를 병용투여 할 경우 이입한 유전자의 발현이 증가되고, 따라서 유전자치료의 효과를 증가시킬 수 있을 것이라는 가정하에 butyrate가 herpes simplex virus thymidine kinase 유전자를 이용한 유전자치료에 미치는 영향을 조사하였다. 방 법: 악성 중피종세포인 REN세포에 Ad.CMVtk를 이입한 후 세포들을 3군으로 분류하였다. 1 군은 butyrate를 처리하지 않고 7일간 배양하였으며, 2군은 이입 후 1일째에 그리고 3군은 이입 후 2일째 1.5mM/L butyrate를 함유하는 배지에서 24시간 동안 배양한 후 butyrate가 함유되지 않은 배지로 교환하여 배양하였다. 유전자 이입 후 2일, 3일, 그리고 7일에 Western blotting을 시행하여 유전자의 발현정도를 조사하였으며, butyrate 처리 유무에 따른 bystander effect에 의한 살상효과의 차이를 조사하였다. 결 과: Butyrate를 처리하지 않은 대조군은 유전자이입 후 7일째에 유전자의 발현이 없었으나 butyrate를 처리한 군은 7일째에도 유전자의 발현이 있었다. 그리고 butyrate를 처리한 경우 bystander effect에 의한 살상효과가 유의하게 증가되었다. 결 론: 이상의 결과로 butyrate는 유전자의 발현을 증가시킴에 의해 bystander effect를 증가시킴을 알 수 있었으며, 향 후 adenovirus를 이장한 유전자치료의 효과를 증가시킬 수 있는 새로운 방법이 될 수 있을 것으로 생각된다.

Background: Recombinant adenovirus hold promise as vectors to carry therapeutic genes for several reasons: 1) they can infect both dividing and non-dividing cells; 2) they have the ability to directly transduce tissues in vivo; 3) they can easily be produced in high titer; and 4) they have an established record of safety as vaccination material. However, one of the major limitation in the use of adenoviruses is that transgene expression is quite short because adenovirusees insert their DNA genome episomally rather than by chromosomal integration, and an immune response against the virus destroys cells expressing the therapeutic gene. Since sodium butyrate has been reported to induce adenovirus-mediated gene expression, we hypothesized that treatment of tumor cells, transduced with herpes simples virus thymidine kinase(HSVtk) gene using adenoviral vector, with butyrate could augment the effect of gene therapy. Methods: We transduced HSVtk gene, driven by the cytomegalovirus promoter, into REN cell line(human mesothelioma cell line). Before proceeding with the comparison of HSVtk/ganciclovir mediated bystander killing, we evaluated the effect of butyrate on the growth of tumor cells in order to rule out a potential antitumor effect of butyrate alone, and also on expression of HSVtk gene by Western blot analysis. Then we determined the effects of butyrate on bystander-mediated cell killing in vitro. Results: There was no inhibition of growth of cells exposed to butyrate for 24 hours at a concentration of 1.5mM/L. Toxic effects were seen when the concentration of butyrate was greater than 2.0mM/L. Gene expression was more stable and bystander effect was augmented by butyrate treatment of a concentration of 1.5mM/L. Conclusion: These results provide evidence that butyrate can augment the efficiency of cell killing with HSVtk/GCV system by inducing transgene expression and may thus by a promising new approach to improve responses in gene therapy using adenoviral vectors.