Novel Gap Junction Molecules, Connexin 37, Enhances the Bystander Effect in HSVtk/GCV Gene Therapy

Purpose : Gap junction intercellular communication(GJIC) is an important mechanism of the bystander effect in herpes simplex thymidine kinase/ganciclovir(HSVtk/GCV) gene therapy Therefore, we attempted to enhance the bystander effect in vitro by exogenous overexpressing connexin 37(Cx37) in cells to increase GJIC. Methods : NIH3T3 cells were transfected with the Cx37 and HSVtk gene or the HSVtk gene alone by the calcium phosphate method, and we detected their expression from these cells by RT-PCR. GCV-mediated cytotoxicity and the bystander effect of each transfectant was then assessed and compared. Results : Cells transfected with HSVtk became sensitive to low concentration of GCV. We found significantly increased cytotoxicity in HSVtk/GCV gene therapy after introduction of the HSVtk and Cx37 genes together compared with the cytotoxicity seen after introduction of the HSVtk gene in vitro. Co-expression of the HSVtk and Cx37 genes potentiates HSVtk/GCV gene therapy through the bystander effect. Conclusion : These results indicated that the increase of GJIC using Cx37 have potentiated the bystander effect of HSVtk/GCV therapy, and may be a new approach to improve response in suicidal cancer gene therapy.

Herpes Simplex Virus thymidine Kinase/Ganciclovir 유전자 치료에서 새로운 간격결합분자 Connexin 37에 의한 방관자 효과의 증가

목 적 : HSVtk 유전자를 암세포에 도입하여 GCV에 대해 선택적으로 감수성을 증가시키는 HSVtk/GCV 유전자 치료에서 방관자 효과는 모든 암세포에 유전자를 도입하지 않고도 치료효과를 얻을 수 있으므로 방관자 효과를 증강시킬 수만 있다면 HSVtk/GCV 유전자 치료의 효과를 극대화시킬 수 있다. HSVtk의 방관자 효과에 관한 기전으로는 간격결합분자들이 주요 역할을 하리라고 알려져 있다. 간격결합분자들은 세포간의 통신을 담당하는 connexin family이며, 주로 Cx43에 관해서는 많이 알려져 왔다. Cx37을 암의 유전자 치료에 이용 가능한 유전자로서의 가능성을 타진하기 위하여 HSVtk/GCV 유전자 치료에 Cx37 유전자를 직접 세포에 발현을 시켜 방관자 효과를 증가시킬 수 있는 새로운 방법의 가능성을 검토하였다. 방 법 : 효과의 검증을 위한 세포주로는 NIH3T3를 사용하였다. HSVtk가 형질도입된 NIH3T3 세포에 GCV의 농도별로 세포사를 관찰하였다. 또한 Cx37의 발현 여부에 따른 세포사멸의 효과를 검토하기 위하여 Cx37 발현 세포주와 비발현 세포주를 서로 다른 비율로 혼합 배양후 나타나는 세포사를 관찰하였다. 최종적으로 Cx37이 세포사멸을 직접적으로 매개하고 있음을 규명하기 위하여 Cx37 발현 표적세포를 크로미움으로 표지화한 후 Cx37 발현 세포주와 비발현 작동세포와 혼합 배양 시 사멸되는 세포로부터 유리되는 크로미움의 양을 측정하였다. 결 과: HSVtk 발현 세포는 GCV 농도에 비례하여 세포가 사멸되었으며 HSVtk/Cx37 동시 발현 세포는 HSVtk만 발현된 세포에 비해 2배 이상의 사멸 효과가 나타났다. 아울러 Cx37에 의해 유도되는 방관자 효과는 표적세포와 작동세포 모두에 Cx37이 발현되는 경우는 세포의 혼합배양 비율에 상관없이 80%에 이르는 세포가 사멸되었다. 특히 작동세포에 Cx37이 없더라도 표적세포에 Cx37이 발현하면 세포사멸은 Cx37이 매개되지 않는 경우에 비교하여 2배 이상의 증가를 보였다. 이러한 결과는 크로미움 유리 실험에서도 동일한 결과가 유도되어 Cx37은 세포사멸을 직접적으로 매개하고 있음이 나타났다. 결 론 : 이상의 결과로부터 HSVtk/GCV 유전자 치료에서 방관자효과를 나타내는 분자의 하나로 Cx37의 기능을 확인하였으며, Cx37은 방관자 효과를 증가시켜 유전자치료의 낮은 유전자 전이율을 극복하고 암의 자살 유전자 치료의 효과를 극대화할 수 있는 분자로 예측된다.