Comparison of Human Sodium/Iodide Symporter (hNIS) Gene Expressions between Lentiviral and Adenoviral Vectors in Rat Mesenchymal Stem Cells

Purpose: Quantitative comparison of transgene expression within stem cells between lentivirus and adenovirus-mediated delivery systems has not been reported. Here, we evaluated the human sodium iodide symporter (hNIS) gene expression in rat mesenchymal stem cell (rMSC) transduced by lentivirus or adenovirus, and compared the hNIS expression quantitatively between the two delivery systems. Materials and Methods: Lentiviral-mediated hNIS expressing rMSC (lenti-hNIS-rMSC) was constructed by cloning hNIS gene into pLenti6/UbC/V5-DEST (Invitrogen) to obtain pLenti-hNIS, transducing rMSC with the pLenti-hNIS, and selecting with blasticidin for 3 weeks. Recombinant adenovirus expressing hNIS gene (Rad-hNIS) was produced by homologous recombination and transduction efficiency of Rad-hNIS into rMSC evaluated by Rad-GFP was $19.1{\pm}4.7%$, $54.0{\pm}6.4%$, $85.7{\pm}8.7%$, and $98.4{\pm}1.3%$ at MOI 1, 5, 20, and 100, respectively. The hNIS expressions in lenti-hNIS-rMSC or adeno-hNIS-rMSC were assessed by immunocytochemistry, western blot, and 1-125 uptake. Results: Immunocytochemistry and western blot analyses revealed that hNIS expressions in lenti-hNIS-rMSC were greater than those in adeno-hNIS-rMSC at MOI 20 but lower than at MOI 50. However in vitro 1-125 uptake test demonstrated that iodide uptake in lenti-hNIS-rMSC ($29,704{\pm}6,659\; picomole/10^6\;cells$) was greater than that in adeno-hNIS-rMSC at MOI 100 ($6,168{\pm}2,134\;picomole/10^6\;cells$). Conclusion: Despite lower amount of expressed protein, hNIS function in rMSC was greater by lentivirus than by adenovirus mediated expression. Stem cell tracking using hNIS as a reporter gene should be conducted in consideration of relative vector efficiency for transgene expression.

렌티바이러스와 아데노바이러스를 통하여 쥐의 중간엽줄기세포에 사람 나트륨/옥소 공동수송체 유전자를 전달하였을 때의 발현성능 비교

목적: 줄기 세포에서 렌티바이러스와 아데노바이러스를 이용해 유전자를 전달하였을 때 유전자 발현 정도를 정량적으로 비교하는 연구는 보고되지 않았다. 저자들은 쥐의 중간엽줄기세포(이하 rMSC)에 사람 나트륨/옥소 공동수송체 (이하 hNIS) 유전자를 렌티바이러스와 아데노바이러스를 통하여 전달하고 발현 정도를 정량적으로 비교해 보았다. 대상 및 방법: hNIS를 발현하는 rMSE (lenti-hNIS-rMSC)의 생산은 hNIS유전자를 렌티바이러스 벡터인 pLenti/UbC/V5-DEST (Invitrogen)에 클로닝하여 pLenti-hNIS를 얻은 후 rMSC에 감염시켜서 3주간 blasticidin으로 선별하였다. hNIS를 발현하는 재조합 아데노바이러스(Rad-hNIS)는 homologous recombination 방법에 의하여 생산하였으며 Rad-hNIS의 rMSC에 대한 transduction efficiency는 Rad-GFP를 사용하여 MOI 1, 5, 20, 고리고 100에서 평가하였고 그 결과는 각각 $19.1{\pm}4.7%$, $54.0{\pm}6.4%$, $85.7{\pm}8.7%$, 그리고 $98.4{\pm}1.3%$이었다. 두 바이러스 전달 시스템에서 hNIS의 발현정도를 ummunocytochemistry, western blot 그리고 방사성옥소 섭취실험을 통해 평가하였다. 결과: Immunocytochemistry와 western blot으로 hNIS 단백질의 양을 비교하였을 때 lenti-hNIS-rMSC에서 발현하는 hNIS 단백질의 양은 Rad-hNIS를 rMSC에 MOI 20으로 감염시킨 경우보다는 많았으나 MOI 50 보다는 작았다. 그러나 방사성옥소 섭취실험에서 lenti-hNIS-rMSC ($29,704{\pm}6,659\;picomole/10^6\;cells$)는 MOI 100의 Rad-hNIS를 rMSE에 감염시킨 경우($6,168{\pm}2,134\;picomole/10^6\;cells)$ 보다도 높은 섭취율을 보였다. 결론: 렌티바이러스를 통하여 hNIS를 rMSC에서 발현하도록 했을 때 아데노바이러스를 전달 벡터로 사용한 경우에 비하여 단백질 발현 양은 상대적으로 적었으나 hNIS의 기능은 더 우수하였다. hNIS를 리포터 유전자로 사용한 줄기세포추적은 벡터에 따른 유전자 발현효율의 차이를 고려하고 시행되어야 할 것으로 생각한다.