진핵세포 유전자의 기초대사발현의 조절계를 밝히기 위한 일환으로, 효모의 histidine생합성계 효소의 구조유전자 HIS5를 이용하였다. HIS5 유전자는 충분한 아미노산 조건하에서는 발현이 억제되어 비교적 높은 기초발현만을 하나, 어떤 아미노산이 결핍되면 탈억제되어 높은 발현량을 보이며 탈억제는 cis의 작용인자인 promoter상의 5'-TGACTC-3' 및 trans 작용인자 GCN4와 GCD17 GCN2등이 관여한다. trans 작용인자들에 의한 HIS5 유전자의 발현량의 변화를 간단하게 측정하기 위하여, HIS5 promoter와 repressible acid phoshates(APase)의 구조유전자중 promoter를 제거한 DNA단편을 연결시켜 HIS5-PHO5 융합유전자를 이용하였다. gcn2 및 gcn4 변이주의 APase 활성은 야생주와 비교하여 3내지 4배 낮았으며, gcn2변이주와 gcn2 gcn4 이중변이주의 APase 활성은 유사하였다.
The Tetrahymena group I intron has been shown to employ a trans-splicing reaction and has been modified to specifically target and replace human telomerase reverse transcriptase (hTERT) RNA with a suicide gene transcript, resulting in the induction of selective cytotoxicity in cancer cells that express the target RNA, in animal models as well as in cell cultures. In this study, we evaluated the target RNA specificity of trans-splicing phenomena by the group I intron in mice that were intraperitoneally inoculated with hTERT-expressing human cancer cells to validate the anti-cancer therapeutic applicability of the group I intron. To this end, an adenoviral vector that encoded for the hTERT-targeting group I intron was constructed and systemically injected into the animal. 5'-end RACE-PCR and sequencing analyses of the trans-spliced cDNA clones revealed that all of the analyzed products in the tumor tissue of the virus-infected mice resulted from reactions that were generated only with the targeted hTERT RNA. This study implies the in vivo target specificity of the trans-splicing group I intron and hence suggests that RNA replacement via a trans-splicing reaction by the group I intron is a potent anti-cancer genetic approach.
Recent anti-cancer approaches have been based to target tumor-specifically associated and/or causative molecules such as RNAs or proteins. As this specifically targeted anti-cancer modulator, we have previously described a novel human cancer gene therapeutic agent that is Tetrahymena group I intron-based trans-splicing ribozyme which can reprogram and replace human telomerase reverse transcriptase (hTERT) RNA to selectively induce tumor-specific cytotoxicity in cancer cells expressing the target RNA. Moreover, the specific ribozyme has been shown to efficiently retard tumor tissues in xenograft mice which had been inoculated with hTERT-expressing human cancer cells. In this study, we assessed specificity of trans-splicing reaction in cells to evaluate the therapeutic feasibility of the specific ribozyme. In order to analyze the trans-spliced products by the specific ribozyme in hTERT-positive cells, RT, 5'-end RACE-PCR, and sequencing reactions of the spliced RNAs were employed. Then, whole analyzed products resulted from reactions only with the hTERT RNA. This study suggested that the developed ribozyme perform highly specific RNA replacement of the target RNA in cells, hence trans-splicing ribozyme will be one of specific agents for genetic approach to revert cancer.
Internal ribosome entry site (IRES) of the hepatitis C virus (HCV) is known to be essential for HCV replication and most conserved among HCV variants. Hence, IRES RNA is a good therapeutic target for RNA-based inhibitors, such as ribozymes. We previously proposed a new anti-HCV modulation strategy based on trans-splicing ribozymes, which can selectively replace HCV transcripts with a new RNA that exerts anti-HCV activity. To explore this procedure, sites which are accessible to ribozymes in HCV IRES were previously determined by employing an RNA mapping method in vitro. In this study, we evaluate the intracellular accessibility of the ribozymes by comparing the trans-splicing activities in cells of several ribozymes targeting different sites of the HCV IRES RNA. We assessed the intracellular activities of the ribozymes by monitoring their target-specific induction degree of both reporter gene activity and cytotoxin expression. The ribozyme capable of targeting the most accessible site identified by the mapping studies then harbored the most active trans-splicing activity in cells. These results suggest that the target sites predicted to be accessible are truly the most accessible in the cells, and thus, could be applied to the development of various RNA-based anti-HCV therapies.
표적 RNA 의 구조가 Tetrahymena thermophila 의 group I intron 에 의한 trans-splicing 반응에 미치는 영향을 분석하기 위해 강력한 stem-loop 형태의 안정된 구조를 갖고 있는 표적 RNA mapping 분석 방법을 이용한 결과 in vitro 뿐만 아니라 in vivo 에서도 stem 부위의 염기들에 반해 loop 부위의 염기들이 ribozyme 에 의해 잘 인지되었으며 이러한 결과는 그러한 부위들을 인지할 수 있는 ribozyme 들에 의한 trans-cleavage 그리고 trans-splicing 반응을 수행함으로써 검증하였다. 또한 이러한 trans-splicing 반응은 정확하게 일어남을 반응 산물의 염기서열 결정을 통해 확인하였다. 따라서 표적 RNA 의 구조가 in vitro 및 in vivo 에서의 ribozyme 활성에 매우 중요한 요인임을 확인하였다.
In more than half of human tumors, the p53 tumor suppressor gene is mutated. Thus, restoration of wild-type p53 activity by repair of mutant RNA could be a potentially promissing approach to cancer treatment. To explore the potential use of RNA repair for cancer therapy, trans-splicing group I ribozymes were developed that could replace mutant p53 RNA with RNA sequence attached to the 3'end of ribozymes. By employing a mapping library of ribozymes, we first determined which regions of the p53 RNA are accessible to ribozymes, and found that the leader sequences upstream of the AUG start codon appeared to be particularly accessible. Next, trans-splicing ribozymes were generated that specifically recognized the sequences around these accessible regions. Subsequently, the ribozymes reacted with and altered the p53 transcripts by transferring a 3'exon tag sequence onto the targeted p53 RNA with high fidelity. Thus, these ribozymes could be utilized to repair mutant p53 in tumors, which would revert the neoplastic phenotype.
Spliced leader (SL) trans-splicing is a mRNA processing mechanism in dinoflagellate nuclear genes. Although studies have identified a short, conserved dinoflagellate SL (dinoSL) sequence (22-nt) in their nuclear-encoded transcripts, whether the majority of nuclear-coded transcripts in dinoflagellates have the dinoSL sequence remains doubtful. In this study, we investigated dinoSL-containing gene transcripts using 454 pyrosequencing data (Cochlodinium polykrikoides, 93 K sequence reads, 31 Mb; Prorocentrum minimum, 773 K sequence reads, 291 Mb). After making comparisons and performing local BLAST searches, we identified dinoSL for one C. polykrikoides gene transcript and eight P. minimum gene transcripts. This showed transcripts containing the dinoSL sequence were markedly fewer in number than the total expressed sequence tag (EST) transcripts. In addition, we found no direct evidence to prove that most dinoflagellate nuclear-coded transcripts have this dinoSL sequence.
Telomerase reverse transcriptase (TERT), which prolongs the replicative life span of cells, is highly upregulated in 85-90% of human cancers, whereas most normal somatic tissues in humans express limited levels of the telomerase activity. Therefore, TERT has been a potential target for anticancer therapy. Recently, we described a new approach to human cancer gene therapy, which is based on the group I intron of Tetrahymena thermophila. This ribozyme can specifically mediate RNA replacement of human TERT (hTERT) transcript with a new transcript harboring anticancer activity through a trans-splicing reaction, resulting in selective regression of hTERT-positive cancer cells. However, to validate the therapeutic potential of the ribozyme in animal models, ribozymes targeting inherent transcripts of the animal should be developed. In this study, we developed a Tetrahymena-based trans-splicing ribozyme that can specifically target and replace the mouse TERT (mTERT) RNA. This ribozyme can trigger transgene activity not only also in mTERT-expressing cells but hTERT-positive cancer cells. Importantly, the ribozyme could selectively induce activity of the suicide gene, a herpes simplex virus thymidine kinase gene, in cancer cells expressing the TERT RNA and thereby specifically hamper the survival of these cells when treated with ganciclovir. The mTERT-targeting ribozyme will be useful for evaluation of the RNA replacement approach as a cancer gene therapeutic tool in the mouse model with syngeneic tumors.
Objectives: Trans-cinnamaldehyde (TCA) is the main component of Cinnamomi Ramulus and it has been reported that TCA inhibits inflammatory responses in various cell types. Inflammation-mediated neurological disorders induce the activation of macrophages such as microglia in brain, and these activated macrophages release various inflammation-related molecules, which can be neurotoxic if overproduced. In this study, we evaluated gene expression profiles using gene chip microarrays in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV-2 cells to investigate the antiinflammatory effect of TCA on inflammatory responses in brain microglia. Methods: A negative control group was cultured in normal medium and a positive control group was stimulated with $1{\mu}g/ml$ in the absence of TCA. TCA group was pretreated with $10{\mu}g/ml$ before $1{\mu}g/ml$ LPS stimulation. The oligonucleotide microarray analysis was performed to obtain the expression profiles of 28,853 genes using gene chip mouse gene 1.0 ST array in this study. Results: In positive control group, 1522 probe sets were up-regulated in the condition of the cutoff value of 1.5-fold change and 341 genes with Unigene ID were retrieved. In TCA group, 590 probe sets were down-regulated from among 1522 probe sets and 33 genes with Unigene ID were retrieved, which included 6 inflammation-related genes. We found out that Id3 gene is associated with transforming growth factor-${\beta}$ (TGF-${\beta}$) signaling pathway and Klra8 gene is related to natural killer cell-mediated cytotoxicity pathway. Conclusions: The results mean that TCA inhibits inflammatory responses through down-regulating the expressions of inflammation-related genes in LPS-stimulated BV-2 cells.
유전자의 융합으로 인한 돌연변이는 염색체 재배열, 트랜스 스플라이싱, 유전자간 스플라이싱으로 인하여 야기된다고 알려져 있다. 우리는 두 개의 서로 다른 유전자의 pre-mRNA의 융합으로 인하여 만들어지는 트랜스 스플라이싱의 전사 산물에 관심을 가져, 인간의 태아 줄기 세포에서 이러한 돌연변이 양상을 분석하였다. 배아줄기세포의 mRNA에서 트랜스 스플라이싱 전사체 70개를 탐지해 내고, 이들의 융합되는 패턴에 따라 5'UTR-5'UTR, 5'UTR-3'UTR, 3'UTR-3'UTR, 5'UTR- CDS, 3'UTR-CDS, CDS-CDS의 6개의 유형으로 분류하여 분석하였다. 두 유전자의 융합되는 영역은 UTR영역보다 CDS에서 풍부하였는데, 이러한 이유는 많은 인트론 수로 인해 야기되는 것으로 추정된다. 융합되는 유전자의 염색체상의 위치분석 결과, 17번과 19번 염색체가 융합유전자의 활성화를 나타내었다. 이러한 연구결과는 향후 융합유전자와 인간의 질병 연구에 크게 기여할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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