자살 유전자 및 인터페론 베타 발현 줄기세포의 유방암세포 성장 억제 효과 Selective antitumor effects of genetically engineered stem cells expressing cytosine deaminase and interferon-beta via their tumor tropism against breast cancer cellsin cellular and xenogaft models원문보기
유전자 조작된 줄기세포는 뇌암, 간암, 난소암, 및 전립선암을 포함한 다양한 암의 치료를 위한 유전자 치료의 한 방법으로써 많은 이점을 가지고 있다. 특히 줄기세포는 암세포에 특이적 이주성을 가진 것으로 알려져 있으며, 이러한 특성은 치료유전자를 효과적으로 암세포에 전달할 수 있도록 해 준다. 본 연구에서는 유방암을 치료하기 위해 자살 유전자의 하나인 cytosine deaminase (...
유전자 조작된 줄기세포는 뇌암, 간암, 난소암, 및 전립선암을 포함한 다양한 암의 치료를 위한 유전자 치료의 한 방법으로써 많은 이점을 가지고 있다. 특히 줄기세포는 암세포에 특이적 이주성을 가진 것으로 알려져 있으며, 이러한 특성은 치료유전자를 효과적으로 암세포에 전달할 수 있도록 해 준다. 본 연구에서는 유방암을 치료하기 위해 자살 유전자의 하나인 cytosine deaminase (CD)와 interferon beta (IFN-)를 발현하는 불멸화 된 신경 유래 줄기세포 HB1.F3.CD와 HB1.F3.CD.IFN-를 만들었다. CD 유전자는 독성을 나타내지 않는 prodrug인 5-fluorocytosine (5-FC)를 세포 독성을 나타내는 활성화 형태인 5-fluorouracil (5-FU)로 변환시켜 세포의 DNA 합성 기작을 억제시킴으로써 암세포 사멸을 유도한다. 또한 사이토카인의 일종인 IFN-도 세포자살을 유도함으로써 강력하게 암세포의 성장을 억제하는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서 역전사 중합효소반응 (RT-PCR)을 이용하여 HB.F3.CD에서 CD 유전자가 발현되는 것과 HB1.F3.CD.IFN-가 CD 및 IFN- 유전자를 발현하는 것을 확인했다. 또한 이 줄기세포들이 암세포 특이적으로 이주하는 것을 확인하기 위해 migration assay를 수행했으며, 그 결과 유방암 세포인 MDA-MB-231과 MCF-7에 특이적으로 이주하는 것을 확인했다. 이러한 줄기세포의 이주성은 여러 가지 chemoattractant factor들에 의해서 유발되는 것으로 알려져 있으며, 본 실험에서는 혈관내피성장인자 (vascular endothelial growth factor: VEGF), 줄기세포인자 (stem cell factor: SCF) 등이 유방암 세포에서 발현되는 것을 확인했다. 이러한 암세포 특이적 이주성을 가진 유전자 조작 줄기세포를 이용하여 in vitro 상에서 그 치료 효과를 평가하기 위해 co-culture system과 MTT assay를 적용했다. HB1.F3.CD와 함께 배양한 후 5-FC를 처리 했을 때 암세포의 성장이 40% 정도 억제 되었으며, HB1.F3.CD.IFN-와 함께 배양한 후 5-FC를 처리 했을 때는 암세포의 성장이 약 60%정도 억제 되었다. 다음 동물모델을 통해 치료효과를 확인하기 위해 luciferase를 표현하는 유방암세포인 MDA-MB-231/luc를 nude 마우스에 이식하고 형성된 유방암 근처에 cell tracker인 CM-DiI로 염색된 줄기세포를 주입했다. 이 후 5-FC를 매일 복강주사 한 후 확인한 결과 HB1.F3.CD 및 HB1.F3.CD.IFN-를 주입하지 않은 군에 비해 주입한 실험군에서 약 50% 정도 암세포 성장이 억제되었으며 마우스의 수명 또한 연장되었다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때 CD 및 IFN-를 표현하는 줄기세포들이 암세포에 특이적으로 이주하는 특성을 이용해 in vitro나 in vivo 상에서 유방암의 성장을 효과적으로 억제할 수 있으며 더 나아가 암 치료에 효과적인 수단이 될 수 있을 것으로 사료된다.
유전자 조작된 줄기세포는 뇌암, 간암, 난소암, 및 전립선암을 포함한 다양한 암의 치료를 위한 유전자 치료의 한 방법으로써 많은 이점을 가지고 있다. 특히 줄기세포는 암세포에 특이적 이주성을 가진 것으로 알려져 있으며, 이러한 특성은 치료유전자를 효과적으로 암세포에 전달할 수 있도록 해 준다. 본 연구에서는 유방암을 치료하기 위해 자살 유전자의 하나인 cytosine deaminase (CD)와 interferon beta (IFN-)를 발현하는 불멸화 된 신경 유래 줄기세포 HB1.F3.CD와 HB1.F3.CD.IFN-를 만들었다. CD 유전자는 독성을 나타내지 않는 prodrug인 5-fluorocytosine (5-FC)를 세포 독성을 나타내는 활성화 형태인 5-fluorouracil (5-FU)로 변환시켜 세포의 DNA 합성 기작을 억제시킴으로써 암세포 사멸을 유도한다. 또한 사이토카인의 일종인 IFN-도 세포자살을 유도함으로써 강력하게 암세포의 성장을 억제하는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서 역전사 중합효소반응 (RT-PCR)을 이용하여 HB.F3.CD에서 CD 유전자가 발현되는 것과 HB1.F3.CD.IFN-가 CD 및 IFN- 유전자를 발현하는 것을 확인했다. 또한 이 줄기세포들이 암세포 특이적으로 이주하는 것을 확인하기 위해 migration assay를 수행했으며, 그 결과 유방암 세포인 MDA-MB-231과 MCF-7에 특이적으로 이주하는 것을 확인했다. 이러한 줄기세포의 이주성은 여러 가지 chemoattractant factor들에 의해서 유발되는 것으로 알려져 있으며, 본 실험에서는 혈관내피성장인자 (vascular endothelial growth factor: VEGF), 줄기세포인자 (stem cell factor: SCF) 등이 유방암 세포에서 발현되는 것을 확인했다. 이러한 암세포 특이적 이주성을 가진 유전자 조작 줄기세포를 이용하여 in vitro 상에서 그 치료 효과를 평가하기 위해 co-culture system과 MTT assay를 적용했다. HB1.F3.CD와 함께 배양한 후 5-FC를 처리 했을 때 암세포의 성장이 40% 정도 억제 되었으며, HB1.F3.CD.IFN-와 함께 배양한 후 5-FC를 처리 했을 때는 암세포의 성장이 약 60%정도 억제 되었다. 다음 동물모델을 통해 치료효과를 확인하기 위해 luciferase를 표현하는 유방암세포인 MDA-MB-231/luc를 nude 마우스에 이식하고 형성된 유방암 근처에 cell tracker인 CM-DiI로 염색된 줄기세포를 주입했다. 이 후 5-FC를 매일 복강주사 한 후 확인한 결과 HB1.F3.CD 및 HB1.F3.CD.IFN-를 주입하지 않은 군에 비해 주입한 실험군에서 약 50% 정도 암세포 성장이 억제되었으며 마우스의 수명 또한 연장되었다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때 CD 및 IFN-를 표현하는 줄기세포들이 암세포에 특이적으로 이주하는 특성을 이용해 in vitro나 in vivo 상에서 유방암의 성장을 효과적으로 억제할 수 있으며 더 나아가 암 치료에 효과적인 수단이 될 수 있을 것으로 사료된다.
Genetically engineered stem cells (GESTECs) may be advantageous for gene therapy for treatment of various human cancers, including brain, hepatocarcinoma, ovary, and prostate. In this study, I used engineered human neural stem cells (HB1.F3.CD and HB1.F3.CD.IFN-cells) to express Esch...
Genetically engineered stem cells (GESTECs) may be advantageous for gene therapy for treatment of various human cancers, including brain, hepatocarcinoma, ovary, and prostate. In this study, I used engineered human neural stem cells (HB1.F3.CD and HB1.F3.CD.IFN-cells) to express Escherichia coli cytosine deaminase (CD) and human interferon-beta (IFN-) genes as a therapeutic tool for breast cancer. A CD gene as a suicide gene can convert a non-toxic prodrug, 5-fluorocytosine (5-FC), to its active form, 5-fluorouracil (5-FU), which can induce a tumor-killing effect through DNA synthesis inhibition. IFN- also strongly inhibits tumor growth by the apoptotic process. Reverse transcription-polymerase chain reaction confirmed that HB1.F3.CD cells expressed the CD gene and HB1.F3.CD.IFN-cells expressed the CD plus IFN- genes. A modified Transwell migration assay showed that HB1.F3.CD and HB1.F3.CD.IFN-cells selectively migrated toward MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cells. In co-cultured system to identify the therapeutic activity of the GESTECs, the viability of breast cancer cells was significantly reduced by HB1.F3.CD or HB1.F3.CD.IFN- cells in the presence of a prodrug, 5-FC. Especially, the inhibitory effect was much increased by HB1.F3.CD.IFN-cells, indicating the synergistic effect of 5-FU and IFN-. In addition, these GESTECs were identified to have tumor-tropic property by migrating to cancer cells, which can be attributed to the chemoattractant molecules such as stem cell factor, c-kit, CXCR4, vascular endothelial growth factor (VEGF), and VEGF receptor 2 secreted by breast cancer cells. An in vivo assay using breast cancer xenografts of mice implanted with MDA-MB-231/luc cells expressing a luciferase gene as a reporter gene demonstrated that these GESTECs effectively positioned at tumor sites, reduced tumor growth by 50% and prolonged the lifespan of mice. My results suggest GESTECs expressing CD and/or IFN-genes can be used as a novel targeted cancer gene therapy with a synergistically therapeutic potential against breast cancer in vitro and in vivo via their selective tumor tropism.
Genetically engineered stem cells (GESTECs) may be advantageous for gene therapy for treatment of various human cancers, including brain, hepatocarcinoma, ovary, and prostate. In this study, I used engineered human neural stem cells (HB1.F3.CD and HB1.F3.CD.IFN-cells) to express Escherichia coli cytosine deaminase (CD) and human interferon-beta (IFN-) genes as a therapeutic tool for breast cancer. A CD gene as a suicide gene can convert a non-toxic prodrug, 5-fluorocytosine (5-FC), to its active form, 5-fluorouracil (5-FU), which can induce a tumor-killing effect through DNA synthesis inhibition. IFN- also strongly inhibits tumor growth by the apoptotic process. Reverse transcription-polymerase chain reaction confirmed that HB1.F3.CD cells expressed the CD gene and HB1.F3.CD.IFN-cells expressed the CD plus IFN- genes. A modified Transwell migration assay showed that HB1.F3.CD and HB1.F3.CD.IFN-cells selectively migrated toward MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cells. In co-cultured system to identify the therapeutic activity of the GESTECs, the viability of breast cancer cells was significantly reduced by HB1.F3.CD or HB1.F3.CD.IFN- cells in the presence of a prodrug, 5-FC. Especially, the inhibitory effect was much increased by HB1.F3.CD.IFN-cells, indicating the synergistic effect of 5-FU and IFN-. In addition, these GESTECs were identified to have tumor-tropic property by migrating to cancer cells, which can be attributed to the chemoattractant molecules such as stem cell factor, c-kit, CXCR4, vascular endothelial growth factor (VEGF), and VEGF receptor 2 secreted by breast cancer cells. An in vivo assay using breast cancer xenografts of mice implanted with MDA-MB-231/luc cells expressing a luciferase gene as a reporter gene demonstrated that these GESTECs effectively positioned at tumor sites, reduced tumor growth by 50% and prolonged the lifespan of mice. My results suggest GESTECs expressing CD and/or IFN-genes can be used as a novel targeted cancer gene therapy with a synergistically therapeutic potential against breast cancer in vitro and in vivo via their selective tumor tropism.
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