분비 가능 삼형체 TRAIL을 발현하는 종양 선택적 복제가능 아데노바이러스에 의한 항종양 효과 분석

Abstract

[한글]

복제가능 바이러스 벡터를 사용함으로서 성공적인 암 치료를 위해서는 바이러스에 감염된 세포에서부터 감염되지 않은 세포로 효과적인 바이러스 전달 능력에 달려있다. 최근에는 높은 역가의 복제가능 아데노바이러스를 사용함에도 불구하고 임상 실험에서는 제한적인 성공률을 보이고 있다. 이러한 결과의 원인 중 한 가지로는, 암세포의 빠른 성장 속도로 인해 암 조직 내부로 산소공급이 원활하지 못하면서 산소부족현상(hypoxia)을 겪게 되고, 바이러스 단백질의 발현이 감소하면서 결과적으로는 바이러스의 복제가 감소되어지기 때문이다. 이러한 제한점을 극복하기 위해 본 연구에서는, 암세포의 산소 부족 현상에서 활성이 증가하는 인핸서인 HRE를 이용하여 오히려 바이러스 복제 증가되도록 유도하였다. 또한 강력한 세포고사 유도인자인 stTRAIL을 종양세포에 선택적으로 복제 가능한 아데노바이러스에 삽입하여, 암세포 특이적이고 지속적인 TRAIL의 발현과 분비에 의해 증가된 항종양 효과를 규명하고자 하였다. 이에 본 연구에서는 먼저, TRAIL을 포함하도록 제작되어진 바이러스에서 정상산소조건과 저산소조건 모두에서 TRAIL의 발현이 효과적으로 이루어지는 것을 관찰하였다. 종양 선택적 복제 가능 아데노바이러스의 세포 살상능을 비교 검증할 수 있는 CPE assay와 MTT assay를 통하여 저산소조건에서 바이러스의 복제가 증가될 수 있도록 제작되어진 Ad-YKC11과 Ad-YKC11-stTRAIL가 Ad-Rb7Δ19에 비해 세포 살상능이 우수함을 확인할 수 있었다. 저산소조건에서 향상된 세포 살상능이 HRE에 의한 바이러스 복제 증가로 인한 것임을 바이러스 생산량 확인 실험을 통해 관찰할 수 있었다. 또한 TRAIL에 의한 세포고사를 검증하고 정도를 비교하기 위해 TENUL assay와 PI staining을 통해 암세포 살상능이 월등히 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. Ad-YKC11-stTRAIL을 통한 이러한 암세포 살상능의 상승작용은 인체 뇌암 세포주 U87MG를 통해 생체 내 항종양 실험에서도 확인 되었다. 결론적으로, 이들 결과들을 통해 산소 부족 환경에서도 바이러스의 복제가 감소하지 않고 오히려 증가함으로서 바이러스 증식에 따른 세포고사와 TRAIL에 의한 세포고사를 함께 유도할 수 있어, 항종양 효과를 더욱 개선시킬 수 있음을 의미한다. 이는 결과적으로 항암치료에 있어서 화학요법치료와 방사선요법치료를 통해서도 극복할 수 없었던 암 조직내 산소부족환경에서 항암치료에 대한 저항성을 극복할 수 있을 것으로 생각되어 진다.

[영문]The uncontrolled proliferation of cancer cells causes the formation of hypoxic regions within solid tumors due to lack of adequate blood supply. Hypoxia exists to varying degrees in most solid tumors, and clinically, tumor hypoxia has been associated with poor therapeutic response and patient prognosis. Hypoxia-inducible factor (HIF) is a heterodimeric transcription factor that mediates responses to hypoxia by binding to a hypoxia-response element (HRE) present within target genes. Therefore, the HIF/HRE system can be utilized to specifically target therapeutic gene expression to tumors.Tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL), a member of the TNF family, is a type II transmembrane cytokine molecule. Soluble TRAIL has been shown to induce apoptosis in a wide variety of cancer cells in vitro and to suppress tumor growth specifically without damaging normal cells and tissues in vivo. In our previous report, we have used that adenovirus expresses and secretes highly apoptotic secretable trimeric TRAIL into the culture supernatant3. Here, as an approach to TRAIL-based cancer gene therapy, Secretable trimeric TRAIL (stTRAIL) was previously cloned into YKC11 under the modified mTERT promoter to form YKC11-stTRAIL, which had much better cytopathic effect than YKC11. YKC11-stTRAIL adenovirus potently induced apoptosis in vitro in cancer cell lines such as U87MG, U343, U251N in hypoxic environment. Our data reveal that a gene therapy using YKC11-stTRAIL has a promising potential to treat human cancers including gliomas. Taken together, these lines of evidence demonstrate that the newly generated adenovirus expressing stTRAIL induces efficient cell lysis in hypoxic environment, which is critical for adding therapeutic value to replicating adenovirus for cancer gene therapy.