WO2003074692A2 - Specific gene expression in colonic cancer cell lines - Google Patents

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    • C12N2830/008Vector systems having a special element relevant for transcription cell type or tissue specific enhancer/promoter combination

Definitions

  • the invention relates to a method for carrying out a specific gene expression in colon carcinoma cell lines, in which recombinant adenoviral vectors are used for gene expression.
  • colorectal cancer is one of the main causes of death for malignant diseases in the western world.
  • the development of colorectal cancer from adenomas is now considered to be certain and the timely endoscopic removal of these precancerous diseases can prevent the development of colon cancer.
  • the tumor is already advanced or metastatic, the therapeutic options are limited and 5-year survival is only 5%. Therefore, metastatic tumor disease poses one of the greatest challenges in the Oncology.
  • gene therapy approaches open up new perspectives in the treatment of these diseases.
  • Retroviruses integrate their genome into the genome of the infected cell.
  • adenoviral genome is not integrated into the host genome and the expression of adenoviral genes is only temporary. Long-term expression is not or is not required in the treatment of malignant diseases desirable because the eradication of the tumor cells is in the foreground and the expression of cytotoxic genes or cytokines genes should be limited to the duration of the tumor eradication.
  • adenoviral expression of suicide genes in pancreatic and colon carcinomas leads to significant tumor regression in the animal model after administration of the corresponding prodrugs. A prolongation of survival through antitumor immunostimulation could not be achieved by suicide therapeutic approaches alone.
  • the adenoviral-mediated expression of cytokines opened up new possibilities for the induction of cytotoxic T lymphocytes (in particular interleukin-2 and interleukin-12).
  • adenoviral expression of interleukin-18 and interleukin-12 an efficient activation of NK cells has also become possible, which will be of particular importance in the gene therapy of MHC-I negative tumors.
  • suicide therapeutic approaches but especially approaches to adenoviral expression of cytokines are limited by the transgene-dependent toxicity. This is caused not only by infected tumor cells but in particular also by the transduction of surrounding parenchyma cells.
  • the systemic and portal venous administration of recombinant adenoviruses in the tumor-free animal model leads to the predominant transduction of hepatocytes. Even with direct intratumoral injection of hepatic metastases with predominant transduction of the tumor cells, there is significant infection of neighboring hepatocytes with dose limitation due to the resulting hepatotoxicity.
  • tumor- and tissue-specific promoters enable the reduction of transgene expression in surrounding non-malignant cells with the aim of lower toxicity of these gene therapy approaches.
  • Tissue-specific and even tumor-specific gene expression can be achieved by tumor and tissue-specific promoters.
  • Such tumor-specific approaches in retroviral and adenoviral gene therapy have been developed for a large number of different malignancies.
  • Table 1 gives an overview of tumor-specific or tissue-specific promoters.
  • An ideal tumor-specific promoter combines the following properties: (1) high gene expression in the tumor tissue with (2) comparatively low gene expression in the surrounding tissue, and (3) the wide range of uses within a tumor entity.
  • CEA carcinoembryonic antigen
  • Mucins were first described in the endothelium of the gastrointestinal tract and the expression of these mucins was already discussed in 1994 as a potential immunological target in the treatment of gastrointestinal carcinomas. Mucin-1 mRNA expression was regularly detected in colorectal carcinomas, but not in hepatocytes and in contrast to CEA expression, mucin expression correlates positively with hepatic metastasis and tumor development.
  • the object of the present invention is to develop ade-viral vectors for the gene therapy of colorectal carcinomas which enable a specific but nevertheless efficient transgene expression and thus increase the therapeutic range of such an experimental approach.
  • adenoviral genes are said to be kept low by the use of a singular adenoviral vector system and the recombinant, replication-deficient adenoviruses should be able to be synthesized in high titers with good transduction efficiency in relation to a large number of different colon carcinoma cell lines. This results in the following targets:
  • the object is achieved according to the invention in that the gene expression is mediated by a mucin-1 / DF3 promoter and in that a GAL4 / VP16 fusion protein is generated for the amplification of the gene expression.
  • Gal4 was already described in 1974 in the regulation of galactose metabolism in Saccharomyces cerevisiae. The corresponding binding site was not identified until 11 years later.
  • the combination of 5 Gal4 binding sites also resulted in a 36-fold amplification of expression compared to a Gal binding site.
  • This system was described, for example, by "Tantin, D., CHI, T., HORI, R., PYO, S., and CAREY, M (1996). Biochemical mechanism of transcriptional activation by GAL4-VP16. Methods Enzymol 274, 133- 149 "and used in adenoviral vectors to express the BAX gene.
  • the approach described here represents the first-time use of the Gal4VPl6 transactivator system in an adenoviral vector for mucin-specific gene expression.
  • the quantification of the gene expression was carried out using the luciferase system.
  • Tissues from primary tumors or hepatic metastases were fixed in 10% formalin (pH 7.3) and embedded in paraffin.
  • the paraffin was extracted in 5 ⁇ m thin sections with xylene and the samples after unmasking of antigenic structures by citrate pretreatment with a 1: 100 dilution of a murine, monoclonal anti-mucin-1 antibody (clone VU 4-H-5, mouse igGl, # sc-7313, Santa Cruz, USA) incubated for 1 hour at room temperature.
  • slides with cultured tumor cells were acetone-fixed, air-dried and preincubated with a 1:50 dilution of sheep serum.
  • Bound mucin-specific antibodies were detected by alkaline phosphatase-anti-alkaline phosphatase antibodies (APAAP). The alkaline phosphatase activity was finally detected with the help of Neufuchsin and the tissue sections were stained with hematoxylin, in the cell culture preparations for the inhibition of endogenous alkaline phosphatase activity preincubation with 0.8 mg / ml levamisole.
  • APAAP alkaline phosphatase-anti-alkaline phosphatase antibodies
  • the 293 renal carcinoma cell line was cultivated in HGDMEM cell culture medium (Gibco, Rockville, MD).
  • the human HepG2 HCC cell line and the human colon carcinoma cell lines Colo320, Colo205, HT29, Lovo, SkCol, SW620 were propagated in the recommended media (ATCC). All Cell culture media were supplemented with 10% fetal calf serum, 1% glutamine and 1% penicillin-streptomycin. The cultivation was carried out according to standard cell culture procedures.
  • Cloning of the pAd.CMV-luc The luciferase gene was excised from pGL3 using Kpnl / Sall digestion and ligated into the adenoviral expression vector pAd.CMV-pA.
  • Cloning of pAd.Mucl / DF3-luc The mucin promoter was isolated by Xbal / Kpnl digestion of pDF3-CAT + 3-7 and replaced the CMV promoter in pAd.CMV-pA.
  • the luciferase gene was cloned into the pGreenLantern vector after Kpnl / Sall digestion and was inserted into the multiple cloning site of the pAd.Mucl / DF3pA after Kpnl / Not1 digestion.
  • the SV40pA from pBK-CMV was subsequently digested by Kpnl / Mlul and blunt-end ligation integrated into the Psti region between Gal4VPl6 and Gal4B5, partial digestion with Hindlll and Sacl led to the isolation of the cassette containing the binary system, which was cloned into the multiple cloning site of pBK-CMV, followed by digestion with Clal and Sacl and blunt-end ligation into the Kpnl region 3'-terminal of the mucin promoter of the pAd.Mucl / DF3-luc resulted in the adenoviral expression plasmid pAd.Mucl / DF3bin-luc.
  • recombinant adenoviruses were generated by coprecipitation and homologous recombination of the corresponding adenoviral expression plasmids with pBHGIO in 293 cells.
  • Recombinant adenoviruses were purified after replication in 293 cells by CsCl density gradient centrifugation. Plaque-forming units were determined by infecting 293 cells with serial dilutions and agarose overlay.
  • the resulting titers were 7.5 * 10 9 pfu / ml (Ad.CMV-luc), 8.4 * 10 9 pfu / ml (Ad.Muc-luc) and 2.5 * 10 9 pfu / ml (Ad. Muc bin -luc).
  • Viral DNA was isolated using a Qiagen DNA Blood Kit and partially sequenced to confirm the integration of the promoter and transactivator elements.
  • the hepatocellular carcinoma cell line HepG2 and the human colon carcinoma cell lines HT29, Colo205 and SkCol were incubated with 10 ⁇ cells per well 6 hours before planned infection with recombinant adenoviruses in 6 well cell culture plates. purified
  • Virus preparations were diluted with McCoy cell culture medium and the tumor cells were incubated for 1 hour in 500 ⁇ l each. The cultivation then took place over 24 hours in the appropriate growth medium. The luciferase activity was finally determined from the cell lysates. Quantification of luciferase gene expression
  • the transgene expression was determined by quantifying the luciferase reporter gene in the cell lysate. Standard curves using recombinant luciferase in concentrations from 1 pg / ml to 300 ng / ml were used to determine a biphasic exponential approximation. The function was calculated using the PRISM software (GraphPad Software, Ine, SanDiego, CA). Luciferase expression was correlated with the total cell protein, which was determined using a DC protein assay kit.
  • Cell lysates of HepG2, HT29, Colo205 and SkCol after infection with Ad.Muc-luc or Ad.Muc bin -luc were separated after boiling in Laemmli sample buffer under reducing conditions using SDS-acrylamide gel electrophoresis and the proteins on 0.45 ⁇ m Immobilon -P transferred. After blocking, actin and Gal4VP16 were detected by anti-actin antibodies and polyclonal anti-VP16 antibodies. After washing the blots with 0.1% Tween-20 in TBS, pH 7.5, they were incubated with a peroxidase-labeled second antibody and visualized by chemiluminescence detection according to the manufacturer's instructions.
  • mucin-specific adenoviral system with Gal4VP16 amplified gene expression
  • colon carcinoma tissues and various Zeil lines were examined for their mucin gene expression.
  • Mucin detection in human colon carcinoma tissues was carried out in accordance with FIG. 1.
  • the mucin-1 expression in human colon carcinoma (A) and hepatic metastasis (B) is illustrated here.
  • mucin-1 was detected using a monoclonal antibody and an alkaline phosphatase-mediated kauuchsin color reaction.
  • the colon carcinoma cells there are intracytoplasmic mucin deposits both in the primary tumor and in the hepatic metastasis. Surrounding hepatocytes (B, lower section of the image) show no mucin-1 staining.
  • Colonic carcinoma cells were stained after fixation with acetone as shown in FIG. 2.
  • the detection of mucin-1 in human colon carcinoma cell lines is illustrated here.
  • mucin could be detected in various human colon carcinoma cell lines (HT29, SW620, Lovo, Colo205, SkCol).
  • Colo320 and the human HCC cell line HepG2 showed no mucin-1 expression.
  • Clusters of colon carcinoma cell groups can be seen in the primary tumor, surrounded by mucin-negative fibroblasts.
  • the hepatic metastases of this colon carcinoma express significant amounts of mucin without detection of Muc-1 in the surrounding hepatic tissue.
  • the human HCC cell line HepG2 too, no Muc-1 could be detected, which corresponds to preliminary examinations at the muc-1 mRNA level.
  • adenoviral vectors were constructed according to FIG. 3 with the following promoter elements: cytomegalovirus (CMV) -controlled luciferase gene expression (A), mucin-1 specific gene expression using the DF3 / Muc-1 promoter (B) and a mucin-1 specific gene expression system for luciferase gene expression using an integrated cassette for Gal4VPl6 transactivator-fusion protein-mediated amplification of gene expression (C).
  • CMV cytomegalovirus
  • A cytomegalovirus
  • A mucin-1 specific gene expression using the DF3 / Muc-1 promoter
  • C mucin-1 specific gene expression system for luciferase gene expression using an integrated cassette for Gal4VPl6 transactivator-fusion protein-mediated amplification of gene expression
  • C Gal4VPl6 transactivator-fusion protein-mediated amplification of gene expression
  • Partial sequencing verified promoter insertion, transactivator elements and the luciferase gene After pacification of the adenoviral expression plasmids in 293 cells and infection of HT29 cells with the corresponding adenoviruses, the luciferase gene expression could be detected.
  • 3 graphically illustrates the system for amplified gene expression.
  • the mucin-1 specific promoter (DF3 / Mucl) is not used directly to control transgene expression (B) but first to express a Gal4VPl6 fusion protein (C). This very potent one After binding to a Gal4 binding site further downstream, the transactivator leads to activation of the downstream transgene expression via the VP16 domain.
  • CMV promoter A
  • Gal4B5 5-fold copy of the Gal4 binding site.
  • Figure 4 illustrates the cloning of adenoviral vectors for specific, amplified gene expression.
  • the constructs described in FIG. 3 were inserted into the El region of corresponding recombinant, replication-deficient adenoviruses. These adenoviruses were constructed by subsequent coprecipitation with pBHGIO for homologous recombination in 293 cells.
  • HepG2 HepG2
  • various human colon carcinoma cell lines HT29, Colo205 and SkCol
  • Ad.Muc b LI.-Luc
  • Ad.Muc -luc infected
  • the luciferase activity quantified as a measure of transgene expression.
  • HepG2 it was possible to achieve a 50-200 fold amplification of the gene expression, regardless of the moi of the recombinant adenoviruses used.
  • the mucin-1 positive cell lines the amplification was dependent on the moi used and was up to 250-fold. With a moi of 100, the amplification of the gene expression in the mucin-negative system corresponded to the amplification in the mucin-positive Zeil lines. Comparison of amplified, specific expression with that
  • the constitutive viral cytomegalovirus (CMV) promoter enables transgene expression, which is only temporary but high, in a large number of adenoviral gene therapy preclinical and clinical studies.
  • the question was therefore asked whether the adenoviral vectors for mucin-specific and Gal4VP16-amplified gene expression have a gene expression comparable to that of the CMV promoter and thus enable effective gene therapy approaches for specific gene therapy.
  • the Ad.Muc bin -luc mediated gene expression was clearly superior to Ad.CMV-luc with up to 590-fold lines.
  • a more specific gene expression by the DF3 / Muc-1 promoter in mucin-positive cells resulted in a clear superiority of this system in the equal to Ad.CMV-luc.
  • Ad.Mucluc that is to say the adenoviral vector for specific but not amplified transgene expression
  • Ad.CMV-luc the adenoviral vector for specific but not amplified transgene expression
  • Table 2 compares various mucin-positive colon carcinoma cell lines with the mucin-negative HepG2 cell line for transgene expression after infection with either Ad.Muc-luc (left) or Ad.Muc bin -luc (right).
  • Ad.Muc-luc left
  • Ad.Muc bin -luc right
  • the Zeil lines HepG2, HT29, Colo205 and SkCol differ in their different adenoviral transduction efficiency.
  • the adenoviral titers were first determined which, using the Ad.CMV-luc, resulted in a transgene which was comparable with respect to the total cell protein -Expression lead.
  • a moi of 6 HepG2
  • 80 HT29
  • 240 Colo205
  • 100 SkCol
  • the dose-adapted transgene expression is illustrated here.
  • Ad.CMV-luc HepG2: 6 mOi, HT29: 80 moi, C ⁇ l ⁇ 205: 240 moi , SkCol: 100 moi.
  • Ad.Muc bin -luc Ad.Muc bin -luc
  • the transgene expression rates are significantly higher than with the Ad.CMV-luc under the corresponding moi
  • the fusion protein could be detected in mucin-1 positive tumor cells infected with Ad.Muc bin -luc, but not in HepG2 cells, in non-infected or Ad.CMV-luc infected tumor cells. As expected, actin gene expression showed no difference in the cell lysates examined.
  • a DF3 / Muc-1 promoter was used for the specific gene expression in mucin-1 positive colon carcinoma cells and the transgene expression was quantified by means of luciferase gene expression.
  • the high transgene expression in mucin-positive colon carcinoma cells and the comparatively low transgene expression in mucin-negative cells enable tissue- and tumor-specific adenoviral gene therapy. It was shown that the amplified, tumor-specific gene expression in this system was significantly higher than in comparable adenoviral vectors using the cytomegalovirus promoter.
  • the amplification of the transgene expression by integration of the Gal4VP16 system resulted in an up to 250-fold increased transgene expression.
  • a dependence of the amplification on the moi used could be shown in mucin-1 positive cells.
  • Muc-1 / DF3 promoter system has several advantages over the CEA promoter: Gastrointestinal tumors and in particular colorectal carcinomas express mucin-1 more often than CEA, and in contrast to CEA expression there is an increase in metastasis and tumor progression Mucin-1 gene expression. Before starting such an approach, an immunohistological test for mucin-1, as illustrated in this work, could provide information about the possible efficiency of this experimental therapy.
  • This system for specific and amplified adenoviral transgene expression represents an innovative concept in adenoviral gene therapy for gastrointestinal and other tumors. These constructs can increase the safety of future gene therapy approaches through specific expression. By amplifying the specific gene expression, a significant transgene expression can be achieved even with systemic administration is comparable to the use of the constitutive CMV promoter.
  • these vectors will be suitable for systemic administration. Irrespective of such a transduction, the portal venous administration of these vectors already opens up new possibilities in the gene therapy of intrahepatic metastases of colorectal cancer.
  • the results to date show that corresponding vectors for cytokine expression (interleukin-12 and interleukin-18) have a higher therapeutic breadth and efficiency in the animal model compared to the use of constitutive promoters (CMV).
  • a heterogeneous tumor population is infected, it is possible to induce antitumoral T lymphocytes and NK cells, which is not directed against the cytokine-producing, mucin-1 positive carcinoma cells in isolation, but against common cells present on mucin-1 positive and negative cells immunogenic determinants of the corresponding carcinoma.
  • the system presented for amplified gene expression using adenoviral vectors can be transferred to the therapy of other tumor entities (therapy of hepatocellular carcinomas by AFP-specific, amplified gene expression) by integrating other tumor or tissue-specific promoters.
  • these adenoviral vectors for the first time enable adenovirally mediated, proven tissue-specific and high transgene expression, which makes this innovative therapeutic approach more efficient and safer.
  • a reduction in possible, therapy-associated side effects by reducing the adenoviral dose with high intratumoral transgene expression is likely.
  • Mucin expression has been demonstrated in a variety of colon cancers.
  • the systemic toxicity in gene therapy approaches could be reduced by the specific gene expression mediated by mucin-1 / DF3 promoter.
  • New recombinant adenoviral vectors for amplified, specific gene expression have therefore been developed.
  • the mucin-specific promoter Muc-1 / DF3 was used to express a Gal4VP16 fusion protein.
  • the same adenoviral vector also contains Gal4 binding sites immediately before the transgene region.
  • the Gal4VP16 fusion protein is thus expressed as an intermediate product, which leads to transcription of the therapeutic gene through its VPl6 transactivator domain after binding via the Gal4 domain at the Gal4 binding sites.
  • adenoviruses were constructed in which the El region was replaced on the one hand by the mucin promoter and the luciferase gene (Ad.Muc-luc), and on the other hand between the mucin-specific promoter and the luciferase gene the genes just mentioned for the Gal4VP16 fusion protein and the five-fold Gal4 binding sites were inserted (Ad.Muc bin -luc).
  • Ad.Muc bin -luc the mucin promoter and the luciferase gene the genes just mentioned for the Gal4VP16 fusion protein and the five-fold Gal4 binding sites were inserted.
  • Ad.Muc bin -luc the constitutive viral CMV promoter
  • Mucin-1 gene expression was demonstrated in a variety of colorectal cancer cell lines using a monoclonal anti-Mucl / DF3 antibody. These and mucin-negative Zeil lines were infected with the various recombinant adenoviruses and characterized with regard to the luciferase gene expression.
  • the integration of the binary system consisting of the Gal4VP16 fusion protein and a corresponding Gal4 binding site, resulted compared to adenoviral vectors only with the mucin promoter Muc-1 / DF3 in up to 250-fold amplification of the gene expression in the various carcinoma cell lines. lines.
  • the transgene expression in these mucin-1-specific and Gal4VP16-amplified adenoviral vectors was up to 590 times higher in mucin-1 positive colon carcinoma cell lines than after infection with recombinant adenoviruses for luciferase gene expression under the control of the CMV- Promoters.
  • the gene expression by these binary vectors in muzin-1 negative Zeil lines was only 1.3 to 7 times higher than with the CMV promoter.
  • adenoviral vectors combine the tissue-specific gene expression by the Muc-1 / DF3 promoter with the highly efficient gene expression by transactivation by means of the Gal4VP16 fusion protein while maintaining specificity.
  • the experimental results show that these vectors will enable tumor-specific and efficient adenoviral gene therapy and will significantly increase the therapeutic breadth of this experimental therapeutic approach.
  • these adenoviral vectors in mucin-1 positive cell lines are superior to recombinant adenoviruses using the CMV promoter in terms of their transgene expression.
  • Table 1 Tumor-specific promoters in gene therapy. List of all gene therapy approaches using tumor or gcwebspecific promoters. Relative adenoviral gene expression
  • m.o.i . multiplicity of infection.n.s .: not significant
  • Muc mucin promoter
  • luc luciferase
  • bin binary system.
  • Table 2 Relative adenoviral gene expression.
  • the mucin-1 specific gene expression was compared by comparison of the transgene expression in Ad.Muc-luc (left) and Ad.Muc b , .- luc (right) infected mucLn-1 cells (Colo205, HT29 and SkCo l) of the mucin-1 negative HepG2 cell line.

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Abstract

Das Verfahren dient zur Durchführung einer spezifischen Genexpression in Kolonkarzinom-Zell-Linien. Es werden zur Genexpression rekombinante adenovirale Vektoren verwendet. Die Genexpression wird durch einen Mucin-1/DF3-Promoter vermittelt. Zur Amplifikation der Genexpression wird ein Gal4/VP16 Fusionsprotein erzeugt.

Description

Spezifische Genexpression in Kolonkarzinom-Zeil-Linien Specific gene expression in colon cancer cell lines
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer spezifischen Genexpression in Kolonkarzinom-Zell-Linien, bei dem zur Genexpression rekombinante adenovirale Vektoren verwendet werden.The invention relates to a method for carrying out a specific gene expression in colon carcinoma cell lines, in which recombinant adenoviral vectors are used for gene expression.
Mit 20% stellt das kolorektale Karzinom eine der Haupttodesursachen maligner Erkrankungen in der westlichen Welt dar. Die Entwicklung von kolorektalen Karzinomen aus Adenomen gilt heute als gesichert und die rechtzeitige endosko- pische Entfernung dieser Präkanzerosen kann die Entstehung des Kolonkarzinoms verhindern. Bei bereits fortgeschrittenem oder metastasiertem Tumorleiden sind die therapeutischen Möglichkeiten jedoch gering und das 5-Jahres- Überleben beträgt nur 5%. Daher stellt die metastasierte Tumorerkrankung eine der größten Herausforderungen in der Onkologie dar. Durch das Einschleusen therapeutischer Gene in Tumorzellen eröffnen gentherapeutische Ansätze neue Perspektiven in der Therapie dieser Erkrankungen.At 20%, colorectal cancer is one of the main causes of death for malignant diseases in the western world. The development of colorectal cancer from adenomas is now considered to be certain and the timely endoscopic removal of these precancerous diseases can prevent the development of colon cancer. However, if the tumor is already advanced or metastatic, the therapeutic options are limited and 5-year survival is only 5%. Therefore, metastatic tumor disease poses one of the greatest challenges in the Oncology. By introducing therapeutic genes into tumor cells, gene therapy approaches open up new perspectives in the treatment of these diseases.
Erst durch die Entwicklung geeigneter Vektorsysteme wurden gentherapeutische Ansätze ermöglicht. In den letzten 10 Jahren wurden eine Vielzahl unterschiedlicher Vektorsysteme sowohl viralen als auch nichtviralen Ursprungs entwickelt. Die direkte Injektion von DNA in Gewebe resultierte in keiner nennenswerten Genexpression. In Liposomen verpackt kann DNA mittels Endozytose von Zellen aufgenommen werden. Kom- plexierung mit geeigneten Proteinen ermöglicht eine rezeptorvermittelte Aufnahme. In der Regel ist jedoch mit diesen nichtviralen Systemen eine nur geringgradige und temporäre Transgen-Expression möglich. Mit Hilfe viraler Vektoren ist fremdgenetisches Material sehr viel effizienter über den hoch entwickelten viralen Infektionsmechanismus in die Tumorzellen zu schleusen. Für den viralen Transfer von Genen wurden insbesondere Adenoviren und Retroviren, daneben auch adeno-assoziierte Viren, Herpes simplex-Viren und Hepatitis B-Viren verwendet. Retroviren integrieren ihr Genom in das Genom der infizierten Zelle.Gene therapy approaches were only made possible by the development of suitable vector systems. A variety of different vector systems of both viral and non-viral origin have been developed in the past 10 years. The direct injection of DNA into tissue resulted in no significant gene expression. Packaged in liposomes, DNA can be taken up by cells using endocytosis. Complexation with suitable proteins enables receptor-mediated uptake. As a rule, however, only a slight and temporary transgene expression is possible with these non-viral systems. With the help of viral vectors, foreign genetic material can be smuggled into the tumor cells much more efficiently via the highly developed viral infection mechanism. In particular, adenoviruses and retroviruses, as well as adeno-associated viruses, herpes simplex viruses and hepatitis B viruses, were used for the viral transfer of genes. Retroviruses integrate their genome into the genome of the infected cell.
Bei der Gentherapie metabolischer Erkrankungen zur dauerhaften Genexpression möglicherweise erwünscht, ist eine permanente Genexpression bei der Gentherapie maligner Erkrankungen nicht erforderlich. Präparationen mit höheren Virustitern und signifikant höhere Transduktions-Effizienz auch sich zum Zeitpunkt der Infektion nicht teilender Zellen lassen rekombinante Adenoviren für die experimentelle Therapie kolorektaler und anderer Karzinome geeigneter erscheinen. Das adenovirale Genom wird nicht in das Wirtsgenom integriert und die Expression adenoviraler Gene ist nur temporär. Die langfristige Expression ist bei der Therapie maligner Erkrankungen nicht erforderlich oder sogar nicht erwünscht, da die Eradikation der Tumorzellen im Vordergrund steht und die Expression zytotoxischer Gene oder Zy- tokingene auf die Dauer der Tumoreradikation beschränkt bleiben sollte. Die adenovirale Expression von Suizidgenen in Pankreaskarzinomen und Kolonkarzinomen führt nach Gabe der entsprechenden Prodrugs zu einer signifikanten Tumorregression im Tiermodell, eine Überlebensverlängerung durch antitumorale Immunstimulation konnte durch suizidgenthera- peutische Ansätze allein nicht erzielt werden. Die adenoviral vermittelte Expression von Zytokinen ermöglichte neue Möglichkeiten zur Induktion von zytotoxischen T-Lymphozyten (insbesondere lnterleukin-2 und lnterleukin-12) .With gene therapy of metabolic diseases for permanent gene expression, which may be desirable, permanent gene expression is not required for gene therapy of malignant diseases. Preparations with higher virus titers and significantly higher transduction efficiency even at the time of infection of non-dividing cells make recombinant adenoviruses appear more suitable for experimental therapy of colorectal and other carcinomas. The adenoviral genome is not integrated into the host genome and the expression of adenoviral genes is only temporary. Long-term expression is not or is not required in the treatment of malignant diseases desirable because the eradication of the tumor cells is in the foreground and the expression of cytotoxic genes or cytokines genes should be limited to the duration of the tumor eradication. The adenoviral expression of suicide genes in pancreatic and colon carcinomas leads to significant tumor regression in the animal model after administration of the corresponding prodrugs. A prolongation of survival through antitumor immunostimulation could not be achieved by suicide therapeutic approaches alone. The adenoviral-mediated expression of cytokines opened up new possibilities for the induction of cytotoxic T lymphocytes (in particular interleukin-2 and interleukin-12).
Mit der adenoviralen Expression von Interleukin-18 und In- terleukin-12 ist auch eine effiziente Aktivierung von NK- Zellen möglich geworden, die insbesondere eine Bedeutung bei der Gentherapie MHC-I negativer Tumoren haben wird. Nicht nur suizidgentherapeutische Ansätze sondern insbesondere auch Ansätze zur adenoviralen Expression von Zytokinen sind durch die Transgen-abhängige Toxizität limitiert. Diese wird nicht nur durch infizierte Tumorzellen sondern insbesondere auch durch die Transduktion umgebender Paren- chymzellen bedingt. So führt die systemische und portalvenöse Gabe von rekombinanten Adenoviren im tumorfreien Tiermodell zur überwiegenden Transduktion von Hepatozyten. Selbst bei direkter intratumoraler Injektion hepatischer Metastasen mit überwiegender Transduktion der Tumorzellen kommt es zur signifikanten Infektion benachbarter Hepatozyten mit einer Dosislimitierung durch die hieraus resultierende Hepatotoxizität .With the adenoviral expression of interleukin-18 and interleukin-12, an efficient activation of NK cells has also become possible, which will be of particular importance in the gene therapy of MHC-I negative tumors. Not only suicide therapeutic approaches but especially approaches to adenoviral expression of cytokines are limited by the transgene-dependent toxicity. This is caused not only by infected tumor cells but in particular also by the transduction of surrounding parenchyma cells. The systemic and portal venous administration of recombinant adenoviruses in the tumor-free animal model leads to the predominant transduction of hepatocytes. Even with direct intratumoral injection of hepatic metastases with predominant transduction of the tumor cells, there is significant infection of neighboring hepatocytes with dose limitation due to the resulting hepatotoxicity.
Die Verwendung tumor- und gewebespezifischer Promotoren ermöglicht die Reduktion der Transgen-Expression in umliegenden nicht malignen Zellen mit der Zielsetzung einer niedrigeren Toxizität dieser gentherapeutischen Ansätze. Eine gewebespezifische und sogar tumorspezifische Genexpression kann durch tumor- und gewebespezifische Promotoren erzielt werden. Derartige tumorspezifische Ansätze in der retroviralen- und adenoviralen Gentherapie sind für eine Vielzahl verschiedener Malignome entwickelt worden. Tabelle 1 gibt eine Übersicht zu tumorspezifischen bzw. allgemein gewebespezifischen Promotoren.The use of tumor- and tissue-specific promoters enables the reduction of transgene expression in surrounding non-malignant cells with the aim of lower toxicity of these gene therapy approaches. Tissue-specific and even tumor-specific gene expression can be achieved by tumor and tissue-specific promoters. Such tumor-specific approaches in retroviral and adenoviral gene therapy have been developed for a large number of different malignancies. Table 1 gives an overview of tumor-specific or tissue-specific promoters.
Ein idealer tumorspezifischer Promoter vereint dabei folgende Eigenschaften: (1) Eine hohe Genexpression im Tumorgewebe mit (2) vergleichsweise geringer Genexpression in dem umgebenden Gewebe, sowie (3) die breite Verwendungsmöglichkeit innerhalb einer Tumorentität .An ideal tumor-specific promoter combines the following properties: (1) high gene expression in the tumor tissue with (2) comparatively low gene expression in the surrounding tissue, and (3) the wide range of uses within a tumor entity.
Das karzinoembryonale Antigen (CEA) konnte in 70% aller ko- lorektaler Karzinome nachgewiesen werden und in 60% aller Patienten mit Kolonkarzinom sind die CEA-Serumspiegel erhöht. Bei der Entwicklung eines spezifischen adenoviral gentherapeutischen Ansatzes zur Therapie hepatischer Metastasen kolorektaler Karzinome ermöglicht die Verwendung des CEA-Promoters die selektive Genexpression in CEA-positiven Kolonkarzinomen mit vernachlässigbarer Expression in Hepa- tozyten. Die Transgen-Expression ist jedoch nur auf CEA- exprimierende, differenzierte Kolonkarzinom-Zellen beschränkt und die Genexpression ist signifikant niedriger als bei Verwendung des in der Gentherapie verbreiteten Cy- tomegalievirus-Promoters .The carcinoembryonic antigen (CEA) was detected in 70% of all colorectal carcinomas and in 60% of all patients with colon carcinoma the CEA serum levels were increased. In the development of a specific adenoviral gene therapy approach to the treatment of hepatic metastases of colorectal cancer, the use of the CEA promoter enables selective gene expression in CEA-positive colon cancer with negligible expression in hepatocytes. However, transgene expression is only limited to differentiated colon carcinoma cells expressing CEA and gene expression is significantly lower than when using the cytomegalovirus promoter which is widespread in gene therapy.
Mucine wurden erstmals im Endothel des Gastrointestinal- traktes beschrieben und die Expression dieser Mucine wurde bereits 1994 als potentielles immunologisches Target bei der Therapie gastrointestinaler Karzinome diskutiert. Die Mucin-1-mRNA Expression konnte regelhaft in kolorektalen Karzinomen, aber nicht in Hepatozyten nachgewiesen werden und die Mucinexpression korreliert im Gegensatz zur CEA- Expression positiv mit der hepatischen Metastasierung und Tumorentwicklung. Die Veröffentlichung "SCHWARTZ, B., BRESALIER, R.S. and KIM, Y.S. (1992) . The role of mucin in coloncancer metastasis. Int J Cancer 52, 60-65" erläutert die entsprechenden Hintergründe.Mucins were first described in the endothelium of the gastrointestinal tract and the expression of these mucins was already discussed in 1994 as a potential immunological target in the treatment of gastrointestinal carcinomas. Mucin-1 mRNA expression was regularly detected in colorectal carcinomas, but not in hepatocytes and in contrast to CEA expression, mucin expression correlates positively with hepatic metastasis and tumor development. The publication "SCHWARTZ, B., BRESALIER, RS and KIM, YS (1992). The role of mucin in coloncancer metastasis. Int J Cancer 52, 60-65" explains the corresponding background.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung ade- noviraler Vektoren für die Gentherapie kolorektaler Karzinome, die eine spezifische, aber dennoch effiziente Transgen-Expression ermöglichen und damit die therapeutische Breite eines solchen experimentellen Ansatzes erhöhen.The object of the present invention is to develop ade-viral vectors for the gene therapy of colorectal carcinomas which enable a specific but nevertheless efficient transgene expression and thus increase the therapeutic range of such an experimental approach.
Die Expression adenoviraler Gene soll durch die Verwendung eines singulären adenoviralen Vektorsystems gering gehalten werden und die rekombinanten, replikationsdefizienten Adenoviren sollten in hohen Titern mit guter Transduktions- Effizienz gegenüber einer Vielzahl verschiedener Kolon- karzinom-Zell-Linien synthetisiert werden können. Daraus ergeben sich folgende Zielvorgaben:The expression of adenoviral genes is said to be kept low by the use of a singular adenoviral vector system and the recombinant, replication-deficient adenoviruses should be able to be synthesized in high titers with good transduction efficiency in relation to a large number of different colon carcinoma cell lines. This results in the following targets:
1. Rekombinante, replikationsdefiziente Adenoviren des Serotyps Ad51. Recombinant, replication-deficient adenoviruses of the Ad5 serotype
2. Spezifische Genexpression in mucin-positiven Zellen2. Specific gene expression in mucin-positive cells
3. Effiziente, dem Cytomegalovirus-Promoter vergleichbare Genexpression3. Efficient gene expression comparable to the cytomegalovirus promoter
4. Konstruktion singulärer adenoviraler Vektoren4. Construction of singular adenoviral vectors
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Genexpression durch einen Mucin-1/DF3 Promotor vermittelt wird und daß zur Amplifikation der Genexpression ein GAL4/VP16-Fusionsprotein erzeugt wird.The object is achieved according to the invention in that the gene expression is mediated by a mucin-1 / DF3 promoter and in that a GAL4 / VP16 fusion protein is generated for the amplification of the gene expression.
Bei der Entwicklung dieser spezifischen und zugleich potenten adenoviralen Vektoren für die Gentherapie kolorektaler Karzinome wurde ein System zur Amplifikation der Transgen- Expression integriert. Dazu wurde ein Gal4/VP16- Fusionsprotein kodierendes Gen unter der Kontrolle des spezifischen DF3/Muc-1 Promoters in die El-Region rekombinan- ter Adenoviren kloniert . In demselben Adenovirus wurden dann weiter downstream Gal4-Bindungsstellen für die Induktion der Transgen-Expression integriert.During the development of these specific and at the same time potent adenoviral vectors for the gene therapy of colorectal carcinomas, a system for the amplification of the transgenic Expression integrated. For this purpose, a gene coding for Gal4 / VP16 fusion protein was cloned into the El region of recombinant adenoviruses under the control of the specific DF3 / Muc-1 promoter. Downstream Gal4 binding sites for the induction of transgene expression were then integrated in the same adenovirus.
Gal4 wurde bereits 1974 in der Regulation des Galaktose- stoffwechseis in Saccharomyces cerevisiae beschrieben. Erst 11 Jahre später wurde die korrespondierende Bindungsstelle identifiziert. Die Fusion dieses Gal4 mit VP16, einem Her- pes Simplex Virus TransSkriptions-Aktivator der "Immediate early viral genes" resultierte in einem in eukaryonten Zellen ungewöhnlich potenten Transskriptions-Aktivator . Die Kombination von 5 Gal4-Bindungsstellen erbrachte darüber hinaus eine 36-fache Amplifikation der Expression gegenüber einer Gal -Bindungsstelle. Dieses System wurde beispielsweise von "Tantin, D., CHI, T. , HORI, R. , PYO, S., and CAREY, M (1996) . Biochemical mechanism of transcriptional activation by GAL4-VP16. Methods Enzymol 274, 133-149" charakterisiert und in adenoviralen Vektoren zur Expression des BAX-Genes verwendet .Gal4 was already described in 1974 in the regulation of galactose metabolism in Saccharomyces cerevisiae. The corresponding binding site was not identified until 11 years later. The fusion of this Gal4 with VP16, a Herpes Simplex Virus transcription activator of the "Immediate early viral genes", resulted in a transcription activator that was unusually potent in eukaryotic cells. The combination of 5 Gal4 binding sites also resulted in a 36-fold amplification of expression compared to a Gal binding site. This system was described, for example, by "Tantin, D., CHI, T., HORI, R., PYO, S., and CAREY, M (1996). Biochemical mechanism of transcriptional activation by GAL4-VP16. Methods Enzymol 274, 133- 149 "and used in adenoviral vectors to express the BAX gene.
Der hier beschriebene Ansatz stellt die erstmalige Verwendung des Gal4VPl6-Transaktivator-Systems in einem adenoviralen Vektor zur mucin-spezifischen Genexpression dar. Die Quantifikation der Genexpression erfolgte unter Verwendung des Luciferase Systems.The approach described here represents the first-time use of the Gal4VPl6 transactivator system in an adenoviral vector for mucin-specific gene expression. The quantification of the gene expression was carried out using the luciferase system.
Mit einer weiten Verbreitung der Mucinexpression in einer Vielzahl verschiedener gastrointestinaler Tumoren ermöglichte die Verwendung des erstmals im Mammakarzinom beschriebenen DF3/Muc-1 Promoters einen neuen, universelleren Ansatz in der Gentherapie kolorektaler Karzinome und deren hepatischer Metastasen. Die bisherigen gentherapeutischen Studien des Mammakarzinoms unter Verwendung des DF3/Muc-1 Promoters in "CHEN, L., CHEN, D., MANOME, Y., DONG, Y., FINE, H.A., and KUFE, D.W. (1995) Breast cancer selective gene expression and therapy mediated by recombinant adeno- viruses containing the DF3/MUC1 promoter. J Clin Invest 96, 2775-2782" zeigten eine spezifische aber im Vergleich zum CMV-Promoter deutlich schwächere Genexpression.With widespread mucin expression in a variety of different gastrointestinal tumors, the use of the DF3 / Muc-1 promoter described for the first time in breast cancer enabled a new, more universal approach to gene therapy of colorectal cancer and its hepatic metastases. The previous gene therapy Breast cancer studies using the DF3 / Muc-1 promoter in "CHEN, L., CHEN, D., MANOME, Y., DONG, Y., FINE, HA, and KUFE, DW (1995) Breast cancer selective gene expression and therapy mediated by recombinant adenoviruses containing the DF3 / MUC1 promoter. J Clin Invest 96, 2775-2782 "showed a specific but significantly weaker gene expression than the CMV promoter.
Immunhistochemischer Nachweis von Muc-1 in Tumorgewebe und ZellkulturImmunohistochemical detection of Muc-1 in tumor tissue and cell culture
Gewebe primärer Tumoren oder hepatischer Metastasen wurden in 10% Formalin fixiert (pH 7,3) und in Parafin eingebettet. In 5 μm Dünnschnitten wurde mit Xylene das Paraffin extrahiert und die Proben nach Demaskierung antigener Strukturen durch Citrat-Vorbehandling mit einer 1:100 Verdünnung eines murinen, monoklonalen anti-Mucin-1 Antikörpers (Klon VU 4-H-5, Maus igGl, #sc-7313, Santa Cruz, USA) 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Alternativ wurden Objektträger mit kultivierten Tumorzellen Azeton-fixiert, luftgetrocknet und mit einer 1:50 Verdünnung Schafserum präinkubiert . Der Nachweis gebundener mucinspezifischer Antikörper erfolgte durch alkalische Phosphatase- antialkalische Phosphatase-Zweitantikörper (APAAP) .Die alkalische Phosphatase-Aktivität wurde schließlich mit Hilfe von Neufuchsin nachgewiesen und die Gewebsschnitte mit Hä- matoxylin gegengefärbt, in den Zellkulturpräparationen erfolgte zur Inhibition endogener alkalischer Phosphatase- Aktivität eine Präinkubation mit 0,8 mg/ml Levamisol.Tissues from primary tumors or hepatic metastases were fixed in 10% formalin (pH 7.3) and embedded in paraffin. The paraffin was extracted in 5 μm thin sections with xylene and the samples after unmasking of antigenic structures by citrate pretreatment with a 1: 100 dilution of a murine, monoclonal anti-mucin-1 antibody (clone VU 4-H-5, mouse igGl, # sc-7313, Santa Cruz, USA) incubated for 1 hour at room temperature. Alternatively, slides with cultured tumor cells were acetone-fixed, air-dried and preincubated with a 1:50 dilution of sheep serum. Bound mucin-specific antibodies were detected by alkaline phosphatase-anti-alkaline phosphatase antibodies (APAAP). The alkaline phosphatase activity was finally detected with the help of Neufuchsin and the tissue sections were stained with hematoxylin, in the cell culture preparations for the inhibition of endogenous alkaline phosphatase activity preincubation with 0.8 mg / ml levamisole.
Zeil-LinienCell-lines
Die Kultivierung der 293 -Nierenkarzinom-Zelllinie erfolgte in HGDMEM-Zellkulturmedium (Gibco, Rockville, MD) . Die humane HepG2 HCC-zelllinie sowie die humanen Kolonkarzinom- Zelllinen Colo320, Colo205, HT29, Lovo, SkCol, SW620 wurden in den jeweils empfohlenen Medien (ATCC) propagiert. Alle Zellkulturmedien wurden mit 10% fetalem Kälberserum sowie 1% Glutamin und 1% Penicillin-Streptomycin Supplementiert . Die Kultivierung erfolgte nach Zellkultur- Standardprozeduren .The 293 renal carcinoma cell line was cultivated in HGDMEM cell culture medium (Gibco, Rockville, MD). The human HepG2 HCC cell line and the human colon carcinoma cell lines Colo320, Colo205, HT29, Lovo, SkCol, SW620 were propagated in the recommended media (ATCC). All Cell culture media were supplemented with 10% fetal calf serum, 1% glutamine and 1% penicillin-streptomycin. The cultivation was carried out according to standard cell culture procedures.
Klonierung adenoviraler ExpressionsplasmideCloning adenoviral expression plasmids
Klonierung des pAd.CMV-luc: Das Luciferase-Gen wurde mittels Kpnl/SallVerdau aus pGL3 herausgeschnitten und in den adenoviralen Expressionsvektor pAd.CMV-pA ligiert. Klonierung des pAd.Mucl/DF3-luc: Der Mucin-Promoter wurde durch Xbal/Kpnl-Verdau von pDF3-CAT+3-7 isoliert und ersetzte in pAd.CMV-pA den CMV-Promoter. Das Luciferase-Gen wurde nach Kpnl/Sall Verdau in den pGreenLantern Vektor zwischenkloniert und nach Kpnl/Not1-Verdau in die multiple cloning site des pAd.Mucl/DF3pA eingebaut.Cloning of the pAd.CMV-luc: The luciferase gene was excised from pGL3 using Kpnl / Sall digestion and ligated into the adenoviral expression vector pAd.CMV-pA. Cloning of pAd.Mucl / DF3-luc: The mucin promoter was isolated by Xbal / Kpnl digestion of pDF3-CAT + 3-7 and replaced the CMV promoter in pAd.CMV-pA. The luciferase gene was cloned into the pGreenLantern vector after Kpnl / Sall digestion and was inserted into the multiple cloning site of the pAd.Mucl / DF3pA after Kpnl / Not1 digestion.
Klonierung des pAd.Mucl/DF3bιn-luc : Das Gal4VP16 enthaltende Hindlll Fragment des pSGVP wurde in die Hindlll Region des pGal4B5-CAT 5"-terminal der Gal4-Bindungsstelle kloniert. Das SV40pA aus pBK-CMV wurde nachfolgend durch Kpnl/Mlul Verdau und Blunt-End-Ligation in die Psti Region zwischen Gal4VPl6 und Gal4B5 integriert . Partialverdau mit Hindlll sowie Sacl führte zur Isolation der das binäre System enthaltenden Kassette, welche in die Multiple cloning site von pBK-CMV kloniert wurde. Nachfolgender Verdau mit Clal und Sacl sowie Blunt-End-Ligation in die Kpnl-Region 3'- terminal des Mucin-Promoters des pAd.Mucl/DF3-luc resultierte in dem adenoviralen Expressionsplasmid pAd.Mucl/DF3bin-luc .Cloning of the pAd.Mucl / DF3 bιn -luc: The Hindlll fragment of the pSGVP containing Gal4VP16 was cloned into the Hindlll region of the pGal4B5-CAT 5 "terminal of the Gal4 binding site. The SV40pA from pBK-CMV was subsequently digested by Kpnl / Mlul and blunt-end ligation integrated into the Psti region between Gal4VPl6 and Gal4B5, partial digestion with Hindlll and Sacl led to the isolation of the cassette containing the binary system, which was cloned into the multiple cloning site of pBK-CMV, followed by digestion with Clal and Sacl and blunt-end ligation into the Kpnl region 3'-terminal of the mucin promoter of the pAd.Mucl / DF3-luc resulted in the adenoviral expression plasmid pAd.Mucl / DF3bin-luc.
Plasmidtransfektion von 293 -ZellenPlasmid transfection of 293 cells
2*105 293-Zellen wurden für 12 Stunden in 6-well Zellkulturplatten inkubiert und nachfolgend mit 0,3 μg gereinigter DNA und 0,3 μg eines pSV-ß-Galaktosidase Kontrollplasmides Kaiziumphosphat-kopräzipitiert . 4,5 Stunden später wurde Medium ergänzt und nach 24 Stunden die Zellen zur Lucifera- se- und Galaktosidaseaktivitat in 150 μl Zellkultur-Lysis- Reagenz lysiert. Die Bestimmung von Galaktosidase und Luci- ferase erfolgte gemäß der Protokolle des Herstellers (Tro- pix, Foster City, CA) .2 * 10 5 293 cells were incubated for 12 hours in 6-well cell culture plates and subsequently co-precipitated with 0.3 μg of purified DNA and 0.3 μg of a pSV-ß-galactosidase control plasmid. 4.5 hours later Medium was added and after 24 hours the cells were lysed for luciferase and galactosidase activity in 150 μl cell culture lysis reagent. Galactosidase and luciferase were determined in accordance with the manufacturer's protocols (Tropix, Foster City, CA).
Generation rekombinanter, replikationsdefizienter AdenovirenGeneration of recombinant, replication-deficient adenoviruses
Nach Reduktion der LPS-Kontamination von Plasmid-DNA durchAfter reducing the LPS contamination from plasmid DNA by
Triton-X Extraktion erfolgte die Generation rekombinanter Adenoviren durch Kopräzipitation und homologe Rekombination der korrespondierenden adenoviralen Expressionsplasmide mit pBHGIO in 293-Zellen. Die Aufreinigung rekombinanter Adenoviren nach Replikation in 293-Zellen erfolgte durch CsCl- Dichtegradienten-Zentrifugation. Plaque-forming units wurden durch Infektion von 293-Zellen mit seriellen Verdünnungen und Agarose-Overlay bestimmt. Die resultierenden Titer waren 7,5*109 p.f.u./ml (Ad.CMV-luc) , 8,4*109 p.f.u./ml (Ad.Muc-luc) sowie 2,5*109 p.f.u./ml (Ad.Mucbin-luc) . Virale DNA wurde mit Hilfe eines Qiagen DNA Blood-Kits isoliert und partiell sequenziert, um die Integration der Promoter- und Transaktivator-Elemente zu bestätigen.With Triton-X extraction, recombinant adenoviruses were generated by coprecipitation and homologous recombination of the corresponding adenoviral expression plasmids with pBHGIO in 293 cells. Recombinant adenoviruses were purified after replication in 293 cells by CsCl density gradient centrifugation. Plaque-forming units were determined by infecting 293 cells with serial dilutions and agarose overlay. The resulting titers were 7.5 * 10 9 pfu / ml (Ad.CMV-luc), 8.4 * 10 9 pfu / ml (Ad.Muc-luc) and 2.5 * 10 9 pfu / ml (Ad. Muc bin -luc). Viral DNA was isolated using a Qiagen DNA Blood Kit and partially sequenced to confirm the integration of the promoter and transactivator elements.
Adenovirale Infektion humaner TumorzellenAdenoviral infection of human tumor cells
Die hepatozelluläre Karzinom-Zelllinie HepG2 sowie die humanen Kolonkarzinom-Zell-Linien HT29, Colo205 und SkCol wurden mit jeweils 10ε Zellen pro well 6 Stunden vor geplanter Infektion mit rekombinanten Adenoviren in 6 well- Zellkultur-Platten inkubiert. AufgereinigteThe hepatocellular carcinoma cell line HepG2 and the human colon carcinoma cell lines HT29, Colo205 and SkCol were incubated with 10 ε cells per well 6 hours before planned infection with recombinant adenoviruses in 6 well cell culture plates. purified
Viruspräparationen wurden mit McCoy-Zellkulturmedium verdünnt und die Tumorzellen für 1 Stunde in jeweils 500 μl inkubiert. Anschließend erfolgte die Kultivierung über 24 Stunden in dem entsprechenden Wachstumsmedium. Die Bestimmung der Luciferase-Aktivitat erfolgte abschließend aus den Zelllysaten. Quantifikation der Luciferase-GenexpressionVirus preparations were diluted with McCoy cell culture medium and the tumor cells were incubated for 1 hour in 500 μl each. The cultivation then took place over 24 hours in the appropriate growth medium. The luciferase activity was finally determined from the cell lysates. Quantification of luciferase gene expression
Die Transgen-Expression wurde durch Quantifizierung des Lu- ciferase-Reportergenes im Zelllysat bestimmt. Standardkurven unter Verwendung von rekombinanter Luciferase in Konzentrationen von 1 pg/ml bis 300 ng/ml dienten zur Ermittlung einer biphasischen exponentiellen Annäherung. Die Funktionsberechnung erfolgte mit Hilfe der PRISM-Software (GraphPad Software, Ine, SanDiego, CA) . Die Luciferase- Expression wurde mit dem Gesamtzell-Protein korreliert, welches mit Hilfe eines DC-Protein Assay Kits bestimmt wurde.The transgene expression was determined by quantifying the luciferase reporter gene in the cell lysate. Standard curves using recombinant luciferase in concentrations from 1 pg / ml to 300 ng / ml were used to determine a biphasic exponential approximation. The function was calculated using the PRISM software (GraphPad Software, Ine, SanDiego, CA). Luciferase expression was correlated with the total cell protein, which was determined using a DC protein assay kit.
SDS-Page und ImmunobiottingSDS-Page and Immunobiotting
Zelllysate von HepG2, HT29, Colo205 und SkCol nach Infektion mit Ad.Muc-luc oder Ad.Mucbin-luc wurden nach Aufkochen in Laemmli-Probenpuffer unter reduzierenden Bedingungen mittels SDS-Acrylamid-Gelelektrophorese aufgetrennt und die Proteine auf 0,45 μm Immobilon-P transferiert. Nach Blok- kierung erfolgte die Detektion von Aktin und Gal4VP16 durch anti-Aktin-Antikörper und polyklonale anti-VP16-Antikörper. Nach Waschen der Blots mit 0,1% Tween-20 in TBS, pH 7,5 erfolgte die Inkubation mit einem Peroxidase-markierten Zweitantikörper und Visualisierung durch Chemilumineszenz- Detektion entsprechend den Angaben des Herstellers.Cell lysates of HepG2, HT29, Colo205 and SkCol after infection with Ad.Muc-luc or Ad.Muc bin -luc were separated after boiling in Laemmli sample buffer under reducing conditions using SDS-acrylamide gel electrophoresis and the proteins on 0.45 μm Immobilon -P transferred. After blocking, actin and Gal4VP16 were detected by anti-actin antibodies and polyclonal anti-VP16 antibodies. After washing the blots with 0.1% Tween-20 in TBS, pH 7.5, they were incubated with a peroxidase-labeled second antibody and visualized by chemiluminescence detection according to the manufacturer's instructions.
Versuchsergebnissetest results
Mucin-Expression im KolonkarzinomMucin expression in colon carcinoma
Zur Testung dieses mucin-spezifischen adenoviralen Systems mit Gal4VP16 amplifizierter Genexpression wurden Kolonkarzinom-Gewebe und verschiedene Zeil-Linien bezüglich ihrer Mucin-Genexpression hin untersucht. Der Mucinnachweis in humanen Kolonkarzinom-Geweben erfolgte entsprechend Fig. 1. Hier ist die Muzin-1 Expression im humanen Kolonkarzinom (A) und einer hepatischen Metastase (B) veranschaulicht. In Parafin-fixierten Schnitten wurde das Mucin-1 mittels mo- noklonaler Antikörper und einer Alkalische Phosphatase vermittelten Neufuchsin-Farbreaktion nachgewiesen. In den Kolonkarzinomzellen finden sich intrazytoplasmatische Mucin- depots sowohl in dem Primärtumor als auch in der hepatischen Metastase, umliegende Hepatozyten (B, unterer Bildabschnitt) weisen keine Mucin-1 Färbung auf.To test this mucin-specific adenoviral system with Gal4VP16 amplified gene expression, colon carcinoma tissues and various Zeil lines were examined for their mucin gene expression. Mucin detection in human colon carcinoma tissues was carried out in accordance with FIG. 1. The mucin-1 expression in human colon carcinoma (A) and hepatic metastasis (B) is illustrated here. In paraffin-fixed sections, mucin-1 was detected using a monoclonal antibody and an alkaline phosphatase-mediated neufuchsin color reaction. In the colon carcinoma cells there are intracytoplasmic mucin deposits both in the primary tumor and in the hepatic metastasis. Surrounding hepatocytes (B, lower section of the image) show no mucin-1 staining.
Die Färbung von Kolonkarzinom-Zellen erfolgte nach Fixierung mit Azeton entsprechend Fig. 2. Hier ist der Nachweis von Mucin-1 in humanen Kolonkarzinom-Zell-Linien veranschaulicht. Nach Fixierung und Inkubation mit einem mo- noklonalen Antikörper gegen Mucin-1 konnte Mucin in verschiedenen humanen Kolonkarzinom-Zell-Linien nachgewiesen werden (HT29, SW620, Lovo, Colo205, SkCol) . Colo320 und die humane HCC-Zellinie HepG2 wiesen keine Mucin-1 Expression auf. In dem Primärtumor sind Cluster von Kolonkarzinom- Zellverbänden zu erkennen, umgeben von mucin-negativen Fi- broblasten. Die hepatischen Metastasen dieses Kolonkarzinoms exprimieren signifikante Mengen Mucin ohne Nachweis von Muc-1 in dem umliegenden hepatischen Gewebe. In der humanen HCC-Zelllinie HepG2 konnte ebenfalls kein Muc-1 nachgewiesen werden, welches Voruntersuchungen auf muc-1 mRNA- Ebene entspricht. In den verschiedenen humanen Kolonkarzinom-Zell-Linien konnte eine unterschiedlich ausgeprägte Mucin-Colonic carcinoma cells were stained after fixation with acetone as shown in FIG. 2. The detection of mucin-1 in human colon carcinoma cell lines is illustrated here. After fixation and incubation with a monoclonal antibody against mucin-1, mucin could be detected in various human colon carcinoma cell lines (HT29, SW620, Lovo, Colo205, SkCol). Colo320 and the human HCC cell line HepG2 showed no mucin-1 expression. Clusters of colon carcinoma cell groups can be seen in the primary tumor, surrounded by mucin-negative fibroblasts. The hepatic metastases of this colon carcinoma express significant amounts of mucin without detection of Muc-1 in the surrounding hepatic tissue. In the human HCC cell line HepG2, too, no Muc-1 could be detected, which corresponds to preliminary examinations at the muc-1 mRNA level. In the different human colon carcinoma cell lines, a differently developed mucin
Expression nachgewiesen werden. Abgesehen von Colo320, bei der keine Muc-1 Expression nachweisbar war, exprimierten alle anderen getesteten Zeil-Linien Mucin mit maximaler Expression in SkCol. Die HCC-Zelllinie HepG2 sowie HT29 mit niedriger-, Colo205 mit mittlerer- und SkCol mit hoher Mu- cin-1 Expression wurden für die nachfolgenden Untersuchungen zur adenoviral vermittelten, mucin-1 abhängigen a plifizierten Transgen-Expression verwendet.Expression can be demonstrated. Apart from Colo320, in which no Muc-1 expression was detectable, all other Zeil lines tested expressed mucin with maximum expression in SkCol. The HCC cell line HepG2 and HT29 with low, Colo205 with medium and SkCol with high cin-1 expression was used for the subsequent studies on adenoviral-mediated, mucin-1-dependent aplified transgene expression.
Adenovirale Vektoren zur amplifizierten mucinspezifischenAdenoviral vectors for amplified mucin-specific
Genexpressiongene expression
Rekombinante adenovirale Vektoren wurden gemäß Fig. 3 mit folgenden Promoter-Elementen konstruiert: Cytomegalovirus (CMV) -kontrollierte Luciferase-Genexpression (A) , mucin-1 spezifische Genexpression unter Verwendung des DF3/Muc-1 Promoters (B) und ein mucin-1 spezifisches Genexpressions- system zur Luciferase-Genexpression unter Verwendung einer integrierten Kassette zur Gal4VPl6-Transaktivator- Fusionsprotein-vermittelten Amplifikation der Genexpression (C) . Dabei erfolgt die Luciferase-Genexpression sekundär nach mucin-1 abhängiger Gal4VP16 Expression und Bindung an die weiter downstream gelegenen Gal4-Bindungsstellen mit VP16 vermittelter Transaktivierung dieser sekundären Genexpression. Diese Elemente wurden in die El-Region adenoviraler Expressionsplasmide kloniert und die Expressionsplasmide mit pBHGIO wie beschrieben, zur Generation rekombinanter Adenoviren in 293-Zellen homolog rekombiniert.Recombinant adenoviral vectors were constructed according to FIG. 3 with the following promoter elements: cytomegalovirus (CMV) -controlled luciferase gene expression (A), mucin-1 specific gene expression using the DF3 / Muc-1 promoter (B) and a mucin-1 specific gene expression system for luciferase gene expression using an integrated cassette for Gal4VPl6 transactivator-fusion protein-mediated amplification of gene expression (C). The luciferase gene expression takes place secondarily after mucin-1 dependent Gal4VP16 expression and binding to the further downstream Gal4 binding sites with VP16 mediated transactivation of this secondary gene expression. These elements were cloned into the EI region of adenoviral expression plasmids and the expression plasmids were homologously recombined with pBHGIO as described for the generation of recombinant adenoviruses in 293 cells.
Durch partielle Sequenzierung wurden Promoter-Insertion, Transaktivator-Elemente und das Luciferase-Gen verifiziert. Nach Pazipitation der adenoviralen Expressionsplasmide in 293-Zellen sowie Infektion von HT29-Zellen mit den entsprechenden Adenoviren konnte die Luciferase-Genexpression nachgewiesen werden. Fig. 3 veranschaulicht graphisch das System zur amplifizierten Genexpression. Der mucin-1 spezifische Promoter (DF3/Mucl) dient nicht direkt der Kontrolle der Transgen-Expression (B) sondern zunächst der Expression eines Gal4VPl6 Fusionsproteins (C) . Dieser sehr potente Transaktivator führt nach Bindung an eine weiter downstream gelegene Gal4-Bindungsstelle über die VP16-Domäne zur Aktivierung der nachgeschalteten Transgen-Expression. Diese Konstrukte wurden mit der Transgen-Expression durch einen CMV Promotor (A) verglichen. Gal4B5 : In 5-facher Kopie vorliegende Gal4-Bindungsstelle.Partial sequencing verified promoter insertion, transactivator elements and the luciferase gene. After pacification of the adenoviral expression plasmids in 293 cells and infection of HT29 cells with the corresponding adenoviruses, the luciferase gene expression could be detected. 3 graphically illustrates the system for amplified gene expression. The mucin-1 specific promoter (DF3 / Mucl) is not used directly to control transgene expression (B) but first to express a Gal4VPl6 fusion protein (C). This very potent one After binding to a Gal4 binding site further downstream, the transactivator leads to activation of the downstream transgene expression via the VP16 domain. These constructs were compared to transgene expression by a CMV promoter (A). Gal4B5: 5-fold copy of the Gal4 binding site.
Fig. 4 veranschaulicht die Klonierung adenoviraler Vektoren zur spezifischen, amplifizierten Genexpression. Die in Fig. 3 beschriebenen Konstrukte wurden in die El-Region entsprechender rekombinanter, replikationsdefizienter Adenoviren eingebaut. Die Konstruktion dieser Adenoviren erfolgte durch nachfolgende Kopräzipitation mit pBHGIO zur homologen Rekombination in 293-Zellen. Figure 4 illustrates the cloning of adenoviral vectors for specific, amplified gene expression. The constructs described in FIG. 3 were inserted into the El region of corresponding recombinant, replication-deficient adenoviruses. These adenoviruses were constructed by subsequent coprecipitation with pBHGIO for homologous recombination in 293 cells.
Amplifikation der Genexpression durch Gal4VPl6-Amplification of gene expression by Gal4VPl6-
Transaktivierungtransactivation
Um die Amplifikation der Genexpression durch Integration eines Gal4VP16-Fusionsprotein-Genes und der entsprechenden Gal4-Bindungsstellen zu quantifizieren, wurden verschiedene, mucin-negative (HepG2) und mucin-positive (HT29, Co- lo205, SkCol) Zeil-Linien mit Ad.Muc-luc oder Ad.Mucbin-luc infiziert, und nach 24 Stunden die Luciferase-Genexpression pro zelluläres Gesamtprotein verglichen, die Ergebnisse sind in Fig. 5 veranschaulicht.In order to quantify the amplification of the gene expression by integrating a Gal4VP16 fusion protein gene and the corresponding Gal4 binding sites, various mucin-negative (HepG2) and mucin-positive (HT29, Colo205, SkCol) cell lines with Ad. Muc-luc or Ad.Muc bin -luc infected, and after 24 hours compared the luciferase gene expression per total cellular protein, the results are illustrated in Fig. 5.
Fig. 5 zeigt insbesondere die Amplifikation der Genexpression durch das binäre System. Zur Quantifikation der Amplifikation wurden HepG2 (HCC) und verschiedene humane Kolonkarzinom-Zell-Linien (HT29, Colo205 und SkCol) mit unterschiedlichen viralen Dosen (multiplicity of infection = m.o.i.) der Adenoviren Ad.Mucb:LI.-luc und Ad.Muc-luc infiziert und die Luciferase-Aktivitat als Maß der Transgen- Expression quantifiziert.5 shows in particular the amplification of gene expression by the binary system. HepG2 (HCC) and various human colon carcinoma cell lines (HT29, Colo205 and SkCol) with different viral doses (multiplicity of infection = moi) of the adenoviruses Ad.Muc b: LI.-Luc and Ad.Muc -luc infected and the luciferase activity quantified as a measure of transgene expression.
Die rekombinanten Adenoviren Ad.Muc-luc und Ad.Mucbin-luc beinhalten beide den mucin-1 spezifischen Promotor, unterscheiden sich jedoch bezüglich des Vorhandenseins eines binären Systems zur Amplifikation der Genexpression. In HepG2 konnte eine, unabhängig von der m.o.i. der verwendeten rekombinanten Adenoviren, 50-200 fache Amplifikation der Genexpression erreicht werden. In den mucin-1 positiven Zell- Linien war die Amplifikation von der verwendeten m.o.i. abhängig und betrug bis 250-fach. Bei einer m.o.i. von 100 entsprach die Amplifikation der Genexpression im mucin- negativen System der Amplifikation in den mucin-positiven Zeil-Linien. Vergleich amplifizierter, spezifischer Expression mit demThe recombinant adenoviruses Ad.Muc-luc and Ad.Muc bin -luc both contain the mucin-1 specific promoter, but differ in the presence of a binary system for amplifying gene expression. In HepG2 it was possible to achieve a 50-200 fold amplification of the gene expression, regardless of the moi of the recombinant adenoviruses used. In the mucin-1 positive cell lines, the amplification was dependent on the moi used and was up to 250-fold. With a moi of 100, the amplification of the gene expression in the mucin-negative system corresponded to the amplification in the mucin-positive Zeil lines. Comparison of amplified, specific expression with that
CMV-PromoterCMV promoter
Der konstitutive virale Cytomegalovirus (CMV) -Promoter ermöglicht in einer Vielzahl adenoviral gentherapeutischer präklinischer - und klinischer Studien eine zwar nur temporäre aber hohe Transgen-Expression. Es wurde daher der Frage nachgegangen, ob die adenoviralen Vektoren zur mucin- spezifischen und Gal4VP16-amplifizierten Genexpression eine mit dem CMV-Promoter vergleichbare Genexpression besitzen und damit effektive gentherapeutische Ansätze zur spezifischen Gentherapie ermöglichen.The constitutive viral cytomegalovirus (CMV) promoter enables transgene expression, which is only temporary but high, in a large number of adenoviral gene therapy preclinical and clinical studies. The question was therefore asked whether the adenoviral vectors for mucin-specific and Gal4VP16-amplified gene expression have a gene expression comparable to that of the CMV promoter and thus enable effective gene therapy approaches for specific gene therapy.
Dazu wurden wiederum verschiedene mucin-positive und mucin- negative Zeil-Linien mit unterschiedlichen m.o.i. von entweder Ad.CMV-luc, Ad.Muc-luc oder Ad.Mucbin-luc infiziert und nach 24 Stunden die Luciferase-Transgenexpression bezogen auf das Gesamt-Zellprotein bestimmt. Fig. 6 zeigt hierzu einen Vergleich der amplifizierten spezifischen Genexpression mit der CMV-vermittelten Genexpression. Verschiedene mucin-1 positive- und negative Zeil-Linien wurden wiederum mit unterschiedlichen m.o.i. der Adenoviren Ad.Mucbin- luc, Ad.Muc-luc und Ad.CMV-luc infiziert und die Luciferase-Genexpression quantifiziert.For this purpose, different mucin-positive and mucin-negative cell lines were infected with different moi of either Ad.CMV-luc, Ad.Muc-luc or Ad.Muc bin -luc and after 24 hours the luciferase transgene expression based on the total Cell protein determined. 6 shows a comparison of the amplified specific gene expression with the CMV-mediated gene expression. Different mucin-1 positive and negative cell lines were again infected with different moi of the adenoviruses Ad.Muc bin -luc, Ad.Muc-luc and Ad.CMV-luc and the luciferase gene expression was quantified.
Die Verwendung des Ad.Mucbin-luc ergab im Vergleich zum Ad.CMV-luc bereits in der mucin-negativen Zelllinie HepG2 eine 7 bis 1,3-fach (m.o.i. = 100) höhere Luciferase- Genexpression, in mucin-positiven Zeil-Linien war die Ad.Mucbin-luc vermittelte Genexpression gegenüber Ad.CMV-luc mit jedoch bis zu 590-fach deutlich überlegen. Insbesondere bei den höheren und damit nebenwirkungsrelevanteren m.o.i.s (10 und 100) resultierte eine höher-spezifische Genexpression durch den DF3/Muc-1-Promoter in mucin-positiven Zellen in einer deutlichen Überlegenheit dieses Systems im Ver- gleich zu Ad.CMV-luc. Diese Daten illustrieren das Potential des Ad.Mucbin-luc für eine spezifische und hocheffiziente Gentherapie mucin-1 positiver Tumorzellen.Compared to Ad.CMV-luc, the use of the Ad.Muc bin -luc resulted in a 7 to 1.3-fold (moi = 100) higher luciferase gene expression in the mucin-negative cell line HepG2, in mucin-positive cell line The Ad.Muc bin -luc mediated gene expression was clearly superior to Ad.CMV-luc with up to 590-fold lines. Particularly in the case of the higher and thus more side effect-relevant mois (10 and 100), a more specific gene expression by the DF3 / Muc-1 promoter in mucin-positive cells resulted in a clear superiority of this system in the equal to Ad.CMV-luc. These data illustrate the potential of the Ad.Muc bin -luc for a specific and highly efficient gene therapy of mucin-1 positive tumor cells.
Darüber hinaus wurde die Transgen-Expression von Ad.Muc- luc, also dem adenoviralen Vektor zur spezifischen, aber nicht amplifizierten Transgen-Expression, mit dem Ad.CMV- luc verglichen, auch hierzu sind die Ergebnisse in Fig. 6 veranschaulicht. Trotz spezifischer Genexpression ist bei höheren m.o.i. diese Transgen-Expression selbst in mucin- positiven Zeil-Linien ohne Amplifikation der Verwendung des CMV-Promoters unterlegen.In addition, the transgene expression of Ad.Mucluc, that is to say the adenoviral vector for specific but not amplified transgene expression, was compared with the Ad.CMV-luc; the results are also illustrated in FIG. 6. Despite specific gene expression, higher m.o.i. underlie this transgene expression even in mucin-positive cell lines without amplification of the use of the CMV promoter.
In Tabelle 2 werden verschiedene mucin-positive Kolonkarzinom-Zell-Linien mit der mucin-negativen HepG2-Zellinie bezüglich der Transgen-Expression nach Infektion mit entweder Ad.Muc-luc (links) oder Ad.Mucbin-luc (rechts) verglichen. Erkennbar ist eine durch das binäre System im Vergleich zum nicht amplifizierten DF3/Muc-1 geringere, aber insbesondere bei höheren m.o.i. erhaltene Spezifität der mucin- abhängigen Genexpression.Table 2 compares various mucin-positive colon carcinoma cell lines with the mucin-negative HepG2 cell line for transgene expression after infection with either Ad.Muc-luc (left) or Ad.Muc bin -luc (right). One can see a lower specificity of the mucin-dependent gene expression compared to the non-amplified DF3 / Muc-1, but in particular obtained with higher moi, due to the binary system.
Dosis-korrigierte Transgen-Expression und Western-Blot AnalyseDose-corrected transgene expression and Western blot analysis
Die Zeil-Linien HepG2, HT29, Colo205 und SkCol unterscheiden sich bezüglich ihrer unterschiedlichen adenoviralen Transduktions-Effizienz . Um eine spezifische und amplifi- zierte Transgen-Expression unabhängig von der Transduktions-Effizienz der untersuchten Zelllinie bestimmen zu können, wurden zunächst die adenoviralen Titer bestimmt, die unter Verwendung des Ad.CMV-luc zu einer, auf das Gesamt- Zellprotein bezogen vergleichbaren Transgen-Expression führen. Mit einer m.o.i. von 6 (HepG2) , 80 (HT29) , 240 (Co- lo205) und 100 (SkCol) ergab sich bei der Infektion dieser Zeil-Linien mit Ad.CMV-luc bezüglich der Luciferase- Genexpression kein signifikanter Unterschied, dies ist in Fig. 7 dargestellt. Insbesondere ist hier die dosisadaptierte Transgen-Expression veranschaulicht. Zur Kompensation einer unterschiedlichen Transduktions-Effizienz der verschiedenen Karzinom-Zeil-Linien wurden verschiedene m.o.i. ermittelt, die unter Verwendung des Ad.CMV-luc zu einer vergleichbaren Transgen-Expression führten (HepG2 : 6 m.O.i., HT29: 80 m.o.i., Cθlθ205: 240 m.o.i., SkCol: 100 m.o.i.). Wird der Ad.CMV-luc Vektor gegen das rekombinante Adenovirus zur spezifischen, amplifizierten Genexpression, Ad.Mucbin-luc ausgetauscht, so kommt es zu einer für HT29 und Colo205 signifikanten und SkCol gegenüber HepG2 hochsignifikanten Zunahme der Transgen-Expression. Im übrigen sind die Transgen-Expressionsraten signifikant höher als bei dem Ad.CMV-luc unter entsprechender m.o.i.The Zeil lines HepG2, HT29, Colo205 and SkCol differ in their different adenoviral transduction efficiency. In order to be able to determine a specific and amplified transgene expression independently of the transduction efficiency of the cell line examined, the adenoviral titers were first determined which, using the Ad.CMV-luc, resulted in a transgene which was comparable with respect to the total cell protein -Expression lead. With a moi of 6 (HepG2), 80 (HT29), 240 (Colo205) and 100 (SkCol), infection of these Zeil lines with Ad.CMV-luc with regard to luciferase resulted in Gene expression no significant difference, this is shown in Fig. 7. In particular, the dose-adapted transgene expression is illustrated here. To compensate for a different transduction efficiency of the different carcinoma cell lines, different moi were determined, which led to a comparable transgene expression using the Ad.CMV-luc (HepG2: 6 mOi, HT29: 80 moi, Cθlθ205: 240 moi , SkCol: 100 moi). If the Ad.CMV-luc vector is exchanged for the recombinant adenovirus for specific, amplified gene expression, Ad.Muc bin -luc, there is an increase in transgene expression which is significant for HT29 and Colo205 and SkCol is highly significant compared to HepG2. Otherwise, the transgene expression rates are significantly higher than with the Ad.CMV-luc under the corresponding moi
Die oben erwähnten Zeil-Linien wurden jetzt mit den entsprechenden m.o.i. Ad.Mucbin-luc infiziert und die Luciferase-Genexpression nach 24 Stunden auf das Gesamt-Zellprotein bezogen quantifiziert. Im Vergleich zu HepG2 ergab sich jetzt für die mucin-1 positiven Zeil-Linien HT29 eine signifikant - (p < 0,05) und für Colo205 (p < 0,01) sowie SkCol (p < 0,005) eine hochsignifikant überlegene Transgen- Expression. Zelllysate nichtinfizierter Zellen, mit Ad.CMV- luc sowie Ad.Mucbin-luc infizierter Zellen wurden nachfolgend bezüglich der Expression des Gal4VP16-Fusionsproteins hin untersucht, die Expression ist in Fig. 8 veranschaulicht, insbesondere ist hier die Western Blot Analyse der Gal4VPl6-Transaktivator-Expression dargestellt. Zelllysate des unter Fig.7 vorgestellten Experimentes wurden im We- stern-Blot auf die Anwesenheit des Gal4VP16-Fusionsproteins hin untersucht. Das Fusionsprotein konnte in mucin-1 positiven Zellen nach Infektion mit Ad.Mucbin-luc, nicht jedoch in HepG2, nichtinfizierten oder Ad.CMV-luc infizierten Zellen nachgewiesen werden. Diese Daten belegen die adenoviral vermittelte mucin-1 abhängige Expression des Gal4VP16 Fusionsproteins und daraus resultierende Transaktivierung der Luciferase-Genexpression.The above-mentioned Zeil lines were now infected with the corresponding moi Ad.Muc bin -luc and the luciferase gene expression was quantified based on the total cell protein after 24 hours. In comparison to HepG2, there was now a significant - (p <0.05) for the mucin-1 positive Zeil lines HT29 and for Colo205 (p <0.01) and SkCol (p <0.005) a highly significantly superior transgene expression , Cell lysates of uninfected cells, cells infected with Ad.CMV-luc and Ad.Muc bin -luc were subsequently examined for the expression of the Gal4VP16 fusion protein. The expression is illustrated in FIG. 8, in particular here the Western blot analysis of the Gal4VPl6- Transactivator expression shown. Cell lysates from the experiment presented in FIG. 7 were examined for the presence of the Gal4VP16 fusion protein in a Western blot. The fusion protein could be detected in mucin-1 positive cells after infection with Ad.Muc bin -luc, but not in HepG2, uninfected or Ad.CMV-luc infected cells. These data confirm the adenoviral mediated mucin-1 dependent expression of the Gal4VP16 fusion protein and resulting transactivation of the luciferase gene expression.
Das Fusionsprotein konnte in mit Ad.Mucbin-luc infizierten mucin-1 positiven Tumorzellen nachgewiesen werden, nicht jedoch in HepG2-Zellen, in nichtinfizierten oder mit Ad.CMV-luc infizierten Tumorzellen. Die Aktin-Genexpression zeigte in den untersuchten Zelllysaten erwartungsgemäß keinen Unterschied.The fusion protein could be detected in mucin-1 positive tumor cells infected with Ad.Muc bin -luc, but not in HepG2 cells, in non-infected or Ad.CMV-luc infected tumor cells. As expected, actin gene expression showed no difference in the cell lysates examined.
Auswertung der VersuchsergebnisseEvaluation of the test results
Die vorstehend erläuterten Experimente beschreiben erstmals ein singuläres rekombinantes adenovirales Vektorsystem mit integriertem Gal4VP16 und korrespondierenden Gal4- Bindungsstellen zur Amplifikation spezifischer Genexpression.The experiments explained above describe for the first time a singular recombinant adenoviral vector system with integrated Gal4VP16 and corresponding Gal4 binding sites for the amplification of specific gene expression.
Es wurde ein DF3/Muc-1 Promoter zur spezifischen Genexpression in mucin-1 positiven Kolonkarzinom-Zellen verwandt und die Transgen-Expression mittels Luciferase-Genexpression quantifiziert. Die hohe Transgen-Expression in mucin- positiven Kolonkarzinom-Zellen sowie vergleichsweise niedrige Transgen-Expression in mucin-negativen Zellen ermöglichen eine gewebe- und tumorspezifische adenovirale Gentherapie. Es konnte gezeigt werden, dass die amplifizierte, tumorspezifische Genexpression in diesem System signifikant höher als in vergleichbaren adenoviralen Vektoren unter Verwendung des Cytomegalovirus-Promoters war.A DF3 / Muc-1 promoter was used for the specific gene expression in mucin-1 positive colon carcinoma cells and the transgene expression was quantified by means of luciferase gene expression. The high transgene expression in mucin-positive colon carcinoma cells and the comparatively low transgene expression in mucin-negative cells enable tissue- and tumor-specific adenoviral gene therapy. It was shown that the amplified, tumor-specific gene expression in this system was significantly higher than in comparable adenoviral vectors using the cytomegalovirus promoter.
Die Amplifikation der Transgen-Expression durch Integration des Gal4VP16-Systems resultierte in einer bis zu 250-fach gesteigerten Transgen-Expression. Bemerkenswerterweise konnte in mucin-1 positiven Zellen eine Abhängigkeit der Amplifikation von der verwendeten m.o.i. gezeigt werden. Diese Ergebnisse sind möglicherweise durch einen potenzie- renden Effekt der Transgen-Expression nach mehrfacher Infektion derselben Zielzelle zurückzuführen, bei der gebildete Gal4VP16-Fusionsproteine an allen verfügbaren Gal4- Bindungsstellen zur Transaktivierung der Luciferase- Genexpression führen können.The amplification of the transgene expression by integration of the Gal4VP16 system resulted in an up to 250-fold increased transgene expression. Remarkably, a dependence of the amplification on the moi used could be shown in mucin-1 positive cells. These results may be The effect of transgene expression after multiple infections of the same target cell can be attributed to the fact that Gal4VP16 fusion proteins formed can lead to transactivation of the luciferase gene expression at all available Gal4 binding sites.
Eine fehlende Steigerung der Amplifikation durch höhere m.o.i. in der mucin-negativen HepG2-Zelllinie ist möglicherweise auf die im Vergleich zu den anderen Zeil-Linien höhere Transduktions-Effizienz und Sättigung bereits bei niedriger m.o.i. zurückzuführen. Weitere Untersuchungen sind nötig, um dieses Phänomen hinreichend zu erklären, bei hohen und damit toxizitäts-relevanten m.o.i. jedoch bestehen bezüglich der Amplifikation der spezifischen Genexpression keine Unterschiede zwischen mucin-positiven und mucin- negativen Zeil-Linien.A lack of amplification due to higher m.o.i. in the mucin-negative HepG2 cell line, the higher transduction efficiency and saturation compared to the other Zeil lines may already be due to the lower m.o.i. due. Further investigations are necessary to adequately explain this phenomenon, with high and therefore toxicity-relevant m.o.i. however, there are no differences between mucin-positive and mucin-negative cell lines with regard to the amplification of the specific gene expression.
Die Amplifikation der spezifischen Genexpression durch das binäre System (Gal4VP16 - Gal4-Bindungsstellen) führte nicht zu einem signifikanten Verlust der Spezifität dieses therapeutischen Ansatzes und der Vergleich mit dem Cytome- galovirus-Promoter ergab eine bis 590-fach höhere Transgen- Expression in mucin-1 positiven Zeil-Linien. In der mucin- negativen HepG2-Zelllinie war die amplifizierte Transgen- Expression 7-1,3-fach höher als mit vergleichbaren CMV- Promoter Konstrukten. Diese Daten illustrieren die Potenz adenoviraler Vektoren mit integriertem Gal4VPl6 - Gal4B5 in der tumorspezifischen Gentherapie; gegenüber konventionellen Promotoren wird sich bei dieser hohen Transgenex- pressions-Effizienz die adenovirale Dosis (m.o.i.) und damit adenoviral bedingte toxische Nebenwirkungen sogar reduzieren lassen.The amplification of the specific gene expression by the binary system (Gal4VP16 - Gal4 binding sites) did not lead to a significant loss of the specificity of this therapeutic approach and the comparison with the cytomegalovirus promoter showed up to 590 times higher transgene expression in mucin 1 positive line. In the mucin-negative HepG2 cell line, the amplified transgene expression was 7-1.3 times higher than with comparable CMV promoter constructs. These data illustrate the potency of adenoviral vectors with integrated Gal4VPl6 - Gal4B5 in tumor-specific gene therapy; compared to conventional promoters, this high transgene expression efficiency will even reduce the adenoviral dose (m.o.i.) and thus adenoviral-related toxic side effects.
Die Überlegenheit der adenoviralen Vektoren zur spezifischen und amplifizierten Transgenexpression gegenüber Ad.CMV-luc in mucin-positiven Tumorzellen konnte auch nach Kompensation der unterschiedlichen Transduktions- Effizienzen in den verschiedenen Zeil-Linien durch entsprechend angepasste m.o.i. illustriert werden und die Expression des Gal4VP16-Fusionsproteins im estern-Blot korre- lierte mit der Luciferase-Genexpression.The superiority of the adenoviral vectors for specific and amplified transgene expression over Ad.CMV-luc in mucin-positive tumor cells was also demonstrated Compensation of the different transduction efficiencies in the different Zeil lines can be illustrated by appropriately adapted moi and the expression of the Gal4VP16 fusion protein in the esters blot correlated with the luciferase gene expression.
Diese Ergebnisse unterstützen weiterführende Experimente zur portalvenösen und selbst intravenös-systemischen Applikation in mucin-1 positiven hepatischen Mikrometastasen- Tiermodellen. Derzeit wird die Organdistribution der Transgen-Expression nach entsprechender Applikation von rekombi- nanten Adenoviren zur spezifischen und amplifizierten Expression eines roten Fluoreszenzproteins (RFP2) in vivo untersucht . Diese Distribution der Genexpression wird durch simultane Gabe von rekombinanten Adenoviren zur CMV- kontrollierten Genexpression des Green Fluorescent Protein (GFP) mit dem Verteilungsmuster konventioneller adenoviral gentherapeutischer Ansätze verglichen. Dabei ist die Expression sowohl in mucin-1 positiven intrahepatisehen Kolonkarzinom-Metastasen als auch in mucin-1 positiven nichtmalignen Zellen z.B. des Gastrointestinaltraktes von besonderem Interesse.These results support further experiments on portal venous and even intravenous systemic application in mucin-1 positive hepatic micrometastasis animal models. Organ distribution of transgene expression after appropriate application of recombinant adenoviruses for the specific and amplified expression of a red fluorescent protein (RFP2) is currently being investigated in vivo. This distribution of gene expression is compared by the simultaneous administration of recombinant adenoviruses for CMV-controlled gene expression of green fluorescent protein (GFP) with the distribution pattern of conventional adenoviral gene therapy approaches. The expression is both in mucin-1 positive intrahepatic colon carcinoma metastases and in mucin-1 positive non-malignant cells e.g. of the gastrointestinal tract of particular interest.
Die Verwendung des Muc-1/DF3 PromoterSystems hat gegenüber dem CEA-Promoter verschiedene Vorzüge: Gastrointestinale Tumoren und insbesondere kolorektale Karzinome exprimieren häufiger Mucin-1 als CEA, darüber hinaus kommt es im Gegensatz zur CEA-Expression bei Metastasierung und Tumorprogression zu einem Anstieg der Mucin-1 Genexpression. Vor Beginn eines derartigen Ansatzes könnte eine immunhistolo- gische Untersuchung auf Mucin-1, wie in dieser Arbeit illustriert, Aufschluß über die mögliche Effizienz dieser experimentellen Therapie geben.The use of the Muc-1 / DF3 promoter system has several advantages over the CEA promoter: Gastrointestinal tumors and in particular colorectal carcinomas express mucin-1 more often than CEA, and in contrast to CEA expression there is an increase in metastasis and tumor progression Mucin-1 gene expression. Before starting such an approach, an immunohistological test for mucin-1, as illustrated in this work, could provide information about the possible efficiency of this experimental therapy.
Bisher konnten 12 verschiedene Mucine charakterisiert werden. Mit Restriktion einiger Mucine auf bestimmte Organe wird das membranassoziierte Mucin-1 auf fast allen Drüsene- pithelzellen, nicht jedoch in Hepatozyten gefunden. Dies begünstigt mucin-1 spezifische Therapieansätze zur Behandlung intrahepatischer Metastasen einer Vielzahl verschiedener Karzinome glandularen Ursprungs. Bei der systemischen Administration dieser Vektoren muß allerdings auch das hohe Potential der amplifizierten Transgen-Expression in glandularen, epithelialen Zellen bedacht werden. Vorteilhaft ist die bei systemischer Applikation rekombinanter Adenoviren bislang nicht nennenswerte Transduktion dieser Zellen.So far, 12 different mucins have been characterized. With some mucins restricted to certain organs the membrane-associated mucin-1 is found on almost all glandular epithelial cells, but not in hepatocytes. This favors mucin-1 specific therapeutic approaches for the treatment of intrahepatic metastases of a variety of different carcinomas of glandular origin. In the systemic administration of these vectors, however, the high potential of amplified transgene expression in glandular, epithelial cells must also be considered. The transduction of these cells, which has so far not been noteworthy for systemic application of recombinant adenoviruses, is advantageous.
Oben erwähnte Studien zur in vivo Expression von Fluoreszenz-Proteinen werden helfen, das Potential einer möglicherweise sogar systemischen Applikation abzuschätzen, bei der intratumoralen intrahepatischen und portalvenösen Applikation werden diese Vektoren die Sicherheit adenoviral gentherapeutischer Ansätze signifikant erhöhen. Die Integration tumorspezifischer oder gewebespezifischer Gal4VP16- Expression und korrespondierender Gal4-Bindungsstellen mit dem gewünschten Transgen in einem adenoviralen Konstrukt führte zu einer gegenüber Zwei-Vektorsystemen überlegenen Amplifikation der Transgen-Expression, da dieser Ansatz nicht die simultane Infektion einer Zielzelle mit zwei verschiedenen Adenoviren zur Amplifikation voraussetzt.The above-mentioned studies on the in vivo expression of fluorescence proteins will help to estimate the potential of a possibly even systemic application. In intratumoral intrahepatic and portal venous application, these vectors will significantly increase the safety of adenoviral gene therapy approaches. The integration of tumor-specific or tissue-specific Gal4VP16 expression and corresponding Gal4 binding sites with the desired transgene in an adenoviral construct led to an amplification of transgene expression which is superior to that of two vector systems, since this approach does not involve simultaneous infection of a target cell with two different adenoviruses for amplification presupposes.
6. Technische Nutzung und wirtschaftliche Perspektiven6. Technical use and economic prospects
Dieses System zur spezifischen und amplifizierten adenoviralen Transgen-Expression stellt ein innovatives Konzept in der adenoviralen Gentherapie gastrointestinaler und anderer Tumoren dar. Diese Konstrukte können durch spezifische Expression die Sicherheit zukünftiger gentherapeutischer Ansätze erhöhen. Durch Amplifikation der spezifischen Genexpression wird auch bei systemischer Administration eine signifikante Transgen-Expression erzielt werden können, die der Verwendung des konstitutiven CMV-Promoters vergleichbar ist .This system for specific and amplified adenoviral transgene expression represents an innovative concept in adenoviral gene therapy for gastrointestinal and other tumors. These constructs can increase the safety of future gene therapy approaches through specific expression. By amplifying the specific gene expression, a significant transgene expression can be achieved even with systemic administration is comparable to the use of the constitutive CMV promoter.
Abhängig von einer möglichen Transduktion anderer, mucin-1 positiver, nichtmaligner Zellen werden diese Vektoren zur systemischen Administration geeignet sein. Unabhängig von einer solchen Transduktion eröffnet die portalvenöse Gabe dieser Vektoren bereits jetzt neue Möglichkeiten bei der Gentherapie intrahepatischer Metastasen kolorektaler Karzinome. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, daß entsprechende Vektoren zur Zytokinexpression (Interleukin-12 und Inter- leukin-18) gegenüber der Verwendung konstitutiver Promotoren (CMV) eine höhere therapeutische Breite und Effizienz im Tiermodell besitzen. Möglich ist bei Infektion einer heterogenen Tumorpopulation eine Induktion antitumoraler T- Lymphozyten und NK-Zellen, die nicht isoliert gegen die zy- tokinproduzierenden, mucin-1 positiven Karzinomzellen gerichtet ist, sondern sich gegen gemeinsame, auf mucin-1 positiven und -negativen Zellen vorliegende immunogenen Determinanten des entsprechenden Karzinoms richtet.Depending on a possible transduction of other, mucin-1 positive, non-malignant cells, these vectors will be suitable for systemic administration. Irrespective of such a transduction, the portal venous administration of these vectors already opens up new possibilities in the gene therapy of intrahepatic metastases of colorectal cancer. The results to date show that corresponding vectors for cytokine expression (interleukin-12 and interleukin-18) have a higher therapeutic breadth and efficiency in the animal model compared to the use of constitutive promoters (CMV). If a heterogeneous tumor population is infected, it is possible to induce antitumoral T lymphocytes and NK cells, which is not directed against the cytokine-producing, mucin-1 positive carcinoma cells in isolation, but against common cells present on mucin-1 positive and negative cells immunogenic determinants of the corresponding carcinoma.
Das vorgestellte System zur amplifizierten Genexpression mit Hilfe adenoviraler Vektoren läßt sich durch Integration anderer tumor- oder gewebespezifischer Promotoren auf die Therapie anderer Tumorentitäten (Therapie hepatozellulärer Karzinome durch AFP-spezifische, amplifizierte Genexpression) übertragen.The system presented for amplified gene expression using adenoviral vectors can be transferred to the therapy of other tumor entities (therapy of hepatocellular carcinomas by AFP-specific, amplified gene expression) by integrating other tumor or tissue-specific promoters.
Zusammenfassend ermöglichen diese adenoviralen Vektoren erstmals eine adenoviral vermittelte, nachgewiesene gewebespezifische und dabei hohe Transgenexpression, die diesen innovbativen Therapieansatz effizienter und sicherer macht. Wahrscheinlich ist eine Reduktion möglicher, therapieassoziierter Nebenwirkungen durch Reduktion der adenoviralen Dosis bei hoher intratumoraler Transgenexpression. Zusammenfassung der VersuchsergebnisseIn summary, these adenoviral vectors for the first time enable adenovirally mediated, proven tissue-specific and high transgene expression, which makes this innovative therapeutic approach more efficient and safer. A reduction in possible, therapy-associated side effects by reducing the adenoviral dose with high intratumoral transgene expression is likely. Summary of the test results
Die Expression von Mucinen wurde in einer Vielzahl von Kolonkarzinomen nachgewiesen. Durch die Mucin-1/DF3- Promoter-vermittelte spezifische Genexpression konnte die systemische Toxizität in gentherapeutischen Ansätzen verringert werden. Diese spezifische, jedoch im Vergleich zu konstitutiven viralen Promotern (Cytomegalie-Virus- Promoter) zu schwache Genexpression in mucin-positiven Geweben hat entsprechende wirkungsvolle gentherapeutische Ansätze bislang verhindert. Es wurden daher neue rekombinante adenovirale Vektoren zur amplifizierten, spezifischen Genexpression entwickelt. Dabei wurde der mucin-spezifische Promoter Muc-1/DF3 zur Expression eines Gal4VP16-Fusions- proteins verwendet .Mucin expression has been demonstrated in a variety of colon cancers. The systemic toxicity in gene therapy approaches could be reduced by the specific gene expression mediated by mucin-1 / DF3 promoter. This specific, but in comparison to constitutive viral promoters (cytomegalovirus promoters) too weak gene expression in mucin-positive tissues has hitherto prevented corresponding effective gene therapy approaches. New recombinant adenoviral vectors for amplified, specific gene expression have therefore been developed. The mucin-specific promoter Muc-1 / DF3 was used to express a Gal4VP16 fusion protein.
Derselbe adenovirale Vektor beinhaltet ebenfalls Gal4- Bindungsstellen unmittelbar vor der Transgen-Region. In mucin-positiven Zellen kommt es somit zur Expression des Gal4VP16-Fusionsproteins als Intermediärprodukt, welches durch seine VPl6-Transaktivator-Domäne nach Bindung über die Gal4-Domäne an den Gal4-Bindungsstellen zur Transskription des therapeutischen Genes führt. Zur Validierung dieses Konzeptes der amplifizierten, spezifischen Genexpression wurden Adenoviren konstruiert, bei denen einerseits die El-Region durch den Mucin-Promoter und das Luciferase-Gen ersetzt wurde (Ad.Muc-luc) , andererseits zwischen mucin-spezifischem Promoter und Luciferase-Gen die eben erwähnten Gene für das Gal4VP16- Fusionsprotein und die fünffachen Gal4-Bindungsstellen eingefügt wurden (Ad.Mucbin-luc) . Diese innovativen adenoviralen Vektoren wurden mit Adenoviren zur Luciferase- Genexpression unter Kontrolle des konstitutiven viralen CMV-Promoter (Ad.CMV-luc) verglichen. Die Mucin-1 Genexpression wurde in einer Vielzahl kolorektaler Karzinom-Zeil-Linien mit Hilfe eines monoklonalen Antikörpers anti-Mucl/DF3 nachgewiesen. Diese und mucin-negative Zeil-Linien wurden mit den verschiedenen rekombinanten Adenoviren infiziert und bezüglich der Luciferase-Genexpression charakterisiert .The same adenoviral vector also contains Gal4 binding sites immediately before the transgene region. In mucin-positive cells, the Gal4VP16 fusion protein is thus expressed as an intermediate product, which leads to transcription of the therapeutic gene through its VPl6 transactivator domain after binding via the Gal4 domain at the Gal4 binding sites. To validate this concept of amplified, specific gene expression, adenoviruses were constructed in which the El region was replaced on the one hand by the mucin promoter and the luciferase gene (Ad.Muc-luc), and on the other hand between the mucin-specific promoter and the luciferase gene the genes just mentioned for the Gal4VP16 fusion protein and the five-fold Gal4 binding sites were inserted (Ad.Muc bin -luc). These innovative adenoviral vectors were compared to adenoviruses for luciferase gene expression under the control of the constitutive viral CMV promoter (Ad.CMV-luc). Mucin-1 gene expression was demonstrated in a variety of colorectal cancer cell lines using a monoclonal anti-Mucl / DF3 antibody. These and mucin-negative Zeil lines were infected with the various recombinant adenoviruses and characterized with regard to the luciferase gene expression.
Die Integration des binären Systems, bestehend aus dem Gal4VP16-Fusionsprotein und einer entsprechenden Gal4- Bindungsstelle resultierte gegenüber adenoviralen Vektoren nur mit dem Mucin-Promoter Muc-1/DF3 in einer bis zu 250- fachen Amplifikation der Genexpression in den verschiedenen Karzinom-Zeil-Linien. Die Transgen-Expression in diesen mucin-1-spezifischen und Gal4VP16-amplifizierten adenoviralen Vektoren war dabei in mucin-1 positiven Kolonkarzinom-zell-Linien bis zu 590-fach höher als nach Infektion mit rekombinanten Adenoviren zur Luciferase- Genexpression unter Kontrolle des CMV-Promoters . Im Gegensatz dazu war die Genexpression durch diese binären Vektoren in Muzin-1 negativen Zeil-Linien nur 1,3 bis 7- fach höher als mit dem CMV-Promoter.The integration of the binary system, consisting of the Gal4VP16 fusion protein and a corresponding Gal4 binding site, resulted compared to adenoviral vectors only with the mucin promoter Muc-1 / DF3 in up to 250-fold amplification of the gene expression in the various carcinoma cell lines. lines. The transgene expression in these mucin-1-specific and Gal4VP16-amplified adenoviral vectors was up to 590 times higher in mucin-1 positive colon carcinoma cell lines than after infection with recombinant adenoviruses for luciferase gene expression under the control of the CMV- Promoters. In contrast, the gene expression by these binary vectors in muzin-1 negative Zeil lines was only 1.3 to 7 times higher than with the CMV promoter.
Nachfolgend wurden verschiedene Kolonkarzinom-Zell-Linien und eine HCC-Zelllinie mit Ad.CMV-luc in unterschiedlichen adenoviralen Titern infiziert, welche die Transduktions- Effizienzen kompensieren und in einer vergleichbaren Genexpression resultierten. Erfolgte die Infektion dieser Karzinom-Zeil-Linien stattdessen mit Adenoviren zur mucin-1 abhängigen Luciferase Genexpression unter Amplifikation durch ein binäres System, konnte eine signifikant bis hochsignifikant höhere Transgen-Expression in den mucin-l positiven Kolonkarzinom-Zellen nachgewiesen werden. Im Western Blot konnte das Gal4VP16-Fusionsprotein nach Infektion von mucin-l positiven Zeil-Linien mit dem entsprechenden Adenovi- rus nachgewiesen werden. Diese neuartigen adenoviralen Vektoren kombinieren die gewebespezifische Genexpression durch den Muc-1/DF3-Promoter mit der hocheffizienten Genexpression durch Transaktivierung mittel des Gal4VP16- Fusionsproteins bei erhaltener Spezifität. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß diese Vektoren tumorspezifische und effiziente adenovirale Gentherapie ermöglichen werden und die therapeutische Breite dieses experimentellen Therapieansatzes erheblich erhöhen wird. Darüber hinaus sind diese adenoviralen Vektoren in mucin-1 positiven Zeil-Linien den rekombinanten Adenoviren unter Verwendung des CMV-Promoters bezüglich ihrer Transgen-Expression überlegen. Various colon carcinoma cell lines and an HCC cell line were subsequently infected with Ad.CMV-luc in different adenoviral titers, which compensate for the transduction efficiencies and resulted in a comparable gene expression. If these carcinoma cell lines were infected instead with adenoviruses for mucin-1-dependent luciferase gene expression with amplification by a binary system, a significantly to significantly higher transgene expression could be detected in the mucin-1 positive colon carcinoma cells. In the Western blot, the Gal4VP16 fusion protein was infected with the corresponding adenovi after infection of mucin-1 positive Zeil lines. be proven. These novel adenoviral vectors combine the tissue-specific gene expression by the Muc-1 / DF3 promoter with the highly efficient gene expression by transactivation by means of the Gal4VP16 fusion protein while maintaining specificity. The experimental results show that these vectors will enable tumor-specific and efficient adenoviral gene therapy and will significantly increase the therapeutic breadth of this experimental therapeutic approach. In addition, these adenoviral vectors in mucin-1 positive cell lines are superior to recombinant adenoviruses using the CMV promoter in terms of their transgene expression.
Tumorspezifische Promotoren in der GentherapieTumor-specific promoters in gene therapy
Tumor Promotor/Eπhancer Traπsgeπ Vektor Autor JahrTumor promoter / enhancer traπsgeπ vector author year
Gliom myelin basic protein ß-Galaktosidase Retrovirus Miyao 1993 glial fibrillary acidic protein HSV-Thymidiπ-Kinase Lipofektion Vaπdier 1998 glial fibrillary acidic protein HSV-Thymidiπ-KJnase Adenoviπjs Vaπdier 2000Glioma myelin basic protein ß-galactosidase retrovirus Miyao 1993 glial fibrillary acidic protein HSV-Thymidiπ-Kinase lipofection Vaπdier 1998 glial fibrillary acidic protein HSV-Thymidiπ-KJnase Adenoviπjs Vaπdier 2000
Prostata Prostata spezifisches Aπtigen Ludferase Transfektion Pang 1995Prostate Prostate Specific Aπtigen Ludferase Transfection Pang 1995
Prostata spezifisches Aπtigen Polyglutamin Transfektion Sega a 1998Prostate-specific aπtigen polyglutamine transfection Sega a 1998
Spez. Membranantigen Enh. Cytosin-Deaminase Transfektion O'Keefe 2000Spec. Membrane Antigen Enh. Cytosine deaminase transfection O'Keefe 2000
Prostata spezifisches Aπtigen itroreduktase Adenovirus Latham 2000Prostate-specific antigen itroreductase adenovirus Latham 2000
Prostata spezifisches Antigen Diptherietoxin Lipofektion Pang 2000Prostate specific antigen diptheria toxin lipofection Pang 2000
Kallikrein 2 Green fluorescent Protein Adenoviπjs Xie 2001Kallikrein 2 Green fluorescent protein Adenoviπjs Xie 2001
Blase L-plastin Cytosin-Deaminase Adenovirus Peπg 2001Bladder L-plastin cytosine deaminase adenovirus Peπg 2001
Hepatom Albumin ß -Galaktosidase Retrovirus Kuriyama 1991 α-Fetoproteiπ HSV-Thymidiπ-KJnase Retrovirus Ido 1995 α-Fetoprotein HSV-Thymidin-Kinase Adenovirus Kaneko 1995 α-Fetoprσtein ß -Galaktosidase Adenovirus Arbuthnot 1996 α-Fetoprotein lnterleukin-2 Adenoviπjs Bui 1997Hepatom Albumin ß-Galactosidase Retrovirus Kuriyama 1991 α-Fetoproteiπ HSV-Thymidiπ-KJnase Retrovirus Ido 1995 α-Fetoprotein HSV-Thymidine Kinase Adenovirus Kaneko 1995 α-Fetoprσtein ß-Galactosidase Adenovirus Arbuthnotein 1996-F-Albuminovin-1996
Albumin HSV-Thymidin-Kinase Retrovirus Kuriyama 1997Albumin HSV thymidine kinase retrovirus Kuriyama 1997
AFP & Phosphoglyzerolkiπase HSV-Thymidin-Kiπase Retrovirus Cao 2001AFP & phosphoglycerol kiase HSV thymidine kiase retrovirus Cao 2001
Melanom Tyrasiπase ß -Galaktosidase Retrovirus Vile 1993Melanoma Tyrasiπase ß-galactosidase retrovirus Vile 1993
Tyrosiπase HSV-Thymidin-Kiπase & IL-2 Retrovirus Vile 1994Tyrosinase HSV-Thymidine Kinase & IL-2 Retrovirus Vile 1994
Melanozyteπspezifischer Enh. CAT Transfektion Artuc 1995Melanocyte-specific Enh. CAT transfection Artuc 1995
Tyrosinase PNP Transfektion Hughes 1995Tyrosinase PNP transfection Hughes 1995
Tyrosinase ß -Galaktosidase Adenovirus Siders 1996Tyrosinase β-galactosidase adenovirus siders 1996
Tyrosinase HSV-Thymidiπ-Kinase Adenovirus Siders 1998Tyrosinase HSV Thymidiπ Kinase Adenovirus Siders 1998
Tyrosinase Cytosin-Deaminase Retrovirus Cao 1999Tyrosinase cytosine deaminase retrovirus Cao 1999
Schilddrüse Thyroglbulin HSV-Thymidin-Kiπase Retrovirus Braideπ 1998Thyroglbulin thyroid HSV thymidine kinase Retrovirus Braideπ 1998
Kalzitoπiπ CALC-I HSV-Thymidin-Kiπase Adenoviπjs Minemu ra 2000Kalzitoπiπ CALC-I HSV thymidine kinase Adenoviπjs Minemu ra 2000
Zervix Sekret. Leukoproteaseinhibitor HSV-Thymidin-Kinase Adenoviπjs Robertson 1998Cervical secretion. Leukoprotease inhibitor HSV thymidine kinase Adenoviπjs Robertson 1998
Ovarial DF3/Muc1 BAX Adenoviπjs Tai 1999Ovarian DF3 / Muc1 BAX Adenoviπjs Tai 1999
L-plastin Cytosin-Deaminase Adenoviπjs Peng 2001L-plastin cytosine deaminase Adenoviπjs Peng 2001
Ovar spez. Promotor- 1 HSV-Thymidin-Kiπase Transfektion Sel akumaran 2001Ovar spec. Promoter-1 HSV thymidine kinase transfection Sel akumaran 2001
Brust DF3/Muc1 HSV-Thymidin-Kinase Retrovirus Mano e 1994Breast DF3 / Muc1 HSV thymidine kinase retrovirus Mano e 1994
DF3/Muc1 HSV-Thymidin-Kinase Adenoviπjs Chen 1995DF3 / Muc1 HSV thymidine kinase Adenoviπjs Chen 1995
DF3/Muc1 Eariy 1 region Adenovirus Kurihara 2000DF3 / Muc1 Eariy 1 region adenovirus Kurihara 2000
Estrogen-responsive Elemente E1-α & E4 Adenovirus Hemandez 2001Estrogen-responsive elements E1-α & E4 adenovirus Hemandez 2001
Lunge CEA HSV-Thymidin-KJπase Transfektion Osaki 1994Lung CEA HSV thymidine KJπase transfection Osaki 1994
SCLC Gastriπ-releasiπg Peptid HSV-Thymidin-Kiπase Transfektion Inase 2000SCLC gastric releasiπg peptide HSV thymidine kinase transfection Inase 2000
Gastrin-releasing Peptid HSV-Thymidin-Kinase Adenovirus Morimoto 2001Gastrin-releasing peptide HSV thymidine kinase adenovirus Morimoto 2001
Neuronspezifische Enolase HSV-Thymidiπ-Kinase Transfektion Taπaka 2001Neuron-specific enolase HSV thymidine kinase transfection Taπaka 2001
Osteosarkom Osteokalziπ HSV-Thymidin-Kinase Adenovirus Shirakawa 1998Osteosarcoma Osteokalziπ HSV thymidine kinase adenovirus Shirakawa 1998
MM-Leukämie CD11b Glukozerebrosidase Retrovirus Malik 1995MM leukemia CD11b glucocerebrosidase retrovirus Malik 1995
Magen CEA Cytosin-Deaminase Adenoviπjs Lan 1996Stomach CEA cytosine deaminase Adenoviπjs Lan 1996
CEA HSV-Thymidin-Kinase Adenovirus Tanaka 1996CEA HSV thymidine kinase adenovirus Tanaka 1996
CEA Cytosin-Deaminase Adenovirus Lan 1997CEA cytosine deaminase adenovirus Lan 1997
CEA HSV-Thymidiπ-Kinase Adenovirus Tanaka 1997CEA HSV Thymidiπ Kinase Adenovirus Tanaka 1997
Kolon CEA HSV-Thymidin-Kinase Adenovirus Brand 1998Colon CEA HSV thymidine kinase adenovirus fire 1998
Tabelle 1: Tumorspezifische Promotoren in der Gentherapie. Auflistung aller gentherapeutischen Ansätze unter Verwendung tumor- oder gcwebespezifischer Promotoren. Relative adenovirale GenexpressionTable 1: Tumor-specific promoters in gene therapy. List of all gene therapy approaches using tumor or gcwebspecific promoters. Relative adenoviral gene expression
Ad.Muc-luc Ad.Muc biπ-luc - fach p - fach PAd.Muc-luc Ad.Muc b iπ-luc - fold p - fold P
Colo205 / HepG2 m.o.i.: 1 54 <0.005 2.0 n.s.Colo205 / HepG2 m.o.i .: 1 54 <0.005 2.0 n.s.
10 129 <0.0005 5.8 <0.00510 129 <0.0005 5.8 <0.005
100 20.3 0.0005 17.6 <0.0001100 20.3 0.0005 17.6 <0.0001
HT29 / HepG2 m.o.i.: 1 165 <0.0005 4.3 <0.005HT29 / HepG2 m.o.i .: 1 165 <0.0005 4.3 <0.005
10 135 <0.0001 7.2 <0.000110 135 <0.0001 7.2 <0.0001
100 6.6 n.s. 15.4 <0.001100 6.6 n.s. 15.4 <0.001
SkCol / HepG2 m.o.i.: 1 545 <0.0005 23.8 <0.0005SkCol / HepG2 m.o.i .: 1 545 <0.0005 23.8 <0.0005
10 1343 <0.0001 116 <0.000510 1343 <0.0001 116 <0.0005
100 337 <0.05 310 <0.05100 337 <0.05 310 <0.05
m.o.i.: multiplicity of infection.n.s.: nicht signifikant, Muc: Mucinpromoter, luc: Luciferase, bin: binäres System.m.o.i .: multiplicity of infection.n.s .: not significant, Muc: mucin promoter, luc: luciferase, bin: binary system.
Tabelle 2: Relative adenovirale Genexpression. Die mucin- 1 spezifische Genexpression wurde durch Vergleich der Transgen-Expression in mit Ad.Muc-luc (links) und Ad.Mucb,.-luc (rechts) infizierten mucLn- 1 positiven Zellen (Colo205, HT29 und SkCo l ) mit der mucin-1 negativen HepG2-ZelULnie ermittelt. Table 2: Relative adenoviral gene expression. The mucin-1 specific gene expression was compared by comparison of the transgene expression in Ad.Muc-luc (left) and Ad.Muc b , .- luc (right) infected mucLn-1 cells (Colo205, HT29 and SkCo l) of the mucin-1 negative HepG2 cell line.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Durchführung einer spezifischen Genexpression in Kolonkarzinom-Zell-Linien, bei dem zur Genexpression rekombinante adenovirale Vektoren verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Genexpression durch einen Mucin-1/DF3-Promoter vermittelt wird und daß zur Amplifiktation der Genexpression ein Gal4/VP16 Fusionsprotein erzeugt wird.1. A method for carrying out a specific gene expression in colon carcinoma cell lines, in which recombinant adenoviral vectors are used for gene expression, characterized in that the gene expression is mediated by a mucin-1 / DF3 promoter and that a Gal4 for amplification of the gene expression / VP16 fusion protein is generated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gal4/VP16 Fusionsprotein codierende Gen in die El-Region rekombinanter Adenoviren kloniert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the gene coding for Gal4 / VP16 fusion protein is cloned into the El region of recombinant adenoviruses.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß in dasselbe Adenovirus weiter downstream mindestens eine weitere Gal4-Bindungsstelle für die Induktion der Transgen-Expression integriert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that further downstream in the same adenovirus at least one further Gal4 binding site is integrated for the induction of transgene expression.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die El-Region durch den Mucin-Promotor und das Luciferase-Gen ersetzt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the El region is replaced by the mucin promoter and the luciferase gene.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mucin- spezifischen Promotor und das Luciferase-Gen Gene für das Gal4/VP16 Fusionsprotein Gal4-Bindungsstellen eingefügt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that between the mucin-specific promoter and the luciferase gene genes for the Gal4 / VP16 fusion protein Gal4 binding sites are inserted.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Gal4/VP16 Fusionsprotein fünffache Gal4- Bindungsstellen eingefügt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that five times Gal4 binding sites are inserted for the Gal4 / VP16 fusion protein.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als virale Vektoren Adenoviren verwendet werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that adenoviruses are used as viral vectors.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als virale Vektoren Retroviren verwendet werden.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that retroviruses are used as viral vectors.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als virale Vektoren Herpes simplex-Viren verwendet werden.9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that herpes simplex viruses are used as viral vectors.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als virale Vektoren Hepatitis B-Viren verwendet werden. 10. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that hepatitis B viruses are used as viral vectors.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression unter Kontrolle eines viralen CMV-Promoters durchgeführt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the luciferase gene expression is carried out under the control of a viral CMV promoter.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Luciferase-Gen durch ein Gen zur Induktion einer antitumoralen Immunantwort ausgetauscht wird.12. The method according to claim 11, characterized in that the luciferase gene is replaced by a gene for inducing an anti-tumor immune response.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Luciferase-Gen durch ein lL-2-Gen ausgetauscht wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the luciferase gene is replaced by an IL-2 gene.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Luciferase-Gen durch ein IL-12-Gen ausgetauscht wird.14. The method according to claim 12, characterized in that the luciferase gene is replaced by an IL-12 gene.
15. Verfahren nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, daß das Luciferase-Gen durch ein IL-18-Gen ausgetauscht wird.15. The method according to claim 12, characterized in that the luciferase gene is replaced by an IL-18 gene.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Luciferase-Gen durch ein TNF-α-Gen ausgetauscht wird.16. The method according to claim 12, characterized in that the luciferase gene is replaced by a TNF-α gene.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Luciferase-Gen durch ein iFN-γ-Gen ausgetauscht wird.17. The method according to claim 12, characterized in that the luciferase gene is replaced by an iFN-γ gene.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch Gene zur Apaptose-Induktion ausgetauscht wird. 18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by genes for apaptosis induction.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch BAX-Gene ausgetauscht wird.19. The method according to claim 18, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by BAX genes.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch FAS-L-Gene ausgetauscht wird.20. The method according to claim 18, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by FAS-L genes.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch ein Suizid-Gen ausgetauscht wird.21. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by a suicide gene.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch ein Thymi- din-Kinase-Gen ausgetauscht wird.22. The method according to claim 21, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by a thymidine kinase gene.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch ein Cyto- sin-Deaminase-Gen ausgetauscht wird.23. The method according to claim 21, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by a cytosine deaminase gene.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch ein Marker-Gen ausgetauscht wird.24. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by a marker gene.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch ein ß- Galaktosidase-Gen ausgetauscht wird.25. The method according to claim 24, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by a β-galactosidase gene.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Luciferase-Genexpression durch ein Fluoreszenzprotein ausgetauscht wird.26. The method according to claim 24, characterized in that the luciferase gene expression is replaced by a fluorescent protein.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß Mucin-Promoter Mucin-l/DF3 durch einen anderen gewebespezifischen Promoter ausgetauscht wird.27. The method according to any one of claims 1 to 26, characterized in that the mucin promoter Mucin-1 / DF3 is replaced by another tissue-specific promoter.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter ein myelin basic protein verwendet wird.28. The method according to claim 27, characterized in that a myelin basic protein is used as a promoter.
29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter ein glial fibrillary acidic protein verwendet wird.29. The method according to claim 27, characterized in that a glial fibrillary acidic protein is used as a promoter.
30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter ein Prostata spezifisches Anti- gen verwendet wird.30. The method according to claim 27, characterized in that a prostate-specific antigen is used as the promoter.
31. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter Kallikrein 2 verwendet wird.31. The method according to claim 27, characterized in that Kallikrein 2 is used as promoter.
32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter L-plastin verwendet wird.32. The method according to claim 27, characterized in that L-plastin is used as promoter.
33. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter ein α-Fetoprotein verwendet wird.33. The method according to claim 27, characterized in that an α-fetoprotein is used as a promoter.
34. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter Tyrosinase verwendet wird.34. The method according to claim 27, characterized in that tyrosinase is used as a promoter.
35. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter Thyroglobulin verwendet wird.35. The method according to claim 27, characterized in that thyroglobulin is used as a promoter.
36. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter Kalzitonin CALC-I verwendet wird. 36. The method according to claim 27, characterized in that calcitonin CALC-I is used as a promoter.
37. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter ein Ovar spez. Promotor-1 verwendet wird.37. The method according to claim 27, characterized in that an ovary spec. Promoter-1 is used.
38. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter CEA verwendet wird.38. The method according to claim 27, characterized in that CEA is used as a promoter.
39. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter Gastrin-releasing Peptid verwendet wird.39. The method according to claim 27, characterized in that gastrin-releasing peptide is used as a promoter.
40. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter Neuronspezifische Enolase verwendet wird.40. The method according to claim 27, characterized in that neuron-specific enolase is used as a promoter.
41. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Promoter Osteokalzin verwendet wird. 41. The method according to claim 27, characterized in that osteocalcin is used as a promoter.
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