Intercellular spread of the transgene product to improve the efficiency of cancer gene therapy Beerens, Anthonius Martinus Johannus

Vergelijkbare documenten
Van 'gastarbeider' tot 'Nederlander' Prins, Karin Simone

De betrouwbaarheid van kleinschalige methoden voor waterzuivering Kaaij, Rachel van der

Improving the properties of polymer blends by reactive compounding van der Wal, Douwe Jurjen

Molecular aspects of HNPCC and identification of mutation carriers Niessen, Renee

Citation for published version (APA): Mazzola, P. (2016). Phenylketonuria: From body to brain [Groningen]: Rijksuniversiteit Groningen

Ovarian cancer gene therapy Mahasreshti, Parameshwar Janardhan

The role of camp-dependent protein kinase A in bile canalicular plasma membrane biogenesis in hepatocytes Wojtal, Kacper Andrze

Quantitative STIR MRI as prognostic imaging biomarker for nerve regeneration Viddeleer, Alain

Laat maar zitten Janssen, Janine Hubertina Lambertha Joseph

University of Groningen

University of Groningen. De afkoelingsperiode in faillissement Aa, Maria Josepha van der

Citation for published version (APA): Veeze, P. (1968). Rationale and methods of early detection in lung cancer. [S.n.].

University of Groningen. Up2U Harder, Annemiek T.; Eenshuistra, Annika

Electric double layer interactions in bacterial adhesion and detachment Poortinga, Albert Thijs

Neuroanatomical changes in patients with loss of visual function Prins, Doety

University of Groningen. Zorgvermijding en zorgverlamming Schout, Hendrik Gerrit

Een model voor personeelsbesturing van Donk, Dirk

Dynamics of inner ear pressure change with emphasis on the cochlear aqueduct Laurens-Thalen, Elisabeth Othilde

University of Groningen

Citation for published version (APA): Verbakel, N. J. (2007). Het Chronische Vermoeidheidssyndroom, Fibromyalgie & Reuma.

Mensen met een verstandelijke handicap en sexueel misbruik Kooij, D.G.

Improving metabolic control in NIDDM patients referred for insulin therapy Goddijn, Patricia Petra Maria

University of Groningen

On the mechanism of prokaryotic glutamate transporter homologues Groeneveld, Maarten

University of Groningen. De besmettelijkheid van de ftisis Groenhuis, Dirk Johan Jacob

University of Groningen. Hulp op maat voor leerlingen met leerproblemen in het vmbo Mombarg, Remo

Draagvlak migratiebeleid Postmes, Thomas; Gordijn, Ernestine; Kuppens, T.; Gootjes, Frank; Albada, Katja

Bouwen op een gemeenschappelijk verleden aan een succesvolle toekomst Welling, Derk Theodoor

Sphingolipids, rafts and multidrug resistance Hinrichs, Joann Wilhelm Jakob

Procesevaluatie van het Navigator project Jager, John Mike

Interactie als gereedschap Koole, Tom

University of Groningen. Electron Holography of Nanoparticles Keimpema, Koenraad

University of Groningen. Positron emission tomography in urologic oncology Jong, Igle Jan de

University of Groningen. Eerste Hulp vaker ter plaatse Verhage, Vera

Multiple sclerose Zwanikken, Cornelis Petrus

University of Groningen. Inferior or superior Carmona Rodriguez, Carmen

Citation for published version (APA): Hoekstra, H. J. (1982). Fractures of the proximal femur in children and adolescents [S.n.]

Intrapersonal factors, social context and health-related behavior in adolescence Veselska, Zuzana

Citation for published version (APA): Roodenburg, J. L. N. (1985). CO2-laserchirurgie van leukoplakie van het mondslijmvlies. [S.l.]: [S.n.].

Zorgen rondom IVF Boekaar, J.; Riemersma, M.

Hypothalamus, pituitary and thyroid. The control system of thyroid hormone production. Sluiter, Wim J.

Schoolsucces van Friese leerlingen in het voortgezet onderwijs de Boer, Hester

Citation for published version (APA): Fodran, P. (2015). Stereoselective synthesis of glycerol-based lipids [S.l.]: [S.n.]

University of Groningen. Embryogenesis and neogenesis of the endocrine pancreas Gangaram-Panday, Shanti Tireshma

University of Groningen. Resultaat van pleegzorgplaatsingen Oijen, Simon van

The development of stable influenza vaccine powder formulations for new needle-free dosage forms Amorij, Jean-Pierre

University of Groningen. BNP and NT-proBNP in heart failure Hogenhuis, Jochem

University of Groningen. Vrije en reguliere scholen vergeleken Steenbergen, Hilligje

University of Groningen. Sodium intake and therapy resistance to ACE inhibition Kocks, Menno Johan Adelbert

Multiple sclerose Zwanikken, Cornelis Petrus

Cryosurgery in cervical intraepithelial neoplasia. A morphometric study Boonstra, Hendrik

Citation for published version (APA): Weide, M. G. (1995). Effectief basisonderwijs voor allochtone leerlingen Groningen: s.n.

Improving quality of care for patients with ovarian and endometrial cancer Eggink, Florine

Lamotrigine in bipolar depression Loos, Marcus Lambertus Maria van der

Understanding the role of health literacy in self-management and health behaviors among older adults Geboers, Bas

Citation for published version (APA): Scheepstra, A. J. M. (1998). Leerlingen met Downs syndroom in de basisschool Groningen: s.n.

Man of vrouw? Een onderzoek naar sekseverschillen in reacties op chronische aandoeningen Roeke, M.

The importance of tactical skills in talent development Kannekens, Rianne

Cervical cancer, proxies for HPV exposure, screening scare and use of proximal and distal defense behaviors in fear buffering Leckie, Glenn

University of Groningen. Stormy clouds in seventh heaven Meijer, Judith Linda

Transcriptome analysis to investigate the link between obesity and its metabolic complications Wolfs, Marcel Guillaume Maria

Uw mening over gaswinning uit het Groningen-gasveld: Onderzoeksresultaten fase 2 Hoekstra, Elisabeth; Perlaviciute, Goda; Steg, Emmalina

Helping infants and toddlers in Foster family care van Andel, Hans

Computer assisted decision support in acutely ill patients. Application in glucose management and quantification of myocardial reperfusion

University of Groningen. Living with Rheumatoid Arthritis Benka, Jozef

Infections, inflammation and venous thrombosis; an epidemiological perspective Tichelaar, Ynse Ieuwe Gerardus Vladimir

Citation for published version (APA): Crane, L. M. A. (2011). Intraoperative fluorescence imaging in cancer Groningen: s.n.

University of Groningen

Oxidative dehydrogenation of ethylbenzene under industrially relevant conditions Zarubina, Valeriya

Exploiting natural and induced genetic variation to study hematopoiesis Gerrits, Alice

De primaire frozen shoulder Stenvers, Jan Derek

Citation for published version (APA): Wagemakers, M. (2015). Angiogenesis and angiopoietins in human gliomas [Groningen]: University of Groningen

On the elucidation of a tumour suppressor role of 3p in lung cancer ter Elst, Arja

Citation for published version (APA): Tijdschrift voor Genderstudies (2018). Jaarrekening Stichting Tijdschrift voor Vrouwenstudies.

The diversity puzzle Mäs, Michael

University of Groningen

Perceptual interactions in human vision and implications for information visualization van den Berg, Ronald

STAT3 and STAT5 signaling in normal and leukemic hematopoietic cells Wierenga, Albertus Titus Johannes

Today's talented youth field hockey players, the stars of tomorrow? Gemser, Marije

Effective monitoring and control with intelligent products Meyer, Gerben Gerald

Citation for published version (APA): Hendriks, H. G. D. (2004). Transfusion requirements in orthotopic liver transplantation Groningen: s.n.

The role of apolipoprotein E in the assembly and secretion of very low density lipoproteins Mensenkamp, Arjen Rutger

Understanding the role of health literacy in self-management and health behaviors among older adults Geboers, Bas

University of Groningen. Interfacial action of phospholipase A2 Meulenhoff, Peter

University of Groningen. The impact of political factors on drivers of economic growth Klomp, Johannes Gerardus

University of Groningen. Ultrasound and microbubble targeted delivery Meijering, Bernadet Dagmar Marielle

University of Groningen. Imaging hormone receptors in metastatic breast cancer patients Venema, Clasina Marieke

Citation for published version (APA): Droogh, J. (2014). Interhospital transport of the critically ill patient: Focus on the journey [S.l.]: [S.n.

Galacto-oligosaccharide synthesis using immobilized β-galactosidase Benjamins, Frédéric

Citation for published version (APA): Egberink, I. J-A. L. (2010). Applications of item response theory to non-cognitive data Groningen: s.n.

The etiology of functional somatic symptoms in adolescents Janssens, Karin

Development and description of controlled release formulations for use in powder detergents Hartman Kok, Paul Jean Antoine

Citation for published version (APA): Slotboom, D. J. (2001). Unconventional structural features of glutamate transporters s.n.

Citation for published version (APA): Holwerda, A. (2013). Work outcome in young adults with disabilities Groningen: s.n.

Citation for published version (APA): Scheepstra, A. J. M. (1998). Leerlingen met Downs syndroom in de basisschool Groningen: s.n.

University of Groningen

University of Groningen. Symptoms of Distress and Imbalance in Children Nijboer, J.M.

Knowledge, chance, and change Kooi, Barteld

Transcriptie:

University of Groningen Intercellular spread of the transgene product to improve the efficiency of cancer gene therapy Beerens, Anthonius Martinus Johannus IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2006 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Beerens, A. M. J. (2006). Intercellular spread of the transgene product to improve the efficiency of cancer gene therapy s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date: 26-10-2017

8 Samenvatting

Chapter 8 Gentherapie is een techniek waarbij erfelijk materiaal (in de vorm van DNA of RNA) in een cel wordt gebracht om een therapeutisch effect te verkrijgen. Zo is het mogelijk om nieuwe informatie toe te voegen, maar het is ook mogelijk om afwezige of beschadigde informatie te vervangen. Gentherapie is een veelzijdige techniek en kan gebruikt worden voor de behandeling van veel verschillende aandoeningen, waaronder kanker. Hierbij wordt vaak een gen (een stuk DNA dat meestal de informatie bevat voor één eiwit) in de kankercel gebracht dat codeert voor een enzym (een eiwit met een katalytische functie) dat de kankercel kan doden (suïcide gentherapie). Een probleem van deze aanpak is dat het suicide enzym, als het in gezonde cellen terecht komt, deze gezonde cellen ook zal doden. Daarnaast is een belangrijk probleem van gentherapie in het algemeen en van kanker gentherapie in het bijzonder, echter het gebrek aan efficiëntie; het blijkt onmogelijk om alle kankercellen te bereiken met het suïcide gen, door de aanwezigheid van verschillende fysiologische en immunologische barrières in het lichaam. Dit is voornamelijk een probleem voor kankertherapie, omdat voor genezing alle kankercellen bereikt en vernietigd moeten worden. Om het erfelijke materiaal in de doelcel te krijgen maakt men gebruik van een vector; een drager die het DNA of RNA in de cel kan brengen, zoals een virus of een liposoom. De effectiviteit van suïcide gentherapie kan worden verhoogd door het gebruik van efficiëntere vectoren, bijvoorbeeld door hieraan nieuwe eigenschappen toe te voegen waardoor de vector specifiek kankercellen binnendringt. Dit kan door middel van adapter moleculen, die met de ene kant binden aan de vector en met de andere kant aan de doelcel, of door direct de vector te veranderen. Door deze verbeteringen kan een behandeling met gentherapie tevens specifieker voor de doelcellen gemaakt worden, doordat de vector minder bindt aan andere cellen. Door de eerder genoemde barrières wordt echter nog steeds slechts een klein gedeelte van alle doelcellen bereikt. Een andere veelbelovende manier van verhoging van de efficiëntie is het gebruik van replicerende virussen. Deze virussen zijn op genetisch niveau zo aangepast dat ze alleen nog in staat zijn zich te repliceren in de kankercellen. Hierdoor worden alleen de doelcellen vernietigd. Doordat het virus zich repliceert ontstaat tevens een nieuwe generatie van virusdeeltjes, die op hun beurt weer kankercellen kunnen infecteren, en zo ontstaat een versterking van het effect. De grote hoeveelheid virusdeeltjes die wordt geproduceerd is tevens het nadeel van deze therapie, omdat de immuunreactie die optreedt tegen het virus de virusdeeltjes verwijdert, en een ontstekingsreactie op gang brengt, die ernstige bijeffecten kan veroorzaken. Daarnaast is het natuurlijk mogelijk dat de aanwezigheid van grote hoeveelheden virusdeeltjes zelf schadelijke bijeffecten tot gevolg heeft. Dit proefschrift beschrijft een recent ontwikkelde manier om de effectiviteit van gentherapie te verhogen. Het doel is hierbij er voor te zorgen dat ook de cellen die het gen niet ontvangen bereikt worden door de therapie. Dit kan men bereiken door de cellen die het gen wel opnemen, het daaruit geproduceerde eiwit te laten verspreiden naar de cellen die het gen niet hebben ontvangen. Voor verschillende 120

Nederlandse Samenvatting suïcide enzymen en toxische moleculen, die actief zijn buiten de cel, is al aangetoond dat uitscheiding een positief effect heeft op het aantal gedode cellen. Een groot aantal suïcide enzymen echter zijn alleen actief in de cel, en niet daarbuiten. Deze eiwitten zullen moeten worden aangepast zodat ze ook weer worden opgenomen in de kankercellen. Met dit onderzoek hebben we de mogelijkheden onderzocht van het modificeren van een suïcide enzym om de efficiëntie van gentherapie te verhogen door transmissie. Transmissie is de uitscheiding van het transgenproduct (het geproduceerde eiwit) door de producerende cellen, en de opname daarvan door andere doelcellen. Het concept transmissie wordt verder toegelicht in de onderstaande figuur. Om de mogelijkheden te onderzoeken hebben we thymidine kinase (TK), een veelgebruikt suïcide enzym dat ondanks vele voordelen in klinische studies niet efficient genoeg is gebleken, gebruikt als model. 1 3 4 5 2 Gene Therapy Vector Protein Transgene Schematisch overzicht van het proces van transmissie. 1. Genoverdracht door gentherapie-vector 2. Productie van het eiwit in de bereikte cellen 3. Secretie van het eiwit uit de producerende cellen 4. Internalizatie van het eiwit in andere kankercellen 5. Werking van het eiwit (dood van de cel) 121

Chapter 8 In Hoofdstuk 2 beschrijven we enkele proteïne transductie domeinen (PTDs), als moleculen die gentherapie mogelijk kunnen verbeteren. PTDs zijn eiwitten die zich uit zichzelf van cel naar cel verspreiden, doordat ze worden opgenomen door de cellen (stap 4 in de figuur). Door een suïcide enzym te koppelen aan een PTD ontstaat mogelijk een suïcide enzym dat zichzelf verspreid. Naast een samenvatting van wat uit de literatuur bekend is over PTDs en hun internalisatie, zetten we uiteen wat voor eisen er worden gesteld aan een molecuul dat gebruikt kan worden voor transmissie in gentherapie. Hoofdstuk 3 beschrijft hoe we een uitgescheiden vorm van TK hebben gemaakt (stap 3 in de figuur). TK wordt normaal gesproken gevonden in de celkern, en nog niet eerder heeft men geprobeerd dit eiwit uit te laten scheiden. Hoewel in onze studies efficiënte uitscheiding van het eiwit mogelijk bleek, had dit een negatief effect op de activiteit van het enzym. Uit deze resultaten kunnen we concluderen dat het mogelijk is om TK efficiënt uit te laten scheiden door de producerende cellen, en secretie niet de beperkende stap hoeft te zijn in transmissie. Er moet echter nog gewerkt worden aan behoud van de enzymactiviteit. De volgende stap in transmissie; internalisatie, wordt beschreven in de hoofdstukken 4 en 5. We hebben geprobeerd een internalizerend eiwit te construeren (stap 4 in de figuur) door het toevoegen van een internalisatie-signaal (het HIV TAT-PTD) aan het TK eiwit (Hoofdstuk 4). Hoewel het TAT-PTD eerder gebruikt is voor de internalisatie van eiwitten, werden de fusie eiwitten door andere onderzoekers geproduceerd in bacteriële systemen, en later toegevoegd aan de cellen die deze eiwitten op moesten nemen. Omdat bacteriële eiwitten op veel punten verschillen van menselijke eiwitten, hebben we onderzocht of het TAT-PTD ook geproduceerd kan worden in zoogdiercellen. In verschillende typen experimenten, waarin we gebruik maken van zowel bacteriële als zoogdiercellen om de eiwitten te produceren, hebben we aangetoond dat een fusie-eiwit van het TAT-PTD en TK niet geïnternaliseerd wordt door kankercellen. We moeten daarom concluderen dat transmissie van TK gebaseerd op het TAT-PTD niet mogelijk is. In Hoofdstuk 5 beschrijven we de resultaten met een andere PTD, namelijk HSV VP22. Deze PTD is al succesvol gebruikt om eukaryoot geproduceerde eiwitten af te leveren in verschillende cellen. Door middel van verschillende technieken hebben we de bruikbaarheid van VP22 als internalisatiesignaal bepaald. Hoewel in onze experimenten VP22 als enkel molecuul wel in staat was de cellen binnen te dringen, bleek dit voor het fusie eiwit TK-VP22 niet mogelijk. Ook wanneer cellen die deze fusie produceren werden gekweekt samen met onbehandelde cellen, doodde het TK-VP22 eiwit niet meer cellen dan het TK eiwit, waaruit we af kunnen leiden dat het eiwit zich niet verspreidde naar de onbehandelde cellen. Omdat het leek alsof van het fusie-eiwit minder werd geproduceerd dan van TK als enkel molecuul, maar er in beide gevallen toch evenveel cellen werden gedood, en omdat eerder andere onderzoekers al opperden dat VP22 wellicht de enzymatische activiteit van TK kan verhogen, hebben we de enzymatische 122

Nederlandse Samenvatting activiteit van de twee eiwitten onderzocht. We hebben aangetoond dat de enzymactiviteit niet werd veranderd door de fusie met VP22. Blijkbaar heeft een iets kleinere hoeveelheid eiwit in de cellen geen effect op de dodelijkheid van de behandeling. Naast de afwezigheid van transmissie door VP22 vonden we dat een deel van de eiwitmoleculen in twee kleinere delen brak, wat het bepalen van de hoeveelheid eiwit bemoeilijkte. Andere onderzoeksgroepen vonden dit probleem ook. Andere onderzoekers vonden ook problemen met de enzymactiviteit van VP22 fusie-eiwitten. Daarom concluderen we dat VP22 nuttig kan zijn voor gentherapie, maar dat er nog teveel problemen en onduidelijkheden zijn om er van uit te kunnen gaan dat transmissie door VP22 in alle gevallen zal werken. Om de efficiëntie van gentherapie te verhogen moet men eerst een goed inzicht hebben in het verloop van de therapie in patiënten. Daarvoor heeft met een goed beeldvormend systeem nodig, wat zowel de plaats als de hoeveelheid genexpressie kan bepalen in de patiënt. Om het effect van de beeldvorming op de patiënt te minimaliseren mag het reportergen geen immuunrespons veroorzaken. Het is daarom het beste een menselijk gen te gebruiken als reporter. Ook de techniek moet zo weinig mogelijk belastend zijn voor de patiënt, wat betekent dat we een non-invasieve techniek zoeken. In deze combinatie zijn maar weinig technieken bekend. In hoofdstuk 6 beschrijven we een nieuwe techniek voor beeldvorming van gentherapie, gebaseerd op de non-invasieve techniek positronemissie tomografie (PET) en de radioactive tracer [ 11 C]mhydroxyephedrine ([ 11 C] mhed), in combinatie met het menselijke gen voor de norepinephrine transporter (hnet). Deze tracer is al lange tijd in gebruik in klinische toepassingen. In dit hoofdstuk laten we zien dat deze techniek specifiek de productie van het hnet eiwit kan aantonen, en dat de expressie van hnet rechtevenredig is met de expressie van een onafhankelijk transgen dat ook aanwezig is in de vector. Verder konden we in een diermodel van gentherapie, in 1 van de 3 gevallen de genexpressie zichtbaar maken met behulp van PET. Dat dit niet in alle gevallen mogelijk was is het gevolg van het gebruik van een PET camera voor mensen, die een te lage resolutie heeft om effectief voor ratten te worden gebruikt. Uit deze resultaten kunnen we concluderen dat hnet in combinatie met [ 11 C] mhed een specifieke en kwantificeerbare beeldvormingtechniek is voor positronemissie tomografie. Gebaseerd op de biodistributiedata van de tracer geloven we dat het gebruik van een PET camera voor dieren, die ten tijde van deze experimenten nog niet beschikbaar was, de resolutie van de PET beelden zal verbeteren en deze conclusie zal bevestigen. Blik op de toekomst In dit proefschrift hebben we onderzocht of we enkele belangrijke stappen van transmissie kunnen toepassen op een veel gebruikt suïcide gen; thymidine kinase. Het concept transmissie is echter niet gelimiteerd tot dit gen, of tot suïcide gentherapie. Het is toepasbaar op vele soorten gentherapie waar men het effect van het transgen wil uitbreiden naar meer cellen. 123

Chapter 8 Hoewel de transmissie van TK door PTDs waarschijnlijk niet succesvol zal zijn, blijft het concept transmissie veelbelovend. PTDs zijn waarschijnlijk zelfs geen ideale kandidaten voor transmissie van suïcide gentherapie, omdat hun internalisatie aspecifiek is. Efficiënte en aspecifieke internalisatie van eiwitten is bruikbaar voor gentherapie, maar kan ook grote problemen veroorzaken, vooral als het eiwit ook in niet zieke cellen terecht komt. Vooral voor suïcide gentherapie kan aspecifieke opname van het eiwit leiden tot ernstige bijwerkingen. Het zou praktischer zijn om te zoeken naar een specifieke manier van internalisatie. Er zijn ondertussen vele moleculen geïdentificeerd, die exclusief binden aan receptoren die specifiek zijn voor zieke cellen. Sommige van deze moleculen zijn al gebruikt om verschillende medicijnen af te leveren bij cellen. Veel hiervan zijn waarschijnlijk ook bruikbaar voor transmissie van eiwitten. Om vervolgens het eiwit in de cel te krijgen is het nodig dat het targeting molecuul bindt aan een internaliserende receptor, of dat het eiwit zijn eigen internalisatiemechanisme krijgt. Normaal gesproken worden eiwitten die worden geïnternaliseerd door middel van een receptor vervolgens afgebroken door enzymen in de lysozomen, maar meestal ontsnapt een klein gedeelte van het eiwit aan deze route. Als het enzym erg efficiënt is, zoals het geval is bij suïcide enzymen, kan deze kleine hoeveelheid al genoeg zijn om een effect te hebben. In de meeste gevallen echter, is het nodig een mechanisme in te bouwen waardoor het eiwit kan ontsnappen uit de lysozomen. Ook moleculen met een dergelijk systeem zijn al bekend, vooral toxines en virussen bevatten vaak een eiwit dat zorgt voor de ontsnapping uit het lysozoom. Als een dergelijk molecuul wordt ingebouwd in het suïcide enzym, samen met een targeting peptide, zou dat het eiwit in staat moeten stellen geïnternaliseerd te worden door de doelcel en vervolgens te ontsnappen aan de afbraakroute. Samenvattend kunnen we zeggen dat transmisse van het transgenproduct de efficiëntie van kanker-gentherapie enorm kan verhogen. Efficiënte routes voor secretie, internalisatie en ontsnapping uit het lysozoom zijn al geïdentificeerd. Deze moeten uitgebreid worden onderzocht voordat het uiteindelijke doel, het overwinnen van de huidige beperkingen van gentherapie, kan worden bereikt. 124