Towards therapeutic gene delivery to human cancer cells : targeting and entry of baculovirus

Abstract

Geeniterapia on yksi tulevaisuuden hoitomuodoista taistelussa syöpää vastaan. Virukset ovat evoluution myötä kehittyneet tehokkaiksi geeninsiirtäjiksi ja ovat nykyään käytetyimpiä geeninsiirtovektoreita. Yksi geenihoitojen yleistymisen esteistä on kuitenkin ollut virusvektoreiden puutteellinen kohdennus haluttuun kudokseen. Kohdentaminen on erityisen tärkeää syövän hoidossa, jotta hoito vaikuttaisi pääasiassa pahanlaatuisiin soluihin.Mäkelä kehitti tutkimuksessaan syöpäsoluihin kohdentuvia bakulovirusperäisiä geeninsiirtovektoreita. Hän tutki myös viruksen sisäänmenomekanismeja ja kulkeutumista kohdesoluissa.- Hyönteisiä infektoiva bakulovirus on luontaisesti vaaraton ihmisille. Se on helposti muokattavissa ja siten houkutteleva, uusi vektoriehdokas geeniterapiaan, Mäkelä toteaa.Tutkimuksessa bakuloviruksen pinnalla ilmennettiin peptidiosoitelappuja, jotka ohjautuvat syöpäkasvaimen veri- ja imusuonien endoteelisolujen tai kasvainsolujen pinnalla ilmentyviin kudoksen tunnusmerkillisiin reseptoreihin.- Kehittelemämme bakulovirusvektorit ilmensivät peptidejä pinnallaan onnistuneesti, minkä ansiosta virukset sitoutuivat ja tunkeutuivat viljeltyihin syöpäsoluihin selvästi tehokkaammin ja valikoidummin johtaen myös parantuneeseen geeninsiirtoon. Lisäksi havaitsimme, että hiiren verisuonistoon ruiskutettu imusuoniin kohdentuva vektori ohjautui valikoidusti syöpäkasvaimiin, Mäkelä kertoo. Osoitimme lisäksi, että bakuloviruksen sisäänmeno ihmisen syöpäsoluihin on aikaisemmista ehdotuksista poiketen riippumatonta klatriinivälitteisestä endosytoosista. Sen sijaan sisäänmeno muistutti mekanismiltaan fagosytoosin kaltaista prosessia.Tulokset edistävät syöpäsoluihin sekä syöpäkasvaimien veri- ja imusuonistoon kohdentuvien bakulovirusvektoreiden kehitystyötä mahdollisiin geeniterapiasovelluksiin.

Targeting of viral vectors to specific cells by vector engineering has become a major focus of cancer therapy research. Recently, peptides that recognize molecular markers expressed by tumor-associated cells and vasculature have shown promise in mediating site-specific vector targeting. The budded virion (BV) of baculovirus represents a multifunctional biotechnological tool and an auspicious new vector candidate for gene therapy and other biomedical applications. An exceptional advantage of this insect pathogen is its molecular flexibility, facilitating modification of the vector phenotype for tissue and cell targeting. To attain tumor-selective tropism, vectors displaying the tumor-homing peptides LyP-1, F3, and CGKRK were engineered.Each of these peptides significantly enhanced baculoviral binding and gene delivery to target cells in vitro, and the systemically administered vector displaying the lymphatic homing peptide LyP-1 also accumulated to xenografted human tumors in vivo in a mouse model. Furthermore, to develop complementary baculovirus-based tools, the interaction of occlusion-derived baculovirus (ODV) with human cancer cells, and the functionality of the P74 ODV envelope protein as a display platform were evaluated. Although capable of cellular binding and limited internalization, ODV was incapable of mediating successful transduction in human cells, rendering the BV more applicable for gene delivery and display technologies.Finally, baculovirus was shown to enter highly permissive human cancer cells via a clathrin-independent and raft-dependent pathway that was regulated by dynamin, the actin mediators Arf6 and RhoA, and induced the uptake of the phagocytic tracer E. coli. The mechanism thus shared features of phagocytosis. This clarification of the nature and regulation of baculovirus entry together with the first demonstration of in vivo tumor targeting of a tropism-modified baculoviral vector benefits future design and highlights the potential of baculovirus-mediated targeted therapies.