Spezifischer retroviraler Gentransfer in Tumorendothel

Forschungsprojekt P 14203Spezifischer Retroviraler Gentransfer in TumorendothelChristine BROSTJAN24.01.2000 Voraussetzung für Tumorwachstum und Metastasierung ist die Angiogenese, d.h. die Nezbildung von Blutgefäßen im Tumorgewebe, die vom umgebenden Gefäßnetz ausgeht. Der Prozeß der Angiogenese beruht auf der Proliferation und gerichteten Bewegung von Endothelzellen und ist gekennzeichnet durch eine deutliche Veränderung der Oberflächenkomposition. Rezeptoren, die spezifisch auf wachsendem Endothel jedoch nicht auf bereits bestehenden Gefäßen exprimiert sind, bieten daher einen interessanten Angriffspunkt zur zielgerichteten Verabreichung von therapeutischen Substanzen bzw. Genexpressionsvektoren ins Tumorgewebe. Retroviren sind in der Forschung vielfach eingesetzt, um stabilen Gentransfer zu erzielen. Ihr natürliches Wirtsspektrum lässt sich durch Modifizierung der viralen Hüllproteine erweitern bzw. auf definierte Zelltypen eingrenzen. Ziel des vorliegenden Projektantrags ist die Entwicklung retroviraler Vektoren, die der spezifischen Erkennung und Transduktion proliferierender Endothelzellen im Tumorgewebe dienen. Die Insertion ausgewählter Liganden in die virale Hüllenproteinsequenz soll eine selektive Bindung der retroviralen Partikel an Endothelzellrezeptoren ermöglichen, die in der Tumorangiogenese verstärkt exprimiert sind (Tie-2, E-Selektin, Angiogenin Rezeptoren). Nach Etablierung eines in vitro Testsystems soll die spezifische Transduktion proliferierender Endothelzellen mit sogenannten "therapeutischen" Genen erfolgen: Die Expression eines Angiogenese Inhibitors (Vascular Endothelial Growth Inhibitor) bzw. Eines Toxin- generierenden Enzyms (Cytosin Deaminase) sollte die Endothelzellproliferation unterbinden und könnte in weiterer Hinsicht in Tumormodellen bzw. in der Tumortherapie eingesetzt werden.

Eine wachsende Tumormasse benötigt zur ausreichenden Versorgung mit Nährstoffen bzw. Sauerstoff die Neubildung von Blutgefäßen im Tumorgewebe. Die innerste, die Gefäße auskleidende Zellschicht besteht aus sog. Endothelzellen, die in diesem Prozeß charakteristische Veränderungen durchmachen: Unter anderem werden einige spezielle Proteine (Marker) an die Zelloberfläche gebracht, die im bereits bestehenden Gefäßnetz des Körpers nicht vorhanden sind. Grundgedanke des vorliegenden Projekts war es, diese Marker zu benutzen, um therapeutische Mittel direkt ins Tumorgewebe zu adressieren. Bei den gewählten Mitteln handelt es sich um Retroviren, die ein "therapeutisches Gen" tragen und die die Kapazität besitzen, in eine Zielzelle einzudringen und das entsprechende Erbgut zu übertragen (Gentransfer). Natürlich vorkommende Retroviren haben jedoch ein eher breites Wirtsspektrum, das durch das virale Hüllprotein bestimmt ist und die Interaktion mit definierten Oberflächenmolekülen der Wirtszelle vermittelt. Kernpunkt unseres Projekts war die Modifizierung dieses viralen Hüllproteins durch Eingliederung ausgewählter "Liganden" (Angiogenin, Angiopoietin-2), die eine spezifische Bindung an Oberflächenmarker des Tumorendothels ermöglichen sollten. Da eine derartige Fusion aus viralem Protein und Endothelzelligand zu einem Gesamtmolekül führt, dessen Form und Funktionalität schwer vorhersagbar sind, wurden mehrere (5) Fusionsvarianten ausgewählt, um die Wahrscheinlichkeit für ein funktionelles Hüllprotein zu erhöhen. Die diversen Konstrukte wurden hergestellt, die modifizierten Hüllproteine produziert und charakterisiert und letztlich die entsprechenden Retroviren ausgetestet: Leider konnte kein spezifischer Gentransfer in Endothelzellen nachgewiesen werden, d.h. die Fusionsproteine aus Endothelzelligand und viralem Hüllprotein scheinen nicht funktionell zu sein, indem sie keinen Eintritt in die Zielzelle vermitteln. An einer Verbesserung der Modalitäten muß weiter gearbeitet werden. Die Entwicklung derartiger "gerichteter" retroviraler Vektoren hätte den Vorteil, sowohl große Tumormassen als auch kleine und verstreute Tumorherde (Metastasen) mit "therapeutischen Genen" versorgen zu können, die dann die lokale Produktion eines Tumortoxins steuern: Das von den Endothelzellen hergestellte und abgegebene Therapeutikum greift umliegende Tumorzellen an, während unerwünschte Nebenwirkungen auf den Gesamtorganismus aufgrund der räumlich begrenzten Einwirkung vergleichsweise gering sein sollten. In diesem Sinne wäre eine weitere Entwicklung derartiger retroviraler Vektoren durchaus wünschenswert, scheint jedoch noch einige Hürden zu beinhalten.