TY - THES A1 - Eckart, Martin T1 - Analyse einer chromosomalen Deletion und Entdeckung einer neuartigen nicht-translatierten RNA in Staphylococcus epidermidis T1 - Analysis of a chromosomal deletion and discovery of a novel non-translated RNA in Staphylococcus epidermidis N2 - Staphylococcus epidermidis ist ein wichtiger Bestandteil der gesunden Hautflora des Menschen, gleichzeitig aber auch der häufigste Erreger nosokomialer Infektionen bei immunsupprimierten Patienten. Die Forschungsarbeiten haben sich in den vergangenen Jahren besonders auf Faktoren und Mechanismen konzentriert, welche zur Etablierung der Spezies als Pathogen beigetragen haben. Eine typische Eigenschaft klinischer Isolate ist die Fähigkeit, auf künstlichen Oberflächen Biofilme zu bilden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der IS-vermittelten Genomflexibilität und der Vergleich der Genomstruktur nosokomialer und kommensaler Isolate von S. epidermidis. Dazu wurde eine 260 kb große spontane Deletion im Chromosom des Biofilm-bildenden Stammes S. epidermidis 307 sequenziert und annotiert, von der bekannt war, dass sie durch eine homologe Rekombination zweier IS256-Kopien ausgelöst wurde. Auf dem deletierten Fragment fanden sich neben dem ica-Operon zahlreiche potentielle Virulenz-assoziierte Gene. Das überraschende Ergebnis dieser Analyse war jedoch die Identifizierung eines neuartigen SCC-Elementes, das den rechten Rand der Deletion begrenzt. Dies ist die erste Beschreibung eines SSC-Elementes mit einer CcrC-Rekombinase, dem das Methicillin-Resistenzgen mecA fehlt. In der Nähe des Rekombinasegens fand sich S.-haemolyticus-spezifische DNA. Weitere Untersuchungen zeigten, dass das SCC-Element durch die IS256/Tn4001 -vermittelte Deletion in der Mutante verkürzt wurde. Genomvergleiche ica-positiver und ica-negativer Stämme von S. epidermidis mittels Microarrays, sowie in-silico-Analysen zweier vollständiger S.-epidermidis-Genome ergaben, dass sich kommensale und pathogene Stämme in nur wenigen Faktoren unterscheiden. Diese befinden sich jedoch fast alle in einer Region um den oriC, in dessen Nähe auch die Insertionsstelle für die SCCmec-Inseln lokalisiert ist. Das deletierte DNA-Fragment von S. epidermidis 307 konnte ebenfalls dieser Region zugeordnet werden, die offenbar eine Zone hoher genomischer Flexibilität darstellt, in der fremde DNA integriert werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit konnte außerdem gezeigt werden, dass das ica-Operon diesen variablen Genomabschnitt begrenzt. Die exakte Grenze zwischen ica-positiven und ica-negativen Stämmen bildet eine Thr-tRNA, die in einer 1,4 kb großen intergenischen Region stromabwärts des icaR-Regulatorgens lokalisiert ist. In unmittelbarer Nachbarschaft konnte ein Transkript nachgewiesen werden, welches nur in ica-positiven S. epidermidis vorkommt. Gestützt auf bioinformatische Analysen wurden zunächst die Polarität und Länge des Transkriptes, sowie der korrespondierende Promotor experimentell bestimmt. Demnach handelt es sich um eine 487 nt lange RNA, die entgegengesetzt zur Thr-tRNA orientiert ist und mit dieser teilweise überlappt. Da die Nukelotid-Sequenz weder eine Ribosomen- Bindungsstelle noch einen größeren Leserahmen aufweist, ist es sehr wahrscheinlich, dass es sich um eine nicht-translatierte RNA handelt. Qualitative RT-PCR-Experimente zeigten, dass die IGRica-RNA kostitutiv exprimiert wird. Spontane IS256 –Insertionsmutanten in der Promotorregion der IGRica-RNA wiesen phänotypisch eine deutlich verminderte Biofilmbildung auf. Daher ist zu vermuten, dass die IGRica-RNA in die Regulation dieses wichtigen Virulenzfaktors involviert ist. In der vorliegenden Arbeit konnte weiterhin gezeigt werden, dass S. epidermidis das in vielen Spezies konservierte Hfq-Protein exprimiert, welches ein Bindungspartner und Chaperon für zahlreiche regulatorische RNAs darstellt. gel-shift-Experimente mit rekombinantem Hfq-Protein aus S. epidermidis ergaben jedoch keine nachweisbare Wechselwirkung der IGRica-RNA mit diesem Faktor in vitro. Insgesamt hat die Studie gezeigt, dass S. epidermidis eine Spezies mit einer außerordentlich hohen Genomflexibilität ist, die sich hauptsächlich in einer bestimmten Genomregion abspielt und für die IS-Elemente von besonderer Bedeutung sind. Die Identifizierung von DNA aus anderen Staphylokokken-Arten in dieser Region zeigt, dass S. epidermidis zu horizontalem Gentransfer über Speziesgrenzen hinweg in der Lage ist. Dies, sowie die Daten zur neuen SCC-Kassette, unterstreichen die Bedeutung von S. epidermidis als Reservoir für die Entwicklung neuartiger Resistenz- und Virulenzdeterminanten, die gerade im Krankenhausmilieu auf Spezies mit höherem Virulenzpotential übertragen werden können und so einen wichtigen Faktor für die anhaltende Problematik nosokomialer Infektionen mit S. aureus darstellen. Die Entdeckung einer RNA mit möglicherweise regulatorischer Funktion ist der erste Faktor dieser Art, der – abgesehen von einigen phylogenetisch hoch konservierten RNAs – bisher in S. epidermidis nachgewiesen wurde. Die funktionale Analyse der IGRica-RNA und die Suche nach weiteren regulatorischen RNAs in Staphylokokken eröffnen ein Forschungsfeld, das zum besseren Verständnis der Lebensweise dieser bedeutenden Erreger beitragen kann. N2 - Staphylococcus epidermidis is an important part of the human skin flora, but also the most frequent cause of nosocomial infections in immune-suppressed patients. Research in the last years focused on the factors and mechanisms leading to the establishment of the species as a pathogen. A typical feature of clinical isolates of S. epidermidis is the ability to form biofilms on artificial surfaces. Topic of this work was the IS-mediated genome flexibility and the comparison of genome structure from nosocomial and commensal S. epidermidis isolates. A 260 kb large spontaneous deletion in the chromosome of the biofilm-forming strain S. epidermidis 307 was sequenced and annotated. The deletion was caused by homologous recombination of two IS256 copies. It contained many putative virulence-associated genes besides the ica operon. However, the surprising result of this analysis was the identification of a new SCC element that limits the right border of the deletion. This is the first report of a SCC element containing a CcrC recombinase but lacking the mecA gene. DNA of S. haemolyticus is located near the recombinase gene ccrC. Further studies showed that the SCC element is truncated due to IS256/Tn4001 mediated deletion in the mutant. Genome comparison of ica-positive and ica-negative S. epidermidis strains using microarrays revealed that commensal and pathogenic strains differ only in very few factors. This was confirmed by in silico comparison of two complete genomes of S. epidermidis. Most of the virulence factors are harbored within a region around the oriC. The insertion sites of the SCCmec islands and the deleted fragment of S. epidermidis are also located in this part of the genome, that obviously represents a region of high genomic flexibility and in which foreign DNA can be integrated. Furthermore, this work showed that the ica operon delimits this variable segment of the genome. The exact border between ica-positive and ica-negative strains represents a Thr-tRNA within the 1.4 kb intergenic region downstream of the icaR regulatory gene. In the direct vicinity a transcript could be detected that is only present in ica-positive S. epidermidis. Based on bioinformatical analysis the polarity, length, and the corresponding promoter were experimentally determined. The RNA ranges 487 nt in length and overlaps partly with the Thr-tRNA on the opposite strand. Neither a ribosomal binding site nor an appropriate open reading frame can be found; so, it is likely that the RNA is not translated. Qualitative RT-PCR experiments showed constitutive expression of the IGRica-RNA. Spontaneous IS256 insertion mutants within the promoter region of the IGRica-RNA exhibited a clearly diminished biofilm formation. Therefore, it is tempting to speculate that the IGRica-RNA is involved in the regulation of this important virulence factor. The experiments show that S. epidermidis also expresses the highly conserved Hfq protein that functions as a binding partner and a chaperon for many regulatory RNAs. However, gel shift experiments with recombinant Hfq from S. epidermidis revealed no detectable interaction of the IGRica-RNA with this factor in vitro. In summary, the study shows that S. epidermidis is a species with extraordinary high genome flexibility in a certain region of the genome where IS elements have a special influence. Identification of DNA from other staphylococcal species demonstrates that S. epidermidis is capable of horizontal gene transfer beyond the species barrier. This and the newly discovered SCC element emphasize the importance of S. epidermidis as a reservoir for the development of new resistance and virulence determinants. These factors can be transferred easily within the hospital environment to species with a higher virulence potential. This represents an important factor for the long-standing problem of nosocomial infections with S. aureus. The discovered RNA with a putative regulatory function is the first factor of this kind that has been identified in S. epidermidis so far, besides some phylogenetically conserved RNAs. Functional analysis of the IGRica-RNA and investigation for other regulatory RNAs in staphylococci open a wide field of research that can contribute considerably to the understanding of these important pathogens. KW - Staphylococcus epidermis KW - Hospitalismus KW - Biofilm KW - Deletionsmutante KW - Genexpression KW - Deletion KW - sRNA KW - IS256 KW - SCCmec KW - Biofilm KW - deletion KW - sRNA KW - IS256 KW - SCCmec KW - biofilm Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21448 ER - TY - THES A1 - Patzner, Jochen T1 - Analyse genomischer Aberrationen gastraler Marginalzonen B-Zell-Lymphome vom MALT-Typ T1 - Analysis of genomic aberrations of gastric marginal zone B-cell lymphomas of mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) type N2 - Das Ausmaß und die Bedeutung molekulargenetischer Veränderungen in der Pathogenese gastraler Marginalzonen B-Zell Lymphome (MZBCL) vom MALT-Typ ist derzeit noch unklar. Ein unbekannter Teil dieser niedrig-malignen Lymphome transformiert zu hoch-malignen gastralen „diffusen großzelligen B-Zell Lymphomen“ (DLBCL), jedoch besitzen diese DLBCL nicht die Translokation t(11;18)(q21;q21), die sich dagegen in den gastralen MZBCL vom MALT-Typ als die häufigste Translokation mit noch unklarer Konsequenz etablierte. Um die Pathogenese dieser Tumoren genauer zu analysieren, wurden in dieser Studie 24 gastrale MZBCL vom MALT-Typ mit 39 Mikrosatellitenmarkern auf genomische Aberrationen untersucht. Die gastralen MZBCL vom MALT-Typ können nach unseren Ergebnissen in zwei Gruppen eingeteilt werden, die in ihrer Pathogenese zwei unterschiedliche Wege gehen. Die erste Gruppe beinhaltet die Translokation t(11;18)(q21;q21)–positiven MZBCL vom MALT-Typ. Diese erwerben signifikant weniger genomische Aberrationen als die Translokation t(11;18)(q21;q21)–negativen und transformieren nicht zu DLBCL. Die zweite Gruppe bilden die Translokation t(11;18)(q21;q21)–negativen MZBCL vom MALT-Typ. Diese erlangen im Verlauf ihrer Entwicklung signifikant mehr genomische Aberrationen als die Translokation t(11;18)(q21;q21)–positiven und scheinen ein potenzieller Ursprung für sekundäre hoch-maligne DLBCL zu sein. Der „mutator-pathway“ mit dem Kennzeichen der Mikrosatelliteninstabilität (MSI) spielt nach unseren Erkenntnissen bei den gastralen MZBCL vom MALT-Typ nur eine untergeordnete Rolle, vielmehr ist die chromosomale Instabilität in Form von Deletionen (loss of heterozygosity, LOH) oder Amplifikationen von Bedeutung. Die mit 20,8% der untersuchten Fälle am häufigsten gefundene Aberration war die Amplifikation der Region 3q26.2-27, welche den BCL-6- bzw. den PIK3CA-Genlocus beinhaltet. Auch wurden Amplifikationen des MLL-Genlocus auf 11q23-24 und der Region 18q21 und LOH der Regionen 6q23.3-25.3 und 7q31 gefunden. Beim Vergleich mit den DLBCL stellte sich außerdem heraus, dass Allelverluste auf 6q und 7q frühe Ereignisse in der Progression zu DLBCL zu sein scheinen. N2 - The extension and the consequences of genomic aberrations in the pathogenesis of gastric marginal zone B-cell lymphomas of MALT type (MZBCL) are at the moment unknown. Some can transform into high-grade diffuse large B-cell lymphomas (DLBCL), which do not harbor the translocation t(11;18). But this translocation seems to be the most common one in MZBCL. To elucidate the pathogenesis of these tumors, microsatellite screening of 24 gastric MZBCL was performed. The gastric MZBCL can be divided into two groups with two distinct pathogenetic pathways. The first group harbors the translocation t(11;18)-positive MZBCL, which acquire significantly less genomic aberrations than the translocation t(11;18)-negative MZBCL and do not transform into DLBCL. In the second group are the translocation t(11;18)-negative MZBCL, which acquire significantly more genomic aberrations than the translocation t(11;18)-positive MZBCL and seem to be a source of tumors eventually transforming into DLBCL. Not the mutator-pathway with microsatellite instability, but genomic aberrations like amplifications or loss of heterozygosity (LOH) seem to play an important role in the pathogenesis of gastric MZBCL. The most frequent aberration, found in 20.8%, was amplification of the 3q26.2-27 region harboring the locus of the BCL6 gene. In addition there were found amplifications of the MLL gene locus (11q23-24) and of the region 18q21 and LOH of the region 6q23.3-25.3 and 7q31. After comparison with a study of DLBCL it seems that LOH on chromosome 6q and 7q are early events in progression into DLBCL. KW - MALT-Lymphom KW - Translokation t(11;18) KW - Amplifikation KW - Deletion KW - Mikrosatelliteninstabilität KW - MALT-lymphoma KW - translocation t(11;18) KW - amplification KW - loss of heterozygosity KW - microsatellite instability Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7421 ER - TY - THES A1 - Jansch, Charline T1 - Effects of SLC2A3 copy number variants on neurodevelopment and glucose metabolism in ADHD patient-specific neurons T1 - Effekte der SLC2A3 Kopienzahlvarianten auf Neuroentwicklung und Glukosemetabolismus in ADHS Patienten-spezifischen Neuronen N2 - Neuropsychiatric disorders, such as attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), represent a burden which deeply impair the patient’s life. Neurobiological research has therefore increasingly focused on the examination of brain neurotransmitter systems, such as the serotonin (5-HT) system, since a dysfunction has been repeatedly implicated in the pathology of these diseases. However, investigation of functional human neurons in vitro has been restricted by technical limitations for a long time until the discovery of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) revolutionized the field of experimental disease models. Since the pathogenesis of neuropsychiatric disorders involves a complex genetic component, genome-wide association studies (GWAS) revealed numerous risk genes that are associated with an increased risk for ADHD. For instance, the novel ADHD candidate gene SLC2A3 which encodes the glucose transporter-3 (GLUT3), facilitates the transport of glucose across plasma membranes and is essential for the high energy demand of several cell types, such as stem cells and neurons. Specifically, copy number variants (CNVs) of SLC2A3 might therefore impact cerebral glucose metabolism as well as the assembly of synaptic proteins in human neurons which might contribute to the pathogenesis of ADHD. We hypothesized that an altered SLC2A3 gene dosage in human neurons can exert diverse protective or detrimental effects on neurodevelopmental processes as well as the coping of glucometabolic stress events, such as hypo- and hyperglycaemic conditions. The generation of specific iPSC lines from ADHD patients and healthy probands served as basis to efficiently differentiate stem cells into 5-HT specific neurons. Using this neuronal culture, we were able to examine effects of SLC2A3 CNVs on the basal expression of SCL2A3 and GLUT3 in human neurons. Furthermore, the focus was on potentially altered coping of the cells with glucose deprivation and the treatment with specific high- and low glycaemic media. High-resolution fluorescence imaging in combination with electrophysiological and molecular biological techniques showed that: 1) The generated human iPSCs are fully reprogrammed human stem cells showing typical characteristics of embryonic stem cell-like morphology, growth behaviour, the ability to differentiate into different cell types of the human body and the expression of pluripotency-specific markers. 2) The neuronal subtype derived from our stem cells display typical characteristics of 5-HT specific median and dorsal neurons and forms synapses reflected by the expression of pre- and postsynaptic proteins. 3) Even if SLC2A3 CNVs influence SLC2A3 and GLUT3 basal expression, no significant alterations in gene and protein expression caused by hyper- and hypoglycaemic conditions, nor in the assembly of proteins associated with synapse formation could be observed in human iPSC-derived neurons. N2 - Neuropsychiatrische Erkrankungen, wie das Aufmerksamkeits-Defizit/Hyperaktivitäts-Syndrom (ADHS), stellen eine Belastung dar, die das Leben des Patienten schwerwiegend beeinträchtigen. Die neurobiologische Forschung hat sich deshalb zunehmend auf die Untersuchung der Neurotransmittersysteme des Gehirns, wie das serotonerge (5-HT) System fokussiert, da eine Dysfunktion wiederholt in Zusammenhang mit der Pathogenese solcher Erkrankungen gebracht wurde. Die in vitro-Untersuchung funktioneller humaner Neurone war jedoch lange Zeit durch technische Limitierungen eingeschränkt, bis die Entdeckung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen (iPSCs) das Feld der experimentellen Krankheitsmodelle revolutionierte. Da die Pathogenese neuropsychiatrischer Erkrankungen eine komplexe genetische Komponente einschließt, haben genomweite Assoziationsstudien zahlreiche Risikogene aufgedeckt, die mit einem erhöhten Risiko für ADHS assoziiert werden. Das Kandidatengen SLC2A3, das den Glukosetransporter-3 (GLUT3) codiert, ermöglicht beispielsweise den Transport von Glukose über Plasmamembranen und ist somit essenziell für die hohe Energieanforderung verschiedenster Zelltypen, wie etwa Stammzellen und Neurone. Im Besonderen könnten die Kopienzahlvarianten (CNVs) des Gens SLC2A3 daher den cerebralen Glukosemetabolismus, sowie die Ansammlung synaptischer Proteine beeinflussen und so zur Pathogenese des ADHS beitragen. Wir nahmen an, dass eine veränderte SLC2A3-Gendosis in humanen Neuronen diverse protektive oder schädliche Effekte auf Neuroentwicklungsprozesse, sowie den Umgang mit glukometabolischen Stress-Ereignissen, wie etwa hypo- und hyperglykämische Bedingungen haben könnte. Die Generierung spezieller iPSC-Linien von ADHS-Patienten und gesunden Probanden diente als Basis, um Stammzellen effizient in 5-HT spezifische Neurone zu differenzieren. Diese neuronale Kultur ermöglichte uns die Untersuchung der Effekte der SLC2A3 CNVs auf die Basalexpression von SLC2A3 und GLUT3 in humanen Neuronen. Des Weiteren war der Focus auf einen potenziell veränderten Umgang der Zellen mit Glukoseentzug und der Behandlung mit speziellen hoch- und niederglykämischen Medien. Hochauflösende Fluoreszenzaufnahmen in Kombination mit elektrophysiologischen und molekularbiologischen Techniken zeigten, dass: 1) Die generierten human iPSCs vollständig reprogrammierte humane Stammzellen sind, die die typischen Merkmale der embryonalen Stammzell-Morphologie, des Wachstumsverhaltes, der Fähigkeit in verschiedenste Zelltypen des menschlichen Körpers zu differenzieren und der Expression Pluripotenz-assoziierter Marker aufweisen. 2) Der neuronale Subtyp, der aus unseren Stammzellen generiert wurde, die typischen Charakteristiken medianer und dorsaler 5-HT Neurone aufweist und Synapsen formt, verdeutlicht durch die Expression prä- und postsynaptischer Proteine. 3) Selbst wenn die SLC2A3 CNVs einen Einfluss auf die basale Gen- und Proteinexpression haben, zeigte sich jedoch in humanen iPSC-erzeugten Neuronen keine signifikante Veränderung der Gen- und Proteinexpression aufgrund hyper- und hypoglykämischer Konditionen, noch der Ansammlung der Proteine, die mit der Formation der Synapsen assoziiert sind. KW - Stammzelle KW - Induzierte pluripotente Stammzelle KW - Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom KW - Kopienzahlvariation KW - Duplikation KW - SLC2A3 KW - Deletion Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-216201 ER - TY - THES A1 - Göbel, Kerstin T1 - Genetische Aberrationen auf Chromosom 1 in gastralen diffusen großzelligen B-Zell-Lymphomen T1 - Genomic aberrations on chromosome 1 in gastric diffuse large B cell lymphomas N2 - Eine primäre Aberration wurde bei den extranodalen diffusen großzelligen B-Zell-Lymphomen bisher nicht definiert. Das in dieser Arbeit untersuchte Chromosom 1 birgt dennoch eine Vielzahl an genomischen Veränderungen, die möglicherweise als sekundäre Aberrationen an der Pathogenese der extranodalen DLBCL beteiligt sein könnten. Durch die in der vorliegenden Untersuchung angewandten Mikrosatellitenanalyse war es möglich, diese genomischen Aberrationen aufzudecken. Als Hotspot unserer Untersuchung gilt die Chromosomenbande 1p36.32, die den Locus für das Gen TP73 enthält. Deletionen in diesem Bereich wurden in 34,8% der informativen Fälle nachgewiesen. Die am zweithäufigsten von Deletionen betroffene Region (20% der Patienten) war 1q32.3-41. Die Bereiche 1p22 und 1q21-23 waren nicht auffällig verändert. Wir vermuten, dass Aberrationen dieser Bereiche in der Pathogenese der gastralen DLBCL von untergeordneter Bedeutung sind. Lediglich 1,44% aller Genotypen zeigten Mikrosatelliteninstabilität, high frequency MSI konnte dabei in keinem der Fälle nachgewiesen werden. Bei Betrachtung des Alters der Patienten, die MSI aufwiesen, fällt ein signifikanter Zusammenhang zwischen höherem Alter und steigender MSI-Inzidenz auf. Eine Korrelation zwischen Tumorstadium und MSI-Inzidenz konnte nicht festgestellt werden. Der für die Mikrosatelliteninstabilität stehende Mutator Pathway scheint keine bedeutende Rolle in der Pathogenese der DLBCL einzunehmen. Die Ergebnisse unserer Untersuchung veranlassen uns jedoch dazu, dem Tumorsuppressor Pathway eine entscheidende Rolle in der Pathogenese der extranodalen DLBCL zuzuschreiben. N2 - A primary aberration of the extranodal diffuse large B cell lymphomas has not yet been found. Chromosome 1 which has been analysed in this study though contains many genomic aberrations which could possibly play a role in the pathogenesis of extranodal DLBCL as secundary aberrations. By using the microsatellite analysis it was possible to find these genomic alterations. The hotspot of our research has been the 1p36.32 region harboring the locus of the TP73 gene. We found loss of heterozygosity in this region in 34,8% of the informative cases. The chromosomal region which was affected by deletions in 20% of the patients was 1q32.3-41. The 1p22 and 1q21-23 regions were not remarkably changed. Only 1,44% of all genotypes showed microsatellite instability, high frequency MSI could be found in none of the cases. There is a correlation between higher age and increasing MSI incidence. A correlation between tumour stage and MSI incidence could not be found. Not the mutator pathway with microsatellite instability, but the tumour suppressor pathway with genomic aberrations seems to play an important role in the pathogenesis of extranodal DLBCL. KW - DLBCL KW - Deletion KW - Amplifikation KW - Mikrosatelliteninstabilität KW - DLBCL KW - loss of heterozygosity KW - amplification KW - microsatellite instability Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23178 ER - TY - JOUR A1 - Chen, Nanhai G. A1 - Yu, Yong A. A1 - Zhang, Qian A1 - Szalay, Aladar A. T1 - Replication efficiency of oncolytic vaccinia virus in cell cultures prognosticates the virulence and antitumor efficacy in mice JF - Journal of Translational Medicine N2 - Background: We have shown that insertion of the three vaccinia virus (VACV) promoter-driven foreign gene expression cassettes encoding Renilla luciferase-Aequorea GFP fusion protein, beta-galactosidase, and beta-glucuronidase into the F14.5L, J2R, and A56R loci of the VACV LIVP genome, respectively, results in a highly attenuated mutant strain GLV 1h68. This strain shows tumor specific replication and is capable of eradicating tumors with little or no virulence in mice. This study aimed to distinguish the contribution of added VACV promoter-driven transcriptional units as inserts from the effects of insertional inactivation of three viral genes, and to determine the correlation between replication efficiency of oncolytic vaccinia virus in cell cultures and the virulence and antitumor efficacy in mice Methods: A series of recombinant VACV strains was generated by replacing one, two, or all three of the expression cassettes in GLV 1h68 with short non coding DNA sequences. The replication efficiency and tumor cell killing capacity of these newly generated VACV strains were compared with those of the parent virus GLV-1h68 in cell cultures. The virus replication efficiency in tumors and antitumor efficacy as well as the virulence were evaluated in nu/nu (nude) mice bearing human breast tumor xenografts. Results: we found that virus replication efficiency increased with removal of each of the expression cassettes. The increase in virus replication efficiency was proportionate to the strength of removed VACV promoters linked to foreign genes. The replication efficiency of the new VACV strains paralleled their cytotoxicity in cell cultures. The increased replication efficiency in tumor xenografts resulted in enhanced antitumor efficacy in nude mice. Similarly, the enhanced virus replication efficiency was indicative of increased virulence in nude mice. Conclusions: These data demonstrated that insertion of VACV promoter-driven transcriptional units into the viral genome for the purpose of insertional mutagenesis did modulate the efficiency of virus replication together with antitumor efficacy as well as virulence. Replication efficiency of oncolytic VACV in cell cultures can predict the virulence and therapeutic efficacy in nude mice. These findings may be essential for rational design of safe and potent VACV strains for vaccination and virotherapy of cancer in humans and animals. KW - Recombinant vaccinia KW - Nude-mice KW - Cancer KW - GLV-1H68 KW - Therapy KW - Agent KW - Regression KW - Carcinoma KW - Deletion KW - Protein KW - modulation of virus replication KW - GI-101A tumor xenografts KW - oncolytic virotherapy Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142268 VL - 9 IS - 164 ER -