期刊論壇(二)讀書會

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[編輯] 緣起

這是一個"期刊論壇的讀書會"主要是針對目前生物期刊發行種類多樣且數量也龐大，憑一己之力量所能閱讀的文章有限，而自己獨自一人對於文章內容的解讀上也易產生迷思，因此想藉由多人閱讀生物期刊，且每人所喜好的主題有所差異下，而能達到短時間就能有多元化的知識刺激，而且這樣開放性的討論空間，讓在場的眾人提供自己的背景知識及腦力激盪，總能再延伸更多的想法與問題，這是個能讓對科學研究有興趣的人感到十分exciting。

[編輯] 內容

另外基於尊重著作權，所以下面所提到的期刊文章內容的圖表部分並沒有附上，但是文章都是高醫圖書館都有提供的期刊，請有興趣的人可按照所附的資訊去做檢索，謝謝。

(A)

Title Down-regulation of Polo-like kinase 1 elevates drug sensitivity of breast cancer cells in vitro and in vivo.

Authors Birgit Spänkuch, Sandra Heim

Source Cancer Res (2006) 66, 5836—5846

Why do? Polo-like kinase 1(Plk1)是促進細胞進行有絲分裂的重要因子，但是許多研究指出，癌細胞中的Plk1會過度的表現，進而讓癌細胞大量的增生，且癌細胞大量的增生也使得抗癌藥的治療效果不彰，所以作者想藉由抑制Plk1的表現來降低癌細胞大量的增生，並提升抗癌藥物治療癌症的效果。

How do? 利用了Antisense oligonucleotides(ASO)的技術來抑制癌細胞中Plk1的表現，Plk1-specific ASO是由一段能專一性辨認Plk1的mRNA序列組成，藉由Plk1-specific ASO的辨認能抑制Plk1的表現，進而阻礙癌細胞大量的增生，達到提升抗癌藥的治療效果。

Result (1) 將Plk1-specific ASOs(濃度10nM、50nM、100nM、250nM)以transfection的方式送入不同乳癌細胞株中(MDA-MB-435、MCF-7、BT-474)，利用RT-PCR及Western blot去偵測細胞中Plk1 cDNA及Plk1 protein的表現情形，從實驗結果來看，給予了Plk1-specific ASO後，癌細胞中Plk1的表現有明顯的下降，且隨著給予的濃度越高，Plk1被抑制的效果就越好，這證明Plk1-specific ASO是能成功抑制癌細胞Plk1的表現(請見期刊中的Fig. 1)。 (2) 接著作者進一步要在In vitro偵測Plk1-specific ASO提升抗癌藥抑制乳癌細胞增生的效果，實驗分成兩組，一組是結合了Plk1-specific ASO與抗癌藥的結合治療，另一組是只給予抗癌藥的單一治療，將兩組結果做比較，實驗結果顯示，結合了Plk1-specific ASO的使用，抗癌藥抑制癌細胞增生的效果較為顯著(請見期刊中的Fig. 3及4)。 (3) 最後作者要在In vivo腫瘤動物模式中偵測Plk1-specific ASO提升抗癌藥抑制腫瘤生長的效果，將建立好皮下腫瘤的裸鼠分別給予不同實驗組的治療(PBS control、單一抗癌藥、單一Plk1-specific ASO、結合Plk1-specific ASO及抗癌藥)，實驗結果顯示，結合了Plk1-specific ASO後，抗癌藥能更有效的抑制腫瘤生長(請見期刊中的Fig. 6-A)。

Conclusion (1) 目前已有許多實驗利用ASO的技術來辨認不同的致癌基因，這項技術雖然能抑制住致癌基因的表現，但是由於癌細胞增生的路徑有非常多種，只給予單一致癌基因的抑制，其治療腫瘤生長的效果仍是有限的。 (2) ASO的技術同樣也會對正常細胞產生副作用，所以在使用上仍有許多的限制，但若能拿捏好使用劑量，或是開發只針對腫瘤特定基因的抑制，則此技術將是一項方便又有潛力的治療癌症的新方法。

Discussion (1) Antisense oligonucleotides的優勢 a. 專一性高，只辨認與該片段互補的基因。 b. 可塑性高，能依照所要抑制的片段而設計出不同的序列。 c. 能降低抗癌藥的使用量，使用量一但減少就能減緩因抗癌藥而產生的強大副作用。

(B)

Title CD24 and Siglec-10 selectively repress tissue damage-induced immune responses

Authors Guo-Yun Chen, Jie Tang, Pan Zheng and Yang Liu

Source Science 323:1722-1725 (March 2009)

Why do? Mammalian immune systems are equipped with an array of receptors capable of recognizing pathogen associated molecular patterns. However these receptors also recognize ligands derived from the host itself. How the immune system differentiate these two kinds of immunostimulants is not clear at the moment.

How do? The authors generated CD24 and Siglec-10 knock out mice to study the effects of non-infection aroused inflammation。These authors injected high dose of acetaminophen to wild type, CD24 knockout or Siglec-10 knockout mice and recorded the survival rate

Result (1) The CD24 or Siglec-10 gene knockout mice are more susceptible to high dose acetaminophen treatments. Deficiency in CD24 resulted in 100% death rate, while lack of Siglec-10 resulted in 75 % death rate, following high dose acetaminophen treatment. (2) Proinflammtory cytokines such as TNF-, IL-6 and MCP-1 were hyperelevated in CD24 Knockout and Siglec-10 knockout mice, indicating dysregulation of immune activation in these two gene knockout mice (3) Co-immunoprecipitation assays indicated that HMGB1, a nuclear protein bind to CD24. Further co-immunopreciptation showed that CD24 associated with Siglec-10 upon HMGB1 binding. (4) Siglec-10 contains an immune receptor tyrosine-based inhibitory motif (ITIM) which is known to suppress immune response by down regulate transcription factor, NF-kB. HMGB1 binding to the CD24 which in turn associated with Siglec-10 indeed, inhibited the activation and the translocation of the p65 subunit of NF-kB to the nucleus.

Conclusion and Discussion (1) CD24 can pair with Siglec-10 to suppress immune activation. (2) HMG proteins, which normally reside in the nucleus, can bind to their own receptors only when tissue damage occurs, i.e., inflammation. (3) Immune suppression by CD24 and Siglec-10 pair may be a mechanism to keep an immune reaction within the body from overzealous. Or, it could represent an arm of immune regulation that play a vital role in resolving an immune response to pathogen, once the pathogen is largely eliminated by the effector arm of immune system. (4) New drug design may target the CD24-Siglec-10 pathway to control chronic inflammation such as autoimmune diseases. By enhancing CD24-Siglec-10 by agonists, immune response may be attenuated thus alleviated the symptoms.

(C)

Title Role of the virulence plasmid pR99 and the metalloprotease Vvp in resistance of Vibrio vulnificus serovar E to eel innate immunity

Authors E. Valiente, C.T. Lee, J. Lamas, L. Hor, C. Amaro.

sourceFish Shellfish Immunol. 2008 Jan;24(1):134-41. Epub 2007 Oct 25.

Why do? Vibrio vulnificus biotype 2 serovar E (VSE)主要可感染鰻魚，造成鰻魚大量死亡，然而目前對於VSE感染鰻魚的機制還不清楚。由於鰻魚其實擁有內在與外在保護的屏障，像是鰻魚皮膚的黏膜有lysozyme與cationic peptides等，但突破此外在屏障，血管中還有transferrin、補體與phagocytic cells可防止VSE感染。但為什麼VSE還是能感染鰻魚呢?在過去的研究中發現，metalloprotease Vvp與VSE能黏附到鰻魚黏膜與鰓有關，而plasmid pR99可使VSE在鰻魚中形成vibriosis。因此作者們便在此探討metalloprotease Vvp與 plasmid pR99在VSE感染鰻魚機制中扮演何種角色。

How do? 作者使用不同的VSE來進行感染機制研究。以下為不同的VSE: 1. CECT4999 (wild type)- 對鰻魚的血清有抗性 2. CT201- CECT4999△vvp 3. CT218- CECT4999沒有pR99

Result 1. 發現缺乏pR99的細菌，其膜會變得hydrophilic。 2. 缺乏pR99的細菌比起wild type存活率下降，且對於lysozyme與microbicidal peptides的敏感度增加。 3. 缺乏pR99的細菌比起wild type被phagocytic cells吞噬的比率上升。

Conclusion 由以上的結果可以知道，當VSE缺乏pR99時，會使得本身的膜變的hydrophilic，因此作者們也推論這可能是導致lysozyme與microbicidal peptides可更易進入對此種細菌，而造成效果增加的原因。同時也發現 VSE缺乏pR99可導致存活率下降，且易被phagocytic cells吞噬。 因此pR99似乎於VSE感染鰻魚中扮演一個很重要的腳色，所以未來也許可以針對pR99來研發防治鰻魚受VSE感染的方法。

(D)

Title Molecular imaging of VEGF receptors in angiogenic vasculature with single-chain VEGF-based probes

Authors Marina V Backer, Francis G Blankenberg & Joseph M Backer

Source Nature medicine April, 2007 vol. 13 number 4

Why do? 利用VEGF receptors (VEGFR) 在Angiogenic endothelium有overexpression的特性，可以當做anti-angiogenic therapies中主要target的receptors。而臨床前及臨床研究指出，anti-angiogenic drugs可以改善癌症病患的結果，所以藉由imaging agents選擇性的結合上Angiogenic vasculature也許可以促進此藥物的發展。然而，VEGF-based imaging agents雖然可以直接透過血流結合上VEGFR，進而內在化允許造影劑的累積和保留，但過去有許多被報告的VEGF-based imaging agents卻不適用於臨床上，其原因為random radiolabeling造成protein的破壞，使的結合不完全；或大量累積於肝臟等原因，所以作者希望能發展出一個穩定的VEGF-based imaging agents，並達到multimodal imaging的效果。

How do? 設計一個含有single-chain recombinant VEGF(scVEGF)帶有cysteine tag的probe，可選擇性的label上各種造影儀器所對應的造影劑，達到multimodal imaging的效果。

Result (1) Site-specific modification of scVEGF with contrast agents：scVEGF在特異性的修飾上cysteine tag後，其功能不受影響。且在In vitro test中，此probe對VEGFR-2有高度親和性並大量累積表現。 (2) NIRF imaging with scVEGF/Cy：此probe在In vivo test中，可長時間大量累積表現於tumor area，並同時對VEGFR-1和VEGFR-2有特異性結合。 (3) SPECT imaging with scVEGF/Tc：此probe在In vivo test中，可大量累積表現於tumor area，並於循環中穩定，且在肝腎表現度可被接受。 (4) PET imaging with scVEGF/Cu：此probe在In vivo test中，可大量累積表現於tumor area，且在肝腎表現度可被接受。

Discussion &Conclusion 由上述結果顯示scVEGF-based imaging agents不僅可以多方應用在NIRF、SPECT及PET imaging，且活性穩定，並高度特異地累積於tumor area，可有效偵測微乎其微的tumor cell，所以對於VEGFR的造影，也許能有效應用於偵測small primary tumors或腫瘤轉移，將來對臨床診斷或治療監控會是有用的。

(E)

Title Fully detargeted polyethylene glycol-coated adenovirus vectors are potent genetic vaccines and escape from pre-existing anti-adenovirus antibodies.

Authors Wortmann, A., et al.

Source Mol Ther (2008) 16: 154-162.

Why do? 利用腺病毒當作製備疫苗載體有兩大困難(1)容易被體內的抗腺病毒抗體清除，但此問題已被證實在修飾上PEG後可解決。(2)腺病毒有高度的promiscuity，沒有專一性，散布範圍廣泛，高度抗原容易導致肝臟附近CTLS的凋亡及衰竭。

How do? 在腺病毒上修飾上20KD polyethylene glycol，測試其在活體內的去標定能力，有良好的去標定能力，將可改善腺病毒的高度promiscuity。

Result (1) 作者先將含有綠螢光蛋白基因的載體，分別送入有修飾PEG及沒有修飾的腺病毒，注射到小鼠體內，之後觀察在注射部位及肝臟的螢光蛋白表現，發現有修飾PEG的組別螢光蛋白表現是比較低的。 (2) 之後作者要修飾上PEG的腺病毒是否依然有誘發免疫反應的能力。將含有B型肝炎抗原基因的載體分別送入有修飾PEG及沒修飾的腺病毒，注射到小鼠體內，測試其誘發的T細胞及抗體的濃度，結果顯示無論在體液或細胞免疫方面，修飾上PEG的腺病毒依然可以引發有效的免疫反應。

Conclusion 所以經過實驗證明腺病毒修飾上PEG之後，有良好的去標的能力，可以降低高度的雜交性，並可躲避抗體清除，改善利用其當作疫苗載體的缺點，且依然可以有效又發免疫反應，在未來是一個具有潛力的基因疫苗載體。

Discussion 修飾上PEG的腺病毒可以降低其與CAR結合的能力，降低其高度雜交性；但並不影響其誘發免疫反應的能力的原因還不是很清楚，作者認為腺病毒與抗原呈現細胞結合是藉由另外的特定受器，而不是CAR。

(F)

Title Re-engineered CD40 receptor enables potent pharmacological activation of dendritic-cell cancer vaccines in vivo.

Authors Hanks BA, Jiang J, Singh RA, Song W, Barry M, Huls MH, Slawin KM, Spencer DM.

Source Nat Med. 2005 Feb;11(2):130-7.

Why do? 傳統的dendritic cell(DC) vaccine發展常受限於其短暫的lifespan與活化狀態. 如何有效地延長DC的抗原呈現能力以引起強力且長效的CD8+ T cell response,將是發展DC vaccine以治療腫瘤的關鍵.

How do? 作者開發一種可以藉由藥物(AP20187)短暫控制DC專一性活化的CD40 receptor(iCD40). iCD40將CD40 cytoplasmic domain與drug-binding domain結合在一起,藉由投予lipid-permeable且dimerizer的藥物(AP20187)可有效開啟NF-κB的signal pathway,使DC maturation而不需要經由CD40與CD40 ligand的結合.

Result 由於iCD40沒有CD40的extracellar domain,因此可避免胞外環境影響所造成的negative feedback mechanism, 並且證明在in vitro與in vivo的投藥(AP20187)皆能有效地延長DC處於活化狀態的時間,進而促使更強力的CD8+ T cell response以根除腫瘤. 作者亦證明iCD40引發的CD8+ T cell response可以不經由CD4+ helper T cell的幫助而達成活化

Conclusion 研究的結果顯示出iCD40-expressing DC比傳統的DC vaccine更容易操控,且有更長更好的lifespan與活化狀態, 同時亦可免除化療藥物及放射線治療帶來的嚴重副作用，相信應用於臨床腫瘤免疫治療，可以提供一個良好的治療工具。

Discussion 此策略未來亦可應用於治療HIV感染之病人，由於此類病人免疫能力不全(CD4+ T cell deficiency)，因此藉由活化DC可以有效毒殺受HIV感染之CD4+ T cell，相信對於HIV之治療能提供一套嶄新的的免疫治療方式.

(G)

Title Image-guided, noninvasive, spatiotemporal control of gene expression

Authors Roel Deckersa, Bruno Quessona, Josette Arsauta, Sandrine Eimerb, Franck Couillauda, and Chrit T. W. Moonena,1

Source PNAS _ January 27, 2009 _ vol. 106 _ no. 4 _ 1175–1180

Why do? 傳統的tissue dependent 或是disease dependent 只會有局部顯影無法全面性的支援，而drug-dependent誘導報告基因的表現往往只有短暫的表現，故為了解決以上報告基因缺點，此作者開發一個新式的報告基因。

How do? 作者開發一個新式的報告基因：利用HSP70 promoter 後面接上luciferase基因的報告基因，以HIFU照射組織或細胞，可以啟動HSP promoter，進而啟動luciferase基因，以lucifein當作探針，可偵測到冷光訊號。

Result 1.以HIFU照射擁有此報告基因的bome marrow cells，溫度從42度C到45度C，照射時間為0,1,2,4,8,16,32,分鐘，五個小時後，在43度C, 8min, 44度C,16min ,45度c, 32分鐘擁有較強的訊號產生，顯示此報告基因有作用((請見期刊中的Fig. 1)。

2.利用擁有HSP70 promoter 後面接上luciferase基因的轉殖鼠，以HIFU(high-intensity focused ultrasound)照射老鼠，局部溫度達道43度C，持續2min，如此將誘發HSP70 promoter 啟動，而起動後方的luciferase 基因，以luciferin 當作探針，6小時後可開始偵測到冷光(請見期刊中的Fig. 4)

Conclusion 1， 空間和時間的控制，在基因治療的應用是非常重要的，在這個論文裡，已經證實利用MRI-guided HIFU 可以啟動此報告基因並使用luciferin做為探針，可以得到冷光訊號，這表示這個報告基因可以被成功啟動。 2， 誘導luriferase 基因是可花較短的時間的，從加熱到顯影，只需要六到八小時。

Discussion 1.此報告基因是用何種探針?A:luficerin, 此探針可以被luriferase 和Mg2+ ，加上一個氧原子和一個ATP，反應生成oxyluciferin 和 AMP+ppi和一個二氧化碳，同時並放出冷光2.此報告基因的應用性?A:當基因治療，或是藥物標靶，或是非侵入式造影，如果可以有效且精確的控制目標基因表現，將會大大增加其臨床應用性。

(H)

Title Discovery, In Vivo Activity, and Mechanism of Action of a Small-Molecule p53 Activator

Authors Sonia Lain et al.

Source Cancer Cell (2008)13, 454–463

Why do? 根據之前研究發現，利用前驅化學基因組(FCG)作為藥物開發的途徑具有幾項優點:(1)在低濃度中，攻擊化合物就可利用報導蛋白的表現量顯示其活性(2)通常不具細胞毒性。另外，p53是基因轉錄的一種因子，可修復受損的DNA或使細胞進行細胞凋亡(cell apoptosis)，其最重要的功能是具有抑制癌細胞的功能。綜合以上幾個原因，作者便著手開發一些可以在哺乳動物細胞活化p53機制的化合物，而目標是解釋攻擊化合物的作用機轉。

How do? 先利用cell-based screening assay從三萬多個小分子藥品類似物挑出一種稱為tenovin-1的化合物，發現在加入兩小時後，細胞中p53的表現量會明顯提高。之後再藉由一系列的實驗設計找出tenovin-1的活化目標(target)及誘發p53表現量提高的活化機轉。

Result (1) 作者將tenovin-1分別加入多種癌細胞中，其中ARN8這種癌細胞的死亡率最高，之後就利用這株細胞進行活體實驗。接著利用ARN8和正常人類的纖維母細胞進行一連串的實驗比較，發現tenovin-1似乎不只調控p53，應該還具有調控其他細胞途徑的功能。 (2) 在之前其他人的研究中指出，導致DNA受損的物質，會藉由乙醯化增加p53的活性。所以作者就想到拿細胞中重要的去乙醯脢sirtuin family進行實驗，發現tenovin-1確實具有抑制sirtuin family中SirT1和SirT2的效果。

Conclusion & Discussion 作者利用cell-based screening assay開發出藉由活化p53來減少癌細胞生長的小分子化合物tenovin-1，經由一連串複雜的實驗，成功的解釋化合物的作用機轉：簡單來說是先抑制細胞中的去乙醯脢SirT1和SirT2，使得p53保持在乙醯存在的活化態，接著就抑制癌細胞的生長，也就是我們所看到的結果。