HSV-1チミジンキナーゼ（TK）

関連する読書

概要

哺乳類細胞には存在しない酵素が、一部のウイルス、細菌、真菌には存在し、これらの酵素は無毒または低毒性の前駆体薬（プロドラッグ）を高毒性薬物へと変換する反応を触媒します。ヒト細胞には前駆体薬を触媒する酵素系が欠如しているため、前駆体薬は自殺遺伝子（すなわち薬剤感受性遺伝子）を導入（トランスフェクション）した腫瘍細胞内でのみ活性化され、正常細胞を損傷しません。自殺遺伝子治療とは、このような遺伝子を腫瘍細胞へ導入し、前駆体薬に対する代謝学的感受性を付与する治療法です。自殺遺伝子が腫瘍細胞に導入されると、前駆体薬の毒性は顕著な全身毒性を伴うことなく、形質転換細胞およびその微小環境に局在します。さらに、自殺遺伝子はバイスタンダー効果により、導入細胞に隣接する未導入の腫瘍細胞も死滅させることができます。バイスタンダー効果は、ギャップ結合や細胞間チャネルが多い腫瘍細胞でより顕著であることが示されています。

自殺遺伝子

これまでに同定された主な自殺遺伝子には、単純ヘルペスウイルス・チミジンキナーゼ（HSV-TK）遺伝子、シトシンデアミナーゼ遺伝子、水痘・帯状疱疹ウイルス・チミジンキナーゼ遺伝子、大腸菌ニトロ還元酵素遺伝子、大腸菌グアノシン-キサンチンホスホリボシルトランスフェラーゼ遺伝子、大腸菌デオキシリボース関連遺伝子などが含まれます。最も広く研究されているのはHSV-TK遺伝子です。

HSV-TK

HSV-TK（単純ヘルペスウイルス・チミジンキナーゼ）は、がん遺伝子治療研究において一般的に用いられる自殺遺伝子です。単純ヘルペスウイルス・チミジンキナーゼ（HSV-TK）遺伝子が機能するのは、HSV-TKやCD遺伝子などの特定の酵素タンパク質遺伝子が、無毒または低毒性のプロドラッグを、腫瘍細胞を死滅させる強力な細胞傷害性物質へ変換し得る酵素タンパク質をコードしているためです。これらの遺伝子は自殺遺伝子とも呼ばれます。

抗ウイルス薬

ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼは、チミジンキナーゼのサブファミリーに属します。ヘルペスウイルス感染細胞に存在し、ヘルペスウイルス感染に対する各種抗ウイルス薬の活性化に利用されるため、感染細胞のみを標的とする治療において特異的な標的となります。

このような抗ウイルス薬には以下が含まれます：

• グアニンのプリン類似体：アシクロビル、ファムシクロビル、ガンシクロビル、ペンシクロビル、バキシロビル、バルガンシクロビル
• アデノシン
• ウリジンのピリミジン類似体：イドクスウリジン、トリフルリジン
• ブロモブジン

ヘルペスウイルスにおいてチミジンキナーゼをコードする遺伝子の変異は、アシクロビルに対するウイルス耐性を付与し得ます。このような場合の代替薬として、ファムシクロビル、バラシクロビル、ペンシクロビルなど、他のグアニン類似体が使用可能です。

自殺遺伝子媒介型標的腫瘍治療

HSV-TK遺伝子がコードするチミジンキナーゼは、チミジンのみならず、プリンペントシジンおよび、細胞内キナーゼではリン酸化されない各種ヌクレオシド類似体（非環状グアノシン誘導体およびウリジン誘導体など）もリン酸化します。非環状グアノシン誘導体およびウリジン誘導体は、チミジンキナーゼにより一リン酸体へリン酸化され、その後、細胞内キナーゼにより二リン酸体および三リン酸体へとリン酸化され、DNAポリメラーゼを阻害して細胞DNA合成を遮断します。HSV-TK遺伝子は自殺遺伝子として腫瘍へ導入され、非環状グアノシンまたはウリジン誘導体を用いて腫瘍治療を行うことができます。研究により、HSV-TK遺伝子は前立腺がん、卵巣がん、悪性黒色腫などに対して有効に治療し得ることが示されています。

マーカー基質

一般に、HSV-TKマーカー基質は多様な細胞膜トランスポーター、特にペプチドトランスポーターを介して細胞内へ取り込まれると考えられており、したがって標的細胞へのHSV-TKマーカー基質の取り込みは、酵素活性のみならず細胞膜輸送活性も反映します。理想的なHSV-TKマーカー基質をプローブとして選択し、特異的なベクターを選定することで、遺伝子標的治療の達成に加え、可視化により遺伝子発現および治療効果をモニタリングすることが可能となります。