P-Glykoprotein als Produkt des MDR1-Gens stellt einen gut untersuchten Mediator der Multidrugresistenz (MDR) in humanen Malignomen dar. Die Überexpression dieses ABC-Transporters steht in Korrelation zu einer erniedrigten Tumorremission und einer kürzeren Überlebensrate der Patienten. Bisherige Versuche, das Protein über niedermolekulare Substanzen (MDR-Modulatoren) zu inhibieren, vermochten in allen bisherigen klinischen Studien nicht zu überzeugen, so daß diese bis heute keinen Eingang in Standardtherapieschemata gefunden haben. Ziel dieser Arbeit war es, mittels RNA-Interferenz Strategien die Expression von MDR1 zu hemmen und eine Reversion der zellulären Chemoresistenz sowohl im Zellkultur- als auch im Tiermodell zu erreichen. Für die in vitro Untersuchungen an drei humanen multidrug-resistenten Karzinomzellinien wurden verschiedene siRNA (short interfering) Duplexe und shRNA (short hairpin)-exprimierende Vektoren gegen die MDR1 mRNA entwickelt. Die Behandlung der Zellen mit siRNAs führte zu einer bis zu 91 %igen Inhibition der MDR1 mRNA-Expression und zu einer Sensitivierung der Zellen gegenüber dem Anthrazyklin um 89 %. Diese Effekte konnte über einen Zeitraum von drei bis fünf Tagen aufrechterhalten werden. Die stabile Expression von anti-MDR1 shRNAs führte in zwei der untersuchten Zellmodelle zu einer dauerhaften und kompletten Überwindung des MDR1-abhängigen Resistenzphänotyps. Im Mausmodell konnte durch intratumorale Applikation des anti-MDR1 shRNA-kodierenden Vektors mittels low-volume Jet-Injektion eine komplette Reversion der MDR1-Überexpression sowie eine Wiederherstellung der Chemosensitivität gegenüber Doxorubicin in dem resistenten Tumormodell erreicht werden. Die Effizienz der kombinierten Gen- und Chemotherapie wird durch die Verminderung des in vivo Tumorwachstums auf das Volumen des von der sensiblen Zellinien-abgeleiteten Tumors reflektiert. / Multidrug resistance (MDR) is the major cause of failure of effective chemotherapeutic treatment of disseminated neoplasms. The "classical" MDR phenotype of human malignancies is mediated by drug extrusion by the adenosine triphosphate binding cassette (ABC)-transporter P-glycoprotein (MDR1/P-gp). For stable reversal of "classical" MDR in three human cancer cell lines by RNA interference (RNAi) technology, two small interfering RNA (siRNA) constructs and four H1-RNA gene promoter-driven expression vectors encoding anti-MDR1/P-gp short hairpin RNA (shRNA) molecules were constructed. In all cellular systems, siRNAs could specifically inhibit MDR1 expression up to 91% at the mRNA and protein levels. Resistance against daunorubicin was decreased to a maximum of 89%. The introduction of anti-MDR1/P-gp shRNA expression vectors leads in two of the three human cancer cell lines to a complete reversion of the MDR phenotype. The reversal of MDR was accompanied by a complete suppression of MDR1/P-gp expression on mRNA and protein level, and by a considerable increased intracellular anthracyline accumulation in the anti-MDR1/P-gp shRNA-treated cells. In a mouse xenograft model a complete in vivo restoration of MDR1 overexpression and chemosensitivity to doxorubicin could be obtained by intratumorally jet-injected anti-MDR1 shRNA in a multidrug resistant human cancer tumor model.

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Durch den Transfer der Gene des heterodimeren T-Zellrezeptors (TZR) mithilfe viraler Vektoren können T-Zellen programmiert werden, ein ausgewähltes Antigen spezifisch zu erkennen. In klinischen Studien wurden solche T-Zellen bereits mit Erfolg zur Immuntherapie von Krebs und viralen Infektionen eingesetzt. Genmodifizierte T-Zellen unterscheiden sich jedoch von normalen T-Zellen, weil sie neben den beiden zelleigenen auch die zwei übertragenen TZR-Gene exprimieren. Diese Situation erlaubt die Bildung vier verschiedener TZR-Heterodimere: der zelleigene TZR, der übertragene TZR und zwei gemischte TZR, bestehend aus je einer übertragenen und einer zelleigenen TZR-Kette. Gemischte TZR bergen das Risiko von Nebenwirkungen, weil sie durch Zufall gesundes Körpergewebe erkennen und so Autoimmunität auslösen könnten. In dieser Arbeit wurden deshalb virale Vektoren entwickelt, die gleichzeitig mit der Übertragung von neuen TZR-Genen den zelleigenen TZR durch RNA Interferenz (RNAi) unterdrücken. Mikro-RNA (miRNA), die in den Vektor MP71 eingefügt wurden, reduzierten den zelleigenen TZR in Maus-T-Zellen um mehr als 85%. Dies hatte zur Folge, dass beide Ketten des übertragenen P14-TZR in gleicher Menge auf der Zelloberfläche exprimiert wurden und die Bildung von gemischten TZR reduziert wurde. In einem Mausmodell der adoptiven T-Zelltherapie verhinderte die Unterdrückung des zelleigenen TZR die Entstehung von Autoimmunität, die andernfalls durch gemischte TZR verursacht wurde. Im Gegensatz dazu führte die Anwendung von gentechnisch optimierten P14-TZR-Genen weder zur angeglichenen Oberflächenexpression der P14-TZR Ketten noch zu weniger Autoimmunität im Mausmodell. Ein anderes Tierexperiment zeigte, dass die miRNA die Funktion der genmodifizierten T-Zellen nicht beeinträchtigte. Schließlich wurde ein viraler Vektor entwickelt und getestet, der die Expression des zelleigenen TZR in menschlichen T-Zellen effektiv unterdrückte und die Bildung von gemischten TZR reduzieren konnte. / T cells can be genetically modified using viral vectors. The transfer of genes encoding both chains of the heterodimeric T cell receptor (TCR) programs T cells to specifically react towards an antigen of choice. Such TCR gene-modified T cells were already successfully applied in clinical studies to treat cancer and viral infections. However, in contrast to nonmanipulated T cells these cells express the transferred TCR in addition to the endogenous TCR and this situation allows the assembly of four different TCR heterodimers: the endogenous TCR, the transferred TCR, and two mixed TCR dimers, composed of one endogenous and one transferred TCR chain. The formation of mixed TCR dimers represents a safety issue because they may by chance recognize self-antigens and thereby cause autoimmune side effects. To overcome this problem, an RNAi-TCR replacement vector was developed that simultaneously silences the endogenous TCR and expresses an RNAi-resistant therapeutic TCR. The expression of miRNA encoded by a retroviral MP71 vector in transduced mouse T cells reduced the surface levels of the endogenous TCR by more than 85%. The knockdown of the endogenous TCR in turn resulted in equal surface expression levels of both transferred P14 TCR chains and prevented the formation of mixed TCR dimers. Accordingly, the development of lethal mixed TCR dimer-dependent autoimmunity (TI-GVHD) in a mouse model of adoptive T cell therapy was dramatically reduced by the knockdown of the endogenous TCR. In contrast, the usage of genetically optimized TCR genes neither resulted in equal surface levels of both P14 TCR chains nor in reduced autoimmunity. A second mouse model demonstrated that the in vivo functionality of the transduced T cells was not negatively influenced by the expression of the miRNA. Finally, an RNAi-TCR replacement vector for human T cells was developed that effectively reduced the expression of the endogenous TCR and prevented the formation of mixed TCR dimers.