Combined Effect of Ganciclovir and Vidarabine on the Replication, DNA Synthesis, and Gene Expression of Acyclovir-resistant Herpes Simplex Virus

양영태,정동균,모리 마사가즈,Yang, Young-Tai,Cheong, Dong-Kyun,Mori, Masakazu The Korean Society of Pharmacology 1989 대한약리학잡지 Vol.25 No.1

Ganciclovir(GCV)와 Vidarabine(ara-A)을 단독으로 또는 동시에 HSV-1에 작용시켰을때 HSV-1의 복제, DNA합성 및 단백질 합성에 미치는 영향을 관찰할 목적으로 본 연구를 시행하였다. 본 실험에서는 4가지의 다른 HSV-1(Wild type KOS, $VCV^r$, $IUdR^r$, 및 $PAA^r5$)를 사용하였다. Virus복제에 미치는 항 virus약의 효과는 Vero 세포단층 배양에서 Yield reduction assay에 의해서 관찰하였다. 항 virus약의 virus DNA 합성에 미치는 영향은 NaI 밀도 구배초원심침전후 $H^3-$표지 virus DNA의 방사능에 의해서 관찰하였다. Virus 단백질의 합성에 미치는 항 virus약의 효과는 $^{35}S$를 표지한 후 polyacrylamide 겔 전기영동법, 자가방사기록법 그러고 virus bands의 음영농도주사법을 이용, 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. GCV는 wild trype HSV-1 KOS와 $PAA^r5$의 복제를 강력하게 억제하였으나 $ACV^r$와 $IUdR^r$는 GCV에 대해서 중등도의 저항을 보였다. ara-A는 실험대상의 모든 HSV-(KOS, $ACV^r$, $IUdR^r$ 및 $PAA^r5$)의 복제에 대해서 거의 비슷하게 억제효과를 보였다. GCV와 ara-A 동시첨가는 KOS와 $PAA^r5$의 복제에 대해서 상승적인 억제효과를 보였고 $ACV^r$와 $IUdR^r5$의 복제에 대해서는 상가작용이하의 억제 효과를 보였다. 2. GCV또는 ara-A는 HSV-1감염 Vero세포에서 virus DNA의 합성을 유의하게 억제하였다. GCV와 ara-A의 동시첨가는 KOS 또는 $PAA^r5$ 감염세포에서 virus DNA 합성을 GCV 또는 ara-A를 단독 첨가하였을때 보다 현저하게 억제하였다. $ACV^r$ 또는 $IUdR^r$ 감염세포에서는 이런 현상을 관찰할 수 없었다. 3. Wild type HSV-1 감염세포에서 virus-단백질의 합성은 GCV, ara-A의 단독 첨가 또는 GCV와 ara-A의 동시첨가에 의해서 변경되지 않았다. Wild type HSV-1 감염말기에 GCV 또는 ara-A 단독 혹은 동시첨가에 의해서 virus 단백질의 합성은 경미하나마 유의성있게 증가하였다. Wild type HSV-1과 $PAA^r5$에 의한 단백질의 합성은 GCV 또는 ara-A 단독 첨가에 의해서 유의성있게 억제되었다. GCV또는 ara-A의 동시첨가는 GCV또는 ara-A를 단독으로 첨가했을 경우보다 단백질의 합성을 더욱 억제하였다. 이상의 실험결과로 보아 GCV와 ara-A의 동시사용은 HSV-1 혹은 ACV저항 DNA polymerase변이주인 $PAA^r5$에 대해서 상승적인 억제작용을 나타냈으며 이 효과는 virus DNA 합성 억제에 의한 것으로 생각된다. ACV저항 thymidine kinase 변이주인 $ACV^r$ 및 $IUdR^r$에 대해서는 ara-A가 유효하였다. 항 virus 약물에 의한 virus 단백질합성의 변화는 virus DNA 합성에 대한 억제효과에 인한 것으로 사려된다. Combined effects of ganciclovir (GCV) and vidarabine (ara-A) on the replication, DNA synthesis, and gene expression of wild type-1 herpes simplex virus (HSV-1) and three acyclovir (ACV)-resistant HSV-1 mutants were studied. These mutants include a virus expressing no thymidine kinase $(ACV^r)$, a virus expressing thymidine kinase with altered substrate specificity $(IUdR^r)$, and a mutant expressing altered DNA polymerase $(PAA^r5)$. GCV, an agent activated by herpesvirus specific thymidine kinase, showed potent antiviral activity against the wild type HSV-1(KOS) and DNA polymerase mutant $(PAA^r5)$. The ACV-resistant mutants with thymidine kinase gene $(ACV^r\;and\;IUdR^r)$ were resistant to GCV. All tested wild type HSV-1 or ACV-resistant HSV-1 mutants did not display resistance to vidarabine (are-A). Combined GCV and ara-A showed potentiating synergistic antiviral activity against wild type KOS and $PAA^r5$, and showed subadditive combnined ativiral activity against thymidine kinase mutants. Combined GCV and ara-A more significantly inhibited the viral DNA synthesis in wild type KOS and $PAA^r5-infected$ cells to a greater extent than either agent alone, but the synergism was not determined in $ACV^r$ or $IUdR^r-infected$ cells. These data clearly indicate that combined GCV and ara-A therapy might be useful for the treatment of infections caused by wild type HSV-1 or ACV-resistant HSV-1 with DNA polymerase mutation. ACV-resistant viruses with the mutation in thymidine kinase gene are also, resistant to GCV, but susecptible to ara-A, indicating that ara-A would the drug of choice for the treatment of ACV-resistant HSV-1 which does not express thymidine kinase or expresses thymidine kinase with altered substrate specificity. While the synthesis of viral ${\alpha}-proteins$ of wild type HSV-1 was not affected by ACV, GCV, ara-A, or combined GCV and ara-A, the synthesis of ${\beta}-proteins$ was slightly but significantly increased at the later stage of viral infection by the antiviral agents. The synthesis of ${\gamma}-proteins$ of wild type HSV- 1 was significantly inhibited by ACV, GCV, ara-A, and combined GCV and ara-A. Combined GCV $(5-{\mu}M)$ and ara-A $(100-{\mu}M)$ also significantly altered the expression of viral ${\beta}-and$ ${\gamma}-proteins$, of which efffct was similar to that of GCV $(10-{\mu}M)$ alone. Although ACV at the concentration of $10-{\mu}M$ did not alter the expression of ${\alpha}-$, ${\beta}-$, and ${\gamma}-proteins$ of ACV-resistant $PAA^r5$, GCV and ara-A significantly alter the epression of ${\beta}-and$ ${\gamma}-proteins$, not ${\alpha}-protein$, as same manner as they altered the expression of those proteins in cells inffcted with wild type HSV-1. Combined GCV $(5-{\mu}M)$ and ara-A $(100-{\mu}M)$ altered the expression ${\beta}-and$ ${\gamma}-proteins$ in $PAA^r5$ infected cells, and the effect of combined regimen was comparable of that of GCV $(10-{\mu}M)$. These data indicate that the alteration in the expression of ${\beta}-and$ ${\gamma}-proteins$ in wild type HSV-1 or $PAA^r5$ infected cells could be more significantly affected by combined GCV and are-A than individual GCV or ara-A. In view of the fact that (a) viral ${\alpha}-$, ${\beta}-$, and ${\gamma}-proteins$ are synthesized in a cascade manner; (b) ${\beta}-proteins$ are essential for the synthesis of viral DNA; (c) the synthesis of ${\beta}-proteins$ are inhibited by ${\gamma}-proteins$; and (d) most ${\gamma}-proteins$ are made from the newly synthesized progeny virus, it is suggeste

Acyclovir저항성 Herpes Simplex Virus의 복제, DNA합성 및 형질 발현에 미치는 Ganciclovir 및 Vidarabine의 병용효과에 관한 연구

양영태(Young Tai Yang),정동균(Dong-Kyun Cheong),모리 마사가즈(Masakazu Mori) 대한약리학회 1989 대한약리학잡지 Vol.25 No.1

Ganciclovir(GCV)와 Vidarabine(ara-A)을 단독으로 또는 동시에 HSV-1에 작용시켰을때 HSV-1의 복제, DNA합성 및 단백질 합성에 미치는 영향을 관찰할 목적으로 본 연구를 시행하였다. 본 실험에서는 4가지의 다른 HSV-1(Wild type KOS, VCV^r, IUdR^r, 및 PAA^r5)를 사용하였다. Virus복제에 미치는 항 virus약의 효과는 Vero 세포단층 배양에서 Yield reduction assay에 의해서 관찰하였다. 항 virus약의 virus DNA 합성에 미치는 영향은 NaI 밀도 구배초원심침전후 H³-표지 virus DNA의 방사능에 의해서 관찰하였다. Virus 단백질의 합성에 미치는 항 virus약의 효과는 ³⁵S를 표지한 후 polyacrylamide 겔 전기영동법, 자가방사기록법 그러고 virus bands의 음영농도주사법을 이용, 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. GCV는 wild trype HSV-1 KOS와 PAA^r5의 복제를 강력하게 억제하였으나 ACV^r와 IUdR^r는 GCV에 대해서 중등도의 저항을 보였다. ara-A는 실험대상의 모든 HSV-(KOS, ACV^r, IUdR^r 및 PAA^r5)의 복제에 대해서 거의 비슷하게 억제효과를 보였다. GCV와 ara-A 동시첨가는 KOS와 PAA^r5의 복제에 대해서 상승적인 억제효과를 보였고 ACV^r와 IUdR^r5의 복제에 대해서는 상가작용이하의 억제 효과를 보였다. 2. GCV또는 ara-A는 HSV-1감염 Vero세포에서 virus DNA의 합성을 유의하게 억제하였다. GCV와 ara-A의 동시첨가는 KOS 또는 PAA^r5 감염세포에서 virus DNA 합성을 GCV 또는 ara-A를 단독 첨가하였을때 보다 현저하게 억제하였다. ACV^r 또는 IUdR^r 감염세포에서는 이런 현상을 관찰할 수 없었다. 3. Wild type HSV-1 감염세포에서 virus-단백질의 합성은 GCV, ara-A의 단독 첨가 또는 GCV와 ara-A의 동시첨가에 의해서 변경되지 않았다. Wild type HSV-1 감염말기에 GCV 또는 ara-A 단독 혹은 동시첨가에 의해서 virus 단백질의 합성은 경미하나마 유의성있게 증가하였다. Wild type HSV-1과 PAA^r5에 의한 단백질의 합성은 GCV 또는 ara-A 단독 첨가에 의해서 유의성있게 억제되었다. GCV또는 ara-A의 동시첨가는 GCV또는 ara-A를 단독으로 첨가했을 경우보다 단백질의 합성을 더욱 억제하였다. 이상의 실험결과로 보아 GCV와 ara-A의 동시사용은 HSV-1 혹은 ACV저항 DNA polymerase변이주인 PAA^r5에 대해서 상승적인 억제작용을 나타냈으며 이 효과는 virus DNA 합성 억제에 의한 것으로 생각된다. ACV저항 thymidine kinase 변이주인 ACV^r 및 IUdR^r에 대해서는 ara-A가 유효하였다. 항 virus 약물에 의한 virus 단백질합성의 변화는 virus DNA 합성에 대한 억제효과에 인한 것으로 사려된다. Combined effects of ganciclovir (GCV) and vidarabine (ara-A) on the replication, DNA synthesis, and gene expression of wild type-1 herpes simplex virus (HSV-1) and three acyclovir (ACV)-resistant HSV-1 mutants were studied. These mutants include a virus expressing no thymidine kinase (ACV^r), a virus expressing thymidine kinase with altered substrate specificity (IUdR^r), and a mutant expressing altered DNA polymerase (PAA^r5). GCV, an agent activated by herpesvirus specific thymidine kinase, showed potent antiviral activity against the wild type HSV-1(KOS) and DNA polymerase mutant (PAA^r5). The ACV-resistant mutants with thymidine kinase gene (ACV^r and IUdR^r) were resistant to GCV. All tested wild type HSV-1 or ACV-resistant HSV-1 mutants did not display resistance to vidarabine (are-A). Combined GCV and ara-A showed potentiating synergistic antiviral activity against wild type KOS and PAA^r5, and showed subadditive combnined ativiral activity against thymidine kinase mutants. Combined GCV and ara-A more significantly inhibited the viral DNA synthesis in wild type KOS and PAA^r5-infected cells to a greater extent than either agent alone, but the synergism was not determined in ACV^r or IUdR^r-infected cells. These data clearly indicate that combined GCV and ara-A therapy might be useful for the treatment of infections caused by wild type HSV-1 or ACV-resistant HSV-1 with DNA polymerase mutation. ACV-resistant viruses with the mutation in thymidine kinase gene are also, resistant to GCV, but susecptible to ara-A, indicating that ara-A would the drug of choice for the treatment of ACV-resistant HSV-1 which does not express thymidine kinase or expresses thymidine kinase with altered substrate specificity. While the synthesis of viral α-proteins of wild type HSV-1 was not affected by ACV, GCV, ara-A, or combined GCV and ara-A, the synthesis of β-proteins was slightly but significantly increased at the later stage of viral infection by the antiviral agents. The synthesis of γ-proteins of wild type HSV- 1 was significantly inhibited by ACV, GCV, ara-A, and combined GCV and ara-A. Combined GCV (5-μM) and ara-A (100-μM) also significantly altered the expression of viral β-and γ-proteins, of which efffct was similar to that of GCV (10-μM) alone. Although ACV at the concentration of 10-μM did not alter the expression of α-, β-, and γ-proteins of ACV-resistant PAA^r5, GCV and ara-A significantly alter the epression of β-and γ-proteins, not α-protein, as same manner as they altered the expression of those proteins in cells inffcted with wild type HSV-1. Combined GCV (5-μM) and ara-A (100-μM) altered the expression β-and γ-proteins in PAA^r5 infected cells, and the effect of combined regimen was comparable of that of GCV (10-μM). These data indicate that the alteration in the expression of β-and γ-proteins in wild type HSV-1 or PAA^r5 infected cells could be more significantly affected by combined GCV and are-A than individual GCV or ara-A.