Towards gene therapy of endometriosis

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Review of current state and future prospects of endometriosis gene therapy is presented. Main molecular pathogenetic mechanisms and possible ways of their correction by means of genetic constructs are described. Examples of anti-estrogenic, anti-angiogenic, suicidal gene therapy approaches are presented. Advantages of siRNA and microRNA mediated regulation of endometrial genes expression are discussed

About the authors

Anastasia Nikolaevna Shubina

Saint-Petersburg State University

student of Department of Genetics and Breeding

Anton Vyacheslavovich Kiselev

Ott Institute for Obstetrics and Gynecology RAMS

Email: ankiselev@yahoo.co.uk
PhD, senior scientist, lab. prenatal diagnostics of inherited diseases

Anna Alexeevna Egorova

Ott Institute for Obstetrics and Gynecology RAMS

PhD, post-doctoral fellow, lab. prenatal diagnostics of inherited diseases

Vladislav Sergeevich Baranov

D. O. Ott Institute of Obstetrics and Gynecology

head of lab.for Prenatal Diagnosis, PhD, prof. D. O. Ott Institute of Obstetrics and Gynecology; Saint-Petersburg State University

References

  1. Адамян Л. В., Спицын В. А., Андреева Е. Н. Генетические аспекты гинекологических заболеваний. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 200 с.
  2. Адамян Л. В., Осипова А. А., Сонова М. М. Эволюция гормональной терапии эндометриоза // Проблемы репродукции. — 2006. — Т. 12, № 5. — С. 11–16.
  3. Баранов В. С., Иващенко Т. Э., Швед Н. Ю. Генетические основы профилактики и лечения эндометриоза // Молекулярно-генетические технологии в медицинской практике. — 2004. — Вып. 5. — С. 136–156.
  4. Баскаков В. П., Цвелев Ю. В., Кира Е. Ф. Эндометриоидная болезнь. — СПб.: Изд-во Н-Л, 2002. — 448 с.
  5. Горбунова В. Н., Баранов В. С. Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных заболеваний. — СПб.: Специальная литература, 1997. — 286 с.
  6. Исследование цитокинового профиля и ангиогенного потенциала перитонеальной жидкости больных с наружным генитальным эндометриозом / Соколов Д. И. [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 2005. — Т. 140, № 11. — С. 552–555.
  7. Ищенко А. И., Кудрина Е. А. Эндометриоз: диагностика и лечение. — М.: ГЭОТАР-МЕД, 2002. — 104 с.
  8. Киселев А. В., Баранов А. Н., Баранов В. С. Генная терапия. Состояние проблемы и перспективы // Молекулярно-биологические технологии в медицинской практике. — 2003. — № 3. — С. 49–75.
  9. Молекулярная патология эндометриоза / Ляшенко А. А. [и др.] // Проблемы репродукции. — 2006. — Т. 12, № 6. — С. 16–21.
  10. Сельков С. А., Солодовникова Н. Г., Павлов О. В. Особенности локальной продукции интерлейкинов и ростовых факторов при наружном генитальном эндометриозе // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 2005. — Т. 139, № 4. — С. 439–442.
  11. Участие факторов ангиогенеза в развитии наружного генитального эндометриоза / Кондратьева П. Г. [и др.] // Журнал акушерства и женских болезней. — 2007. — № 3. — С. 70–74.
  12. Ярмолинская М. И., Рулев В. В. Современные подходы к комплексной терапии наружного генитального эндометриоза // Доктор.Ру. — 2008. — № 6. — С. 1727–2378.
  13. Ярмолинская М. И. Генитальный эндометриоз: влияние гормональных, иммунологических и генетических факторов на развитие, особенности течения и выбор терапии: автореф. дис… д-ра мед. наук. — СПб., 2009. — 40 с.
  14. 2-methoxyestradiol inhibits hypoxia-inducible factor-1{alpha} and suppresses growth of lesions in a mouse model of endometriosis / Becker C. M. [et al.] // Am. J. Pathol. — 2008. — Vol.172, N.2 — P. 534–544.
  15. A novel noninvasive model of endometriosis for monitoring the efficacy of antiangiogenic therapy / Becker C. M. [et al.] // Am. J. Pathol. — 2006. — Vol. 168, N. 6. — P.2074–2084.
  16. Aberrant expression of deoxyribonucleic acid methyltransferases DNMT1, DNMT3A, and DNMT3B in women with endometriosis / Wu Y. [et al.] // Fertil. Steril. — 2007. — Vol. 87, N 1. — P. 24–32.
  17. Aberrant methylation at HOXA10 may be responsible for its aberrant expression in the endometrium of patients with endometriosis / Wu Y. [et al.] // Am. J. Obstet. Gynecol. — 2005. — Vol. 193, N. 1. — P. 371–380.
  18. Alterations in micro-ribonucleic acid expression profiles reveal a novel pathway for estrogen regulation / Cohen A. [et al.] // Endocrinology. — 2008. — Vol. 149, N. 4. — P. 1687–1696.
  19. Altered expression of HOXA10 in endometriosis: potential role in decidualization / Kim J. J. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2007. — Vol. 13, N. 5. — P. 323–332.
  20. Angiogenic activity of peritoneal fluid from women with endometriosis / Oosterlynck D. J. [et al.] // Fertil. Steril. — 1993. — Vol. 59, N. 4. — P. 778–782.
  21. Antiangiogenesis therapy for endometriosis / Nap A. W. [et al.] // J. Clin. Endocrinol. Metab. — 2004. — Vol. 89, N. 3. — P. 1089–1095.
  22. Antiangiogenic agents are effective inhibitors of endometriosis / Hull M. L. [et al.] // J. Clin. Endocrinol. Metab. — 2003. — Vol. 88, N. 6. — P. 2889–2899.
  23. Baldi A., Campioni M., Signorile P. G. Endometriosis: pathogenesis, diagnosis, therapy and association with cancer // Oncol. Rep. — 2008. — Vol. 19, N. 4 — P. 843–846.
  24. Basal and steroid hormone-regulated expression of CXCR4 in human endometrium and endometriosis / Ruiz A. [et al.] // Reprod. Sci. — 2010. — Vol. 17, N. 10. — P. 894–903.
  25. Behaviour of cytokine levels in serum and peritoneal fluid of women with endometriosis / Pizzo A. [et al.] // Gynecol Obstet Invest. — 2002. — Vol. 54, N. 2. — P. 82–87.
  26. Conditional switching of vascular endothelial growth factor (VEGF) expression in tumors: induction of endothelial cell shedding and regression of hemangioblastoma-like vessels by VEGF withdrawal // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. — 1997. — Vol. 94, N. 16. — P. 8761–8766.
  27. Changes of peripheral blood lymphocyte subsets before and after operation of patients with endometriosis / Kikuchi Y. [et al.] // Acta. Obstet. Gynecol. Scand. — 1993. — Vol. 72, N. 3. — P. 157–161.
  28. Chemokine bioactivity of RANTES in endometriotic and normal endometrial stromal cells and peritoneal fluid / Hornung D. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2001. — Vol. 7, N.2. — P. 163–168.
  29. Circulating endothelial progenitor cells are up-regulated in a mouse model of endometriosis / Becker C. M. [et al.] // Am. J. Pathol. — 2011. — Vol. 178, N. 4. — P. 1782–1791.
  30. COX-2 overexpression in peritoneal lesions is correlated with non-menstrual chronic pelvic pain / Buchweitz O. [et al.] // Eur. J. Obstet. Gynecol. Reprod. Biol. — 2006. — Vol. 124, N. 2. — P.215–221.
  31. Dass C. R., Contreras K. G., Dunstan D. E. Chitosan microparticles encapsulating PEDF plasmid demonstrate efficacy in an orthotopic metastatic model of osteosarcoma // Biomaterials. — 2007. — Vol. 28, N. 19. — P. 3026–3033.
  32. Distinct mechanisms regulate cyclooxygenase-1 and –2 in peritoneal macrophages of women with and without endometriosis / Wu M. H. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2002. — Vol. 8, N. 12. — P. 1103–1110.
  33. Dlugi A. M., Miller J. D., Knittle J. Lupron depot (leuprolide acetate for depot suspension) in the treatment of endometriosis: a randomized, placebo-controlled, double-blind study. Lupron Study Group // Fertil. Steril. — 1990. — Vol. 54, N. 3. — P. 419–427.
  34. Edelstein M. L., Abedi M. R., Wixon J. Gene therapy clinical trials worldwide to 2007— an update // J. Gene Med. — 2007. — Vol. 9, N. 10. — P. 833–842.
  35. Elevated concentration and biologic activity of monocyte chemotactic protein-1 in the peritoneal fluid of patients with endometriosis / Akoum A. [et al.] // Fertil. Steril. — 1996. — Vol. 66, N. 1. — P. 17–23.
  36. Endostatin inhibits the growth of endometriotic lesions but does not affect fertility / Becker C. M. [et al.] // Fertil. Steril. — 2005. — Vol.84. — P. 1144–1155.
  37. Endothelial progenitor cells contribute to the vascularization of endometriotic lesions / Laschke M. W. [et al.] // Am. J. Pathol. — 2011. — Vol. 178, N. 1 — P. 442–450.
  38. Essential role of bone marrow fibroblast growth factor-2 in the effect of estradiol on reendothelialization and endothelial progenitor cell mobilization / Fontaine V. [et al.] // Am. J. Pathol. — 2006. — Vol. 169, N. 5. — P. 1855–1862.
  39. Estradiol downregulates miR-21 expression and increases miR-21 target gene expression in MCF-7 breast cancer cells / Wickramasinghe N. S. [et al.] // Nucleic Acids Res. — 2009. — Vol. 37, N. 8. — P. 2584–2595.
  40. Estrogen content and metabolism in human breast tumor tissues and cells / Castagnetta L. A. [et al.] // Ann. N. Y. Acad. Sci. — 1996. — Vol. 784. — P. 314–321.
  41. Estrogen increases bone marrow-derived endothelial progenitor cell production and diminishes neointima formation / Strehlow K. [et al.] // Circulation. — 2003. — Vol. 107, N. 24. — P. 3059–3065.
  42. Estrogen-mediated endothelial progenitor cell biology and kinetics for physiological postnatal vasculogenesis / Masuda H. [et al.] // Circ. Res. — 2007. — Vol. 101, N. 6. — P. 598–606.
  43. Estrogen-mediated, endothelial nitric oxide synthase-dependent mobilization of bone marrow-derived endothelial progenitor cells contributes to reendothelialization after arterial injury / Iwakura A. [et al.] // Circulation. — 2003. — Vol. 108, N. 25. — P. 3115–3121.
  44. Favier B., Dollé P. Developmental functions of mammalian Hox genes // Mol. Hum. Reprod. — 1997. — Vol. 3, N. 2. — P. 115–131.
  45. Gazvani R., Templeton A. New considerations for the pathogenesis of endometriosis // Int. J. Gynaecol. Obstet. — 2002. — Vol. 76, N. 2. — P. 117–126.
  46. Gene therapy of endometriosis introduced by polymeric micelles with glycolipid-like structure / Zhao M. D. [et al.] // Biomaterials. — 2012. — Vol. 33, N. 2. — P. 634–643.
  47. Genome-wide association study identifies a locus at 7p15.2 associated with endometriosis / Painter J. N. [et al.] // Nature Genetics. — 2011. — Vol. 43, N. 1. — P. 51–54.
  48. Groothuis P. G., Nap A. W., Winterhager E. Vascular development in endometriosis // Angiogenesis. — 2005. — Vol. 8, N. 2 — P. 147–156.
  49. HOX gene expression is altered in the endometrium of women with endometriosis / Taylor H. S. [et al.] // Hum. Reprod. — 1999. — Vol. 14, N. 5. — P. 1328–1331.
  50. Kanerva A., Raki M., Hemminki A. Gene therapy of gynaecological diseases // Expert Opin. Biol. Ther. — 2007. — Vol. 7, N. 9. — P. 1347–1361.
  51. Kendall R. L., Wang G., Thomas K. A. Identification of a natural soluble form of the vascular endothelial growth factor receptor, FLT-1, and its heterodimerization with KDR // Biochem. Biophys. Res. Commun. — 1996. — Vol. 226, N. 2 — P. 324–328.
  52. Kyama C. M., Debrock S., Mwenda J. M. Potential involvement of the immune system in the development of endometriosis // Reprod. Biol. Endocrinol. — 2003. — Vol. 1 — P. 123.
  53. Lebovic D. I., Mueller M. D., Taylor R. N. Immunobiology of endometriosis // Fertil. Steril. — 2001. — Vol. 75, N. 1. — P. 1–10.
  54. Li S. D., Huang L. Gene therapy progress and prospects: non-viral gene therapy by systemic delivery // Gene Ther. — 2006. — Vol. 13, N. 18. — P. 1313–1319.
  55. Local and systemic delivery of VEGF siRNA using polyelectrolyte complex micelles for effective treatment of cancer / Kim S. H. [et al.] // J. Control. Release. — 2008. — Vol. 129, N. 2. — P. 107–116.
  56. McGinnis W., Krumlauf R. Homeobox genes and axial patterning // Cell. — 1992. — Vol. 68, N. 2. — P. 283–302.
  57. McLaren J., Prentice A., Charnock-Jones D. S. Vascular endothelial growth factor (VEGF) concentrations are elevated in peritoneal fluid of women with endometriosis // Hum. Reprod. — 1996. — Vol. 11, N. 1. — P. 220–223.
  58. McLaren J. Vascular endothelial growth factor and endometriotic angiogenesis // Hum Reprod Update. — 2000. — Vol. 6, N. 1. — P. 45–55.
  59. Mechanism of ‘bystander effect’ killing in the herpes simplex thymidine kinase gene therapy model of cancer treatment / Ishii-Morita H. [et al.] // Gene Therapy. — 1997. — Vol. 4, N. 3. — P. 244–251.
  60. Mechanistic and therapeutic implications of angiogenesis in endometriosis / Taylor R. N. [et al.] // Reprod. Sci. — 2009. — Vol. 16, N. 2. — P. 140–146.
  61. MicroRNA 135 regulates HOXA10 expression in endometriosis / Petracco R. [et al.] // J. Clin. Endocrinol. Metab. — 2011. — Vol. 96, N. 12. — P. 925–933.
  62. MicroRNA-regulated pathways associated with endometriosis / Ohlsson Teague E. M. [et al.] // Mol. Endocrinol. — 2009. — Vol. 23, N. 2 — P. 265–275.
  63. Nuclear factor-kappa B is constitutively activated in peritoneal endometriosis / González-Ramos R. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2007. — Vol. 13, N. 7. — P. 503–509.
  64. Othman E. E., Salama S., Ismail N. Toward gene therapy of endometriosis: adenovirus-mediated delivery of dominant negative estrogen receptor genes inhibits cell proliferation, reduces cytokine production, and induces apoptosis of endometriotic cells // Fertil. Steril. — 2007. — Vol. 88, N. 2. — P. 462–471.
  65. Ovulation suppression for endometriosis / Hughes E. [et al.] // Cochrane Database Syst. Rev. — 2007. — Vol. 18, N 3 — Art. No.: CD000155
  66. Pan Q., Luo X., Toloubeydokhti T. The expression profile of micro-RNA in endometrium and endometriosis and the influence of ovarian steroids on their expression // Mol. Hum. Reprod. — 2007. — Vol. 13, N. 11. — P. 797–806.
  67. PEG conjugated VEGF siRNA for anti-angiogenic gene therapy / Kim S. H. [et al.] // J. Control. Release. — 2006. — Vol. 116, N. 2. — P. 123–129.
  68. Powerful dominant negative mutants of the human estrogen receptor / Ince B. A. [et al.] // J. Biol. Chem. — 1993. — Vol. 269, N. 19. — P. 14026 –14032.
  69. Progenitor cell trafficking is regulated by hypoxic gradients through HIF-1 induction of SDF-1 / Ceradini D. J. [et al.] // Nat. Med. — Vol. 10, N. 8. — P. 858–864.
  70. Promoter hypermethylation of progesterone receptor isoform B (PR-B) in endometriosis / Wu Y. [et al.] // Epigenetics. — 2006. — Vol. 1, N. 2. — P.106–111.
  71. Quantitative assessment of human endometriotic tissue maintenance and regression in a noninvasive mouse model of endometriosis / Fortin M. [et al.] // Mol. Ther. — 2004. — Vol. 9, N. 4 — P. 540–547.
  72. Recombinant interleukin-2 corrects in vitro the immunological defect of endometriosis / Melioli G. [et al.] // Am. J. Reprod. Immunol. — 1993 — Vol. 30, N. 4 — P. 218–227.
  73. Rizner T. L. Estrogen metabolism and action in endometriosis // Mol. Cell Endocrinol. — 2009. — Vol. 307, N. 1–2. — P. 8–18.
  74. Rosser M. D., Parvez I. H., Dyan N. A. The emerging role of epigenetics and miRNAs in endometriosis // Expert Review of Obstretrics and Gynecology. — 2011. — Vol. 6, N. 4. — P. 431–450.
  75. Selective estrogen receptor-alpha agonist provides widespread heart and vascular protection with enhanced endothelial progenitor cell mobilization in the absence of uterotrophic action / Bolego C. [et al.] // FASEB J. — 2010. — Vol. 24, N. 7. — P. 2262–2272.
  76. Senger D. R., Perruzzi C. A., Feder J. Ahighly conserved vascular permeability factor secreted by a variety of human and rodent tumor cell lines // Cancer Res. — 1986. — Vol. 46, N 11. — P. 5629–5632.
  77. Silencing of microRNAs in vivo with ‘antagomirs’ / Krützfeldt J. [et al.] // Nature. — 2005. — Vol. 438, N 7068. — P. 685–689.
  78. Sonkoly E., Stahle M., Pivarcsi A. MicroRNAs and immunity: novel players in the regulation of normal immune function and inflammation // / Semin. Cancer Biol. — 2008. — Vol. 18, N. 2. — P. 131–140.
  79. Suppression of ovarian cancer by muscle-mediated expression of soluble VEGFR-1 / Flt-1 using adeno-associated virus serotype 1-derived vector / Takei Y. [et al.] // Int. J. Cancer. — 2007. — Vol. 120, N. 2. — P. 278–284.
  80. Taylor H. S., Vanden Heuvel G. B. A conserved Hox axis in the mouse and human female reproductive system: late establishment and persistent adult expression of the Hoxa cluster genes // Biol. Reprod. — 1997. — Vol. 57, N. 6. — P. 1338–1345.
  81. Taylor S. H., Shelton C. T. Endometrial gene therapy: US Patent 0177574, 2002. — 17 p.
  82. The expression and ovarian steroid regulation of endometrial micro-RNAs / Toloubeydokhti T. [et al.] // Reprod. Sci. — 2008. — Vol. 15, N. 10. — P. 993–1001.
  83. The vascular endothelial growth factor (VEGF) / VEGF receptor 2 pathway is critical for blood vessel survival in corpora lutea of pregnancy in the rodent / Pauli S. A. [et al.] // Endocrinology. — 2005. — Vol. 146, N. 3. — P. 1301–1311.
  84. Therapeutic effect of angiostatin gene transfer in a murine model of endometriosis / Dabrosin C. [et al.] // Am. J. Pathol. — 2002. — Vol. 161, N. 3. — P. 909–918.
  85. Touchefeu Y., Harrington K. J., Galmiche J. P. Gene therapy, recent developments and future prospects in gastrointestinal oncology: review article // Aliment. Pharmacol. Ther. — 2010. — Vol. 32, N. 8. — P. 953–968.
  86. Transcriptional activation of steroidogenic factor-1 by hypomethylation of the 50 CpG island in endometriosis / Xue Q. [et al.] // J. Clin. Endocrinol. Metab. — 2007. — Vol. 92, N. 8. — P. 3261–3267.
  87. Treatment of endometriosis with a VEGF-targeted conditionally replicative adenovirus / Rein D. T. [et al.] // Fertil. Steril. — 2010. — Vol. 93, N. 8. — P. 2687–2694.
  88. Vascular endothelial growth factor (165) gene transfer augments circulating endothelial progenitor cells in human subjects / Kalka C. [et al.] // Circ. Res. — 2000. — Vol. 86, N. 12, — P.1198–1202.
  89. Vascular permeability factor, an endothelial cell mitogen related to PDGF / Keck P. J. [et al.] // Science. — 1989. — Vol. 246, N. 4935. — P.1309–1312.
  90. Vascular permeability factor / vascular endothelial growth factor (VPF / VEGF) delays and induces escape from senescence in human dermal microvascular endothelial cells / Watanabe Y. [et al.] // Oncogene. — 1997. — Vol. 14, N. 17. — P. 2025–2032.
  91. Viral gene therapy strategies: from basic science to clinical application / Young L. S. [et al.] // J. Pathol. — 2006. — Vol. 208, N. 2. — P. 299–318.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2012 Shubina A.N., Kiselev A.V., Egorova A.A., Baranov V.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».