Characterization of the nitroreductase/metronidazole suicide gene system as a safeguard for cell based therapies

Cell-based therapies are promising treatment strategies for a variety of disorders ranging from cancer to spinal cord injuries. However, there is a risk of the transplanted cells becoming malignant. As a safeguard against this, suicide gene systems can be implemented so that transplanted cells can be eliminated if necessary by administering a pro-drug. Herpes simplex virus thymidine kinase (HSV-tk) paired with the pro-drug ganciclovir (GCV) is one of the most studied suicide gene systems. However, it can only kill cells that are actively dividing. Here we characterize another suicide gene system, nitroreductase (NTR) with its pro-drug metronidazole (MNZ), to investigate where in the cell cycle the killing occurs, hypothesizing that it could become an ideal candidate for eliminating transplanted cells irrespective of their proliferative status. Murine embryonic stem cells were transfected with vectors expressing either HSV-tk or NTR and treated with the corresponding pro-drug. Confocal imaging and FUCCI (fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicator) were used to identify where in the cell cycle the drug was active. MNZ was found to kill both dividing and non-dividing cells whereas GCV killed only the dividing cells. These results suggest that the NTR system may be a valuable addition or complement to HSV-tk Les therapies cellulaires sont des strategies promettantes en tant que traitements pour une variete de maladies. Celles-ci incluent le cancer et les traumatismes medullaires. Cependant, il y a un risque que les cellules implantees puissent devenir malignes. Afin de prevenir cela, des systemes de genes suicides peuvent etre utilises afin d’eliminer les cellules implantees si necessaires par l’administration d’une prodrogue. La thymidine kinase, une enzyme trouvee chez les patients atteint du virus de l’herpes simplex (HSV tk), utilisee en conjonction avec la prodrogue ganciclovir (GCV), est un des systemes de genes suicides les plus etudies. Cependant, il peut seulement tuer les cellules qui se divisent activement. Ici, nous caracterisons un autre systeme de genes suicidaires, nitroreductase (NTR) avec sa prodrogue metronidazole (MNZ), afin d’etudier a quel point dans le cycle cellulaire la tuerie se deroule. L’hypothese est que ce systeme pourrait etre un candidat ideal afin d’eliminer les cellules transplantees, peu importe leur statut proliferatif. Des cellules de souche embryonnaires murines ont ete transfectees avec des vecteurs qui exprimaient soit HSV- tk ou NTR et traitees avec la prodrogue correspondante. La microscopie confocale et le systeme FUCCI (pour fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicator) ont ete utilises afin d’identifier le point du cycle pendant lequel la drogue etait active. Il a ete trouve que MNZ tuait les cellules qui se divisaient et qui ne se divisaient pas, alors que GCV tuait uniquement les cellules qui se divisent. Ces resultats suggerent que le systeme NTR pourrait etre une addition ou un complement utile a HSV-tk.