Newcastle Disease Virus (NDV) является мощным онколитическим вирусом, который, как было установлено, безопасен и обладает активностью в качестве противоопухолевой терапии в клинических исследованиях (Lam et al., 2011, Wei et al., 2012, Zamarin and Palese, 2012). NDV обусловливает онколизис раковых клеток за счет непосредственного умерщвления клеток и косвено за счет активации макрофагов и NK клеток и генерации адаптивной иммунной реакции против раковых антигенов. Исходя из его вирулентности у цыплят, NDV классифицируется как lentogenic (невирулентный), mesogenic NDV (средней вирулентности) и velogenic NDV (высоко вирулентный). Помимо velogenic NDV, mesogenic NDV был повторно классифицирован как избирательный агент в 2008, препятствующий его развитию, как онколитического агента или вакцинного вектора.

NDV - это РНК-вирус с отрицательной цепью в семействе Paramyxoviridae. Его геном состоит из 6 транскрипционных единиц, кодирующих nucleoprotein (NP), phosphoprotein (P и V/W за счет редактирования гена), matrix (M), fusion (F), hemagglutinin neuraminidase(HN) и large polymerase (L) белки (Chang et al., 2001). Белки NP, P и L составляют вирусную РНК полимеразу, тогда как F и HN белки являются интегральными мембранными белками, участвующими в проникновении и выходе вируса. F белок свинтезируется как F0 предшественник, который расщепляется на F1 и F2 субъединицы за счет клеточной proteinase, необходимой для их fusion активности, чтобы обеспечить проникновение вируса в клетку. Белок F является ключевым фактором вирулентности (Peeters et al., 1999). И mesogenic и velogenic NDV линии имеют множество основных аминокислот в сайте расщепления белка F, это обеспечивает эффективное расщепление в инфицированных клетках, тогда как lentogenic линия NDV с единственной основой аминокислотой на месте расщепления F0 не расщепляется. Кроме того, F белок, транслируемый в V белок с гена P посредством редактирования гена, является антагонистом interferon, который также является важным фактором вирулентности (Steward et al., 1993).

Помимо его использования в качестве онколитического вируса NDV был использован в качестве вакцинного вектора (Kim et al., 2014, Xiao et al., 2011). Хотя как lentogenic, так и mesogenic линии были оценены в пре-клинических исследованиях в качестве вакцинных векторов в ветеринарии и у человека, mesogenic NDV, такой как линия Beaudette C (BC), по-видимому, более эффективен, чем lentogenic линия LaSota. Модифицированный BC вектор, экспрессирующий HA высоко патогенногог вируса гриппа H5N1, индуцирует у цыплят защитный immunityin (Kim et al., 2014). Чтобы использовать mesogenic NDV в качестве эффективного вектора для доставки генов или в качестве онколитического агента, было использовано несколько методов по генетическому модифицированию генома NDV, чтобы снизить его вирулентность у птиц, такие как модификация F, HN и P генов (Hao et al., 2016, Heiden et al., 2014, Huang et al., 2003, Kim et al., 2014). Ранее мы создавали кандидатов онколитических NDV, базируясь на mesogenic NDV 73T линии путем модифицирования сайта расщепления F белка и вставки 198-нуклеотидной последовательности в HN-L межгенный регион, это приводило к снижению патогенности для птиц без нарушения онколитического потенциала (Cheng et al., 2016).

Модификация кодона, как было установлено, успешно уменьшает количество РНК вирусов, таких как poliovirus, influenza A вирус, вирус везикулярного стоматита и respiratory syncytial вирус (Broadbent et al., 2016, Cheng et al., 2017, Mueller et al., 2010, Mueller et al., 2006, Song et al., 2012, Wang et al., 2015, Yang et al., 2013). Модификация кодонов посредством codon pair deoptimization (CPD) или codon usage preference посредством синонимных мутаций уменьшала эффективность трансляции белков с генов мишеней и приводила к ослаблению вируса. Здесь была использована стратегия трех NDV вирулентных факторов (F, HN и P) для ослабления mesogenic 73T линии.

Перекодирование генов F и HN редкими кодонами значительно снижает экспрессию F и HN белков и приводит к снижению их инкорпорации в вирионы. Перекодированные по F и HN вирусы были частично ослаблены у цыплят даже, если место расщепления F белка был модифицировано. Полное ослабление достигалось, когда 5' часть гена P была перекодирована. Перекодированные по P, F и HN трем мутантным генам обнаруживали задержку клеточной гибели раковых клеток человека при этом удлинялась экспрессия GFP трансгена. Поскольку эта преобразованная ослабленная линия NDV обнаруживала низкий онколитический потенциал, её способность продолжительной экспрессии трансгена может позволить её использование в качестве вакцины м или вектора по доставки генов.