Study of endocrine and paracrine effects of growth hormone after administration of plasmid DNA in animal models of gene therapy

Nosso grupo tem estudado uma estratégia alternativa de tratamento para a deficiência de hormônio de crescimento (DGH), utilizando a administração in vivo do plasmídeo pUC-UBI-hGH, seguida de eletroporação, no músculo quadríceps de camundongos anões e imunodeficientes (lit/scid), que proporcionou níveis sustentáveis de hGH na circulação durante 60 dias e um aumento significativo de peso dos animais tratados. Visando investigar os efeitos autócrinos/parácrinos e endócrinos derivados deste tipo de tratamento, e compará-los aos da administração diária por via parenteral do hormônio de crescimento humano recombinante (r-hGH) neste modelo animal, os seguintes parâmetros de crescimento foram avaliados no presente trabalho: peso corpóreo, comprimento total do corpo e da cauda, pesos de órgãos (fígado, rins, coração, baço, músculos quadríceps e gastrocnêmio) e os níveis plasmáticos de mIGF-I (fator de crescimento semelhante à insulina I de camundongo) e de glicose. Em um primeiro experimento, foram observados aumentos altamente significativos (P<0,001) do peso corpóreo e do comprimento total do corpo e da cauda, após 50 dias de tratamento. Todos os órgãos analisados para o grupo tratado, exceto os músculos gastrocnêmios apresentaram aumentos de peso altamente significativos. O quadríceps direito, o que recebeu a injeção do DNA plasmidial, apresentou um aumento de peso de 48,1% em comparação com o controle injetado com salina (P<0,001), enquanto o aumento de peso dos quadríceps esquerdo, não injetados, dos animais tratados foi de 31% (P<0,005). Estes dados sugerem efeitos locais (autócrino e / ou parácrinos) e sistêmicos (endócrinos) resultantes da injeção do plasmídeo contendo o gene do hGH e da consequente expressão e secreção do hGH. Em outro experimento, a comparação da administração única de DNA plasmidial com injeções diárias de r-hGH proporcionou aumentos significativos dos pesos corpóreos, em relação ao grupo controle, de 23,1% (P<0,01) e de 35,5% (P<0,001) para os grupos tratados com DNA e proteína, respectivamente, enquanto as inclinações das curvas de crescimento foram praticamente idênticas: 0,094 g / animal / dia para a injeção de DNA e 0,095 g / animal / dia para a proteína. Entre os dois grupos tratados, não houve diferenças significativas entre o peso dos seguintes órgãos: rins direito e esquerdo, baço e músculo quadríceps direito. Os níveis de glicose no plasma dos grupos tratados e controle não apresentaram diferenças significativas ao final dos tratamentos de 28 e 50 dias. As diferenças das concentrações de mIGF-I entre os grupos tratados foram significativas apenas após 7 dias de tratamento. Os valores foram sempre maiores para o grupo tratado com DNA plasmidial em relação ao grupo do r-hGH, e os níveis de ambos os grupos tratados foram significativamente superiores ao do grupo controle. Apesar da necessidade de outros estudos para confirmar a segurança e a viabilidade deste tratamento, este tipo de terapia gênica para a DGH pode vir a ser uma alternativa viável ao tratamento padrão desta doença, baseado em repetidas injeções de r-hGH altamente purificado.Our group has studied an alternative strategy for the treatment of growth hormone deficiency (GHD), using the in vivo administration of the plasmid pUC-UBI-hGH, followed by electroporation, into the quadriceps muscle of immunodeficient dwarf mice (lit/scid), that provided sustainable levels of hGH in the circulation during 60 days and a significant increase of body weight in the treated animals. In order to investigate the autocrine / paracrine and endocrine effects derived from this type of treatment, and compare them to the parentheral daily administration of the recombinant human growth hormone (r-hGH) in this animal model, the following growth parameters were evaluated in this study: body weight, total body length, tail length, organ weights (liver, kidneys, heart, spleen, quadriceps and gastrocnemius muscles) and the plasmatic levels of mIGF-I (mouse insulin-like growth factor I) and glucose. In a first experiment, higly significant increases of body weight, total body length and tail length were observed, after 50 days of treatment. All the analised organs of the treated group, except the two gastrocnemius muscles, presented a highly significant weight increase. The right quadriceps, that received the DNA injection, presented a 48.1% weight increase versus saline injected control (P<0.001), whereas the weight increase of left quadriceps, non injected, of treated animals was 31.0% (P<0.005). These data suggest local (autocrine and / or paracrine) and systemic (endocrine effects as a result of hGH DNA injection and the consequent hGH expression and secretion. In a second experiment, the comparison between single plasmid DNA administration with daily r-hGH injections provided significant body weight increases (P<0.001) of both treated groups, compared to control group, of 23.1% (P