Colorectal cancer is one of the most death related cancer type in worldwide. Conventional cancer therapeutics show curable effect only in the patients at early stage of the disease. In case of the diagnosis at late stages, the survival rate decreases dramatically up to 10%. Therefore, novel cancer therapeutics are urgently needed. Oncolytic virotherapy is a new treatment approach which exploits the viruses against cancer. Clinical trials prove the efficiency of various oncolytic viruses in treatment of different tumors. Coxsackievirus B3 (CVB3), a single-stranded RNA virus of the picornavirus family, has been described as a novel oncolytic virus against lung carcinoma. However, CVB3 can induce severe diseases, such as pancreatitis, myocarditis and encephalitis, but the course of infections is decisively influenced by the particular strain of CVB3.In this thesis, firstly, it was aimed to investigate different laboratory strains of CVB3 (Nancy, 31-1-93, H3) which use the coxsackievirus and adenovirus receptor (CAR) and the strain PD which uses N- and 6-O-sulfated heparin sulfate (HS) for entry into colorectal tumor cells, for their potential to lyse these cells and for their safety profile. In vitro investigations showed variable infection efficiency and lysis of colorectal carcinoma cell lines by the CVB3 strains. The most efficient strain was PD, which was the only one that could lyse all five of the investigated colorectal carcinoma cell lines. Lytic activity of CAR-dependent CVB3 did not correlate with CAR expression on colorectal carcinoma cells, whereas there was a clear correlation between lytic activity of PD and its ability to bind to HS at the cell surface of these cells. Intratumoral injection of CVB3 Nancy, 31- 1-93 or PD into subcutaneous colorectal DLD1 tumors in BALB/c nude mice each resulted in strong inhibition of tumor growth. The effect was seen in the injected tumor, as well as in a non-injected, contralateral tumor. However, all animals treated with 31-1- 93 and Nancy developed systemic infection and died or were moribund and sacrificed at 6 and 8 days post intratumoral virus injection. In contrast, five of the six animals treated with PD showed no signs of a systemic viral infection and PD was not detected in any organ. These results indicate that PD has potential to be a potent and safe oncolytic CVB3 strain for use in the treatment colorectal carcinoma.To increase the tumor selectivity, so that to abolish the possibility of undesirable virus infection in healthy organs, target sites of pancreas-specific microRNA was inserted into the virus genome and recombinant CVB3 was analyzed in vitro and in vivo. Detargeting of the pancreas, which is the most susceptible tissue for CVB3 infection, by exploiting miRNAs, increased the survival rate of treated animals significantly. The virus was unable to replicate in the pancreas and all animals survived. In contrast, colorectal carcinomas were destroyed as efficient as the wild-type CVB3.Finally, it was aimed to increase the efficiency of CVB3 against infection resistant colorectal cancer cell line by using directed evolution strategy. Results showed that CVB3 can specifically adapted to colorectal carcinomas leading to breaking the resistance of the tumor cells against CVB3 infection.

Kolorektal kanser, dünya genelinde ölüm oranı en yüksek kanser türüdür. Geleneksel kanser terapötikleri yalnızca erken kanser evresindeki hastalarda etki göstermekte, teşhisin geç dönemde yapıldığı durumlarda ise hayatta kalım oranı dramatik şekilde %10 seviyelerine düşmektedir. Bu nedenle yeni tedavi yöntemlerine acil ihtiyaç duyulmaktadır. Onkolitik viroterapi, virüsleri kansere karşı kullanarak yapılan yeni bir tedavi türüdür. Klinik deneylerde birçok farklı virüs türünün çeşitli kanser tiplerine karşı etkinliği kanıtlanmıştır. Pikornavirüs ailesinin tek sarmallı RNA virüsü olan üyesi olan Coxsackievirus B3 (CVB3), akciğer kanserine karşı yeni bir onkolitik virüs olarak tanımlanmıştır. Ancak, CVB3 miyokardit, pankreatit veya ensefalit gibi ciddi hastalıklara neden olabilmekte ve bu yan etkilerin seyri direk olarak CVB3ʹün belirli suşu tarafından belirlenmektedir.Bu tez çalışmasında, ilk olarak, hücrelere girmek için CAR reseptörü kullanan farklı CVB3 laboratuvar suşlarını (Nancy, 31-1-93 ve H3) ve heparan sülfatı reseptör olarak kullanan CVB3 PD suşunun, kolorektal karsinomları liz etme potansiyeli ve güvenlik profilleri araştırılması hedeflendi. İn vitro deneyler, CVB3 suşlarının, kolorektal karsinoma hücrelerini enfekte etmekte değişkenlik gösterdiğini ve sonuç olarak farklı etkinlikte hücre lizisine etken olduklarını ortaya koydu. En etkili suş, incelenen kolorektal karsinoma hücre dizilerinin beşini de liz edebilen CVB3-PD idi. CAR-bağımlı CVB3 suşlarının litik aktiviteleriyle hücre yüzeylerinde ifade edilen CAR oranları arasında herhangi bir korelasyon gözlenmemesine rağmen, PD suşunun litik etkinliği hücrelerde ifade edilen HS miktarıyla doğru orantılı bir ilişkilendirme göze çarptı.CVB3 Nancy, 31-1-93 veya PD'nin, BALB/c immün yetmezliği bulunan farelerde bulunan subkutanöz kolorektal DLD1 tümörlerine intratümöral enjeksiyonu, her deney grubunda da tümör büyümesinde güçlü bir gerilemeye neden oldu. Etki, enjekte edilen tümörde olduğu gibi, enjekte edilmemiş kontralateral tümörde de görüldü. Bununla birlikte, 31-1-93 ve Nancy ile tedavi edilen tüm hayvanlar, şiddetli sistemik enfeksiyon sonucu olarak, virüs enjeksiyonundan 6 ve 8 gün sonra öldürüldü. Buna karşılık, PD ile tedavi edilen altı hayvandan beşinde sistemik bir viral enfeksiyon belirtisi görülmedi ve herhangi bir organda PD tespit edilmedi. Bu sonuçlar, PD'nin kolorektal kanser tedavisinde kullanılmak üzere potansiyel ve güvenli bir onkolitik CVB3 türü olabileceğini göstermektedir.CVB3ʹün güvenliğini arttırmak için, pankreasa spesifik bir mikroRNA'nın bir mikro RNA hedef bölgesi (miR-TS) virüs genomuna eklendi ve rekombinant CVB3 in vitro ve in vivo koşullarda analiz edildi. miRNA'ların kullanılarak CVB3'e karşı en duyarlı organ olan pankreasın hedef olmaktan çıkarılması, hayvanlara yaşam sürelerini anlamlı bir biçimde yükseltti. Virus pankreasta replike olamadı ve tüm hayvanlar sağlıklı olarak hayatta kaldı. Tersine, kolorektal karsinomlar doğal fenotip CVB3 ile enfekte edilmiş tümörler kadar verimli şekilde yok edildi.Son olarak, yönlendirilmiş evrim stratejisi kullanılarak, enfeksiyona dirençli kolorektal kanser hücre dizisine karşı CVB3'ün etkinliğinin artırılması amaçlandı. Sonuçlar, CVB3'ün spesifik olarak tümör hücrelerine adapte olabileceğine ve bu adaptasyonun tümör hücrelerinin CVB3 enfeksiyonuna karşı direncinin kırılmasına yol açtığını ortaya koydu.