CN1126491A - 核酸序列,含有它们的载体,药物组合物和治疗用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及核酸序列,含有它们的载体,及其治疗用途,特别是基因治疗用途。更具体讲,本发明涉及含有细胞内结合蛋白(PIL)编码基因的核酸序列,和它们的基因治疗应用,它们结合或不结合在适当的表达载体中。

Description

核酸序列,含有它们的载体,药 物组合物和治疗用途
本发明涉及核酸序列,含有它们的载体,及其治疗用途,特别是基因治疗用途。更具体讲,本发明涉及含有细胞内结合蛋白(PIL)编码基因的核酸序列,和它们的基因治疗应用,它们结合或不结合在适当的表达载体中。
基因治疗就是通过向有关细胞或器官中引入遗传信息以校正缺陷或异常(突变、异常表达等)。该遗传信息或在体外引入从器官取出的细胞,改造后的细胞再返回机体中,或直接引入体内适当组织中。关于这一点,文献中已描述了不同的转染和基因转移技术(参见,Roemer和Friedman的Eur.J.Biochem.208(1992)211)。迄今为止,现有技术中提出的基因治疗途径是:转移遗传病中有关活性多肽(激素、生长素等),反义基因或为进行免疫接种的抗原性肽的编码基因。本发明涉及一种新的基因治疗途径,它是转移并在靶细胞(或组织)中表达一种能够与细胞元件相作用从而影响细胞功能的胞内肽。本发明更具体是基于证明了体内表达可控制某些细胞功能的改性抗体、然后该抗体留在细胞内的可能性。本发明还基于证明了在用于基因治疗的载体(特别是病毒载体)中克隆编码这种胞内抗体的DNA序列的可能性。
利用抗体进行人体治疗一般使其定向并中和循环系统中和/或位于细胞表面的生物复合物,引起免疫系统产生一系列反应,从而将它们消除。但对肿瘤或由如病毒引起的疾病,该方法大多是无效的,因为注入的抗体无法接近引起染病细胞失调的抗原。本发明提供一种新的特别有利的治疗方法,它是在细胞内连续产生抗体或治疗物,通过与其表位结合减小和/或消除失调。
文献中已描述了重组表达抗体的可行性。例如,专利EP88994描述了抗体重链或轻链可变区的体外表达和纯化。同样,US4946778描述了用接头连接的抗体重链和轻链可变区所组合的改性抗体之编码DNA的体外表达。但此专利中描述的抗体无活性,并且一般以不可溶的内含体形式合成。这样的抗体需经受化学处理(变性、复性等)进行纯化,以得到活性形式。本发明证明可以利用这样的DNA序列在体内直接表达活性胞内抗体。本发明还证明可以利用编码胞内抗体的这种DNA序列特别在人体中进行基因治疗,该序列受使其在哺乳动物细胞中表达的区域的控制。这一新方法使得可以定向于常规免疫接种方法无法接近的细胞元件。而且这一途径不涉及免疫应答的发展,只是细胞内作用。
因此,本发明的第一个目的在于含有细胞内结合蛋白(PIL)编码基因的核酸序列,该序列在使得其在哺乳动物细胞中表达的区域控制之下。
本发明还涉及含有如上所定义的核酸序列的载体。更具体讲,本发明载体为病毒来源,如逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、疱疹病毒、痘苗病毒、HSV病毒等。
本发明还涉及这些核酸序列或载体在制备用于外科治疗和/或治疗人体或动物的药物组合物中的用途。本发明还涉及含有如上所定义的载体(特别是病毒载体)或核酸序列的药物组合物。
在本发明的意义上细胞内结合蛋白(PIL)指所有能够识别其表达所在细胞的元件、选择性地相互作用并与之亲和的蛋白或蛋白片段。这涉及共价或非共价的化学作用。通过与细胞元件(蛋白质、脂质、氨基酸、mRNA、tRNA、rRNA、DNA等)的相互作用,可作用于涉及所述元件的细胞功能,从而控制(刺激、减弱、抑制)该功能。
优选地,本发明的细胞内结合蛋白由抗体衍生的分子或具有与抗体相当的结合特性的分子组成。特别是具有足够的选择性和亲和性能在体内中和抗原的蛋白质。由于它们的特性和位置以下称这些分子为细胞内抗体。
免疫球蛋白类的分子—抗体—是天然合成的分泌蛋白(主要是B淋巴细胞)。它们被释放到细胞外(循环系统),并在那里显示它们的活性(在异地识别并与抗原结合)。现已证明,可以在体内表达编码细胞内抗体的改性基因,而不影响抗体的特异性和亲和力。因此编码细胞内抗体的本发明核酸序列包括以某种方式改造使抗体不被分泌的抗体基因。具体讲,一般通过缺失或突变负责其分泌的序列来改造抗体基因。本发明的细胞内结合蛋白特别可由含抗原结合区的抗体片段组成,如Fab或F(ab)’2片段。但这类细胞内抗体的应用涉及含多个基因的核酸序列的表达,它们分别编码这些片段的重链区和轻链区;还涉及这些链的体内正确组装。因此,可用于本发明的细胞内抗体的一种特别有利的形式是:相应于抗体轻链可变区结合位点的肽通过肽接头与相应于抗体重链可变区结合位点的肽连接。这类称为ScFv的细胞内抗体的应用是很有益的,因为它由单一基因表达。在实施例中说明如何构建编码本发明这种改性抗体的核酸序列。
另外,编码本发明细胞内抗体的核酸序列还可以通过化学、酶或遗传途径来改造,以产生稳定的、和/或多功能的、和/或长度减小的细胞内抗体,或为了有利于它们在细胞内的定位。例如,本发明的核酸序列可含有编码核定位肽的序列(NLS)。特别是,可以将本发明的序列与SV40病毒的NLS编码序列融合,后者的肽序列如下:MPKKKRK(Kalderbn等,Cell 39(1984)499)。
如上所述,本发明的核酸序列含有使编码PIL的基因在哺乳动物细胞中表达的序列。因此,一般将PIL基因置于转录和翻译启动子区的控制下,这些启动子区要在希望进行表达的哺乳动物细胞中有功能。这可以是与所述细胞同源的序列,即天然负责基因在所述细胞中表达的序列。还可以是不同源的序列,即负责蛋白在其它类型细胞中表达的序列,负责抗体在天然条件下表达的序列,病毒表达序列,例如存在于其中引入了本发明序列的载体中,或者合成或半合成序列。
对用于人体的情况,文献中已描述了许多功能性启动子,例如病毒启动子CMV、SV40、Ela、MLP、LTR等。细胞启动子如绒毛蛋白基因的启动子是有利的,因为它们使得表达具有组织特异性(对绒毛蛋白而言限于肠部)。
另外,还可以改造表达序列,例如为了适应载体或细胞的具体类别,减小其长度,提高其转录启动子的活性,产生可诱导的启动子,改善其调控水平,甚至改变其调控性质。这种改造例如可通过体外诱变、引入另外的控制元件或合成序列、或原始控制文件的缺失或取代来实现。使用组织特异性启动子特别有利,以便将PIL的表达定向于单一的组织中。
另外,当核酸序列不含表达序列时,可在表达载体中这种核酸序列的下游将其引入。
为了制备本发明的载体,首先应鉴定例如希望治疗的疾病中有关的或负责的细胞功能。然后鉴定该功能中涉及的适当细胞元件,然后确定哪一个PIL在其定位、作用、性质等上最适于该元件(抗体、衍生物等)。所选出的PIL的相应核酸序列可通过分子生物学技术(化学合成、克隆、酶修饰等)获得,并按实施例中描述的方法插入适当的载体中。
本发明的另一目的涉及含有至少一种上述定义的核酸序列或载体的药物组合物。
例如注射给人或动物后,本发明的序列可用于诱导PIL的细胞内表达,以影响所确定的细胞功能。特别是该序列可按WO 90/11092中描述的技术以裸DNA形式注射。也可以复合物的形式给药,例如与DEAE—葡聚糖(Pagano等,J.virol.1(1967)891),与核蛋白(Kaneda等,Science 243(1989)375),与脂类(Felgner等,PNAS 84(1987)7413)的复合物,或以脂质体的形式施用(Fraley等,J.Biol.Chem.255(1980)10431)等。
在本发明的一个优选实施方案中,将如上所定义的核酸序列引入载体中。使用这种载体实际上有利于穿入细胞、增加对酶的耐性和提高稳定性和细胞内表达水平。本发明的载体既可以是质粒的也可以是病毒的。但优选使用病毒载体。
因此在一优选实施方案中,本发明涉及插入在病毒载体中的如上所定义的核酸序列。本发明还涉及在其基因组中插入了至少一种编码PIL的核酸序列的所有重组病毒。
如上所述,有不同的病毒可用作转移并在体内表达本发明基因的载体。例如,可举出逆转录病毒(RSV、HMS、MMS等)、HSV病毒、腺相关病毒、腺病毒、痘苗病毒等。
本发明的重组病毒最好是缺陷病毒。“缺陷病毒”这一术语指在靶细胞中不能复制的病毒。一般地讲,用于本发明范围的缺陷病毒的基因组缺少至少一种所述病毒在所染细胞中复制所必需的序列。这些区域可被消除(全部或部分),或使其非功能化,或被其它序列(特别是本发明的核酸序列)取代。该缺陷病毒优选仍保留其基因组中病毒颗粒包衣所必需的序列。
文献中已描述了源自逆转录病毒、腺相关病毒、HSV病毒(单纯疱疹病毒)或腺病毒的缺陷重组病毒。
[Roemer et Friedmann,Eur.J.Biochem.208(1992)211;Dobson etal.,Neuron 5(1990)353;Chiocca et al.,New Biol.2(1990)739;Miyanohara et al.,New Biol.4(1992)238;WO91/18088;Akli et al.,Nature Genetics 3(1993)224;Stratford-Perricaudet et al.,Human Gene Therapy 1(1 990)241;EP 185 573,Levreroet al.,Gene 101(1991)195;EP243204)].
使用插入在缺陷型重组腺病毒中的本发明核酸序列是特别有利的。
实际上存在不同的腺病毒血清型,其结构和特性有些不同,但对人是非病原性的,特别是对非免疫低下的对象。另外,这些病毒不整合在所感染细胞的基因组中,并可插入外源DNA的大片段。在不同的血清型中,本发明范围内优选使用2型或5型腺病毒(Ad2或Ad5)。对腺病毒Ad5而言,复制必需序列为E1A和E1B区。
另外,根据本发明编码胞内抗体的基因较短,这一点使得可以有利地在同一载体中同时引入编码胞内抗体的多种基因,这些胞内抗体针对宿主细胞的一个或多个元件的不同区域。本发明的一个具体实施方案是含有编码针对不同表位的细胞内结合蛋白的至少两种核酸序列的载体,特别是病毒载体。
可通过缺陷病毒载体与带有以上定义的核酸序列的质粒之间的同源重组来制备本发明的缺陷重组病毒(Levrero等,Gene 101(1991)195;Graham,EMBO J.3(12)(1984)2917)。所述病毒和质粒共转染到适当的细胞系中后发生同源重组。所用细胞系优选应(i)可被所述元件转化,和(ii)含有能够补充病毒基因组缺陷部分的序列,优选以整合形式补充以避免重组的危险。作为制备缺陷重组腺病毒可用的细胞系实例,可提及人胚胎肾细胞系293(Graham等,J.Gen.Virol.36(1977)59),它特别含有整合在其基因组中的腺病毒Ad5基因组左侧部分(12%)。作为可用于制备缺陷逆转录病毒的细胞系实例,可提及CRIP细胞系(Danos和Mulligan,PNAS 85(1988)6460)。
然后病毒增殖并按分子生物学经典技术回收和纯化。
本发明还涉及含有如上所定义的至少一种缺陷重组病毒的药物组合物。
可适当配制本发明的药物组合物,以通过表皮、口服、胃肠外、鼻内、静脉内、肌内、皮下、眼内等途径给药。
艺选地,在本发明药物组合物中含有注射剂配方可接受的药用载体。特别是无菌、等渗的盐水溶液(磷酸一钠、磷酸二钠、氯化钠、氯化钾、氯化钙或氯化镁等,或这些盐的混合物),或干组合物,特别是冻干品,它通过加入无菌水或生理血清能形成注射溶液。
用于给药的核酸(序列或载体)的剂量可与不同参数相适应,特别是所用给药方法、有关的疾病、要表达的基因、还有要求的治疗时间。一般地,本发明的重组病毒被配制成104—1014pfu/ml,优选106—1010pfu/ml的剂量,并以此形式给药。pfu(空斑形成单位)相当于病毒溶液的感染能力,通过感染适当的细胞培养物,一般5天后测量被感染细胞的空斑数目。病毒溶液滴度pfu的测定技术在文献中有充分的说明。
本发明的目的还在于含有如上定义的核酸序列的所有重组细胞。
含在载体中或不在载体中的本发明序列及含有它们的药物组合物可用于许多疾病的治疗。例如它们可用于在体内所有类型组织中转移并表达基因。另外还可以根据所治疗疾病进行靶向治疗(向具体组织水平的转移特别由载体的选择决定,而表达由具体启动子的选择决定)。本发明的序列或载体有利地用于在人或动物体内产生胞内蛋白,这些蛋白能够特异性地作用于各种细胞功能,例如细胞增殖、代谢物的合成、蛋白合成、DNA的复制和/或转录等。因此本发明使得可以特异、局部和有效地治疗许多细胞功能障碍,这些细胞功能障碍造成不同疾病,尤其是癌、病毒或细菌疾病,或更广义地讲,所有其中可鉴定出细胞介质的疾病。用于治疗与细胞增殖相关的疾病
在一特别有利的方案中,本发明的核酸序列含有编码PIL的基因,该PIL能够作用于并影响细胞增殖中相关因子的活性。细胞增殖要调动各种因子,如膜受体(G蛋白)、癌基因、酶(蛋白激酶、法尼基转移酶、磷酸脂酶等)、核苷(ATP、AMP、GDP、DTP等),活化因子[鸟苷(GRF、GAP等)交换因子、转录因子等]等。能够结合并中和这种因子的本发明PIL的细胞内表达,使得能控制细胞增殖的进程。在细胞增殖逃出天然调控机制,导致例如出现肿瘤的情形下,这一点是特别有益的。实际上许多因子(瘤基因的基因产物和在这些产物效果的信号化中相关的因子)已与细胞增殖的失调现象相关。例如,90%的胰腺癌具有在第十二个密码子上突变的癌基因Ki—ras(Almoguera等.,Cell 53(1988)549)。同样,已证明结肠腺癌和甲状腺癌(50%)中,或在肺癌和髓细胞性白血病(30%,Bos,J.L.Cancer Res,49(1989)4682)中存在突变的ras基因。现已鉴定出许多其它癌基因(myc,fos,jun,ras,myb,erb,等),其突变形式似与细胞增殖的失调有关。
表达能够结合这些细胞因子(优选它们的致癌形式)的PIL,从而减弱或抑制其作用,这提供了一种治疗癌症新途径的可能性。
在一特别有意义的方案中,本发明涉及含有包括细胞内抗体编码基因的核酸序列的载体,所述细胞内抗体能够与癌基因的表达产物或与癌基因信号化途径中相关的因子相作用。
在目标癌基因中,本发明意义上可举出癌基因ras,fos,jun,myc,myb和erb。
在癌基因信号化途径中相关的因子中,可特别举出膜受体—可定向于其分子内区段—[G蛋白,激酶(例如:酪氨酸激酶),磷酸化酶,法尼基转移酶],核苷交换因子(GAP、GRF因子等)等。
更优选地,本发明涉及含有编码胞内抗体的核酸序列的载体,特别是病毒载体,该胞内抗体针对癌基因或癌基因信号化途径中相关的因子,由相当于抗体轻链可变区的结合位点的肽与相当于抗体重链可变区结合位点的肽通过肽接头连接而成。
更具体讲,本发明涉及表达针对ras依赖性信号化途径之因子的胞内抗体的缺陷重组病毒。
如实施例中所示,转化癌细胞后抗P21(ras基因表达产物)、抗GAP或抗P53胞内抗体的表达使得表型回复。用于治疗病毒疾病
本发明核酸序列也可以是能够作用于病原性病毒(HIV、乳头瘤病毒等)感染周期的胞内抗体的编码序列。
更具体讲,在HIV病毒的例子中,实际可得的抗病毒药或在后期临床试验中的抗病毒药,不能阻断病毒的增殖,而仅阻仰疾病的发展。这主要是因为对这些抗病毒药的耐性株的出现。有效免疫接种的发展也遇到了许多障碍:HIV的遗传变异使得不能确定一稳定的抗原结构,以提供对抗存在的不同菌株的体液或细胞免疫反应。象在抗病毒药的情况中病毒通过点突变耐受选择压力一样,迄今为止尝试的免疫接种试验中,HIV似乎逃逸免疫系统。
本发明构成一种治疗HIV感染的新途径,即通过表达PIL(特别是细胞内抗体)在其复制周期中封闭病毒。本发明特别解决了疫苗和抗病毒药途径中遇到的遗传变异问题。在经典的免疫接种中,已证明免疫反应主要发生在可变区。而使用本发明的细胞内抗体可以选择不仅保守而且对一种病毒蛋白功能必不可少的表位。优选地,细胞内抗体是针对长度足以阻止通过点突变偏移产生耐性和适应性的病毒的表位。另外,编码本发明胞内抗体的基因长度较小,可以用同一基因治疗载体有利地定向于(单一或多种蛋白)的多个区域。
tat和rev这两种主要病毒调控蛋白是实施本发明最重要的靶标。实际上,这两种蛋白是病毒复制必不可少的。而且,针对tat或rev信使RNA的反义信使RNA或核酶的表达阻止病毒复制。这些蛋白的作用机制有相当多的文献依据:tat是转录的反式激活因子,而rev保证复制周期早期和晚期间的转换。这两种蛋白固定在病毒信使RNA上时显示其活性,并且已相当明确地限定了这种固定所需的肽区域,这对其功能是必不可少的。另外,已证明它们在RNA上的固定位点(tat为TAR区,rev为RRE区)的过度表达(Surexepression),抑制其对病毒表达的功能。
在这些条件下,本发明的一个特别有利的方案是使用编码这样的胞内抗体的DNA序列,该胞内抗体针对tat或rev蛋白并能够中和它们的活性。有利的是,这种抗体针对tat或rev的负责其与RNA固定的区域。
针对这些表位的本发明细胞内抗体可按实施例中描述的方法制备。特别是,从单克隆抗体T—B(12)(Hybridolab)开始,经遗传改造可得到抗tat抗体。
其功能易于被胞内抗体抑制的HIV复制中重要的另一靶蛋白,是核壳体蛋白NCP7。实际上,该蛋白在逆转录(早期)中,在整合中,和在晚期中,但更重要的是在衣壳化中起重要作用。这种多重功能的原因是它具有活性酶结构作用。据描述它是一种杂交酶,它使得病毒核酸复合:在逆转录期间形成RNA/DNA和DNA/DNA,及在衣壳化时形成RNA/RNA和RNA/tRNA—lys3。NCP7显示对感染性病毒的产生是必需的。
通过针对NCP 7的胞内抗体的细胞质粒表达进行基因治疗,在病毒RNA二聚化和衣壳化中抑制NCP7的功能,这也构成了本发明的一个具体实施方案。
按照实施例中描述的方法可制备针对能中和这种蛋白的表位的本发明胞内抗体。
其它病毒元件也可以作为本发明基因治疗的目标,特别是:CD4分子上的固定位点(例如:包膜的糖蛋白(gp120/41)),包膜的多聚化区,gp120/gp41的裂解位点,蛋白酶,整合酶,更广义地讲,包括所有病毒蛋白。当包膜呈天然形式时,这些区段一般是不可接近的。因此,它们的免疫原性很弱,利用它们进行免疫接种是不可能的。本发明使得可以定向于这些病毒元件,因此具有很好的治疗前景。另外,如上所述,编码本发明胞内抗体的基因较小,可以有利地在同一载体中同时表达多种胞内抗体,这些抗体针对一种或多种这些靶标的不同区域。
本发明的核酸序列还可以是以下PIL的编码序列,这些PIL能够作用于和影响代谢物合成中、蛋白合成中或DNA复制和/或转录中相关因子的活性。
通过以下实施例将更全面地描述本发明,这些实施例应看作说明性的而非限制性的。
附图说明图1:(A)ScFv—ras的限制性酶切图谱。(B)ScFv—Gap的限制性酶切图谱。(C)本发明胞内抗体的瞬时表达对癌基因ras或Her2转化能力的中和作用。py=对照细胞;ScFv=仅用psv2.ScFv.ras转染的细胞;VAL=用表达致癌性ras的载体Ha—ras Val12转染的细胞;VAL+ScFv=用psv2.ScFv.ras质粒和Ha—ras Val12共转染的细胞;HER2=用表达致癌性Her 2的载体转染的细胞;HER2+ScFv=用PSV 2.ScFv.ras质粒和Her 2共转染的细胞。分子生物学的一般技术
用于分子生物学中的常规方法如质粒DNA的制备性提取、质粒DNA的氯化铯梯度离心、琼脂糖或丙烯酰胺凝胶电泳、电洗脱纯化DNA片段、苯酚或苯酚—氯仿抽提蛋白质、在含盐介质中用乙醇或异丙醇沉淀DNA、在大肠杆菌中的转化等都是本领域技术人员所熟知的,并在文献中有充分的描述[Maniatis T.等,“Molecular Cloning,a Laboratory Manual”,Cold Spring Harbor Laboratory,Cold Spring Har-bor,N.Y.,1982;Ausubel F.M.等(eds),“Current Protocols in MolecularBiololgy”,John Wiley & Sons,New York,1987]。
pBR322,pUC型质粒和M13系噬菌体是从市场上购得的(Bethesda Research Laborataries)。
关于连接,先将DNA片段用琼脂糖或丙烯酰胺电泳按其大小分离,用苯酚或苯酚/氯仿混合物提取,用乙醇沉淀,然后按照供应商的推荐方法在噬菌体T4的DNA连接酶(Biolabs)存在下孵育。
按照供应商的说明,用大肠杆菌的DNA聚合酶I的Klenow片段(Biolabs)对凸起的5’末端补平。按照制造商的推荐方法,在噬菌体T4的DNA聚合酶(Biolabs)存在下对凸起的3’末端进行破坏。凸起的5’末端经核酸酶S1仔细处理进行破坏。
利用合成的寡聚脱氧核苷酸的体外定向突变是用Amersham提供的试剂盒按Taylor等开发的方法[Nucleic Acids Res.13(1985)8749—8764]来进行的。
用所谓的PCR技术对DNA片段的酶扩增[Polymerase—cat—a-lvzed Chain Reaction,Saiki R.K.等,Science 230(1985)1350—1354;Mullis K.B和Faloona F.A,Meth.Enzym.155(1987)355—350]可用“DNA thermal cycler”(Perkin Elmer Cetus)按制造商的说明进行。
用A mersham销售的检测盒根据Sanger等研制的方法验证核苷酸序列。
实施例1:抗ras胞内抗体的编码DNA序列的克隆和表达
本实施例描述编码细胞内结合蛋白的核酸序列的克隆和表达,该胞内结合蛋白再现单克隆抗体Y13—259的特性。Y13—259抗体是针对Ras蛋白的(ref.ATCC CRL 1742)(J.Virol.43,294—304,1982),是向细胞中注射一次即可中和致癌性Ras蛋白功能的抗体[Smith和Coll,(1986)Nature,320,540—843;Kung等.,Exp.Cell.Res.(1986)162,363—371]。
1.1.DNA序列的制备
已按美国专利4,946,778中描述的技术制备了编码胞内抗体(ScFv片段)的DNA序列。然后将该序列置于哺乳动物细胞中功能性启动子的控制之下。
按Chirguin S.H.等[Biochemistry 18,5294(1979)]描述的技术,从分泌Y13—259抗体的杂交瘤细胞培养物中分离了RNA polyA。借助于从随机的六核苷酸形成的引物,这些RNA用于一种逆转录反应中。所得cDNA作为两种PCR反应的基质:
—一种是用鼠VH的特异引物扩增Y13—259的重链(VH)可变区片段,
—第二种是用鼠序列衍生的10个引物的混合物得到VL片段。
这样得到340pb和325pb的两个片段,然后用一接头将其组装起来,该接头能将VH cDNA正确地置于VL cDNA的5’。该接头编码15个氨基酸,由三个(Gly)4Ser重复片段组成[Orlandi,R等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,86,3833—3837(1979)]。此胞内抗体的序示于SEQ ID NO.1中(第28—270残基)。该序列提供足够的VH—VL融合体的释放度,以使其按平行方向组装,从而保证对抗原的适当亲和力。
然后将融合核酸序列VH—接头—VL插入一噬菌粒中,该噬菌粒能使胞内抗体(ScFv片段)在噬菌体M13的表面表达(图1A)。这种表达使得容易鉴别和选择正确识别抗原的细胞内抗体。
1.2经改造的胞内抗体的功能评价
通过限制性酶切从噬菌粒分离编码抗Ras改性胞内抗体的DNA序列(VH—接头—VL),然后插入SV2载体中,并处在SV40的早期双增强子启动子的控制之下(Schweighofler等,Science,256,825—827,1992),以测试其拮抗致癌性Ras作用的能力。这样得到的质粒称为psv2.ScFv.ras。按以下几个试验进行功能评价。
a)在哺乳动物细胞中的瞬时转染
为了评价在哺乳动物细胞中的瞬时转染,将质粒psv2.ScFv.ras按照Schweighoffer等[Science,256,825—827(1992)]描述的方法与能使Ha—ras Val 12基因表达的载体共转染至NIH 3T3细胞中。用从启动子控制下的报导基因“氯霉素乙酰转移酶(CAT)”得到的酶活性,记录了所研究的信号化途径的活化状态,其中启动子含有与同时共转染的Ras作用呈“反式”的相应核苷酸元件(RRE):这些RRE元件是由杂合启动子杂交瘤的TK增强子构成(Wasylyk和同事,EMBO,J.7,2475,1988)。
所得结果示于图1C中。分析所得CAT活性,说明了从Y13—259抗体制备的改性胞内抗体拮致癌性Ras活性的能力。
与允许具有酪氨酸激酶活性的癌基因—癌基因HER2(II型人表皮生长因子)—表达的质粒共转染的质粒psv2.ScFv.ras,也在质粒“CTA”试验中阻断此癌基因的活性(图1)。
b)被转化细胞的病灶形成:癌细胞具有形成转化病灶的特性,特别是表达癌基因Ras的成纤维细胞NIH 3T3(Barlat等,Oncogene(1993),B,215—218)。
如在以上试验中那样,NIH 3T3细胞在含10%胎牛血清的Dul-bcao改良的Eagle培养基(DMEM)中,于37℃含5%CO2的潮湿环境中培养。然后这些细胞按阳离子脂质转染技术(Schweighoffer等,Science,256,825—827,1992),用致癌性Ras:Ha—ras Val12、psv2.ScFv.ras质粒(参见以上a)项)和过量10倍的新霉素抗性基因共转染。每个平皿转染相同量的总DNA。
转染24小时后,来自每个100mm佩特里平皿的转染细胞以1比10的比例分入存在0.4mg/ml(培养基)G418(GIBCO/BRL)的相同培养基中,并培养。培养14天后,计算每μg转染DNA所得转化病灶的数目。
所得结果示于下表中。它们代表四次独立实验的平均值。
                         表
在抗ras胞内抗体存在下Ha—ras Val 12对NIH 3T3细胞的转化
    转染质粒 每μg转染DNA的病灶数目
    Ha-Ras Vall2psv2.ScFv.rasHa-Ras Vall2+psv2.ScFv.ras     110230
所得结果清楚表明抗ras胞内抗体大大抑制癌基因ras的转化能力。
另外,从a)中所得结果来看,Y13—159抗体的ScFv片段表达也必然阻止其它有助于细胞Ras蛋白活化的癌基因如HER1、HER2的转化。
应认识到,本领域技术人员在本申请中所描述结果的基础上,可用编码针对其它细胞元件的胞内抗体(如ScFv片段)之核酸序列重复本发明。这些胞内抗体可从已知对抗这些细胞元件的抗体制得,或通过鉴定要中和的抗原、借助该抗原或其优选表位进行免疫,然后从所得抗体、从其mRNA或从其杂交瘤制备胞内抗体。在细胞转化过程中涉及的其它元件也可以作为靶标。例如,按照同样方法从杂交瘤M38、M8、M70、M90和M30(ATCC HB 9158)制备编码抗ras的胞内结合抗体的其它DNA序列,其中所述杂交瘤的抗体分别针对Ha—Ras蛋白的1—23、24—69、90—106、107—130和131—152位残基。而且,如上所述,可有利地制备同时带有编码不同胞内抗体的多种序列的载体,以提供优异的中和活性。实施例2:编码抗GAP胞内抗体的DNA序列的克隆和表达
本实施例描述编码下述胞内结合蛋白的核酸序列的克隆和表达,该胞内结合蛋白再现抗GAP蛋白之单克隆抗体的特性。
GAP蛋白(GTP酶活化蛋白)与ras依赖性信号化途径相关。它与ras蛋白以催化方式相作用,并且体外测得正常P21蛋白的GTP水解速度提高100—200倍。不同的工作已表明,约1044个氨基酸的此蛋白中催化区处于羧基末端区(702—1044残基),还表明该区负责GAP蛋白与ras蛋白的相互作用(参见WO91/02749)。
现已证明针对GAP蛋白所谓“SH3”区的单克隆抗体中和非洲蟾蜍(Xenope)卵中致癌Ras蛋白的功能(Duchesne等,Science,259,525—528,1993)。
按1.1中描述的方法,可合成一种编码相当于此抗体之胞内抗体(ScFv片段)的DNA序列(SEQ ID NO.2,11—250残基,图IB)。插入载体中的这种序列可以抑制肿瘤细胞中癌基因ras的转化能力。
另外,申请人还更精确地鉴定了该抗体识别的表位。然后人工合成了这些表位,并可用于产生能用于实施本发明的新中和性抗体。
a)更精确地鉴定:
通过“表位扫描”技术进行了鉴定。该技术是基于给定抗体可与5—15个氨基酸的肽相作用这一原理的。据此,通过制备一整套5—15个氨基酸的覆盖肽(相当于所研究抗原的全部序列),可获得顺序表位的鉴定。该技术已用于确定GAP“SH3”区的功能性表位。为此,通过合成所有2种氨基酸的十肽进行顺序覆盖,研究了该区域的全部。
—覆盖肽的合成
化学合成了覆盖图1片段之全部的35种肽。用固相Fmoc/叔丁基方法在独立的两种载体上进行双份合成(Cambridge Research Bio-chemicals的试剂盒)。
—显示功能性表位
用与过氧化物酶偶联的兔抗鼠抗体进行ELISA实验,揭示了Ac200抗体识别的功能性表位。使用的产色酶底物是连氮—双—(3—乙基苯并噻唑啉磺酸)(ABTS)。
所得结果表明该抗体识别的表位如下:
—PVEDRRRVRAI
—EISF
—EDGWM
可按本领域技术人员的常规技术使用这些表位,以产生中和ras作用的抗体。然后这些抗体或产生它们的杂交瘤,按以上描述的方法用于产生本发明的核酸序列和载体。实施例3:从用Ki—Ras的高变区肽(2A和2B)免疫的小鼠脾提取mRNA,制备编码抗Ki—ras胞内抗体的核酸序列
本实施例描述通过鉴定要中和的抗原、用此抗原或其优选表位免疫、然后从所得抗体、其mRNA或杂交瘤制备核酸序列的方法,制备编码本发明胞内抗体(如ScFv片段)的核酸序列。
该实施例说明可将本发明应用于所有抗原或所希望的表位,既使在针对所述抗原或表位的单克隆抗体不可得的情况下也可应用本发明。
本实例中的靶抗原是Ki—ras蛋白。更准确地讲,用于免疫的抗原是相当于Ki—ras蛋白末端25和24个氨基酸的肽,即如下2A和2B:
—2A肽:QYRLKKISKEEKTPGCVKIKKCIIM
—2B肽:KYREKNSKDGKKKKKKSKTKCIIM
按免疫学常规技术用这些肽免疫小鼠后,取出脾脏,从mRNA制备cDNA。然后克隆编码可变区的cDNA,这样就构建了表达ScFv的噬菌体文库,这些ScFv相当于所用小鼠汇总的全部。然后利用与柱和微滴定板的亲和性,通过连续选择步骤鉴定并分离识别2A和2B肽的胞内抗体(ScFv片段)。
然后按照实施例1中描述的方法对这些ScFv进行功能测试。
本实施例中提出的这种策略能有利地选择癌基因Ki—Ras的特异性胞内抗体,而不会影响其它Ras原癌基因。因此这种工具的选择性不仅是细胞水平的(因为在Ras转化细胞中转导途径的去偶(de-couplage))而且是分子水平的。实施例4:制备编码抗—突变p53的胞内抗体的核酸序列
本实例描述针对p53突变蛋白的胞内抗体(如ScFv片段)的编码核酸序列的制备。这些胞内抗体是从针对所述p53突变蛋白的不同单克隆抗体获得的。
在大量肿瘤细胞中p53蛋白的编码基因发生了变化(Caron deFronmentel和Soussi,Genes,4,1—15,1992)。通过单克隆抗体可以检测到这种构象变化(Milner和Cook,Virology,154,21—30,1986;Milner,Nature,310,143—145,1984)。
pAB240抗体识别p53蛋白的突变形式。
突变p53的特异抗体或与这种突变P53蛋白特异性相互作用的蛋白的ScFv片段在细胞内表达,能在带有突变p53的肿瘤中产生有益的效果。
实施例5:抗乳头瘤病毒的胞内抗体的编码DNA序列的克隆和表达
本实例描述编码抗人乳头瘤病毒(HPV)蛋白的胞内抗体(ScFv片段)之DNA序列的克隆和表达。
靶病毒蛋白为E6蛋白。该蛋白是由HPV16和18病毒产生的,这两种病毒与90%的妇女宫颈癌有关,并在癌前上皮损伤中得以鉴定(Riou等,Lancet 335(1990)117)。E6基因产物大大减小HPV阳性细胞中野生p53的量(一种抗癌基因)导致肿瘤形成(Wrede等,Mol.Carcinog.4(1991)171)。在其它肿瘤中,以不同的机制抑制p53:突变(参见实例4)或与诸如MDM2的蛋白结合。
文献中已描述了E6蛋白的序列(Hawley—Nelson等,EMBO J.8(1989)3905;Munger等,J.Virol.63(1989)4417)。可用“表位扫描”(参见实施例2)鉴定该蛋白特定区域,然后用于按实施例3中描述的方法免疫小鼠。然后按前述方法制备抗人乳头瘤病毒(HPV)E6蛋白的胞内抗体(ScFv片段)的编码DNA序列。体内表达后通过下列方式显示该序列的实用性:
—提高表达E6的细胞中野生p53的比率,
—HPV转化的细胞形态回复,
—阻断E6对p53的反式激活作用,和
—抑制E6对角化细胞和人成纤维细胞的转化。实施例6:从用tat、rev和NCP7蛋白活性区的肽免疫的小鼠脾提取mRNA,制备抗HIV胞内抗体的编码核酸序列。
本实施例描述通过鉴定要中和的抗原、用此抗原或其优选表位免疫、然后从所得抗体、其mRNA或杂交瘤制备核酸序列的方法,制备编码本发明胞内抗体(如ScFv片段)的核酸序列。
本实施例说明可将本发明应用于所有抗原或所希望的表位,既使在针对所述抗原或表位的单克隆抗体不可得的情况下也可应用本发明。
本实例中的靶抗原是HIV病毒的tat、rev和NCP7蛋白。更准确地讲,用于免疫的抗原是下列6,9和16个氨基酸的肽,相当于这些蛋白负责与mRNA相互作用的区域(tat和rev)或负责RNA二聚化的区域(NCP7):
—tat肽:RKKRRQRRR
—rev肽:RQARRNRRRRWRERQR
—NCP7肽:RAPRKK
按免疫学常规技术用这些肽免疫小鼠后,取出脾脏,从mRNA制备cDNA。然后克隆编码可变区的cDNA,这样就构建了表达ScFv的噬菌体文库,这些ScFv相当于小鼠汇总的全部。然后利用与柱和微滴定板的亲和性,通过连续选择步骤鉴定并分离识别tat、rev和NCP7肽的胞内抗体(ScFv片段)。
然后测试这些ScFv阻断HIV病毒的感染周期的能力。
SEQ ID NO:1:TCA AGG AGA CAG TCT ATA AGA AAT ACC TAT TCG ACG GCA GCC GCT GGA      48Ser Arg Arg Gln Ser Ile Arg Asn Thr Tyr Ser Thr Ala Ala Ala Gly1               5                  10                  15TTG TTA TTA CTC GCG GCC CAG CCG GCC ATG GCT CAG GTG AAA CTG CAG      96Leu Leu Leu Leu Ala Ala Gln Pro Ala Met Ala Gln Val Lys Leu Gln
         20                  25                  30CAG TCA GGA GCA GGC TTA GTG CAG CCT GGA AGG TCC CTG AAA CTC TCC     144Gln Ser Gly Gly Gly Leu Val Gln Pro Gly Arg Ser Leu Lys Leu Ser
     35                  40                  45TGT GTA GTC TCT GGA TTC ACT TTC AGT AAC TAT GGA ATG AAC TGG ATT     192Cys Val Val Ser Gly Phe Thr Phe Ser Ash Tyr Gly Met Asn Trp Ile
 50                  55                  60CGC CAG ACT CCA GGG AAG GGA CTG GAG TGG GTT GCA TAC ATT AGT AGT     240Arg Gln Thr Pro Gly Lys Gly Leu Glu Trp Val Ala Tyr Ile Ser Ser65                  70                  75                  80GGT AGC AGT TAC CTC TAC TAT GCA GAA ACG GTG AAG GGC CGA TTC ACC     288Gly Ser Ser Tyr Leu Tyr Tyr Ala Glu Thr Val Lys Gly Arg Phe Thr
             85                  90                  95ATC TCC AGA GAC AAT GCC AAG AAC ACC CTG TAC CTG CAA ATG ACC AGT     336Ile Ser Arg Asp Asn Ala Lys Asn Thr Leu Tyr Leu Gln Met Thr Ser
        100                 105                 110CTG AGG TCT GAA GAC ACT GCC TTG TAT TAC TGT GCA AGA CAT GAG GGT     384Leu Arg Ser Glu Asp Thr Ala Leu Tyr Tyr Cys Ala Arg His Glu Gly
    115                 120                 125ACG GGT ACC GAC TTC TTT GAT TAC TGG GGC CAA GGG ACC ACG GTC ACC     432Thr Gly Thr Asp Phe Phe Asp Tyr Trp Gly Gln Gly Thr Thr Val Thr
130                 135                 140GTC TCC TCA GGT GGA GGC GGT TCA GGC GGA GGT GGC TCT GGC GGT GGC     480Val Ser Ser Gly Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly145                 150                 155                 160GGA TCG GAC GTT GAG CTC ACC CAG TCT CCA CAT TCC CTG TCT GCA TCT     528Gly Ser Asp Val Glu Leu Thr Gln Ser Pro His Ser Leu Ser Ala Ser
            165                 170                 175CTG GGA GAA ACT GTC TCC ATC GAA TGT CTA GCA AGT GAG GGC ATT TCC     576Leu Gly Glu Thr Val Ser Ile Glu Cys Leu Ala Ser Glu Gly Ile Ser
        180                 185                 190AAT TAT TTA GCG TGG TAT CAG CAG AAG CCA GGG AAA TCT CCT CAG CTC     624Asn Tyr Leu Ala Trp Tyr Gln Gln Lys Pro Gly Lys Ser Pro Gln Leu
    195                 200                 205CTG ATC TAT TAT GCA AGT AGC TTG CAG GAT GGG GTC CCA TCA CGG TTC     672Leu Ile Tyr Tyr Ala Ser Ser Leu Gln Asp Gly Val Pro Ser Arg Phe
210                 215                 220AGT GGC AGT GGA TCT GGC ACA CAG TTT TCT CTC AAG ATC AGC AAC ATG     720Ser Gly Ser Gly Ser Gly Thr Gln Phe Ser Leu Lys Ile Ser Asn Met225                 230                  235                240CAA CCT GAA GAT GAA GGG GTT TAT TAC TGT CAA CAG GCT TAC AAG TAT     768Gln Pro Glu Asp Glu Gly Val Tyr Tyr Cys Gln Gln Ala Tyr Lys Tyr
            245                 250                 255CCT TCC ACG TTT GGA GCT GGC ACC AAG CTG GAA ATA AAA CGG GCG GCC     816Pro Ser Thr Phe Gly Ala Gly Thr Lys Leu Glu Ile Lys Arg Ala Ala
        260                 265                 270GCA GAA CAA AAA CTC ATC TCA GAA GAG GAT CTG AAT TAA TAA GAA TTC     864Ala Glu Gln Lys Leu Ile Ser Glu Glu Asp Leu Asn  *   *  Glu Phe
    275                 280                 285ACT GGCThr Gly                                                             870
290SEQ ID NO:2:TTA TTA CTC GCG GCC CAG CCG GCC ATG GCC CAG GTC CAA CTG CAG GAG      48Leu Leu Leu Ala Ala Gln Pro Ala Met Ala Gln Val Gln Leu Gln Glu1               5                  10                  15TCA GGA CCT GGC CTA GGG CAG CCC GCA CAG AGC ATT TCC ATA ACC TGC      96Ser Gly Pro Gly Leu Gly Gln Pro Ala Gln Ser Ile Ser Ile Thr Cys
         20                  25                  30ACA GTC TCT GGT TTC TCA TTA AGT AGC TAT GGT GTA CAC TGG GTT CGC     144Thr Val Ser Gly Phe Ser Leu Ser Ser Tyr Gly Val His Trp Val Arg
     35                  40                  45CAG TCT CCA GGA AAG GGT CTG GAG TGG CTG GGA GTG ATA TGG AGA GGT     192Gln Ser Pro Gly Lys Gly Leu Glu Trp Leu Gly Val Ile Trp Arg Gly
 50                  55                  60GGA GGC ACA GAC TAC AAT GCA GCC TTC ATG TCC AGA CTG AGC ATC ACC     240Gly Gly Thr Asp Tyr Asn Ala Ala Phe Met Ser Arg Leu Ser Ile Thr65                  70                  75                  80AAG GAC AAC TCC AAG AGC CAA GTT TTC TTT AAA TTG AAC AGT CTG CAA     288Lys Asp Asn Ser Lys Ser Gln Val Phe Phe Lys Leu Asn Ser Leu Gln
             85                  90                  95CCT GAT GAC ACT GCC ATG TAC TAC TGT GCC AAA AGG GGT GGC CCG GGG     336Pro Asp Asp Thr Ala Met Tyr Tyr Cys Ala Lys Arg Gly Gly Pro Gly
        100                 105                 110TAT TTC GAT GTC TGG GGC CAA GGG ACC ACG GTC ACC GTC TCC TCA GGT     384Tyr Phe Asp Val Trp Gly Gln Gly Thr Thr Val Thr Val Ser Ser Gly
    115                 120                 125GGA GGC GGT TCA GGC GGA GGT GGC TCT AGC GGT GGC GGA TCG GAC ATT     432Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Gly Ser Ser Gly Gly Gly Ser Asp Ile
130                 135                 140GAG CTC ACC CAG TCT CCA GCC TCC CTA TCT GCA TCT GTG GGA GAA ACT     480Glu Leu Thr Gln Ser Pro Ala Ser Leu Ser Ala Ser Val Gly Glu Thr145                 150                 155                 160GTC ACC ATG ACA TGT CGA GCA AGT GAG AAT ATT TAC AGT AAT TTA GCA     528Val Thr Met Thr Cys Arg Ala Ser Glu Asn Ile Tyr Ser Asn Leu Ala
            165                 170                 175TGG TAT CAG CAG AAA CAG GGA AAG TCT CCT CAG CTC CTG GTC TAT GCT     576Trp Tyr Gln Gln Lys Gln Gly Lys Ser Pro Gln Leu Leu Val Tyr Ala
        180                 185                 190GCA ACA AAA CCA GGA AAT GGT GTG CCA TCA AGG TTC AGT GGC AGT GGA     624Ala Thr Lys Pro Gly Asn Gly Val Pro Ser Arg Phe Ser Gly Ser Gly
    195                 200                 205TCA GGC ACA CAA TTT TCT CTG AAG ATC AAC AGC CTG CAG CCT GAA GAT     672Ser Gly Thr Gln Phe Ser Leu Lys Ile Asn Ser Leu Gln Pro Glu Asp
210                 215                 220CTT GGG AAC TAT TAC TGT CTA CAT TTT TAT GGG ACT CCG TAT AGG TTC     720Leu Gly Asn Tyr Tyr Cys Leu His Phe Tyr Gly Thr Pro Tyr Arg Phe225                 230                 235                 240GGC GGG GGC ACC AAG CTG GAA ACG AAA CGG GCG GCC GCA GAA CAA AAA     768Gly Gly Gly Thr Lys Leu Glu Thr Lys Arg Ala Ala Ala Glu Gln Lys
            245                 250                 255CTC ATC TCA GAA GAG GAT CTG AAT TAA TAA GAA TTC ACT GGC             810Leu Ile Ser Glu Glu Asp Leu Asn  *   *  Glu Phe Thr Gly
        260                 265                 270

Claims (24)

1.含有一种细胞内结合蛋白(PIL)之编码基因的核酸序列,所述编码基因受一种在哺乳动物细胞中有功能的启动子控制。
2.根据权利要求1的核酸序列,其特征在于它编码作用于细胞增殖、代谢物合成、蛋白合成、DNA复制和/或转录、或病毒感染周期的细胞内结合蛋白。
3.根据权利要求1或2的核酸序列,其特征在于细胞内结合蛋白是细胞内抗体或片段和/或这种抗体的衍生物。
4.根据权利要求3的核酸序列,其特征在于细胞内结合蛋白是抗体的Fab或F(ab)’2片段。
5.根据权利要求3的核酸序列,其特征在于细胞内结合蛋白是一种肽,它至少含有通过一肽接头连接的相当于抗体轻链可变区结合位点的肽和相当于抗体重链可变区结合位点的肽。
6.根据权利要求1—6之一的核酸序列,其特征在于在哺乳动物细胞中有功能的启动子选自病毒启动子、细胞启动子或人工启动子。
7.根据权利要求1—6之一的核酸序列,其特征在于它结合在载体中。
8.根据权利要求7的核酸序列,其特征在于它结合在病毒载体中。
9.在其基因组中含有权利要求1—8之一的核酸序列的缺陷重组病毒。
10.根据权利要求9的缺陷重组病毒,其特征在于它选自逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、痘苗病毒和HSV病毒。
11.缺陷重组病毒,其特征在于在其基因组中含有一种核酸序列,该核酸序列至少含有编码细胞内抗体或片段和/或这种抗体的衍生物的基因。
12.根据权利要求11的缺陷重组病毒,其特征在于细胞内抗体是一种肽,它至少含有通过一种肽接头连接的相当于抗体轻链可变区结合位点的肽和相当于抗体重链可变区结合位点的肽。
13.根据权利要求11或12的缺陷重组病毒,其特征在于细胞内抗体是一种针对细胞增殖中相关靶细胞的元件的抗体。
14.根据权利要求13的缺陷重组病毒,其特征在于细胞内抗体是针对癌基因或针对癌基因信号化途径之因子的抗体。
15.根据权利要求14的缺陷重组病毒,其特征在于癌基因选自myc、myb、ras、fos、jun和erb癌基因。
16.根据权利要求11—15的缺陷重组病毒,其特征在于它选自逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、痘苗病毒和HSV病毒。
17.含有至少两种根据权利要求1的核酸序列的载体,特别是病毒载体,其中核酸序列编码抗一利或多种抗原的不同表位的细胞内结合蛋白。
18.含有至少一种根据权利要求1—8之一的核酸序列或根据权利要求9—17之一的重组病毒的药物组合物。
19.根据权利要求18的药物组合物,其特征在于它含有脂质体形式、与核蛋白、脂类或葡聚糖的复合物形式、或天然形式的权利要求1—8之一的至少一种核酸序列。
20.根据权利要求19的药物组合物,其特征在于它含有至少一种根据权利要求5的核酸序列。
21.根据权利要求18的药物组合物,其特征在于它含有至少一种根据权利要求12的重组病毒。
22.根据权利要求21的药物组合物,其特征在于重组病毒选自腺病毒、逆转录病毒、或腺相关病毒。
23.权利要求1的核酸序列在制备用于治疗癌症的药物组合物中的用途。
24.权利要求1的核酸序列在制备用于治疗病毒感染的药物组合物中的用途。
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