Hintergrund
der Erfindung und Stand der Technik
Stat6
ist die Abkürzung
für "signal transducer
and activator of transcription 6".
Stat6 ist ein obligatorischer Transkriptionsfaktor in der Signaltransduktion
der Interleukine IL-4 und IL-13. Im Ergebnis der Bindung von IL-4
oder IL-13 an Zellen wird Stat6 durch JAK-Kinasen phosphoryliert
und bildet Homodimere. Die Homodimeren wandern zum Kern und induzieren
die Transkription von Genen. Dieser Signalweg ist sowohl in haematopoetischen
als auch in nichthämatopoetischen
Zellen ausgebildet. In T-Lymphozyten führt die Interaktion mit antigenpräsentierenden
Zellen und die IL-4-abhängige
Stat6-Aktivierung zur Differenzierung in T-Helferzellen vom Typ
2 (Th2) und zur Bildung von IL-4, IL-5, IL-9 und IL-13. In B-Lymphozyten
kommt es über
die Aktivierung des Stat6-Signalweges zur IL-4-abhängigen Proliferation
und zur Sekretion der Immunglobuline IgE und IgG4. Nichthämatopoetische
Zellen, die am Ort der Antigeninvasion an der Immunantwort beteiligt
sind, wie z.B. Epithelzellen, glatte Muskelzellen und Fibroblasten
der Atemwege, verfügen
ebenfalls über
Stat6-abhängige
Zellfunktionen, wie die Expression von chemotaktischen Mediatoren
und Adhäsionsmolekülen, die Freisetzung
von Matrixmetalloproteasen und die Produktion von Schleim. In der
Lunge wird die Bildung des VCAM1, der Eotaxine und des IL-5 durch
IL-4/IL-13 stimuliert. Diese Proteine sind für die Rekrutierung, die Aktivität und das Überleben
der eosinophilen Granulozyten und damit für die Entzündungsprozesse von Bedeutung.
Matrixmetalloproteasen (MMP) und ihre Inhibitoren (TIMPS) sind an
den Auf- und Abbauprozessen des Bindegewebes sowie an der Regulation
inflammatorischer Prozesse beteiligt. Untersuchungen an Mäusen und
humanen Zellkulturen legen nahe, dass insbesondere IL-13 die Schleimproduktion
in Lungenepithelzellen stimuliert.
Allergische
Erkrankungen sind durch eine komplexe entzündliche Genese gekennzeichnet.
Die pathologischen Veränderungen
werden insbesondere auf die durch Antigenspezifische Th2-Zellen
generierten Interleukine und ihre primär auf die Elimination extrazellulärer Pathogene
gerichteten Wirkungen zurückgeführt. Die
Adaptation dieser Immunreaktionen auf Allergene kann sowohl auf
der Haut als auch in der Lunge zu allergischen Reaktionen führen. Allergisches
Asthma ist durch Atemwegshyperreagibilität, Eosinophilie, subepitheliale
Fibrose und Schleimüberproduktion
gekennzeichnet. An knock-out Mäusen
wurde gezeigt, dass die Defizienz von Stat6 zur Elimination der
Ausprägung
des asthmatischen Phänotyps
führt.
Es
gibt Hinweise auf eine Beteiligung Stat6-abhängiger Mechanismen an der Pathogenese
von Tumoren. Steroidhormonsensitive normale humane Epithelzellen
der Mamma und der Prostata sowie Tumorzelllinien der Brust, des
Kolons und der Cervix exprimieren Stat6. In diesen Zellen stimulieren
IL-4 und IL-13 die Induktion von Enzymen, insbesondere die 3ß-Hydroxysteroid
Dehydrogenase/Δ5-Δ4-Isomerase,
die die Bildung aktiver steroidaler Sexualhormonen in peripheren
Zielgeweben katalysieren. Die durch IL-4 und IL-13 induzierte systemische
Verfügbarkeit
von Steroidhormonen kann das Wachstum sensitiver Tumorzellen fördern. So stellt
z.B. peripher gebildetes Dihydrotestosteron nach Androgenablation
durch pharmakologische oder chirurgische Kastration eine wichtige
Quelle für
das Wachstum des Prostatakarzinoms dar.
Stat6-defiziente
Mäuse verfügen über eine
erhöhte
Immunität
gegen primäre
und metastatische Tumoren, d.h. sie sind resistent gegen Rezidive
primärer
Fibrosarkome, rejizieren transplantierte Mastozytome und zeigen
eine erniedrigte Mortalität
nach der Transplantation spontan metastasierender Mammakarzinome.
In
Hodgkin Lymphomen verfügen
die Reed-Sternberg-Zellen, welche die maligne Population dieser klonalen
B-Zell-Erkrankung
darstellen, in einer großen
Anzahl von Fällen
sowohl über
IL-13-Rezeptoren als auch über
eine endogene IL-13-Bildung. An Zelllinien des Hodgkin Lymphoms
wurde nachgewiesen, dass Stat6 im Ergebnis einer autokrinen Wachstumsregulation
durch IL-13 konstitutiv aktiv ist. Die autokrine Wachstumsregulation
kann durch einen IL-13-Antagonisten inhibiert werden.
RNA-Interferenz
(RNAi)-Moleküle,
wie small interfering RNA (siRNA), small hairpin RNA (shRNA), microRNA
(miRNA) und lange, doppelsträngige
RNA (dsRNA), und katalytische Nukleinsäuren, wie Ribozyme und DNAzyme,
sind geeignet die Expression von Genen durch Degradation der Target-RNA
zu inhibieren. Die zelluläre,
unter der Wirkungen des Enzyms Dicer erfolgende Spaltung von dsRNA
und miRNA führt
zur Bildung von siRNA, d.h. kurzer, ca. 21 Nukleotide langer, doppelsträngiger RNA
mit 3'-terminalen
Einzelstrangüberhängen. Exogen
applizierte synthetische oder unter Verwendung von Vektoren generierte
siRNA oder shRNA (eine kurze, doppelsträngige RNA mit einer Hairpin-Struktur) verfügen über Wirkungen,
die der durch zelluläre Mechanismen
gebildeten siRNA entspricht. RNAi-Moleküle inhibieren die Expression
von Genen in Zelllinien, Pflanzen und Tieren.
Katalytische
Nukleinsäuren
verfügen
sowohl über
eine Nukleinsäure-Sequenz,
die die katalytische Reaktion realisiert, als auch über eine
Nukleinsäure-Sequenz,
die spezifisch an die Target-Nukleinsäure bindet. Es wird insbesondere
zwischen aus Ribonukleotiden und aus Desoxyribonukleotiden aufgebauten
Ribozymen bzw. DNAzymen unterschieden. Vertreter der Ribozyme mit
Bindungsspezifischer RNA-Spaltung sind das Hammerhead, Hepatitis
deta Virus, Hairpin und VS Ribozym bzw. mit selbstspaltenden Eigenschaften
sind die Group 1 Intron, Group II Intron und das Ribonuklease P
Ribozym; Vertreter der DNAzyme sind z.B. das 10-23- und das DEC22-18
DNAzym sowie das Zn2+-abhängige, imidazolenthaltende
DNAzym (J.Am.Chem.Soc. 122 (2000) 2433), das LANzym (J.Am.Chem.Soc.
124 (2002) 13682) oder das Metall-unabhängige, imidazo- und kationisches
Amin-enthaltende DNAzym (J.Am.Chem.Soc. 124 (2002) 9960). Diese
katalytischen Nukleinsäuren
spalten RNA. Die Sequenzabschnitte der Spaltung sind charakteristisch
für die
katalytische Nukleinsäure.
Die Spaltung der Target-RNA führt
zur Hemmung der Genexpression.
RNAi-Moleküle und katalytische
Nukleinsäuren
können
durch kommerzielle RNA- oder DNA-Synthese sowie unter Verwendung
von Vektoren, die u.a. Expressionskassetten mit eukaryontischen
U6/H 1 -Promotoren (Ambion) oder prokaryontischen T7/T3/SP6-Promotoren
enthalten, hergestellt werden. Ihre Stabilität in Stoffwechsel-aktiven Systemen
wird durch die Einführung
chemischer Modifikationen erhöht.
Die Modifikationen erfolgen u.a. als Substitution der Phosphat-Reste
durch Phosphorothioate, der 2'-OH-Gruppe
der Zucker-Ribonukleotide
durch 2'-O-Methyl,
2'-O-Allyl oder
-NH2 sowie durch Einführung von Desoxyribonukleotiden,
z.B. von 3'-terminalen
Desoxy-Thymidinen in den Einzelstrangüberhängen der siRNA oder in den
Bindungsarmen der Ribozyme, oder von 3', 3'-invertierten
Desoxyribonukleotiden. RNAi-Moleküle und katalytische Nukleinsäuren, insbesondere
durch chemische Modifikation stabilisierte Derivate, können direkt
oder unter Verwendung von Transfektionsreagentien sowie von Vektoren
in Zellen, Geweben, Organen oder Organismen zur Wirkung gebracht
werden.
Zu
den vorstehenden Zusammenhängen
wird ergänzend
auf die folgenden Literaturstellen verwiesen.
- Takeda, K. et al., (1997) J.Mol.Med. 75, 317–326
- Kuperman, D. A. et al., (2002) Nat. Med. 8, 885–889
- Walter, D. M. et al., (2001) J Immunol. 167, 4668–4675
- Taube, C. et al., (2002) J Immunol. 169, 6482–6489
- Zhu, Z. et al., (2002) J Immunol. 168, 2953–2962
- Elias, J. A. et al., (2003) J Clin. Invest 111, 291–297
- Wills-Karp, M. et al., (2003) Curr.Opin.Pulm.Med. 9, 21–27
- Kelly, E. A. et al.,(2003) Curr.Opin.Pulm.Med. 9,28–33
- Riffo-Vasquez, Y. et al.,(2002) Pharmacol.Ther. 94, 185–211
- Foster, P. S. et al., (2002) Pharmacol. Ther. 94, 253–264
- Lee, J. H. et al., (2001)Am.JRespirCellMol.Bio1. 25, 474–485
- Moore, P. E. et al., (2002) Am.J Physiol Lung Cell Mol.Physiol
282, L847–L853
- Oshima, Y. et al., (2001) Cel/Immunol. 211, 37–42
- Skinnider, B. F. et al., (2002) Leuk. Lymphoma 43, 1203–1210
- Gingras, S. et al., (2001) J Steroid Biochem.Mol.Bio1. 76, 213–225
- Takeda, K. et al., (1996) Nature 380, 627–630
- Shimoda, K. et al., (1996) Nature 380, 630–633
- Kuperman, D. et al., (1998) J.Exp.Med. 187, 939–948
- Terabe, M. et al., (2000) Nat.Immunol. 1, 515–520
- Kacha, A. K. et al., (2000) J Immunol. 165, 6024–6028
- Ostrand-Rosenberg, S. et al., (2000) J.Immunol, 165, 6015–6019
- Ostrand-Rosenberg, S. et al., (2002) J Immunol. 169, 5796–5804
- Zamore, P. D. et al., (2000) Cell 101, 25–33
- Elbashir, S. M. et al., (2001) Nature 411, 494–498
- Elbashir, S. M. et al., (2001) EMBO J 20, 6877–6888
- Elbashir, S. M. et al., (2002) Methods 26, 199–213
- Sohail, M. et al., (2003) Nucleic Acids Res. 31, E38
- Kawasaki, H. et al., (2003) Nucleic Acids Res. 31, 981–987
- Shuey, D. J. et al., (2002) Drug Discov. Today 7, 1040–46
- Sorensen, D. R. et al., (2003) J Mol.Biol. 327, 761–766
- Abbas-Terki, T. et al., (2002) Hum. Gene Ther. 13, 2197–2201
- Doench, J. G. et al., (2003) Genes Dev. 17, 438–442
- Doudna, J. A. et al., (2002) Nature 418, 222–228
- Santoro, S. W. et al., 111 (2000) J.Am. Chem. Soc. 122, 2433–2439
- Mei, S. H. et al., (2003) J Am.Chem.Soc, 125, 412–420
- Lermer, L. et al., (2002) J Am.Chem.Soc. 124, 9960–9961
- Vester, B. et al., (2002) JAm.Chem.Soc. 124,13682–13683
Technisches Problem der
Erfindung.
Der
Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, verbesserte Mittel
zur Behandlung von allergischer Erkrankungen, pathogener Atemwegsveränderungen
und von Krebs zur Verfügung
zu stellen.
Grundzüge der Erfindung und Ausführungsformen.
Zur
Lösung
dieses technischen Problems lehrt die Erfindung eine pharmazeutische
Zusammensetzung enthaltend eine die Stat6 mRNA Expression inhibierendes
Oligonukleotid in physiologisch wirksamer Dosis.
Es
sind eine Vielzahl von Oligonukleotiden geeignet. Besonders geeignet
sind doppelsträngige
siRNA-Moleküle
folgender grundsätzlicher
Zusammensetzung:
Sensestrang | 5'-(N)19–23(X)0–5 |
Antisensestrang | 5'(N')19–23(X')0–5 |
wobei X, X' =
Ribonukleotide, bevorzugt Thymidin und Desoxy-Thymidin, N = aufeinanderfolgende
Ribonukleotide der mRNA-Sequenz des Stat6 (GI: 23397677, NCBI) beziehungeweise
Teilsequenz der Länge
19 bis 23 aus der Stat6 Sequenz, und N' = ein zu diesem Sequenzabschnitt der
stat6-mRNA komplementäres
Ribonukleotid. Es sind auch Homologe zu den genannten Sequenzen
mit einer Homologie von zumindest 80%, vorzugsweise zumindest 90%
einsetzbar (berechnet mit dem Programm MEGALIGN, DNASTAR LASERGENE, in
der zum Anmeldezeitpunkt gültigen
Fassung). Weiterhin sind alle mit erfindungsgemäß eingesetzten Nukleinsäuren hybridisierende
Nukleinsäuren
umfasst, nämlich
solche, die unter stringenten Bedingungen (5°C bis 25°C unterhalb der Aufschmelztemperatur;
siehe ergänzend
J.M. Sambrook et al., A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory
Press (1989) und E.M. Southern, J Mol Biol, 98:503ff (1975)) hybridisieren.
Doppelsträngige
RNA-Moleküle,
wie vorstehend angegeben, können
a) integraler Bestandteil langer RNA-Moleküle, wie microRNA oder doppelsträngiger RNA,
sein und aus diesen durch katalytische Spaltung, z.B. durch Dicer oder
Target-spezifisches Ribozym bzw. DNAzym, generiert werden, und b)
kurze, doppelsträngige
RNA, wie shRNA, sein, die dem Wirkungsprinzip der vorstehenden siRNA
folgen. Es kann sich auch um katalytische Nukleinsäuren, wie
Ribozyme und DNAzyme, handeln, die spezifisch an die stat6 mRNA
binden, diese an den für
Ribozyme und DNAzyme charakteristischen Bindungsstellen spalten
und die Genexpression inhibieren.
Bevorzugt
ist es, wenn das Oligonukleotid eine siRNA oder eine shRNA ist,
insbesondere ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Seq.-ID 1 bis 9.
In
aller Regel wird es sich empfehlen, wenn die pharmazeutische Zusammensetzung
zusätzlich
physiologisch verträgliche
galenische Hilfs- und/oder Trägerstoffe
enthält.
Die galenische Herrichtung einer erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzung
kann in fachüblicher
Weise erfolgen. Als Gegenionen für
ionische Verbindungen kommen beispielsweise Na+,
K+, Li+ oder Cyclohexylammonium
infrage. Geeigente feste oder flüssige
galenische Zubereitungsformen sind beispielsweise Granulate, Pulver,
Dragees, Tabletten, (Mikro-) Kapseln, Suppositorien, Sirupe, Säfte, Suspensionen,
Emulsionen, Tropfen oder Lösungen
zur Injektion (i.v., i.p., i.m., s.c.) oder Vernebelung (Aerosole),
transdermale Systeme, sowie Präparate
mit protrahierter Wirkstoff-Freigabe, bei deren Herstellung übliche Hilfsmittel
wie Trägerstoffe,
Spreng-, Binde-, Überzugs-, Quellungs-,
Gleit- oder Schmiermittel, Geschmacksstoffe, Süßungsmittel und Lösungsvermittler,
Verwendung finden. Als Hilfsstoffe sei Magnesiumcarbonat, Titandioxid,
Lactose, Mannit und andere Zucker, Talcum, Milcheiweiß, Gelatine,
Stärke,
Zellulose und ihre Derivate, tierische und pflanzliche Öle wie Lebertran,
Sonnenblumen-, Erdnuss- oder
Sesamöl,
Polyethylenglycole und Lösungsmittel,
wie etwa steriles Wasser und ein- oder mehrwertige Alkohole, beispielsweise
Glycerin, genannt. Eine erfindungsgemäße pharmazeutische Zusammensetzung
ist dadurch herstellbar, dass mindestens ein erfindungsgemäß verwendeter
Inhibitor in definierter Dosis mit einem pharmazeutisch geeigneten
und physiologisch verträglichen
Träger
und ggf. weiteren geeigneten Wirk-, Zusatz- oder Hilfsstoffen mit definierter
Inhibitordosis gemischt und zu der gewünschten Darreichungsform hergerichtet
ist.
Eine
erfindungsgemäße pharmazeutische
Zusammensetzung kann des weiteren auch eine oder mehrere weitere
Wirkstoffkomponenten enthalten. Hierfür kommen beispielsweise verschiedene
die Expression von Stat6 mRNA inhibierende Oligonukleotide in Frage.
Es ist aber auch möglich,
beispielsweise zytotoxische Komponenten einzusetzen, beispielsweise
bei der Therapie von Krebs. Zytotoxische Komponenten sind Verbindungen,
welche direkt oder indirekt Apoptose einleiten oder zumindest wachstumshemmend
wirken. Solche Gruppen bzw. Verbindungen können neben Radioisotopen (z.B.
188Re, 213Bi, 99mTc, 90Y, 131J, 177Lu) insbesondere Toxine (z.B.
Diphterie-Pseudomonas-Toxin) oder Zytostatika einschließlich sogenannter
Prodrugs sein, welche in der Tumortherapie eingesetzt werden. Beispiele
hierfür
sind: Alkylantien (z.B. Mechlorethamin, Ifosfamid, Chlorambucil,
Cyclophosphamid, Melphalan, Alkylsulfonate, Busulphan, Nitrosoharnstoffe,
Carmustin, Lomustin, Semustin, Triazene, Dacarbazin), Antimetaboliten
(z.B. Folsäure-Antagonisten,
Methotrexat, Pyrimidin-Analoga, Fluoruracil, Fluordesoxyuridin,
Cytarabin, Gemcitabin, Purin-Analoga, Mercaptopurin), Mitosehemmer
(z.B. Vincaalkaloide, Vincristin, Vinblastin, Paclitaxal, Docetaxel,
Protaxel), Epipodophyllotoxine (z.B. Etoposid, Teniposid), Antibiotika
(z.B. Dactinomycin, Daunorubicin, Idarubicin, Anthracycline, Bleomycin,
L-Asparaginase), Platinkomplexverbindungen (z.B. Cisplatin), Hormone
und verwandte Verbindungen (z.B. Nebennierensindensteroide, Aminogluthetimid,
Gestagene, Östrogene,
Androgene, Antiöstrogene,
Tamoxifen, Steriodanaloga, Flutamid). Es ist auch möglich, immunmodulierend
(stimulierend oder abschwächend)
wirkende Wirksubstanzen einzusetzen. Beispielsweise eine immunstimulierende
Komponente ist meist ein Protein oder ein wirksamer Bestandteil
hiervon, welches Zellen des Immunsystems stimuliert. Beispiele hierfür sind:
Zytokine, wie M-CSF, GM-CSF, G-CSF, Interferone, wie IFN-alpha,
beta, gamma, Interleukine wie IL-1 bis -16 (außer -8), human LIF, Chemokine
wie Rantes, MCAF, MIP-1-alpha, -beta, NAP-1 und IL-8.
Die
Erfindung betrifft des weiteren die Verwendung eines Oligonukleotides,
insbesondere einer siRNA oder einer shRNA, vorzugsweise gemäß einer
der Sequenzen Seq.-ID 1 bis 9, zur Herstellung einer pharmazeutischen
Zusammensetzung zur Behandlung verschiedener Erkrankungen. Bei den
Erkrankungen kann es sich insbesondere um allergische Erkrankungen,
wie Asthma, atopische Dermatitis, Rhinitis und Pollinose, Erkrankungen
der Lunge, wie Entzündungen,
Bronchoobstruktion, pulmonale Vasokonstriktion, Bronchitis und Emphysem
sowie Tumorerkrankungen, wie Karzinome, Leukämien, Lymphome, insbesondere
Hodgkin Lymphome, und Melanome einschließlich metastasierter Formen
handeln.
Die
Erfindung betrifft des weiteren ein die Expression von Stat6 mRNA
inhibierendes Oligonukleotid, insbesondere siRNA oder shRNA, beispielsweise
des Aufbaus
Sensestrang | 5'-(N)19–23(X)0–5 |
Antisensestrang | 5'-(N')19–23(X')0–5, |
vorzugsweise gemäß einer der Sequenzen Seq.-ID
1 bis 9 und dessen Verwendung.
Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen pharmazeutischen
Zusammensetzung, wobei das Oligonukleotid in einer physiologisch
wirksamen Dosis mit üblichen Hilfs-
und/oder Trägerstoffen
gemischt und galenisch hergerichtet wird.
Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Inhibierung der Expression
von Stat6 mRNA, wobei einer Stat6 exprimierenden Zelle in vitro
oder in vivo eine physiologisch wirksame Menge einer für Stat6
spezifischen inhibitorischen Nukleinsäure, insbesondere eine siRNA
oder eine shRNA, vorzugsweise eine erfindungsgemäße Nukleinsäure, zugeführt wird.
Die
Erfindung betrifft schließlich
ein Verfahren zur Behandlung einer allergischen Erkrankung, einer pathologischen
Atemwegsveränderung
und/oder von Krebs, wobei einem erkrankten Menschen oder Säugetier
eine erfindungsgemäße pharmazeutische
Zusammensetzung dargereicht wird. Der Ausdruck der Behandlung umfasst
dabei auch die Prophylaxe.