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Die Erfindung betrifft. insbesondere
Peptide, die spezifisch IgE-Antikörper zu binden vermögen und die
beispielsweise aus dem natürlich
vorkommenden S. aureus Enterotoxin B (SEB) erhältlich sind. Ihre:immunmodulatorischen
Eigenschaften unterscheiden sich erheblich von denen des bakteriellen
SEB. Die erfindungsgemäßen Peptide
induzieren im Gegensatz zu SEB überraschenderweise
keine Proliferation von T-Zellen. Aufgrund ihrer Eigenschaften sind
die Peptide für
die Therapie von Erkrankungen geeignet, die durch einen erhöhte Serum-IgE-Spiegel
und/oder eine vermehrte Produktion von Interferon-gamma charakterisiert sind,
sowie für
die Therapie von Erkrankungen, die durch ein Ungleichgewicht von
Th1- und Th2-Immunantwort charakterisiert sind, wie z.B. Atopisches
Ekzem, Lupus ery thematodes, Morbus Crohn, Multiple Sklerose, Psoriasis,.rheumatoide
Arthritis.
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Staphylococcus aureus ist ein weit
verbreiteter pathogener Mikroorganismus, der eine Vielzahl von schweren
Infektionskrankheiten auslösen
kann. S. aureus produziert Enterotoxine (Enterotoxin A, B, C, D,
E und TSST-1) und Endotoxine (Koagulase, Staphylokinase, Lipase,
Hyaluronidase, DNAse). Aufgrund der Entwicklung multipler Resistenzen
gegenüber
verschiedenen Antibiotika hat S. aureus in den letzten Jahren eine große Bedeutung
als Erreger von Krankenhausinfektionen erlangt.
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Die von S. aureus produzierten Enterotoxine
(SE) können
beim Menschen u.a. Lebensmittelvergiftungen und einen septischen
Schock auslösen
[Marrack, P. & Kappler,
J. (1990), Science 248, 705].
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Es handelt sich um mittelgroße Proteine
(20-30 kD), die sich hinsichtlich ihrer Aminosäuresequenzen sehr ähnlich sind.
So beträgt
die Übereinstimmung
zwischen Staphylokokken-Enterotoxin A (SEA) und Staphylokokken-Enterotoxin
E (SEE) über
90 [Marrack, P. & Kappler,
J. (1990), Science 248, 705].
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Das Interesse an den immunologischen
Eigenschaften dieser Toxine stieg beträchtlich, nachdem entdeckt wurde,
daß sie
bereits in Konzentrationen von 10–13 M – 10–16 M
zu den stärksten
Induktoren einer Lymphozytenproliferation zählen und sich diese Proliferation
auf die T-Zellen beschränkt
[Fleischer, B. & Schrezenmeier,
H. (1988), J. Exp. Med. 167, 1697].
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Die Aufklärung der genauen Stimulationsmechansimen
begann mit der Beobachtung, daß SEs
hochgereinigte T-Zellen nicht stimulieren, sondern daß die toxininduzierte
Proliferation von der Anwesenheit akzessorischer Zellen, Monozyten
oder B-Lymphozyten, abhängig
ist.
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Im Gegensatz zu gewöhnlichen
Antigenen werden die Enterotoxine jedoch nicht prozessiert und in
der Antigen-Bindungsstelle des MHC-II-Moleküls präsentiert, sondern sie kreuzvernetzen
den MHC-II-Komplex auf Monozyten oder B-Zellen mit dem T-Zell-Rezeptor [Herrmann,
T. et al. (1992), Eur. J. Immunol. 22, 1935].
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Die Bindungsaffinität der Enterotoxine
zu verschiedenen MHC-II-Proteinen
des Menschen ist unterschiedlich. Die meisten SEs binden bevorzugt
an HLA-DR, weniger stark an DQ und praktisch überhaupt nicht an DP [Fleischer,
B. (1991), Immun. Infekt. 19, 8]. Der Grund für die massive, im Gegensatz
zu Lektinen wie Concanavalin A jedoch limitierte T-Zell-Stimulation
ist die spezifische Bindung der SEs an die Außenseite der vβ-Kette
des T-Zell-Rezeptors (TZR). Die anderen Komponenten des T-Zell-Rezeptors, die
sog. Vβ-,
J- oder D-Segmente, sind keine Bindungsstellen für SEs. Da nur T-Lymphozyten
mit einer bestimmten Vβ-Kette des TZR durch bestimmte
SEs stimuliert werden, bezeichnet man die Toxine als Antigene und
nicht als Mitogene.
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Da jedoch die Zahl der zirkulierenden
T-Zellen, die durch ein bestimmtes Toxin stimuliert werden können, deutlich
größer ist
als die Zahl der T-Lymphozyten, die für ein konventionelles Antigen
spezifisch sind, werden SEs als „Superantigene" bezeichnet
[Marrack, P. & Kappler,
J. (1990), Science 248, 705].
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Je nach Häufigkeit der Vβ-Populationen
können
in vivo 5 – 30%
des zirkulierenden T-Zell-Repertoires durch bakterielle Superantigene
stimuliert werden [Choi, Y. (1990), J. Exp. Med. 172, 981]. Diese
T-Zell-Stimulation induziert eine Fülle komplexer pathophysiologischer
Mechanismen, die zur Zeit noch nicht vollständig aufgeklärt sind.
Im Tiermodell, aber auch beim Menschen, führt die Intoxikation mit Superantigenen
zu sy stemischen Reaktionen, die von Fieber bis zum kardiovaskulären Schock
reichen können
[Fleischer, B. (1991), Immun. Infekt. 19, 8]. Tabelle 1 zeigt die
durch Enterotoxine von S. aureus induzierten immunologischen Reaktionen.
Diese Reaktionen werden wahrscheinlich durch komplexe immunologische
Vorgänge
ausgelöst.
Die Bindung der Toxine an den MHC-II-Komplex und den TZR führt zur
Proliferation, Freisetzung von Zytokinen und anderen Mediatoren
und zur Antikörperproduktion
(Tabelle 1). Ausserdem wird das "cutaneous lymphocyte-associated
antigen" (CLA), das die Rezirkulation von T-Zellen in die Haut steuert,
verstärkt
exprimiert [Zollner, T.M. (1996), Immunol. Leiters 49, 111] .
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Nach dieser hyperreaktiven Phase
gehen die Superantigenstimulierten T-Zellen in einen anergischen Zustand über, so
daß es
zu einer massiven Immunsuppression kommen kann. Andererseits können autoreaktive,
aber anerge T-Zellen aktiviert werden, die dann Autoimmunkrankheiten
auslösen.
Bei der multiplen Sklerose [Hafler, D.A. (1988), J. Exp. Med. 167,
1313] und der rheumatoiden Arthritis [Palliard, x. (1991), Science 253,
325] wurde bereits eine oligoklonale Selektion bestimmter Vβ-Ketten
nachgewiesen, die auf einen Superantigen-vermittelten Pathomechanismus
dieser Erkrankungen hindeutet.
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Darüber hinaus konnte gezeigt werden,
daß SEB
die IgE-Synthese und die Produktion von Interleukin-4 bei Patienten
mit atopischem Ekzem verstärkt
[Neuber, K, (1993), Hautarzt 44, 135; Ring, J. et al. (1992), Allergy
47, 265; Neuber, K. et al. (1995), Int. Arch. Allergy Immunol. 107,
179]. Ausserdem konnte eine ekzemauslösende Wirkung für SEB im
Epikutantest nachgewiesen werden [Hofer, M.F. (1999) , J. Invest.
Dermatol. 112, 171] .
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Das atopische Ekzem gehört wie die
allergische Rhinokonjunktivitis und das allergische Asthma bronchiale
zu den Erkrankungen, bei denen eine pathologisch verstärkte IgE-Synthese
auftritt. Diese Erkrankungen sind bisher nur symptomatisch zu behandeln,
d.h. die Unterdrückung
der IgE-Synthese erfolgt unspezifisch durch die Suppression der
an der Synthese beteiligten T-Lymphozyten. Die am häufigsten
systemisch eingesetzten Medikamente sind dabei Cortison oder Cyclosporin
A. Diese Substanzen bewirken häufig
sehr schwere systemische Nebenwirkungen (Hautatrophie, Diabetes,
Hypertonie, Nieren- und Hepatotoxizität u.a.). Durch eine spezifische
Modulation der überhöhten IgE-Synthese
würden
sich derart schwere Nebenwirkungen vermeiden lassen. Das gleiche
gilt auch für
Erkrankungen, die mit einer vermehrten Interferon-gamma-Synthese der
Lymphozyten einhergeht. Ein gutes Beispiel für einen solchen Zustand stellt
die Psoriasis vulgaris dar. Bei dieser Erkrankung pro duzieren T-Zellen
vermehrt Interferon-gamma und induzieren dadurch die Hyperproliferation
der Epidermis. Zur Therapie der Psoriasis werden ebenfalls Immunsuppressiva
wie Cortison oder Cyclosporin A zur Therapie verwendet. Die selektive
Hemmung der Zytokinproduktion würde
in diesem Fall ebenfalls die Nebenwirkungsrate deutlich verringern.
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Bei einer Reihe von Erkrankungen
ist ursächlich
eine pathologische Th1- oder eine abgeschwächte Th2-Reaktion nachgewiesen
worden oder wird diskutiert (vergleiche auch Tabelle 2). Tierexperimentelle
Befunde lassen vermuten, dass bei diesen Erkrankungen eine Umstimmung
der Immunantwort in Richtung Th2 protektiv wirkt. Zu nennen sind
hier organspezifische Autoimmunkrankheiten wie Multiple Sklerose
[Shevach, E.M. et al. (1999), Springer Semin. Immunopathol. 21,
249-262; Leonard, J.P. et al. (1997), Crit. Rev. Immunol. 17, 545-553],
autoimmune Uveitis [Singh, V.K. et al. (1999), Immunol. Res. 20,
147-161; Sun, B. et al. (1999), Int. Immunol. 11, 1307-1312; Egwuagu,
C.E. et al. (1999), J. Immunol. 162, 510-517], Insulinpflichtiger
Diabetes mellitus [Rabinovitch, A. et al. (1998), Biochem. Pharmacol.
55, 1139-1149], rheumatoide Arthritis [Muller, B. et al. (1998),
Springer Semin. Immunopathol. 20, 181-196], Behcet's Syndrom [Frassanito,
M.A. et al. (1999), Arthritis Rheum. 42, 1967-1974] weiterhin die
Helicobacter pylori-Infektion (die Ursache u.a. von Magenulcus und
atrophischer Gastritis) [Smythies, L.E. et al. (2000), J. Immunol.
165, 1022-1029; Fox, J.G. et al. (2000), Nat. Med. 6, 536-542; Mattapallil,
J.J. et al. (2000), Gastroenterology 118, 307-315], entzündliche Darmerkrankungen
wie Morbus Crohn und andere [Romagnani, P. et al. (1997), Curr.
Opin. Immunol. 9, 793-799; MacDonald, T.T. (1999), Curr. Top. Microbiol.
Immunol. 236, 113-135], die akute Organtransplantat-Abstoßungsreaktion
[Morelli, A.E. et al. (2000), Transplantation 69, 2647-2657] und
spontane rekurrente Aborte [Jenkins, C. et al. (2000), Fertil. Steril.
73, 1206-1208].
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist daher die Bereitstellung eines neuen Wirkstoffs, der sich zur Behandlung
von Erkrankungen eignet, die durch einen erhöhten IgE-Spiegel und/oder eine
verstärkte
Interferon-gamma-Produktion charakterisiert sind und der die im
Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere
ist es Aufgabe der Erfindung, Wirkstoffe bereitszustellen, die sich
zur Therapie von Erkrankungen eignen, die durch ein Ungleichgewicht
des Verhältnisses
von Th1- und Th2-Immunantwort charakterisiert sind.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wurde nunmehr überraschenderweise
festgestellt, daß sich aus
dem natürlich
vorkommenden S. aureus Enterotoxin B (SEB) Peptide isolieren lassen,
die die oben genannten Aufgaben lösen.
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Insbesondere läßt sich ein Peptid isolieren,
welches in der Lage ist, spezifisch IgE-Antikörper zu binden. Dabei unterscheiden
sich seine immunmodulatorischen Eigenschaften überraschenderweise erheblich von
denen des bakteriellen SEB. Das erfindungsgemäße Peptid, dessen Aminosäuresequenz
in SEQ ID NO:10 dargestellt ist, induziert im Gegensatz zu SEB überraschenderweise
keine Proliferation von T-Zellen und hemmt aber andererseits die
Interferon-gamma-Synthese stimulierter T-Lymphozyten. Aufgrund seiner Eigenschaften
ist das Peptid für
die Therapie von Erkrankungen geeignet, die durch erhöhte Serum-IgE-Spiegel und/oder
vermehrte Produktion von Interferongamma charakterisiert sind. Vorzugsweise
handelt es sich bei den Erkrankungen um die allergische Rhinokonjunktivitis,
das allergische Asthma bronchiale sowie die Psoriasis vulgaris.
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Neben dem erfindungsgemäßen Peptid
wurden weitere erfindungsgemäße Peptide
hergestellt, die dieselben oder im wesentlichen dieselben biologischen
und/oder immunologischen Eigenschaften aufweisen. Aufgrund ihrer
besonderen Eigenschaften, d.h. Bindung von IgE-Antikörpern und
Hemmung der Interferon-gamma- Synthese
ohne Induktion der T-Zell-Proliferation, sind die erfindungsgemäßen Peptide
besonders zur Behandlung von Erkrankungen geeignet, die mit einer
erhöhten
IgE-Synthese und vermehrter Interferon-gamma-Synthese einhergehen,
wie es zum Beispiel beim atopischen Ekzem (Neurodermitis) der Fall
ist. Dieser Zustand ist bei der chronischen Verlaufsform des atopischen
Ekzems beschrieben worden. Dabei finden sich vermehrt Interferon-gamma-produzierende
T-Lymphozyten in der Haut und erhöhte Serum-IgE-Werte. Die therapeutische
Wirkung der Peptide könnte
entweder direkt durch eine inaktivierende Bindung an das IgE erfolgen
oder aber indirekt durch die Modulierung der Zytokinproduktion der
T-Lymphozyten. In diesem Zusammenhang kommt auch die Hemmung weiterer
Zytokine wie IL-4 und IL-13 in Betracht, von denen bekannt ist,
daß sie
die IgE-Synthese stimulieren.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist daher ein Polypeptid, das die N-terminale Aminosäuresequenz
gemäß SEQ ID
NO:15 aufweist und durch Trypsin-Spaltung von S. aureus Enterotoxin
B als 12 kD-Spaltfragment erhältlich
ist.
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Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Polypeptid (im folgenden als Peptid P1 bezeichnet), das die
in SEQ 2D NO:10 angegebene Aminosäuresequenz aufweist und das
in vitro die Synthese von Interferon-gamma durch stimulierte T-Lymphozyten
hemmt.
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Ferner umfaßt die vorliegende Erfindung
Homologe und Derivate der vorgenannten Polypeptide, die an IgE binden.
Bei den homologen Polypeptiden handelt es sich um solche Substanzen,
die sich aber von den vorgenannten Aminosäuresequenzen, insbesondere
von der Sequenz gemäß SEQ ID
NO:10, infolge des Austauschs einer oder mehrerer Aminosäuren oder
durch Insertion oder Deletion einer oder mehrerer Aminosäuren unterscheiden,
wobei sie eine Sequenzhomologie von etwa 50 bis 99 %, vorzugsweise
von mindestens etwa 75 % aufweisen. Eine Sequenzhomolo gie von mindestens
85 % ist besonders bevorzugt. Unter einem Derivat werden erfindungsgemäß solche
Polypeptide verstanden, bei denen eine oder mehrere Aminosäuren der
vorgenannten Sequenzen, insbesondere der Sequenz gemäß SEQ ID
NO:10, durch ein Stereoisomer (d.h. Austausch von einer oder mehreren
L-Aminosäuren durch
D-Aminosäuren)
oder eine entsprechende, modifizierte Aminosäure ausgetauscht sind. Unter
modifizierten Aminosäuren
werden solche Aminosäuren
verstanden, deren Seitenketten im Vergleich zu natürlich vorkommenden
Aminosäuren
chemisch verändert
sind, beispielsweise durch Glykosylierung, Phosphorylierung, Methylierung
usw. Derartige Modifikationen sind dem Fachmann wohlbekannt. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weisen die Homologen und Derivate, die IgE binden,
die selben oder im wesentlichen die selben Eigenschaften auf wie
das vorgenannte Peptid gemäß SEQ 2D
NO:10, d.h. sie hemmen in vitro die Synthese von Interferon-gamma
stimulierter T-Lymphozyten und/oder sie induzieren nicht die Proliferation
von T-Lymphozyten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Homologe (im folgenden als Peptid P2 bezeichnet)
die in SEQ ID NO:11 angegebene Aminosäuresequenz auf.
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Die Erfindung schließt auch
Polypeptide mit einer Länge
von mehr als 9 Aminosäuren
ein, die die in SEQ 2D NO:10 oder 11 angegebene Aminosäuresequenz
enthalten und in vitro die Synthese von Interferon-gamma durch stimulierte
T-Lymphozyten hemmen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein
Nukleinsäuremolekül, das eine
für ein
vorgenanntes Polypeptid kodierende Nukleinsäuresequenz enthält. Vorzugsweise
weist es die in SEQ ID NO:9 angegebene Nukleinsäuresequenz auf. Das Nukleinsäuremolekül kann verwendet
werden, um die Sequenz in einen Expressionsvektor einzuklonieren
und das erfindungsgemäße Peptid
rekombinant herzustellen. Diese Methoden sind dem Fachmann wohlbekannt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wurde überraschenderweise
festgestellt, daß die
erfindungsgemäßen Peptide,
insbesondere P1 und P2, in der Lage sind, das Verhältnis zwischen
Th1- und Th2-Zellen und damit auch das Verhältnis der entsprechenden Zytokine
zu beeinflussen.
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Aufgrund der immunologischen Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Proteine
und Polypeptide eignen sich diese in besonderem Maße zur Herstellung
einer pharmazeutischen Zusammensetzung zur Induktion oder Verstärkung einer
Th1- oder Th2-Immunantwort durch Verstärkung der Th2- bzw. Senkung
der Th1-Antwort und umgekehrt, insbesondere zur Herstellung einer
pharmazeutischen Zusammensetzung zur Behandlung von Erkrankungen,
die mit einer (überwiegenden)
Th2- oder Th1-Immunantwort einhergehen. Vorzugsweise handelt es
sich bei diesen Erkrankungen um Erkrankungen aus der Gruppe bestehend
aus Multipler Sklerose, autoimmuner Uveitis, Diabetes mellitus,
rheumatoider Arthritis, Behcet's Syndrom, Helicobacter pylori-Infektion,
entzündlichen
Darmerkrankungen (insbesondere Morbus Crohn), akuter Organtransplantat-Abstossungsreaktion
und spontanen rekurrenten Aborten.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner
die Verwendung eines Polypeptids, das die Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID
NO:10 aufweist oder enthält,
zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung zur Immunmodulation
und zur Hemmung der Zytokinproduktion von Lymphozyten, insbesondere
T-Lymphozyten. Eingeschlossen ist ferner die Verwendung eines solchen
Polypeptids zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung
zur Behandlung von Erkrankungen, die mit einer verstärkten Produktion
von Zytokinen (wie z.B. Interferon-gamma) und/oder einem erhöhten Spiegel
von IgE-Antikörpern
einhergehen. Bei den Ekrankungen handelt es sich insbesondere um
Atopisches Ekzem (insbesondere in der chronischen Verlaufsform),
Asthma bronchiale, Rhinokonjunktivitis allergica, Psoriasis, Rheumatoide
Arthritis oder Multiple Sklerose. Weitere Erkrankungen sind in Tabelle
2 genannt. Gemäß einer
besonderen Ausführungsform
handelt es sich bei dem Zytokin um Interferon-gamma, Interleukin-4 (IL-4), Interleukin-5
(IL-5), Interleukin-10 (IL-10), Interleukin-12 (IL-12) und/oder
Interleukin-13 (IL-13).
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Die vorliegende Erfindung schließt die Verwendung
eines oben beschriebenen Polypeptids ein, das eine zu SEQ ID NO:
10 homologe oder davon abgeleitete Aminosäuresequenz aufweist. Hin sichtlich
der homologen oder davon abgeleiteten Sequenzen wird auf die obige
Definion der „Homologen"
und „Derivate"
Bezug genommen, wobei insbesondere solche IgE-bindenden Polypeptide
eingeschlossen sind, die die Proliferation von T-Lymphozyten nicht
induzieren und/oder in vitro die Synthese von Interferon-gamma durch
stimulierte T-Lymphozyten hemmen. Gemäß einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung weist das verwendete Polypeptid die Sequenz gemäß SEQ ID
NO:11 auf. Soweit die Erfindung die Verwendung von Polypeptiden
betrifft, die die Sequenz gemäß SEQ ID
NO:10 oder SEQ ID NO:11 oder dazu homologe oder davon abgeleitete
Sequenzen mit den selben oder im wesentlichen den selben biologischen
oder immunologischen Eigenschaften als Teil einer längeren Aminosäuresequenz
enthalten, sind Polypeptide mit einer Länge von bis zu 30 Aminosäuren, insbesondere
mit einer Länge
von bis zu 15 Aminosäuren,
bevorzugt.
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Aufgrund seiner besonderen biologischen
Eigenschaften eignen sich die erfindungsgemäßen Polypeptide zur in vitro-Hemmung
der Interferon-gamma-Produktion in Lymphozyten, insbesondere in
humanen, periphären
T-Lymphozyten des Blutes.
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Die erfindungsgemäßen Peptide modulieren sowohl
die stimulierte als auch die spontane Zytokinproduktion von TH1-
und TH2-Lymphozytensubpopulationen. Für die Richtung der Peptidinduzierten
Effekte scheint der endogene Aktivierungsstatus der Lymphozyten
eine wichtige Rolle zu spielen. Bei Patienten mit atopischem Ekzem
wird eine Hemmung der endogen gesteigerten Synthese aller Zytokine
durch das erfindungsgemäße Peptid
P1 beobachtet. Mittlerweile ist bekannt, daß nicht nur die TH2-Zytokine
bei diesen Patienten erhöht
sind, sondern daß gerade
bei der chronisch-stationären
Verlaufsform eine gesteigerte IFNγ-Produktion
beobachtet wird. Besonders das erfindungsgemäße Peptid P1 ist in der Lage,
nicht nur die TH2-Zytokinsynthese
der Lymphozyten dieser Patienten zu hemmen, sondern auch die IFNγ-Produktion,
was von erheblicher therapeutischer Relevanz ist, z.B. durch Abschwächung der
Symptome bis zur Heilung.
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Bei Psoriatikern ist die Induktion
einer massiv gesteigerten IL-10-Ausschüttung durch die erfindungsgemäßen Peptide
von besonderem Interesse. Es gibt verschiedene Hinweise, daß IL-10
das klinische Erscheinungsbild der Psoriasis günstig beeinflußen kann.
Der gezielte Effekt der erfindungsgemäßen Peptide auf die IL-10-Produktion
der Lymphozyten von Psoriatikern ist hier in der Interaktion mit
den Effekten auf die anderen Zytokine von besonderer therapeutischer
Bedeutung, z.B. durch Abschwächung
der Symptome bis zur Heilung.
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Die differenzierten Effekte der erfindungsgemäßen Peptide
auf die spontane bzw. endogene Zytokinsynthese bei verschiedenen
pathologischen Aktivierungszuständen
des Immunsystems zeigen, daß die
Peptide immunmodulatorische Wirkung auch gegenüber anderen durch Veränderungen
des TH1-/TH2-Gleichgewichts bedingte Erkrankungen (Tabelle 2) zeigen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine
pharmazeutische Zusammensetzung, die als Wirkstoff ein oder mehrere
erfindungsgemäße Polypeptide
und gegebenenfalls ferner einen oder mehrere pharmazeutisch verträgliche Hilfs-
und/oder Trägerstoffe
enthält.
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Das aus SEB isolierte Peptid ist
dadurch erhältlich,
daß man
Enterotoxin B aus S. aureus mit Trypsin verdaut und man anschließend das
12 kD-Fragment aus dem Reaktionsansatz isoliert. Alternativ sind
selbstverständlich
auch gentechnische Methoden der Herstellung möglich, indem man die in SEQ
ID NO:9 gezeigte Nukleinsäuresequenz
in einen Expressionsvektor einbringt, man diesen in geeignete Wirtszellen
einführt,
man die Wirtszellen unter Bedingungen kultiviert, die zur Proteinex pression
geeignet sind und man das exprimierte Polypeptid isoliert, das von
der Nukleinsäuresequenz
kodiert wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
von Beispielen, einem Sequenzprotokoll und Figuren veranschaulicht.
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BEISPIELE
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Beispiel 1: Immunoblot
zum Nachweis spezifischer IgE-Antikörper gegen SEB
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Die gelelektrophoretische Auftrennung
von Proteinen (SDS-PAGE) wurde nach der Methode von Lughtenberg
et al. [Lughtenberg, B. (1975), FEBS Lett. 58, 254] durchgeführt. Es
wurden 12,5 Polyacrylamid-Trenngele verwendet. Zur Bestimmung der
Molekulargewichte wurden Standardproteingemische (Fa. Biorad, MW-Standard, 203 kD – 7,5 kD)
parallel aufgetrennt. Die Färbung
der Proteine erfolgte mit Coomassie-Blue G-250. Im Sammelgel standen
10 Taschen zur Probenaufnahme bereit, wobei die eingesetzte Proteinmenge
zwischen 10 und 100 μg
lag. Die aufzutrennende Proteinlösung
(20 μl)
wurde mit 20 μl
Probenpuffer gemischt, in die Sammelgeltaschen gefüllt und
anschließend
mit Elektrodenpuffer überschichtet.
Die Elektrophorese wurde in Elektrodenpuffer und bei einem konstanten
Stromfluß von
20 mA durchgeführt.
Wenn die Bromphenolblau-Bande das Ende des Trenngels erreicht hatte
(Laufzeit bis zu 2 h), wurde die Elektrophorese beendet. Die zu
untersuchenden Proteingemische wurden gelelektophoretisch (SDS-PAGE)
aufgetrennt und im Western-Blot-Verfahren auf Nitrozellulose (Porengröße 0,45 μm) transferiert.
Der Transfer erfolgte unter Kühlung
in einer Elektro-Blot-Kammer (BioRad, München) unmittelbar nach der
Gelelektrophorese für
18-20 h bei einer konstanten Stromstärke von 0,2-0,3 A.
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Die Nitrozellulose-Blots wurden mit
humanem Serum für
4 h auf einem Schwenktisch bei RT inkubiert (Dianova, Hamburg).
Anschließend
wurden die Blots fünfmal
gewaschen und dann erneut für
4 h bei RT mit einem sekundären
Antikörper
gegen humanes IgE (anti-human-IgE-Antikörper, Fa. Serva, Heidelberg)
inkubiert und die Bindung durch eine enzymatische Farbreaktion sichtbar
gemacht.
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Das Ergebnis des Immunoblots ist
in 1 dargestellt. Mit
Hilfe des Immunoblots konnten in Seren von Patienten mit atopischem
Ekzem spezifische IgE-Antikörper
gegen SEB nachgewiesen werden.
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In den Immunoblots wurden Peroxidase-markierte
Antikörper
verwendet. Es ist darauf hinzuweisen, daß das in 1 dargestellte Ergebnis des Blots (in
eingescannter Form) nicht den tatsächlichen, mit bloßem Auge
erkennbaren Farbabstufungen entspricht. Die als Schatten zu erkennenden
Banden sind auf dem Originalblot so schwach gegenüber den
mit Atopikerseren inkubierten Banden, daß sie als unspezifische Reaktionen
gewertet werden müssen.
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Beispiel 2: Spaltung von
SEB mit Trypsin
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SEB (100 μg/100 μl) wurde mit 10 μl Trypsin
(4 mg/ml Aqua dest.) über
18 h bei 37° C
enzymatisch verdaut. Die Lösung
wurde anschließend
auf SDS-Gele aufgetragen und die entsprechenden Spaltprodukte getrennt.
Die Bedingungen für
die Gelelektrophorese entsprachen den in Beispiel 1 angegebenen
Bedingungen. Die Spaltprodukte wurden im Immunoblot mit Seren der
in Beispiel 1 genannten Patienten mit atopischem Ekzem inkubiert.
Als Kontrolle diente Serum von gesunden Kontrollpersonen. Das Ergebnis
des Trypsinverdaus ist in 2 dargestellt.
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Nach Trypsinspaltung fand sich ein
ca. 12 kD großes
Spaltprodukt mit dem das IgE aus dem Serum der Patienten mit atopischem
Ekzem eine im Immunoblot nachweisbare Bindung einging (2). Der Nachweis erfolgte
wie in Beispiel 1 beschrieben mit dem anti-human-IgE-Antikörper (Fa.
Serva, Heidelberg).
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Beispiel 3: Sequenzierung
des IgE-bindenden Spaltproduktes
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Das als IgE-bindend identifizierte
Spaltprodukt mit einem Molekulargewicht von ca. 12 kD wurde aus dem
Gel eluiert und anschließend
maschinell nach der Methode von P. Edman [Edman, P. (1950), Acta
Chem. Scand. 4, 283] sequenziert, wobei die N-terminale Sequenz KVTAQELDYL ermittelt
wurde. Die Sequenzanalyse ergab somit eine Sequenz, die an Position 181 (vom
N-terminalen Ende)
des SEB-Moleküls
beginnt. 3 zeigt das
Ergebnis der Sequenzanalyse.
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Beispiel 4: Synthese kurzer
Peptide
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Ausgehend von der ansequenzierten
Sequenz des 12 kD-Spaltproduktes wurden mehrere Peptide mit überlappenden
Sequenzen vor und nach dem ansequenzierten Bereich hergestellt:
- (a) H N G N Q L D K Y R S I T V R V F E (SEQ 2D NO: 1)
- (b) V R V F E D G K N L L S F D V Q T N K (SEQ ID NO: 2)
- (c) V Q T N K K K V T A Q E L D Y L T R H (SEQ ID NO: 3)
- (d) Y L T R H Y L V K N K K L Y E F N N S (SEQ ID NO: 4)
- (e) E F N N S P Y E T G Y 2 K F I E N E N (SEQ ID NO: 5)
- (f) I E N E N S F W Y D M M P A P G D K F D (SEQ 2D NO: 6)
- (g) G D K F D Q S K Y L M M Y N D N K M V D (SEQ ID NO: 7)
- (h) N K M V D S K D V K I E V Y L T T K K K (SEQ ID NO: 8)
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[Anmerkung: die verwendete "SEQ ID
NO:" entspricht der Sequenzkennzahl <400> gemäß WIPO-Standard
ST.25.]
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Die Peptide mit den Sequenzen (a)
bis (h) wurden dann wie in Beispiel 2 beschrieben getestet. Das Peptid
(c) zeigte neben dem 12 kD-Spaltprodukt als einziges eine IgE-Bindung.
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Die sequenzierte Aminosäuresequenz
des Peptids (c) wurde mit Hilfe einer Datenbank (SwissProt) auf mögliche Homologien
mit anderen bekannten Molekülen
verglichen. Dabei stellte sich heraus, daß zwischen der IgE-bindenden
Sequenz dieses Peptids und einer Aminosäuresequenz der extrazellulären Domäne des humanen
niedrig-affinen IgE-Rezeptors (CD23) eine Homologie von 89 % besteht
(vgl. 4). Mit Hilfe
des Smith-Waterman-Algorithmus
konnte die Homologie zwischen SEB und CD23 als signifikant (p =
0.03) errechnet werden.
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Daraufhin wurden zwei weitere Peptide
synthetisiert, die die Seguenz QELDYLTRH (P1; SEQ ID NO:10) und
QEEDFLTLH (P2; SEQ ID NO:11; entsprechend dem homologen Sequenzabschnitt
aus dem CD23-Molekül)
aufwiesen.
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Diese beiden Peptide wurden dann
in den weiteren Experimenten zur Stimulation der Lymphozyten eingesetzt
(vgl. Beispiele 6 und 7).
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Beispiel 5: Dotblot zum
Nachweis der Bindung von Serum-IgE an die Peptide
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Mit Hilfe eines Dotblots konnte gezeigt
werden, daß die
beiden erfindungsgemäßen Peptide
IgE-Antikörper
aus dem Serum von Patienten mit atopischem Ekzem binden können. Dazu
wurden die Seren von 5 verschiedenen Patienten mit atopischem Ekzem
zunächst über Protein
G-Säulen
vorgereinigt (1 ml, Pharmacia).
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Die Seren wurden über 0,8 μm-Spritzenvorsätze vorfiltriert.
Anschließend
wurde die Säule
mit 10 ml Bindungspuffer (20 mM PBS, pH 7,0) „drop to drop" gekoppelt und
bei einer Durchflußrate
von 1 ml/min gewaschen. Dann wurde jeweils 1 ml Serum filtriert
und das Filtrat aufgefangen, sobald es eine leicht gelbliche Farbe
angenommen hatte. Es wurde mit 5 ml PBS gewaschen und das Restfiltrat
solange gesammelt, bis es klar wurde. Das filtrierte Serum wurde
1:2 in 20 mM PBS verdünnt.
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Für
die Durchführung
des Dotblots wurden jeweils 20 μg
der Peptide P1 und P2 sowie 1 μg
SEB auf eine Membran gegeben und über Nacht getrocknet. Die Membran
wurde mit 5 % Magermilch / PBS Tween blockiert. Dann wurden die
Seren und eine Positivkontrolle (Sheep anti-SEB-IgG, 10 μl/ml, SERVA)
eingesetzt und für
1 h bei RT inkubiert. Anschließend
wurden die Membranen dreimal gewaschen. Zum Nachweis der Serum-IgE-Antikörper wurde
Biotin-markiertes Anti-human-IgE (Pharmingen) in einer Konzentration
von 4 μg/5
ml für
1 h bei RT inkubiert und die Membran anschließend dreimal gewaschen. Nach
einer weiteren Inkubation für
1 h bei RT mit dem Streptavidin-markierten zweitem Antikörper und
dreimaligen Waschen wurde die Farbreaktion mit BCIP und NBT als
Substrat ausgelöst.
Die Ergebnisse des Dotblots sind in 5 dargestellt.
Es zeigt sich, daß beide
erfindungsgemäßen Peptide
mit den Seren 4, 5 und 6 eine schwache,
aber eindeutig nachweisbare IgE-Bindung zeigen. Alle Seren zeigten
eine IgE-Bindung an SEB.
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Beispiel 6: Immunmodulatorische
Eigenschaften der Peptide
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Periphere Blutlymphozyten (PBMC)
von gesunden freiwilligen Spendern wurden über einen Ficollgradienten
isoliert und in einer Konzentration von 106 Zellen/ml
in RPMI 1640-Medium + 10% FCS (Fötales
Kälberserum)
kultiviert. Als Stimuli wurden SEB (1 μg/106 Zellen)
und das Peptid (5 μg/106 Zellen) verwendet.
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Die Proliferation der Zellen und
die intrazelluläre
Produktion von Interferon-gamma und Interleukin-4 wurde durchflußzytometrisch
nach 2 Tagen Inkubation bei 37°C
und 5% CO2 gemessen. Nachdem die peripheren
Blutlymphozyten über
eine Ficoll-Paque-Gradientenzentrifugation
isoliert wurden, wurde die Zellzahl auf 2 × 106 Zellen/ml
eingestellt. Die Zellen wurden in konischen 15 ml-Polypropylengefäßen aufgenommen und
dann im Brutschrank für
2 Tage inkubiert. Für
die Proliferation wurden die PBMC in den letzten 5 h der Inkubationszeit
mit 60 μM
Bromodeoxyuridin (BrdU) inkubiert. Für die Messung der intrazellulären Zytokine wurde
für die
letzten 5 h Brefeldin A (BFA, 20 μl/1
ml PBMC) hinzugegeben. Dann wurden 20 mM EDTA (100 μl/1 ml PBMC)
hinzugegeben und danach 10 ml kaltes PBS. Nach Zentrifugation wurden
3 ml „FACS
Lysing Solution" (BD Bioscience, Heidelberg) zu den Zellen gegeben
und nach einem Waschschritt die „FACS Permeabilisierungslösung" (BD
Bioscience, Heidelberg). Anschließend wurden zum Zellpellet
Anti-BrdU-FITC-Antikörper
mit DNase (Proliferation) oder anti-Zytokin-Antikörper (intrazelluläre Zytokinbestimmung)
hinzugegeben und für
30 min inkubiert. Anschließend
wurden die Zellen gewaschen und mit 200 μl 1% Paraformaldehyd fixiert.
Die Fluoreszenz wurde am Durchflußzytometer (FACScan, BD Bioscience)
gemessen und ausgewertet.
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Die Proliferation wurde durch den
Einbau von BrdU in Lymphozyten am Durchflußzytometer bestimmt. Die Inkubation
der Lymphozyten mit unterschiedlichen Konzentrationen der erfindungsgemäßen Peptide
P1 und P2 zeigte keine signifikanten Effekte der Peptide auf die
Proliferation (6A). Die SEB-induzierte
Proliferation wurde weder durch die Peptide alleine (6A) noch die Kostimulation mit SEB + Peptid
P1 (6B) wesentlich modifiziert. Lediglich
in hohen Konzentrationen zeigte sich eine Hemmung der SEB-induzierten Lymphozytenproliferation
(6B).
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Im nächsten Schritt wurde die intrazelluläre IFNγ- (7) und IL-4-Produktion nach
Stimulation mit SEB und den erfindungsgemäßen Peptiden P1 und P2 untersucht
(7). Dabei zeigte sich,
daß P1
stärker als
P2 die Produktion von IFNγ,
einem Zytokin, das eine Vielzahl von immunologischen Funktionen
vermittelt, dosisabhängig
supprimiert (7A), und daß IL-4 (7B) dosisabhängig stimuliert wird. Die in
diesen Experimenten untersuchten Lymphozyten stammten von gesunden
Probanden. Dementsprechend wurde das Verhältnis zwischen IFNγ und Il-4 durch die Peptide
dosisabhängig
zu Gunsten der IL-4-produzierenden TH2-Lymphozyten
verändert
(7C).
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Beispiel 7: Effekt der
Peptide auf die sekretorische Zytokinproduktion
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Periphere Blutlymphozyten von gesunden
freiwilligen Spendern wurden über
einen Ficollgradienten isoliert und in einer Konzentration von 106 Zellen/ml in RPMI 1640-Medium + 10% FCS
(Fötales
Kälberserum) aufgenommen.
Die Zellen wurden in 24-Loch-Platten
ausgebracht und mit den beiden Peptiden (200 μg/106 Zellen)
für 2 Tage
im Brutschrank (37°C,
5 % CO2) inkubiert. Danach wurden die Überstände gesammelt
und zunächst
bei –20°C eingefroren.
Die humanen TH1-Zytokine IL-2, IFNγ und TNFα sowie die TH2-Zytokine IL-4, IL-5
und IL-10 wurden im Zellkulturüberstand
mit dem „Cytometric
Bead Array (CBA)" der Firma B&D
(Heidelberg) gemessen. Der Test wurde exakt nach den Angaben des
Herstellers durchgeführt.
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In einer ersten Serie von Experimenten
wurden die Effekte der erfindungsgemäßen Peptide P1 und P2 auf die
spontane Zytokinsekretion peripherer Blutlymphozyten gesunder Probanden
(n=3) untersucht. 8 zeigt
die Effekte auf die TH1-Zytokine (IL-2, IFNγ, TNFα) und auf die TH2-Zytokine (IL-4,
IL-5, IL-10).
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Es zeigte sich, daß P1 vor
allem die spontane Produktion der TH1-Zytokine IL-2 und IFNγ hemmt, während P2
stärker
TNFα inhibiert.
Peptid 2 induziert bei gesunden Probanden die Synthese
von TH2-Zytokinen (IL-4, IL-5, IL-10), während P1 auch die Synthese
von IL-4 und IL-5 vollständig
hemmt.
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Die Ergebnisse dieser Untersuchungen
zeigen, daß P1
und P2 das Verhältnis
von TH1- und TH2-Zytokinen beeinflußen.
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Deshalb wurde im nächsten Schritt
dasselbe Experiment mit peripheren Blutlymphozyten von Patienten
mit einem schweren atopischen Ekzem (TH2 > TH1). bzw. einer schweren Psoriasis vulgaris
(TH1 > TH2) durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in den 9 und 10 dargestellt.
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Es zeigte sich, daß bei Patienten
mit atopischem Ekzem bzw. mit Psoriasis vulgaris z.T. gegenläufige Effekte
auf die bereits endogen veränderte
spontane Zytokinsekretion auftreten. Bei Patienten mit atopischem Ekzem
(9) war die spontane
Produktion aller Zytokine, d.h. sowohl der TH1- als auch der TH2-Zytokine deutlich
erhöht.
P1 hemmt bei diesen Patienten die erhöhte Zytokinproduktion aller
TH-Populationen, besonders aber auch hier die IFNγ-Synthese,
die bei chronischem atopischem Ekzem erhöht ist.
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Bei den Patienten mit Psoriasis vulgaris
zeigte sich eine massive Stimulation der IL-10- und der IL-5-Synthese
durch P1 (10).
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