Somit
wäre es
wünschenswert, über Impfstoffe
zu verfügen,
die die Antigenpräsentation
und damit die Immunogenität
gegen ein bestimmtes Antigen deutlich erhöhen. Es wäre weiterhin wünschenswert,
Impfstoffe systematisch so modifizieren zu können, dass eine maximale Immunantwort
durch CD4+- und CD8+-Lymphozyten
resultiert, ohne Fremdepitope einführen zu müssen.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den
Gegenstand der Patentansprüche
gelöst.
Erfindungsgemäß konnte
festgestellt werden, dass Fusionsmoleküle, die Antigenmoleküle und Teile
von Histokompatibilitätsantigenen
umfassen, bei einer Verwendung als Impfstoffe eine um >100-fach gesteigerte
Immunogenität
gegenüber den
unmodifizierten Antigenen aufweisen und dass überraschenderweise sowohl Immunantworten
von CD4+- als auch CD8+-T-Lymphozyten in bisher noch nicht beschriebener
Weise erhöht
werden.
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fusionsmoleküle von Antigenmolekülen und
die Verwendung derartiger Fusionsmoleküle.
In
Aspekt betrifft die Erfindung ein Fusionsmolekül, das ein Antigen und die
cytoplasmatische Region einer Kette eines MHC-Moleküls, bzw.
ein Antigen, eine Transmembranregion und die cytoplasmatische Region
einer Kette eines MHC-Moleküls umfasst.
Vorzugsweise sind sowohl die Transmembranregion als auch die cytoplasmatische
Region von einem MHC-Molekül abgeleitet.
Weiterhin umfasst das Fusionsmolekül vorzugsweise keine MHC-Bindedomäne.
Die
Erfindung betrifft ferner ein Fusionsmolekül, das ein Antigen und eine
Kette eines MHC-Moleküls
oder einen Teil davon umfasst, wobei der Teil mindestens die Transmembranregion
und die cytoplasmatische Region der Kette des MHC-Moleküls umfasst.
Vorzugsweise umfasst der Teil der Kette eines MHC-Moleküls nicht
die MHC-Bindedomäne oder
Teile davon. Somit wird insbesondere ein Fusionsmolekül bereitgestellt,
das ein Antigen und den Teil einer Kette eines MHC-Moleküls umfasst,
der im Wesentlichen der Sequenz der Transmembranregion in Verbindung
mit der cytoplasmatischen Region eines MHC-Moleküls entspricht, wobei der Begriff „Transmembranregion
in Verbindung mit der cytoplasmatischen Region" den Abschnitt einer Kette eines MHC-Moleküls betrifft,
der mit dem N-terminalen Ende der Transmembranregion beginnt und
mit dem C-terminalen Ende der cytoplasmatischen Region, insbesondere
dem C-terminalen Ende der gesamten Kette des MHC-Moleküls abschließt. In dieser
Ausführungsform
entspricht die Verbindung der Transmembranregion mit der cytoplasmatischen
Region der natürlich
auftretenden Verbindung zwischen diesen Regionen.
Weiterhin
wird erfindungsgemäß ein Fusionsmolekül bereitgestellt,
das ein Antigen und eine Kette eines MHC-Moleküls oder einen Teil davon umfasst,
wobei bei dem Teil im Wesentlichen die gesamten N-terminalen extrazellulären Domänen des MHC-Moleküls fehlen.
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
bestehen die erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle aus einer
Fusion eines Antigens, gegebenenfalls mit einer Leitsequenz an seinem
N-terminalen Ende, mit einer Transmembranregion, vorzugsweise einer
Transmembranregion einer Kette eines MHC-Moleküls, am C-terminalen Ende des
Antigens und einer cytoplasmatischen Region einer Kette eines MHC-Moleküls am C-terminalen
Ende der Transmembranregion.
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfassen die erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle eine
Leitsequenz, vorzugsweise eine Peptidsequenz mit Eigenschaften eines
Sekretionssignals, das insbesondere in der Lage ist, die Translokation
eines Proteins oder Peptids durch eine Membran zu steuern. Als Leitsequenz
kann das Sekretionssignal jedes Typ-I Transmembranproteins genutzt werden,
wobei der Begriff „Typ-I
Transmembranprotein" solche
Transmembranproteine betrifft, deren C-Terminus im Cytoplasma lokalisiert ist.
In einer besonderes Ausführungsform
ist die Leitsequenz von einer Kette eines MHC-Moleküls abgeleitet.
Vorzugsweise befindet sich die Leitsequenz am N-terminalen Ende
der erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle.
In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Fusionsmolekül, wobei
im Wesentlichen die gesamten N-terminalen extrazellulären Domänen eines
MHC-Moleküls
durch ein Antigen mit einer Leitsequenz an dessen N-terminalen Ende ersetzt sind.
In
einem erfindungsgemäßen Fusionsmolekül ist vorzugsweise
das Antigen an seinem N-Terminus kovalent mit dem C-Terminus einer
Leitsequenz verbunden und der C-Terminus des Antigenmoleküls ist mit
dem N-Terminus der
Transmembranregion verbunden, die ihrerseits am C-Terminus mit dem N-Terminus
der cytoplasmatischen Region eines MHC-Moleküls verbunden ist.
Somit
weist das erfindungsgemäße Fusionsmolekül vorzugsweise
folgende Anordnung auf: N-Terminus-Leitsequenz/Antigen/Transmembranregion/cytoplasmatische
Region-C-Terminus.
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
besteht das erfindungsgemäße Fusionsmolekül im Wesentlichen
aus der Leitsequenz, dem Antigen, der Transmembranregion und der
cytoplasmatischen Region.
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das Antigen ein Peptid, Polypeptid oder Protein und das erfindungsgemäße Fusionsmolekül ist ein
Protein oder Polypeptid.
In
einer Ausführungsform
sind mehrere Antigene, die gleich oder verschieden sein können, in dem
erfindungsgemäßen Fusionsmolekül vorhanden,
d.h. mindestens 2, vorzugsweise 2 bis 10, mehr bevorzugt 2 bis 5,
noch mehr bevorzugt 2 bis 3, insbesondere 2 Antigene. Diese mehrfach
gekoppelten Antigene können
getrennt voneinander oder in Serie nacheinander, gegebenenfalls
durch einen Linker getrennt, als Tandemkonstrukte vorliegen. Vorzugsweise
wird dadurch bei Verabreichung eine Immunreaktion gegen verschiedene
Antigene ausgelöst.
Das
Antigen kann vollständig
oder verkürzt sein,
d.h. es enthält
nur einen Teil des natürlichen Proteins
oder Polypeptids, das als Antigen dient.
Vorzugsweise
sind die Leitsequenz und/oder die Transmembranregion der erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle von MHC-Molekülen, insbesondere der
Klasse I oder II abgeleitet. Mehr bevorzugt sind die Leitsequenz
und/oder die Transmembranregion und/oder die cytoplasmatische Region
der erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle von MHC-Molekülen, insbesondere
der Klasse I oder II abgeleitet.
Erfindungsgemäß können auch
eine oder mehrere, vorzugsweise flexible Linkersequenzen (Verbindungssequenzen)
in dem Fusionsmolekül vorhanden
sein, die zwischen der Leitsequenz und dem Antigen, zwischen dem
Antigen und der Transmembranregion und/oder zwischen der Transmembranregion
und der cytoplasmatischen Region liegen können. Vorzugsweise umfasst
erfindungsgemäß eine Linkersequenz
etwa 7 bis 20 Aminosäuren,
besser etwa 8 bis 16 Aminosäuren,
und insbesondere etwa 8 bis 12 Aminosäuren.
In
erfindungsgemäßen Fusionsmolekülen ist die
Linkersequenz vorzugsweise flexibel und hält so das damit verbundene
Peptid nicht in einer einzigen, ungewünschten Konformation. Der Linker
umfasst vorzugsweise vor allem Aminosäuren mit kleinen Seitenketten
wie Glycin, Alanin und Serin, um eine Flexibilität zu ermöglichen. Vorzugsweise enthält die Linkersequenz
keinen Prolinrest, der die Flexibilität hemmen könnte.
In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Leitsequenz, das Antigen, die Transmembranregion und/oder
die cytoplasmatische Region direkt ohne einen Linker miteinander
verbunden.
Die
Leitsequenz weist vorzugsweise die in SEQ ID NO: 2 gezeigte Sequenz
oder eine davon abgeleitete Sequenz auf bzw. wird durch die in SEQ
ID NO: 1 gezeigte Sequenz oder eine davon abgeleitete Sequenz kodiert.
Die Transmembran-cytoplasmatische Region weist vorzugsweise die
in SEQ ID NO: 4 bzw. 6 gezeigte Sequenz oder eine davon abgeleitete
Sequenz auf und wird durch die in SEQ ID NO: 3 bzw. 5 gezeigte Sequenz
oder eine davon abgeleitete Sequenz kodiert.
In
weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist
die Transmembrancytoplasmatische bzw. die ausschließlich cytoplasmatische
Region von sequenzverwandten MHC-Molekülen (u.a. HLA-A, HLA-B, HLA-C,
HLA-E, HLA-F, HLA-DRa, HLA-DRb, HLA-DQa, HLA-DQb, HLA-DPa, HLA-DPb,
CD1a, CD1b, CD1c) abgeleitet. Bevorzugte Transmembran-cytoplasmatische
Regionen weisen eine Sequenz auf, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
den in SEQ ID NO: 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37,
39, 41 dargestellten Sequenzen und davon abgeleiteten Sequenzen.
In weiteren Ausführungsformen
weisen die ausschließlich
cytoplasmatischen Regionen eine Sequenz auf, ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus den in SEQ ID NO: 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28,
30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 dargestellten Sequenzen und davon abgeleiteten
Sequenzen. In weiteren Ausführungsformen
ist auch die Verwendung von abgewandelten Sequenzen, z.B. modifizierten
oder orthologen Sequenzen aus anderen Organismen, vorgesehen. Besonders
bevorzugt sind dabei Sequenzen, die am C-terminalen Ende eine Homologie
von mehr als 60% zu den in SEQ ID NO: 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28,
30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 gezeigten Sequenzen aufweisen.
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist das erfindungsgemäße Fusionsmolekül die in
SEQ ID NO: 12 bzw. 14 gezeigte Aminosäuresequenz oder eine davon
abgeleitete Sequenz auf.
Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Fusionsmolekül, umfassend ein Antigen und
ein SNARE-Protein (insbesondere Cis-golgi SNARE p28, VTI1b, Membrin,
Pallidin, Syntaxin-5, Syntaxin-6, Syntaxin-7, Syntaxin-8, Syntaxin-10,
SYNTAXIN-10a, Syntaxin-11, Syntaxin-12, Syntaxin-17, VAMP-2, VAMP-3, VAMP-4,
VAMP-7, VAMP-7, VAMP8, VTI1-a-beta, XP350893, LIP5 (SEQ ID NO: 43-63))
bzw. eine Sequenz, welche ein oder mehrere SNARE-Motive beinhaltet.
Durch Fusion eines Antigens mit einem SNARE-Protein oder SNARE-Motiv (bevorzugt
am C-Terminus des SNARE-Proteins oder -Motivs) kann der Transport
des Antigens gezielt in ein definiertes Kompartiment erfolgen (z.B.
Lysosomen und Endosomen). Durch einen derartigen gezielten Transport
können
ferner immunogene Epitope des Antigens in einem Kompartiment generiert und
präsentiert
werden, was experimentell feststellbar ist.
SNARE-Proteine
sind membranständige Proteine,
deren gemeinsames Merkmal das 60-70 Aminosäuren umfassende SNARE-Motiv
ist. SNARE-Proteine
sind funktionell in dem Transport und der Fusion von Vesikeln in der
Zelle involviert. Eukaryontische Organismen verfügen über eine Vielzahl verschiedener
SNARE-Proteine, die mit unterschiedlichen Vesikelmembranen in der
Zelle (u.a. Endosomen-, Lysosomen-, Golgi-, Plasmamembran) assoziiert
sind. Die cytoplasmatischen Regionen der SNARE-Proteine üben eine
Doppelfunktion aus. Zum einen dienen sie als „Trafficing"-Signale (Adressetiketten),
die den Zielort des Proteins und der dazugehörigen Membran vorgeben. Zum
anderen können
die Domänen
durch Hetero- und Homoassoziation (Zusammenlagerung) zur Verschmelzung
unterschiedlicher Vesikel (z.B. Endosomen mit Lysosomen) beitragen.
Erfindungsgemäß können auch
die SNARE-Antigen-Fusionsmoleküle
Linkersequenzen zwischen dem SNARE-Anteil und dem Antigenanteil
beinhalten. Ferner sind bezüglich
des Antigens und der Linkersequenz der SNARE-Antigen-Fusionsmoleküle alle
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
umfasst. Bezüglich
der SNARE-Antigen-Fusionsmoleküle umfasst
ein Linker vorzugsweise 80-120 Aminosäuren. In einer besonderen Ausführungsform
beinhaltet der Linker eine Transmembranregion. Somit betrifft die
Erfindung Fusionsmoleküle, die
ein SNARE-Protein oder ein SNARE-Motiv in Fusion mit einem Antigen
oder einer Transmembranregion und einem Antigen umfassen. Solche
Fusionsmoleküle
sind beispielsweise in 7 gezeigt.
In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Nukleinsäuren und
Derivate davon, die für
die oben beschriebenen Fusionsmoleküle kodieren und vorzugsweise
diese Fusionsmoleküle
exprimieren können.
Im folgenden umfasst der Begriff „Nukleinsäure" auch die Derivate davon.
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Nukleinsäure,
die für
ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül kodiert,
die in SEQ ID NO: 11 bzw. 13 gezeigte Nukleinsäuresequenz oder eine davon
abgeleitete Sequenz.
Die
Erfindung betrifft auch Wirtszellen, die eine erfindungsgemäße Nukleinsäure enthalten.
Die
Wirtszelle kann ferner eine Nukleinsäure umfassen, die für ein HLA-Molekül kodiert.
In einer Ausführungsform
exprimiert die Wirtszelle das HLA-Molekül endogen. In einer weiteren
Ausführungsform
exprimiert die Wirtszelle das HLA-Molekül rekombinant. Vorzugsweise
ist die Wirtszelle nicht-proliferativ. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Wirtszelle eine Antigen-präsentierende Zelle, insbesondere
eine dendritische Zelle, ein Monozyt oder ein Makrophage.
In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine pharmazeutische
Zusammensetzung, insbesondere eine Vakzine, die ein oder mehrere
der erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle oder
eine oder mehrere der dafür
kodierenden Nukleinsäuren
umfasst.
In
einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß eine Verfahren zur Erhöhung der
Menge an MHC/Peptid-Komplexen in einer Zelle bereitgestellt, wobei
das Verfahren die Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls oder
einer dafür kodierenden
Nukleinsäuren
für die
Zelle umfasst. Vorzugsweise befindet sich die Zelle in einem Lebewesen
und das Verfahren umfasst die Verabreichung eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls oder
einer dafür
kodierenden Nukleinsäure
an das Lebewesen.
In
einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Steigerung
der Präsentation von
Zelloberflächenmolekülen auf
Zellen bereitgestellt, die in der Lage sind, Antigene zu präsentieren (wie
B-Zellen und Makrophagen, im Allgemeinen „APC" genannt). Die Verstärkung der Antigen-präsentierenden
Aktivität
solcher Zellen erfolgt durch Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls oder
einer dafür
kodierenden Nukleinsäure
für die
Zellen. Eine derartige Verstärkung
der Antigen präsentierenden
Aktivität
verstärkt
wiederum vorzugsweise die primäre
Aktivierung von T-Zellen, insbesondere von CD4+-
und CD8+-Lymphozyten, die gegenüber dem
Antigen reagieren. Vorzugsweise befindet sich die Zelle in einem
Lebewesen und das Verfahren umfasst die Verabreichung eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls oder
einer dafür kodierenden
Nukleinsäure
an das Lebewesen.
In
einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Auslösen einer
Immunreaktion bei einem Lebewesen bereitgestellt, wobei das Verfahren
die Verabreichung eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls oder
einer dafür
kodierenden Nukleinsäure
an das Lebewesen umfasst.
In
einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Stimulierung
oder Aktivierung von T-Zellen, insbesondere CD4+-
und CD8+-Lymphozyten,
in einem Lebewesen bereitgestellt, wobei das Verfahren die Verabreichung
eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls oder
einer dafür
kodierenden Nukleinsäure
an das Lebewesen umfasst.
In
einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Behandlung, Vakzinierung
oder Immunisierung eines Lebewesens bereitgestellt, wobei das Verfahren
die Verabreichung eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls oder
einer dafür
kodierenden Nukleinsäure
an das Lebewesen umfasst. Dabei werden insbesondere solche Antigene
in dem erfindungsgemäßen Fusionsmolekül oder der
dafür kodierenden
Nukleinsäure
eingesetzt, die ohne die erfindungsgemäße Veränderung als für die beabsichtigte
Behandlung, Vakzinierung oder Immunisierung wirksam bekannt sind.
Die
vorstehend beschriebenen Verfahren eignen sich insbesondere für eine Behandlung
oder Prophylaxe von infektiösen
Erkrankungen, die beispielsweise von Bakterien oder Viren verursacht
werden. In bestimmten Ausführungsformen
ist das erfindungsgemäß verwendete
Antigen von einem infektiösen
Erreger sie Hepatitis A, B, C, HIV, Mykobakterien, Malariaerreger,
Erreger von SARS, Herpesvirus, Influenzavirus, Poliovirus bzw. von
bakteriellen Erregern wie Chlamydien und Mykobakterien abgeleitet. Eine
besonders nützliche
Anwendung der vorliegenden Erfindung liegt in der Krebs-Immuntherapie
oder -Vakzinierung, wo insbesondere eine Aktivierung von Tumorantigen-reaktiven
T-Zellen verstärkt
wird, wodurch die Aussicht für
eine T-Zell-Immuntherapie oder -Vakzinierung gegen Tumorzellen verbessert wird.
In
spezifischen Ausführungsformen
ist das erfindungsgemäß verwendete
Antigen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus den folgenden Antigenen: ART-4, BAGE, ss-Catenin/m,
Bcr-abL CAMEL, CAP-1, CASP-8, CDC27/m, CDK4/m, CEA, CLAUDIN-12,
c-MYC, CT, Cyp-B, DAM, ELF2M, ETV6-AML1, G250, GAGE, GnT-V, Gap100,
HAGE, HER-2/neu, HPV-E7, HPV-E6, HAST-2, hTERT (oder hTRT), LAGE,
LDLR/FUT, MAGE-A, MAGE-B, MAGE-C, MART-1/Melan-A, MC1R, Myosin/m, MUC1, MUM-1,
-2, -3, NA88-A, NF1, NY-ESO-1, NY-BR-1,
p190 minor bcr-abL Pm1/RARa, PRAME, Proteinase-3, PSA, PSM, RAGE,
RU1 oder RU2, SAGE, SART-1 oder SART-3, SCGB3A2, SCP1, SCP2, SCP3,
SSX, SURVIVIN, TEL/AML1, TPI/m, TRP-1, TRP-2, TRP-2/INT2, TPTE und
WT.
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
Die
Begriffe „Domäne" oder „Region" betreffen einen
bestimmten Teil einer Aminosäuresequenz, der
vorzugsweise mit einer bestimmten Funktion oder Struktur in Zusammenhang
gebracht werden kann. Zum Beispiel weisen die α- und β-Polypeptide eines MHC-Klasse
II-Moleküls
zwei Domänen, α1, α2 bzw. β1, β2, eine Transmembranregion
und eine cytoplasmatische Region auf. In ähnlicher Weise weist die α-Kette von
MHC-Klasse I-Molekülen
drei Domänen, α1, α2 und α3, eine Transmembranregion
und eine cytoplasmatische Region auf.
In
einer Ausführungsform
wird bei einer Auswahl der Sequenz einer bestimmten Domäne oder Region
für eine
Deletion oder einen Einbau in ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül die gesamte
Domäne
oder Region umfasst. Um dieses sicherzustellen, kann die Sequenz
der betreffenden Domäne oder
Region verlängert
sein, um Teile eines Linkers oder sogar Teile der benachbarten Domäne oder
Region zu beinhalten. Der Begriff „im Wesentlichen" in Bezug auf eine
Domäne
oder Region ist in diesem Sinne zu verstehen.
Der
Begriff „Transmembranregion" betrifft den Teil
eines Proteins, der im Wesentlichen den sich in einer zellulären Membran
befindlichen Anteil ausmacht und vorzugsweise einer Verankerung
des Proteins in der Membran dient. Vorzugsweise ist erfindungsgemäß eine Transmembranregion
eine Aminosäuresequenz
mit einem einzelnen Durchtritt durch die Membran. Jedoch kann in
bestimmten Ausführungsformen
auch eine Transmembranregion verwendet werden, die mehr als einen
Durchtritt durch die Membran aufweist. Die Transmembranregion wird
im Allgemeinen 15-25 vorzugsweise hydrophobe ungeladene Aminosäuren aufweisen,
die beispielsweise eine α-helikale
Konformation einnehmen. Vorzugsweise ist die Transmembranregion
von einem Protein, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus MHC-Molekülen, Immunglobulinen, CD4, CD8,
der CD3-ζ-Kette, der CD3-γ-Kette, der CD3-δ-Kette und
der CD3-ε-Kette
abgeleitet.
Typischerweise
besteht die Transmembranregion im Fall der α- und β-Ketten des MHC Klasse II-Moleküls aus etwa
20 hydrophoben Aminosäuren, die
mit dem Carboxy-terminalen Ende des Antigens verbunden sind. Diese
Reste erlauben ein Überspannen
der Membran durch das Protein. Die Transmembranregion endet mit
etwa 6-32 Resten, die den cytoplasmatischen Schwanz umfassen, am
Carboxy-terminalen Ende einer jeden dieser Ketten. Es wurde gezeigt,
dass diese Transmembran- und cytoplasmatischen Regionen durch Sequenzen
ersetzt werden können,
die eine GPI-Bindung signalisieren, und dass die chimären GPI-verankerten Klasse
II-Moleküle
Membran-gebunden sind (Wettstein, D.A., J.J. Boniface, P.A. Reay,
H. Schild und M.M. Davis, 1991, J. Exp. Med. 174:219-228). Solche
Ausführungsformen
sind erfindungsgemäß von dem
Begriff „Transmembranregion" umfasst. GPI-gebundene
Membran-Ankerdomänen
wurden in einer Reihe von Proteinen definiert, einschließlich Verfallbeschleunigender Faktor
(decay accelerating factor; DAF), CD59 und menschlicher placentaler
alkalischer Phosphatase (HPAP) (Wettstein, D.A., J.J. et al., 1991,
J. Exp. Med. 174:219-228). Zum Beispiel sind die 38 Carboxy-terminalen
Aminosäuren
von HPAP ausreichend für
eine Funktion als Signalsequenz für eine Bindung von GPI. Falls
die für
diese Domäne
kodierende DNA-Sequenz mit einem sekretierten Molekül, wie dem
löslichen
Teil der MHC Klasse II-α-
oder -β-Kette verbunden
wird, bildet sich ein Membran-gebundenes chimäres Molekül (Wettstein, D.A. et al.,
1991, J: Exp. Med. 174:219-228) und ein derartiges Verfahren kann
für die
Verankerung von Fusionsmolekülen
der Erfindung an eine Zellmembran eingesetzt werden.
Der
Begriff „Haupt-Histokompatibilitätskomplex" und die Abkürzung „MHC" betreffen einen
Komplex von Genen, der in allen Vertebraten auftritt. MHC-protein oder -Moleküle fungieren
bei einer Signalgebund zwischen Lymphozyten und Antigen-präsentierenden
Zellen in normalen Immunreaktionen dadurch, dass sie Peptide binden
und sie für
eine mögliche
Erkennung durch T-Zell-Rezeptoren (TCR) präsentieren. MHC-Moleküle binden
Peptide in einem intrazellulären
Prozessierungskompartiment und präsentieren diese Peptide auf
der Oberfläche von
Antigen-präsentierenden
Zellen gegenüber T-Zellen.
Die menschliche MHC-Region, auch als HLA bezeichnet, findet sich
auf Chromosom 6 und beinhaltet die Klasse I-Region und die Klasse
II-Region.
Der
Begriff „MHC-Klasse
I" oder „Klasse
I" betrifft die
Haupt-Histokompatibilitätskomplex-Klasse I-Proteine
oder -Gene. Innerhalb der MHC-Klasse I-Region finden sich beim Menschen
die HLA-A-, HLA-B-, HLA-C-,
HLA-E-, HLA-F-, CD1a-, CD1b- und CD1c-Unterregionen.
Die α-Ketten der
Klasse I sind Glykoproteine mit einem Molekulargewicht von etwa
44 kDa. Die Polypeptidkette ist etwas über 350 Aminosäurereste lang.
Sie kann in drei funktionelle Regionen unterteilt werden: eine externe,
eine transmembranöse
und eine cytoplasmatische Region. Die externe Region ist 283 Aminosäurereste
lang und in drei Domänen, α1, α2 und α3, unterteilt.
Die Domänen
und Regionen werden gewöhnlich
von separaten Exons des Klasse I-Gens kodiert. Die transmembrane
Region umspannt die Lipid-Doppelschicht der Plasmamembran. Sie besteht
aus 23 zumeist hydrophoben Aminosäureresten, die in einer α-Helix angeordnet
sind. Die cytoplasmatische Region ist typischerweise 32 Aminosäurereste
lang und hat die Fähigkeit,
mit den Elementen des Cytoskeletts zu interagieren. Die α-Kette interagiert
mit β2-Mikroglobulin
und bildet so α-β2-Dimere
auf der Zelloberfläche.
Der
Begriff „MHC-Klasse
II" oder „Klasse
II" betrifft die
Haupt-Histokompatibilitätskomplex-Klasse II-Proteine
oder -Gene. Innerhalb der MHC-Klasse II-Region finden sich im Menschen
die DP-, DQ- und DR-Subregionen
für Klasse
II-α-Ketten-
und -β-Ketten-Gene
(d.h. DPα,
DPβ, DQα, DQβ, DRα und DRβ).
Klasse
II-Moleküle
sind Heterodimere, die aus je einer α- und einer β-Kette bestehen. Beide Ketten
sind Glykoproteine mit einem Molekulargewicht von 31-34 kDa (α) oder 26-29
kDa (β).
Die Gesamtlänge
der α-Ketten
variiert von 229 bis 233 Aminosäureresten,
die der β-Ketten
von 225 bis 238 Resten. Sowohl α-
als auch β-Ketten
bestehen aus einer externen Region, einem verbindenden Peptid, einer transmembranösen Region
und einem cytoplasmatischen Schwanz. Die externe Region besteht
aus zwei Domänen, α1 und α2 oder β1 und β2. Das verbindende
Peptid ist in α-
und β-Ketten
13 bzw. 9 Reste lang. Es verbindet die zweite Domäne mit der transmembranösen Region,
die sowohl in α-
als auch in β-Ketten
aus 23 Aminosäureresten
besteht. Die Länge
der cytoplasmatischen Region variiert von 3 bis 16 Resten in α-Ketten und
von 8 bis 20 Resten in β-Ketten.
Erfindungsgemäß betrifft
der Begriff „Kette eines
MHC-Moleküls" die α-Kette eines
MHC-Klasse I-Moleküls
bzw. die α-
und β-Ketten
eines MHC-Klasse II-Moleküls. Die α-Ketten eines
MHC-Klasse I-Moleküls,
von denen die erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle abgeleitet
sein können,
umfassen die HLA-A-, -B- und -C-α-Ketten.
Die α-Ketten
eines MHC-Klasse II-Moleküls,
von denen die erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle abgeleitet
sein können, umfassen
HLA-DR-, -DP- und -DQ-α-Ketten,
insbesondere HLA-DR1-, HLA-DR2-,
HLA-DR4-, HLA-DQ1-, HLA-DQ2- und HLA-DQ8-α-Ketten und insbesondere α-Ketten,
die von DRA*0101-, DRA*0102-, DQA1*0301- oder DQA1*0501-Allelen kodiert
werden. Die β-Ketten
eines MHC-Klasse II-Moleküls, von
denen die erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle abgeleitet
sein können,
umfassen HLA-DR-, -DP- und -DQ-β-Ketten,
insbesondere HLA-DR1-,
HLA-DR2-, HLA-DR4-, HLA-DQ1-, HLA-DQ2- und HLA-DQ8-β-Ketten und
insbesondere β-Ketten,
die von DRB1*01-, DRB1*15-, DRB1*16-, DRB5*01-, DQB1*03- und DQB1*02-Allelen
kodiert werden.
Der
Begriff, „MHC-Bindedomäne" betrifft die „MHC-Klasse
I-Bindedomäne" und „MHC-Klasse II-Bindedomäne".
Der
Begriff „MHC-Klasse
I-Bindedomäne" betrifft die Region
eines MHC-Klasse
I-Moleküls
oder einer MHC-Klasse I-Kette, die für eine Bindung an ein antigenes
Peptid notwendig ist. Eine MHC-Klasse I-Bindedomäne wird vorwiegend durch die α1- und α2-Domänen der
MHC-Klasse I-α-Kette
gebildet. Obwohl die α3-Domäne der α-Kette und β2-Mikroglobulin
keine essentiellen Teile der Bindedomäne darstellen, sind sie vermutlich
für eine
Stabilisierung der Gesamtstruktur des MHC-Klasse I-Moleküls wichtig
und daher schließt
der Begriff „MHC-Klasse
I-Bindedomäne" diese Regionen vorzugsweise
ein. Eine MHC-Klasse I-Bindedomäne
kann auch im Wesentlichen als die extrazelluläre Domäne eines MHC-Klasse I-Moleküls definiert
werden, was sie von den Transmembran- und cytoplasmatischen Regionen unterscheidet.
Der
Begriff „MHC-Klasse
II-Bindedomäne" betrifft die Region
eines MHC-Klasse
II-Moleküls oder
einer MHC-Klasse II-Kette, die für
die Bindung an ein antigenes Peptid notwendig ist. Eine MHC-Klasse
II-Bindedomäne
wird vorwiegend durch die α1-
und β1-Domänen der
MHC-Klasse II-α-
und -β-Ketten gebildet.
Die α2-
und β2-Domänen dieser Proteine
sind vermutlich jedoch auch für
eine Stabilisierung der Gesamtstruktur der MHC-Bindegrube wichtig und daher schließt der Begriff „MHC-Klasse II-Bindedomäne" erfindungsgemäß vorzugsweise diese
Regionen ein. Eine MHC-Klasse II-Bindedomäne kann auch im Wesentlichen
als die extrazelluläre Domäne eines
MHC-Klasse II-Moleküls
definiert werden, was sie von der Transmembran- und cytoplasmatischen
Domäne
unterscheidet.
Die
genaue Anzahl an Aminosäuren
in den verschiedenen MHC-Moleküldomänen oder
-Regionen variiert abhängig
von der Säugerspezies
sowie zwischen Genklassen innerhalb einer Spezies. Bei einer Auswahl
der Aminosäuresequenz
einer bestimmten Domäne
oder Region ist vielmehr die Aufrechterhaltung der Funktion der
Domäne
oder Region wichtig als die genaue strukturelle Definition, die auf
der Anzahl von Aminosäuren
basiert. Ferner ist dem Fachmann bekannt, dass die Funktion auch
aufrechterhalten werden kann, wenn etwas weniger als die gesamte
Aminosäuresequenz
der ausgewählten Domäne oder
Region verwendet wird.
Der
Begriff „Antigen" betrifft ein Agens,
gegen das eine Immunreaktion erzeugt werden soll. Der Begriff „Antigen" umfasst insbesondere
Proteine, Peptide, Polysaccharide, Nukleinsäuren insbesondere RNA und DNA
sowie Nukleotide. Der Begriff „Antigen" umfasst auch derivatisierte
Antigene als erst durch Umwandlung (z.B. intermediär im Molekül, durch
Komplettierung mit Körpereiweiss)
antigen werdende – und
sensibilisierende – Sekundärsubstanz
und konjugierte Antigene, die durch künstlichen Einbau von Atomgruppen
(z.B. Isocyanate, Diazoniumsalze) eine neue konstitutive Spezifität aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Antigen ein Tumorantigen, d.h. ein Bestandteil von Krebszellen,
die dem Cytoplasma, der Zelloberfläche und dem Zellkern entstammen
können,
insbesondere diejenigen, die intrazellulär oder als Oberflächenantigene
an Tumorzellen vorzugsweise vermehrt entstehenden Antigene. Beispiele
sind das karzinoembryonale Antigen, α1-Fetoprotein, Isoferritin und
fetales Sulfoglykoprotein, α2-H-Ferroprotein und γ-Fetoprotein
und verschiedene Virustumorantigene. In einer weiteren Ausführungsform
ist das Antigen ein Virusantigen wie virale Ribonukleoproteine oder
Hüllproteine.
Insbesondere sollte das Antigen oder Peptide davon von MHC-Molekülen präsentiert werden
und dadurch zur Modulation, insbesondere Aktivierung von Zellen
des Immunsystems, vorzugsweise CD4+- und
CD8+-Lymphozyten, insbesondere über die
Modulation der Aktivität
eines T-Zell-Rezeptors fähig
sein und somit vorzugsweise die T-Zell-Vermehrung induzieren.
Der
Begriff „MHC/Peptid-Komplex" betrifft einen nicht-kovalenten
Komplex der Bindedomäne
eines MHC-Klasse I- bzw. MHC-Klasse II-Moleküls und eines MHC-Klasse I-
bzw. MHC-Klasse II-Bindepeptids.
Der
Begriff „MHC-Bindepeptid" oder „bindendes
Peptid" betrifft
ein Peptid, das an ein MHC-Klasse I- und/oder ein MHC-Klasse II-Molekül bindet.
Im Fall von Klasse I-MHC/Peptid-Komplexen sind die Bindepeptide
typischerwseise 8-10 Aminosäuren lang,
obwohl längere
oder kürzere
Peptide wirksam sein können.
Im Fall von Klasse II-MHC/Peptid-Komplexen sind die Bindepeptide
typischerweise 10-25 Aminosäuren
lang und insbesondere 13-18
Aminosäuren
lang, obwohl längere
und kürzere
Peptide wirksam sein können.
Erfindungsgemäße Fusionsmoleküle und die dafür Nukleinsäuren können im
Allgemeinen durch rekombinante DNA-Techniken wie Herstellung von Plasmid-DNA,
Spaltung von DNA mit Restriktionsenzymen, Ligation von DNA, Transformation
oder Transfektion eines Wirts, Kultivierung des Wirts und Isolierung
und Reinigung des exprimierten Fusionsmoleküls hergestellt werden. Solche
Verfahren sind bekannt und z.B. in Sambrook et al., Molecular Cloning,
(2. Auflage, 1989) beschrieben.
Für das Antigen
kodierende DNA kann durch Isolation von DNA aus natürlichen
Quellen oder durch bekannte Syntheseverfahren wie dem Phosphattriesterverfahren
erhalten werden; vgl. z.B. Oligonucleotide Synthesis, IRL Press
(M.J. Gait, Hrsg., 1984). Synthetische Oligonukleotide können auch mit
Hilfe käuflich
erhältlicher
automatischer Oligonukleotid-Synthesegeräte hergestellt
werden.
Die
Anteile von MHC-Moleküle
der erfindungsgemäßen Fusionsmoleküle entsprechen
in Bezug auf die Aminosäuresequenz
in geeigneter Weise natürlich
vorkommenden MHC-Molekülen
von Mensch, Maus oder anderen Nagern oder anderen Säugern oder
sind Derivate davon.
Für MHC-Proteine
kodierende DNA-Quellen sind bekannt, wie menschliche lymphoblastoide
Zellen. Nach einer Isolierung kann das für das MHC-Molekül kodierende Gen oder ein interessierender
Teil davon durch Polymerase-Kettenreaktion (PCR) oder andere bekannte
Verfahren amplifiziert werden. Geeignete PCR-Primer für die Amplifikation
des Gens für
das MHC-Peptid können
Restriktionsstellen an das PCR-Produkt anfügen.
Vorzugsweise
werden erfindungsgemäß DNA-Konstrukte
hergestellt, die für
die Leitsequenz, die Transmembranregion und die cytoplasmatische Region
kodierende Nukleinsäuresequenzen
umfassen und die eine Restriktionsschnittstelle zwischen der Leitsequenz
und der Transmembranregion enthalten, so dass im Wesentlichen jede
für ein interessierendes
Antigen kodierende Nukleotidsequenz in das Konstrukt eingebunden
werden kann.
In
einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Fusionsmoleküle werden DNA-Sequenzen
so angeordnet, dass das C-terminale
Ende der Leitsequenz an das N-terminale Ende des Antigens, das C-terminale
Ende des Antigens an das N-terminale Ende der Transmembranregion,
und das C-terminale Ende der Transmembranregion an das N-terminale
Ende der cytoplasmatischen Region gebunden ist. Wie vorstehend erörtert, werden
vorzugsweise Restriktionsschnittstellen zwischen das Ende der Leitsequenz
und den Anfang der Transmembranregion eingebaut, so dass im Wesentlichen jede
Nukleinsäure,
die für
ein interessierendes Antigen kodiert, an die Nukleinsäuresequenz
für die Transmembranregion
gebunden werden kann.
Ein
exprimiertes erfindungsgemäßes Fusionsmolekül kann isoliert
und in an sich bekannter Weise gereinigt werden. Typischerweise
wird das Kulturmedium zentrifugiert und der Überstand sodann durch Affinitäts- oder Immunoaffinitätsverfahren,
umfassend die Verwendung von monoklonalen Antikörpern, die an das exprimierte
Fusionsmolekül binden,
gereinigt. Das Fusionsmolekül
kann auch eine Sequenz enthalten, die die Reinigung unterstützt, z.B.
ein 6×His-Tag.
Die
Fähigkeit
eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls, die
Aktivität
eines T-Zell-Rezeptors zu modulieren (einschließlich Inaktivierung der T-Zell-Reaktionen) kann
einfach durch einen in vitro-Test bestimmt werden. Typischerweise
werden T-Zellen für
die Tests durch transformierte T-Zelllinien bereitgestellt,
wie T-Zell-Hybridome oder T-Zellen, die aus einem Säuger wie
einem Menschen oder einem Nagetier wie einer Maus isoliert werden.
Geeignete T-Zell-Hybridome sind frei verfügbar oder können in an sich bekannter Weise
hergestellt werden. T-Zellen können
in an sich bekannter Weise aus einem Säuger isoliert werden; vgl.
z.B. Shimonkevitz, R. et al., 1983, J. Exp. Med. 158:303.
Ein
geeigneter Test zur Bestimmung, ob ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül zur Modulation der
Aktivität
von T-Zellen fähig
ist, erfolgt wie folgt durch die nachstehenden Schritte 1-4. T-Zellen
exprimieren in geeigneter Weise einen Marker, der getestet werden
kann und der T-Zell-Aktivierung
oder Modulation der T-Zell-Aktivität nach Aktivierung anzeigt. So
kann das Maus-T-Zell-Hybridom DO11.10, das Interleukin-2 (IL-2)
bei einer Aktivierung exprimiert, verwendet werden. IL-2-Konzentrationen
können
gemessen werden, um zu bestimmen, ob ein spezifisches präsentierendes
Peptid zur Modulation der Aktivität dieses T-Zell-Hybridoms fähig ist.
Ein derartiger geeigneter Test erfolgt durch die nachstehenden Schritte:
- 1. T-Zellen werden z.B. aus einem interessierenden
T-Zell-Hybridom oder durch Isolierung aus einem Säuger erhalten.
- 2. Die T-Zellen werden unter Bedingungen kultiviert, die eine
Vermehrung erlauben.
- 3. Die wachsenden T-Zellen werden mit Antigen-präsentierenden
Zellen in Kontakt gebracht, die ihrerseits mit einem erfindungsgemäßen Fusionsmolekül oder einer
dafür kodierenden
Nukleinsäure
in Kontakt gebracht wurden.
- 4. Die T-Zellen werden auf einen Marker getestet, z.B. wird
die IL-2-Produktion
gemessen.
Die
in den Tests verwendeten T-Zellen werden unter für eine Vermehrung geeigneten
Bedingungen inkubiert. Zum Beispiel wird ein DO11.10-T-Zell-Hybridom geeigneterweise
bei etwa 37°C
und 5% CO2 im Vollmedium (RPMI 1640, supplementiert
mit 10% FBS, Penicillin/Streptomycin, L-Glutamin und 5 × 10–5 M
2-Mercaptoethanol) inkubiert. Serielle Verdünnungen des erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls können getestet
werden. T-Zell-Aktivierungssignale
werden durch Antigen-präsentierende
Zellen bereitgestellt, die mit dem geeigneten antigenen Peptid beladen
worden waren.
Alternativ
zu der Messung eines exprimierten Proteins wie IL-2 kann die Modulation
der T-Zell-Aktivierung geeigneter Weise durch Veränderungen
der Vermehrung von Antigen-abhängigen T-Zellen,
wie gemessen durch bekannte Radiomarkierungsverfahren, bestimmt
werden. Zum Beispiel kann ein markiertes (wie tritiert) Nukleotid
in ein Testkulturmedium eingebracht werden. Das Einbringen eines
derartigen markierten Nukleotids in die DNA dient als Messgröße für die T-Zell-Vermehrung.
Dieser Test ist nicht für
T-Zellen geeignet,
die keiner Antigen-Präsentation
für das
Wachstum bedürfen,
wie T-Zell-Hybridome. Der Test ist für die Messung der Modulation
von T-Zell-Aktivierung
durch Fusionsmoleküle
im Fall von nicht-transformierten T-Zellen, die aus Säugern isoliert wurden, geeignet.
Die
Fähigkeit
eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls, eine
Immunreaktion zu induzieren, einschließlich eine Vakzinierung gegeben
eine Zielerkrankung zu ermöglichen,
kann einfach durch einen in vivo-Test bestimmt werden. Zum Beispiel
kann ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül oder eine
dafür kodierende
Nukleinsäure
an einen Säuger
wie eine Maus verabreicht werden und Blutproben aus dem Säuger zum
Zeitpunkt der ersten Verabreichung und mehrfach in periodischen
Zeiträumen
danach (wie 1, 2, 5 und 8 Wochen nach Verabreichung des Fusionsmoleküls oder
der dafür
kodierenden Nukleinsäure) entnommen
werden. Serum wird aus den Blutproben gewonnen und auf das Auftreten
von durch die Immunisierung entstandenen Antikörpern getestet. Antikörper-Konzentrationen können bestimmt
werden. Daneben können
aus dem Blut bzw. aus lymphatischen Organen T-Lymphozyten isoliert
werden und funktionell auf Reaktivitität gegen das Antigen bzw. von
dem Antigen abgeleitete Epitope getestet werden. Alle dem Fachmann
bekannten „Readout"-Systeme u.a. Proliferationsassay,
Zytokinsekretion, zytotoxische Aktivität, Tetrameranalyse können hierbei verwendet
werden.
Erfindungsgemäße Verfahren
für die
Induktion einer Immunreaktion, einschließlich der Vakzinierung eines
Lebewesens gegen eine Zielerkrankung, können in Kombination mit bekannten
Verfahren für die
Induktion einer Immunreaktion verwendet werden. Zum Beispiel kann
ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül oder eine
dafür kodierende
Nukleinsäure
an ein Lebewesen in einer Anordnung oder Kombination mit der Verabreichung
einer Vakzine-Zusammensetzung verabreicht werden, um die gewünschte Wirkung
einer derartigen Vakzine-Zusammensetzung zu verstärken oder
zu verlängern.
Eine
Nukleinsäure
ist erfindungsgemäß vorzugsweise
Desoxyribonukleinsäure
(DNA) oder Ribonukleinsäure
(RNA). Nukleinsäuren
umfassen erfindungsgemäß genomische
DNA, cDNA, mRNA, rekombinant hergestellte und chemisch synthetisierte Moleküle. Eine
Nukleinsäure
kann erfindungsgemäß als einzelsträngiges oder
doppelsträngiges
und lineares oder kovalent kreisförmig geschlossenes Molekül vorliegen.
Eine
von einer Nukleinsäuresequenz
abgeleitete Sequenz oder der Begriff „von einer Nukleinsäuresequenz
abgeleitete Sequenz" betrifft
erfindungsgemäß homologe
Sequenzen und Derivate der ersteren Sequenz.
Homologe
Nukleinsäuresequenzen
weisen erfindungsgemäß mindestens
40%, insbesondere mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens
80%, mindestens 90% und vorzugsweise mindestens 95%, mindestens
98 oder mindestens 99% Identität
der Nukleotide auf.
Eine
Nukleinsäure
ist insbesondere dann zu einer anderen Nukleinsäure „homolog", wenn die beiden Sequenzen der komplementären Stränge miteinander
hybridisieren und ein stabiles Duplex eingehen können, wobei die Hybridisierung
vorzugsweise unter Bedingungen erfolgt, die eine spezifische Hybridisierung
zwischen Polynukleotiden erlauben (stringente Bedingungen). Stringente
Bedingungen sind beispielsweise in Molecular Cloning: A Laboratory Manual,
J. Sambrook et al., Hrsg., 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory
Press, Cold Spring Harbor, New York, 1989 oder Current Protocols
in Molecular Biology, F.M. Ausubel et al., Hrsg., John Wiley & Sons, Inc., New
York, beschrieben und betreffen beispielsweise die Hybridisierung
bei 65°C
in Hybridisierungspuffer (3,5 × SSC,
0,02% Ficoll, 0,02% Polyvinylpyrrolidon, 0,02% Rinderserumalbumin,
2,5mM NaH2PO4 (pH
7), 0,5% SDS, 2mM EDTA). SSC ist 0,15 M Natriumchlorid/0,15 M Natriumcitrat,
pH 7. Nach der Hybridisierung wird die Membran, auf die die DNA übertragen
wurde beispielsweise in 2 × SSC bei
Raumtemperatur und sodann in 0,1 - 0,5 × SSC/0,1 × SDS bei Temperaturen bis
68°C gewaschen.
Mit „Derivat" einer Nukleinsäure ist
erfindungsgemäß gemeint,
dass einzelne oder multiple Nukleotidsubstitutionen, -deletionen
und/oder -additionen in der Nukleinsäure vorliegen. Weiterhin umfasst
der Begriff „Derivat" auch eine chemische
Derivatisierung einer Nukleinsäure
an einer Base, einem Zucker oder Phosphat eines Nukleotids. Der
Begriff „Derivat" umfasst auch Nukleinsäuren, die
nicht in der Natur vorkommende Nukleotide und Nukleotidanaloga enthalten.
Die
erfindungsgemäß beschriebenen
Nukleinsäuren
sind vorzugsweise isoliert. Der Begriff „isolierte Nukleinsäure" bedeutet erfindungsgemäß, dass die
Nukleinsäure
(i) in vitro amplifiziert wurde, zum Beispiel durch Polymerse-Kettenreaktion
(PCR), (ii) rekombinant durch Klonierung produziert wurde, (iii) gereinigt
wurde, zum Beispiel durch Spaltung und gelelektrophoretische Auftrennung,
oder (iv) synthetisiert wurde, zum Beispiel durch chemische Synthese.
Eine isolierte Nukleinsäure
ist eine Nukleinsäure, die
für eine
Manipulierung durch rekombinante DNA-Techniken zur Verfügung steht.
Nukleinsäuren, die
für Fusionsmoleküle kodieren,
können
erfindungsgemäß alleine
oder in Kombination mit anderen Nukleinsäuren, insbesondere heterologen
Nukleinsäuren,
vorliegen. In bevorzugten Ausführungsformen
liegt eine Nukleinsäure funktionell
in Verbindung mit Expressionskontrollsequenzen oder regulatorischen
Sequenzen vor, die in Bezug zu der Nukleinsäure homolog oder heterolog sein
können.
Eine kodierende Sequenz und eine regulatorische Sequenz sind dann „funktionell" miteinander verbanden,
falls sie derart kovalent miteinander verknüpft sind, dass die Expression
oder Transkription der kodierenden Sequenz unter der Kontrolle oder
unter dem Einfluss der regulatorischen Sequenz steht. Falls die
kodierende Sequenz in ein funktionelles Protein translatiert werden
soll, führt
bei einer funktionellen Verbindung einer regulatorischen Sequenz
mit der kodierenden Sequenz eine Induktion der regulatorischen Sequenz
zu einer Transkription der kodierenden Sequenz, ohne dass es zu
einer Leserasterverschiebung in der kodierenden Sequenz oder zu
einem Unvermögen
der kodierenden Sequenz kommt, in das gewünschte Protein oder Peptid translatiert
zu werden.
Der
Begriff „Expressionskontrollsequenz" oder „regulatorische
Sequenz" umfasst
erfindungsgemäß Promotoren,
Enhancer und andere Kontrollelemente, die die Expression eines Gens
steuern. In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die Expressionskontrollsequenzen
regulierbar. Die genaue Struktur von regulatorischen Sequenzen kann
speziesabhängig
oder zelltypusabhängig
variieren, umfasst jedoch im Allgemeinen 5'-nicht-transkribierte und 5'-nicht-translatierte Sequenzen, die an der
Initiation der Transkription bzw. Translation beteiligt sind wie
TATA-Box, Capping-Sequenz, CAAT-Sequenz und ähnliches. Insbesondere umfassen 5'-nicht-transkribierte
Regulationssequenzen eine Promotorregion, die eine Promotorsequenz
für eine transkriptionelle
Kontrolle des funktionell verbundenen Gens einschließt. Regulatorische
Sequenzen können
auch Enhancer-Sequenzen oder stromaufwärts gelegene Aktivatorsequenzen
umfassen.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Nukleinsäure
erfindungsgemäß ein Vektor,
gegebenenfalls mit einem Promotor, der die Expression einer Nukleinsäure, z.B.
einer Nukleinsäure,
die für
ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül kodiert,
steuert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Promoter ein
T7-, T3- oder SP6-Promoter.
Der
Begriff „Vektor" wird dabei in seiner
allgemeinsten Bedeutung verwendet und umfasst jegliche intermediären Vehikel
für eine
Nukleinsäure,
die es z.B. ermöglichen,
die Nukleinsäure
in prokaryontische und/oder in eukaryontische Zellen einzubringen und
gegebenenfalls in ein Genom zu integrieren. Solche Vektoren werden
vorzugsweise in der Zelle repliziert und/oder exprimiert. Ein intermediäres Vehikel kann
z.B. für
den Gebrauch bei der Elektroporation, beim Mikroprojektilbeschuss,
bei der liposomalen Verabreichung, beim Transfer mit Hilfe von Agrobakterien
oder bei der Insertion über
DNA- oder RNA-Viren angepasst sein. Vektoren umfassen Plasmide, Phagemide,
Bacteriophage oder Virusgenome.
Die
Nukleinsäuren,
die für
ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül kodieren,
können
für eine Transfektion
von Wirtszellen eingesetzt werden. Mit Nukleinsäuren ist dabei sowohl rekombinante
DNA wie auch RNA gemeint. Rekombinante RNA kann durch in vitro-Transkription
von einer DNA-Matritze hergestellt
werden. Sie kann des weiteren vor Applikation durch stabilisierende
Sequenzen, Capping und Poly-Adenylierung modifiziert werden.
Der
Begriff „Wirtszelle" betrifft erfindungsgemäß jede Zelle,
die mit einer exogenen Nukleinsäure transformierbar
oder transfizierbar ist. Der Begriff „Wirtszellen" umfasst erfindungsgemäß prokaryontische
(z.B. E. coli) oder eukaryontische (z.B. dendritische Zellen, B-Zellen,
CHO-Zellen, COS-Zellen, K562-Zellen, Hefezellen und Insektenzellen).
Besonders bevorzugt sind Säugerzellen
wie Zellen aus Mensch, Maus, Hamster, Schwein, Ziege und Primaten.
Die Zellen können
aus einer Vielzahl von Gewebetypen abgeleitet sein und umfassen
primäre
Zellen und Zelllinien. Spezifische Beispiele umfassen Keratinozyten,
periphere Blutleukozyten, Stammzellen des Knochenmarks und embryonale
Stammzellen. In weiteren Ausführungsformen
ist die Wirtszelle eine Antigen-präsentierende Zelle, insbesondere
eine dendritische Zelle, ein Monozyt oder Makrophage. Eine Nukleinsäure kann
in der Wirtszelle in einer einzigen oder in mehreren Kopien vorliegen
und wird in einer Ausführungsform
in der Wirtszelle exprimiert.
Der
Begriff „Expression" wird erfindungsgemäß in seiner
allgemeinsten Bedeutung verwendet und umfasst die Produktion von
RNA oder von RNA und Protein. Er umfasst auch eine teilweise Expression
von Nukleinsäuren.
Des weiteren kann die Expression transient oder stabil erfolgen.
Bevorzugte Expressionssysteme in Säugerzellen umfassen pcDNA3.1
und pRc/CMV (Invitrogen, Carlsbad, CA), die einen selektierbaren
Marker enthalten wie ein Gen, das eine Resistenz gegenüber G418
verleiht (und somit eine Selektion stabil transfizierter Zelllinien
ermöglicht),
und die Enhancer-Promotor-Sequenzen
von Cytomegalovirus (CMV).
Eine
für ein
erfindungsgemäßes Fusionsmolekül kodierende
Nukleinsäure
kann auch eine Nukleinsäuresequenz
umfassen, die für
ein MHC-Molekül, vorzugsweise
für ein
HLA-Molekül
kodiert. Die Nukleinsäuresequenz,
die für
ein MHC-Molekül
kodiert, kann auf demselben Expressionsvektor wie die Nukleinsäure, die
für das
Fusionsmolekül
kodiert, vorliegen oder beide Nukleinsäuren können auf verschiedenen Expressionsvektoren
vorliegen. Im letzteren Fall können
die beiden Expressionsvektoren in eine Zelle cotransfiziert werden.
Eine
von einer Aminosäuresequenz
abgeleitete Sequenz oder der Begriff „von einer Aminosäuresequenz
abgeleitete Sequenz" betrifft
erfindungsgemäß homologe
Sequenzen und Derivate der ersteren Sequenz.
Homologe
Aminosäuresequenzen
weisen erfindungsgemäß mindestens
40%, insbesondere mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens
80%, mindestens 90% und vorzugsweise mindestens 95%, mindestens
98 oder mindestens 99% Identität
der Aminosäurereste
auf.
„Derivate" eines Proteins oder
Polypeptids oder einer Aminosäuresequenz
im Sinne dieser Erfindung umfassen Aminosäure-Insertionsvarianten, Aminosäure-Deletionsvarianten
und/oder Aminosäure-Substitutionsvarianten.
Aminosäure-Insertionsvarianten
umfassen amino- und/oder carboxyterminale Fusionen, sowie Insertionen
von einzelnen oder mehreren Aminosäuren in einer bestimmten Aminosäuresequenz.
Bei Aminosäure-Sequenzvarianten
mit einer Insertion werden ein oder mehrere Aminosäurereste
in eine vorbestimmte Stelle in einer Aminosäuresequenz eingebracht, obwohl
eine zufällige
Insertion mit geeignetem Screnning des resultierenden Produkts auch
möglich
ist. Aminosäure-Deletionsvarianten sind
durch das Entfernen von einer oder mehreren Aminosäuren aus
der Sequenz charakterisiert. Aminosäure-Substitutionsvarianten
zeichnen sich dadurch aus, dass wenigstens ein Rest in der Sequenz entfernt
und ein anderer Rest an dessen Stelle eingefügt wird. Vorzugsweise befinden
sich die Modifikationen an Positionen in der Aminosäuresequenz,
die zwischen homologen Proteinen oder Polypeptiden nicht konserviert
sind. Vorzugsweise werden Aminosäuren
durch andere mit ähnlichen
Eigenschaften, wie Hydrophobizität,
Hydrophilizität,
Elektronegativität,
Volumen der Seitenkette und ähnliches,
ersetzt (konservative Substitution). Konservative Substitutionen
betreffen beispielsweise den Austausch einer Aminosäure durch
eine andere, wobei beide Aminosäuren
in derselben nachstehenden Gruppe aufgeführt sind:
- 1.
kleine aliphatische, nicht-polare oder leicht-polare Reste: Ala,
Ser, Thr (Pro, Gly)
- 2. negativ geladene Reste und ihre Amide: Asn, Asp, Glu, Gln
- 3. positiv geladene Reste: His, Arg, Lys
- 4. große
aliphatische, nicht-polare Reste: Met, Leu, Ile, Val (Cys)
- 5. große
aromatische Reste: Phe, Tyr, Trp.
Drei
Reste sind aufgrund ihrer besonderen Rolle für die Proteinarchitektur in
Klammern gesetzt. Gly ist der einzige Rest ohne eine Seitenkette
und verleiht der Kette somit Flexibilität. Pro besitzt eine ungewöhnliche
Geometrie, die die Kette stark einschränkt. Cys kann eine Disulfidbrücke bilden.
Die
vorstehend beschriebenen Aminosäure-Varianten
können
leicht mit Hilfe von bekannten Peptidsynthesetechniken wie z.B.
durch „Solid
Phase Synthesis" (Merrifield,
1964) und ähnliche
Verfahren oder durch rekombinante DNA-Manipulation hergestellt werden.
Techniken, um Substitutionsmutationen an vorbestimmten Stellen in
DNA einzubringen, die eine bekannte oder teilweise bekannte Sequenz besitzt,
sind gut bekannt und umfassen z.B. M13-Mutagenese. Die Manipulation
von DNA-Sequenzen zur Herstellung von Proteinen mit Substitutionen,
Insertionen oder Deletionen und die allgemeinen rekombinanten Verfahren
zur Expression von Proteinen z.B. in einem biologischen System (wie
Säuger-,
Insekten-, Pflanzen- und viralen Systeme) sind z.B. in Sambrook
et. al. (1989) ausführlich
beschrieben.
„Derivate" von Proteinen oder
Polypeptiden umfassen erfindungsgemäß auch einzelne oder multiple
Substitutionen, Deletionen und/oder Additionen jeglicher Moleküle, die
mit dem Enzym assoziiert sind, wie Kohlenhydrate, Lipide und/oder
Proteine oder Polypeptide.
In
einer Ausführungsform
umfassen „Derivate" von Proteinen oder
Polypeptiden diejenigen modifizierten Analoga, die durch Glykosylierung,
Acetylierung, Phosphorylierung, Amidierung, Palmitoylierung, Myristolylierung,
Isoprenylierung, Lipidierung, Alkylierung, Derivatisierung, Einbringen
von Schutz-/Blockierungsgruppen, proteolytische Spaltung oder Bindung
an einen Antikörper
oder an einen anderen zellulären
Liganden entstehen. Derivate von Proteinen oder Polypeptiden können auch
durch andere Verfahren wie beispielsweise durch chemische Spaltung
mit Bromcyan, Trypsin, Chymotrypsin, Papain, V8-Protease, NaBH2, Acetylierung, Formylierung, Oxidation,
Reduktion oder durch metabolische Synthese in Gegenwart von Tunicamycin
hergestellt werden.
Ferner
erstreckt sich der Begriff „Derivat" auch auf alle funktionellen
chemischen Äquivalente der
Proteine oder Polypeptide.
Die
erfindungsgemäß beschriebenen
pharmazeutischen Zusammensetzungen können therapeutisch für die Behandlung
einer bereits bestehenden Erkrankung oder prophylaktisch als Vakzinen
für die
Immunisierung eingesetzt werde.
Der
Begriff „Vakzine" betrifft erfindungsgemäß eine antigenische
Zubereitung, die beispielsweise ein Protein, ein Peptid, eine Nukleinsäure oder
ein Polysaccharid umfasst und die an einen Empfänger verabreicht wird, um dessen
humorales und/oder zelluläres
Immunsystem gegenüber
einem oder mehreren Antigenen zu stimulieren, die in der Vakzinezubereitung
vorliegen. Die Begriffe „Vakzinierung" oder „Immunisierung" betreffen den Vorgang
einer Verabreichung einer Vakzine und der Stimulierung einer Immunreaktion
gegenüber
einem Antigen. Der Begriff „Immunreaktion" betrifft die Aktivitäten des
Immunsystems, einschließlich
Aktivierung und Proliferation von spezifischen cytotoxischen T-Zellen
nach Kontakt mit einem Antigen.
Tiermodelle
können
für ein
Testen einer immunisierenden Wirkung z.B. gegenüber Krebs bei Verwendung eines
Tumor-assoziierten Antigens als Antigen eingesetzt werden. Dabei
können
beispielsweise menschliche Krebszellen in eine Maus für die Schaffung
eines Tumors eingebracht werden und eine erfindungsgemäße Nukleinsäure, die
für ein
erfindungsgemäßes Fusionsmolekül, umfassend
das Tumor-assoziiertes Antigen, kodiert, kann verabreicht werden.
Die Wirkung auf die Krebszellen (beispielsweise Verringerung der
Tumorgröße) kann
als Maß für die Wirksamkeit
einer Immunisierung durch die Nukleinsäure gemessen werden.
Als
Teil der Zusammensetzung für
eine Immunisierung werden ein oder mehrere Fusionsmoleküle mit einem
oder mehreren Adjuvanzien für
eine Induktion einer Immunreaktion oder eine Erhöhung einer Immunreaktion verabreicht.
Ein Adjuvans ist eine Substanz, die in ein Antigen eingebaut oder
gemeinsam mit diesem verabreicht wird und die Immunreaktion verstärkt. Adjuvanzien
können
die Immunreaktion durch Bereitstellen eines Antigen-Reservoirs (extrazellulär oder in
Makrophagen), Aktivierung von Makrophagen und Stimulierung bestimmter
Lymphozyten verstarken. Adjuvanzien sind bekannt und umfassen in
nicht begrenzender Weise Monophosphoryl-Lipid-A (MPL, SmithKline
Beecham), Saponine wie QS21 (SmithKline Beecham), DQS21 (SmithKline
Beecham; WO 96/33739), QS7, QS17, QS18 und QS-L1 (So et al., Mol.
Cells 7:178-186, 1997), unvollständiges
Freundsches Adjuvans, vollständiges Freundsches
Adjuvans, Vitamin E, Montanid, Alaun, CpG-Oligonukleotide (vgl.
Krieg et al., Nature 374:546-9, 1995) und verschiedene Wasser-in-Öl-Emulsionen,
die aus biologisch abbaubaren Ölen
wie Squalen und/oder Tocopherol hergestellt werden. Vorzugsweise
werden die Fusionsmoleküle in
einem Gemisch mit DQS21/MPL verabreicht. Das Verhältnis von
DQS21 zu MPL betragt typischerweise etwa 1:10 bis 10:1, vorzugsweise
etwa 1:5 bis 5:1 und insbesondere etwa 1:1. Für eine Verabreichung an den
Menschen sind DQS21 und MPL typischerweise in einer Vakzine-Formulierung
in einem Bereich von etwa 1 μg
bis etwa 100 μg
vorhanden.
Andere
Stoffe, die eine Immunreaktion des Patienten stimulieren, können auch
verabreicht werden. Zum Beispiel sind Zytokine bei einer Vakzinierung
aufgrund ihrer regulatorischen Eigenschaften auf Lymphozyten verwendbar.
Solche Zytokine umfassen z.B. Interleukin-12 (IL-12), von dem gezeigt wurde,
dass es die schützenden
Wirkungen von Vakzinen verstärkt
(vgl. Science 268:1432-1434, 1995), GM-CSF Band IL-18.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Induktion einer Immunreaktion in einem Säuger umfasst im Allgemeinen
die Verabreichung einer wirksamen Menge eines erfindungsgemäßen Fusionsmoleküls und/oder
einer dafür
kodierenden Nukleinsäure,
insbesondere in Form eines Vektors. Vorzugsweise wird DNA oder RNA,
die für
ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül kodiert,
an einen Säuger
zusammen mit einer DNA-Sequenz verabreicht, die für einen T-Zell-co-stimulierenden
Faktor kodiert, wie ein für B7-1
oder B7-2 kodierendes Gen.
„Der Begriff
T-Zell-co-stimulierender Faktor" betrifft
hier ein Molekül,
insbesondere ein Peptid, das zur Bereitstellung eines co-stimulierenden
Signals fähig
ist und dadurch eine Immunreaktion verstärkt, insbesondere die Vermehrung
von T-Zellen in Gegenwart eines oder mehrerer erfindungsgemäßer Fusionsmoleküle aktiviert.
Eine derartige Aktivierung der T-Zell-Vermehrung
kann durch allgemein bekannte Tests bestimmt werden.
Diese
Faktoren umfassen co-stimulierende Moleküle, die in Form von Proteinen
oder Nukleinsäuren
bereitgestellt werden. Solche co-stimulierenden
Moleküle
sind beispielsweise B7-1 und B7-2 (CD80 bzw. CD86), die auf dendritischen
Zellen (DC) exprimiert werden und mit dem auf den T-Zellen exprimierten
CD28-Molekül
interagieren. Diese Interaktion stellt eine Co-Stimulierung (Signal
2) für
eine Antigen/MHC/TCR-stimulierte (Signal 1) T-Zelle bereit, wodurch
die Vermehrung der T-Zelle und die Effektorfunktion verstärkt wird.
B7 interagiert auch mit CTLA4 (CD152) auf T-Zellen und Untersuchungen, die
CTLA4- und B7-Liganden einbeziehen, zeigen, dass die B7-CTLA4-Interaktion
eine Antitumor-Immunität
und CTL-Vermehrung
verstärken
kann (Zheng, P. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95(11):6284-6289
(1998)).
B7
wird typischerweise nicht auf Tumorzellen exprimiert, so dass diese
keine wirksamen Antigen-präsentierenden
Zellen (APCs) für
T-Zellen sind. Eine Induktion der B7-Expression würde ermöglichen,
dass Tumorzellen wirksamer eine Vermehrung von cytotoxischen T-Lymphozyten
und eine Effektorfunktion stimulieren. Eine Co-Stimulierung durch
eine Kombination von B7/IL-6/IL-12 zeigte eine Induktion des IFN-gamma-
und Th1-Zytokin-Profils
in einer T-Zell-Population, was zu einer weiter verstärkten T-Zell-Aktivität führt (Gajewski
et al., J. Immunol. 154:5637-5648 (1995)).
Eine
vollständige
Aktivierung von cytotoxischen T-Lymphozyten und eine vollständige Effektorfunktion
erfordert eine Mitwirkung von T-Helferzellen durch die Interaktion
zwischen dem CD40-Liganden auf den T-Helferzellen und dem CD40-Molekül, das von
dendritischen Zellen exprimiert wird (Ridge et al., Nature 393:474
(1998), Bennett et al., Nature 393:478 (1998), Schönberger
et al., Nature 393:480 (1998)). Der Mechanismus dieses co-stimulierenden Signals
betrifft wahrscheinlich die Steigerung der B7- und assoziierten
IL-6/IL-12-Produktion durch die dendritischen Zellen (Antigen-präsentierenden
Zellen). Die CD40-CD40L-Interaktion komplementiert so die Interaktionen
des Signals 1 (Antigen/MHC-TCR) und des Signals 2 (B7-CD28).
Erfindungsgemäß vorgesehen
ist eine Verabreichung von Nukleinsäuren, Polypeptiden oder Proteinen.
Eine Verabreichung von DNA und RNA ist bevorzugt.
In
den Experimenten konnte gezeigt werden, dass im Vergleich zu dem
nicht-modifizierten Antigen erfindungsgemäß eine 100-fach geringere Dosis
des Impfstoffs ausreicht, um äquivalente
oder stärkere Immunantworten
zu induzieren. Ein Problem bei der direkten Injektion von Nukleinsäure-Impfstoffen ist, dass
die Dosis, die nötig
ist, um Immunantworten zu induzieren, sehr hoch ist. Bei DNA-Impfstoffen
ist die Ursache vermutlich hauptsächlich darin begründet, dass
nur ein Bruchteil der Zellen injizierte DNA in den Kern aufnehmen.
Bei RNA-Impfstoffen liegt das Problem vermutlich insbesondere darin,
dass injizierte RNA sehr schnell durch RNAsen abgebaut wird.
Bei
Verwendung der erfindungsgemäß modifizierten
Impfstoffe ist zu erwarten, dass bei einer direkten Injektion von
Nukleinsäuren,
insbesondere RNA im Vergleich zu unmodifizierten Nukleinsäuren massiv
höhere
Immunantworten erhalten werden.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein viraler Vektor für
die Verabreichung einer Nukleinsäure,
die für
ein erfindungsgemäßes Fusionsmolekül kodiert,
aus der Gruppe ausgewählt
bestehend aus Adenoviren, Adeno-assoziierten Viren, Poxviren, einschließlich Vacciniavirus
und attenuierten Poxviren, Semliki-Forest-Virus, Retroviren, Sindbis-Virus und
Ty-Virus-ähnlichen
Partikeln. Besonders bevorzugt sind Adenoviren und Retroviren. Die
Retroviren sind üblicherweise
replikationsdefizient (d.h. sie sind unfähig, infektiöse Partikel
zu erzeugen).
Verschiedene
Verfahren können
eingesetzt werden, um erfindungsgemäß Nukleinsäuren in Zellen in vitro oder
in vivo einzubringen. Solche Verfahren umfassen die Transfektion
von Nukleinsäure-Kalziumphosphat-Präzipitaten,
die Transfektion von Nukleinsäuren,
die mit DEAE assoziiert sind, die Transfektion oder Infektion mit
den vorstehenden Viren, die die interessierenden Nukleinsäuren tragen,
die Liposomen-vermittelte Transfektion und ähnliches. In bestimmten Ausführungsformen
ist eine Steuerung der Nukleinsäure
an bestimmte Zellen bevorzugt. In solchen Ausführungsformen kann ein Träger, der
für die Verabreichung
einer Nukleinsäure
an eine Zelle (z.B. ein Retrovirus oder ein Liposom) eingesetzt
wird, ein gebundenes Zielsteuerungsmolekül aufweisen. Zum Beispiel kann
ein Molekül
wie ein Antikörper,
der für ein
Oberflächenmembran-Protein
auf der Zielzelle spezifisch ist, oder ein Ligand für einen
Rezeptor auf der Zielzelle in den Nukleinsäureträger eingebaut oder daran gebunden
werden. Falls eine Verabreichung einer Nukleinsäure durch Liposomen erwünscht ist,
können
Proteine, die an ein Oberflächenmembran-Protein
binden, das mit der Endozytose assoziiert ist, in die Liposomenformulierung
eingebaut werden, um eine Zielsteuerung und/oder Aufnahme zu ermöglichen.
Solche Proteine umfassen Kapsid-Proteine oder Fragmente davon, die
für einen bestimmten
Zelltyp spezifisch sind, Antikörper
gegen Proteine, die internalisiert werden, Proteine, die eine intrazelluläre Stelle
ansteuern, und ähnliches.
Vorzugsweise
werden die Nukleinsäuren
zusammen mit stabilisierenden Substanzen wie RNA-stabilisierenden
Substanzen verabreicht.
Eine
Verabreichung von Polypeptiden und Peptiden kann in an sich bekannter
Weise erfolgen. In einer Ausführungsform
erfolgt die Verabreichung von Nukleinsäuren durch ex vivo-Verfahren,
d.h. durch Entfernung von Zellen aus einem Patienten, genetische
Veränderung
der Zellen, und Wiedereinbringung der veränderten Zellen in den Patienten. Dies
umfasst im Allgemeinen das Einbringen einer funktionellen Kopie
eines Gens in die Zellen eines Patienten in vitro und die Rückführung der
genetisch veränderten
Zellen in den Patienten. Die funktionelle Kopie des Gens steht unter
funktioneller Kontrolle von regulatorischen Elementen, die eine
Expression des Gens in den genetisch veränderten Zellen erlauben. Transfektions-
und Transduktionsverfahren sind dem Fachmann bekannt. Erfindungsgemäß vorgesehen
ist auch eine Verabreichung von Nukleinsäuren in vivo durch die Verwendung
von Vektoren wie Viren und zielgesteuerten Liposomen.
Der
Begriff „Patient" oder „Individuum" bedeutet erfindungsgemäß Mensch,
nicht menschlicher Primat oder ein anderes Tier, insbesondere Säugetier
wie Kuh, Pferd, Schwein, Schaf, Ziege, Hund, Katze, Vögel wie
Huhn oder Nagetier wie Maus und Ratte. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
ist der Patient oder das Individuum ein Mensch.
Die
erfindungsgemäßen therapeutischen
Zusammensetzungen können
in pharmazeutisch verträglichen
Zubereitungen verabreicht werden. Solche Zubereitungen können gewöhnlich pharmazeutisch verträgliche Konzentrationen
von Salzen, Pufferstoffen, Konservierungsstoffen, Trägern, ergänzenden immunitätssteigernden
Stoffen wie Adjuvanzien (z.B. CpG-Oligonukleotide) und Zytokine und gegebenenfalls
andere therapeutische Wirkstoffe enthalten.
Die
erfindungsgemäßen therapeutischen Wirkstoffe
können
auf jedem herkömmlichen
Weg verabreicht werden, einschließlich durch Injektion oder
durch Infusion. Die Verabreichung kann beispielsweise oral, intravenös, intraperitoneal,
intramuskulär,
subkutan, intrakutan, transdermal, intralymphatisch, vorzugsweise
durch Injektion in Lymphknoten, insbesondere Leistenlymphknoten,
Lymphgefäße und/oder
in die Milz, erfolgen.
Die
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
werden in wirksamen Mengen verabreicht. Eine „wirksame Menge" betrifft die Menge,
die alleine oder zusammen mit weiteren Dosen eine gewünschte Reaktion
oder eine gewünschte
Wirkung erzielt. Im Fall einer Behandlung einer bestimmten Erkrankung
oder eines bestimmten Zustands betrifft die gewünschte Reaktion die Hemmung
des Krankheitsverlaufs. Dies umfasst die Verlangsamung des Fortschreitens
der Erkrankung und insbesondere eine Unterbrechung des Fortschreitens
der Erkrankung. Die gewünschte Reaktion
bei einer Behandlung einer Erkrankung oder eines Zustands kann auch
die Verzögerung
des Ausbruchs oder eine Verhinderung des Ausbruchs der Erkrankung
oder des Zustands sein.
Eine
wirksame Menge einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird von
dem zu behandelnden Zustand, der Schwere der Krankheit, den individuellen
Parametern des Patienten, einschließlich Alter, physiologischer
Zustand, Größe und Gewicht, der
Dauer der Behandlung, der Art einer begleitenden Therapie (falls
vorhanden), dem spezifischen Verabreichungsweg und ähnlichen
Faktoren abhängen.
Die
erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzungen
sind vorzugsweise steril und enthalten eine wirksame Menge der therapeutisch wirksamen
Substanz für
die Erzeugung der gewünschten
Reaktion oder der gewünschten
Wirkung.
Die
Dosen der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen,
die verabreicht werden, können
von verschiedenen Parametern wie der Verabreichungsart, dem Zustand
des Patienten, dem gewünschten Verabreichungszeitraum,
usw. abhängen.
Für den Fall,
dass eine Reaktion bei einem Patienten bei einer anfänglichen
Dosis unzureichend ist, können
höhere
Dosen (oder effektiv höhere
Dosen, die durch einen anderen, stärker lokalisierten Verabreichungsweg
erzielt werden) eingesetzt werden.
Im
Allgemeinen werden für
eine Behandlung oder für
eine Erzeugung oder Erhöhung
einer Immunreaktion Dosen des Tumor-assoziierten Antigens von 1
ng bis 1 mg, vorzugsweise von 10 ng bis 100 μg formuliert und verabreicht.
Falls die Verabreichung von Nukleinsäuren (DNA sowie RNA) erwünscht ist,
werden Dosen von 1 ng bis 0,1 mg formuliert und verabreicht.
Die
erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzungen
werden im Allgemeinen in pharmazeutisch verträglichen Mengen und in pharmazeutisch
verträglichen
Zusammensetzungen verabreicht. Der Begriff „pharmazeutisch verträglich" betrifft ein nicht-toxisches
Material, das nicht mit der Wirkung des aktiven Bestandteils der
pharmazeutischen Zusammensetzung wechselwirkt. Solche Zubereitungen
können
gewöhnlich
Salze, Pufferstoffe, Konservierungsstoffe, Träger und gegebenenfalls andere
therapeutische Wirkstoffe enthalten. Bei einer Verwendung in der
Medizin sollten die Salze pharmazeutisch verträglich sein. Nicht-pharmazeutisch
verträgliche
Salze können
jedoch für
die Herstellung pharmazeutisch verträglicher Salze davon verwendet werden
und sind erfindungsgemäß umfasst.
Solche pharmakologisch und pharmazeutisch verträglichen Salze umfassen in nicht
begrenzender Weise diejenigen, die aus den nachstehenden Säuren hergestellt werden:
Chlorwasserstoff-, Bromwasserstoff-, Schwefel-, Salpeter-, Phosphor-,
Malein-, Essig-, Salicyl-, Citronen-, Ameisen-, Malon-, Bernsteinsäure und ähnliches.
Pharmazeutisch verträgliche
Salze können
auch als Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalze wie Natrium-, Kalium-
oder Calciumsalze hergestellt werden.
Eine
erfindungsgemäße pharmazeutische Zusammensetzung
kann einen pharmazeutisch verträglichen
Träger
umfassen. Der Begriff „pharmazeutisch
verträglicher
Träger" betrifft erfindungsgemäß einen
oder mehrere kompatible feste oder flüssige Füllstoffe, Verdünnungsmittel
oder Kapselsubstanzen, die für
eine Verabreichung an einen Menschen geeignet sind. Der Begriff „Träger" betrifft einen organischen
oder anorganischen Bestandteil, natürlicher oder synthetischer
Natur, in dem der aktive Bestandteil kombiniert wird, um eine Anwendung
zu erleichtern. Die Bestandteile der erfindungsgemäßen pharmazeutischen
Zusammensetzung sind gewöhnlich derart,
dass keine Interaktion auftritt, die die gewünschte pharmazeutische Wirksamkeit
wesentlich beeinträchtigt.
Vorzugsweise
sind die Trägerstoffe
sterile Flüssigkeiten
wie Wasser oder Öle,
einschließlich derjenigen,
die sich von Erdöl,
Tieren oder Pflanzen ableiten oder synthetischen Ursprungs sind,
wie z.B. Erdnussöl,
Sojabohnenöl,
Mineralöl,
Sesamöl,
Sonnenblumenöl
und dergleichen. Salzlösungen
und wässrige
Dextrose- und Glycerinlösungen
können auch
als wässrige
Trägerstoffe
verwendet werden.
Beispiele
für Hilfs-
und Trägerstoffe
sind Acryl- und Methacrylderivate, Alginsäure, Sorbinsäurederivate
wie α-Octadecyl-ω-hydroxypoly(oxyethylen)-5-sorbinsäure, Aminosäuren und
deren Derivate, insbesondere Aminverbindungen wie Cholin, Lecithin
und Phosphatidylcholin, Gummi arabicum, Aromastoffe, Ascorbinsäure, Carbonate
wie beispielsweise Natrium-, Kalium-, Magnesium- und Calciumcarbonat
und -hydrogencarbonat, Hydrogenphosphate und Phosphate von Natrium,
Kalium, Calcium und Magnesium, Carmellosenatrium, Dimeticon, Farbstoffe,
Geschmacksstoffe, Puffersubstanzen, Konservierungsmittel, Verdickungsmittel,
Weichmacher, Gelatine, Glucosesirupe, Malz, hochdisperses Siliziumdioxid,
Hydromellose, Benzoate, insbesondere Natrium- und Kaliumbenzoat,
Macrogol, Magermilchpulver, Magnesiumoxid, Fettsäuren und deren Derivate und
Salze wie Stearinsäure
und Stearate, insbesondere Magnesium- und Calciumstearat, Fettsäureester
sowie Mono- und
Diglyceride von Speisefettsäuren,
natürliche
und künstliche
Wachse wie Bienenwachs, gelbes Wachs und Montanglycolwachs, Chloride,
insbesondere Natriumchlorid, Polyvidon, Polyethylenglykole, Polyvinylpyrrolidon,
Povidon, Öle
wie Rizinusöl,
Sojaöl,
Kokosnussöl,
Palmkernöl,
Zucker und Zuckerderivate, insbesondere Mono- und Disaccharide wie
Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Lactose, Maltose, Xylose,
Saccharose, Dextrose und Cellulose und deren Derivate, Schellack,
Stärke
und Stärkederivate,
insbesondere Maisstärke,
Talg, Talkum, Titandioxid, Weinsäure, Zuckeralkohole
wie Glycerin, Mannit, Sorbit und Xylit und deren Derivate, Glykol,
Ethanol und Gemische derselben.
Vorzugsweise
können
die pharmazeutischen Zusammensetzungen zusätzlich auch Benetzungsmittel,
Emulgatoren und/oder pH-puffernde Mittel enthalten.
In
einer weiteren Ausführungsform
können die
pharmazeutischen Zusammensetzungen einen Resorptionsverstärker enthalten.
Diese Resorptionsverstärker
können,
falls gewünscht,
eine äquimolare Menge
des Trägerstoffs
in der Zusammensetzung ersetzen. Beispiele für solche Resorptionsverstärker umfassen
in nicht begrenzender Weise Eucalyptol, N,N-Diethyl-m-toluamid,
Polyoxyalkylenalkohole (wie Propylenglykol und Polyethylenglykol),
N-Methyl-2-pyrrolidon, Isopropylmyristat, Dimethylformamid (DMF),
Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylacetamid (DMA), Harnstoff, Diethanolamin,
Triethanolamin und dergleichen (siehe z.B. Percutaneous Penetration
Enhancers, Hrsg. Smith et al. (CRC Press, 1995)). Die Menge an Resorptionsverstärker in
der Zusammensetzung kann von den gewünschten zu erreichenden Wirkungen
abhängen.
Ein
Protease-Inhibitor kann in die erfindungsgemäße Zusammensetzung eingebaut
werden, um einen Abbau eines Peptid- oder Proteinwirkstoffs zu vermeiden
und dadurch die Bioverfügbarkeit zu
erhöhen.
Beispiele für
Protease-Inhibitoren umfassen in nicht-begrenzender Weise Aprotinin,
Leupepsin, Pepstatin, α2-Makroglobulin
und Trypsin-Inhibitor. Diese Inhibitoren können alleine oder in Kombination
verwendet werden.
Die
erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzungen
können
mit einer oder mehreren Beschichtungen versehen sein. Vorzugsweise sind
die festen oralen Darreichungsformen mit einer magensaftresistenten
Beschichtung versehen oder liegen in Form einer magensaftresistenten,
gehärteten
Weichgelatinekapsel vor.
Die
erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzungen
können
geeignete Pufferstoffe wie Essigsäure in einem Salz, Citronensäure in einem
Salz, Borsäure
in einem Salz und Phosphorsäure
in einem Salz enthalten.
Die
pharmazeutischen Zusammensetzungen können auch gegebenenfalls geeignete
Konservierungsstoffe wie Benzalkoniumchlorid, Chlorbutanol, Parabene
und Thimerosal enthalten.
Die
pharmazeutischen Zusammensetzungen werden gewöhnlich in einer einheitlichen
Dosisform dargeboten und können
in an sich bekannter Weise hergestellt werden. Erfindungsgemäße pharmazeutische
Zusammensetzungen können
beispielsweise in Form von Kapseln, Tabletten, Lutschpastillen,
Lösungen,
Suspensionen, Sirupen, Elixieren oder als Emulsion vorliegen.
Zusammensetzungen,
die für
eine parenterale Verabreichung geeignet sind, umfassen gewöhnlich eine
sterile wässrige
oder nicht-wässrige Zubereitung
des Wirkstoffs, die vorzugsweise mit dem Blut des Empfängers isotonisch
ist. Verträgliche Träger und
Lösungsmittel
sind beispielsweise Ringer-Lösung
und isotonische Natriumchloridlösung. Zusätzlich werden
gewöhnlich
sterile, fixierte Öle
als Lösungs-
oder Suspensionsmedium eingesetzt.
Die
vorliegende Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele und
Figuren ausführlich beschrieben,
die ausschließlich
der Erläuterung
dienen und nicht begrenzend zu verstehen sind. Dem Fachmann sind
aufgrund der Beschreibung und der Beispiele weitere Ausführungsformen
zugänglich,
die nicht über
den Rahmen der Erfindung und den Umfang der anhängenden Ansprüche hinausgehen.
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
1:
Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fusionsproteins. Das Fusionsprotein
besteht aus einem N-terminal gelegenen Sekretionssignal, einer C-terminal
lokalisierten Transmembran- und
cytoplasmatischen Domäne
eines Histokompatibilitätsantigens
und einer integrierten kompletten oder partiellen Sequenz eines
Antigens.
2:
Schematische Darstellung der Kassetten für die Expression von Fusionsproteinen.
SP: Signalpeptid; MCS: multiple Klonierungsstelle; TM: Transmembrandomäne; MHC
Tail: cytoplasmatischer Schwanz eines MHC-Moleküls; Antigen: Sequenz kodierend
für ein
Antigen, gegen das Immunantworten induziert werden sollen
3:
Testen der Auswirkung unterschiedlicher RNA-Dosen auf die Frequenz
antigenspezifischer CD4+-T-Lymphozyten.
1 × 106 aufgereinigte
CD4+-Lymphozyten wurden über
1 Woche mit 2 × 105 DC kokultiviert, welche mit RNA in den
angegebenen Mengen (0,1-10 μg
RNA) per Elektroporation transfiziert worden waren. Am Tag 7 nach
Stimulation wurde ein ELISPOT unter Standardbedingungen zum Nachweis
Interferon-gamma-sezernierender T-Lymphozyten durchgeführt. Als
Antigen-präsentierende
Zellen wurden DC desselben Spenders, die mit überlappenden pp65-Peptiden
(1,75 μg/ml)
oder einem irrelevanten Kontrollpeptid beladen worden waren, verwendet. Für den Test
wurden 3 × 104 Effektoren mit 2 × 104 DC
für 16
h koinkubiert. Nach Standardentwicklung wurde die Anzahl der IFN-gamma-sezernierenden T-Lymphozyten mittels
einer Software-basierten Videoauswertung bestimmt. Im Vergleich
zu der CMVpp65standard-RNA zeigt sich eine massive Expansion von
CD4+-Lymphozyten sowohl durch das CMVpp65-TM1- als auch durch das CMVpp65-TM2-Konstrukt.
4:
Testen der Auswirkung unterschiedlicher RNA-Dosen auf die Frequenz
Interferon-gamma-sezernierender CD8+-T-Lymphozyten. 1 × 106 aufgereinigte CD8+-Lymphozyten wurden über 1 Woche
mit 2 × 105 DC kokultiviert, welche mit RNA in den
angegebenen Mengen (0,1-10 μg
RNA) per Elektroporation transfiziert worden waren. Am Tag 7 wurde
ein Standard ELISPOT zum Nachweis IFN-gamma-sezernierender T-Lymphozyten gegen DC
desselben Spenders durchgeführt,
welche mit überlappenden
pp65-Peptiden (1,75 μg/ml)
oder einem irrelevanten Kontrollpeptid beladen worden waren. Es
wurden 3 × 104 Effektoren mit 2 × 104 DC
für 16
h koinkubiert. Nach Standardentwicklung wurde die Anzahl der IFN-gamma-sezernierenden
T-Lymphozyten mittels einer Softwarebasierten Videoauswertung bestimmt.
Es zeigte sich eine massive Expansion von CD8+-Lymphozyten durch
das CMVpp65-TM1- und das CMVpp65-TM2-Konstrukt. Selbst bei Verwendung von
100x geringeren Dosen (0,1 μg
RNA) liegt die Frequenz der pp65-spezifischen CD8+-Lymphozyten noch über dem
Hintergrund nach Stimulation durch mit NYESO-RNA transfizierten
DC (Daten nicht gezeigt). Die Stimulation durch das CMVpp65standard-Konstrukt zeigte erst
ab 2,5 μg
eine Expansion von pp65-spezifischen Lymphozyten über das
Niveau des Hintergrunds hinaus.
5:
Dosis/Wirkungs-Profil für
die Expansionskapazität
verschiedener Immunogene auf Antigen-spezifische Lymphozyten. Die
erfindungsgemäß modifizierten
Immunogene weisen eine deutlich gesteigerte Potenz (> 100x) und eine höhere maximale Wirkung
auf.
6:
Vergleichender Test der Auswirkung von erfindungsgemäß modifizierten
Immunogenen und Standardimmunogenen auf die Generierung von cytotoxischen
Immunantworten. 1 × 106 aufgereinigte CD8+-Lymphozyten wurden über 1 Woche
mit 2 × 105 DC kokultiviert, welche mit 10μg RNA per
Elektroporation transfiziert worden waren. Am Tag 7 wurde ein Standard
Cytochrom-Cytotoxizitastest gegen DC desselben Spenders durchgeführt, welche
mit unterschiedlichen Konzentrationen überlappender pp65-Peptide oder
einem irrelevanten Kontrollpeptid beladen worden waren. Es wurden
15 × 104 Effektoren mit 0,5 × 104 DC
für 4 h
koinkubiert. Nach Messung des Überstandes
im Counter wurde die spezifische Lyse berechnet, gemäß der Formel:
Es zeigte sich eine starke Lyse durch CD8+-Lymphozyten, welche mit
CMVpp65-TM1- und CMVpp65-TM2-Konstrukten
stimuliert worden waren, die bis zu einer Konzentration von 10 nM
des pp65-Peptid-Gemisches über
dem Wert für
das Kontrollpeptid lag (Daten nicht gezeigt). Durch das pp65-Peptid-Gemisch wurden
ebenfalls CD8+-Lymphozyten expandiert, die eine deutliche spezifische
Lyse zeigten, aber nicht das Niveau von CMVpp65-TM1 und -TM2 erreichten. Durch
das CMVpp65standard-Konstrukt konnte nur eine schwache Stimulation
pp65-spezifischer cytotoxischer T-Zellen erreicht werden.
7:
Schematische Darstellung der Kassetten für die Expression von Fusionsproteinen.
CS: Klonierungsstelle; TM: Transmembrandomäne; SNARE: SNARE-Protein oder
-Motiv; Antigen: Sequenz kodierend für ein Antigen, gegen das Immunantworten
induziert werden sollen
8:
In den Beispielen verwendete Sequenzen HLA-Klasse I-TM-CM: Transmembran-cytoplasmatische
Region eines HLA-Klasse I-Moleküls; HLA-Klasse
II-TM-CM: Transmembran-cytoplasmatische Region eines HLA-Klasse II-Moleküls
9:
Sequenzen von Transmembran-cytoplasmatischen Regionen bzw. cytoplasmatischen Regionen
von MHC-Molekülen.
Die Sequenzen zeigen die Transmembran-cytoplasmatische Region bzw.
nur die cytoplasmatische Region verschiedener HLA Moleküle. Die
Transmembranregion ist unterstrichen und fett.
10:
Sequenzen von SNARE-Proteinen. Diese Sequenzen sind für eine Konstruktion
der erfindungsgemäßen SNARE-Antigen-Fusionsmoleküle (N-SNARE-Antigen)
geeignet.