DE19608751B4 - Verwendung eines Adeno-assoziierten Virus-Vektors zur Steigerung der Immunogenität von Zellen - Google Patents
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Abstract
Verwendung
eines AAV-Vektors mit einem für
ein kostimulatorisches Molekül
kodierendes Gen, welches die Immunogenität von Tumorzellen steigert,
für die
Inhibierung der Metastasenbildung.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines AAV-Vektors mit einem für ein kostimulatorisches Molekül kodierendes Gen, welches die Immunogenität von Tumorzellen steigert, für die Inhibierung der Metastasenbildung.
- Es ist bekannt, daß bei etwa 0,5 % der Krebspatienten, z.B. jener des malignen Melanoms, eine vollständige Rückbildung des Tumors eintritt. Auch kommt es bei vielen Krebspatienten zu einer Kontrolle des Tumors, wodurch dieser über Jahre in einem stabilen Zustand verharrt. Dies weist darauf hin, daß das Immunsystem einen Einfluß auf den Verlauf einer Krebserkrankung hat.
- Viele Versuche wurden unternommen, das Immunsystem zu aktivieren, Tumorzellen zu erkennen und auszuschalten. Bisher haben diese Versuche jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse gebracht.
- Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Mittel bereitzustellen, mit dem das Immunsystem gegenüber Tumorzellen stimuliert werden kann.
- Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände in den Patentansprüchen erreicht.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung eines AAV-Vektors mit einem für ein kostimulatorisches Molekül kodierendes Gen, welches die Immunogenität von Tumorzellen steigert, für die Inhibierung der Metastasenbildung.
- Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis des Anmelders, daß Adenoassoziierte Viren (AAVs) sich zur Transduktion von Tumorzellen eignen.
- AAVs sind einzelsträngige, zur Familie der Parvoviren gehörende DNA-Viren. Für ihre Replikation benötigen AAVs Helferviren, insbesondere Adenoviren oder Herpesviren. In Abwesenheit von Helferviren integrieren AAVs in das Wirtszellgenom, insbesondere an einer spezifischen Stelle von Chromosom 19.
- Das Genom von AAVs ist linear und weist eine Länge von ca. 4680 Nukleotiden auf. Dieses umfaßt zwei Leserahmen, die für ein strukturelles und ein nicht-strukturelles Gen kodieren. Das strukturelle Gen wird mit cap-Gen bezeichnet. Dieses steht unter der Kontrolle des P40-Promotors und kodiert für drei Capsid-Proteine. Das nicht-strukturelle Gen wird mit rep-Gen bezeichnet und kodiert für die Rep-Proteine, Rep 78, Rep 68, Rep 52 und Rep 40. Die beiden ersteren werden unter der Kontrolle des P5 Promotors exprimiert, während die Expression von Rep 52 und Rep 40 unter der Kontrolle des P19 Promotors steht. Die Funktionen der Rep-Proteine liegen u.a. in der Regulation der Replikation und Transkription des AAV-Genoms.
- Der Ausdruck "AAV-Vektor" betrifft jegliches AAV, d.h. Virus-Partikel, und dessen DNA. Der AAV-Vektor kann in Wildtyp- oder veränderter Form vorliegen. Ferner kann er ein System aus mehreren Komponenten sein, die einzelne oder alle Funktionen von AAV und/oder seiner DNA bereitstellen. Ein solches System umfaßt z.B. einen rep-negativen AAV-Vektor und ein ein AAV-Rep-Protein bereitstellendes Mittel. Der AAV-Vektor kann in Zellen eingebracht werden und dort in das Genom integrieren oder in episomaler Form verbleiben.
- Beispiele eines für ein kostimulatorisches Molekül kodierendes Gen, welches die Immunogenität von Tumorzellen steigert sind die B7-Gene, wie B7.1- und B7.2-Gene. Beispiele eines für einen sekretorischen Immunstimulator kodierendes Gen sind Zytokin-Gene, wie IL-2-, Interferon- und GM-CSF-Gene.
- Vorteilhaft ist es, wenn die Expression der genannten Fremd-DNA unter der Kontrolle eines heterologen konstitutiven oder induzierbaren Promotors, wie eines Gewebe- oder Tumor-spezifischen Promotors, steht. Ferner kann die Fremd-DNA, an beliebiger Stelle des AAV-Vektors inseriert sein, wobei es vorteilhaft sein kann, wenn sie in oder anstelle des rep-Gens vorliegt. Desweiteren kann es günstig sein, wenn mehrere Fremd-DNAs in einem AAV-Vektor vorliegen.
- Zur Herstellung eines vorstehenden AAV-Vektors können übliche Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein AAV-Vektor als Virus-Partikel wie folgt hergestellt werden: Es werden zwei Plasmide verwendet, wobei das eine Plasmid ein AAV-Plasmid ist, das eine Fremd-DNA, z.B. ein Gen für ein B7-Molekül, zwischen den 5'- und 3'-ITR-Sequenzen von AAV enthält. Dieses mit pAAV-B7-bezeichnete Plasmid kodiert jedoch nicht für die AAV-Rep und -Cap-Proteine. Diese Proteine werden allerdings von dem anderen Plasmid kodiert. Dieses enthält ferner einen SV40 "origin of replication". Letzteres Plasmid wird mit pSV40 oriAAV bezeichnet. Beide Plasmide werden in Zellen transfiziert, die ein SV40 T-Antigen exprimieren. Solche Zellen sind z.B. COS-Zellen. Durch das T-Antigen wird der SV40 "origin of replication" von pSV40oriAAV aktiviert und das Plasmid repliziert. Dadurch wird eine hohe Expression der AAV-Rep und -Cap-Proteine erhalten. Durch Infektion der COS-Zellen mit einem Helfer-Virus, z.B. Adenovirus, werden AAV-Vektoren als Virus-Partikel erhalten. Der Titer beträgt zwischen 109–1011-Virus-Partikel/ml.
- Mit einem vorstehenden AAV-Vektor kann die Immunogenität von Zellen gesteigert werden. Günstig kann es sein, einen AAV-Vektor zu verwenden, der für mehrere die Immunogenitat von Zeilen steigernde Proteine kodiert. Vorteilhaft kann es ebenso sein, mehrere AAV-Vektoren zu verwenden, die für unterschiedliche die Immunogenität von Zellen steigernde Proteine kodieren. Die Steigerung der Immunogenitat kann bei Tumorzellen jeglicher Art oder Prä-Tumorzellen, wie HPV-transduzierte Zervixzellen, erreicht werden. Die Zellen können hierzu mit dem AAV-Vektor durch übliche Verfahren transduziert wer den. Liegt der AAV-Vektor als Virus-Partikel vor, ist es günstig, die Zellen mit diesem zu infizieren. Liegt er andererseits als DNA vor, ist es angeraten, die Zellen mit dieser zu transfizieren. Als Transfektionstechniken sind z.B. Elektroporation und Lipofektion zu nennen. Die Zellen können in einem Organismus vorliegen. Andererseits können die zu transduzierenden Zellen auch aus einem Organismus isoliert, außerhalb des Organismus transduziert und dann wieder in den Organismus zurückgeführt werden. Solche Zellen werden als autologe Zellen bezeichnet. Desweiteren können hinsichtlich des Organismus auch allogene Zellen zur Transduktion verwendet werden. Hierbei ist es günstig, wenn diese Zellen einem dem Organismus entsprechenden HLA-Typ angehören. Der Fachmann kennt Verfahren, Zellen einen bestimmten HLA-Typ zu verleihen. Weiterhin ist es günstig, wenn bei einem vorstehenden Verfahren die Tumorzellen oder Prä-Tumorzellen vor ihrer Einführung in den Organismus inaktiviert werden. Hierfür können übliche Verfahren, wie Bestrahlung, durchgeführt werden.
- Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Tumorzellen oder Prä-Tumorzellen, ganz besonders frisch isolierte Tumorzellen, mit hoher Effizienz zu transduzieren. Es wird eine Transduktionseffizienz von 85–95 erhalten. Dies bedeutet, daß unterschiedlichste Zellen eines Tumors transduziert werden, wodurch das gesamte Antigenprofil des Tumors erfaßt wird und eine klonale Selektion verhindert wird. Desweiteren wird die Transduktion der einzelnen Zellen bereits mit einer kleinen Anzahl von AAV-Vektor-Molekülen, wie 10–20 Moleküle pro Zelle erreicht, was dazu führt, daß kein zytopathischer Effekt durch die Transduktion eintritt. Dies trägt maßgeblich dazu bei, daß das Immunsystem die transduzierten Zellen wie auch alle weiteren, ein gleiches Antigenprofil aufweisenden, Zellen erkennt und ausschalten kann. Die vorliegende Erfindung eignet sich somit bestens, die Immunogenität von Tumorzellen oder Prä-Tumorzellen, zu steigern. Die vorliegende Erfindung ist daher prädestiniert, für eine in vivo bzw. ex vivo Gentherapie von Krebserkrankungen, wie malignes Melanom oder Zervixkarzinom, verwendet zu werden.
- Die Erfindung wird durch die vorliegenden Beispiele erläutert.
- Beispiel 1: Herstellung eines erfindungsgemäßen AAV-Vektors
- 2 × 108 COS-Zellen wurden mit je 800 μg eines 1:1 Gemisches von pSV40ori AAV und pAAV-B7 {vgl. Beschreibung, vorstehend) in 2,5 ml RPMI aufgenommen und 10 min in Eis inkubiert, bevor eine Elektroporation in einem Gesamtvolumen von 0,5 ml durchgeführt wurde. Danach wurden die Zellen 10 min auf Eis gehalten, bevor sie in Gewebekulturschalen gegeben wurden. Nach 24 h wurde das Medium gewechselt und nach weiteren 24 h wurden die Zellen 1 h mit Adenoviren (10 infektöse Adenoviren/COS-Zelle) inkubiert. Nach weiteren 72 h wurden die Zellen geerntet und pelletiert. Das Zellpellet wurde resuspendiert und homogenisiert. Das Homogenisat wurde mit CsCl auf eine Dichte von 1,4 g/cm3 eingestellt und bei 38.000 rpm 24 h zentrifugiert. Fraktionen wurden entnommen und solche mit einem Index von 1,375–1,371 gepoolt, zentrifugiert, und gegen Tris-Puffer dialysiert. Der Titer der AAV-Virus-Partikel wurde bestimmt.
- Beispiel 2: Transduktion von Tumorzellen mit einem erfindungsgemäßen AAV-Vektor
- Aus menschlichen Hautmetastasen wurde primäres Melanomgewebe isoliert. Das Melanomgewebe wurde 2 × 30 min in einer 2-%igen Antibiotikalösung (Antibiotikum/Antimykotikum) inkubiert, bevor es in kleine Fragmente zerschnitten wurde. Die Fragmente wurden durch ein Metallsieb passiert und die erhaltene Zellsuspension wurde durch ein feines Sieb in ein Zentrifugenröhrchen pipettiert. Erythrozyten und tote Zellen wurden über einen Ficoll-Gradienten entfernt, bevor die lebenden Melanomzellen 2 × mit PBS gewaschen wurden. Die Melanomzellen wurden dann in einem geeigneten Medium aufgenommen (RPMI 1640, 1 % Glutamin, 10–20 % Fötales Kälberserum, 1 % Penizillin-Streptavidin) und in Gewebekulturschalen gegeben. Vor der Transduktion wurden die Melanomzellen mit Hilfe von Antikörpern charakterisiert (S100, HNB-45 Firma DAKO).
- 3 × 105 Melanomzellen wurden in eine 24-Loch Gewebekulturschale gegeben. 3 × 106 AAV-Virus-Partikel von Beispiel 1, die für ein B7-Molekül kodieren, wurden in 250μl serumfreiem Medium auf die Melanomzellen gegeben. Nach einer Inkubationszeit von 1 h wurden 1,5 ml serumhaltiges Medium zugegeben und die Zellen im Brutschrank inkubiert.
- Es wurde eine FACS-Analyse der B7-Transduktion durchgeführt: Maus-antihumane B7.2 monoklonale Antikörper (Pharmingen) wurden auf die Zellen gegeben, die danach mit einem FITC-konjugierten Ziege-anti-Maus Antikörper gebunden wurden. Nicht-spezifische Bindungen wurden durch Isotypkontrollen ausgeschlossen. Für jede Analyse wurde ein Minimum von 10000 lebenden Melanom-Zellen eingesetzt. Der Prozentsatz an positiven Zellen wurde definiert als Fraktion, die außerhalb der 99 % Region der Kontrollgruppe liegt.
- Es wurde eine B7-Transduktionseffizienz von 85–95 % erhalten. Parallelversuche, in denen ein AAV-Virus-Partikel, das für mehrere die Immunogenität von Zellen steigernde Proteine kodierte, bzw. in denen mehrere AAV-Virus-Partikel, die für unterschiedliche die Immunogenität von Zellen steigernde Proteine kodierten, zur Transduktion der Tumorzellen verwendet wurden, ergaben gleiche Transduktionseffizienzen für die einzelnen Proteine.
- Beispiel 3: Stimulierung der Immunogenität von Zellen durch einen erfindungsgemäßen AAV-Vektor
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- (a) Die Stimulierung der Immunogenität von Zellen wurde an Hand der Induktion einer zytotoxischen T-Zellantwort bestimmt. Von verschiedenen Tumorpatienten wurde Melanommaterial entnommen. Gleichzeitig wurde Blut entnommen und die T-Zellen wurden angereichert. Die Tumorzellen wurden, wie vorstehend beschrieben, isoliert und mit AAV-Virus-Partikel von Beispiel 1 transduziert. Anschließend wurden die T-Zellen mit den transduzierten Tumorzellen stimuliert. Als Kontrolle wurden nicht-transduzierte Tumorzellen zur Stimulation der T-Zellen verwendet. Es zeigte sich, daß die Aktivität der zytotoxischen T-Zellen durch Stimulation mit einem erfindungsgemäßen AAV-Virus-Partikel deutlich gesteigert werden kann.
- (b) C57/BI6-Mäuse wurde mit jeweils 5000 lebenden B16-F10 Tumorzellen (Maus-Melanommodell) in die Schwanzvene infiziert. Diese Tumorzellen führten zu Metastasenbildungen, die nach ca. 20 Tagen durch Obduktion hauptsächlich in der Leber und in die Lunge nachweisbar waren. Am Tag 3, 10 und 17 nach der Tumorzell-Injektion wurde ein Teil der Mäuse mit 300000 B16-F10 Tumorzellen immunisiert, die vorher mit einem, für ein B7-Protein kodierenden AAV-Virus-Partikel transduziert worden waren. Auf der Oberfläche der Tumorzellen befand sich somit das Molekül B7. Es zeigte sich, daß durch die Immunisierung mit einem erfindungsgemäßen AAV-Virus-Partikel die Metastasenbildung inhibiert werden kann. Parallelversuche, in denen ein AAV-Virus-Partikel, das für mehrere die Immunogenität von Zellen steigernde Proteine kodierte bzw. in denen mehrere AAV-Virus-Partikel, die für unterschiedliche die Immunogenität von Zellen steigernde Proteine kodierten, zur Transduktion der Tumorzellen verwendet wurde, ergaben eine deutliche Steigerung der Inhibierung der Metastasenbildung.
- (c) C57/BI6-Mäusen wurden jeweils 100000 B16-F10 Tumorzellen subkutan in den Rücken injiziert. Dies führte zur Bildung eines Tumors, der nach 10 Tagen einen Umfang von 0,3–0,5 cm aufwies. Zu diesem Zeitpunkt wurde das AAV-Virus-Partikel von Beispiel 1 (106–108 Partikel) direkt in den Tumor injiziert. Es zeigte sich, daß nach Transduktion mit einem erfindungsgemäßen AAV-Virus-Partikel die Tumorzellen vom Immunsystem erkannt werden und der Tumor eliminiert wird.
Claims (8)
- Verwendung eines AAV-Vektors mit einem für ein kostimulatorisches Molekül kodierendes Gen, welches die Immunogenität von Tumorzellen steigert, für die Inhibierung der Metastasenbildung.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für ein kostimulatorisches Molekül kodierendes Gen ein B7-Gen ist.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der AAV-Vektor zusätzlich ein für einen sekretorischen Immunstimulator kodierendes Gen enthält.
- Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das für einen sekretorischen Immunstimulator kodierendes Gen ein Zytokin-Gen ist.
- Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zytokin-Gen ein IL-2-Gen, ein Interferon-Gen oder ein GM-CSF-Gen ist.
- Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gen unter der Kontrolle eines heterologen konstitutiven oder induzierbaren Promotors steht.
- Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Promotor ein Gewebe- und/oder Tumor-spezifischer Promotor ist.
- Verwendung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tumorzellen frisch isolierte Tumorzellen und/oder Prä-Tumorzellen sind.
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