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Die
Erfindung betrifft rekombinantes modifiziertes Vacciniavirus Ankara,
das im viralen Genom eine Expressionskassette umfasst, die den Cowpox
ATI-Promotor oder ein Derivat davon und eine codierende Sequenz
umfasst, wobei die Expression der codierenden Sequenz durch den
Promotor reguliert ist. Das Virus kann als Impfstoff oder Teil einer
pharmazeutischen Zusammensetzung nützlich sein.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Rekombinante
Pockenviren werden allgemein zum Exprimieren von Fremdantigenen
in infizierten Zellen verwendet. Ferner werden rekombinante Poxnviren
gegenwärtig
als vielversprechende Impfstoffe zur Auslösung einer Immunantwort gegen
das Fremdantigen getestet, das vom Pockenvirusvektor exprimiert
wird. Am beliebtesten sind einerseits Avipoxviren und andererseits
Vacciniaviren.
US 5,736,368 und
US 6,051,410 offenbaren
einen rekombinanten Vacciniavirusstamm Wyeth, der HIV-Antigene und Proteine
exprimiert.
US 5,747,324 offenbart
einen rekombinanten Vacciniavirusstamm NYCBH, der Lentivirus-Gene
exprimiert.
EP 0 243 029 offenbart
einen rekombinanten Vacciniavirusstamm Western Reserve, der menschliche
Retrovirus-Gene exprimiert.
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Zur
Expression heterologer Gene in Poxviren sind dem Fachmann mehrere
Promotoren bekannt, wie der 30K und 40K Promotor (siehe z.B.
US 5,747,324 ), ein starker
synthetischer früher/später Promotor
(siehe z.B. Sutter et al., Vaccine (1994) 12, 1032-40), der P7.5
Promotor (siehe z.B. Endo et al., J. Gen. Virol. (1991) 72, 699-703) und der Promotor,
der von dem Cowpoxvirus A-Typ-Inklusion-
(ATI-) Gen abgeleitet wird (Li et al., J. Gen. Virol. (1998) 79,
613). Alle diese Promotoren wurden in rekombinanten Vacciniaviren
verwendet, um heterologen Gene zu exprimieren, und exprimierten
nachweislich diese Gene sehr effizient, was zu relativ hohen Mengen
des Proteins führte,
für das
die heterologen Gene codierten.
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Für viele
Impfmethoden ist es äußerst wünschenswert,
dass das Antigen, gegen das eine Immunantwort ausgelöst werden
soll, in hohen Mengen exprimiert wird. Dies ist jedoch nicht immer
der Fall. Es wurde beschrieben, dass verschiedene Arten von zytotoxischen
T-Zellen (CTL) vom Immunsystem abhängig von den Konzentrationen
des Antigens induziert werden. CTL geringer Avidität werden
durch hohe Konzentrationen von Antigen induziert, während CTL
hoher Avidität
durch geringe Konzentrationen von Antigen induziert werden. In Tierversuchssystemen
wurde gezeigt, dass CTL hoher Avidität viel effektiver beim Beseitigen
des belastenden Virus sind als CTL geringer Avidität. Ferner
wurde gezeigt, dass hohe Konzentrationen von Antigen CTL hoher Avidität hemmen
oder sogar abtöten
können.
Zusammenfassend wurde gezeigt, dass es manchmal wünschenswert
ist, eher geringe Mengen an Antigen zu verwenden, um größere Mengen
an CTL hoher Avidität
zu induzieren und somit eine effektive Immunantwort auszulösen (Berzofsky
et al., Immunological Reviews (1999) 170, 151-172).
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AUFGABE DER
ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein auf Vacciniavirus
basierendes System bereitzustellen, dass die Expression eines heterologen
Gens, das in dem Vacciniavirus-Genom enthalten ist, in relativ geringen
Mengen nach der Verabreichung an ein Tier, einschließlich eines
Menschen, ermöglicht,
was eine Voraussetzung für
die Induzierung relativ hoher Mengen an CTL hoher Avidität sein könnte.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Diese
Aufgabe wurde durch die Bereitstellung eines rekombinanten modifizierten
Vacciniavirus Ankara (MVA) gelöst,
dessen Virusgenom eine den Cowpox-ATI-Promotor oder ein Derivat
davon und eine codierende Sequenz umfassende Expressionskassette
umfasst, wobei die Expression der codierenden Sequenz durch den
Promotor reguliert wird. Es war unerwartet, dass der ATI-Promotor
eine relativ geringe Aktivität
in MVA hat, da von dem Promotor bekannt war, dass er in anderen
Poxvirensystemen sehr aktiv ist (z.B. Li et al., J. Gen. Virol.
(1998) 79, 613). Im Gegensatz dazu wird in dem Beispielabschnitt
der vorliegenden Beschreibung gezeigt, dass der ATI-Promotor zwei-
bis viermal weniger aktiv in Systemen auf MVA-Basis ist als in Systemen,
die auf anderen Vacciniavirusstämmen
basieren, wie Western Reserve, Elstree oder Copenhagen. Somit ist
der ATI-Promotor
in MVA ein guter Promotor zur Expression von Genen, die für Proteine
codieren, gegen die CTL hoher Avidität induziert werden sollen.
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Das
modifizierte Vaccinia-Ankara- (MVA-) Virus ist mit dem Vacciniavirus
verwandt, einem Mitglied der Gattung Orthopoxvirus in der Familie
der Poxviridae. MVA wurde durch 516 serielle Durchläufe auf
CEF (Chicken Embryo Fibroblasts) des Ankara-Stamms des Vacciniavirus
(CVA) erzeugt (siehe Mayr, A., et al. Infection 3, 6-14 [1975)).
Infolge dieser langfristigen Durchläufe fehlten in dem erhaltenen
MVA-Virus etwa 31 Kilobasen seiner genomischen Sequenz und wurde
daher als starke Wirtszelle beschrieben, die auf Vogelzellen beschränkt ist
(Meyer, H., et al., J. Gen. Virol. 72, 1031-1038 [1991]). Es wurde
in zahlreichen Tiermodellen gezeigt, dass das erhaltene MVA signifikant
avirulent war (Mayr, A. & Danner,
K. [1978] Dev. Biol. Stand. 41: 225-34). Zusätzlich wurde dieser MVA-Stamm
in klinischen Versuchen als Impfstoff zur Immunisierung gegen die
menschliche Pockenerkrankung getestet (Mayr et al., Zbl. Bakt. Hyg.
I, Abt. Org. B 167, 375-390 [1987], Stickl et al., Dtsch. med. Wschr.
99, 2386-2392 [1974]).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jeder MVA-Stamm verwendet werden. Beispiele für MVA-Virusstämme, die
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden und entsprechend den Anforderungen des
Budapester Vertrags hinterlegt wurden, sind die Stämme MVA
572 und 575, die bei der European Collection of Animal Cell Cultures
(ECACC), Salisbury (UK) unter der Hinterlegungsnummer ECACC V94012707
beziehungsweise ECACC V00120707 hinterlegt wurden, und MVA-BN mit
der Hinterlegungsnummer ECACC V00083008.
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Der
bevorzugteste MVA-Stamm ist MVA-BN oder ein Derivat davon. Die Merkmale
von MVA-BN, die Beschreibung biologischer Tests, die eine Evaluierung
ermöglichen,
ob ein MVA-Stamm MVA-BN oder ein Derivat davon ist, und Verfahren,
die ermöglichen,
MVA-BN oder ein Derivat davon zu erhalten, sind in WO 02/42480 offenbart.
Auf den Inhalt dieser Anmeldung wird in der vorliegenden Anmeldung
Bezug genommen.
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Zur
Vermehrung von MVA werden eukaryotische Zellen mit dem Virus infiziert.
Die eukaryotischen Zellen sind Zellen, die für eine Infektion mit dem entsprechenden
Poxvirus anfällig
sind und eine Replikation und Produktion eines infektiösen Virus
ermöglichen.
Für MVA
sind ein Beispiel für
diese Art von Zellen CEF(Chicken Embryo Fibroblasts) und BHK-Zellen
(Drexler I., Heller K., Wahren B., Erfle V. und Sutter G. "Highly attenuated
modified vaccinia Ankara replicates in baby hamster kidney cells,
a potential host for virus propagation, but not in various human
transformed and primary cells" J.
Gen. Virol. (1998), 79, 347-352). CEF-Zellen können unter Bedingungen, die
dem Fachmann bekannt sind, kultiviert werden. Vorzugsweise werden
die CEF-Zellen in serumfreiem Medium in stationären Kolben oder Rollflaschen
kultiviert. Die Inkubation dauert vorzugsweise 48 bis 96 Stunden
bei 37°C ± 2°C. Für die Infektion
wird MVA vorzugsweise bei einer "Multiplicity of
Infection" (MOI)
von 0, 05 bis 1 TCID50 verwendet und die
Inkubation dauert vorzugsweise 48 bis 72 Stunden bei 37°C + 2°C.
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Die
Sequenz des Promotors des Cowpox-Virus-A-Typ-Inklusion-Proteingens (ATI-Promotors)
ist dem Fachmann bekannt. In diesem Zusammenhang wird auf den Eintrag
in der Genebank unter der Zugriffsnummer D00319 verwiesen. Eine
bevorzugte ATI-Promotor-Sequenz ist als SEQ ID.: Nr. 1 dargestellt
und wie folgt:
5'GTTTT
GAATA AAATT TTTTT ATAAT AAAT 3'
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
den ATI-Promotor wie in SEQ. ID.: Nr. 1 spezifiziert, zu verwenden,
oder ein Derivat des ATI-Promotors zu verwenden, das eine Teilsequenz
gemäß SEQ. ID.:
Nr. 1 sein kann. Der Begriff "Teilsequenz
gemäß SEQ. ID.:
Nr. 1" bezieht sich
auf kürzere
Fragmente der Sequenz von SEQ. ID.: Nr. 1, die noch als Promotor
aktiv sind, insbesondere als später
Vacciniavirus-Promotor. Ein typisches Fragment der Sequenz von SEQ.
ID.: Nr. 1 hat eine Länge
von mindestens 10 Nukleotiden, bevorzugter von mindestens 15 Nukleotiden,
insbesondere von mindestens 20 Nukleotiden, insbesondere von mindestens
25 Nukleotiden der Sequenz von SEQ. ID.: Nr. 1. Die Teilsequenz
kann vorzugsweise Nukleotide 25 bis 29 der Sequenz von SEQ. ID.:
Nr. 1 umfassen, d.h., die Sequenz 5'-TAAAT-3', die sich am 3'-Ende der Sequenz von SEQ. ID.: Nr.
1 befindet. Die Teilsequenz kann auch die Nukleotide 22 bis 29 von
SEQ. ID.: Nr. 1 umfassen, d.h., die Sequenz 5'-TAATAAAT-3', die sich am 3'-Ende von SEQ. ID.: Nr. 1 befindet.
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Der
Promotor kann stromaufwärts
einer codierenden Sequenz derart inseriert sein, dass die Nukleotide
28 bis 29 der SEQ. ID.: Nr. 1 (in der obenstehenden Sequenz unterstrichen)
Teil des 5'ATG3'-Startcodons der
Translation sind. Als Alternative kann der Promotor durch mehrere
Nukleotide vom Startcodon der Translation getrennt sein. Der Spacer
zwischen dem 3'-Ende
des Promotors gemäß SEQ. ID.:
Nr. 1 und dem A in dem 5'ATG3'-Startcodon ist vorzugsweise weniger
als 100 Nukleotide, bevorzugter weniger als 50 Nukleotide und insbesondere
weniger als 25 Nukleotide. Der Spacer kann sogar länger sein,
solange der Promotor noch imstande ist, die Expression der codierenden
Sequenz zu steuern, die stromabwärts
des Promotors liegt.
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Das
Derivat des ATI-Promotors kann auch eine Sequenz sein, die eine
oder mehrere Nukleotidsubstitutionen, -deletionen und/oder -insertionen
im Bezug auf die SEQ. ID.: Nr. 1 aufweist, wobei die Derivate noch als
Promotor aktiv sind, insbesondere als später Vacciniavirus-Promotor.
Eine Sequenz mit einer oder mehreren Nukleotidsubstitutionen ist
eine Sequenz, in der eine oder mehrere Nukleotide der Sequenz gemäß SEQ. ID.:
Nr. 1 durch verschiedenen Nukleotide ersetzt sind. Eine Sequenz
mit einer oder mehreren Nukleotidinsertionen ist eine Sequenz, in
der ein oder mehrere Nukleotide an einer oder mehreren Stellen der
Sequenz gemäß SEQ. ID.:
Nr. 1 inseriert sind. Eine Sequenz mit einer oder mehreren Nukleotiddeletionen
ist eine Sequenz, in der ein oder mehrere Nukleotide der Sequenz
gemäß SEQ. ID.:
Nr. 1 an einer oder mehreren Stellen deletiert sind. In den Derivaten
der SEQ. ID.: Nr. 1 können
Deletionen, Substitutionen und Insertionen in einer Sequenz kombiniert
sein.
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Vorzugsweise
hat das Derivat eine Homologie von mindestens 40%, bevorzugter mindestens
60% und insbesondere mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%
im Vergleich mit der Sequenz von SEQ. ID.: Nr. 1. Gemäß der bevorzugtesten
Ausführungsform
sind nicht mehr als 6 Nukleotide, bevorzugter nicht mehr als 3 Nukleotide
substituiert, deletiert und/oder in die Sequenz von SEQ. ID.: Nr.
1 inseriert.
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Insbesondere
kann es bevorzugt sein, die Nukleotide 25 bis 29 von SEQ. ID.: Nr.
1, d.h., die Sequenz 5'-TAAAT-3', im Promotor zu behalten, um eine maximale
Promotor-Aktivität zu erreichen.
Es kann auch bevorzugt sein, die Nukleotide 22 bis 29 von SEQ. ID.:
Nr. 1 zu behalten, d.h., die Sequenz 5'-TAATAAAT-3 im Promotor.
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Eine
Reihe von Dokumenten nach dem Stand der Technik ermöglicht dem
Fachmann die Vorhersage, welche Derivate von SEQ. ID.: Nr. 1 noch
die biologische Aktivität
haben, als Vacciniavirus-Promotor aktiv zu sein, insbesondere als
später
Vacciniavirus-Promotor. In diesem Zusammenhang wird auf Chakrarbarti
et al., Biotechniques (1997) 23, 1094-1097, und Davison und Moss,
J. Mol. Biol. (1989) 210, 771-784, verwiesen. Ob ein Fragment noch
als Vacciniavirus-Promotor aktiv ist, insbesondere als später Promotor,
kann ferner leicht von einem Fachmann geprüft werden. Insbesondere kann
das Sequenzderivat stromabwärts
eines Reportergens in einem Plasmidkonstrukt geklont werden. Das
Konstrukt kann in eine eukaryotische Zelle oder Zelllinie transfektiert
werden, wie CEF- oder BHK-Zellen, die mit MVA infiziert sind. Die
Expression des Reportergens wird dann bestimmt und mit der Expression
des Reportergens verglichen, die durch den Promotor gemäß SEQ. ID.:
Nr. 1 gesteuert wird. Der Versuchsaufbau entspricht dem Beispiel,
das in der vorliegenden Beschreibung dargestellt ist. Ein Derivat
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Derivat mit einer Promotor-Aktivität in dem
Testsystem von mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 30%, insbesondere
mindestens 50%, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens
90% im Vergleich mit der Aktivität
der Promotor-Sequenz von SEQ ID.: Nr. 1. Ebenso liegen jene Derivate
von SEQ ID.: Nr. 1 im Umfang der vorliegenden Erfindung, die eine
höhere
Promotor-Aktivität
als SEQ ID.: Nr. 1 haben.
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Allgemeiner
gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung
des Cowpox-ATI-Promotors oder eines Derivates davon, wie zuvor definiert,
für die
Expression der codierenden Sequenzen in MVA.
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Der
ATI-Promotor kann zum Exprimieren eines Gens verwendet werden, das
bereits Teil des MVA-Genoms ist. Ein solches Gen kann ein Gen sein,
das ein natürlicher
Teil des viralen Genomes oder ein Fremdgen ist, das bereits in das
MVA-Genom inseriert wurde. In diesen Fällen wird der ATI-Promotor
stromaufwärts
des Gens im MVA-Genom inseriert, dessen Expression vom ATI-Promotor
gesteuert wird.
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Der
ATI-Promotor kann auch zur Regulierung der Expression eines Gens
verwendet werden, das noch nicht Teil des MVA-Genoms ist. In diesem
Fall ist bevorzugt, eine Expressionskassette zu konstruieren, die
den ATI-Promotor
und eine codierende Sequenz umfasst, deren Expression von dem ATI-Promotor
reguliert wird, und die Expressionskassette in das MVA-Genom zu
inserieren. Bevorzugte Insertionsstellen werden aus (i) natürlich vorkommenden
Deletionsstellen des MVA-Genoms, bezogen auf das Genom des Vacciniavirusstamms
Copenhagen, oder (ii) Zwischengenbereichen des MVA-Genoms gewählt. Der
Begriff "Zwischengenbereich" betrifft vorzugsweise
jene Teile des viralen Genoms, die zwischen zwei benachbarten Genen
liegen, die weder codierende noch regulatorische Sequenzen umfassen.
Die Insertionsstellen sind jedoch nicht auf diese bevorzugten Insertionsstellen
beschränkt,
da es im Umfang der vorliegenden Erfindung liegt, dass die Expressionskassette überall in
dem viralen Genom inseriert werden kann, solange es möglich ist,
Rekombinanten zu erhalten, die in mindestens einem Zellkultursystem,
wie CEF- (Chicken Embryo Fibroblasts) Zellen, amplifiziert und vermehrt
werden können.
Somit kann die Insertionskassette auch z.B. in nichtessentielle
Gene oder Gene inseriert werden, deren Funktion von dem Zellsystem
ergänzt
werden kann, das für
die Vermehrung von MVA verwendet wird.
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Die
Verfahren, die zum Konstruieren von rekombinantem MVA notwendig
sind, sind dem Fachmann bekannt. Zum Beispiel kann die Expressionskassette
und/oder der ATI-Promotor
oder ein Derivat davon in das Genom von MVA durch homologe Rekombination
inseriert werden. Zu diesem Zweck wird eine Nukleinsäure in eine
permissive Zelllinie, wie CEF- oder BHK-Zellen, transfektiert, wobei
die Nukleinsäure
die Expressionskassette und/oder den ATI-Promotor oder ein Derivat
davon umfasst, flankiert von Nukleotid-Teilen, die zu der Region
des MVA-Genoms homolog sind, in welchen die Expressionskassette
und/oder der ATI-Promotor oder ein Derivat davon inseriert werden
soll. Die Zellen werden mit MVA infiziert und in den infizierten
Zellen kommt es zu einer homologen Rekombination zwischen der Nukleinsäure und
dem viralen Genom. Als Alternative ist es auch möglich, die Zellen zuerst mit
MVA zu infizieren und dann die Nukleinsäure in die infizierten Zellen
zu transfektieren. Wieder kommt es zu einer Rekombination in den
Zellen. Das rekombinante MVA wird dann durch Verfahren selektiert,
die nach dem Stand der Technik bekannt sind. Die Konstruktion eines
rekombinanten MVA ist nicht auf dieses besondere Verfahren beschränkt. Statt
dessen kann jedes geeignete Verfahren, das dem Fachmann bekannt
ist, für
diesen Zweck verwendet werden.
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Der
ATI-Promotor in MVA kann zur Steuerung der Expression jeder codierenden
Sequenz verwendet werden. Die codierende Sequenz kann vorzugsweise
für mindestens
ein antigenes Epitop oder Antigen codieren. In diesem Fall kann
das rekobminante MVA zum Exprimieren des Antigens nach Infektion
von Zellen in einem Organismus, z.B. einem Säugetier, einschließlich eines
Menschen, verwendet werden. Die Präsentation des Antigen/Epitops
kann eine Immunantwort in dem Organismus hervorrufen, die zu einer
Schutzimpfung des Organismus gegen das Agens, von dem das Antigen/Epitop
abgeleitet wird, führt.
Insbesondere kann das Epitop/Antigen Teil einer größeren Aminosäuresequenz
sein, wie eines Polyepitops, Peptids oder Proteins. Beispiele für solche
Polyepitope, Peptide oder Proteine können Polyepitope, Peptide oder
Proteine sein, die von (i) Viren, wie HIV, HTLV, Herpesvirus, Denguevirus,
Poliovirus, Masernvirus, Mumpsvirus, Rubellavirus, Hepatitisviren
und so weiter, (ii) Bakterien, (iii) Pilzen abgeleitet werden.
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Als
Alternative kann die codierende Sequenz für eine therapeutische Verbindung,
wie Interleukine, Interferone, Ribozyme oder Enzyme, codieren.
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Das
rekombinante MVA kann dem tierischen oder menschlichen Körper der
Kenntnis des Fachmanns entsprechend verabreicht werden. Somit kann
das rekombinante MVA der vorliegenden Erfindung als Arzneimittel
(d.h., pharmazeutische Zusammensetzung) oder Impfstoff nützlich sein.
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Die
pharmazeutische Zusammensetzung oder der Impfstoff kann im Allgemeinen
einen oder mehrere pharmazeutisch verträgliche und/oder anerkannte
Träger,
Zusatzstoffe, Antibiotika, Konservierungsmittel, Hilfsmittel, Verdünnungsmittel
und/oder Stabilisatoren zusätzlich
zu dem rekombinanten MVA enthalten. Solche Hilfssubstanzen können Wasser,
Kochsalzlösung,
Glycerol, Ethanol, Benetzungsmittel oder Emulgatoren, pH-Puffersubstanzen
oder dergleichen sein. Geeignete Träger sind für gewöhnlich große, langsam metabolisierte
Moleküle,
wie Proteine, Polysaccharide, Polymilchsäuren, Polyglykolsäuren, polymere
Aminosäuren, Aminosäure-Copolymere,
Lipidaggregate oder dergleichen.
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Für die Herstellung
pharmazeutischer Zusammensetzungen oder Impfstoffe wird das rekombinante MVA
in eine physiologisch verträgliche
Form umgewandelt. Dies kann basierend auf der Erfahrung in der Herstellung
von Poxvirus-Impfstoffen erfolgen, die zur Schutzimpfung gegen Pocken
verwendet werden (wie von Stickl, H. et al., [1974] Dtsch. med.
Wschr. 99, 2386-2392 be schrieben ist). Zum Beispiel wird das gereinigte Virus
bei –80°C mit einem
Titer von 5 × 108 TCID50/ml gelagert,
formuliert in etwa 10 mM Tris, 140 mM NaCl, pH 7,4. Für die Herstellung
von Impfstoffgaben werden z.B. 101 bis 109 Partikel des rekombinanten Virus gemäß der vorliegenden
Erfindung in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) in Gegenwart von
2% Pepton und 1% Humanalbumin in einer Ampulle, vorzugsweise einer
Glasampulle, lyophilisiert. Als Alternative können die Impfstoffgaben durch
schrittweises Gefriertrocknen des Virus in einer Formulierung produziert
werden. Diese Formulierung kann weitere Zusatzstoffe, wie Mannitol,
Dextran, Zucker, Glycin, Lactose oder Poylvinylpyrrolidon, oder
andere Zusatzstoffe, wie Antioxidantien oder Inertgas, Stabilisatoren
oder rekombinante Proteine (z.B. Humanserumalbumin) enthalten, die
zur in vivo Verabreichung geeignet sind. Eine typische virushaltige Formulierung,
die zur Gefriertrocknung geeignet ist, umfasst 10 mM Tris-Puffer,
140 mM NaCl, 18,9 g/l Dextran (MW 36000 bis 40000), 45 g/l Sucrose,
0,108 g/l L-Glutaminsäuremonokaliumsalz-Monohydrat,
pH 7,4. Die Glasampulle wird dann dicht verschlossen und zwischen
4°C und
Raumtemperatur über
mehrere Monate gelagert. Solange jedoch kein Bedarf besteht, wird
die Ampulle vorzugsweise bei Temperaturen unter –20°C gelagert.
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Zur
Impfung oder Therapie kann das Lyophilisat oder das gefriergetrocknete
Produkt in 0,1 bis 0,5 ml einer wässerigen Lösung, vorzugsweise Wasser,
physiologische Kochsalzlösung
oder Tris-Puffer, aufgelöst werden
und entweder systemisch oder lokal, d.h., über einen parenteralen, intramuskulären oder
anderen Verabreichungsweg, verabreicht werden, wie dem geübten Praktiker
bekannt ist. Die Art der Verabreichung, die Dosis und die Anzahl
von Verabreichungen kann auf bekannte Weise von Fachleuten optimiert
werden.
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Somit
betrifft die Erfindung gemäß einer
zugehörigen
Ausführungsform
ein Verfahren zur Beeinflussung, vor zugsweise Auslösung einer
immunologischen Reaktion in einem lebenden Tierkörper, einschließlich eines
Menschen, das die Verabreichung des Virus, der Zusammensetzung oder
des Impfstoffs gemäß der vorliegenden
Erfindung an ein zu behandelndes Tier oder einen zu behandelnden
Menschen umfasst. Für
gewöhnlich
umfasst eine Impfstoffgabe mindestens 102,
vorzugsweise mindestens 104, insbesondere
mindestens 106, insbesondere 108 TCID50 (infektiöse Gewebekulturdosis) des Virus.
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Es
ist ein besonderer Vorteil des rekombinanten MVA gemäß der vorliegenden
Erfindung, insbesondere des rekombinanten MVA-BN und seiner Derivate,
dass das Virus zur Prime-Boost-Verabreichung verwendet werden kann.
Somit betrifft die Erfindung des Weiteren ein Verfahren, in dem
das Virus, die Zusammensetzung oder der Impfstoff einem bedürftigen
Tier, einschließlich
eines Menschen, in therapeutisch wirksamen Mengen in einer ersten
Inokulation ("Primer-Inokulation") und in einer zweiten
Inokulation ("Booster-Inokulation") verabreicht wird.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Einführung einer
codierenden Sequenz in Zielzellen, bei dem man die Zielzellen mit
dem Virus gemäß der vorliegenden
Erfindung infiziert. Die Zielzelle kann eine Zelle sein, in der
das Virus zur Replikation imstande ist, wie CEF- oder BHK-Zellen,
oder eine Zelle, die mit MVA infiziert werden kann, in der das Virus
jedoch nicht repliziert, wie alle Arten menschlicher Zellen.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines
Peptids, Proteins und/oder Virus, wobei man in dem Verfahren eine
Wirtszelle mit dem rekombinanten Virus gemäß der vorliegenden Erfindung
infiziert, die infizierte Wirtszelle unter geeigneten Bedingungen
kultiviert und ferner das von der Wirtzelle produzierte Peptid und/oder
Protein und/oder die von der Wirtzelle produzierten Viren isoliert
und/oder anreichert. Wenn das Virus gemäß der vorliegenden Erfindung
produziert, d.h., amplifiziert, werden soll, muss die Zelle eine
Zelle sein, in der das Virus replizieren kann, wie CEF- oder BHK-Zellen.
Wenn ein Peptid/Protein erzeugt werden soll, für das das Virus codiert, vorzugsweise
ein Protein/Peptid, für
das eine codierende Sequenz codiert, deren Expression von dem ATI-Promotor
oder einem Derivat davon gesteuert wird, kann die Zelle jede Zelle
sein, die mit dem rekombinanten Virus infiziert werden kann, und
die die Expression von MVA-codierten Proteinen/Peptiden ermöglicht.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren Zellen, die mit dem Virus gemäß der vorliegenden
Erfindung infiziert sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1:
Ergebnisse einer PCR-Reaktion für
den Nachweis der Gegenwart von RNA, die von dem ATI-Promotor in
einem rekombinanten MVA nach Infektion von CEF-Zellen exprimiert
wird (siehe Beispiel 2).
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2:
Ergebnisse eines Western-Blots mit Proteinen, die von Zellen isoliert
wurden, die mit verschiedenen rekombinanten MVAs infiziert wurden. 2A: nicht reduzierende Bedingungen, nicht
erwärmte
Proteine; 2B: reduzierende Bedingungen,
nicht erwärmte
Proteine; C: nicht reduzierende Bedingungen, erwärmte Protein. Bahnen 1, 3,
4 sind die Zelllysate von Zellen, die mit MVA-ATI-NS1, MVA-GFP beziehungsweise
nicht infizierten Zellen infiziert sind. Bahnen 5, 7, 8 sind die Überstände von
Zellen, die mit MVA-ATI-NS1, MVA-GFP beziehungsweise den Überständen von
Zellkontrollen infiziert sind. Bahnen 2 und 6 wurden leer gelassen.
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Beispiele
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Die
folgenden Beispiele erklären
die vorliegende Erfindung näher.
Für den
Fachmann ist offensichtlich, dass die bereitgestellten Beispiele
in keiner Weise als Einschränkung
der Anwendbarkeit der Technologie, die durch die vorliegende Erfindung
bereitgestellt wird, auf diese Beispiele zu verstehen sind.
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Beispiel 1: Aktivität des Cowpox-ATI-Promotors
in verschiedenen Vacciniavirusstämmen
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Das
Ziel dieses Beispiels war, die Stärke des Cowpox-ATI-Promotors in
verschiedenen Vacciniavirusstämmen
zu analysieren.
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Einleitung:
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Der
Cowpox-ATI-Promotor wurde an das GUS- (E. coli β-Glucuronidase) Reportergen zur Expressionsanalyse
fusioniert. BHK- (Baby Hamster Kidney) Zellen wurden mit verschiedenen
Vacciniavirusstämmen infiziert
und mit einem Plasmid transfektiert, das den ATI-Promotor enthielt,
der an das GUS-Gen fusioniert war. Die analysierten Vacciniavirusstämme umfassten
CVA, Copenhagen, Elstree, IHD, Western Reserve und MVA-BN. Bei einem
funktionalen Promotor würde
GUS exprimiert werden und könnte
durch eine enzymatische Reaktion quantifiziert werden.
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Materialien
und Geräte
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- – BHK-Zellen
(ECACC Nr. 84100501)
- – Alle
Vacciniaviren wurden mit einem Titer von 7,5 × 107 TCID50 pro ml verwendet
- – Plasmid
pBNX73 (pBluescript + ATI-Promotor + GUS)
- – Effectene
Transfektionskit (Qiagen)
- – DMEM-Zellkulturmedien
(Gibco BRL)
- – FCS
(Gibco BRL)
- – Lysis-Puffer
(PBS + 0,1 % Triton + 1mM Protease-Inhibitor)
- – GUS-Substrat
1 mM (p-Nitrophenyl-Beta-(D)-Glucuronid;
Sigma, Kat. Nr. N1627)
- – Stopplösung 2,5
M (2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol; Sigma, Kat. Nr. A9754)
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Verfahren:
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Beimpfung von Zellen
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5 × 105 BHK-Zellen wurden pro Transfektion in eine
Vertiefung einer Platte mit 6 Vertiefungen geimpft und in DMEM/10%
FCS über
Nacht bei 37°C
und 5% CO2 gehalten.
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Infektion/Transfektion
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Zellen
wurden mit den verschiedenen Vacciniavirusstämmen (MOI 0,1) in 0,5 ml DMEM/10%
FCS pro Vertiefung infiziert und 1 h bei Raumtemperatur auf einem
Schüttelapparat
inkubiert. Die Transfektion wurde laut Beschreibung im Herstellerprotokoll
durchgeführt.
2 μg Plasmid
wurden in Puffer EB verdünnt
(100 μl
Gesamtvolumen). Nach der Zugabe einer 3,2 μl Verstärkerlösung wurde die Lösung gemischt
und 5 min bei Raumtemperatur inkubiert. Dann wurden 10 μl Effectene-Reagens
zugegeben, die Suspension wurde gemischt und 10 min bei Raumtemperatur
inkubiert. Die Virussuspension wurde von den Zellen entfernt und
1,6 ml DMEM/10% FCS wurden zugegeben. 0,6 ml DMEM/10% FCS wurden
zu der DNA-Effectene-Mischung
zugegeben und auf die Zellen getropft, während die Kulturplatte gedreht
wurde. Die Zellen wurden dann 48 Stunden inkubiert.
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Ernten der
Zellen
-
Das
Medium wurde von den Zellen entfernt und 0,5 ml Lysis-Puffer wurde
zugegeben. Nach 15 min Schütteln
bei RT wurden die Zellen im Lysis-Puffer abgeschabt, in ein 1,5
ml Reaktionsgefäß überführt und heftig
verwirbelt. Lysierte Zellen wurden 1 min bei 500 rcf und 4°C zentrifugiert,
der klare Überstand
wurde in eine frische Ampulle überführt und
bis zur Verwendung bei –20°C gelagert.
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Bestimmung
der GUS-Aktivität
-
10 μl Zellextrakt
(= Protein von 2 × 104 Zellen) wurde einer 1 ml vorgewärmten Substratlösung (37°C) zugegeben
und bei 37°C
inkubiert, bis sich eine gelbe Farbe entwickelte. Dann wurden die
Proben sofort auf Eis gelegt und 0,4 ml Stopplösung zugegeben. Die Extinktion
bei 415 nm wurde bestimmt und mit der GUS-Aktivität gleichgesetzt,
da Extinktionswerte zwischen 0,05 und 2,0 in einem linearen Bereich
sind. Die Substratlösung
wurde als Referenz verwendet, und ein Zellextrakt nicht infizierter
Zellen wurde als negative Kontrolle verwendet.
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Ergebnisse:
-
Die
Quantifizierung der GUS-Aktivität,
die von dem ATI-Promotor-GUS-Genkonstrukt
in BHK-Zellen exprimiert wurde, die mit den verschiedenen Vacciniavirusstämmen infiziert
waren, ergab die folgenden Ergebnisse:
-
Beispiel 2: Expression
von Fremdgenen, die in das MVA-Genom
inseriert und durch den Cowpox-ATI-Promotor reguliert waren
-
Das
Ziel dieses Beispiels war der Nachweis, dass der ATI-Promotor imstande
ist, Gene zu regulieren und zu exprimieren, wenn sie in das Genom
von MVA inseriert waren.
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Einleitung:
-
Der
Cowpox-ATI-Promotor wurde an das nicht strukturelle (NS) 1 Gen des
Denguevirus fusioniert. Diese Expressionskassette wurde in einen
Rekombinationsvektor inseriert, der Sequenzen umfasste, die zu dem MVA-Genom
homolog waren. In dem erhaltenen Rekombinationsplasmid war die Expressionskassette
von Sequenzen flankiert, die zu den Sequenzen im MVA-Genom homolog
waren, in das die Expressionskassette inseriert werden sollte. CEF-Zellen wurden mit
MVA-BN infiziert und mit dem Rekombinationsvektor transfektiert,
der die ATI-Promotor-NS1-Expressionskassette
umfasste. In den Zellen trat eine homologe Rekombination zwischen
dem MVA-Genom und dem Rekombinationsplasmid ein, wodurch ein rekombinantes
MVA-Genom erhalten wurde. Nach mehreren Reinigungsdurchgängen wurde
analysiert, ob das NS1-Protein in dem rekombinanten MVA von dem
ATI-Promotor exprimiert wurde. In parallelen Experimenten wurde
eine Expressionskassette, die eine Sequenz umfasste, die für ein HIV-Polytop
unter der Steuerung des ATI-Promotors codierte, in das MVA-Genom
inseriert, und es wurde erneut getestet, ob der ATI-Promotor in
MVA aktiv ist und das HIV-Polytop exprimiert.
-
Materialien
und Geräte
-
- – Primäre CEF-Zellen
- – Baby
Hamster Kidney Zellen (BHK; Hinterlegung 85011433 bei der European
Collection of Animal Cell Cultures)
- – MVA-BN
mit einem Titer von 108 TCID50/ml
- – Plasmid
pBN74 und pBN84; pBN74 umfasst eine Sequenz, die für ein HIV-Polytop
unter der Steuerung eines ATI-Promotors codiert, und pBN84 umfasst
die codierende Sequenz für
das Denguevirus NS1 Protein unter der Steuerung des ATI-Promotors.
Zusätzlich
zu der Expressionskassette, die die Deguevirus codierende Sequenz
beziehungsweise die HIV-Polytop codierende Sequenz umfasst, umfassen
beide Plasmide ein G418 Resistenzgen und ein Gen, das für das grüne fluoreszierende
Protein codiert, als Markergene. Die Markergene, wie auch die Expressionskassetten
für Denguevirus
NS1 beziehungsweise das HIV-Polytop, sind von MVA-Sequenzen flankiert,
die zu der Region des MVA-Genoms homolog sind, in die die heterologen
Gene zu inserieren sind.
- – Effectene
Transfektionskit (Qiagen)
- – VF-SFM
Zellkulturmedien (Gibco BRL)
- – RNeasy
RNA Isolierungskit (Qiagen)
- – DNAse,
RNAse-frei (Roche)
- – MMLV
Reverse Transkriptase (Promega)
- – Taq
DNA Polymerase (Roche)
- – RNAse
Inhibitor RNAsin (Promega)
- – Die
folgenden Oligonukleotide wurden von MWG, Deutschland, gekauft:
Primer oBN465 ggtctgatttccatcccgtac (21 Nukleotide), der für die Reserve
Transkriptase Reaktion verwendet wird,; Primer oBN463 gaactgaagtgtggcagt
(18 Nukleotide), der zur PCR verwendet wird; Primer pBN464 cggtggtaatgtgcaagatc (20
Nukleotide), der zur PCR verwendet wird.
-
Methoden Integration
ins MVA-Genom durch homologe Rekombination
-
Die
zuvor beschriebenen Plasmide pBN74 oder pBN84 wurden zum Integrieren
einer HIV-Polytop codierenden Sequenz beziehungsweise der Dengue
NS1 Expressionskassette in das MVA-Genom durch homologe Rekombination
zwischen einerseits MVA-Sequenzen, die die Expressionskassetten
in pBN74 oder pBN84 flankierten, und andererseits den homologen
Zielsequenzen innerhalb des MVA-Genoms
verwendet. Dies wird durch Transfektieren des linearisierten Plasmids
pBN74 oder pBN84 in Chicken Embryo Fibroblasts (CEF-) Zellen erreicht,
die zuvor mit MVA bei geringer Multiplicity of Infection infiziert
worden waren. Insbesondere wurden CEF-Zellen in Platten mit 6 Vertiefungen
geimpft und über
Nacht bei 37°C
und 5% CO2 in VP-SFM gehalten. Die Zellen
wurden mit MVA-BN (MOI 1,0) in 0,5 ml VP-SFM pro Vertiefung infiziert
und 1 h bei Raumtemperatur auf einem Schüttelapparat inkubiert. Die
Transfektion der Zellen entweder mit pBN74 oder pBN84 wurde laut
der Beschreibung im Herstellerprotokoll durchgeführt. 48 Stunden nach der Infektion
oder sobald die Infektion Konfluenz erreicht hat, wird ein virales
Extrakt hergestellt und bei –20°C gelagert
und ist für
die Selektion und Klonreinigung der gewünschten rekombinanten MVA (rMVA)
bereit.
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Selektion rekombinanter
MVA (rMVA) und Klonreinigung
-
Die
Eliminierung des nicht rekombinanten MVA (leeres Vektorvirus) und
die Amplifizierung von rMVA wird durch Infektion konfluenter Chicken
Embryo Fibroblast (CEF-) Zellen bei einer geringen MOI in Gegenwart von
G418 erreicht (die Menge von G418 muss optimiert werden, um die
höchste
Dosis zu bestimmen, die die CEF-Zellen nicht abtötet). Jedes Virus, das kein
integriertes NPT II Gen enthält,
repliziert nicht in Gegenwart von G418, das dem Zellerhaltungsmedium
zugegeben wird. G418 hemmt die DNA-Replikation, aber da die CEF-Zellen
im stationären,
nicht replizierenden Zustand sind, werden sie durch die Wirkung
von G418 nicht beeinflusst. CEF-Zellen,
die mit rMVAs infiziert sind, können
unter einem Fluoreszenzmikroskop augrund der Expression des verstärkten flureszierenden
grünen
Proteins sichtbar gemacht werden.
-
Virale
Extrakte aus dem homologen Rekombinationsschritt werden seriell
verdünnt
und zum Infizieren frischer CEF-Zellen in Gegenwart von G418 verwendet.
Die infizierten Zellen werden mit Agarose mit niederem Schmelzpunkt
bedeckt. Nach 2 Tagen Infektion werden die Platten unter einem fluoreszierenden
Mikroskop auf einzelne Herde grüner
infizierter Zellen untersucht. Diese Zellen werden markiert und
Agarosepropfen, die die infizierten Zellherde enthalten, werden
entnommen und in 1,5 ml Mikrozentrifugationsröhrchen überführt, die steriles Zellerhaltungsmedium
enthalten. Virus wird aus dem Agarosepropfen durch dreifaches Gefrieren-Auftauen der Röhrchen bei –20°C freigesetzt.
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Das
rekombinante MVA mit der inserierten Dengue-NS1-Expressionskassette, das in dieser Erfindung beschrieben
ist, wurde als MVA-ATI-NS1 bezeichnet.
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Nachweis der RNA, die
vom ATI-Promotor in rekombinantem MVA exprimiert wird
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Für den Nachweis
der RNA, die vom ATI-Promotor in Zellen exprimiert wird, die mit
dem rekombinanten MVA infiziert sind, wurde eine RNA-Extraktion
wie laut Beschreibung im Herstellerprotokoll durchgeführt (Rneasy
Mini Protocol for the Isolation of Total RNA from Animal Cells).
Eine DNAse-Aufschlussreaktion wurde durch Zugabe von 3 μl DNAse RNAse-frei
(= 30U; Roche), 3 μl
10 × Puffer
A (üblicherweise
für Restriktionen verwendet,
Roche) zu 5 μg
RNA in einem Volumen von 30 μlm,
eingestellt mit Wasser, durchgeführt.
Die Mischung wurde 90' bei
37°C inkubiert.
RNA wurde unter Verwendung von Rneasy-Säulen entsprechend dem Herstellerprotokoll
gereinigt. Zur reversen Transkription wurden 2 μg RNA mit 1 μg Primer oBN465 zur reversen
Transkription gemischt und das Gesamtvolumen wurde durch Zugabe
von Wasser auf 10 μl
eingestellt. Dies wurde 5' bei
70°C inkubiert
und das Röhrchen
wurde auf Eis überführt. Dann
wurden 5 μl
5 × Puffer,
5 μl dNTP
Mischung (10 μM),
0,5 μl Rnasin,
2 μl M-MLV
RT (200U) und 2,5 H2O zugegeben und die
Mischung wurde 60' bei
42°C inkubiert.
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Für die PCR-Amplifikation
wurden 5 μl
der RT-Reaktion mit 36 μl
H2O, 5 μl
10 × Puffer,
1 μl dNTPs,
2 ml jedes Primers oBN463 und oBN464 (10 μM) und 1 μl Taq-Polymerase gemischt. Die
DNA wurde in 25 Zyklen amplifiziert (1 min Extension, Annealing-Temperatur
55°C) und
durch Gelelektrophorese analysiert.
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Nachweis des Denguevirus
N1 Proteins, das in Zellen exprimiert wird, die mit MVA-ATI-NS1
infiziert sind
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Ein
25 cm2 Kolben mit etwa 80% konfluenten Monoschichten
von BHK Zellen wurde mit 100 μl MVA-ATI-NS1
Virusstamm, verdünnt
auf 1 × 107 in MEMα mit
1% FCS inokuliert und bei Raumtemperatur 30 Minuten geschüttelt. 5
ml MEMα mit
3% FCS wurden jedem Kolben zugegeben und bei 30°C in einem CO2 Inkubator
inkubiert. Der Kolben wurde nach 48 Stunden geerntet. Der Überstand
wurde aus dem Kolben entfernt und bei 260 g 10 Minuten bei 4°C rotiert.
Die Überstände wurden
in Teilmengen bei –80°C gelagert.
Das Pellet wurde zweimal mit 5 ml 1xPBS gewaschen und dann in 1
ml hypotonem Douncing-Pufer mit 1% TX100 resuspendiert. Die Zelllysate
wurden geerntet und 5 Minuten bei 16000 g rotiert und die Überstände wurden
in einem Mikrozentrifugationsröhrchen
bei –80°C gelagert.
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Kolben,
die mit Kontrollviren inokuliert waren, und nicht infizierte Kolben
wurden auch auf dieselbe Weise wie zuvor beschrieben behandelt.
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Das
Zell-/virale Lysat und der Überstand
wurden entweder in einem nicht reduzierenden oder reduzierenden
Probenpuffer entweder unter nicht erwärmten oder erwärmten Bedingungen
behandelt. Die Proteine wurden auf 10% SDS PAGE getrennt und auf
Nitrozellulosemembrane überführt. Die
Blots wurden über
Nacht mit gepoolten Seren von konvaleszenten Patienten (PPCS), d.h.,
Seren von Patienten, die an einer Denguevirusinfektion litten, bei
1:500 Verdünnung
sondiert. Nach drei Waschungen mit 1x PBS wurden die Blots mit Anti-Mensch-IgG-Meerrettichperoxidase
(HRP) (DAKO) 2 Stunden bei Raumtemperatur inkubiert. Nachdem die
Blots wie zuvor beschrieben gewaschen worden waren, wurde die Farbe
unter Verwendung von 4-Chloro-1-naphthol entwickelt. Die Ergebnisse
sind in 2 dargestellt.
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Ergebnisse
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Das
NS1 Gen wie auch das HIV Polytop wurden nachweislich exprimiert,
wenn sie durch den Cowpox-ATI-Promotor reguliert wurden (1).
Die entsprechende mRNA war klar nachweisbar. Insbesondere war das
erwartete Signal von 926 bp nach RT-PCR der RNA-Probe klar nachweisbar
(1, Bahn 2). Unter Verwendung nur der Probe für PCR war
kein Signal nachweisbar (1, Bahn 3). Daher kann ein falsch-positives
Signal, das durch DNA-Kontamination
verursacht wird, ausgeschlossen werden. 1, Bahn
4 zeigt das Ergebnis der PCR mit der positiven Plasmidkontrolle.
Wie erwartet, war die Größe des PCR-Produkts
mit der Größe des PCR-Produkts
nach RT-PCR der RNA-Probe identisch. 1, Bahn
5 zeigt das Ergebnis einer RT-PCT Reaktion mit einer negativen Kontrolle
(Wasser). 1, Bahn 1 und 6 sind Molekulargewichtsmarker (100bp
Leiter).
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Die
Western Blot Ergebnisse zeigten, dass NS1 in Zellen exprimiert wird,
die mit MVA-ATI-NS1 infiziert sind. NS1 wurde in der rechten Konformation
und als ein Dimer unter nicht erwärmten Bedingungen exprimiert, wie
in Bahn 1 von 1A und 2B dargestellt
ist. Wenn die Probe erwärmt
wurde, wird das NS1 Monomer sichtbar, wie in 2C dargestellt
ist.
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Die
Ergebnisse zeigten auch, dass NS1, das in Zellen exprimiert wird,
die mit MVA-ATI-NS1 infiziert sind, antigen ist und von den gepoolten
konvaleszenten Patientenseren erkannt wird.
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Als
Schlussfolgerung haben die Versuche gezeigt, dass NS1 in der rechten
Konformation in den BHK Zellen exprimiert wird, die mit MVA-ATI-NS1
infiziert sind. Sowohl das Dimer wie auch das Monomer sind antigen
und werden von den gepoolten konvaleszenten Patientenseren erkannt.
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ANGABEN
ZU EINEM HINTERLEGTEN MIKROORGANISMUS (PCT RULE 13bis)
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ANGABEN
ZU EINEM HINTERLEGTEN MIKROORGANISMUS (PCT RULE 13bis)
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ANGABEN
ZU EINEM HINTERLEGTEN MIKROORGANISMUS (PCT RULE 13bis)
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