DE68926499T2 - Synthetisches antigen zum bewirken einer anti-hiv-reaktion - Google Patents

Synthetisches antigen zum bewirken einer anti-hiv-reaktion

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Impfstoffen und Diagnose- oder Prognosereagentien für AIDS. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein synthetisches oligopeptid, das Zytotoxizität durch T-Zellen gegen Human-Immunschwächevirus-(HIV)-Antigene und die Proliferation von HIV-spezifischen CTL hervorruft.
  • STAND DER TECHNIK
  • Verschiedene Strategien werden zur Bekämpfung des erworbenen Immunschwächesyndroms (AIDS) entwickelt. Das Hüllprotein des menschlichen Immunschwächevirus (HIV) wurde als ein antigener Wirkstoff zur Erzeugung von Anti-HIV-Antikörpern verwendet. Dieser Lösungsansatz betont den Mechanismus des Hervorrufens von neutralisierenden Antikörpern gegen das Virus.
  • Eine andere Art der HIV-Infektion ist jedoch die direkte Zelle-zu-Zelle-Übertragung von HIV. Ein derartiger zellver mittelteümechanismus erfordert keine Neuinfektion durch extrazelluläres Virus. Somit wären Behandlungsmodalitäten, die von der Zugänglichkeit und Neutralisierung des Virus durch die Antikörper abhängig sind, in Fällen der zellvermittelten Infektion nicht wirksam.
  • Es wurde berichtet, daß zytotoxische T-Lymphozyten (CTL) eine wichtige Rolle bei der Resistenz gegen die virale Infektion spielen (Kast, et al., J. Exp. Med., 164: 723-748 (1986)). Ein synthetisches Peptid, das eine gesteigerte Produktion der T-Zellen stimuliert, um selektiv das Target (HIV-Antigen exprimierende Zellen) zu töten, ist jedoch bisher nicht bekannt oder identifiziert.
  • EP-A-0273716, eingereicht am 23. Dezember 1987 und veröffentlicht am 6. Juli 1988, zeigt ein Verfahren der Induzierung von zellulärer Immunität gegen das native Protein des AIDS- Virus durch Immunisierung mit kurzen synthetischen Peptiden auf. Tabelle 3 zeigt das Peptid IleArgIleGlnArgGlyProGly-ProArgAlaPheValThrIleGlyLysIleGlyAsnMetArgGlnAlaHisCys. Bei der Bestimmung der potentiellen Immunogenität der Proteinsequenz wurden die helikale Amphipathizität der Segmente entlang der gesamten Sequenz eines Proteins, die konformationale Propensität von Segmenten, die Anwesenheit oder Abwesenheit von Helixunterbrechern in Segmenten und die Anwesenheit und die Plazierung von Aminosäureresten, welche die T-Zellerkennung begünstigen, in der Proteinsequenz berücksichtigt.
  • Das Dokument lehrt T-Zellepitope, die von T-Helferzellen in Verbindung mit Haupthistokompatibilitätskomplex-(MHC)-Molekülen der Klasse II erkannt werden. Die Lehren sind nicht anwendbar auf oder beinhalten nicht T-Zellepitope, die von zytotoxischen T-Zellen in Verbindung mit MHC-Molekülen der Klasse I erkannt werden. Die Druckschrift zeigt, daß T-Helferzellen zur Erkennung von Peptidsequenzen neigen, die sich als amphipatische Helices auf der Basis ihrer Periodizität der Hydröphobität falten können. Dieser Lösungsansatz wird verwendet, um T-Helferzellepitope auf HIV zulokalisieren. Keine dieser Untersuchungen weist darauf hin, daß diese Prinzipien auf zytotoxische T-Zellen angewendet werden können.
  • WO 86/02382 zeigt Antigene des Lymphadenopathie-assoziierten Virus (LAV) und des erworbenen Immunschwächesyndroms (AIDS) auf, ein Verfahren zur Herstellung der Antigene, eine das Antigen umfassende Impfstoffzusammensetzung, ein Verfahren zur Erfassung von Antikörpern gegen LAV oder damit verwandte Proteine und Diagnosekits zur in-vitro-Erfassung von Antikörpern gegen LAV.
  • In ähnlicher Weise ist die WO 87/02775 auf eine Zusammensetzung und ein Verfahren zur Erfassung von sowie auf eine Impfung gegen virale verursachende Wirkstoffe von AIDS und des mit AIDS zusammenhängenden Komplexes (ARC) gerichtet. Obgleich dieses Dokument HTLV-III Hüll-Glykoproteine und Peptide aufzeigt, ist es auf Mechanismen zum Hervorrufen von Antikörpern gerichtet, die in der Lage sind, HTLV-III zu neutralisieren.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein isoliertes synthetisches Peptid zu schaffen, das in der Lage ist, zytotoxische T-Zellen speziell gegen HIV-Antigen exprimierende Zellen zu stimulieren. Der Einfachheit halber wird das Peptid gemäß vorliegender Erfindung hierin als "Env-K&sub1;" bezeichnet.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pharmazeutische Zusammensetzung zu schaffen, die eine antigene Menge des Env-K&sub1; Peptids enthält, um die Produktion von HIV-spezifischen CTL zu stimulieren.
  • Es isteine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Diagnose- und Prognosekit zum Erfässen von HIV odervgrhersagen des Verlaufes einer HIV-Infektion zu schaffen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verwendung des Env-K&sub1;-Peptids zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung zur Verhinderung oder Behandlung einer HIV-Infektion in einem dafür anfälligen Wirt zu schaffen, welche Zusammensetzung eine wirksamen Menge von Env-K&sub1; Peptid zur Herstellung von HIV-spezifischen CTL enthält.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillieren Beschreibung der Erfindung deutlich.
  • KURZBESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und viele der mit der Erfindung verbundenen Vorteile sind durch das Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet, besser verständlich.
  • Fig. 1 zeigt das Dosis-Ansprechverhalten von Env-K&sub1; für die Sensibilisierung von Targets für hüllspezifische CTL. CTL-Linie-Effektorzellen (5 x 10&sup4;/Schale) wurden zu der Versuchskultur mit verschiedenen Konzentrationen von Env-K&sub1; in der Anwesenheit von &sup5;¹Cr-markierten, Neo-Gen transfizierten BALB/c3T3 Fibroblasten-(H-2d)-Targetzellen (5 x 10³/Schale) hinzugegeben. Nach sechsstündiger Inkubation bei 37ºC wurde der Kulturüberstand abgeerntet und die Radioaktivität in einem Gammazähler gemessen. Die spezifische &sup5;¹CR-Freisetzung wurde berechnet wie unten beschrieben. Die spontane Freisetzung für die Targetzellen lag unter 25%.
  • Fig. 2 zeigt den pHänotyp der H-2d CTL-Linie, der für Env-K&sub1; tragende Zellen spezifisch ist. 5 x 10³ &sup5;¹CR-markierte BALB/c3T3 Neo-Gen Transfektanten wurden mit Zellen von der Larigzeit-Anti-gp160 CTL-Linie in mehreren Effektor-Target- Verhälthissen in Anwesenheit von 1 M Env-K&sub1; kultiviert. Die Effektorzellen wurden mit monoklonalen Antikörpern Anti-L3T4 plus Komplement ( - ), Anti-Lyt2 plus Komplement ( - ) oder nur mit Komplement ( - ) vorbehandelt. ( - ) zeigt die Kontrollgruppe ohne Behandlung.
  • Fig. 3 zeigt, daß die für Peptid Env-K&sub1; spezifischen CTL durch das Klasse I Molekül Dd restringiert sind. 5 x 10&sup4; Effektorzellen von der Langzeitlinie wurden mit 5 x 10³ &sup5;¹Cr- markierten Targets in Anwesenheit von verschiedenen Konzentrationen von Env-K&sub1; kultiviert. T1.1.1 ( - ) und T4.8.3 ( - ) bezeichnen L-Zellen-(H-2k)-Transfektanten, die Ld bzw. Dd exprimieren. Neo-Gen transfizierte 3T3 Fibroblasten, 18-Neo, (Kd,Ld,Dd) ( - ) wurden als eine positive Kontrollgruppe und Neo-Gen transfizierte L-Zellen, L28, (Kk, Dk) ( - ) als eine negative Targetkontrollgruppe verwendet. Die spezifische Lyse in der Abwesenheit von Peptid betrug -0,2, 0,3, 1,5 und 0,02% jeweils für die 4 Targets. Die spontane Freisetzung lag im Bereich von 14,6 bis 16,8%.
  • Fig. 4 zeigt die Stimulation der Proliferation der CTL LINIE durch Env-K&sub1; in Anwesenheit von IL-2. Feld 4A zeigt 1 x 10&sup4; LINIE-Zellen, die mit 0,1 µM Env-K&sub1; (Peptid Nr. 18) oder keinem Peptid mit oder ohne 10% IL-2 (dieselbe Quelle wie zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der LINIE) in Anwesenheit von 2 x 10&sup4; Mitomycin-C behandelten (50 µg/ml, 37ºC, 30 Min.) 18Neo Transfektanten (H-2d) in 200 µl Medium in 96 Schalen enthaltenden Flachbodenkulturplatten stimuliert wurden. Nach 3 Tagen wurden die Schalen mit 1 µ Ci ³H-Thymidin (6,7 Ci/mmol) gepulst und weitere 16 Stunden später wurde die ³H- Aktivität durch β-Szintillationszählung gemessen. Feld 4B zeigt 1 x 10&sup4; LINIE-Zellen, die mit 0,1 M Env-K&sub1; (Peptid Nr. 18) oder Peptid Nr. 30 oder keinem Peptid mit oder ohne 10% IL-2 in Anwesenheit von 4 x 10&sup5; bestrahlten (3300 rad) B10.D2 Milzzellen (SC) (H-2d in 200 µl Medium in 96 Schalen enthaltenden Flächbodenkulturplatten stimuliert wurden. Die Thymidininkorporation wurde wie in Feld A gemessen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorstehenden und verschiedene weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch ein isoliertes synthetisches Oligopeptid, Env-K&sub1;, erzielt, das etwa 15 Aminosäurereste in der folgenden Sequenz hat:
  • Arg - Ile - Gln - Arg - Gly - Pro - Gly - Arg - Ala - Phe - Val - Thr - Ile - Gly - Lys, oder eine funktionell äquivalente Variante davon.
  • Sofern nicht anders definiert, haben alle technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung, wie sie allgemein von einem Durchschnittsfachmann des Fachgebiets, zu dem diese Erfindung gehört, verstanden wird. Obgleich Verfahren und Materialien, die ähnlich oder gleich denjenigen sind, die hierin beschrieben werden, in der praktischen Ausführung oder zur Prüfung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden nachfolgend die bevorzugten Verfahren und Materialien beschrieben. Alle nachfolgend erwähnten Veröffentlichungen sind hierin durch Bezugnahme eingeschlossen. Sofern nicht anderweitig erwghnt, werden Standardvorgehens- oder -verfahrensweisen, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, befolgt.
  • Der Begriff "Variahte" oder "funktionell äquivalente Variante", wie er hierin verwendet wird, bedeutet, daß das Oligopeptid Env-K&sub1; gemäß vorliegender Erfindung durch Deletion, Addition, Substitution oder Derivatisierung der hierin beschriebenen Aminosäurereste in jeder geeigneten Weise modifiziert werden kann, solange das resultierende Peptid in einer funktionell der Wirkweise von Env-K&sub1; ähnlichen Weise. fur jedes HIV-Isolat wirkt. Alle derartigen Varianten oder Derivate des Env-K&sub1;-Peptids gemäß vorliegender Erfindung sind hierin als funktionelle Äquivalente desselben eingeschlossen, wobei es sich versteht, daß mit den modernen Techniken der chemischen Synthese und Manipulationen mehrere Variationen der Aminosäuresequenz von Env-K&sub1;, während dessen essentielle biologische Eigenschaften aufrechterhalten werden, innerhalb der Fähigkeiten eines Durchschnittsfachmannes in dem Fachgebiet, zu dem diese Erfindung gehört, liegen.
  • Mit der bekannten Aminosäuresequenz von Env-K&sub1; wird das Peptid problemlos in herkömmlicher Weise unter Verwendung von im Handel erhältlichen Peptidsynthesizern (wie z.B. Applied Biosystems Model 430A) synthetisiert, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind.
  • Die Details der Materialien und der Verfahren werden nachstehend beschrieben.
  • Mäuse:
  • BALB/c (H-2d) und C3H/HeN (H-2k)-Mäuse wurden von Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME) erhalten. BALB.K (H-2k) und BALB/c Mäuse, die in bestimmten Experimenten verwendet wurden, wurden in der Kolonie gezüchtet, die auf NIH gehalten wurde. Die Mäuse wurden im Alter von 6-12 Wochen verwendet.
  • Rekombinante Vacciniaviren:
  • vSC-8 (rekombinanter Vacciniavektor, der das bakterielle lacZ Gen enthält) und vSC-25 (rekombinanter Vacciniavektor, der das HIV env Glykoprotein gp 160 des HTLV IIIB-Isolats ohne andere strukturelle oder regulatorische HIV-Proteine exprimiert) entsprachen denen durch Chakrabarti, et al. Nature, 320: 535-537 (1986) beschriebenen.
  • Transfektanten:
  • Ein EcoRV Fragment, das die Region des HIV Klons BH.8 enthµlt, die für gp 160 codiert, das zum Aufbau von vSC-25 verwendet wird, wurde in den von SV40 hergeleiteten Expressionsvektor pcEXV-3 geklont. Diese DNA wurde zusammen mit pSV2neo in entweder BALB/c-3T3 (H-2d) oder DAP.3 L- Zellen (H-2k)-Fibroblasten unter Verwendung eines Standardkalziumphosphat-Präzipitationsverfahrens co-transfiziert. Die Transfektanten wurden auch mit Psv2neo alleine hergestellt. Einzelne Klone wurden nach der Selektion G418 (Geneticin, GIBCO) ausgewählt, expandiert und auf die Expression des gp 160 Gens durch RNA Hybridisierung unter Verwendung des EcoRB Fragments, das durch Random Hexamer Priming markiert wurde, als Probe geprüft. T1.1.1 und T4.8.3 sind L-Zellen Transfektanten, die Ld bzw. Dd MHC-Moleküle der Klasse 1 jeweils exprimieren.
  • Monoklonale Antikörper (mAb):
  • Die folgenden mAb wurden verwendet: Anti-Lyt2 (3.155; Ratten-IgM) und Anti-L3T4 (RL172,4; Ratten-IgM)
  • CTL-Erzeugung:
  • Mäuse wurden i.v. mit 10% &sup7;PFU rekombinanten Vacciniaviren immunisiert. Drei bis 14 Wochen später wurden immune Milzzellen (5x10&sup6;/ml in 24 Schalen enthaltenden Kulturplatten in vollständigem T-Zellenmedium) 6 Tage lang in vitro entweder mit 2,5 x 10&sup6;/ml syngenetischen Milzzellen, die mit rekombinantem Vacciniavirus infiziert waren (1 Stunde, 370, MOI von 10:1), oder 2 x 10&sup5;/ml gp 160 Gen-transfizierten, MHC-identischen Fibroblasten restimuliert. Eine Langzeit-CTL-Linie wurde ebenfalls durch repetitive Stimulation der Immunzellen mit mitomycinbehandelten, gp 160 Gentransfizierten Fibroblasten und 10% Con-A Überstand enthaltendem Medium erzeugt.
  • CTL-Untersuchung:
  • Nach der Kultivierung für 6 Tage wurde die zytolytische Aktivität der restimulierten Zellen mit dem Verfahren von Bennink, et al., Nature, 311: 578-579 (1984) gemessen, wobei eine sechsstündige Untersuchung mit verschiedenen &sup5;¹Cr-gekennzeichneten Targets, die mit verschiedenen Peptidkonzentrationen zu Beginn der Untersuchung gemischt wurden, verwendet wurde. Die prozentspezifische &sup5;¹Cr-Freisetzung wurde als 100 gerechnet (experimentelle Freisetzung - spontane Freisetzung)/(maximale Freisetzung - spontane Freisetzung). Die maximale Freisetzung wurde aus Zellüberständen bestimmt, die durch Zugabe von 5% Triton-X 100 lysiert wurden. Die spontane Freisetzung wurde aus Targetzellen bestimmt, die ohne hinzugefügte Effektorzellen inkubiert wurden.
  • Peptidsynthese:
  • 13 bis 23 Reste lange synthetische Peptide wurden unter Verwendung des mehrfachen gleichzeitigen Peptidverfahrens der Festphasen-Peptidsynthese in Polypropylennetz-"Teebeuteln" hergestellt, wie durch Houghten, Proc. Natl. Acad. Sci.. U.S.A., 82: 5131-35 (1985) beschrieben. Herkömmliche blockierte BOC-Aminosäuren und HF-Spaltung wurden verwendet. Peptide wurden durch Umkehrphasenchromatographie auf C-18 "sep-Pak" Säulen (Waters) entsalzen und durch HPLC analysiert. Sie wurden auf das Fehlen von nichtspezifischer Toxizität oder Mitogenizität in einer Lymphknoten T-Zell-Proliferationsuntersuchung voruntersucht.
  • Alternativ wird Env-K&sub1; auch durch im Handel erhältliche Peptidsynthesizer, wie z.B. Applied Biosystems Model 430A, synthetisiert.
  • Demonstration, daß Peptid Env-K&sub1; ein immundominantes Epitop für HIV-hüllspezifische CTL ist, die Proliferation von HIV- spezifischen CTL stimuliert und durch diese CTL zu tötende Targets sensibilisiert.
  • Bedingungen zur Auswahl von Maus-CTL, die für HIV gp 160 spezifisch sind. Die Fähigkeit von rekombinanten Vacciniaviren, für die Produkte von eingefügten viralen Genen spezifische CTL anzuregen und zu stimulieren, wurde verwendet, um CTL zu erzeugen, die für HIV gp 160 spezifisch sind, und zwar unter Verwendung von BALB/c (H-2d)-Mäusen. Die Spezifität für gp 160 wurde in drei Ebenen gefunden -- Lymphozytenanregung, Restimulation und Effektorfunktion (Tabelle 1). Somit konnte nur das rekombinante Vacciniavirus, das gp 160 (vSC-25) exprimiert, nicht das rekombinante Vacciniavirus, das das bakterielle lacz Gen (vSC-8) enthält, Mäuse zur Entwicklung von CTL anzuregen, die in der Lage sind, die gp 160 exprimierenden Fibroblasten, 15-12 (vergleiche Gruppen 2 und 4 und Gruppen 5 und 6) zu töten. Entsprechend konnten nur syngenetische vSC-25 infizierte Zellen oder das gp 160 exprimierende Transfektant 15-12, jedoch nicht Zellen, die mit dem Kontroll-Vacciniavirus vSC-8 infiziert waren, Immun-T-Zellen in vitro zur Tötung des spezifischen Targets restimulieren (Gruppen 4 und 6 gegenüber Gruppe 3). CTL von gp 160-angeregten. und restimulierten Milzzellen töteten vorzugsweise gp 160 exprimierende Targets gegenüber Kontroll-H-2-angepaßten Targets (Gruppen 4 und 6). Die geringfügige, aber signifikante unspezifische Tötung von Kontrolltargets (18 neo) durch vSC- 25-restimulierte Milzzellen trat nicht auf, wenn die Restimulation mit dem Transfektanten eher als mit Vaccinia-infizierten Zellen durchgeführten wurde. Vaccinia-(vSC-25)-infizierte Targets dienten als eine positive Kontrollgruppe. Schließlich wurde eine Langzeitlinie von CTL-Effektoren, die für gp 160 exprimierende Targets spezifisch sind, durch repetitive Stimulation von Milzzellen von vSC-25 immunisierten Mäusen mit 15-12 Transfektanten und Con A Überstand (Gruppe 7) geschaffen.
  • Identifikation eines immundominanten CTL Epitops auf gp 160.
  • Eine Reihe von 41 überlappenden Peptiden in 17 Clustern, die 46% der HIV gp 160 env Proteinsequenz abdecken, ausgewählt unter Verwendung des Amphipathizitätsalgorithmus zur Suche nach immundominanten T-Helferzellepitopen, die jedoch einige zusätzliche Regionen der Sequenz als Kontrolle enthielten, wurden synthetisiert, um Helferepitope zu untersuchen und wurde verwendet, um auch nach CTL-Epitopen zu suchen. Um die T-Zellepitope zu identifizieren, die durch gp 160-spezifische BALB/c CTL erkannt wurden, wurden verschiedene Konzentrationen von Peptid zu den Effektoren und &sup5;¹Cr-markierten Fibroblasten. Tumortargets zu Beginn der Versuchskultur zugegeben. Die zytotoxische Aktivität der drei Typen von Effektorzellen wurde gemessen: vSC-25-immune Milzzellen, die einmal in vitro entweder mit dem 15-12 Transfektanten oder mit vSC-25 infizierten autologen Zellen (vermutlich polyklonale Effektorpopulationen) stimuliert wurden, und die Langzeit-CTL-Linie (möglicherweise eine oligoklonale Population). Die Resultate zeigen, daß unter den verschiedenen geprüften Peptiden nur eines (Nr. 18, daher Env-K&sub1; genannt), H-2d Targetzellen für hohe Niveaus von spezifischer Tötung durch alle drei Typen von Effektoren sensibilisieren konnte (Tabelle 2). Daher wird der Schluß gezogen, daß die im Peptid Env-K&sub1; enthaltene Sequenz ein immundominantes Epitop von gp 160 für zytotoxische Zellen des H-2d Haplotyps enthält. Einige andere Peptide (Nr. 21, Nr. 41, Nr. 42, Nr. 47) schienen in sehr geringem Umfang Targetzellen zu sensibilisieren, aber diese Effekte waren im Vergleich zu der Aktivität von Env-K&sub1; nicht signifikant. Env- K&sub1; hat sich als überraschend wirkungsvoll bei der Sensibilisierung von Targets zur Tötung durch HIV spezifische CTL bei sehr niedrigen Konzentrationen des Peptids gezeigt. Beispielsweise war bei 0,1 µM Peptid die Tötung noch auf einem Plateau und erst bei 0,01 µM Peptid fiel die Tötung auf halbmaximal ab (Fig. 1). Alle aktiven Peptide wurden als zur Bildung einer amphipathischen Helix fähig identifiziert.
  • Oberflächen-Phänotyp und Klasse I MHC Restriktion der anti-gp 160 CTL.
  • Die Behandlung der CTL-Effektorzellen mit monoklonalem Antikörper anti-Lyt 2 plus Kaninchenkomplement, aber nicht mit anti-L3T4 Antikörper plus Komplement oder Komplement alleine führte zum Verlust der Tötungsaktivität an entweder den 15-12 Fibroblasten, die mit gp 160-Gen transfiziert waren, oder den Kontrollfibroblasten, die in der Anwesenheit von Env-K&sub1; inkubiert wurden (Fig. 2). Diese Daten zeigen, daß die Effektorzellen, die HIV Hüll-gp 160-Protein exprimierende Zellen in unserem System erkennen und töten, einschließlich derjenigen, die für Env-K&sub1; spezifisch. sind, herkömmliche Lyt2+L3T4-(-CD8+CD4-) CTL sind.
  • Die in diesen Versuchen als Targets verwendeten Fibroblasten exprimieren MHC Genprodukte der Klasse I, jedoch nicht der Klasse II. Daher war es wahrscheinlich, daß die gp 160-spezifischen CTL, die in der Lage sind, die 15-12 Transfektanten oder die peptidtragenden Fibroblasten zu lysieren, Klasse 1 MHC Molekül-restringiert sind, wie es für Lyt2+ beeinflußte T-Zellen üblich ist. In dem H-2d Haplotyp ist von drei wichtigen Klasse I Molekülen bekannt, daß sie als Restriktionselemente verwendet werden, Kd, Dd und Ld. Um zu bestimmen, welches von diesen mit der Erkennung von Env-K&sub1; zu tun hatte, verwendeten wir zwei L-Zellen (H-2k) Transfektanten, T1.1.1 und T4.8.3, die Ld bzw. Dd exprimieren. Figur 3 zeigt, daß die Erkennung von Env-K&sub1; durch das Klasse I Dd Molekül, nicht das Ld Molekül restringiert wird.
  • H-2k Mäuse scheinen auf zytotoxische T-Zellen für gp 160 nur in geringem Maße anzusprechen.
  • Wir untersuchten einen zweiten Haplotyp, H-2k, unter Verwendung desselben Protokolls wie im Fall von H-2d. L-Zellen (H-2k) wurden in ähnlicher Weise transfiziert und es wurde gezeigt, daß sie das gp 160 Gen exprimieren, aber es konnte keine zytotoxische Aktivität gegen diese Targets unter Verwendung von Milzzellen von vSC-25-immunen BALB.K (H-2k)-Mäusen entdeckt werden, die in vitro mit syngenetischen vSC-25-infizierten Milzzellen oder mit dem L- Zellen-Transfektanten selbst stimuliert wurden (Tabelle 3). In ähnlicher Weise erzeugte keines der getesteten Peptide Targets, die durch derartige Effektorzellen getötet werden konnten (Tabelle 2). Trotz dem Fehlen der gp 160-spezifischen CTL-Aktivität wurden die BALB.K Mäuse in effektiver Weise angeregt und restimuliert, da sie potente vacciniaspezifische CTL produzierten (Tabelle 3, aus demselben Experiment wie Tabelle 2). Ähnliche Ergebnisse wurden mit C3H (H-2k) Mäusen erzielt (Tabelle 3 und nicht gezeigte Daten). Da BALB.K Mäuse mit ansprechenden BALB/c Mäusen kongenetisch sind, aber den H-2k Haplotyp tragen, ist der Unterschied im Ansprechverhalten MHC-verbunden. Diese Resuitate legen nahe, daß H-2k gering auf CTL für gp 160 gemäß den vorliegenden Untersuchungsbedingungen anspricht, im Gegensatz zu H-2d, bei dem es sich um einen stark ansprechenden Haplotyp handelt.
  • Demonstration, daß Env-K1 die Proliferation von für die Hülle von HIV spezifischen CTL stimuliert.
  • Das Peptid Env-K&sub1; wurde auf seine Fähigkeit zur Stimulation der in vitro Proliferation der CTL-Linie getestet, für die vorstehend gezeigt wurde, daß sie für die Hülle von HIV spezifisch ist. Die Daten in Fig. 4 zeigen, daß Env-K&sub1; die Proliferation dieser HIV-spezifischen CTL-Zellen stimuliert, wie durch die Inkorporation von trituertem Thymidin in DNA gemessen, und daß diese Stimulation in Anwesenheit des Lymphokins Interleukin-2(IL-2) verstärkt wird.
  • Env-K1 als diagnostisches Reagens.
  • Wenn eine Person, bei der der Verdacht besteht, daß sie AIDS ausgesetzt ist, auf HIV Antikörper getestet wird und als seronegativ festgestellt wird, ist es immer noch möglich, daß diese Person das Virus trägt, aber keine Antikörper erzeugt hat, da ein bestimmter Prozentsatz von dem Virus ausgesetzten Individuen über einen beträchtlichen Zeitraum nach der Aussetzung keine Antikörper entwickelt und einige möglicherweise niemals Antikörper entwickeln. Dessenungeachtet kann diese Person eine zellvermittelte Immunantwort in Form von CTL, die für die Hülle des Virus spezifisch sind, entwickelt haben. Da die CTL dieser Person nicht nur für das Virus, sondern auch für die Haupthistokompatibilitätskomplex-(MHC)-Antigene des Individuums spezifisch sind, ist es nicht möglich, auf diese auf transfizierten Tumortargets zu prüfen, wie dies im Fall der Mäuse erfolgt ist, sofern man nicht das Glück hat, einen transfizierten Tumor zu haben, der. dieselben MHC (HLA) Moleküle wie das zu testende Individuum hat. Da so viele Human-HLA-Typen existieren, ist es nicht durchführbar, transfizierte Zellen je des Typs verfügbar zu haben.. Obgleich es miglich ist, eine transformierte Tumorlinie von dem Individuum zu erzeugen und diese mit HIV Genen zu transfizieren, ist dies ein sehr schwieriger, zeitaufwendiger und arbeitsintensiver Prozeß und wäre nicht für eine große Anzahl von Menschen ausführbar. Das Infizieren der Zellen des Individuums mit HIV erfordert den geeigneten Zelltyp, der infiziert werden kann, und würde eine Gefahr für die Labormitarbeiter darstellen, die das konzentrierte Virus handhaben. Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Vacciniarekombinante kann viele falsch positive Resultate ergeben, da die meisten in den Vereinigten Staaten von Amerika vor 1972 geborenen Individuen mit Vaccinia als eine Pockenimpfung immunisiert wurden und so vacciniaspezifische CTL haben. Gereinigte Proteine werden allgemein nicht durch Zellen in der Weise aufgenommen, daß sie Targets für CTL werden würden. Kleine Peptide, wie etwa Env-K&sub1;, sind jedoch in der Lage, Targets für CTL zu sensibilisieren, wie wir vorstehend gezeigt haben. Daher wäre es relativ einfach, Env- K&sub1; als ein diagnostisches Reagens zum Test auf die Anwesenheit von HIV-spezifischen CTL im Peripherieblut eines Individuums zu verwenden. Dies kann durch Standardvorgehensweisen erreicht werden; zunächst erzeugt man PHA- oder ConA-Blasts der Peripherieblut-Lymphozyten des zu testenden Individuums, kennzeichnet diese mit &sup5;¹Cr, wie vorstehend angegeben, inkubiert diese mit dem Peptid Env-K1 unter Standardkulturbedingungen ähnlich den vorstehend angegebenen, jedoch für men schliche CTL Untersuchungen modifiziert, und gibt frische Peripherieblut-Lymphozyten von demselben Individuum hinzu. Nach etwa 6 Stunden mißt man die Menge von &sup5;¹Cr, das in das Kulturmedium freigesetzt wurde, und vergleicht diese mit den identisch behandelten, aber ohne Peptid behandelten Kontrollgruppen oder mit einem Kontrollpeptid ohne frische Lymphozyten und mit der maximalen &sup5;¹Cr Freisetzung, die durch detergente Lyse der Targetzellen erzeugt wurde. Wenn eine spezifische Freisetzung vorhanden ist, kann das Individuum als das HIV-Virustragend beurteilt. werden, obgleich keineantikörper entdeckt werden konnten.
  • Env-K1 als prognostisches Reagens.
  • Obgleich bisher nicht bekannt ist, welche Waffen des Immunsystems, wenn überhaupt, gegen eine HIV-Infektion schützen, ist es wahrscheinlich, daß CTL aus den vorstehend umrissenen Gründen eine wesentliche Rolle spielen. Daher ist es möglich, daß seropositive, aber noch klinisch gesunde Individuen, die CTL haben, die in der Lage sind, virusinfizierte Zellen zu töten, weniger wahrscheinlich klinisches AIDS entwickeln als diejenigen ohne derartige CTL. Daher könnte Env-K&sub1; verwendet werden, um seropositive Individuen in verschiedenen Stadien der Krankheit durch die in dem vorstehenden Abschnitt dargelegten Verfahren in diagnostischer Verwendung zu testen, und wenn eine signifikante Korrelation zwischen dem klinisch gesunden Zustand und der Anwesenheit von für Env-K&sub1; spezifischen CTL existiert, dient dies als ein prognostischer Test, um vorherzusagen, welche serumpositiven Individuen einem größeren oder geringeren Risiko ausgesetzt sind, einen klinischen Immunmangel oder AIDS in vollem Umfang zu entwickeln.
  • Env-K1 als therapeutisches Agens:
  • Da das Peptid Env-K&sub1; Proliferation und Expansion einer Population von HIV-spezifischen CTL stimulieren kann, kann Env-K&sub1; als ein therapeutisches Agens verwendet werden, um die Immunantwort eines Patienten zu verbessern, der bereits mit dem Virus infiziert ist. Eine derartige therapeutische Modalität könnte besser in Zusammenhang mit anderen therapeutischen oder präventiven Strategien zur Kontrolle der Erkrankung verwendet werden.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß zum ersten Mal ein reines, CTL stimulierendes antigenes Produkt in vitro identifiziert und synthetisiert wurde, und zwar ohne Kontakt mit gefährlichen lebenden infektiösen Viren oder von diesen Viren hergeleiteten Produkten, das keines der mit der Händhabung von oder dem Ausgesetztsein gegenüber HIV oder von HIV hergeleiteten Produkten verbundenen Risiken aufweist.
  • Ein weiterer bedeutsamer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, daß das Peptid gemäß vorliegender Erfindung es möglich macht, zellvermittelte HIV-Infektion zu entdecken und zu verhindern, die überhaupt keine Antikörper produzieren kann. Somit wären diejenigen Tests, die von der Entdeckung von Anti- HIV-Antikörpern in einer Körperprobe abhangig sind, in jenen Fällen der HIV-Infektion nutzlos, in welchen keine Antikörper erzeugt werden. Das Antigen gemäß vorliegender Erfindung bietet nun ein Mittel zur Erfassung von zellübertragener HIV-Infektion in der Abwesenheit von Antikörpern, was bisher durch die gegenwärtig verwendeten, Antikörper erfassenden Tests nicht möglich war. Wenn der Infektionsmodus wie vorstehend beschrieben eine Zellübertragung ist, wäre gleichermaßen das Neutralisieren von Antikörpern nicht schützend. Somit bietet ein Impfstoff, der das Env-K&sub1; als ein Antigen nutzt, zum ersten Mal ein Verfahren zum Verhindern einer HIV-Infektion nicht durch einen Antikörper-Neutralisierungsmechanismus, sondern durch Tötung von HIV-infizierten Zellen durch Proliferation von CTL, die durch Antigenstimulation von T-Zellen durch Env-K&sub1; erzeugt werden.
  • Eine pharmazeutische Zusammensetzung, die einen Impfstoff in Übereinstimmung mit vorliegender Erfindung enthält, umfaßt eine wirksame antigene oder therapeutische Menge von Env-K&sub1;, um CTL zu erzeugen, und einen pharmazeutisch akzeptierbaren Träger, wie etwa physiologische Salzlösung, ungiftiger steriler Puffer und dergleichen. Selbstverständlich könnten Additive, wie z.B. Konservierungsmittel, Sterilisierungsmittel, Adjuvantien und dergleichen, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, ebenfalls in der pharmazeutischen Zusammensetzung enthalten sein, um die Wirksamkeit der Zusammensetzung aufrechtzuerhalten oder zu steigern. Tabelle 1. Anregungs- und Verstärkungserfordernisse für die Induzierung von zytotoxischen T-Zellen und einer Langzeit- CTL-Linienproduktion in H-2d Mäusen* Immunisierung Restimulation E/T Verhältnis % Spezifische Lyse bei Neo Tabelle 1 Fortsetzung
  • BALB/c(H-2d) Mäuse wurden i.v. mit 10&sup7; PFU rekombinantem Vacciniavirus angeregt, der das HIV env Protein gp160 (vSC-25) oder das bakterielle lacZ Gen (vSC-8) exprimiert. Die Milzzellen wurden in vitro entweder mit 2,5 x 10&sup6;/ml rekombinantem Vacciniavirus (vSC-25 oder vSC-8)-infizierten syngenetischen Milzzellen oder mit 2 x 10&sup5;/ml gp160 Gen-transfizierten BALB/c3T3 Zellen (15-12) restimuliert. Die CTL Aktivität wurde gegen Neo-Gen transfizierte 3T3 Zellen (18 Neo), 15-12 und vSC-15 infizierte 15-12 Targetzellen (15-12/vSC-25) gemessen. NT: nicht getestet. E/T: Effektor-zu-Target-Verhältnis.
  • + Langzeit-CTL-Linie hergestellt durch repetitive Stimulation von vSC-25 immunen Milzzellen mit Transfektant 15-12 plus Lymphokine. Tabelle 2. Identifikation von Target-Epitopen in gp160 in H- 2d und H-2k Mäusen Peptid (Sequenzposition) % Specific &sup5;¹Cr-Freisetzung* Tabelle 2 Fortsetzung Keine Tabelle 2 Fortsetzung
  • Als Targets wurden 18Neo Transfektanten (H-2d) plus 10µM synthetisches Peptid für BALB/c Effektoren verwendet und L28 (H-2k) plus 10µM Peptid wurden für BALB.K Effektoren verwendet. Das Verhältnis in Klammern ist das Effektor/Target-Verhältnis. +V25/15-12 bezeichnet Effektorzellen, die von vSC25- immunisierten BALB/c Milzzellen hergeleitet wurden, die in vitro mit dem 15-12 Transfektanten restimuliert wurden (siehe Tabelle 1).++ LINIE bezeichnet die CTL-Linie, die von vSC25- immunisierten BALB/c Milzzellen hergeleitet ist, die repetitiv mit 15-12 und 10% Con-A Überstand stimuliert wurden. Die mit ** markierten Resultate wurden bei einem Effektor-zu-Target-Verhältnis zu 20/1 anstelle von 10/1 erzielt. Die Kontrolle ohne Peptid betrug 3,0% für beide Verhältnisse.
  • §V25/V25 bezeichnet Effektorzellen, die von vSC25-immunen BALB/c Milzzellen hergeleitet wurden, die in vitro mit vSC25- infizierten syngenetischen Milzzellen restimuliert wurden.
  • V25/V25 bezeichnet die Effektorzellen, die von vSC25-immunen BALB.K Milzzellen hergeleitet wurden, die in vitro mit vSC25- infizierten syngenetischen Milzzellen restimuliert wurden. Kontrollgruppen für BALB.K Zellen von demselben Experiment sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3. H-2k (BALB.K und C3H) Mäuse sprechen nicht auf CTL an, die für gp160 HIV env Transfektanten spezifisch sind, die das HIV Hüllprotein exprimieren.* Immunisierung Restimulation &sup5;¹Cr-Freisetzung(%) (BALB.K)
  • BALB.K (H-2k) oder C3H (H-2k) Milzzellen, die mit vSC-25 immunisiert wurden, wurden in vitro entweder mit dem gp160 exprimierenden L-Zellen-Transfektanten, 25-20 oder vSC-25-infizierten syngenetischen Milzzellen geboostet. Nach dem Kultivieren für 6 Tage wurde die zytolytische Aktivität der restimulierten Zellen gegen 25-20 oder neo-gen transfizierte L- Zellen (H-2k), L28, als ein Kontrolltarget oder vSC-25-infizierte 25-20 (25-20/V25) und L28 (L28/V25) als positive Kontrolltargets gemessen.

Claims (7)

1. Peptid, ausgewählt aus der Gruppe von Peptiden bestehend aus dem Env-K1-Peptid und Peptiden, die funktionell äquivalente Varianten des Env-K1-Peptids sind, wobei die Varianten von dem Env-K1-Peptid durch Addition, Deletion, Substitution oder Derivatisierung wenigstens einer Aminosäure desselben hergeleitet sein können und wobei das Env-K1 Peptid die folgende Aminosäuresequenz hat: Arg-Ile-Gln-Arg-Gly-Pro-Gly-Arg- Ala-Phe-Val-Thr-Ile-Gly-Lys; vorausgesetzt, daß die folgenden Peptide, die die Sequenz: Ile-Arg-Ile-Gln-Arg-Gly-Pro-Gly- Arg-Ala-Phe-Val-Thr-Ile-Gly-Lys-Ile-Gly-Asn-Met-Arg-Gln-Ala- His-Cys; Leu-Asn-Gln-Ser-Val-Glu-Ile-Asn-Cys-Thr-Arg-Pro-Asn- Asn-Asn-Thr-Arg-Lys-Ser-Ile-Arg-Ile-Gln-Arg-Gly-Pro-Gly-Arg; und Thr-Arg-Pro-Asn-Asn-Asn-Thr-Arg-Lys-Ser-Ile-e-Ile-f-f- Gly-Pro-Gly, in welcher e Arg oder Tyr ist und f Gln, Arg oder weggelassen ist, haben, ausgeschlossen sind.
2.Pharmazeutische Zusammensetzung zur Induzierung zytotoxischer Lymphozyten, die spezifisch Zellen erkennen, die Human- Immunschwächevirus-Antigene exprimieren, umfassend einen pharmazeutisch akzeptablen Träger und ein Peptid nach Anspruch 1.
3. Diagnostisches oder prognostisches Kit zur Durchführung einer Untersuchung zur Entdeckung von zellvermittelter Human- Immunschwächevirusinfektion, umfassend:
(a) ein Peptid nach Anspruch 1;
(b) ein Mitogen, das zur Stimulierung von Peripherieblut-Lymphozyten wirksam ist;
(c) eine Markierung zur Entdeckung der Lyse von Peripherieblut-Lymphozyten; und
(d) Instruktionsmaterial zur Durchführung der prognostischen oder diagnostischen Untersuchung.
4. Verwendung des Peptids nach Anspruch 1 zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung zum Verhindern oder Behandeln einer Human-Immunschwächevirusinfektion in einem dafür empfänglichen Wirt, wobei die Zusammensetzung eine ausreichende Menge des Peptids enthält, um in dem Wirt zytotoxische Lymphozyten zu induzieren, die selektiv nur Zellen töten, die mit dem Human-Immunschwächevirus infiziert sind.
5. Verfahren zur Diagnose der Infektion eines dafür empfänglichen Wirtes mit einem Human-Immunschwächevirus (HIV), umfassend die Schritte:
(a) Inkubieren von autolog markierten Peripherieblut-Lymphozyten (PBL) von dem Wirt mit einem Peptid nach Anspruch 1, um T-Zellen in den PBL zu aktivieren, die mit dem Virus infiziert sind, wobei die Lymphozyten vor der Inkubation mit einem Mitogen stimuliert wurden und die Markierung die Erfassung des Prozentsatzes derjenigen PBL, die lysieren, erlaubt;
(b) Hinzugeben von frischen PBL von dem Wirt und Fortführen der Inkubation für eine Zeitdauer, die ausreicht, daß zytotoxische Lymphozyten die aktivierten T-Zellen in den markierten PBL lysieren;
(c) Erfassung der Anwesenheit von (HIV)-infizierten Zellen durch Erfassung von lysierten infizierten T-Zellen durch Messung der Anzahl von markierten PBL, die in Schritt (b) lysieren, minus der Anzahl der stimulierten PBL, die nach der Inkubation in Abwesenheit von dem Peptid lysieren, und minus der Anzahl von markierten PBL, die nach der Inkubation in der Anwesenheit des Peptids, aber in der Abwesenheit von frischen PBL lysieren.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die PBL mit &sup5;¹CR markiert werden und die Lyse durch die Freisetzung von &sup5;¹Cr erfaßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Mitogen ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Phythämagglutinin und Concanavalin A.
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