DE69126606T2 - Vakzine - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Impfstoffe zur Verwendung bei Fleischfressern und insbesondere virale Impfstoffe gegen Krankheiten wie etwa Tollwut, Katzen- oder Hundeparvovirus und Katzenleukämievirus. Diese weisen verschiedene Vorteile gegenüber den gegenwärtig verwendeten auf.
  • Kürzlich wurde ein DNS-Vektorsystem vorgeschlagen, bei dem ein Gen, welches für das Zielantigen kodiert, in ein lebendes Adenovirus eingefügt wird, das sodann in einer darmlöslichen Dosierungsform verabreicht wird.
  • Viele Adenoviren sind jedoch bekannt. Die Auswahl eines geeigneten Virus, das sich als ein Vektor für das Gen verhält, sowie die Identifikation eines geeigneten nicht maßgeblichen Bereiches als Stelle zum Einfügen des Gens, stellt eine Herausforderung dar. Insbesondere darf die Einfügestelle nicht wesentlich für die lebensfähige Replikation des Virus und seine tatsächliche Wirksamkeit in vivo sein. Außerdem muß die Einfügestelle eine beträchtliche Menge an neuem genetischen Material aufnehmen können, während sichergestellt sein muß, daß sich das Virus weiter repliziert. Das CAV-2-Adenovirus ist bekannt als sicherer Vektor, aber seine DNS enthält ungefähr 31.000 Basenpaare, die zur Identifikation einer geeigneten Stelle oder überhaupt zur Feststellung, ob es eine geeignete Stelle gibt oder nicht, durchsucht werden müssen.
  • Die vorliegenden Erfinder haben nun einen geeigneten nicht maßgeblichen Bereich bei lebenden nicht pathogenen immunogenen CAV-2-artigen Hundeadenovirusstämmen identifiziert und waren beim Einfügen von Genen aus pathogenen Fleischfresserviren mit geeigneten Expressionskontrollsystemen erfolgreich, ohne die stabile Reproduzierbarkeit des Adenovirusvektors zu beeinträchtigen.
  • Ein rekombinantes Adenovirus zur Herstellung von Antikörpern oder von zellvermittelter Immunität gegen einen infektiösen Organismus in Fleischfressern, welches ein lebendes nicht pathogenes immunogenes lebensfähiges Hundeadenovirus umfaßt, das so modifiziert ist, daß es ein Gen enthält, das für das Antigen kodiert, das zu den Antikörpern gehört oder die zellvermittelte Immunität induziert, in Verbindung mit einem wirksamen Promotor für das Gen, welcher zur Expression des Antigens oder der Elemente zellvermittelter Immunität in immunogenen nicht pathogenen Mengen gebildet und angeordnet wird; wobei die Promotorgensequenz in einen Bereich des viralen Genoms eingefügt wird, welcher sich von der SmaI- Stelle in der Nähe des Endes der umgekehrten terminalen Wiederholung (ITR) bis zum Promotor für den frühen Bereich 4 (E4) erstreckt.
  • Das Hundeadenovirus stellt vorzugsweise einen CAV-2- impfstoffartigen Stamm mit bekannter Zuverlässigkeit auf lange Dauer dar, welcher so modifiziert ist, daß er das eingefügte Gen an einer Position in der Nähe des rechtsgedrehten Abschlusses des viralen Genoms enthält. Die umgekehrte terminale Wiederholung (ITR) stellt eine DNS- Sequenz dar, die an beiden Enden des adenoviralen Genoms gefunden wird. Bei allen Adenoviren, die bis heute untersucht worden sind, konnte gezeigt werden, daß sie eine ITR enthalten; ihre Längen verändern sich jedoch je nach Serotyp. Die ITR in CAV-2 beträgt 197 Basenpaare (d.i. der Bereich 0 bis 197). Die ITRs enthalten Sequenzen, welche zur viralen DNS-Replikation und zur wirkungsvollen Zusammenballung der viralen genomischen DNS wesentlich sind. Wir haben jedoch einen Bereich am Ende der ITR von CAV-2 identifiziert, der eine wesentliche Menge zusätzlicher DNS aufnehmen kann.
  • Dieser Bereich erstreckt sich von ungefähr der Position der SmaI-Stelle in der Nähe des Endes der ITR (und auch innerhalb der ITR) bis zum Promotor für den frühen Bereich 4 (E4). Auf diese Weise stellt die SmaI-Stelle eine passende Position dar, in die fremde Gene eingefügt werden können. Andere Restriktionsstellen können ebenso in diesen Bereich manövriert werden.
  • Die SmaI-Stelle stellt eine sehr geeignete Stelle zum Einfügen des Gens dar, ungeachtet dessen, daß sie genau innerhalb der ITR liegt. Jedoch kann das Einfügen von Material weiter in die ITR hinein wahrscheinlich nicht zum Erfolg führen, weil die viralen Funktionen es erfordern, daß sich die ITRs an den gegenüberliegenden Enden des Virus gemeinsam aneinanderlegen können, was eine enge Homologie der Sequenzen zwischen den beiden ITRs erfordert.
  • Das ausgesuchte nicht pathogene virale CAV-2-Genom wurde in bakterielle Plasmide als eine Folge von überlappenden Restriktionsfragmenten geklont. Ein geklontes Fragment war erforderlich, das die oben erwähnte SmaI-Stelle umspannte und auch den rechtsgedrehten Abschluß des Virus enthielt. Ein Klon, der das 3,0 kb Sal l B Fragment trägt, wurde daher ausgesucht.
  • Verschiedene Gene können in die Adenovirus-DNS in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eingefügt werden, um einen Schutz gegen einen großen Bereich von Krankheiten zu bewirken, und viele solcher Gene sind bereits Stand der Technik - wobei vordem das Problem bestanden hat, einen sicheren, passenden und wirksamen Vektor für die Gene zu schaffen.
  • Gene, die geeigneterweise eingefügt werden können, umfassen:
  • 1. ein Gen oder Gene für die Capsidproteine eines Hundeparvovirus. Dafür gibt es in Wirklichkeit nur ein Gen. Differenzielles Spleißen hat jedoch die Erzeugung zweier viraler Capsidproteine zur Folge.
  • 2. Die Gene für die Capsidproteine von Katzenfieber, das ein mit dem Hundeparvovirus sehr eng verwandtes Parvovirus darstellt.
  • 3. Gene (oder -segmente), die für die Peplomere eines Hunde- und Katzencoronavirus kodieren.
  • 4. Gene für die Hämagglutanin- -und Capsidantigene eines Hundestaupevirus.
  • 5. Das Gen für das Hüllglycoprotein eines Katzenleukämievirus.
  • 6. Das Gen für das Hüllglycoprotein einen Tollwutvirus (verschiedene Stämme)
  • 7. Das Gen für das Hüllglycoprotein eines Katzenimmunschwächevirus (FIV).
  • Es ist auch möglich, daß nur Genfragmente verwendet werden könnten (wo diese ausreichen, um ein immunogenes Protein oder eine immunogene Zellantwort zu erzeugen), statt der vollständigen Sequenz, wie sie in den Wild-Organismen gefunden wurde. Es können auch, wo diese verfügbar sind, synthetische Gene verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch mit einer großen Vielfalt an Genen verwendet werden und ist nicht auf die oben dargelegten beschränkt. In einigen Fällen kann das Gen für ein bestimmtes Antigen eine große Anzahl von Introns enthalten, oder es kann von einem RNA-Virus stammen. In diesen Fällen kann eine DNS-Kopie (cDNS) verwendet werden.
  • Damit eine erfolgreiche Expression des Gens eintritt, muß es zusammen mit einer geeigneten Promotorsequenz eingefügt werden. Geeignete Promotorsequenzen für die oben erwähnten Gene sind bekannt. Der Promotor wird danach so ausgesucht, daß er eine optimale Expression von immunogenem Protein oder optimale zellvermittelte Immunität nach bekannten Kriterien liefert.
  • Das Protein, das durch Expression in vivo in einer rekombinanten virusinfizierten Zelle erzeugt wird, kann selber immunogen sein. Außerdem kann das Gen mehr als ein wirksames Protein erzeugen; oder mehr als ein fremdes Gen kann in das virale Genom eingefügt werden.
  • Auf diese Weise ist es mit dem rekombinanten Virus der vorliegenden Erfindung möglich, einen Schutz in Fleischfressern gegen eine große Vielzahl von Krankheiten zu schaffen.
  • In einem zweiten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines rekombinanten Adenovirus zur Herstellung von Antikörpern oder zellvermittelter Immunität gegen einen infektiösen Organismus in Fleischfressern vor, mit der Modifizierung eines lebenden nicht pathogenen immunogenen lebensfähigen Hundeadenovirus, um ein Gen zu enthalten, welches für das Antigen kodiert, welches zu den Antikörpern gehört oder die zellvermittelte Immunität induziert, in Verbindung mit einem wirksamen Promotor für das Gen, welcher zur Expression des Antigens oder der Elemente zellvermittelter Immunität in immunogenen nicht pathogenen Mengen gebildet und angeordnet wird; wobei die Promotorsequenz in einem Bereich des viralen Genoms eingefügt wird, welcher sich von der SmaI-Stelle in der Nähe des Endes der des Endes der umgekehrten terminalen Wiederholung (ITR) bis zum Promotor für den frühen Bereich 4 (E4) erstreckt. Im allgemeinen wird das Promotorgenkonstrukt in eine DNS- Sequenz geklont, die nur einen Teil des gesamten viralen Genoms darstellt. Diese Sequenz kann in einem Plasmid vorliegen, das erfolgreiches Klonen erlaubt, um viele Kopien der Sequenz herzustellen. Die geklonte Sequenz kann dann in das gesamte virale Genom unter Verwendung von Restriktionsenzymen eingefügt werden, die zu den Restriktionsstellen an allen Enden der Sequenz gehören. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Plasmid, das eine solche partielle virale DNS-Sequenz enthält, die ein vollständiges Promotorgenkonstrukt enthält.
  • Die DNS-Sequenzen des Virus und das Konstrukt können mit der natürlichen Form identisch sein oder können damit hinsichtlich der exprimierten Proteine äquivalent sein.
  • Außerdem kann das immunologische Protein (und daher die DNS) Additionen, Deletionen oder Substitutionen aufweisen, die sich nicht auf seine immunologische Wirkung auswirken. Das rekombinante Virus kann geeigneterweise durch Transfektion in eine Zellinie repliziert werden, welche auf das virale Gen schaltende Hundeadenovirus-Ela-Proteine exprimiert. Demgemäß sieht die Erfindung auch eine Vermischung des rekombinanten Virus und des Ela-Proteins vor. Ein vierter Aspekt der Erfindung sieht eine Impfstoffzubereitungsform vor, die das rekombinante Adenovirus in Verbindung mit einem passenden Träger enthält. Der Impfstoff kann durch orale Dosierung (z.B. als eine darmlösliche Tablette), durch Injektion oder auf andere Art zur Verabreichung formuliert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt nur anhand von Beispielen beschrieben. Standardverfahren sind jene, die in "Molecular Cloning - A Laboratory Manual", zweite Auflage, Sambrook, J., Fritsch, E.F., und Maniatis, T., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989, beschrieben werden.
  • Beispiel 1 (in vitro-Ligation)
  • Ein Gen von Interesse, wie etwa das Tollwut-Glycoprotein-Gen, wird zuerst unter die Kontrolle eines ausgesuchten Promotors gestellt (eine Anzahl verschiedener Promotoren sind möglich). Das Promotorgenkonstrukt wird dann in die SmaI-Stelle des Sal l B-Fragments geklont, das im Plasmid enthalten ist. Das hat ein Plasmid zur Folge, das die am rechtsgedrehten Abschluß befindlichen 3,0 kb CAV-2 mit einem ausgewählten DNS-Stück, das genau innerhalb der Grenzen der ITR eingefügt ist, trägt. Kurz gefaßt, wird dann der modifizierte Abschnitt vom rechtsgedrehten Abschluß des Adenovirusgenoms in ein vollständiges virales Genom auf folgende Weise eingefügt: Virale DNS wird gereinigt und mit dem Restriktionsenzym Sal l zerschnitten, das geklonte terminale Sal l-Fragment, das die Promotorgenkonstruktion enthält, wird dann vom Trägerplasmid gelöst und mit der zerschnittenen DNS gemischt. Die DNS- Fragmente werden dann wieder zusammengefügt.
  • Eine Anzahl von Schritten wird unternommen, um die Wiederbildung von Wildtyp-Genomen auf ein Mindestmaß zu verringern und die Bildung "richtiger" Rekombinanten auf ein Höchstmaß zu steigern. Zum Beispiel kann man die Sal I- aufgespaltene virale DNS durch einen Saccharosegradienten laufen lassen, um das Sal I-Fragment vom rechtsgedrehten Abschluß zu entfernen, bevor es zur Ligation mit den rekombinanten Fragmenten vom rechtsgedrehten Abschluß kommt. Die rekombinante virale DNS wird in Hundezellenkulturen zurückübertragen, wobei zur Züchtung des Virus Standardverfahren verwendet werden. Einzelne Virenplaques werden entnommen und vermehrt, damit ihre genomischen DNS untersucht werden können, um die Anwesenheit des rekombinanten Gens zu bestätigen.
  • Ligationsprodukte werden mit diesem Verfahren hergestellt, die das Tollwutgen und das Katzenleukämiegen beinhalten. Die DNS-Sequenz des rechtsgedrehten Abschlußbereichs des Hundeadenovirus-Typ 2-Genoms wird in Figur 1 dargestellt. Die Sequenz wird in der herkömmlichen 5' nach 3'-Richtung, vom rechtsgedrehten Abschluß ausgehend numeriert, dargestellt. Nur der obere Strang wird wegen der Übersichtlichkeit dargestellt. Verschiedene Merkmale werden gezeigt: (1) das Ende der umgekehrten terminalen Wiederholung (ITR) an der Position 197; (2) die SmaI-Restriktionsenzym-Spaltungsstelle an der Position 180-185; (3) die TAXA-Box der E4- Transkriptionseinheit an der Position 395-400.
  • Beispiel 2 (homologe Rekombination)
  • Im Beispiel 1 wurden die Zielgene in die SmaI-Stelle des SalI-Klons geklont, und in weiterer Folge wurden die rekombinanten Viren durch in vitro-Ligation der viralen DNS und von Plasmidfragmenten erzeugt. Bei einer Abwandlung dieses Verfahrens haben wir die rekombinanten SalI B-Klone (d.i, wo die Zielgene an der üblichen Stelle eingefügt waren) genommen, und breiteten sie über die SalI-Stelle hinaus bis zum dritten Kpn I des rechtsgedrehten Abschlusses aus (siehe Fig. 3 von N. Spibey und H.M.A. Cavanagh, J. Gen. Virol. (1989), 70, 165-172). Das wurde durcheinfaches Einfügen der KpnI B-Fragmente (die vorher in einen bakteriellen Standardklonvektor geklont wurden) in die entsprechenden zerschnittenen rekombinanten Sal I B-Plasmide erreicht. Weil sich die rekombinanten Klone vom rechtsgedrehten Abschluß über die SalI-Stelle hinaus erstrecken, wurde ihr Einfügen in unversehrte virale DNS mittels homologer Rekombination statt durch in vitro-Ligation ausgeführt.
  • Die Erzeugung rekombinanter Viren durch homologe Rekombination ist sehr gebräuchlich, und kurz gefaßt sind unsere Verfahren folgende: Ein viraler DNS-Proteinkomplex wurde aus gereinigten Virionen unter Verwendung von Standardverfahren hergestellt. Eine Probe des DNS- Proteinkomplexes wurde mit dem Restriktionsenzym SalI zerlegt. Ein rekombinantes Plasmid, das den Abschnitt vom rechtsgedrehten Abschluß des CAV-2-Genoms enthält und das sich von ungefähr 74 Rekombinationseinheiten (die Kpn l- Stelle) bis zum Abschluß (100 Rekombinationseinheiten) erstreckt, wobei die ausgewählte Promotor-Zielgenkonstruktion in die SmaI-Stelle in der Nähe der ITR-Grenze eingefügt ist, wurde genommen und mit einem Restriktionsenzym so aufgespalten, daß das Plasmid linearisiert, aber innerhalb des CAV oder der Zielgensequenzen nicht zerschnitten wurde. Die beiden DNS-Proben (viraler DNS-Proteinkomplex und linearisiertes Plasmid) wurden dann in einem molaren Verhältnis von 1:20 gemischt und in eine Empfängerzellinie, deren Herstellung anschließend beschrieben wird, transfiziert.
  • Beispiel 3 (Herstellung einer Ela-Protein - exprimierenden Empfängerzellinie)
  • Primäre Hundenierenzellkulturen und etablierte Hundenierenzellkulturen (MDCK-Zellen) wurden genommen und mit einer Mischung aus zwei Plasmiden transfiziert, (1) pGRIC, enthaltend das linke terminale EcoRI C-Fragment von CAV-2, das in den Routineklonvektor Bluescript geklont worden ist. (2) pSV2-Neo, dieses Plasmid enthält das Neomycin- Resistenzgen unter Kontrolle des frühen Promotors des Sv40- Virus. Der Sinn dieser Transfektionen war es, Zellinien zu erzeugen, die von der Beschaffenheit her die Hundeadenovirus- Ela-Proteine erzeugen (diese Proteine sind innerhalb des EcoRI C-Fragments kodiert, Spibey et al., Virus Research, 14, (1989) 241). Wir stellten die Hypothese auf, daß eine solche Zellinie beim Replizieren von transfizierter viraler DNS wirksamer wäre, weil die El-Proteine schon vorhanden sind. Die El-Proteine weisen eine Anzahl von Funktionen auf, obwohl ihre Hauptaufgabe als Regulator gesehen werden kann, d.h., sie schalten auf andere virale Gene. Wenn daher diese Proteine schon vorhanden sind, dann kann die transfizierte virale DNS eine größere Chance haben, repliziert zu werden und daher die zellulären Abbauprozesse vermeiden. Die plasmidübertragende Neomycinresistenz wurde als koselektierbarer Marker verwendet, d.h., einzelne Klone von Zellen wurden auf Grundlage ihrer Neomycinresistenz ausgesucht und dann in weiterer Folge auf ihre Produktion von CAV-2-Ela-Proteinen analysiert. Transformierte (d.h. Ela exprimierende) Zellinien wurden sowohl aus den primären als auch aus den etablierten Hundenierenkulturen erhalten.
  • Beispiel 4 (Transfektionsverfahren)
  • Alle Transfektionen wurden wie folgt ausgeführt.
  • Tag 1 Man trypsiniziere Zellen und verdünne sie auf eine Konzentration von 1-1,5 x 10&sup5; Zellen pro ml. Die Zellen werden dann in Schalen zu 10&sup6; Zellen je 100 mm Schale (oder die entsprechende Anzahl je 175 cm²-Kolben) aufgeteilt.
  • Tag 2 Man wasche Zellen einmal in PBS. Man füge jeder Schale 5ml serumfreies Medium hinzu, das 20 µg zu transfizierende DNS und 50 µg DEAE-Dextran (5mg/ml-Grundlage) enthält. Man vergewissere sich, daß die DNS/Dextran-Lösung vor der Zugabe zu den Zellen gut gemischt ist.
  • Nach 4-6 Stunden entferne man die DNS/Dextran-Lösung und füge 5 ml serumfreies Medium hinzu, das 10% DMSO enthält, lasse es 1-2 min stehen und füge das vollständige Medium hinzu, das 0,1 mM Chloroquindiphosphat enthält. Nach 4 Stunden ersetze man das Medium durch ein frisches vollständiges Medium. Man brüte die Zellen in der erforderlichen Zeitdauer. Es kann bis zu 10 Tagen dauern, um einer viralen Infektion zu ermöglichen, sich über die ganze Kultur auszubreiten. Neomyzinresistente Klone wurden unter Verwendung von Standardverfahren ausgewählt. Kurz gefaßt, werden die Zellen nach der Transfektion 24 Stunden in einem normalen vollständigen Medium gelassen, bevor Neomycin (800 µg/ml Endkonzentration) beigefügt wird. Die Neomycinauswahl wurde über 7-10 Tage fortgesetzt, wobei das Medium alle 2 Tage gewechselt wurde. Resistente Klone wurden identifiziert, entnommen und in neomycinfreiem Medium 3-4 Tage lang vermehrt. Eine weiterer Verdünnungsklon-Durchgang in Neomycin-haltigem Medium wurde dann ausgeführt. Alle Zellbrütvorgänge wurden bei 37ºC ausgeführt.

Claims (9)

1. Rekombinantes Adenovirus zur Herstellung von Antikörpern oder zellvermittelter Immunität gegen einen infektiösen Organismus in Fleischfressern, mit einem lebenden nicht pathogenen immunogenen lebensfähigen Hundeadenovirus, welches so modifiziert ist, daß es ein Gen enthält, welches für das Antigen kodiert, welches zu den Antikörpern gehört oder die zellvermittelte Immunität induziert, in Verbindung mit einem wirksamen Promotor für das Gen, welcher zur Expression des Antigens oder der Elemente zellvermittelter Immunität in immunogenen nicht pathogenen Mengen gebildet und angeordnet ist; wobei die Promotorgensequenz in einen Bereich des viralen Genoms eingeführt ist, welcher sich von der SmaI-Stelle in der Nähe des Endes der umgekehrten terminalen Wiederholung (ITR) bis zum Promotor für den frühen Bereich 4 (E4) erstreckt.
2. Adenovirus gemäß Anspruch 1, wobei es sich um einen CAV- 2-Stamm handelt, welcher so modifiziert ist, daß er die Promotorgensequenz enthält.
3. Adenovirus gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Promotorgensequenz in die SmaI-Stelle eingefügt ist.
4. Adenovirus gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei dem eingefügten Gen um ein Gen oder immunogenes Genfragment handelt, ausgewählt aus:
(a) einem Gen oder Genen für die Capsidproteine eines Hundeparvovirus;
(b) Genen für die Capsidproteine von Katzenfieber;
(c) Genen für die Peplomere eines Hunde- und Katzencoronavirus;
(d) Genen für die Hämagglutanin- und Capsidantigene eines Hundestaupevirus;
(e) Genen für das Hüllglycoprotein eines Katzenleukämievirus;
(f) einem Gen für das Hüllglycoprotein eines Tollwutvirus; und
(g) einem Gen für das Hüllglycoprotein eines Katzenimmunschwächevirus.
5. Rekombinantes Adenovirus gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das mit Hundeadenovirus-Ela-Proteinen vermischt ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines rekombinanten Adenovirus zur Herstellung von Antikörpern oder zellvermittelter Immunität gegen einen infektiösen Organismus in Fleischfressern, mit der Modifizierung eines lebenden nicht pathogenen immunogenen lebensfähigen Hundeadenovirus, um ein Gen zu enthalten, welches für das Antigen kodiert, welches zu den Antikörpern gehört oder die zellvermittelte Immunität induziert, in Verbindung mit einem wirksamen Promotor für das Gen, welcher zur Expression des Antigens oder der Elemente zellvermittelter Immunität in immunogenen nicht pathogenen Mengen gebildet und angeordnet wird; wobei die Promotorgensequenz in einen Bereich des viralen Genoms eingefügt wird, welcher sich von der SmaI-Stelle in der Nähe des Endes der umgekehrten terminalen Wiederholung (ITR) bis zum Promotor für den frühen Bereich 4 (E4) erstreckt.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem das rekombinante Virus durch Transfektion in eine Zellinie repliziert wird, welche Hundeadenovirus-Ela-Proteine exprimiert.
8. Plasmid, enthaltend einen Teil der DNS-Sequenz von dem lebenden nicht pathogenen immunogenen lebensfähigen Hundeadenovirus und eine vollständige Promotorgensequenz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
9. Impfstoff, enthaltend den rekombinanten Adenovirus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zusammen mit einem akzeptablen Träger hierfür.
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