Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Lymphokine. Insbesondere betrifft sie
die synergistischen Wirkungen von TNF und IL-4 bei der
Inhibierung des Tumorzellenwachstums und der Cytotoxizität.
Hintergrund der Erfindung
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Ein Cytokin ist eine Molekülart, die durch eine Zelle
produziert wird und diese oder andere Zellen beeinflußt. Es
gibt eine Vielzahl von Cytokinen, die als Gruppe eine
Vielzahl von Wirkungen sowohl auf normale als auch abnormale
Zellen ausüben. Die Wirkung eines spezifischen Cytokins auf
eine bestimmte Zelle ist vom spezifischen Cytokin und der Art
der Zielzelle abhängig.
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Tumor-Nekrose-Faktor (TNF) ist ein Cytokin, das primär ein
Produkt aktivierter Monocyten ist, und eine sehr pleiotrope
Natur besitzt (Ayier et al. (1988) Tumor Necrosis Factors,
CRC Handbook on Cytolytic Lymphocytes and Complement:
Effectors of the Immune System (E. R. Podack, Herausgeber),
CRC Press Inc., Boca Raton, Fla., Seite 105; Goeddel et al.
(1987) Tumor Necrosis Factors; Gene Structure and Biological
Activities. In Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative
Biology, L1: 597). Es inhibiert das Wachstum einer Vielzahl
von Tumorzellen in einer Kultur und stimuliert das Wachstum
von Fibroblasten, B-Zellen und Thymocyten. Die cytotoxischen
Wirkungen von TNF gegenüber Tumorzellen werden durch
Interferone verstärkt (Lee et al. (1984) J. Immunol.
133: 1003; Sugarman et al. (1985) Science 230: 943; Aggarwal et
al. (1985) Nature 318: 665; Vilcek et al. (1986) Interaction
Between Tumor Necrosis Factor and Interferons, in The Biology
of the Interferon System. Herausgegeben von H. Schellekenes
und W. E. Stewart; Elsevier Science Publishers, Amsterdam,
Seite 249; Fransen et al. (1986) Eur. J. Cancer Clin. Oncol.
22: 419-426; Campbell et al. (1988) J. Immunol. 141: 2325-2329;
Schiller et al. (1987) Cancer Res. 47: 2809-2813). Die
Verstärkung der antiproliferativen Wirkungen von TNF durch
Interferone begleitet die vermehrte Bildung von TNF-
Rezeptoren (Aggarwal et al. (1985) Nature 318: 665; Fransen et
al. (1986) Eur. J. Cancer Clin. Oncol. 22: 419-426). Die
Aufregulierung von TNF-Rezeptoren durch Interferone ist
jedoch kein primärer Mechanismus für ihre synergistische
cytotoxische Reaktion (Tsujimoto et al. (1986) J. Immunol.
137: 2272-2276; Aggarwal und Eessalu (1987) J. Biol. Chem.
262: 10000-10007).
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Die synergistischen Wirkungen von Interferon-g und TNF auf
die Tumorwachstumsregulierung wurden im US-Patent 4650674
beschrieben.
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Interleukin-4 (IL-4) ist ein immunomodulatorisches Cytokin,
das durch aktivierte T-Lymphocyten gebildet wird. Als einer
einer Vielzahl von Immunsystemmodulatoren wurde es
ursprünglich aufgrund seiner Fähigkeit, die B-Lymphocyten-
Vermehrung zu costimulieren, als B-Zellen-Wachstumsfaktor
beschrieben (Howard et al., J. Exp. Med. 155 (1982) 914). IL-
4 beeinflußt auch eine Vielzahl von Zellen, einschließlich T-
Zellen, Mastzellen, Makrophagen, und hämopoetischen
Vorläuferzellen (Paul et al. (1987) Ann. Rev. Immunol. 5: 429;
Yokota et al. (1988) Immunol. Rev. 102: 137; Crabstein et al.
(1986), J. Exp. Med. 163: 1405). IL-4 verstärkt das Wachstum
verschiedener Zellarten einschließlich von T-Zellen und
Mastzellen (Fernandez-Botran et al. (1986) Proc. Natl. Acad.
Sci. USA 83: 9689; Spits et al. (1987) J. Immunol. 139: 1142;
Zlotnik et al. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 3856;
Mosmann et al. (1986) Proc. Natl. Acad. Bei. USA 83: 5654),
induziert die Expression von MHC-Klasse II-Antigen an B-
Zellen und Monocyten (TeVelde et al. (1988) J. Immunol.
140: 1548), vermehrt Antigen-spezifische cytotoxische T-Zellen
und verstärkt die Makrophagen-vermittelte Cytotoxizität
(Spits et al. (1988) J. Immunol. 141: 29; Widmer et al.
(1987) J. Exp. Med. 166: 1447; Crawford et al. (1987) J.
Immunol. 139: 135). Obwohl IL-4 die Bildung verschiedener
Cytokine, einschließlich IL-1a, IL-b, IFN-g und TMF-a
abschwächt, verstärkt es auch die Bildung von IL-6 aus B-
Zellen (Essner et al. (1989) J. Immunol. 142: 3857; Lee et al.
(1990) J. of Leukocyte Biol. 47: 475-479; Pelman et al. (1989)
J. Exp. Med. 170: 1751). Die IL-2 induzierte LAK- und NK-
Zellaktivität wird durch IL-4 abgeschwächt (Brooks et al.
(1988) Clin. Exp. Immunol. 74: 162; Nagler et al. (1988) J.
Immunol. 141: 2349). Außer proliferativen Wirkungen von IL-4
wurde kürzlich auch gezeigt, daß es das Wachstum von
menschlichem Lymphoid- und Plasmazellen-Neoplasma inhibiert
(Taylor et al. (1990) Blood 75: 5)
Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft synergistische Wirkungen
von IL-4 auf die antiproliferative Wirkung von TNF. IL-4
verstärkt die cytotoxischen Wirkungen von TNF gegenüber einer
Vielzahl von Tumorzellen, einschließlich, aber ohne darauf
beschränkt zu sein, von Brusttumorzellen, Karzinomzellen, und
Lymphomazellen. Diese synergistischen Wirkungen waren von der
Dosis an TNF und IL-4 abhängig. Die Verstärkung der TNF-
Cytotoxizität durch IL-4 ist mit der vergleichbar, die
bereits für gamma-Interferon berichtet wurde.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die synergistischen
Wirkungen eines von T-Zellen abgeleiteten Cytokins,
Interleukin-4, auf die cytotoxischen Wirkungen von TNF bei
Tumorzellen. In einer Ausführungsform stellt die vorliegende
Erfindung die Verwendung einer zellfreien Zusammensetzung,
die IL-4 und TNF in einem Einheitenaktivität-Verhältnis von
0,1 : 1 bis 200 : 1 umfaßt, zur Herstellung eines Arzneimittels
zur Behandlung von Tumorzellen bereit. In einer anderen
Ausführungsform wird die Verwendung einer zellfreien
Zusammensetzung, die IL-4 und Lymphotoxin in einem
Einheitenaktivität-Verhältnis von 0,1 : 1 bis 200 : 1 umfaßt, zur
Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von
Tumorzellen bereitgestellt. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform umfaßt die zellfreie Zusammensetzung, die IL-
4 und Lymphotoxin umfaßt, auch gamma-Interferon.
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Die antiproliferativen Wirkungen von TNF gegenüber einer
Vielzahl von verschiedenen Zelllinien werden durch IL-4
verstärkt. IL-4 allein besitzt keine Wachstum-inhibierenden
Wirkungen gegen diese Zelllinien, oder war in einigen Fällen
schwach wachstumsstimulierend. Der Grad der Verstärkung der
cytotoxischen Wirkungen von TNF durch IL-4 war quantitativ
mit dem von IFN-g vergleichbar; der Mechanismus, durch den
IL-4 und IFN-g die antiproliferativen oder cytotoxischen
Wirkungen von TNF und Lymphotoxin (Lt) potenzieren, sind
jedoch verschieden.
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Die Verabreichung einer zur Behandlung von Tumorzellen
geeigneten zellfreien Zusammensetzung, die Tumor-Nekrose-
Faktor und Interleukin-4 umfaßt, an ein Tumor-tragendes Tier
resultiert in einer Verringerung des Tumorwachstums.
Vorzugsweise ist der Tumor-Nekrose-Faktor ein menschlicher
Tumor-Nekrose-Faktor. Der Tumor-Nekrose-Faktor kann aus
irgendeiner Quelle erhalten werden. Solche Quellen sind für
einen Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Vorzugsweise wird
der Tumor-Nekrose-Faktor durch rekombinante Techniken
hergestellt.
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Vorzugsweise ist das IL-4 menschliches IL-4. Das IL-4 kann
aus irgendeiner Quelle erhalten werden. Solche Quellen sind
für einen Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Besonders
bevorzugt wird IL-4 durch rekombinante Techniken hergestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt die Wirkung verschiedener Konzentrationen an
TNF und IL-4 (100 ng/ml) auf die Zellen-Wachstumsfähigkeit
einer menschlichen Brusttumor-Zelllinie (MDA-MB-330).
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Fig. 2A und 2B zeigen die Wirkung verschiedener
Konzentrationen an TNF und IL-4 (100 ng/ml) auf die Zellen-
Wachstumsfähigkeit einer menschliches Epithelkarzinom-
Zelllinie (A-431; Fig. 2A) und menschlichen histiozytischen
Lymphoma-Zelllinie (U-937; Fig. 2B).
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Fig. 3A und 3B zeigen die Wirkung verschiedener
Konzentrationen an IL-4 auf die TNF-abhängige Cytotoxizität
gegen A-431 (Fig. 3A)- und MDA-MB-330 (Fig. 3B)-Zelllinien.
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Fig. 4 zeigt einen Vergleich der Wirkung von IL-4 und IFN-g
auf die TNF-abhängige Cytotoxizität gegen MDA-MB-330-Zellen.
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Fig. 5 zeigt einen Vergleich der Wirkung von IL-4 auf die
TNF- und Lt-abhängige Cytotoxizität gegen MDA-MB-330-Zellen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Feststellung der
Erfinder, daß die antiproliferative Wirkung von TNF auf
Tumorzellen durch die gleichzeitige Verabreichung von IL-4
und TNF an Tumorzellen verstärkt wird. IL-4 potenziert die
cytotoxischen Wirkungen von TNF gegenüber einer Vielzahl von
Tumorzellen, einschließlich, aber ohne darauf beschränkt zu
sein, von Brusttumorzellen (MDA-MD-330), Vulva-Karzinomzellen
(A431) und histiozytischer Lymphoma (U-937)-Zellen. Diese
synergistische Wirkung war von der Dosis von TNF und von IL-4
abhängig. IL-4 allein zeigte minimale Wirkungen auf diese
Zelllinien, wenn es allein verabreicht wurde. Bei einigen
Zelllinien zeigte IL-4 aber eine signifikante proliferative
Wirkung, wenn es allein verabreicht wurde. Die Verstärkung
der TNF-Cytotoxizität durch IL-4 ist mit der vergleichbar,
die bereits für gamma-Interferon (IFN-g) berichtet wurde.
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Eine Zusammensetzung, die ein von T-Zellen abgeleitetes
Cytokin, Interleukin-4, und TNF umfaßt, hat eine größere
cytotoxische Wirkung auf Tumorzellen als bei einer alleinigen
Verabreichung von TNF. In einer Ausführungsform umfaßt die
Zusammensetzung, die zur Herstellung eines Arzneimittels zur
Behandlung von Tumorzellen verwendet wird, im wesentlichen
gereinigtes TNF und IL-4. Diese Cytokine können aus
irgendeiner Quelle abgeleitet sein, einschließlich von
nativen oder rekombinant hergestellten Proteinen. Diese
Zusammensetzung kann im wesentlichen gereinigtes TNF, IL-4
und gamma-Interferon (IFN-g) umfassen.
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Der Ausdruck "Individuum" soll irgendein Tier, vorzugsweise
einen Säuger, und insbesondere eine(n) Nager, Katze, Hund,
Kuh oder einen Mensch umfassen.
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Der hier verwendete Ausdruck "Tumor-Nekrose-Faktor bezieht
sich auf ein von einem Lymphotoxin verschiedenes Polypeptid,
das zu einer bevorzugten cytotoxischen Wirkung fähig ist, und
einen Bereich aufweist, der eine funktionelle
Aminosäurehomologie mit der reifer Tumor-Nekrose-Faktor-
Aminosäuresequenz, einem Fragment davon, oder einem Derivat
eines solchen Polypeptids oder Fragments, zeigt. Eine
detaillierte Beschreibung des Tumor-Nekrose-Faktors, der zur
Durchführung der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, wird
im US-Patent 4650674 beschrieben.
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Die bevorzugte cytotoxische Wirkung ist definiert als die
bevorzugte Zerstörung oder Wachstumsinhibierung von
Tumorzellen im Vergleich zu normalen Zellen unter den
gleichen Bedingungen. Die bevorzugte cytotoxische Aktivität
wird durch die Wirkung des Polypeptids auf Tumorzellen in
vivo oder vitro im Vergleich zu normalen Zellen oder Gewebe
bestimmt. In vitro ist im allgemeinen die Zelllyse ein
diagnostisches Indiz, während in in vivo-Experimenten die
Tumor-Nekrose bestimmt wird. Die cytotoxische Wirkung kann
jedoch als cytostatische oder antiproliferative Wirkung
manifestiert werden. Geeignete Assay-Systeme sind allgemein
bekannt. Z. B. ist der zur Bestimmung der spezifischen
Aktivität von Tumor-Nekrose-Faktor verwendete nachstehend
beschriebene Zell-lytische Assay brauchbar, sowie der in B
beschriebene Assay.
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Aggarwal et al. in "Thymic Hormones and Lymphokines", 1983,
Herausgeber A. Goldstein, Spring Symposium on Health
Sciences, George Washington University Medical Center (die
A549-Zelllinie, auf die in dieser Arbeit bezuggenommen wird,
ist von ATCC als CCL185 erhältlich).
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Die spezifische Aktivität von TNF wird in Bezug auf die
Zielzelllyse, und nicht als Cytostase angegeben. Eine Einheit
Tumor-Nekrose-Faktor wird definiert als die Menge, die für
50% Lyse von Zielzellen erforderlich ist. Dies bedeutet
jedoch nicht den Ausschluß anderer Assays zur Messung der
spezifischen Wirkung, wie z. B. von Methoden auf der Basis der
Zielzellen-Wachstumsrate.
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Nativer Tumor-Nekrose-Faktor aus normalen biologischen
Quellen weist ein durch Natriumdodecylsulfat-
Polyacrylamidgelelektrophorese (SDS-PAGE) bestimmtes
Molekulargewicht von ca. 17000 auf, einen isoelektrischen
Punkt von ca. 5,3, eine Anfälligkeit gegenüber
Trypsinhydrolyse an mehreren Stellen. Nativer Tumor-Nekrose-
Faktor wurde durch Umkehrphasen-HPLC gereinigt.
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Ein als Tumor-Nekrose-Faktor definiertes Polypeptid enthält
Bereiche, die im wesentlichen homolog sind mit dem im US-
Patent 4650674 beschriebenen Tumor-Nekrose-Faktor-Protein,
oder Fragmenten davon über einen kontinierlichen Block von
ca. 20 bis 100 Aminosäureresten, und insbesondere die Blöcke,
die von den Resten 35 bis 66 und 110 bis 133 umfaßt werden.
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Ein besonders signifikanter Faktor zur Feststellung der
Identität eines Polypeptids als Tumor-Nekrose-Faktor ist die
Fähigkeit eines Antiserums, das dazu fähig ist, im
wesentlichen die cytolytische Aktivität des reifen Tumor-
Nekrose-Faktors zu neutralisieren, auch die cytolytische
Wirkung des in Frage stehenden Polypeptids im wesentlichen zu
neutralisieren. Es ist jedoch festzustellen, daß die
immunologische Identität und cytotoxische Identität nicht
notwendigerweise gleich ausgebildet sind. Ein
neutralisierender Antikörper für Tumor-Nekrose-Faktor könnte
ein Kandidatenprotein nicht binden, weil der neutralisierende
Antikörper nicht eine Stelle am Tumor-Nekrose-Faktor
spezifisch binden könnte, die für seine cytotoxische Wirkung
kritisch ist. Stattdessen könnte der Antikörper einen
harmlosen Bereich binden und seine neutralisierende Wirkung
durch sterische Hinderung ausüben. Ein in diesem harmlosen
Bereich mutiertes Kandidatenprotein kann deshalb den
neutralisierenden-Antikörper
nicht mehr binden, aber es würde
trotzdem im Hinblick auf eine wesentliche Homologie und
biologische Wirkung ein Tumor-Nekrose-Faktor sein.
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Von Bedeutung ist es, festzustellen, daß Charakteristika, wie
z. B. das Molekulargewicht, der isoelektrische Punkt und
dergleichen, für aus peripheren Lymphocyten oder
Zelllinienkulturen erhaltenen reifen menschlichen nativen
oder Wildtyp-Tumor-Nekrose-Faktor nur für die nativen Spezien
des Tumor-Nektrose-Faktors beschreibend sind. Tumor-Nekrose-
Faktor, wie er von der vorstehend angegebenen Definition
umfaßt wird, kann auch andere Spezien umfassen, die nicht
alle Charakteristika des nativen Tumor-Nekrose-Faktors
zeigen. Obwohl Tumor-Nekrose-Faktor, wie er hier definiert
wird, nativen Tumor-Nekrose-Faktor umfaßt, fallen unter die
Definition auch andere verwandte cytotoxische Polypeptide.
Z. B. bringen TNF-Derivate, wie die Insertionsmutanten,
Deletionsmutanten oder Fusionsproteine, den Tumor-Nekrose-
Faktor außerhalb des für nativen menschlichen Tumor-Nekrose-
Faktor festgesetzten Molekulargewichts (Fusionsproteine mit
reifem Tumor-Nekrose-Faktor oder pre-TNF-selbst, sowie
Insertionsmutanten, werden ein größeres Molekulargewicht
zeigen als nativer, reifer Tumor-Nekrose-Faktor, während
Deletionsmutanten des nativen reifen Tumor-Nekrose-Faktors
ein niedrigeres Molekulargewicht haben werden). Tumor-
Nekrose-Faktor kann abgewandelt sein, um die Empfänglichkeit
gegenüber einer Hydrolyse durch Trypsin oder andere Proteasen
zu verringern oder zu eliminieren. Schließlich kann eine
post-translationale Verarbeitung von menschlichem pre-TNF in
von Nicht-Primaten-Säugern abgeleiteten Zelllinien eine
Mikroheterogenität im Bereich des Aminoendes ausbilden,
wodurch Valin nicht mehr das Aminosäureaminoende ist.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß der sprachliche Ausdruck
"fähig" zur cytotoxischen Wirkung oder zur in vivo-Tumor-
Nekrose bedeutet, daß der Ausdruck Tumor-Nekrose-Faktor
Polypeptide einschließt, die, z. B. durch enzymatische
Hydrolyse, aus einem einem Zymogen analogen inaktiven Zustand
in ein Polypeptidfragment überführt sein können, das die
gewünschte biologische Wirkung zeigt. Typischerweise sind
inaktive Vorläufer Fusionsproteine, in denen reifer Tumor-
Nekrose-Faktor über eine Peptidbindung an sein Carboxyl-Ende
an ein menschlisches Protein oder ein Fragment davon gebunden
ist. Die Sequenz an dieser Peptidbindung oder in der Nähe
wird so gewählt, daß sie für eine proteolytische Hydrolyse
empfänglich ist, um Tumor-Nekrose-Faktor entweder in vivo,
oder als Teil eines Herstellungsprotokolls, in vitro
freizusetzen. Der so gebildete Tumor-Nekrose-Faktor zeigt
dann die gemäß der Definition erforderlich cytotoxische
Wirkung.
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Obwohl Tumor-Nekrose-Faktor normalerweise menschlichen Tumor-
Nekrose-Faktor bedeutet, sind Tumor-Nekrose-Faktoren aus
Quellen, wie z. B. Mäusen, Schweinen, Pferden oder Rindern,
von der Definition des Tumor-Nekrose-Faktors umfaßt, solange
er die vorstehend beschriebenen Standards für homologe
Bereiche und die cytotoxische Aktivität erfüllt. TNF ist
nicht Spezies-spezifisch, z. B. ist der menschliche TNF bei
Mäusetumoren wirksam. Deshalb kann TNF aus einer Spezies zur
Therapie einer anderen verwendet werden.
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Tumor-Nekrose-Faktor umfaßt auch multimere Formen. Vom Umfang
des Ausdrucks Tumor-Nekrose-Faktor werden auch Derivate von
Tumor-Nekrose-Faktor umfaßt. Die Bereiche des Tumor-Nekrose-
Moleküls innerhalb der Reste 35 bis 56 und 110 bis 133
einschließlich zeigen eine starke Homologie (50%) mit
Lymphotoxin. Die hydrophoben Carboxy-Enden (Tumor-Nekrose-
Faktor-Reste 150 bis 157) der zwei Moleküle sind ebenfalls
signifikant erhalten. Da beide Proteine cytotoxische Wirkung
oder in vivo Tumor-Nekrose zeigen, wird angenommen, daß diese
Bereiche für die anteilige Aktivität von Lymphotoxin und
Tumor-Nekrose-Faktor von Bedeutung sind. Bei der praktischen
Durchführung der vorliegenden Erfindung kann deshalb in der
erfindungsgemäßen Zusammensetzung Lymphotoxin TNF ersetzen.
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Der hier verwendete Ausdruck "Interleukin-4" oder "IL-4"
bezieht sich auf ein Polypeptid, das ursprünglich als ein
Faktor beschrieben wurde, der durch EL-4-Thymoma-Zellen und
nachfolgende Aktivierung durch TPA, das die Vermehrung von
durch submitogene Dosen an anti-Ig aktivierten Maus-B-Zellen
induzierte, gebildet wurde. IL-4 wurde auch als B-Zellen-
Wachstumsfaktor (BOGF), B-Zellen-stimulatorischer Faktor
(BSF-1), T-Zellen-Wachstumsfaktor II (TCGF-II) und
Mastzellen-Wachstumsfaktor-II (MCFG-II) bezeichnet (Howard et
al. (1982) J. Exp. Med. 155: 914-923; Yokota et al. (1988)
Immunol. Rev. 102: 137). Durch eine Vielzahl von T-
Zellen/Lymphocyten-Populationen erzeugtes IL-4 kann durch
Immunoassays (ELISAs) und Northern Blot-Analyse (Paliard et
al. 1988) bestimmt werden. Typischerweise kann die IL-4-
Aktivität in einem Bioassay der T-Zellen-Wachstum-fördernden
Wirkung bestimmt werden, wie z. B. dem vom Spits et al. (1987)
J. Immunol. 139: 1142-1147, beschriebenen. Zur Untersuchung
der Aktivität von IL-4 und Identifikation von IL-4 sind für
den Fachmann auf diesem Gebiet jedoch auch andere Methoden
bekannt. Ein typischer Bioassay wird z. B. durchgeführt, indem
man mononukleare periphere Blutzellen mit PHA 72 Stunden bei
37ºC aktiviert, die PHA-Blasten wäscht und auf einer 96-
Vertiefungen enthaltenden Platte 5000 Zellen/0,1
ml/Vertiefung aufbringt. Die IL-4-Testproben werden seriell
verdünnt und mit den Zellen 72 Stunden bei 37ºC inkubiert.
Zu den Zellen wurde tritiiertes Thymidin zugegeben und die
IL-4-Aktivität durch Messen des Einbaus an tritiiertem
Thymidin in die Zellen bestimmt. Eine Einheit IL-4 wird
definiert als die Menge Cytokin, die die halbe maximale
Vermehrung ergibt.
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Die Reinigung des natürlich auftretenden IL-4 aus
Kulturüberstände enthaltendem Serum wurde von Le et al.
(1988) J. Biol. Chem. 263: 10817-10823, beschrieben. Nach
Kationenaustauschchromatographie an S-Sepharose wurden die
mit einem NaCl-Gradienten von 0 bis 0,5 M in 50 mM HEPES, pH
= 7,0, eluierten IL-4-enthaltenden Fraktionen einer
Gelfiltration an Sephadex G-100 unterworfen. Die IL-4-
Fraktionen wurden weiter durch Umkehrphasen-HPLC unter
Verwendung eines Gradienten von 20 bis 70% (V/V) Acetonitril
in 0,1% (V/V) Trifluoressigsäure gereinigt.
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Diese Verfahren ergeben Ausbeuten von ca. 60% und eine 3000-
fache Reinigung (spezifische Aktivität: 2,6 · 10&sup7; E/mg). Die
Reinigung von IL-4 aus den serumfreien Kulturüberständen
erfordert nur eine Chromatographiestufe an cm-Sepharose und
ergibt Ausbeuten von 40% und eine 100-fache Reinigung
(spezifische Aktivität: 3 · 10&sup7; E/mg).
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Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung ist irgendein
Polypeptid mit IL-4-Aktivität und einem Bereich, der eine
funktionelle Aminosäurehomologie mit der reifes IL-4-
Aminosäuresequenz, einem Fragment davon oder einem Derivat
eines solchen Polypeptids oder Fragments aufweist, brauchbar.
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Die spezifische Aktivität von IL-4 wird trotz der Tatsache,
daß in der vorliegenden Erfindung der Zweck die Potenzierung
der TNF-Cytotoxizität ist, im Hinblick auf die Zellvermehrung
angegeben. Das bedeutet jedoch nicht den Ausschluß anderer
Assays zur Messung der spezifischen Aktivität, z. B. Methoden,
die auf anderen biologischen Wirkungen auf die Zielzellen
beruhen.
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Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von IL-4 wurden von
Yokota et al. (1988) Immunol. Rev. 102: 137, und Le et al.
(1988) J. Biol. Chem. 263: 10817-10823, beschrieben. Natives
IL-4 aus normalen biologischen Quellen besitzt ein
berechnetes Molekulargewicht von ca. 20000 bis 22000 Da,
bestimmt durch Gelfiltration, einen isoelektrischen Punkt von
ca. 6,7, wenn die Zuckergruppen entfernt wurden, und 10,53
mit den Zuckergruppen, und eine Anfälligkeit gegenüber einer
Hydrolyse durch Trypsin und Chymotrypsin. Die IL-4-
Proteinsequenz weist 129 Aminosäuren auf, was ein
theoretisches Molekulargewicht von 15000 Dalton ergibt.
Dieses theoretische Molekulargewicht liegt nahe an den durch
SDS-PAGE bestimmten Molekulargewichten von 15000, 18000 und
19000. Die Abweichung zwischen dem durch Gelfiltration und
SDS-PAGE bestimmten Molekulargewicht wird den
Kohlenhydrateinheiten zugeschrieben.
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Rekombinantes IL-4 besitzt ein berechnetes Molekulargewicht
von ca. 22000 Da, bestimmt durch Gelfiltration, und 15000
durch SDS-PAGE, einen isoelektrischen Punkt von ca. 10,53,
und eine Anfälligkeit gegenüber Hydrolyse durch Trypsin und
Chymotrypsin.
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Es ist bei 4ºC länger als 3 Monate stabil, länger als einen
Monat bei Raumtemperatur, und ca. 10 Minuten bei 60ºC. IL-4
ist über einen weiten pH-Bereich (2-10) stabil. IL-4 ist
insofern nicht Spezies-spezifisch, weil menschliches IL-4 auf
Mäusezellen wirkt, aber Mäuse-IL-4 ist Spezies-spezifisch.
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Der Grad der Aminosäuresequenzhomologie, die ein Polypeptid
in den Rahmen der hier angegebenen Definition für IL-4
bringt, variiert abhängig davon, ob die Homologie zwischen
dem Kandidatenprotein und IL-4 in oder außerhalb der IL-4-
Bereiche liegt, die für die cytotoxische Wirkung
verantwortlich sind. Domänen, die kritisch für die
cytotoxische Aktivität sind, sollten einen hohen Grad an
Homologie zeigen, um unter die Definition zu fallen, während
Sequenzen, die zur Aufrechterhaltung der IL-4-Konformation
oder für eine Rezeptorbindung keine Rolle spielen, eine
vergleichsweise niedrige Homologie zeigen können. Zusätzlich
können kritische Domänen eine cytolytische Wirkung besitzen
und trotzdem homolog im Sinne der hier angegebenen Definition
bleiben, wenn Reste, die funktionell ähnliche
Aminosäureseitenketten enthalten, substituiert sind.
Funktionell ähnlich bezieht sich auf die dominanten
Eigenschaften der Seitenketten, wie z. B. basisch, neutral
oder sauer, oder die Gegenwart oder Abwesenheit einer
sterischen Gruppierung.
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Ein äußerst signifikanter Faktor zur Feststellung der
Identität eines Polypeptids als IL-4 ist die Fähigkeit eines
Antiserums, das die biologische Aktivität von IL-4 im
wesentlichen neutralisieren kann, auch die biologische
Aktivität des in Frage stehenden Polypeptids zu
neutralisieren. Es ist jedoch festzustellen, daß die
immunologische Identität und die cytotoxische Identität nicht
notwendigerweise im gleichen Bereich liegen. Ein
neutralisierender Antikörper für IL-4 könnte ein
Kandidatenprotein nicht binden, weil der neutralisierende
Antikörper eine Stelle am IL-4, die für seine biologische
Aktivität kritisch ist, nicht bindet. Stattdessen könnte der
Antikörper einen harmlosen Bereich binden und seine
neutralisierende Wirkung durch sterische Hinderung ausüben.
Ein in diesem harmlosen Bereich mutiertes Kandidatenprotein
könnte deshalb den neutralisierenden Antikörper nicht mehr
binden, würde aber trotzdem im Hinblick auf eine wesentliche
Homologie und biologische Aktivität IL-4 sein.
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Von Bedeutung ist die Feststellung, daß Charakteristika, wie
z. B. das Molekulargewicht, der isoelektrische Punkt und
dergleichen, für das aus peripheren Lymphocyten und
Zelllinienkulturen erhaltene reife native oder Wildtyp IL-4
nur für die native Spezien von IL-4 beschreibend sind. Das
IL-4 im Sinne der vorstehenden Definition umfaßt andere
Spezien, die nicht alle Charakteristika des nativen IL-4
zeigen. Obwohl das wie hier definierte IL-4 natives IL-4
einschließt, fallen auch andere verwandte Polypeptide unter
die Definition. Z. B. werden IL-4-Derivate, wie
Insertionsmutanten, Deletionsmutanten, oder Fusionsproteine,
IL-4 aus dem für natives IL-4 festgesetzten
Molekulargewichtsbereich bringen (Fusionsproteine mit reifem
IL-4 sowie Insertionsmutanten werden ein größeres
Molekulargewicht besitzen als natives reifes IL-4, während
Deletionsmutanten von nativem IL-4 ein niedrigeres
Molekulargewicht haben werden). IL-4 kann auch abgewandelt
sein, um die Anfälligkeit gegenüber einer Hydrolyse durch
Trypsin oder andere Proteasen zu verringern oder zu
eliminieren.
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Die erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzung kann mit einem
oder allen Polypeptiden in einer inaktiven Form, die durch
enzymatische Hydrolyse aus einem zu einem Zymogen analogen
inaktiven Zustand in ein Polypeptidfragment überführt werden
kann, das die gewünschte biologische Aktivität besitzt,
verabreicht werden. Typischerweise sind die inaktiven
Vorläufer Fusionsproteine, in denen eines oder mehrere von
IL-4-TNF und IFN-g über eine Peptidbindung am Carboxylende an
ein menschliches Protein oder Fragment davon, oder entweder
direkt oder indirekt an ein anderes der Polypeptide, die zur
Durchführung der vorliegenden Erfindung brauchbar sind,
gebunden sind. Die Sequenz an dieser Peptidbindung oder in
der Nähe wird so gewählt, daß sie gegenüber einer
proteolytischen Hydrolyse anfällig ist, um das IL-4, den
Tumor-Nekrose-Faktor, und IFN-g entweder in vivo oder, als
Teil eines Herstellungsprotokolls, in vitro freizusetzen. Die
Zusammensetzung, die so ausgebildet wird, zeigt dann die
definitionsgemäß erforderliche cytotoxische Wirkung.
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Obwohl unter IL-4 üblicherweise menschliches IL-4 verstanden
wird, ist im Rahmen der Definition von IL-4 IL-4 aus anderen
Quellen, wie z. B. aus Maus, Schwein, Pferd oder Rind,
eingeschlossen, solange es im übrigen die vorstehend für
homologe Bereiche beschriebenen Standards und die
cytotoxische Aktivität erfüllt.
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Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung können auch
multimere Formen von IL-4 verwendet werden.
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Vom Umfang der Bezeichnung IL-4 werden auch Derivate von IL-4
umfaßt. Derivate umfassen Aminosäuresequenz-Mutanten,
Glycosylierungs-Varianten und kovalente oder aggregative
Konjugate mit anderen chemischen Gruppierungen. Kovalente
Derivate werden durch Bindung funktioneller Gruppen an
Gruppen, die in den IL-4-Aminosäureseitenketten oder an den
N- oder C-Enden vorhanden sind, mittels bekannter Methoden
hergestellt.
-
So wie bei TNF umfassen mutante IL-4-Derivate bestimmte, d. h.
stellenspezifische, Mutationen von IL-4 oder seinen
Fragmenten, die zur erfindungsgemäßen Durchführung brauchbar
sind. Mutiertes IL-4 wird als ein Polypeptid definiert, das
im übrigen unter die hier angegebene Homologie-Definition für
IL-4 fällt, aber eine Aminosäuresequenz aufweist, die von der
von IL-4 entweder aufgrund einer Deletion, Substitution oder
Insertion verschieden ist. Methoden zur Herstellung von
Substitutionsmutationen an bestimmten Stellen in DNA mit
einer bekannten Sequenz sind allgemein bekannt, z. B. die M13-
Primer-Mutagenese.
-
Im wesentlichen homogenes IL-4 oder Tumor-Nekrose-Faktor
bedeutet IL-4 oder Tumor-Nekrose-Faktor, das (der) im
wesentlichen frei von anderen Proteinen ist, die im Hinblick
auf die Quelle, aus der das native Protein isoliert wurde,
nativ sind. Dies bedeutet, daß homogenes IL-4 und/oder Tumor-
Nekrose-Faktor im wesentlichen frei ist von
Blutplasmaproteinen, wie z. B. Albumin, Fibrinogen,
Serinproteasen, a-Globulinen,
Nicht-Tumor-Nekrose-Faktorcytotoxischen Polypeptiden, wie z. B. Lymphotoxin oder
Interferonen, oder anderen Proteinen der Zelle oder des
Organismus, die als synthetischer Ursprung des Polypeptids
dienen, einschließlich ganzer Zellen und teilchenförmiger
Zelltrümmer. Im wesentlichen reine Polypeptide können jedoch
Substanzen, wie die nachstehend beschriebenen Stabilisatoren
und Träger, bestimmte Mengen an Proteinen von der Zelle oder
dem Organismus, die als synthetischer Ausgangsstoff dienen,
Proteine aus anderen als den ursprünglichen
Polypeptidquellen-Zellen oder -Organismen, und synthetische
Polypeptide, wie z. B. Poly-L-Lysin, umfassen. Rekombinantes
IL-4 oder Tumor-Nekrose-Faktor, das/der in einer allo-, d. h.
bakteriellen, Wirtzelle exprimiert wird, wird
selbstverständlich vollständig frei von Genquellenproteinen
exprimiert.
-
Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendetes IL-4
und Tumor-Nekrose-Faktor werden vorzugsweise in Kulturen von
rekombinanten Organismen nach Methoden, die für einen
Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind, synthetisiert.
-
Zur Verabreichung wird die Zusammensetzung durch Mischen von
Tumor-Nekrose-Faktor und IL-4 mit dem gewünschten
Reinheitsgrad mit physiologisch annehmbaren Trägern, d. h.
Trägern, die gegenüber Empfängern in den verwendeten
Dosierungen und Konzentrationen nicht toxisch sind,
hergestellt. Üblicherweise umfaßt dies das Kombinieren der
IL-4- und TNF-Zusammensetzung mit Puffern, Antioxidantien,
wie z. B. Ascorbinsäure, Polypeptiden mit niedrigem
Molekulargewicht (weniger als ca. 10 Reste), Proteinen,
Aminosäuren, Kohlenhydraten einschließlich Glucose oder
Dextrinen, Geliermitteln, wie z. B. EDTA, und anderen
Stabilisatoren und Trägern. Der Träger sollte so formuliert
werden, daß er die Zusammensetzung stabilisiert. Die zur
therapeutischen Verabreichung bestimmte Zusammensetzung muß
steril sein. Dies wird leicht durch Filtration durch sterile
Filtrationsmembranen erreicht. Die Zusammensetzung wird
üblicherweise in lyophilisierter Form gelagert.
-
Da Interferone mit IL-4 und Tumor-Nekrose-Faktor
synergistisch wirken, wird alpha-, beta- oder gamma-
Interferon zweckmäßigerweise mit Tumor-Nekrose-Faktor/IL-4-
Zusammensetzungen oder IL-4/Tumor-Nekrose-Faktor und
Lymphotoxin-enthaltenden Zusammensetzungen kombiniert. TNF
besitzt eine spezifische Aktivität von ca. 100 E/ng. Die
spezifische Aktivität von IL-4 und IFN-g beträgt ca. 10 E/ng.
Eine typische Formulierung umfaßt IL-4 und/oder IFN, und
Tumor-Nekrose-Faktor und/oder Lymphotoxin in einem
Einheitenaktivität-Verhältnis von 0,1 : 1 bis 200 : 1, und
üblicherweise von 10 zu 1, und kann anstelle eines Teiles
oder des gesamten Tumor-Nekrose-Faktors Lymphotoxin
enthalten. Diese Anteile können selbstverständlich, wenn dies
therapeutisch zweckmäßig ist, modifiziert werden.
-
IL-4/TNF-Zusammensetzungen werden an Tumor-tragende Tiere
verabreicht. Der Weg der Verabreichung entspricht bekannten
Methoden, z. B. der intravenösen, intraperitonealen,
intramuskulären, intraläsionalen Infusion oder Injektion von
sterilen IL-4/TNF-Lösungen, oder zeitlich regulierten
Abgabesystemen, wie dies nachstehend angegeben wird. IL-4/TNF
kann intraläsional, d. h. durch direkte Injektion in feste
Tumore, verabreicht werden. Im Falle von disseminierten
Tumoren, wie z. B. Leukämie, geschieht die Verabreichung
vorzugsweise intravenös oder in das Lymphsystem. Tumore der
Abdominalorgane, wie z. B. Ovarialkarzinom, werden
vorteilhafterweise durch intraperitoneale Infusion unter
Verwendung einer Peritonealdialysevorrichtung und
peritonealverträglichen Lösungen behandelt. Üblicherweise wird IL-4/TNF
jedoch kontinuierlich durch Infusion verabreicht, obwohl auch
eine Bolusinjektion möglich ist.
-
IL-4/TNF wird zweckmäßigerweise aus einer implantierbaren
Substanz zur zeitlich gesteuerten Abgabe verabreicht.
Beispiele für geeignete Systeme für Proteine mit dem
Molekulargewicht von Tumor-Nekrose-Faktor-Dimeren oder -
Trimeren umfassen Copolymere von Ethyl-L-glutaminsäure und
gamma-Ethyl-L-glutamat (U. Sidman et al. 1983, Biopolymers
22(1): 547-556), Poly(2-hydroxyethyl-methacrylat) (R. Langer
et al. 1981, J. Biomed. Matter. Res. 15: 167-277, und R.
Langer, 1982, Chem. Tech. 12: 98-105), oder
Ethylenvinylacetat (R. Langer et al., Id.). Diese Substanz
wird an chirurgischen Eingriffsstellen, von denen Tumore
ausgeschnitten wurden, implantiert. Alternativ wird die IL-
4/TNF-Zusammensetzung in semipermeable Mikrokapseln oder
Liposome zur Injektion in den Tumor eingekapselt. Diese
Verabreichungsart ist insbesondere für chirurgisch nicht
entfernbare Tumore, z. B. Hirntumore, geeignet.
-
Die Methode zur Behandlung von Tumorzellen durch
Verabreichung von TNF und IL-4 an Tumor-tragende Individuen
umfaßt sowohl eine gleichzeitige als auch eine
hintereinanderfolgende Verabreichung dieser Polypeptide. Für
einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es bekannt, daß die
Wirkung einer gleichzeitigen Verabreichung auch durch
Verabreichung eines der Polypeptide an das Individuum und
nachfolgende Verabreichung des zweiten Polypeptids erzielt
werden kann. Die zeitliche Koordinierung einer solchen
hintereinanderfolgenden Verabreichung ist für einen Fachmann
auf diesem Gebiet bekannt und hängt nur von der in vivo-
Abbaurate des ersten verabreichten Polypeptids ab.
-
Die Menge der IL-4/TNF-Zusammensetzung, die verabreicht wird,
hängt z. B. vom Verabreichungsweg, dem in Frage stehenden
Tumor und dem Zustand des Patienten ab. Intraläsionale
Injektionen werden, bezogen auf das Körpergewicht, weniger
IL-4/TNF erfordern als eine intravenöse Infusion, obwohl
einige Tumortypen, z. B. feste Tumoren, gegenüber Tumor-
Nekrose-Faktor resistenter erscheinen als andere, z. B.
leukämische. Für den Therapeuten ist es deshalb notwendig,
zum Erhalt einer optimalen cytotoxischen Wirkung gegenüber
dem Zieltumor die Dosierung wie erforderlich genau
festzusetzen und den Verabreichungsweg zu modifizieren, wie
dies z. B. durch Biopsie des Tumors oder diagnostische Assays
auf vermeintliche Krebsmarker, wie z. B. karzinoembryonisches
Antigen, im Hinblick auf eine rekombinante Toxizität, die mit
einer höheren Dosierung verbunden ist, bestimmt werden kann.
Es wurde festgestellt, daß Tumor-Nekrose-Faktor-Dosierungen
bei Mäusen (bis zu ca. 120 mg/kg Körpergewicht/Tag durch
intravenöse Verabreichung) normalerweise im wesentlichen
nicht toxisch und in vivo wirksam sind. IL-4-Dosierungen sind
bei Mäusen (bis zu ca. 120 mg/kg Körpergewicht/Tag durch
intravenöse Verabreichung) normalerweise im wesentlichen
nicht toxisch und in vivo wirksam.
-
Es wird nicht angenommen, daß Tumor-Nekrose-Faktor in seiner
cytotoxischen Wirkung Spezies-spezifisch ist, weshalb Tumor-
Nekrose-Faktoren, die vom menschlichen Tumor-Nekrose-Faktor
verschieden sind, z. B. vom Rind oder Schwein, erfindungsgemäß
bei der Therapie menschlicher Tumore verwendet werden können.
Zweckmäßig ist es jedoch, einen Tumor-Nekrose-Faktor von der
zu behandelnden Spezies zu verwenden, um eine potentielle
Ausbildung von Autoantikörpern zu vermeiden.
Beispiel 1
Zellukulturverfahren
-
Alle Zelllinien wurden in subkonfluenten Kulturen gehalten.
Die Zellen wurden mit 0,3 bis 1,3 · 10&sup6; Zellen/25 mm
Petrischale in DMEM-Medium, ergänzt mit Glutamin (2 mM),
Penicillin (100 Einheiten/ml), Streptomycin (100 ug/ml) und
fötalem Rinderserum (10%) in einem Befeuchtungs-Inkubator
unter 5% CO&sub2; in Luft aufgetragen.
Beispiel 2
Cytotoxizität-Assays
-
Für Cytotoxizität-Assays wurden 5 · 10³-Zellen in 0,1 ml des
Mediums auf Costar-Platten mit 96 Vertiefungen aufgetragen.
Nach Inkubieren über Nacht bei 37ºC in einer angefeuchteten
Atmosphäre von 5% CO&sub2; in Luft wurde das Medium entfernt und
eine serielle Verdünnung der Testprobe in 0,1 ml Medium
durchgeführt. Nach 72 stündiger Inkubation bei 37ºC wurde
das Medium entfernt und, wie von Sugarman et al. (1985)
Science 230: 943, beschrieben, durch Anfärben mit
Kristallviolett auf wachstumsfähige Zellen geprüft. Der
Prozentsatz der relativen Zellen-Wachstumsfähigkeit wurde als
optische Dichte in Gegenwart der Testprobe dividiert durch
die optische Dichte in Abwesenheit der Testprobe (Medium),
und mit 100 multipliziert, berechnet.
Beispiel 3
Radiorezeptor-Assay
-
Rezeptorbindungs-Assays wurden wie bei Aggarwal et al. (1985)
Nature 318: 665 beschrieben, durchgeführt. 0,25 · 10&sup6; Zellen
wurden in 12 · 75 mm Polypropylen-Röhrchen in 0,2 ml frischem
eiskaltem Medium (DMEM+10% FBS), enthaltend 0,2 · 10&sup6; cpm
¹²&sup5;I-TNF, entweder in Gegenwart (nicht spezifische Bindung)
oder Abwesenheit (vollständige Bindung) eines 100-fachen
Überschußes an unmarkiertem TNF inkubiert. Nach Inkubation
während 60 Minuten bei 4ºC wurde das Medium entfernt, die
Zellen dreimal durch Zentrifugieren gewaschen, und die
zellgebundene Radioaktivität bestimmt. Alle Bestimmungen
wurden dreifach durchgeführt.
Beispiel 4
Erhöhung der antiproliferativen Wirkung von TNF durch IL-4
-
Es wurden die durch Interleukin-4 erhöhten antiproliferativen
Wirkungen von TNF gegen verschiedene Tumorzellarten getestet.
Verschiedene Konzentrationen von TNF allein oder in
Kombination mit einer bestimmten Konzentration an IL-4
(100 ng/ml) wurden an einer Brusttumorzelllinie, MDA-MB 330,
untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt. Nach
der Inkubation von 5 · 10³ Zellen in 0,1 ml Medium, das die
angegebene Menge an Cytokinen enthielt, während 72 Stunden
wurde die Zellen-Wachstumsfähigkeit wie im Beispiel 1
beschrieben, bestimmt. Alle Bestimmungen wurden dreifach
durchgeführt.
-
TNF allein hatte selbst bei so hohen Konzentrationen wie
10000 E/ml nur eine minimale Wirkung auf diese Zellen. Wenn
IL-4 zu den Kulturen mit dem TNF zugegeben wurde, wurde das
Wachstum dieser Zellen jedoch in einer Dosisabhängigen Weise
inhibiert. Wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist, wurde
bei einer Konzentration von 10000 E/ml nur eine 10%-ige
Zellwachstumsinhibierung beobachtet. Wenn jedoch 100 ng/ml
IL-4 zugegeben wurden, wurde die
Tumorzellenwachstumsinhibierung auf fast 60% erhöht. Die
Potenzierung der cytotoxischen Wirkungen von TNF durch IL-4
wurde auch mit anderen Zelltypen, wie z. B. Vulva-
Karzinomzellen (A431) und histiozytische Lymphomazellen (U-
937), beobachtet. Die Fig. 2A und 2B zeigen die Wirkung
verschiedener Konzentrationen an TNF und IL-4 (100 ng/ml) auf
die relative Zellen-Wachstumsfähigkeit (in %) einer
menschlichen Karzinomzelllinie (A-431; Fig. 2A) und einer
menschlichen histiozytischen Lymphomazelllinie (U-937; Fig.
2B). 0,5 · 10³ Zellen wurden in 0,1 ml des Mediums, das die
angegebene Menge der Cytokine enthielt, während 72 Stunden
inkubiert, und danach die Zellen-Wachstumsfähigkeit wie im
Beispiel 1 beschrieben bestimmt.
-
Die Fig. 2A und 2B zeigen, daß bei so niedrigen
Konzentrationen wie 0,01 E/ml des Cytokins eine signifikante
Wirkung von IL-4 auf die TNF-abhängige Wachstumsmodulierung
von A431-Zellen (Fig. 2A) beobachtet werden kann.
-
Die Erhöhung der cytotoxischen Wirkungen von TNF durch IL-4
war bei einer höheren Konzentration (1000 E/ml) an U-937-
Zellen sogar noch ausgeprägter.
-
Die Wirkung variabler Konzentrationen an IL-4 auf eine
bestimmte Konzentration an TNF (1000 E/ml) wurde ebenfalls
untersucht. 5 · 10³ Zellen wurden mit den angegebenen
Konzentrationen an Cytokinen in 0,1 ml des Mediums 72 Stunden
inkubiert, und danach die Zellen-Wachstumsfähigkeit wie im
Beispiel 1 angegeben bestimmt. Alle Bestimmungen wurden
dreifach durchgeführt. Die Fig. 3A und 3B zeigen die
Wirkung variierender Konzentrationen an IL-4 auf die
Cytotoxizität von 1000 Einheiten/ml TNF gegen A-431 (Fig.
3A) und MDA-MB-330 (Fig. 3B)-Zelllinien. Die Wirkung einer
einzigen Dosis an IL-4 (1 ug/ml) allein ist ebenfalls
dargestellt. A-431-Zellen (Fig. 3A) wurden in einer
Dosisabhängigen Weise in Gegenwart von IL-4 und TNF inhibiert. IL-
4 allein war sogar bei einer Konzentration von 1 ug/ml
unwirksam. Eine ähnliche Dosis-abhängige Reaktion von IL-4
wurde mit Brusttumorzellen (Fig. 3B) beobachtet.
Beispiel 5
Vergleich der IL-4- und IFN-g-Potenzierung der TNF-
Cytotoxizität
-
Es wurde bereits gezeigt, daß Interferon-g die cytotoxischen
Wirkungen von TNF gegenüber einer Vielzahl von
Tumorzelllinien ebenfalls verstärkt (US-Patent 4650674; Lee
et al. (1984) J. Immunol. 133: 1003; Sugarman et al. (1985)
Science 230: 943; Aggarwal et al. (1985) Nature 318: 665;
Vilcek et al. (1986) Interaction Between Tumor Necrosis
Factor and Interferons. The Biology of the Interferon System,
Herausgegeben von H. Schellekenes und W. E. Stewart. Elsevier
Science Publishers, Amsterdam, Seite 249; Fransen et al.
(1986) Eur. J. Cancer Clin. Oncol. 22: 419-426; Campbell et
al. (1988) J. Immunol. 141: 2325-2329; Schiller et al. (1987)
Cancer Res. 47: 2809-2813; Tsujimoto et al. (1986) J. Immunol.
137: 2272-2276). Fig. 4 zeigt den Vergleich der Wirkung von
IL-4 und IFN-g auf die TNF-abhängige Cytotoxizität gegenüber
MDA-MB-330-Zellen. 5 · 10³ Zellen wurden in 0,1 ml des
Mediums, das verschiedene Konzentrationen an TNF und entweder
IL-4 (100 ng/ml) oder IFN-g (100 ng/ml) enthielt, während
72 Stunden inkubiert, und dann die Zellen-Wachstumsfähigkeit
wie im Beispiel 1 beschrieben bestimmt. Alle Bestimmungen
wurden dreifach durchgeführt.
-
Um zu bestimmen, ob IL-4 und IFN-g nach einem ähnlichen
Mechanismus wirken, um die cytotoxischen Wirkungen von TNF zu
potenzieren, wurde die Potenzierung der antiproliferativen
Reaktion von TNF durch IL-4 und Interferon-g verglichen. Die
in Fig. 4 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß bei
Brusttumorzellen sowohl IL-4 auch als IFN-g bei gleichen
Konzentrationen (100 ng/ml) die wachstumshemmenden Wirkungen
von TNF in einem ähnlichen Ausmaß erhöhen. Es wurde eine ca.
60 bis 70%-ige Inhibierung des Zellwachstums beobachtet.
Ähnliche Ergebnisse wurden mit A-431- und U-937-Zellen
erhalten (Tabelle I).
Tabelle I
-
Wirkung von Interleukin-4 und gamma-Interferon auf die TNF-
abhängigen antiproliferativen Wirkungen gegenüber
verschiedenen menschlichen Tumorzelllinien¹.
Relative Zellen-Wachstumsfähigkeit (%)
-
¹ 5 · 10³ Zellen wurden in einem Volumen von 0,1 ml des
Mediums, das entweder TNF (200 ng/ml) oder IL-4 (100 ng/ml)
oder IFN-g (100 ng/ml) oder eine Kombination der Cytokine,
wie vorstehend angegeben, enthielt, inkubiert. Im Falle der
A-431-Zellen war die Konzentration aller Cytokine die gleiche
mit Ausnahme von IFN-g (1 ng/ml). Nach einer Inkubation
während 72 Stunden mit Cytokinen wurde die Zellen-
Wachstumsfähigkeit durch Anfärben mit Kristallviolett, wie im
Beispiel 1 angegeben, bestimmt.
-
IL-4 scheint auch die antiproliferativen Wirkungen von IFN-g
leicht zu erhöhen, allerdings nicht in gleichem Ausmaß wie
TNF (Tabelle I). Die Kombination aller drei Cytokine zusammen
war maximal wirksam. Beim Test an A431-Zellen wurden z. B. mit
TNF nur 30% Inhibierung des Zellwachstums beobachtet, 55%,
wenn IL-4 und TNF zusammen zugegeben wurden, und 80%, wenn
alle drei Cytokine in Kombination vorhanden waren, d. h. IFN-
g, IL-4 und TNF (Tabelle I).
-
Diese Ergebnisse zeigen, daß der Mechanismus, mit dem IFN-g
die cytotoxische Reaktion von TNF verstärkt, verschieden ist
von dem von IL-4. Um den Unterschied im Mechanismus der
Potenzierung von TNF durch IL-4 und IFN-g zusätzlich zu
zeigen, wurde die Wirkung beider Cytokine auf die Induktion
des TNF-Rezeptors bestimmt. Es ist bekannt, daß IFN-g den
Rezeptor für TNF induziert. Die in Tabelle II angegebenen
Ergebnisse zeigen klar, daß eine Pre-Exposition von U-937-
Zellen gegenüber IL-4 über Nacht keinen Anstieg der
spezifischen Bindung von TNF verursachte, was auf keine
Steigerung der Synthese neuer Rezeptoren hinweist. Der
Mechanismus der IL-4-Potenzierung von TNF ist deshalb von dem
von IFN-g verschieden.
Tabelle II Wirkung von Interleukin-4 auf das Binden von Tumor-Nekrose-
Faktor an U-937-Zellen¹
-
¹ U-937-Zellen wurden mit IL-4 (1 ug/ml) 24 Stunden bei 37ºC
behandelt und dann mit dem Medium gewaschen. 250000 Zellen
wurden bei 4ºC eine Stunde in 0,2 ml Medium, das 0,2 ·
10&sup6; cpm ¹²&sup5;I-TNF, enthielt, in Gegenwart oder Abwesenheit von
100 nm unmarkiertem TNF inkubiert. Danach wurden die Zellen
gewaschen und die zellgebundene Radioaktivität wie im
Beispiel 2 beschrieben bestimmt. Alle Bestimmungen wurden
dreifach durchgeführt.
-
Eine Zugabe von IL-4 allein verursachte eine Proliferation
bestimmter Zellen. Wie in Tabelle III gezeigt, erhöhte IL-4
das Wachstum der Brusttumorzelllinie ZR-75-1 gegenüber der
Kontrolle um fast 40%. Die Zellen-proliferativen Wirkungen
wurden auch mit einigen der anderen Zelllinien beobachtet,
aber in einem geringeren Ausmaß. Das Wachstum von A-431-
Zellen wurde durch IL-4 leicht inhibiert (Tabelle II). Diese
Wachstums-stimulierenden Wirkungen von IL-4 waren
dosisabhängig.
Tabelle III
Modulation des Wachstums verschiedener menschlicher
Tumorzelllinien durch Interleukin-4¹
Zellarten Relative Zellen-Wachstumsfähigkeit (%)
-
ZR-75-1 (Brusttumor) 140
-
MDA-MB-4GS (Brusttumor) 130
-
HS-OS7ST (Brusttumor) 132
-
BT-20 (Brusttumor) 110
-
MCF-7 (Brusttumor) 125
-
A-375 (Melanom) 120
-
MDA-MB-330 (Brusttumor) 110
-
A-431 (Vulva-Karzinom) 86
-
U-937 (histiozytisches Lymphom) 110
-
¹ 5 · 10³-Zellen wurden mit Interleukin-4 (1 ug/ml) 72
Stunden lang inkubiert, und dann die relative Zellen-
Wachstumsfähigkeit gemäß Beispiel 1 durch Anfärben mit
Kristallviolett bestimmt. Alle Bestimmungen wurden dreifach
durchgeführt.
Beispiel 6
Erhöhung der antiproliferativen Wirkung von Lymphotoxin durch
IL-4
-
Beim Test gegenüber Tumorzellen erhöhte Interleukin-4 die
antiproliferativen Wirkungen von Lymphotoxin (Lt). Die
antiproliferative Wirkung von Lt (1000 E/ml) allein oder in
Kombination mit IL-4 (1 ug/ml) wurde mit der Wirkung von TNF
(1000 E/ml) allein oder in Kombination mit IL-4 (1 ug/ml) an
einer Brusttumor-Zelllinie, MDA-MB-330, verglichen. Nach
Inkubation von 5 · 10³ Zellen in 0,1 ml des Mediums, das die
angegebene Menge an Cytokinen enthielt, während 72 Stunden,
wurde die Zellen-Wachstumsfähigkeit wie im Beispiel 1
beschrieben bestimmt. Alle Bestimmungen wurden dreifach
durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 angegeben.
-
TNF allein hat eine minimale Wirkung auf diese Zellen, und
inhibierte das Zellwachstum nur um 5%. Lt allein hatte ein
geringe proliferative Wirkung auf diese Zellen. Die Zellen-
Wachstumsfähigkeit in Gegenwart von IL-4 allein betrug 95 bis
98%. Wenn jedoch IL-4 zu den Kulturen mit TNF oder Lt
zugegeben wurde, wurde das Wachstum dieser Zellen signifikant
inhibiert. Wie dies auf Fig. 5 ersichtlich ist, wurde die
Tumorzellwachstums-Inhibierung in Gegenwart von IL-4 und TNF
um fast 60% erhöht, und in Gegenwart von IL-4 und Lt um
40%.
-
Der Mechanismus, mit dem IFN-g die TNF-Reaktion potenziert,
ist nicht bekannt. Es ist bekannt, daß die Steigerung der
cytotoxischen Wirkungen von TNF durch IFN-g die vermehrte
Bildung der TNF-Rezeptoren begleitet (Aggarwal et al. (1985)
Nature 318: 665; Vilcek et al. (1986) The Biology of the
Interferon System, Seite 249). Unsere Untersuchungen zeigen
jedoch, daß IL-4 TNF-Rezeptoren an Zellen, die dadurch
beeinträchtigt werden, nicht vermehrt. Obwohl diese
Beobachtungen anzeigen, daß der Mechanismus der Erhöhung der
TNF-Reaktion durch IL-4 von der von IFN-g verschieden ist,
wurde berichtet, daß die vermehrte Bildung der TNF-Rezeptoren
durch IFN-g auch für ihre synergistische cytotoxische Antwort
nicht ausreichend ist (Tsujimoto et al. (1986) J. Immunol.
137: 2272-2276; Aggarwal et al. (1987) J. Biol. Chem.
262: 10000-10007). Unsere Beobachtungen deuten auch darauf
hin, daß IFN-g die Reaktion von TNF und IL-4 zusammen
potenziert. Es ist deshalb möglich, daß diese zwei Agentien
über unabhängige Mechanismen arbeiten. Für Interleukin-1 ist
es ebenfalls bekannt, daß es die cytotoxischen Wirkungen von
TNF verstärkt (Ruggiero und Baglioni (1987) J. Immunol.
138: 0661-0663; Holtmann and Wallach (1987) J. Immunol.
139: 1161-1167). Der Mechanismus, mit dem IL-4 die Wirkungen
von TNF potenziert ist somit auch nicht klar. Im Gegensatz zu
IFN-g wurde gezeigt, daß IL-1 die Bildung der Rezeptoren für
TNF verringert. Neben Cytokinen können auch andere Mittel,
wie z. B. Inhibitoren der Proteinsynthese und erhöhte
Temperatur, die TNF-abhängige Cytotoxizität erhöhen (Watanabe
et al. (1988) Cancer Res. 48: 650-653; Niitsu et al. (1988)
Cancer Res. 48: 654-657). Untersuchungen mit Proteinsynthese-
Inhibitoren deuten darauf hin, daß TNF die Synthese
bestimmter Proteine induziert, was die Zellen vor der
cytotoxischen Wirkung von TNF schützt (Himeno et al. (1990)
Cancer Res. 50: 4941-4945; Watanabe et al. (1988)
Immunopharmacol. Immunotoxicol. 10: 479-499). Es ist bekannt,
daß sowohl der epidermale Wachstumsfaktor als auch der
transformierende Wachstumsfaktor die antiproliferativen
Wirkungen von TNF gegenüber verschiedenen Zelltypen
inhibieren (Sugarman et al. (1987) Cancer Res. 47: 780-786).
Es ist bekannt, daß diese Wachstumsfaktoren von verschiedenen
Tumorzellen gebildet werden. Es ist deshalb möglich, daß IL-4
wirkt, indem es die Synthese dieser Wachstumsfaktoren
inhibiert. Es ist auch möglich, daß IL-4 wirkt, indem es die
Expression von C-fos und c-myc-onkogenen, von denen es
bekannt ist, daß sie mit der Zellproliferation im
Zusammenhang stehen, verringert.
-
Die cDNAs für Rezeptoren für TNF, IFN-g und IL-4 wurden
kürzlich geklont (Idzerda et al. (1990) J. Exp. Med. 171: 861-
873; Schall et al. (1990) Cell 61: 361-370; Loetscher et al.
(1990) Cell 61: 351-359; Smith et al. (1990) Science 248: 1019-
1023; Auget et al. (1988) Cell 55: 273-280). Die Struktur
dieser Rezeptoren hat jedoch ergeben, daß der Rezeptor selbst
nicht für eine Signal-Transduktion ausreicht. Es ist bekannt,
daß IL-4 die Bildung von TNF aus Makrophagen verringern kann
(Essner et al. (1989) J. Immunol. 142: 3857; Hamilton (1989)
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 3803), aber es wurde auch
berichtet, daß IL-4 die Makrophagen-vermittelte Cytotoxizität
erhöhen kann (Somers und Erickson (1989) Cell Immunol.
122: 178-187). Es wurde gezeigt, daß die letztere Eigenschaft
primär auf TNF beruht (Feinman et al. (1987) J. Immunol.
138: 635-640). Es ist deshalb nicht klar, wie die Inhibierung
der TNF-Bildung mit der Erhöhung der Makrophagen-
Cytotoxizität durch IL-4 verbunden ist. Es ist möglich, daß
die Erhöhung der Makrophagen-Cytotoxizität gegen Tumorzellen
durch IL-4 durch die hier beschriebenen synergistischen
Wirkungen von TNF und IL-4 zusammen vermittelt wird. Es wurde
gezeigt, daß IL-4-produzierende Tumorzellen eine Antitumor-
Wirkung in vivo gegen andere Tumore zeigen (Tepper et al.
(1989) Cell 57: 503-512). Da IL-4 allein nicht direkt eine
antiproliferative Wirkung in Tumorzellen in Kulturen
hervorruft, wird der Mechanismus, durch den IL-4 als
Antitumormittel in vivo wirkt, nicht verstanden. Es ist
möglich, daß in dieser Situation IL-4 als Antitumormittel
wirkt, indem es Makrophagen aktiviert sowie die
Antitumorwirkungen von TNF potenziert.