DE69230993T2 - Rekombinante viren vektoren zur expression in muskelzellen - Google Patents

Rekombinante viren vektoren zur expression in muskelzellen

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Description

  • Die Erfindung betrifft rekombinante Vektoren viralen Ursprungs, die eine Nukleotidsequenz tragen, die für ein bestimmtes Polypeptid kodiert, und ihre Verwendung für die Expression dieses Polypeptids in Muskelzellen. Die Erfindung zielt gleichermassen auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Vektoren sowie ihre Anwendungen, insbesondere als Medikamente im Bereich der Muskelpathologien.
  • Das bisher nicht gelöste Problem der direkten Diffusion eines Gens zu einem spezifischen Gewebe behindert die Entwicklung einer Gentherapie im Bereich der Muskelerkrankungen.
  • Die verschiedenen Versuche zur Modifikation des Muskelgewebes, die bis heute vorgenommen wurden, sind im Prinzip die Fusion von Muskelzellen mit einem Wirtsmuskel (Salminen, A. et al., Hum. Gene Ther. 2, 15-26 (1991); Partridge, T. A. et al., Nature 337, 176-179 (1989)) und die Injektion von DNA direkt in die Muskeln (Wolff, J. A. et al., Science 247, 1465-1468 (1991); Acsadi, G., New Biol. 3, 71-81 (1991)).
  • Die Methode der Fusion von Vorstufen von Muskelzellen aus einem normalen Spender mit Muskelfasern eines Wirts wurde bei Mäusen (Partridge, T. A. et al. siehe oben) mit Erfolg durchgeführt und diese Zelltherapie war Gegenstand von Vorversuchen bei Kindern. Dennoch scheint dieser Ansatz zu viele Nachteile aufzuweisen, als dass sie für die Behandlung von Muskelpathologien anwendbar sein kann. In der Tat sind die Migrationskapazitäten dieser Zellvorstufen auf einige Millimeter reduziert, ihre Zellimplantation erfordert Millionen von Injektionen während stundenlanger Anästhesie. Es ist unausbleiblich, dass ein Risiko immunologischer Probleme auftritt, die zu Abstossungserscheinungen führen, wie im Falle zahlreicher Transplantationen. Ausserdem benötigt die Behandlung der Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) nicht nur ein Erreichen der Skelettmuskeln, sondern gleichermassen der Myokardzellen; die Schwierigkeiten, die beim Implantieren von Vorstufen von Muskelzellen in das Myokard möglicherweise angetroffen werden, kann man sich leicht vorstellen. Die Zelltherapie erscheint folglich wenig geeignet für die Behandlung von kranken Zellen, die eine solche Verbreitung im Organismus aufweisen.
  • Die Gentherapie mit direkter Einführung von Nukleinsäuren ins Innere von Organen in vivo ist eine Methode, die aufgrund ihrer Einfachheit verlockend ist, deren Entwicklung sich aber an einer Reihe von Hindernissen stösst. Insbesondere bleibt die Expression von Genen in den Muskeln auf den Punkt der Injektion lokalisiert (Wolff, J. A. et al. siehe oben) und scheint zeitlich ziemlich begrenzt, insbesondere im Herzmuskel (Acsadi, G. et al. siehe oben).
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die präzise Einführung einer sehr grossen Zahl von Nukleinsäuren in eine bedeutende Zahl von Muskelzellen (bis zu 50% und mehr) eines menschlichen oder tierischen Organismus zu ermöglichen, seien diese Muskelzellen nun Skelettmuskelzellen oder auch Myokardzellen.
  • Die vorliegende Erfindung hat insbesondere das Ziel, die Beförderung dieser Nukleinsäuren zu den Zielmuskelzellen durch den Blutkreislauf ermöglichen, wobei diese Nukleinsäuren vor dem Angriff verschiedener Blutbestandteile geschützt sind.
  • Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, der Öffentlichkeit pharmazeutische Zusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, die die Behandlung von Muskelerkrankungen ermöglichen, und insbesondere von genetischen Pathologien des Mus kelsystems oder auch von Pathologien, deren Lokalisation im Organismus sie für Expressionsprodukte der oben genannten Nukleinsäuren zugänglich machen, wobei diese Produkte von den Muskelzellen ausgeschieden werden.
  • Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus der von den Erfindern gemachten Entdeckung der Tatsache, dass man bei Mäusen nach Injektion von rekombinanten Vektoren viralen Ursprungs, insbesondere von Adenoviren, in deren Genom das für die β- Galactosidase kodierende Gen eingeführt wurde, in zahlreichen Geweben β-Galactosidaseaktivität findet. Unter diesen Geweben sind zu nennen die Lungen, die Leber, die Eingeweide, das Herz und die Skelettmuskeln. Die Expression des Gens der β- Galactosidase ist zeitlich konstant, da der Anteil der Zellen in blauer Farbe (Anfärbung nach der Expression des Gens) im Muskelgewebe von einem Monat zum anderen ungefähr äquivalent ist.
  • Fig. 1 stellt ein Beispiel der Konstruktion eines rekombinanten Vektors gemäss der Erfindung und entsprechend einem Adenovirus vom Typ Ad5 dar, in dessen Genom das Gen der β-Galactosidase unter Kontrolle des Promotors RSV eingefügt ist.
  • Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand die Verwendung von Rekombinationsvektoren viralen Ursprungs, die nicht replizierbar sind und die geeignet sind, von Rezeptoren menschlicher oder tierischer Muskelzellen erkannt zu werden, die durch diese Viren infizierbar sind, wobei diese Vektoren darüber hinaus durch eine Insertions-Nukleinsäure modifiziert sind, welche eine für eine Polypeptidsequenz kodierende Nukleotidsequenz beinhaltet, deren Expression in den genannten Muskelzellen erwünscht ist, wobei diese Sequenz unter der Kontrolle eines Promotors ist, der von den Polymerasen dieser Zellen erkannt wird, zur Herstellung eines intravenös oder intraarteriös verabreichbaren Medikaments, und das zur Be handlung von Pathologien bestimmt ist, die Muskelzellen betreffen, oder von Pathologien, deren Lokalisierung im Organismus so ist, dass sie zugänglich sind für die durch die genannten Muskelzellen abgesonderten Produkte der Expression der genannten Nukleotidsequenz.
  • Die Adenoviren, insbesondere die menschlichen Adenoviren vom Typ 2 oder 5 stellen im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Vektoren dar, besonders aufgrund der grossen Grösse des fremden DNA-Fragments, das in das Genom dieses Virus eingefügt werden kann.
  • Mit Vorteil ist die oben genannte Insertionsnukleinsäure in einem defekten Adenovirusgenom enthalten, wobei diesem Genom essentielle Sequenzen fehlen, die zur Replikation dieser Adenoviren nötig sind, und insbesondere Transaktivatoren EA und EB; dieses Genom enthält trotzdem bevorzugt alle die essentiellen Sequenzen, die für die Verkapselung dieser Adenoviren nötig sind.
  • Der verwendete Promotor kann ein endogener Promotor sein (beispielsweise ein früher oder später Promotor des verwendeten Adenovirus) oder ein exogener.
  • Mit Vorteil wird auf die Verwendung von starken Promotoren zurückgegriffen, beispielsweise mit einer Stärke in der Grössenordnung des im LTR (Long Terminal Repeat) von RSV (Rous Sarcome Virus) enthaltenen Promotors.
  • Als Beispiel anderer Promotoren, deren Verwendung in Betracht gezogen werden kann, sind zu nennen:
  • - der Promotor des Gens IE von CMV (Cytomegalievirus)
  • - die induzierbaren Promotoren MMTV (Mouse Mammary Tumor Virus) oder Metallothionin.
  • Die Stärke des verwendbaren Promotors kann in ähnlichen Versuchen beurteilt werden wie sie in den folgenden Beispielen beschrieben sind, beispielsweise durch Substitution in den Vektoren dieser Beispiele des untersuchten Promotors auf den im LTR von RSV enthaltenen Promotor und durch Bewertung der Expressionsintensität des erhaltenen Markers, wobei die Intensität dann mit der verglichen werden kann, die mit dem Promotor von LTR von RSV erhalten wird.
  • Die Menge der in den Organismus verabreichten Vektoren ist mir Vorteil so ausgewählt, dass sie über das Immunsystem des Organismus hinausgeht, in den sie injiziert sind.
  • Mit Vorteil ist der im Rahmen der vorliegenden Erfindung gewählte Verabreichungsweg der intravenöse oder intraarterielle Weg.
  • Unter den oben genannten Pathologien, die Muskelzellen betreffen, sind genetische Pathologien zu nennen wie die Muskeldystrophie.
  • Zu diesem Zweck umfasst die in das Genom des viralen Vektors eingesetzte Nukleinsäure, und von der die Diffusion in die Muskelmasse gewünscht ist, eine Nukleotidsequenz, die für ein Polypeptid kodiert, das geeignet ist, die fragliche Pathologie zu behandeln, und insbesondere in der Muskelzelle des normalerweise in einer gesunden Zelle vorhandenen Polypeptids eine Rolle zu spielen, aber deren Mangel bedingt ist entweder durch eine anormal schwache, sogar null, Produktion dieses Polypeptids oder auf einen Fehler in seiner Aminosäuresequenz was zu Anomalien in der genetischen Ordnung in der kodierenden Nukleotidsequenz führt.
  • Erfindungsgemäss für die Herstellung eines Medikaments, das zur Behandlung der Muskeldystrophie bestimmt ist, verwendete Vektoren sind besonders dadurch gekennzeichnet, dass die Insertionsnukleinsäure ganz oder teilweise aus einem gesunden Gen des Dystrophin besteht. Die Einfügung des ganzen Genes des Dystrophin oder auch jedes Teils dieses Genes, das für ein Polypeptid kodiert, das eine Aktivität erhält, die der des ganzen Proteins vergleichbar ist, kann nach einem Verfahren vorgenommen werden, das zu dem nachfolgend zum Einführen des Gens der β-Galactosidase beschriebenen identisch ist.
  • Als Beispiel für andere Pathologien als Muskelpathologien, die für eine Behandlung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind Thrombosen aufgrund von Infarkten oder Venenentzündungen zu nennen.
  • Erfindungsgemäss für die Herstellung eines Medikaments verwendete Vektoren, das zur Behandlung von Thrombosen bestimmt ist und zur Vorbeugung von Infarkten und von Venenentzündungen, sind besondere dadurch gekennzeichnet, dass die Insertionsnukleinsäure eine Nukleotidsequenz umfasst, die für eine thrombolytische Substanz kodiert. Dieser letzteren Sequenz geht mit Vorteil eine Signalsequenz voraus, die für ein Peptid kodiert, wobei das Signal die Ausscheidung der thrombolytischen Substanz ausserhalb der Muskelzelle gewährleistet.
  • Die Anmeldung beschreibt gleichermassen jeden Rekombinationsvektor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus dem defekten Genom eines Adenovirus besteht, der zumindest die Menge der essentiellen Sequenzen beinhaltet, die für die Verkapselung dieses Adenovirus notwendig sind, und in die eine rekombinante Nukleinsäure eingefügt ist, deren Diffusion in die Muskelmasse gewünscht ist, wobei diese Nukleinsäure unter die Kontrolle eines Promotors gestellt ist, der geeignet ist, von den Polymerasen der Muskelzellen erkannt zu werden, insbesondere der starke Promotor der frühen Region E1A des Adenovirusgenoms.
  • Ein bevorzugter rekombinanter Vektor der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese rekombinante Nukleinsäure ganz oder teilweise aus dem Gen des Dystrophin gebildet ist.
  • Die Erfindung betrifft gleichermassen pharmazeutische Zusammensetzungen umfassend einen oder mehrere rekombinante Vektoren wie sie oben beschrieben sind, in Verbindung mit einem pharmazeutisch akzeptablen Träger.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Rekombinationsvektoren ist gleichermassen beschrieben. Dieses Verfahren umfasst nach dem eigentlichen Schritt der Bildung der Vektoren durch Einführen der Insertionsnukleinsäure in ihr Genom einen Transformationsschritt von transformierbaren Zell-Linien höherer Eukaryonten (insbesondere menschlichen oder tierischen Ursprungs), die selbst eine bestimmte Nukleotidsequenz enthalten, die geeignet ist, den Teil des Adenovirusgenoms zu komplementieren, der für seine Replikation essentiell ist, und dem der oben genannte Vektor fehlt, wobei die bestimmte Sequenz bevorzugt im Genom von Zellen der genannten Zell-Linie enthalten ist.
  • Als bevorzugtes Beispiel solcher Zell-Linien ist die Linie 293 zu nennen, die Linie der Embryonalniere des Menschen, die in ihr Genom integriert die ersten elf Prozent des linken Endes des Genoms eines Ad5 enthält. Diese ermöglichen, defekte rekombinante Viren zu komplementieren, die in dieser Region Deletionen aufweisen. Ein solches Herstellungsverfahren ist insbesondere in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0185573 vom 20.11.85 beschrieben.
  • Nach Transformation dieser Zell-Linien werden die so multiplizierten Vektoren aufgenommen und gereinigt.
  • Die vorliegende Erfindung wird insbesondere mit Hilfe der folgenden ausführlichen Beschreibung der Bildung von rekombinanten Adenovirusvektoren erläutert, die das Gen enthalten, das für die β-Galactosidase kodiert, und die Eigenschaften dieses Adenovirusvektors.
  • 1. Bildung des rekombinanten Adenovirus, Ad-RSV-βgal, durch Rekombination in vivo.
  • Dieser rekombinante Adenovirus wurde durch homologe Rekombination zwischen einem geeigneten Plasmid und dem Genom des Adenovirus vom Typ 5 (Ad5) gebildet. In dieser Konstruktion ist das Gen der β-Galactosidase unter die Kontrolle des Promotors RSV (Rous Sarcoma Virus) gestellt. Das verwendete Plasmid pAdRSVβgal enthält das Segment PvuII des linken Endes von Ad5 (das zwischen den Positionen 0 und 1,3 des Plasmids gelegene Segment in Fig. 1), das die intervertierte Endwiedergabe, Ursprung der Replikation, der Signale der Verkapselung und des Verstärkers E1a umfasst. Dieses Fragment ist gefolgt von einem Gen nlslacZ (beschrieben bei Bonnerot, C. et al., Proc. Natn. Acad. Sci. USA, 1987, 84, 6795-6799), das für die β-Galactosidase kodiert und von einem Fragment des Adenovirus Ad5, das zwischen den Positionen 9,4 und 17 des Plasmids von Fig. 1 gelegen ist.
  • Die Werte der oben angegebenen Positionen 1,3, 9,4 und 17 sind Einheiten, die die Anzahl von Basenpaaren angeben, die im Inneren dieser Fragmente enthalten sind, wobei eine Einheit 360 Basenpaare darstellt.
  • Die zwischen den oben genannten Positionen 9,4 und 17 gelegene Sequenz Ad5 erlaubt die Rekombination mit dem Adenovirus d1324, der durch das Restriktionsenzym ClaI behandelt ist (entsprechend einer Deletionsmutante E3; wobei die Deletion zwischen den Positionen 78,4 und 84,3 des in Fig. 1 gezeig ten Adenovirusgenoms vorgenommen ist), nach Transfektion der Zellen 293 (menschliche Embryonalzellen der Niere transformiert durch den Adenovirus und oben genannt), um den Rekombinationsvektor Ad-RSV-βgal zu erzeugen. Das Gen nlslacZ ist durch den Promotor RSV LTR kontrolliert und besitzt das Signal der Polyadenylierung des Virus SV40. Der auf diese Weise erhaltene rekombinante Virus ist aufgrund der Deletion der Gene E1 nicht in der Lage, sich zu replizieren.
  • 2. Untersuchung des Gentransfers mittels des Adenovirus auf Organe der Maus
  • Vier Tage alte Mäuse Balb/C erhielten eine intravenöse Injektion von 20-40 Mikrolitern hochgereinigter rekombinanter Adenoviren, Ad-RSV-βgal (10&sup9; Einheiten: UFP/ml), die Organe wurden 15 Tage nach der Injektion entfernt und 30 Minuten in einem Phosphatpuffer mit 4%igem Paraformaldehyd behandelt. Nach Spülung wurden die Organe über Nacht bei 30ºC in einer X-gal-Lösung inkubiert. Die ganzen Organe wurden dann eingefroren und in geeigneter Weise präpariert, um Kryoschnitte vorzunehmen (von 10 Mikrometern Dicke), wobei die Schnitte mit Hilfe von Hämatoxylin und Eosin angefärbt wurden.
  • Der Nachweis der β-Galactosidaseaktivität auf den erhaltenen Schnitten durch histochemische Anfärbung in der oben angegebenen Weise zeigt die Anwesenheit des eingefügten Gens im Adenovirusvektor in den Zellen der entnommenen Organe an.
  • Die makroskopische Untersuchung des entnommenen Herzens sowie der Skelettmuskeln der behandelten Mäuse zeigt die grosse Wirksamkeit, mit der dieser Gentransfer nach nur einer Injektion des rekombinanten Adenovirus bewirkt wurde. Der Nutzen der Wahl des intravenösen Weges liegt in der Tatsache, dass der virale Vektor nicht in irgendeiner Zone des Muskelgewebes konzentriert ist, sondern im Gegenteil, dass er in der gesam ten Muskelmasse vorteilhaft verteilt ist. Die histochemische Anfärbung ermöglicht die Bestimmung, dass die Anzahl der transformierten Zellen in einigen Zonen 50% der Anzahl der in dieser Zone vorhandenen Muskelzellen erreicht.
  • Die Expression der β-Galactosidase im Myokard sowie in den Skelettmuskeln ist vollkommen stabil. Es konnten positive Anfärbungen 15, 33, 55, 66, 90, 127 und 150 Tage nach der Injektion des rekombinanten Adenovirus beobachtet werden. Die Expression des Gens erscheint als Funktion der Zeit konstant, da der Anteil der blauen Zellen in den Muskelgeweben von einem Monat zum anderen ungefähr äquivalent erscheinen.
  • Die Analyse der isolierten Muskelfasern zeigt, dass eine einzelne Faser in der Lage ist, zahlreiche "Expressionszentren" aufzuweisen.
  • Analysen durch Immuntransfer (Southern), die ausgehend vom Herzen einer behandelten Maus vorgenommen wurden, ermöglichten eine einzige und intensive Bande entsprechend 35 Kbp nachzuweisen, was angibt, dass die in die Muskelzellen eingeführte virale DNA im wesentlichen extrachromosom ist.

Claims (13)

1. Verwendung von Rekombinations-Vektoren adenoviralen Ursprungs, die nicht replizierbar sind und die geeignet sind, von Rezeptoren menschlicher oder tierischer Muskelzellen erkannt zu werden, die durch diese Viren infizierbar sind, wobei die Vektoren darüber hinaus durch eine Insertions-Nukleinsäure modifiziert sind, welche eine eine Polypeptid-Sequenz kodierende Nukleotid-Sequenz, deren Expression in den genannten Muskelzellen erwünscht ist, beinhaltet, wobei diese Sequenz unter der Kontrolle eines Promotors ist, der von den Polymerasen dieser Zellen erkannt wird, zur Herstellung eines intravenös oder intraarteriös verabreichbaren Medikaments, und das zur Behandlung von Pathologien, die die Muskelzellen betreffen, oder von Pathologien, deren Lokalisierung im Organismus so ist, daß sie zugänglich sind für die durch die genannten Muskelzellen abgesonderten Produkte der Expression der genannten Nukleotid- Sequenz, geeignet ist.
2. Verwendung der Vektoren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vektoren aus den defekten Adenoviren, deren Genome von den für die Replikation der Adenoviren notwendigen essentiellen Sequenzen insbesondere von den Transaktivatoren EA und EB befreit sind, ausgewählt werden.
3. Verwendung der Vektoren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Insertions-Nukleinsäure in einem defekten Genom von Adenoviren, die dennoch zumindest die Menge der essentiellen Sequenzen beinhalten, die für die Verkapselung dieser Adenoviren notwendig sind, enthalten ist.
4. Verwendung von Vektoren nach einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Insertions-Nukleinsäure aus dem Ganzen oder einem Teil eines gesunden Genes des Dystrophin besteht.
5. Verwendung eines Vektors nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für die Herstellung eines Medikamentes, das zur Behandlung der Muskeldystrophie nach Duchenne bestimmt ist.
6. Verwendung von Vektoren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für die Herstellung von Medikamenten für die Behandlung von Herzkrankheiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Insertions-Nukleinsäure ein Protein oder ein Polypeptid mit thrombolytischen Eigenschaften kodiert.
7. Verwendung von Rekombinations-Vektoren adenoviralen Ursprungs, die nicht replizierbar sind und geeignet sind, von den Rezeptoren menschlicher oder tierischer Muskelzellen erkannt zu werden, die durch diesen Virus infizierbar sind, wobei diese Vektoren darüber hinaus durch eine Insertions-Nukleinsäure modifiziert sind, die eine Nukleotid-Sequenz beinhaltet, die eine Polypeptid- Sequenz kodiert, deren Expression in den genannten Muskelzellen erwünscht ist, wobei diese Sequenz unter der Kontrolle eines Promotors, der von den Polymerasen dieser Zellen erkannt wird, ist, für die Herstellung eines Medikaments, das zum Transfer der genannten Nukleotid-Sequenz in die Muskelzellen auf intravenösem oder intraarteriellem Weg geeignet ist.
8. Verwendung nach Anspruch 7 für die Übertragung in die Zellen der Skelett-Muskulatur.
9. Verwendung nach Anspruch 7 für die Übertragung in die Zellen des Herzmuskels.
10. Pharmazeutische Zusammensetzung mit einem Rekombinations-Vektor, der aus dem defekten Genom eines Adenovirus besteht, der zumindest die Menge der essentiellen Sequenzen, die für die Verkapselung dieses Adenovirus notwendig sind, beinhaltet, und in den eine rekombinante Nukleinsäure eingefügt ist, deren Diffusion in der Herzmasse erwünscht ist, wobei diese Nukleinsäure unter die Kontrolle eines Promotors, der geeignet ist, von den Polymerasen der Muskelzellen erkannt zu werden, insbesondere des starken Promotors der frühen Region E1A des Genoms der Adenoviren, gestellt ist, in Verbindung mit einem pharmazeutisch akzeptablen Träger, für die Verwendung zur Behandlung von Herzkrankheiten.
11. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Insertions-Nukleinsäure ein Protein oder Polypeptid kodiert, das thrombolytische Eigenschaften aufweist.
12. Pharmazeutische Zusammensetzung mit einem Rekombinations-Vektor, der aus dem defekten Genom eines Adenovirus besteht, der dennoch zumindest die Menge der essentiellen Sequenzen, die für die Verkapselung dieses Adenovirus notwendig sind, beinhaltet, und in den eine rekombinante Nukleinsäure eingefügt ist, deren Diffusion in der Herzmasse erwünscht ist, wobei diese Nukleinsäure unter die Kontrolle eines Promotors, der geeignet ist, von den Polymerasen der Muskelzellen erkannt zu werden, insbesondere des starken Promotors der frühen Region E1A des Genoms des Adenovirus, gestellt ist, in Verbindung mit einem pharmazeutisch akzeptablen Träger für die Verabreichung des Vektors auf intravenöse oder intraarterielle Weise.
13. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfügungs-Nukleinsäure ein Protein oder Polypeptid kodiert, das thrombolytische Eigenschaften aufweist.
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