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Die
vorliegende Erfindung betrifft neue Vektoren, die pharmazeutischen
Zusammensetzungen, die sie enthalten, und ihre therapeutischen Verwendungen.
Genauer gesagt, betrifft sie neue Vektoren, die es ermöglichen,
auf sehr selektive und sehr wirksame Weise auf die Expression von
Genen einzuwirken.
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Die
Regulation der Expression von Zielgenen mithilfe von Oligonukleotiden
bildet einen sich zunehmend entwickelnden therapeutischen Ansatz.
Dieser Ansatz basiert auf der Fähigkeit
von Oligonukleotiden, mit komplementären Regionen einer Nukleinsäure spezifisch
zu hybridisieren und so spezifisch die Expression bestimmter Gene
zu hemmen. Diese Hemmung kann entweder auf translationaler Ebene
(Antisense-Oligonukleotid)
oder auf transkriptionaler Ebene (Anti-Gen-Oligonukleotid) eingreifen.
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Antisense-Oligonukleotide
sind Nukleinsequenzen, die selektiv mit Boten-RNAs der Zielzelle
hybridisieren können,
um deren Translation in Protein zu hemmen. Diese Oligonukleotide
bilden durch herkömmliche Wechselwirkung
des Watson-Crick-Typs mit der Ziel-mRNA lokal doppelsträngige Bereiche
des Typs RNA/mRNA oder sogar DNA/mRNA. Es kann sich beispielsweise
um kleine synthetische Oligonukleotide handeln, die zu den zellulären mRNAs
komplementär
sind und in die Zielzellen eingebracht werden. Derartige Oligonukleotide
wurden zum Beispiel im Patent Nr.
EP
92 574 beschrieben. Es kann sich auch um Antisense-Gene
handeln, deren Expression in der Zielzelle RNAs erzeugt, die zu
zellulären
mRNAs komplementär
sind. Derartige Gene sind zum Beispiel im Patent Nr.
EP 140 308 beschrieben worden. Molecular
Endocrinology, S. 172, Bd. 7(2) 1993, Blood, Bd. 80(5) 1992, S.
1207–1212.
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Vor
kurzem hat man einen neuen Typ von Oligonukleotiden entdeckt, die
in der Lage sind, die Expression von Zielgenen zu regulieren. Diese
Oligonukleotide hybridisieren nicht mit zellulären mRNAs, sondern direkt mit
der doppelsträngigen genomischen
DNA. Dieser neue Ansatz besteht darin, dass gezeigt wurde, dass bestimmte
Oligonukleotide spezifisch mit der großen Furche der doppelsträngigen DNA
Wechselwirken und örtlich
Tripelhelices bilden können,
was zu einer Hemmung der Transkription der Zielgene führt. Diese
Oligonukleotide erkennen selektiv die doppelsträngige DNA an Oligopurin.Oligopyrimidin-Sequenzen, d. h.
an Regionen, die eine Oligopurin-Sequenz
auf einem Strang und eine Oligopyrimidin-Sequenz auf dem komplementären Strang
aufweisen, und bilden dort örtlich
eine Tripelhelix. Die Basen des dritten Stranges (des Oligonukleotids)
bilden Wasserstoffbindungen (Hoogsteen- oder inverse Hoogsteen-Bindungen) mit den
Purinen von Watson-Crick-Basenpaaren. Die Anti-Gen-Oligonukleotide
können
die folgenden Basen enthalten:
- – Thymidin
(T), das Tripletts mit den A.T-Dubletts der doppelsträngigen DNA
bilden kann (Rajagopal et al., Biochem. 28 (1989) 7859);
- – Adenin
(A), das Tripletts mit den A.T-Dubletts der doppelsträngigen DNA
bilden kann;
- – Guanin
(G), das Tripletts mit den G.C-Dubletts der doppelsträngigen DNA
bilden kann;
- – protoniertes
Cytosin (C+), das Tripletts mit den G.C-Dubletts der doppelsträngigen DNA
bilden kann (Rajagopal et al., siehe oben).
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Anti-Gen-Oligonukleotide
sind insbesondere von Helene in Anti-Cancer drugs design 6 (1991)
569, PNAS 90, S. 10013–10017
(1993) beschrieben worden.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt einen neuen Ansatz zur Steuerung
der Expression von Zielgenen. Sie besteht insbesondere darin, dass
gezeigt wurde, dass es möglich
ist, genetisch in vivo therapeutische RNAs herzustellen, die Tripelhelices
mit einzelsträngigen
Ziel-Nukleinsäuren
bilden können.
Vorzugsweise besteht sie in der genetischen In-vivo-Produktion von
therapeutischen RNAs, die Tripelhelices mit Ribonukleinsäure-Zielen
bilden können.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere doppelsträngige DNA-Sequenzen, die für derartige
therapeutische RNAs codieren. Sie betrifft auch die Vektoren, die
zur In-vivo-Produktion dieser therapeutischen RNAs, insbesondere
im Rahmen einer Gentherapie, verwendbar sind. Sie betrifft auch
die pharmazeutischen Zusammensetzungen, welche diese doppelsträngigen DNAs
oder diese Vektoren enthalten.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Regulation
der Expression zellulärer Gene
durch Transformation von Zielzellen mit einem Vektor, wie vorstehend
erwähnt.
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Genauer
gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung somit eine doppelsträngige DNA,
die für
eine RNA codiert, die mit einer einzelsträngigen Zielnukleinsäure eine
Tripelhelix bilden kann.
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Die
erfindungsgemäßen doppelsträngigen DNAs
codieren insbesondere für
zusammengesetzte RNAs, die mindestens Folgendes enthalten:
- – eine
erste Region, die eine Doppelhelix mit der einzelsträngigen Zielnukleinsäure oder
mit einem Teil davon bilden kann,
- – eine
zweite Region, die eine Tripelhelix mit der so gebildeten Doppelhelix
oder mit einem Teil davon bilden kann, und
- – einen
oder zwei Arme, welche die zwei Regionen verbinden, wobei jede der
Regionen kontinuierlich oder unterbrochen sein kann.
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Bei
einer ersten besonderen Ausführungsform
der Erfindung bildet die erste Region der zusammengesetzten RNA
eine Doppelhelix mit der einzelsträngigen Zielnukleinsäure durch
herkömmliche
Wechselwirkung des Watson-Crick-Typs, und dann bildet die zweite
Region mit dieser Doppelhelix oder mit einem Teil davon eine Tripelhelix
durch Wasserstoffbindungen (des Hoogsteen- oder inversen Hoogsteen-Typs) (siehe 1–4).
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Bei
einer anderen besonderen Ausführungsform
der Erfindung bilden die zwei Regionen der erfindungsgemäßen zusammengesetzten
RNA untereinander eine Doppelhelix durch Paarung des Watson-Crick-Typs,
wobei diese Doppelhelix mit der einzelsträngigen Zielnukleinsäure durch
Wasserstoffbindungen (des Hoogsteen- oder inversen Hoogsteen-Typs) wechselwirkt,
so dass eine Tripelhelix gebildet wird (siehe 5).
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Die
einzelsträngige
Zielnukleinsäure
kann eine RNA sein, wie zum Beispiel eine Boten-RNA (mRNA), eine
Transfer-RNA (tRNA), eine ribosomale RNA (rRNA) oder eine virale
RNA. Es kann sich auch um eine einzelsträngige DNA handeln, die beispielsweise
während
der Replikation von doppelsträngiger
DNA auftritt, oder um eine DNA-Region, die von Natur aus lokal geöffnet ist.
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Genauer
gesagt, können
die erfindungsgemäßen RNAs
Tripelhelices mit den einzelsträngigen
Zielnukleinsäuren
in Regionen bilden, die vorzugsweise aus Purin-Basen (A und G: polyPu-Region)
oder Pyrimidin-Basen
(T/U und C: polyPy-Region) oder T/U- und G-Basen (polyT/U,G-Region)
bestehen.
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Wenn
also die Zielnukleinsäure
(oder eine bestimmte Region von dieser) im Wesentlichen aus Purin-Basen (polyPu) besteht,
kann die erfindungsgemäße therapeutische
RNA eine erste Region umfassen, die aus komplementären Pyrimidin-Basen
besteht (Watson-Crick Region), einen oder zwei Oligonukleotid-Arme und
eine zweite Region (Hoogsteen-Region), die aus den Basen U, C und/oder
G besteht, die mit den Purin-Basen der gebildeten Doppelhelix gemäß der nachstehend
beschriebenen Paarung wechselwirkt: die Basen C und G können Wasserstoffbindungen
mit dem Guanin von G.C-Dubletts
bilden; die Base U kann Wasserstoffbindungen mit dem Adenin von
A.T- oder A.U-Dubletts bilden.
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Bei
dieser Ausführungsform
bildet die erfindungsgemäße therapeutische
RNA eine Schleife um die Zielnukleinsäure oder einen Teil von dieser
gemäß der in 1a dargestellten
Konfiguration.
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Wenn
die Zielnukleinsäure
(oder eine bestimmte Region von dieser) im Wesentlichen aus Pyrimidin-Basen
(polyPy) besteht, kann die erfindungsgemäße therapeutische RNA eine
erste Region umfassen, die aus komplementären Purin-Basen besteht (Watson-Crick-Region), einen oder
zwei Oligonukleotid-Arme und eine zweite Region (Hoogsteen-Region),
die aus den Basen U und G oder A und G besteht, die mit den Purin-Basen
der gebildeten Doppelhelix gemäß der nachstehend
beschriebenen Paarung wechselwirkt: die Base G kann Wasserstoffbindungen
(inverse Hoogsteen-Bindungen) mit dem Guanin von G.C-Dubletts bilden;
die Basen U und A können
Wasserstoffbindungen mit dem Adenin von A.T- oder A.U-Dubletts bilden.
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Bei
dieser Ausführungsform
bildet die erfindungsgemäße therapeutische
RNA eine Schleife parallel zur Zielnukleinsäure gemäß der in 2 dargestellten
Konfiguration.
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Wenn
die Zielnukleinsäure
(oder eine bestimmte Region von dieser) im Wesentlichen aus T/U,C-
oder T/U,G-Basen besteht, kann die erfindungsgemäße therapeutische RNA eine
erste Region umfassen, die aus komplementären Purin-Basen besteht (Watson-Crick-Region), einen oder
zwei Oligonukleotid-Arme und eine zweite Region, die aus zu den
Purin-Basen komplementären
Pyrimidin-Basen besteht (ebenfalls Watson-Crick-Region), wobei die
2 Regionen der therapeutischen RNA eine Watson-Crick-Doppelhelix
bilden, deren Purin-Strang mit der Zielnukleinsäure unter Bildung von Hoogsteen-
und inversen Hoogsteen-Bindungen wechselwirkt.
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Bei
dieser Ausführungsform
bildet die erfindungsgemäße therapeutische
RNA eine Schleife parallel zur Zielnukleinsäure gemäß der in 5 dargestellten
Konfiguration.
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Selbstverständlich kann
ein Fachmann je nach der Zusammensetzung der gewählten einzelsträngigen Zielnukleinsäure andere
erfindungsgemäße doppelsträngige DNA-Sequenzen
festlegen, die auf der Paarung von Watson-Crick- und Hoogsteen-
oder inversen Hoogsteen-Dubletts
basieren.
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Der
oder die Arme, welche die zwei Regionen der erfindungsgemäßen therapeutischen
RNAs verbinden, sind Oligonukleotidsequenzen, die jede Base enthalten
können,
die Bestandteil der RNA ist (A, U, G oder C). Die Sequenz des Arms
darf sich vorzugsweise nicht selbst mit der Ziel-Nukleinsäure paaren
können,
um die Bildung der lokalen Tripelhelix nicht zu stören. Die
Länge dieses
Arms kann von einem Fachmann in Abhängigkeit von der Zielnukleinsäure angepasst
werden. Im Allgemeinen umfasst er zwischen 3 und 6, vorzugsweise
zwischen 3 und 5, Basen.
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Bei
einer bestimmten Ausführungsform
können
die erfindungsgemäßen doppelsträngigen DNAs
außerdem
für zusammengesetzte
RNAs codieren, die zwei Oligonukleotid-Arme enthalten, welche die
Bildung von zwei Schleifen um die und/oder parallel zu der einzelsträngigen Zielnukleinsäure ermöglichen.
Derartige zusammengesetzte RNAs weisen besonders vorteilhafte Eigenschaften
auf:
- – Vor
allem gestatten sie es, die Stabilität der gebildeten Tripelhelix
sowie ihre therapeutische Wirksamkeit aufgrund einer noch größeren sterischen
Hinderung noch weiter zu erhöhen
(vgl. 1b, 1c, 3 und 4).
- – Sie
gestatten es, einzelsträngige
Nukleinsäuren
an Oligopurin- oder Oligopyrimidin-Regionen anzusteuern, die jeweils
durch Pyrimidin- oder Purin-Basen unterbrochen werden, wodurch die
Hoogsteen- oder die inverse Hoogsteen-Region unterbrochen wird (vgl. 3a und 3b).
Dadurch lässt
sich der Anwendungsbereich dieser therapeutischen RNAs auf jeden
Typ der Region einer einzelsträngigen
Nukleinsäure ausweiten.
- – Sie
gestatten es ferner, einzelsträngige
Nukleinsäuren
anzusteuern, die aus einer Aneinanderreihung einer Oligopurin-Region
und einer Oligopyrimidin-Region
bestehen (4). Dies verbreitert den
Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen therapeutischen RNAs noch
mehr.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung codiert die doppelsträngige DNA somit für eine zusammengesetzte
RNA, umfassend:
- – eine erste Region, die eine
Doppelhelix mit der einzelsträngigen
Zielnukleinsäure
oder mit einem Teil von dieser bilden kann,
- – eine
zweite Region, die eine Tripelhelix mit der so gebildeten Doppelhelix
oder mit einem Teil von dieser bilden kann, und
- – 2
Arme, die jede der zwei Regionen an ihren Enden verbinden (1b, 1c, 3 und 4).
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Bei
dieser Ausführungsform
ist eine der 2 Regionen der zusammengesetzten RNA (Watson-Crick (1b),
Hoogsteen (1c und 3a) oder
inverse Hoogsteen (3b)) unterbrochen, weil sie
die Transkriptionsinitiationsstelle enthält.
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Bei
einer anderen besonderen Ausführungsform
der Erfindung codiert die doppelsträngige DNA für eine zusammengesetzte RNA,
umfassend:
- – eine erste Region, die eine
Doppelhelix mit einer Oligopurin-Region der einzelsträngigen Zielnukleinsäure bilden
kann,
- – einen
Arm,
- – eine
zweite Region, die eine Tripelhelix mit der so gebildeten Doppelhelix
oder mit einem Teil von dieser bilden kann,
- – eine
dritte Region, anschließend
an die erste, die eine Doppelhelix mit einer Oligopyrimidin-Region
der einzelsträngigen
Zielnukleinsäure
bilden kann,
- – einen
zweiten Arm und
- – eine
vierte Region, anschließend
an die dritte, die eine Tripelhelix mit der so gebildeten Doppelhelix
oder mit einem Teil von dieser bilden kann (4).
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Vorzugsweise
besitzen die erfindungsgemäßen doppelsträngigen DNAs
(und die codierten zusammengesetzten RNAs) eine Länge von
mehr als 10 Basen und noch stärker
bevorzugt mehr als 15 Basen. Diese Länge wird von einem Fachmann
in Abhängigkeit
von der Länge
der einzelsträngigen
Zielnukleinsäure
angepasst, um die Stabilität,
die Spezifität
und die Selektivität
der therapeutischen RNA sicherzustellen. Um die Stabilität der Tripelhelix
zu verbessern, kann es außerdem
von Interesse sein, eine der Regionen der zusammengesetzten RNA,
vorzugsweise die Region, die eine Doppelhelix bildet, zu verlängern.
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Die
doppelsträngige
DNA kann eine synthetische oder halbsynthetische DNA sein. Sie kann
durch jede Technik, die dem Fachmann bekannt ist, und insbesondere
mithilfe von Nukleinsäuresyntheseapparaturen
erhalten werden. Die Sequenz dieser DNA wird in Abhängigkeit
von dem gewählten
zellulären
Ziel festlegt, wie vorstehend angegeben.
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Vorteilhafterweise
enthält
die erfindungsgemäße doppelsträngige DNA
auch Signale, welche die Transkription (die Produktion) der erfindungsgemäßen therapeutischen
RNAs in den Zielzellen ermöglichen.
Diese Signale umfassen Sequenzen, welche die Initiation der Transkription
ermöglichen
(Promotoren), und gegebenenfalls Signale, die das Anhalten der Transkription
ermöglichen
(Terminatoren), sowie Signale, welche die Stabilisierung der RNAs
ermöglichen
(zum Beispiel ein polyA-Schwanz). Diese verschiedenen Signale können konstitutiv
oder reguliert sein. Insbesondere kann es sich um Promotorsequenzen
eukaryotischer oder viraler Gene oder um synthetische Promotoren
handeln. Es kann sich zum Beispiel um Promotorsequenzen handeln, die
aus dem Genom der Zelle stammen, die man infizieren möchte. Ebenso
kann es sich um Promotorsequenzen handeln, die aus dem Genom eines
Virus stammen. In dieser Hinsicht kann man zum Beispiel die E1A-, MLP-,
CMV-, RSV-, HIV-Promotoren usw. erwähnen. Außerdem können diese Expressionssequenzen
durch Hinzufügung
von Aktivierungs-, Regulationssequenzen usw. modifiziert sein. Wenn
die doppelsträngige
DNA keine Expressionssequenzen enthält, kann sie außerdem in
einen Vektor stromabwärts
einer derartigen Sequenz eingesetzt werden. Ein besonders interessantes
Expressionssystem besteht aus der Verwendung von Transkriptionspromotoren,
die spezifisch durch RNA-Polymerase III gesteuert werden. Tatsächlich ist
die RNA-Polymerase III für
die Synthese kleiner zytoplasmatischer oder nukleärer RNAs
verantwortlich, die eine erhöhte
Stabilität
aufweisen und nicht in Protein translatiert werden. Diese kleinen
RNAs sind insbesondere die tRNAs, die rRNAs oder bestimmte virale
RNAs, wie insbesondere die VA-RNAs des Adenovirus. Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung umfasst die doppelsträngige DNA einen Promotor, der
spezifisch durch RNA Polymerase III abgelesen wird. Genauer gesagt,
kann die doppelsträngige
DNA in ein Gen inseriert werden, das spezifisch durch RNA-Polymerase
III transkribiert wird (
FR 2,687,411 ),
oder stromabwärts
eines derartigen Gens fusioniert werden (
EP 387 775 ).
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Die
vorliegende Erfindung bietet viele Vorteile im Vergleich zu den
Techniken des Standes der Technik zur Steuerung der Expression von
Genen. Insbesondere kann durch die In-vivo-Produktion von erfindungsgemäßen RNAs,
die Tripelhelices mit einzelsträngigen
zellulären
Nukleinsäuren
bilden können,
die Selektivität der
therapeutischen Moleküle
für ihre
zellulären
Ziele erhöht
werden. Die Verwendung von Oligonukleotiden als Therapeutika bewirkt
tatsächlich
eine spezifische und selektive Erkennung des zellulären Ziels.
So unterscheidet sich zum Beispiel im Falle von ras die mRNA des
Onkogens von derjenigen des Protoonkogens nur in einer Punktmutation.
In diesem Fall ist es wichtig, dass das Oligonukleotid die Expression
des Onkogens so wirksam wie möglich
hemmt, ohne jedoch diejenige des Protoonkogens zu beeinflussen.
Es ist folglich entscheidend, dass man über sehr gut unterscheidende
Therapeutika verfügt.
Im Falle der herkömmlichen
Antisense-Moleküle
wird jede Base der Zielsequenz durch eine einzige Base der Oligonukleotidsequenz
erkannt, und eine einzige Fehlpaarung kann nur einen kleinen Einfluss
auf die Bildung und die Stabilität
des Doppelstranges haben. Im Falle der erfindungsgemäßen therapeutischen
Moleküle
ist jedoch eine doppelte Erkennung notwendig (jede Base in der Zielsequenz
wird durch 2 Basen der therapeutischen RNA erkannt), wodurch das
Unterscheidungsvermögen
stark erhöht
wird.
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Die
im Rahmen der Erfindung produzierten therapeutischen RNAs besitzen
ferner eine bessere therapeutische Wirksamkeit als die herkömmlichen
Antisense-Moleküle.
Tatsächlich
ist die physikalische Hinderung, die durch die erfindungsgemäßen therapeutischen
Moleküle
erzeugt wird, größer als
bei den herkömmlichen
Antisense-Molekülen,
weil erstere eine Schleife um das Ziel bilden, die das Absetzen
einer reversen Transkriptase oder einer DNA-Polymerase hervorrufen
kann, und sie folglich in Höhe
der Translation der mRNA in Protein mit dem in der Elongation befindlichen
Ribosom, den Enzymen und/oder anderen beteiligten Faktoren Wechselwirken
können.
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Außerdem bilden
die erfindungsgemäßen Moleküle aufgrund
der Bildung einer Tripelhelix (Watson-Crick- und Hoogsteen- oder inverse Hoogsteen-Bindungen)
mit den Zielnukleinsäuren
stabilere Komplexe als die herkömmlichen
Antisense-Moleküle.
Diese Eigenschaft verstärkt
die Vorteile der erfindungsgemäßen Moleküle noch
weiter, die somit besonders leistungsfähige Therapeutika sind.
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Weil
die erfindungsgemäßen therapeutischen
Moleküle
in vivo erzeugt werden können,
können
diese therapeutischen Moleküle
schließlich
in erhöhten
Spiegeln ausgehend von einer einzelnen, in die Zielzelle eingeführten doppelsträngigen DNA
(oder einem Vektor, der sie enthält)
produziert werden. Außerdem
wird dadurch die Herstellung dieser Moleküle direkt in den gewünschten
Zellkompartimenten der Zielzelle ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße doppelsträngige DNA
kann als solche, zum Beispiel nach Injektion in einen Menschen oder
ein Tier, zur Regulation der Expression eines gegebenen Gens eingesetzt
werden. Insbesondere kann sie in Form von nackter DNA gemäß der in
der Anmeldung
WO 90/11092 beschriebenen
Technik injiziert werden. Sie kann auch in komplexer Form verabreicht
werden, zum Beispiel mit DEAE-Dextran (Pagano et al., J. Virol.
1 (1967) 891), mit Kernproteinen (Kaneda et al., Science 243 (1989)
375) oder mit Lipiden (Felgner et al., PNAS 84 (1987) 7413). Sie
kann auch in einen Vektor eingebracht werden, wie ein Liposom (Fraley
et al., J. Biol. Chem. 255 (1980) 10431) oder ein Nanopartikel.
Liposomen sind Phospholipidvesikel, die eine interne wässrige Phase
enthalten, in der die Nukleinsäuren
eingekapselt werden können.
Die Synthese von Liposomen und ihre Verwendung zum Transfer von
Nukleinsäuren
ist im Stand der Technik bekannt (
WO91/06309 ,
WO92/19752 ,
WO92/19730 ). Nanopartikel sind kleine
Teilchen, im Allgemeinen kleiner als 500 nm, die ein Wirkprinzip
(wie eine Nukleinsäure)
in die Zellen oder im Blutkreislauf transportieren oder vektorisieren
können.
Die Nanopartikel können
aus Polymeren bestehen, die einen Großteil an abbaubaren Einheiten enthalten,
wie Polymilchsäure,
die gegebenenfalls mit Polyethylenglykol copolymerisiert ist. Andere
zur Herstellung von Nanopartikeln verwendbare Polymere sind im Stand
der Technik beschrieben (siehe zum Beispiel
EP 275 796 ;
EP 520 889 ).
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Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße doppelsträngige DNA
Teil eines Vektors. Die Verwendung eines derartigen Vektors ermöglicht tatsächlich eine
Verbesserung der Wirksamkeit des Transfers der doppelsträngigen DNA
in die Zielzellen und gleichzeitig eine Erhöhung ihrer Stabilität in diesen
Zellen, wodurch eine dauerhafte therapeutische Wirkung erhalten
wird. Außerdem
ermöglicht
die Verwendung von Vektoren auch die Ansteuerung bestimmter Populationen
von Zellen, in denen die therapeutischen Moleküle produziert werden sollen.
Außerdem
ist es möglich,
mehrere doppelsträngige
DNAs in den gleichen Vektor einzubringen, wodurch ebenfalls die
Wirksamkeit der Behandlung erhöht
wird.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung betrifft folglich einen Vektor, der
eine doppelsträngige
DNA umfasst, die für
eine RNA codiert, die eine Tripelhelix mit einer einzelsträngigen Zielnukleinsäure bilden
kann.
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Der
verwendete Vektor kann aus verschiedenen Quellen stammen, solange
er in der Lage ist, tierische Zellen, vorzugsweise menschliche Zellen,
zu transformieren. Es kann sich auch um einen Plasmid- oder einen viralen
Vektor handeln. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
ein viraler Vektor eingesetzt, der aus Adenoviren, Retroviren, adenoassoziierten
Viren (AAV), dem Herpesvirus, dem Cytomegalievirus, dem Vakzinevirus
usw. ausgewählt
werden kann.
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In
dieser Hinsicht ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch
jedes rekombinante Virus, das eine doppelsträngige DNA, inseriert in sein
Genom, umfasst, die für
eine RNA codiert, die in der Lage ist, eine Tripelhelix mit einer
einzelsträngigen
Zielnukleinsäure
zu bilden.
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Die
Vektoren, die von Adenoviren, Retroviren oder AAVs stammen und heterologe
Nukleinsäuresequenzen
enthalten, sind in der Literatur beschrieben [Akli et al., Nature
Genetics 3 (1993) 224; Stratford-Perricaudet
et al., Human Gene Therapy 1 (1990) 241;
EP 185 573 , Levrero et al., Gene 101
(1991) 195; Le Gal la Salle et al., Science 259 (1993) 988; Roemer
und Friedmann, Eur. J. Biochem. 208 (1992) 211; Dobson et al., Neuron
5 (1990) 353; Chiocca et al., New Biol. 2 (1990) 739; Miyanohara
et al., New Biol. 4 (1992) 238;
WO91/18088 ].
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Vorteilhafterweise
ist das erfindungsgemäße rekombinante
Virus ein defektives Virus. Der Begriff "defektives Virus" bezeichnet ein Virus, das sich in der
Zielzelle nicht replizieren kann. Im Allgemeinen fehlen in dem Genom
der defektiven Viren, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt
werden, folglich mindestens die Sequenzen, die für die Replikation des Virus
in der infizierten Zelle notwendig sind. Diese Regionen können entweder
(insgesamt oder teilweise) entfernt oder nicht-funktional gemacht
worden sein oder durch andere Sequenzen und besonders durch die
Sequenz der erfindungsgemäßen doppelsträngigen Nukleinsäure ersetzt
worden sein. Vorzugsweise behält
das defektive Virus dennoch die Sequenzen seines Genoms bei, die
für die
Einkapselung der Viruspartikel notwendig sind.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen
in einer Form eingesetzt werden, die in einem defektiven rekombinanten
Adenovirus enthalten ist.
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Tatsächlich existieren
verschiedene Adenovirus-Serotypen,
deren Struktur und Eigenschaften ein wenig variieren, die aber für den Menschen
und insbesondere für
nicht-immunsupprimierte Patienten nicht pathogen sind. Außerdem integrieren
sich diese Viren nicht in das Genom der Zellen, die sie infizieren,
und können große exogene
DNA-Fragmente aufnehmen. Unter den verschiedenen Serotypen werden
im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Adenoviren
des Typs 2 oder 5 (Ad 2 oder Ad 5) eingesetzt. Im Falle der Adenoviren
Ad 5 sind die für
die Replikation benötigten
Sequenzen die Regionen E1A und E1B. Wie vorstehend angegeben, ist
es ganz besonders vorteilhaft, ein defektives rekombinantes Adenovirus
zu verwenden, dass eine erfindungsgemäße doppelsträngige DNA,
inseriert in ein VA-Gen, enthält.
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Weil
die erfindungsgemäßen doppelsträngigen DNAs
so klein sind, kann man außerdem
vorteilhafterweise gleichzeitig in den gleichen Vektor mehrere dieser
DNAs einbringen, die identisch (gegen die gleiche Zielnukleinsäure gerichtet)
oder unterschiedlich (gegen andere Zielnukleinsäuren gerichtet) sind. Eine
besondere Ausführungsform
der Erfindung besteht somit aus einem, insbesondere viralen, Vektor,
der mindestens zwei doppelsträngige
DNAs, wie oben definiert, umfasst.
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Die
erfindungsgemäßen defektiven
rekombinanten Viren können
durch homologe Rekombination zwischen einem defektiven Virus und
einem Plasmid hergestellt werden, das unter anderem die doppelsträngige DNA,
wie vorstehend definiert, trägt
(Levrero et al., Gene 101 (1991) 195; Graham, EMBO J. 3(12) (1984) 2917).
Die homologe Rekombination erfolgt nach Cotransfektion des Virus
und des Plasmids in eine geeignete Zelllinie. Die verwendete Zelllinie
muss vorzugsweise (i) durch diese Elemente transformierbar sein
und (ii) die Sequenzen umfassen, die den defektiven Teil des Virusgenoms
komplementieren können,
vorzugsweise in integrierter Form, um Rekombinationsrisiken zu vermeiden.
Als Beispiel für
eine Linie, die zur Herstellung defektiver rekombinanter Adenoviren
oder AAVs verwendbar ist, kann man die Linie 293 aus menschlicher
embryonaler Niere nennen (Graham et al., J. Gen. Virol. 36 (1977)
59), die integriert in ihr Genom insbesondere den linken Teil des
Genoms eines Ad5-Adenovirus enthält
(12%). Als Beispiel für
eine Linie, die zur Herstellung defektiver rekombinanter Retroviren
verwendbar ist, kann man die Linie CRIP nennen (Danos und Mulligan, PNAS
85 (1988) 6460).
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Anschließend werden
die Viren, die sich vermehrt haben, gewonnen und gemäß herkömmlichen
molekularbiologischen Techniken gereinigt.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch eine pharmazeutische Zusammensetzung,
die mindestens einen Vektor oder eine doppelsträngige DNA, wie oben definiert,
enthält.
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Die
erfindungsgemäßen pharmazeutischen
Zusammensetzungen können
im Hinblick auf ihre Verabreichung auf topischem, oralem, parenteralem,
intranasalem, intravenösem,
intramuskulärem,
subkutanem, intraokularem usw. Weg formuliert werden.
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Vorzugsweise
enthalten die pharmazeutischen Zusammensetzungen pharmazeutisch
zulässige
Vehikel für
eine injizierbare Formulierung. Es kann sich insbesondere um sterile,
isotonische Kochsalzlösungen (Mononatrium-,
Dinatriumphosphat, Natrium-, Kalium-, Calcium- oder Magnesiumchlorid
usw. oder Gemische solcher Salze) handeln oder um trockene, insbesondere
gefriergetrocknete, Zusammensetzungen, mit denen je nachdem durch
Zugabe von sterilisiertem Wasser oder physiologischem Serum injizierbare
Lösungen
hergestellt werden können.
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Die
Dosen an DNA (oder Vektor), die zur Verabreichung eingesetzt werden,
können
in Abhängigkeit von
verschiedenen Parametern angepasst werden und insbesondere in Abhängigkeit
von der verwendeten Verabreichungsweise, der betreffenden Pathologie,
der Nukleinsäure,
die exprimiert werden soll, oder auch der gewünschten Dauer der Behandlung.
Im allgemeinen werden erfindungsgemäße rekombinante Viren in Form
von Dosen zwischen von 104 und 1014 pfu/ml und vorzugsweise 106 bis
1010 pfu/ml formuliert und verabreicht.
Der Begriff pfu (plaque-forming unit, Plaquebildende Einheit) entspricht
den Infektionsvermögen
einer Viruslösung
und wird festgestellt, indem man eine geeignete Zellkultur infiziert
und im Allgemeinen nach 48 Stunden die Anzahl an Plaques infizierter
Zellen misst. Die Techniken zur Bestimmung des pfu-Titers einer
Viruslösung
sind in der Literatur gut dokumentiert.
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Derartige
pharmazeutische Zusammensetzungen können beim Menschen zur Behandlung
und/oder Vorbeugung von Krankheiten, die aufgrund einer anomalen
Expression von Genen entstehen (Überexpression eines
zellulären
Gens, Expression eines mutierten Gens usw.), oder viraler Erkrankungen
(HIV, Herpes, Hepatitis usw.) eingesetzt werden.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Regulation
der Expression von Genen in einer bestimmten Zelle, welches das
Einbringen einer doppelsträngigen
DNA, wie vorstehend definiert, in diese Zelle umfasst. Diese DNA
kann als solche oder, wie oben beschrieben, nach ihrem Einbringen in
einen Vektor verabreicht werden. Dieses erfindungsgemäße Verfahren
ist ganz besonders im Rahmen einer Zelltherapie einsetzbar, wobei
die Expression von Genen in bestimmten, aus einem Organismus entnommenen Zellpopulationen
vor ihrer erneuten Verabreichung ex vivo modifiziert wird. Es kann
sich um ein Gen handeln, dessen Expressionsspiegel bei der betreffenden
Pathologie modifiziert sind (z. B. Onkogen, virales Gen), oder um
ein Gen, dessen Expressionsspiegel nicht beeinflusst wird, aber
an der Entwicklung der Pathologie beteiligt ist.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur In-vivo-Regulation
der Expression von Genen, welches die Verabreichung einer pharmazeutischen
Zusammensetzung, wie vorstehend definiert, umfasst.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Behandlung
von Krankheiten infolge einer anomalen Expression von Genen, umfassend
die Verabreichung einer pharmazeutischen Zusammensetzung, wie oben
definiert, die eine doppelsträngige
DNA umfasst, die für
eine RNA codiert, die in der Lage ist, die Expression dieser Gene
zu modifizieren.
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Die
vorliegende Erfindung wird mithilfe der folgenden Beispiele vollständiger beschrieben,
die als veranschaulichend und nicht als beschränkend aufgefasst werden sollten.
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Allgemeine Klonierungstechniken
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Die
herkömmlichen
Verfahren, die in der Molekularbiologie verwendet werden, wie präparative
Extraktionen von Plasmid-DNA, die Zentrifugation von Plasmid-DNA
in einem Cäsiumchlorid-Gradienten,
die Elektrophorese auf Agarose- oder Acrylamidgelen, die Reinigung
von DNA-Fragmenten durch Elektroelution, die Extraktion von Proteinen
mit Phenol oder Phenol-Chloroform,
die Fällung
von DNA in salzhaltigem Medium durch Ethanol oder Isopropanol, die
Transformation in Escherichia coli usw. sind dem Fachmann bekannt
und in der Literatur oft beschrieben [Maniatis T. et al., "Molecular Cloning,
a Laboratory Manual",
Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y., 1982; Ausubel
F. M. et al. (Hrsg.), "Current
Protocols in Molecular Biology",
John Wiley & Sons,
New York, 1987].
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Die
Plasmide des Typs pBR322, pUC und pSP65 und die Phagen der M13-Reihe
stammen aus einer kommerziellen Quelle (Bethesda Research Laboratories,
Promega).
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Für Ligationen
können
die DNA-Fragmente entsprechend ihrer Größe durch Elektrophorese auf
Agarose- oder Acrylamidgelen aufgetrennt, mit Phenol oder mit einem
Phenol/Chloroform-Gemisch extrahiert, mit Ethanol ausgefällt und
dann in Anwesenheit der DNA-Ligase
des Bakteriophagen T4 (Biolabs) gemäß den Empfehlungen des Lieferanten
inkubiert werden.
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Das
Auffüllen
der überstehenden
5'-Enden kann mit
dem Klenow-Fragment der DNA-Polymerase I von E. coli (Biolabs) gemäß den Angaben
des Zuliefers durchgeführt
werden. Der Abbau der überstehenden 3'-Enden wird in Anwesenheit
von DNA-Polymerase des Bakteriophagen T4 (Biolabs) durchgeführt, die
gemäß den Empfehlungen
des Herstellers eingesetzt wird. Der Abbau der vorstehenden 5'-Enden wird durch
eine schonende Behandlung mit Nuklease S1 durchgeführt.
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Die
gerichtete In-vitro-Mutagenese durch synthetische Oligodesoxynukleotide
kann gemäß dem Verfahren
durchgeführt
werden, das von Taylor et al. entwickelt wurde [Nucleic Acids Res.
13 (1985) 8749–8764], wobei
das von Amersham vertriebene Kit verwendet wird.
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Die
enzymatische Amplifikation von DNA-Fragmenten durch die so genannte
PCR-Technik [Polymerase-catalyzed Chain Reaction, Saiki R. K. et
al., Science 230 (1985) 1350–1354;
Mullis K. B. und Faloona F. A., Meth. Enzym. 155 (1987) 335–350] kann
unter Verwendung eines "DNA
thermal cycler" (Perkin
Elmer Cetus) entsprechend den Angaben des Herstellers durchgeführt werden.
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Die
Bestätigung
von Nukleotidsequenzen kann durch das Verfahren durchgeführt werden,
das von Sanger et al. entwickelt wurde [Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
74 (1977) 5463–5467],
wobei das von Amersham vertriebene Kit eingesetzt wird.
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BEISPIELE
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Beispiel 4: Synthese von doppelsträngiger DNA,
die für
tripelhelikale RNAs codiert, die gegen das IGF-I-(Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor I-)Gen
gerichtet sind
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Dieses
Beispiel beschreibt die Synthese verschiedener doppelsträngiger DNAs,
die für
tripelhelikale RNAs codieren, die gegen das IGF-I-Gen in Höhe einer
Region zwischen den Resten 40 und 62 (SEQ ID NR: 16) gerichtet sind.
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Diese
oben genannte Region des IGF-I-Gens umfasst 23 Purin-Basen und befindet
sich im 5'-Teil
des Gens, der transkribiert, aber nicht translatiert wird.
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Verschiedene
doppelsträngige
DNAs, die für
erfindungsgemäße tripelhelikale
RNAs codieren, die gegen dieses Ziel gerichtet sind, wurden synthetisiert.
Die Synthese erfolgte mithilfe eines automatischen Nukleotidsynthesegerätes unter
Verwendung der Phosphoramidit-Chemie gemäß der von Giovannangeli et
al. beschriebenen Technik (J. Am. Chem. Soc. 113 (1991) 7775). Die
Sequenz dieser DNAs ist in der nachstehenden Tabelle angegeben.
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