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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft chimäre Papillomavirus-artige Partikel
und verwandte synthetische DNA-Moleküle, Wirtszellen, Verfahren
und Vakzine.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Papillomaviren
infizieren die Epithelien von Menschen und einer großen Vielzahl
von Tieren, wo sie im Allgemeinen eine gutartige Proliferation an
der Infektionsstelle induzieren. Jedoch durchlaufen in einigen Fällen die
durch bestimmte Papillomaviren induzierten Läsionen eine maligne Progression.
Es gibt eine starke Assoziation zwischen der malignen Progression
von menschlichen Genitalläsionen
und bestimmten menschlichen Papillomavirus (HPV)-Arten wie HPV16.
Von der Infektion mit einer dieser Arten wird angenommen, dass sie
der wichtigste Risikofaktor in der Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs,
einer der häufigsten
Krebsarten bei Frauen, weltweit (zur Hausen, H., Science 254: 1167
(1991); Schiffman, M. H., J. Natl. Cancer Inst. 84: 394 (1992))
ist. Die Mehrzahl der Gebärmutterkrebsarten
enthält
und exprimiert frühe
HPV-Gene wie E6 und E7 und für
diese Gene wurde gezeigt, dass sie eine starke transformierende
und immortalisierende Aktivität
in kultivierten Zellen aufzeigen (Werness, B. A., Munger, K. & Howley, P. M.
(1991) Advances in Oncology, Eds. DeVita V. T., Hellman, S. & Rosenberg, S.
A. (Lipponcott, Philadelphia), S. 3–18).
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Papillomaviren
sind nicht eingehüllte
doppelsträngige
DNA-Viren von ungefähr
55 nm im Durchmesser mit einem Genom in dem Nukleohistonkern von
ungefähr
8 kB (Baker, et al., Biophys. J. 60: 1445 (1991)). Die Kapside bestehen
aus zwei viral kodierten Proteinen, L1 und L2, die auf SDS-PAGE-Gelen
bei ungefähr
55 kDa und 75 kDa wandern (Mose Larson et al., J. Virol. 61: 3596
(1987)). L1, welches das hauptsächliche
Kapsinprotein ist, ist in 72 Pentameteren angeordnet, die mit T
= 7 ikosahedraler Symmetrie assoziieren. Die Funktion und Position
von L2 innerhalb des Virions ist unklar (Baker, et al., Biophys.
J. 60: 1445 (1991)).
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Das
L1-Protein hat die Fähigkeit
zum Selbstzusammenbau, so dass große Mengen an virusartigen Partikeln
(VLPs, virus-like particles) durch die Expression des L1-Proteins
aus einer Anzahl von Papillomavirus-Spezies in einer Reihe rekombinanter
Expressionssysteme hergestellt werden können (Hagensee et al., J. Virol.
67: 315 (1993); Kirnbauer et al., Proc Natl. Acad. Sci. USA 89:
12180 (1992); Kirnbauer et al., J. Virol. 67: 6929 (1993); Rose
et al., J Virol. 67: 1936 (1993)). Obwohl L2 nicht zum Zusammenbau
benötigt
wird, wird es in die VLPs eingebaut, wenn es mit L1 (L1/L2 VLPs)
in Zellen koexprimiert wird.
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Die
Immunisierung von Kaninchen mit nativen Virionen oder L1-VLPs, nicht
aber mit nicht zusammengesetztem L1, das in E. Coli exprimiert wird,
induziert hohe Titer an neutralisierenden Serum-Antikörpern (Christensen,
N. D. und Kreider, J. W., J. Virol. 64: 3151 (1990); Kirnbauer et
al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 12180 (1992); Pilacinski et
al., Bio/Technology 2: 356 (1984); Segre et al., Am. J. Vet. Res.
16: 517 (1955)). Die gegen native Partikel hergestellten polyklonalen
und monoklonalen Antikörper
erkennen Epitope konformell abhängig
(Christensen, N. D. und Kreider, J. W., Virus Res. 28: 195 (1993);
Christensen et al., J. Virol. 64: 5678 (1990); Christensen et al.,
Virology 181: 572 (1991)).
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Gegen
VLPs hergestellte neutralisierende Antikörper erkennen auch konformell
abhängige
Epitope. Unter Verwendung von infektiösem BPV1, welches leicht aus
Rinderläsionen
erhalten werden kann und mit einem quantitativen in vitro BPV1-Infektivitätsassay
(Dvoretzky et al., Virology 103: 369 (1980)), zeigten Fachleuten,
dass VLPs aus Rinderpapillomavirus große Mengen an neutralisierenden
Antikörpern
induzieren (Kirnbauer et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 12180
(1992)). Die neutralisierenden Antikörper waren gegen konformell
abhängige
Epitope dahingehend gerichtet, dass eine Denaturierung der Partikel
vor der Immunisierung die Fähigkeit
der Zubereitung zunichtete machte, eine neutralisierende Aktivität zu induzieren
(id.).
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Wenn
das L1-Gen eines HPV16-Isolats, das aus einer nicht-progressiven
Läsion
abgeleitet war, verwendet wurde, um das L1 Hauptkapsiprotein in
Insektenzellen über
rekombinante Baculoviren zu exprimieren, setzte sich L1 in VLPs
in einer Ausbeute zusammen, die dreifach höher war, als was unter Verwendung
von L1 erhalten wurde, das aus dem Prototypen HPV16 abgeleitet wurde
(ursprünglich
aus einer Krebsläsion
isoliert) und bildete VLPs, die morphologisch zu nativen Virionen ähnlich waren
(Kirnbauer et al., J. Virol. 67: 6929 (1993)). Der DNA-Sequenzvergleich
identifizierte eine einzelne nicht konservierte Aminosäuresänderung
als verantwortlich für
den ineffizienten Zusammenbau des Prototypen L1 (id.). Von dem L1
des Zusammenbau-kompetenten Klons wird somit angenommen, dass es
das Wildtyp-Gen ist und dass der Prototyp L1 des Zusammenbau-defekten
Klons eine Mutante ist.
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Unter
Verwendung von HPV16-VLPs des Wildtyp L1-Proteins als Antigene wurde
ein ELISA entwickelt, der Serumantikörper in Patienten nachweist,
die mit HPV16 infiziert sind (Kirnbauer et al., J. Natl. Cancer Inst.
86: 494 (1994)). Im Gegensatz dazu konnten weder denaturierte HPV16-Partikel
noch Zubereitungen des Prototypen L1-Proteins diese Antikörper nachweisen
(id.). Diese Ergebnisse zeigen, dass das Prototypen L1-Protein keine
konformellen Epitope aufzeigt.
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Von
Kaninchenserum, das gegen selbst zusammengebaute Wildtyp-HPV16 L1/L2
virusartige Partikel gezüchtet
wurde, wurde entdeckt, dass es die HPV16 VLP-Bindung an Zelloberflächenmoleküle verhindert (Roden
et al., J. Virol, im Druck, (November, 1994)). Im Gegensatz dazu
verhinderte Serum, dass gegen den Prototypenstamm von HPV16 L1/L2
gezüchtet
wurde, eine solche Bindung nicht (id.). Die Daten zeigen, dass der
Prototypen HPV16-Stamm keine konformellen Epitope aufweist.
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Kaninchen,
die mit intaktem Baumwollschwanz-Kaninchen-Papillomavirus (CRPV,
cottontail rabbit papillomavirus) – virusartigen Partikeln immunisiert
wurden, die aus L1 oder L1/L2 zusammengesetzt waren, waren vor einer
anschließenden
experimentellen Herausforderung durch infektiöses CRPV geschützt (Breitburd et
al., 12. Internationaler Papillomavirus Workshop in Amsterdam, im
Druck, (Oktober 1994)). Im Gegensatz dazu waren solche, die mit
denaturierten Partikeln immunisiert worden waren, nicht geschützt (id.).
Diese Ergebnisse sind mit dem Schluss konsistent, dass VLPs, die
konformelle Epitope aufzeigen, in der Lage sind, eine schützende Immunität zu induzieren.
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Aus
Kapsidproteinen zusammengesetzte VLPs sind attraktive Kandidaten
für prophylaktische
Vakzine, um eine Papillomavirusinfektion zu verhindern. Jedoch ist
es unwahrscheinlich, dass diese VLP-Vakzine therapeutische Wirkungen
gegen ethablierte Papillomavirusinfektionen aufweisen. Die Kapsidproteine,
anders als E6 und E7, werden in progressiven Läsionen oder in infizierten
Basalepithelzellen, welche die angenommenen Ziele in der Immunprogression
von Papillomaviren sind, nicht nachweisbar exprimiert.
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Es
gibt Hinweise aus experimentellen Modellen, dass Immunität gegen
Papillomavirusproteine außer L1
und L2 der Kontrolle einer Papillomavirusinfektion helfen können. Da
E6 und E7 selektiv während
einer onkogenen Progression beibehalten werden, gibt es die Möglichkeit,
dass Peptide, die aus diesen Onkoproteinen abgeleitet sind, als
Ziele für
zellvermittelte Immunreaktionen gegen HPV-enthaltende Tumorzellen
dienen könnten.
Studien in Tiermodellen schlagen vor, dass das E7-Protein von HPV16
als Tumorabstoßungsantigen wirkt
(Chen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 110 (1991); Feltkemp
et al., Eur. J. Immunol. 23: 2242 (1993)). Des weiteren erhöht sich
die Häufigkeit
einer HPV-Infektion, die Persistenz einer HPV-Infektion und das
Risiko der Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs
und anderen HPV-verwandten Krebsarten in Patienten mit einer geschwächten zellulären Immunität (Allout
et al., Br. Med. J. 298: 153 (1989); Laga et al., Int. J. Cancer
50: 45 (1992)). Diese Beobachtungen deuten an, dass die zellvermittelte
Immunität
in der Verteidigung gegen eine HPV-Infektion und die damit assoziierte
Tumorentwicklung von Bedeutung ist. Die Induktion einer solchen
Immunität
kann sowohl therapeutisch wie auch prophylaktisch sein.
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Es
wurde gezeigt, dass fremde Peptide in virale Kapsid-artige Strukturen
eingebracht werden können und
dass diese chimären
Partikel verwendet werden können,
um fremde Antigene an das Immunsystem zu präsentieren. Veröffentlichte
Beispiele umfassen die Hepatitis B-Kernantigenpartikelpräsentation
von menschlichen Rhinovirus Typ 2 Epitopen (Francis et al., Proc.
Natl. Acad. Sci. USA 87: 2545 (1990)), gp 41 aus HIV (Borisova et
al., FEBS Lett. 259: 121 (1989)) und B19 Parvoviruspartikel-Präsentation
von Peptiden aus dem Herpes Simplex Virus 1 und den murinen Hepatitisvirus
(Brown et al., Virology 198: 477 (1994)). Die Parvoviruschimären schützten Mäuse vor
der experimentellen Herausforderung mit dem korrespondierenden Virus. In
allen der oben genannten Systeme wurden fremde Sequenzen in Proteine
eingefügt,
die in die Kapsidstruktur integriert sind und auf weniger als 20
Aminosäuren
beschränkt
waren. Jedoch zeigte kürzlich
eine Studie (Miyamura et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: 8507
(1994)), dass das gesamte 147 Aminosäuren Hühnereiweißlysozymprotein in B19 Parvoviruspartikel
eingebaut werden kann, wenn es an das kleinere Parvovirus L1 Kapsidprotein
fusioniert wird. Das Lysozym verblieb biologisch aktiv und zeigte
eine Immunreaktion, wenn es in Kaninchen injiziert wurde. In gegebenenfalls
weniger relevanten Studien zeigten Hepatitis B Virus Oberflächenantigenpartikel
(die Lipidmembranstrukturen sind), die 84 Aminosäuren eines Glykoproteins der
HIV-1 Hülle
enthalten (Michel et al., J. Virol. 64: 2452 (1990)) und Hefe Ty
virusartige Partikel, die einen Teil der HIV-1 V3-Schleife enthalten
(Griffiths et al., J. Virol. 65: 450 (1991)), dass sie auch eine
Immunreaktion auf die eingefügten
Peptide produzieren, wenn sie in Tieren inokuliert wurden. Bezüglich der
Papillomaviren wurde kürzlich
berichtet, dass Hepatitis B Kernantigenpartikel, die HPV16 E7-Peptide
(alle weniger als 20 Aminosäuren) enthalten,
peptidspezifische Antikörper
und T-Helferreaktionen in Mäusen
induzieren (Tindle et al., Virology 200: 547 (1994)).
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Es
gab weder Berichte über
chimäre
Partikel, die auf selbst zusammengesetztem Papillomavirus L1 beruhen,
noch wurde die Verwendung von L2 als viraler Fusionspartner für die Zwecke
der Herstellung chimärer
VLPs beschrieben. Die oben zitierten chimären Partikelstudien involvieren
Viren, die nicht mit Papillomaviren verwandt sind und können somit
die Ergebnisse von Studien mit chimären Partikeln, die Papillomaviren involvieren,
nicht voraussagen. Studien, die Viren verwenden, die nicht mit Papillomaviren
verwandt sind, können
nicht voraussagen, ob sich ein Papillomavirus L2, das ein Fremdpeptid
oder Protein enthält,
mit Papillomavirus L1 in Partikel zusammensetzen können. Des
weiteren können
diese Studien nicht voraussagen, ob jegliche der resultierenden
chimären
Partikel die Fähigkeit
beibehalten werden, neutralisierende Antikörper zu induzieren oder nachzuweisen
oder andere immunverwandte Reaktionen.
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Chimäre Partikel
können
als Plattformen für
eine multivalente Antigenpräsentation
fungieren. Oder sie können
zur Ablieferung von Protein in Zellen zur Prozessierung in Peptide
und die anschließende
Präsentation dieser
Peptide innerhalb des Kontext von MHC-Molekülen dienen, um eine zellvermittelte
Immunreaktion auszulösen.
Die chimären
Partikel stellen eine kosteneffektive Art zur Herstellung eines
wirksamen Papillomavirus Vakzins mit einem breiten Anwendungsspektrum
dar. Alternativ dazu können
die chimären
Papillomavirus-artigen Partikel zur VLP- und/oder Fusionspartneraufreinigung
verwendet werden. Oder die Partikel können derart funktionieren,
dass sie intakte und aktive Proteine in Zellen abliefern, z. B.
Enzyme oder Toxine oder Medikamente.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Papillomavirus-artiger Partikel zur
Verfügung
gestellt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er konformelle Epitope
aufweist, der ein Papillomavirus L1-Protein und ein Papillomavirus
L2-Fusionsprodukt umfasst, wobei besagtes Fusionsprodukt ein L2-Protein
oder Peptidfragment davon umfasst, das an einen Fusionspartner gebunden
ist, der ein antigenes Protein ist, das nicht L2 ist, oder ein antigenes
Peptidfragment davon.
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Das
antigene Protein oder Peptid ist vorzugsweise aus Proteinen oder
Peptiden infektiöser
Agenzien ausgewählt.
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Der
Fusionspartner kann ein Papillomavirusprotein oder Peptid sein,
vorzugsweise ein E6- oder E7-Protein
oder Peptid sein.
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Der
Papillomavirus-artige Partikel der Erfindung kann zusätzlich ein
Fusionsprodukt umfassen, das eine Bindungsdomäne eines kostimulatorischen
Proteins oder einen akzessorischen Rezeptors oder Liganden enthält, der
in die Immunreaktivität
involviert ist, z. B. B7 (welcher mit CD28 auf T-Zellen wechselwirkt),
ein interzelluläres
Adhäsionsmolekül (ICAM),
ein Lymphozyten-funktionelles-Antigen (LVA), ein vaskuläres Adhäsionsmolekül (VCAM-1)
oder ein hitzestabiles Antigen (HSA).
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Das
Papillomavirus L2 Fusionsprodukt kann ein menschliches Papillomavirus
L2 Fusionsprodukt oder ein bovines Papillomavirus L2 Fusionsprodukt
sein.
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Das
menschliche Papillomavirus L2-Fusionsprodukt kann ein HPV16 L2 Fusionsprodukt
und das bovine Papillomavirus L2 Fusionsprodukt kann ein BPV1 L2-Fusionsprodukt
sein.
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Der
Fusionspartner kann aus Peptidfragmenten oder Proteinen in Gesamtlänge bestehen,
oder Kombinationen davon, die als Tandem verbunden sind.
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Das
Papillomavirus L2 Protein oder Peptid kann an seinem N-Terminus
oder C-Terminus an den Fusionspartner gebunden sein.
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Das
Papillomavirus L2-Fusionsprodukt kann einen Fusionspartner aufweisen,
der zwischen den Aminosäuren
des L2-Proteins oder Peptids eingefügt ist.
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Das
Papillomavirus L1-Protein kann ein menschliches Papillomavirus L1
Protein oder ein bovines Papillomavirus L1 Protein sein. Das menschliche
Papillomavirus L1 Protein kann ein HBV16 L1 Produkt und das bovine
Papillomavirus L1 Protein kann ein BPV1 L1 Produkt sein.
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Der
Papillomavirus-artige Partikel besteht vorzugsweise aus L1-Protein
und L2-Fusionsprodukt und kann aus der Gruppe ausgewählt werden,
die aus HPV16 L1 und HPV16 L2 – HPV16
E7 (Gesamtlänge),
worin optional HPV16 E7 an den C-Terminus von HPV16 L2 gebunden
ist; BPVL1 und BPVL2 – HPV16
E7 (Gesamtlänge),
worin optional HPV16 E7 an den C-Terminus von BPVL2 gebunden ist;
oder BPVL1 und BPVL2 – HPV16
E7 (Aminosäuren
1–30),
worin optional HPV16 E7 an BPVL2 zwischen den L2 Aminosäuren 274
und 275 gebunden ist, besteht.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Aufreinigung eines Papillomavirus-artigen
Partikels zur Verfügung,
umfassend den Schritt des Aussetzens des Papillomavirus-artigen
Partikels an eine Affinitätschromatographiesäule, die
Antikörper
umfasst, die den Fusionspartner des Papillomavirus L2 Fusionsprodukts
des Papillomavirus-artigen Partikels binden, was in der Aufreinigung
von besagtem Partikel resultiert.
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Die
Erfindung stellt zudem ein Verfahren zur Aufreinigung eines Fusionspartners
des Papillomavirus L2 Fusionsprodukts des Papillomavirus-artigen
Partikels zur Verfügung,
das den Schritt der Isolierung des Papillomaviruspartikels umfasst,
was in der Aufreinigung des Fusionspartners resultiert.
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Die
Erfindung stellt zusätzlich
ein Verfahren zur Abgabe eines Fusionspartners eines Papillomavirus L2
Fusionsprodukts eines Papillomavirus-artigen Partikels zur Verfügung, das
den Schritt der Verabreichung des Papillomavirus-artigen Partikels
an die Zelle in vitro oder ex vivo umfasst, was in der Abgabe des
Fusionspartners in die Zelle resultiert.
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Die
Erfindung stellt auch eine immunogene Zusammensetzung, die den hierin
beschriebenen Papillomavirus-artigen Partikel umfasst, zur Verfügung.
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Die
Erfindung umfasst einen Papillomavirus-artigen Partikel, wie er
hierin beschrieben wird, zur Verwendung als Pharmazeutikum. Auch
umfasst die Erfindung die Verwendung eines Papillomavirus-artigen
Partikels, wie er hierin beschrieben wird, zur Herstellung eines
Medikaments zur Stimulierung einer Immunreaktion in einem Wirtssäugetier.
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Die
Erfindung stellt des weiteren ein DNA-Molekül zur Verfügung, das eine Nukieinsäuresequenz
umfasst, die ein Papillomavirus L1 Protein und ein Papillomavirus
L2 Fusionsprodukt kodiert, wobei besagtes Fusionsprodukt ein L2-Protein
oder Peptidfragment davon umfasst, das an einen Fusionspartner gebunden
ist, der ein antigenes Protein ist, das nicht L2 ist, oder ein antigenes
Peptidfragment davon, wobei besagtes Molekül in der Lage ist, die Expression
von Papillomavirus-artigen Partikeln mit konformellen Epitopen in
einer transformierten Zelle zu dirigieren, und worin besagte Partikel
besagtes Papillomavirus L1 Protein und Papillomavirus L2 Fusionsprodukt
umfassen.
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Somit
stellt die Erfindung ein oder mehrere synthetische DNA-Moleküle zur Verfügung, die
dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einzeln oder zu zweit ein
Papillomavirus L1 Produkt und ein Papillomavirus L2 Fusionsprodukt
kodieren, wobei das Molekül
oder die Moleküle
die Expression eines Papillomavirus-artigen Partikels in einer transformierten
Wirtszelle dirigieren, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er konformelle Epitope
aufweist, der das Papillomavirus L1 Produkt und das Papillomavirus
L2 Fusionsprodukt umfasst.
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Die
transformierte Wirtszelle kann eine Insektenzelle sein (wie die
Sf9-Insektenwirtszelle) und das DNA-Molekül oder die Moleküle können zusätzlich einen
Insektenzellvektor umfassen (wie einen Baculovirusvektor), oder
die transformierte Wirtszelle kann eine Säugetierwirtszelle sein und
das DNA-Molekül
oder die Moleküle
können
zusätzlich
einen Säugetierzellvektor
umfassen (wie einen Vaccinia-Virusvektor), oder die transformierte
Wirtszelle kann eine Hefewirtszelle sein und das DNA-Molekül oder die
Moleküle
können
zusätzlich
einen Hefezellvektor umfassen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird eine Wirtszelle zur Verfügung gestellt,
die mit dem DNA-Molekül
oder den Molekülen
der Erfindung transformiert ist.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der transformierten Wirtszellen werden das Papillomavirus L1 Protein
und das Papillomavirus L2 Fusionsprodukt auf dem gleichen DNA-Molekül kodiert.
Alternativ dazu können das
Papillomavirus L1 Protein und das Papillomavirus L2 Fusionsprodukt
auf verschiedenen DNA-Molekülen kodiert
werden.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verwendung
des DNA-Moleküls
oder der Moleküle
der Erfindung zur Verfügung
gestellt, das die folgenden Schritte umfasst: Das zur Verfügung stellen
von Bedingungen für
das oben genannte Molekül
oder die Moleküle,
um die oben genannte Expression zu dirigieren, und optional die
Rückgewinnung
des Papillomavirus-artigen Partikels aus den oben genannten transformierten
Zellen.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Papillomavirus-artigen Partikels zur Verfügung gestellt, der dadurch
gekennzeichnet ist, dass er konformelle Epitope aufweist, umfassend
ein Papillomavirus L1 Protein und ein Papillomavirus L2 Fusionsprodukt,
wobei das Verfahren den Schritt des zur Verfügung Stellens von Bedingungen
für das
DNA-Molekül
oder die Moleküle
umfasst, um die oben genannte Expression des Papillomavirus-artigen
Partikels in den oben genannten transformierten Wirtszellen zu dirigieren,
wobei der Partikel aus der Wirtszelle optional rückgewonnen wird.
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Die
Erfindung umfasst auch eine Zusammensetzung, umfassend ein erstes
DNA-Molekül,
das ein Papillomavirus L1 Protein kodiert, und ein zweites DNA-Molekül, das ein
Papillomavirus L2 Fusionsprodukt kodiert, wobei besagtes Fusionsprodukt,
das ein L2 Protein oder Peptidfragment davon umfasst, an einen Fusionspartner
gebunden ist, der ein antigenes Protein ist, das nicht L2 ist, oder
ein antigenes Peptidfragment davon, worin besagte Moleküle in der
Lage sind, die Expression von Papillomavirus-artigen Partikeln mit
konformellen Epitopen in einer transformierten Zelle zu dirigieren,
und wobei besagte Partikel besagtes Papillomavirus L1 Protein und
Papillomavirus L2 Fusionsprodukt umfassen.
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Optional
sind die DNA-Moleküle:
- (a) in der Lage, eine Expression in einer transformierten
Insektenzelle zu dirigieren und die DNA von jedem besagten Molekül umfasst
zusätzlich
einen Insektenzellvektor, oder
- (b) in der Lage, eine Expression in einer transformierten Säugetierzelle
zu dirigieren und die DNA von jedem besagten Molekül umfasst
zusätzlich
einen Säugetierzellvektor,
oder
- (c) in der Lage sind, eine Expression in einer transformierten
Hefezelle zu dirigieren und die DNA von jedem besagten Molekül umfasst
zusätzlich
einen Hefezellvektor.
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Die
Erfindung umfasst die Verwendung eines Papillomavirus-artigen Partikels,
wie er hierin zuvor beschrieben wurde, als Plattform für eine multivalente
Antigenpräsentation.
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Die
Erfindung umfasst auch die Verwendung eines Papillomavirus-artigen
Partikels, wie er hiern zuvor beschrieben wurde, zur Abgabe von
Proteinen in Zellen zur Prozessierung in Peptide und anschließende Präsentation
dieser Peptide im Zusammenhang mit MHC-Molekülen, um eine zellvermittelte
Immunreaktion auszulösen.
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Die
Erfindung stellt zudem ein Vakzin zur Verfügung, das den oben beschriebenen
Papillomavirus-artigen Partikel umfasst.
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Die
Erfindung entstammt aus dem Ergebnis, dass ein Papillomavirus L2
Fusionsprodukt in einen Papillomavirus L1 Protein-basierenden Papillomavirus-artigen
Partikel eingebracht werden kann, der konformelle Epitope präsentiert.
Dieses Ergebnis war unerwartet.
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Ein
Papillomavirus L2 Fusionsprodukt soll eine Kette von Aminosäuren umfassen,
in der ein Teil der Kette aus einer L2-Proteinsequenz und ein Teil
der Kette aus einer anderen Proteinsequenz (oder anderen Proteinsequenzen)
stammt.
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L2-Fusionsprodukte
werden durch das Splicen (im Leseraster) eines offenen Leserasters
für ein
Protein (oder einer Reihe von Proteinen) neben oder in ein offenes
Leseraster für
L2 hergestellt.
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Es
wird die Proteintechnologie verwendet, um die Struktur des L2 Fusionsproduktes
zu bestimmen. In einer Routineübung
für Proteinchemiker
generieren diese Varianten des natürlichen L2-Proteins. Die Änderungen,
die diese ausführen,
können
geschulte Annahmen sein, die auf dem detaillierten Wissen der Struktur
von L2 beruhen; alternativ dazu können Änderungen auf der Basis reinen
Zufalls durchgeführt
werden. Oder es kann eine Kombination struktureller Informationen
mit zufälliger
Mutagenese und Selektion zu dramatischen Ergebnisse führen.
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Zum
Beispiel kann die Selektion der L2-Aminosäuren, zwischen die ein Fusionspeptid
oder Protein eingefügt
werden soll, auf dieser Basis durchgeführt werden. Die Existenz einer
Region, in der die Aminosäuresequenz
und Länge
zwischen Papillomaviren variiert, schlägt vor, dass diese Region eine
Struktur darstellt, die nicht essentiell für die Integrität von L2
und/oder seinen Einbau in Partikel ist. Die beobachtete Fähigkeit, ein
Fusionspeptid oder Protein in L2 einzufügen, impliziert, dass eine
solche Region existiert.
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Die
Bestimmung einer Struktur für
das L2-Fusionsprodukt wird auf der Basis der Fähigkeit des L2-Fusionsprodukt
durchgeführt,
in einen Papillomavirus L1-Produkt basierenden Papillomavirus-artigen
Partikel eingebaut zu werden, der konformelle Änderungen präsentiert.
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Bevorzugte
Mittel zur Bestimmung einer Struktur umfassen Assays, die die Effizienz
und/oder Authentizität
des Einbaus eines L2-Fusionsprodukts in ein Papillomavirus L1 Produkt-basierenden
Papillomavirus-artigen Partikel umfassen.
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Die
Effizienz und/oder Authentizität
der Bildung von L1/L2-VLPs steht in Beziehung zur Präsentation der
konformellen Epitope (supra).
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Das
Chimäre
L2 wird somit in L1-basierende VLPs mit einer Effizienz und/oder
Authentizität
eingebaut, die ähnlich
der des Einbaus von Wildtyp L2 ist.
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Andere
bevorzugte Mittel zur Bestimmung einer Struktur für das L2-Fusionsprodukt
umfassen Assays, die die Induktion und/oder den Nachweis von neutralisierenden
Antikörpern
messen.
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Die
Induktion und/oder der Nachweis von neutralisierenden Antikörpern steht
in Beziehung zur Präsentation
von konformellen Epitopen, da neutralisierende Antikörper gegen
konformell abhängige
Epitope gerichtet sind (supra).
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Der
Einbau des Chimären
L2 wird somit nicht die Induktion und/oder den Nachweis von neutralisierenden
Antikörpern
durch chimäre
Papillomavirus-artige Partikel im Vergleich zu L1 oder L1/L2-VLPs
verhindern.
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Für die Zwecke
der Erfindung ist ein chimäres
L2-Fusionsprodukt in der Lage, in einen Papillomavirus L1 Produkt-basierenden
Papillomavirus-artigen Partikel eingebaut zu werden, der konformelle
Epitope präsentiert,
der entweder durch die oben genannten Mittel oder andere Mittel,
die auf dem Gebiet bekannt sind, identifiziert wird.
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Die
Struktur von L2 und seinem Fusionspartner (und L1) soll ein L2-Protein
in Gesamtlänge
(und L1-Protein) und ein Fusionspartnerprotein in Gesamtlänge umfassen
und deren Peptidfragmente, egal ob 5'-Fragmente, 3'-Fragmente oder interne Fragmente mit
mindestens ungefähr
20 Aminosäureresten,
vorteilhafterweise mindestens ungefähr 10 Aminosäureresten
und bevorzugt mindestens ungefähr
5 Aminosäureresten.
Art, Untergruppe und Stammvariationen von L2 (und L1) und menschliche
Allel- und Speziesvariationen des Fusionspartnerproteins sind spezifisch
dahingehend vorgesehen, dass sie in den Umfang der Erfindung fallen.
Die Erfindung umfasst auch konservierte Varianten des L2-Proteins
in Gesamtlänge
(und L1-Proteins) und das Fusionspartnerprotein in Gesamtlänge und
deren Peptidfragmente, worin konservative Aminosäuren gegen Aminosäurereste
des Wildtyps L2 (und L1) und des Fusionspartnerproteins substituiert
sind. Um die Degeneration des genetischen Kodes zu berücksichtigen,
umfasst die Erfindung auch DNA, die für die gleichen Aminosäurereste
kodieren, wie die DNA des L2- und (L1-) und Fusionspartnergens.
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Von
dem chimären
Papillomavirus-artigen Partikel selbst ist vorgesehen, dass er jegliches
L2-Fusionsprodukt mit jeglichem L1-Produkt aus jeglichem Papillomavirus
einbaut, egal ob die Genome nah verwandt oder entfernt verwandt
sind, solange der Einbau in die Partikel stattfindet. Somit kann
ein L2-Fusionsprodukt, das z. B. mit einem der BPV-1, BPV-2, BPV-4,
CRPV, DPV, EEPV, HPV-1, HPV-5, HPV-6, HPV-8, HPV-11, HPV-16, HPV-18,
HPV-31 oder HPV-33 verwandt ist, in die Partikel mit jeglichem L1-Produkt
eingebaut werden, z. B. aus einem der oben genannten Viren oder
einer Art, Untergruppe oder Stammvariation des Papillomavirus.
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Da
VLPs konformell abhängige
Epitope präsentieren,
die zur Induktion eines hohen Titers neutralisierender Serumantikörper notwendig
sind, können
VLP-Chimäre,
die L2-Fusionsprodukte enthalten, prophylaktisch als optimierte
Vakzinuntereinheiten zur Stimulation der humoralen Immunität fungieren,
um eine Papillomavirusinfektion zu verhindern und dadurch die Entwicklung
papillomavirusassoziierter Krebsarten oder anderer papillomavirusassoziierter
Pathologien auszuschließen.
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Da
es unwahrscheinlich ist, das VLPs sich als therapeutische Vakzine
wirksam zeigen werden, um eine Regression existierender Papillomavirus-proliferativer
Läsionen,
wie sie oben diskutiert werden, zu induzieren, können chimäre VLPs dahingehend fungieren,
diesen lang anhaltenden und dementsprechend nicht befriedigten Bedarf
zur Entwicklung eines therapeutischen Vakzins anzusprechen.
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Von
chimären
VLPs ist zu erwarten, dass sie spezifische Zelloberflächerezeptoren
binden, internalisiert werden und in das Zytoplasma freigesetzt
werden und es somit wahrscheinlicher ist, dass sie die Präsentation
von Peptiden in Verbindung mit Klasse I MHC-Molekülen zur
Präsentation
an zytotoxische T-Zellen zur Herstellung einer zellvermittelten
Immunität
unterstützen.
Dieses steht im Gegensatz zu nicht komplexierten Proteinen, von
denen nicht erwartet werden würde,
dass sie spezifisch in Zellen eindringen oder die Präsentation
von Peptiden im Kontext von Klasse I MHC-Molekülen unterstützen, um eine zytotoxische
T-Zellreaktion auszulösen
(es ist wahrscheinlicher, wenn überhaupt,
dass sie die Präsentation
von Peptiden, die an Klasse II MHC-Molekülen gebunden werden sollen
sollen, und zu Helfer-T-Zellen präsentiert werden, unterstützen).
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Der
Einschluß von
einem oder mehreren Fusionspartnern als L2-Fusionsprodukte wäre eindeutig
eine kosteneffektive Weise, ein wirksames Papillomavirusvakzin mit
einem breiten Nutzungsspektrum, einschließlich Therapie und verbesserter
Prävention
klinischer Läsionen,
herzustellen.
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Die
Fusionspartner können
aus der Liste ausgewählt
werden, die aus solchen Fusionspartnern besteht, die ein Verfahren
zur Expandierung potentieller Ziele eines VLS-basierenden Vakzins
zur Verfügung
stellen würden,
z. B. E6 oder E7-Peptid oder E6- oder
E7 in Gesamtlänge,
andere Papillomaviruspeptide oder Proteine, oder Peptide oder Proteine
von anderen STD oder infektiösen
Mitteln, z. B. Herpes simplex, HIV, Chlamydia trachomatis, Neisseria
gonorrhoeae und Treponema pallidum.
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Das
L2-Fusionsprodukt ist nicht auf einen einzelnen Fusionspartner pro
L2-Molekül
eingeschränkt
und kann zusätzliche
Fusionspartner umfassen, z. B. zusätzliche Peptide oder Proteine
in Gesamtlänge
oder Kombinationen davon, die aus dem gleichen oder aus verschiedenen
Proteinen abgeleitet sind und als Tandem verbunden sind. Es können auch
mehr als ein L2-Fusionsprodukt zu einem einzelnen VLP zusammengesetzt
werden. Z. B. kann ein L2-Fusionsprodukt oder chimäres VLP,
das ein virales Zielepitop enthält,
auch derart konstruiert sein, dass es eine Bindungsdomäne eines
kostimulatorischen Proteins oder einen akzessorischen Rezeptor oder
Liganden enthält,
der in Immunaktivität
involviert ist, z. B. B7 (das mit CD28 auf T-Zellen wechselwirkt),
ein intrazelluläres
Adhäsionsmolekül (ICAM),
ein lymphozyten-funktionelles Antigen (LFA), ein vaskuläres Zelladhäsionsmolekül (VCAM-1)
und ein hitzestabiles Antigen (HSA). (Siehe Beispiel 14, um die
Kostimulatoren oder Liganden auf die Oberfläche von VLPs zu richten.)
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Es
ist zu verstehen, dass die tatsächlichen
bevorzugten Mengen an chimären
Papillomavirus-artigen Partikeln als Vakzine zur Vermeidung und/oder
Behandlung einer Krankheit mit den spezifisch formulierten Zusammensetzungen,
dem Modus der Anwendung, dem entsprechenden Situs und dem zu behandelnden
Organismus variieren werden. Die Dosierungen für einen gegebenen Wirt können unter
Verwendung konventioneller Überlegungen
bestimmt werden, z. B. durch die Mittel eines geeigneten konventionellen
Vakzinierungsprotokolls.
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Alternativ
dazu können
chimäre
VLPs in einem Verfahren zur Aufreinigung von VLPs verwendet werden.
VLPs sind per se als prophylaktische Vakzine und in Immundiagnostika
(supra) verwendbar. Kurz gefasst, es werden Antikörper gegen
den Fusionspartner unter Verwendung von standardimmunologischen
Techniken hergestellt, es wird eine Affinitätschromatographiesäule unter
Verwendung der Antikörper
konstruiert und die VLPs werden anschließend in einem Affinitätschromatographieschritt
aufgereinigt.
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Oder
es können
chimäre
VLPs in einem Verfahren zur Aufreinigung eines Fusionspartners verwendet werden,
Z. B. können
VLPs, die ein L2-E7-Fusionsprodukt enthalten, als Mittel zur Gewinnung
von korrekt gefaltetem E7 nützlich
sein. Es wurde berichtet, dass ein großer Prozentanteil von Gebärmutterkrebspatienten seropositiv
für konformell
korrektes E7 im Vergleich zu denaturiertem E7, wie es aus Bakterien
isoliert wird, sind (Viscidi et al., Int. J. Cancer 55: 780 (1993)).
Das in vitro Transkriptions-Translationssystem, das in diesem Bericht
zur Herstellung von E7 verwendet wird, ist arbeitsaufwendig und
teuer und verwendet radiomarkiertes E7. Es wäre vorteilhaft, chimäre E7 VLPs
aufzureinigen und das Material in einem E7 ELISA zu verwenden. Um
Komplikationen einer Seroreaktivität mit menschlichem L1 oder
L2 zu vermeiden, könnten
BPV-basierende Partikel verwendet werden. Es wurde die Beobachtung
der E7-Seroreaktivität,
welche im Gegensatz zu einer prämalignen
Erkrankung mit Krebs korreliert, als nützlich vorgeschlagen, um den
Kurs der Erkrankung in Gebärmutterhalskrebspatienten
zu verfolgen und ein Wiederaufleben zu untersuchen (id).
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Optional
können
chimäre
VLPs in einem Verfahren zur Abgabe eines intakten und aktiven Proteins
in Zellen verwendet werden. Dieses Protein kann z. B. ein Enzym
oder Toxin oder ein Medikament sein. Die chimären VLPs werden an die Zellen
entweder in vitro, in vivo, in situ oder ex vivo verabreicht und
das Protein wird anschließend
in die Zelle abgegeben, wo es für
seinen vorgesehenen Zweck wirkt, z. B. als ein Enzym oder ein Toxin
oder ein Medikament.
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Wir
haben es geschafft, chimäre
Papillomavirus-artige Partikel, die E7-Protein oder Peptid, das
an L2 gebunden ist, einbauen, herzustellen.
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Ein
Papillomavirus E7-Gen exprimierte ein L2-E7-Fusionsprotein, wenn
es im Leseraster an das 3'-Ende
des L2-Gens oder innerhalb eines Teils des L2 offenen Leserasters
fusioniert wurde, das in der Gegenwart von L1-Protein in virusartige
Partikel eingebaut wurde. Die Effizienz und Authentizität des Einbaus
von L2-E7 in VLPs war zu der des Wildtyp L2-Proteins ähnlich.
Für BPVL1/L2-E7
virusartige Partikel wurde herausgefunden, dass sie neutralisierende
Antikörper
genau so wirksam wie BPVL1/L2 Partikel induzieren. Von chimären Partikeln
wurde beobachtet, dass sie eine humorale Immunität auslösen, die für Epitope des Fusionspartners dahingehend
spezifisch ist, dass Kaninchen, die mit L2-E7 chimären Partikeln
immunisiert worden waren, Antikörper
herstellten, die gegen E7 gerichtet waren.
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Die
erfolgreiche Herstellung von chimären Papillomavirus-artiger
Partikeln öffnet
die Tür
zur Fusion von fast jeglichem Protein oder Peptid mit einem L2-Produkt
zur Aufnahme in chimäre
Papillomavirus-artige Partikel.
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Wir
erzielten die Herstellung chimärer
VLPs durch die Herstellung von L2-E7 Fusionsproteinen und das Exprimieren
dieser Proteine zusammen mit L1 über
rekombinante Baculoviren in Insektenzellen. Wir generierten drei
chimäre
VLPs: HPV16L1 + HPV16L2 – HPV16E7
(Gesamtlänge),
BPVL1 + BPVL2 – HPV16E7 (Gesamtlänge) und
BPVL1 + BPVL2 – HPV16E7
(AS 1–30).
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BPVL2
wurde an seinem 3'-Ende
an HPV16 E7 gebunden. HPV16L2 wurde an seinem 3'-Ende an HPV16E7 gebunden. Zusätzlich wurden
die ersten 30 Kodons von HPV16E7 zwischen den Kodons 274 und 275
von BPVL2 eingefügt.
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Sukrosegradienten-Kosedimentation
und Koimmunpräzipitation
von L1 und den L2-E7 Chimären
zeigte den Einbau des chimären
Proteins in die VLPs.
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Die
Transmissionselektronenmikroskopie zeigte, dass Partikel, die das
L2-E7-Fusionsprotein enthalten, mit der gleichen Effizienz zusammengebaut
wurden wie L1- oder L1/L2-VLPs und dass diese morphologisch nicht
unterscheidbar waren.
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In
vitro BPV1-Neutralisierungsassays zeigten, dass die BPVL1-enthaltenen
chimären
VLPs in der Lage waren, neutralisierende Antiseren zu induzieren.
Die Titer waren mit solchen vergleichbar, die unter Verwendung von
BPVL1/L2-VLPs erhalten wurden. Äquivalente
neutralisierende Titer von 30.000 wurden sowohl für BPVL1/L2-VLPs
wie auch BPVL1/L2-HPV16E7 (Gesamtlänge) chimäre VLPs erhalten.
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Kaninchen,
die mit L2-E7 chimären
Partikeln immunisiert worden waren, erzeugten Antikörper, die
gegen E7 gerichtet waren, was die Induktion einer humoralen Immunität, die für Fusionspartnerepitope
spezifisch ist, durch chimäre
VLPs zeigt und auch die Position der E7-Epitope außerhalb
der VLPs ethablierte.
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Wie
in Beispiel 1 gezeigt, können
chimäre
rekombinante Baculoviren hergestellt werden. Gene für die Chimären können aus
genomischen Quellen oder cDNAs, durch direkte Synthese oder jegliche
Kombinationen davon gewonnen werden. L2 und seine Fusionspartnergene
können
durch rekombinante PCR-Techniken amplifiziert werden, z. B. mit
Oligos, die Restriktionsenzymschnittstellen und Komplementaritäten enthalten, die
die Fusion und Klonierung in Expressions-, Transfer- und/oder Klonierungsvektoren,
z. B. Plasmide, erleichtern.
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Fusionierte
Gene können
in einen Baculovirusexpressionsvektor kloniert werden. Es kann ein
weiterer Baculovirusexpressionsvektor, der L1 enthält, hergestellt
werden. Oder die fusionierten Gene können in einen Baculovirus-Doppelexpressionsvektor
kloniert werden, der bereits L1 enthält.
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Beispiel
2 zeigt eine typische Prozedur zur Selektion rekombinanter Baculoviren.
CsCl-(oder äquivalent)
aufgereinigtes rekombinantes Plasmid kann mit Baculovirus-DNA in Sf9-Insektenzellen
unter Verwendung von Lipofektin (oder einem Äquivalent) kotransfiziert werden.
Die rekombinanten Baculoviren können
(z. B.) unter Verwendung von konventionellen Baculovirusvektor-
und Insektenzellkulturverfahren Plaque-aufgereinigt werden.
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Es
kann vorteilhaft sein, zwei einzelne Expressionsbaculovirusvektoren
anstatt eines Doppelexpressions-Baculovirusvektors zu verwenden.
In diesem Fall können
die chimären
VLPs durch das Infizieren von Sf9-Zellen mit zwei rekombinanten
Baculoviren hergestellt werden, einem, der ein L1-Produkt kodiert
und einem anderen, der das L2-Fusionsprodukt kodiert. Die Lokalisierung
der Gene auf verschiedenen Vektoren erleichtert die Manipulation
der hergestellten Menge an L1-Produkt und L2-Fusionsprodukt. Dieser
Ansatz ermöglicht
es einem, die das Verhältniss
des L2-Fusionsprodukts zum L1-Produkt in einem VLP zu verändern. Obwohl
in nativen Virionen L2 im Vergleich zu L1 die geringere Komponente
ist, können
wir einen stärkeren Einbau
von L2-Fusionsprodukt in VLPs unter Verwendung von zwei einzelnen
Expressionsvektoren erreichen.
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Wie
in Beispiel 3 gezeigt wird, können
chimäre
Partikel durch Bandenbildung in Cesiumchlorid (oder einem äquivalenten
Mittel) aufgereinigt werden. Sf9-Insektenzellen können z.
B. mit einer Infektionsmultiplizität von 10 mit rekombinanten
Baculoviren infiziert werden. Nach 72 Stunden (oder ähnlich)
können
Zellen geerntet und in phosphatgepufferter Salzlösung (oder äquivalenter) für 60 Sekunden
(oder ähnlich)
ultraschallbehandelt werden. Nach Klärung bei geringer Geschwindigkeit
(oder äquivalenter)
können
die Lysate einer Zentrifugation ausgesetzt werden, z. B. bei 110.000 × g für 2,5 h
durch ein 40% (Gew./Vol.) Sukrose/PBS-Kissen (SW/28 Rotor). Die
resuspendierten Pellets können
bis zum Gleichgewicht zentrifugiert werden, z. B. bei 141.000 × g für 20 h bei
Raumtemperatur in einem 10–40%igen
(Gew./Gew.) CsCl/PBS-Gradienten. Die sichtbare Bande kann geerntet
werden, wiederum bis zum Gleichgewicht unter Verwendung identischer
Bedingungen zentrifugiert werden, ausgiebig gegen PBS dialysiert
werden und bei 4°C
gelagert werden (z. B.).
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Wie
in Beispiel 4 gezeigt wird, kann die Ko-Sedimentierung chimärer Komplexe
durch z. B. analytische Gradientenzentrifugation etabliert werden.
Z. B. kann ein 12–45%iger
Sukroseschrittgradient über
Nacht bei 4°C
linearisiert werden lassen, die dialysierten Proben werden oben
auf geschichtet und der Gradient kann bei 41.000 Upm (288.000 × g) für 2 h in
einem SW-41 Rotor zentrifugiert werden. Es können Fraktionen geerntet und
auf Ko-Sedimentation analysiert werden, z. B. durch Westernblotten
oder Ko-Immunpräzipitation.
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Wie
in Beispiel 5 gezeigt wird, kann eine Ko-Sedimentation z. B. durch
Ko-Immunpräzipitation
etabliert werden.
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Wie
in Beispiel 6 gezeigt wird, können
Antiseren hergestellt werden. Dieses kann getan werden, um einen
BPV1-Neutralisierungsassay (oder äquivalenten), wie er in Dvoretsky
et al. Virology 103: 369 (1980) beschrieben wird, durchzuführen. Zum
Beispiel können
Antiseren wie folgt hergestellt werden. Kaninchen können durch
subkutane Injektion von 330 μl
der CsCl-Gradienten aufgereinigten Partikel in PBS bei einer Konzentration
von 1 mg/ml immunisiert werden. Die Kaninchen können mit der gleichen Menge
an Partikeln 2 Wochen und 4 Wochen nach der ersten Injektion geboostet
werden.
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Wie
in Beispiel 7 gezeigt wird, kann ein BPV1-Neutralisierungsassay
(oder äquivalenter)
durchgeführt werden,
um zu untersuchen, ob BPV-chimäre
Partikel konformelle Eptiope aufzeigen. Zum Beispiel können serielle
Verdünnungen
der Seren, die 3 Wochen nach der zweiten Verstärkungsinjektion erhalten wurden,
mit ≈ 500
fokusbildenden Einheiten BPV-Virus für 30 Minuten inkubiert werden,
der Virus kann an C127-Zellen für eine
Stunde adsorbiert werden und die Zellen können für 3 Wochen kultiviert werden.
Die Foki können
dann mit 0,5% Methylenblau/0,25% Karbolfuchsin in Methanol gefärbt werden.
Es können
neutralisierende Titer für chimäre VLPs
und Kontroll-BPVL1-L2 VLPs erhalten werden. Äquivalente neutralisierende
Titer werden eine korrekte Faltung der chimären Partikel anzeigen, die
zur Präsentation
konformeller Epitope wirksam ist.
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Wie
in Beispiel 8 gezeigt wird, können
chimäre
Partikel z. B. durch Transmissionselektronenmikroskopie untersucht
werden. Zum Beispiel können
aufgereinigte Partikel auf Kohlenstoff-beschichteten Netzen adsorbiert
werden, mit 1% Uranylazetat gefärbt
werden und mit einem Philips-Elektronenmikroskop, Modell 400T, bei
einer 36.000-facher Vergrößerung untersucht
werden. Die Effizienz des Einbaus und die Morphologie der chimären Partikel
und L1 oder L1/L2 VLPs können
verglichen und gegenübergestellt
werden. Eine nicht unterscheidbare Effizienz des Einbaus und der
Morphologie wird einen korrekten Selbstzusammenbau der chimären Partikel
anzeigen.
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Wie
in Beispiel 9 gezeigt wird, können
chimäre
Partikel z. B. auf Induktion einer humoralen Immunität, die spezifisch
für Fusionspartnerepitope
ist, untersucht werden. Zum Beispiel können Kaninchen mit chimären VLPs
inokuliert werden. Die Seren können
dann auf Antikörper
analysiert werden, z. B. durch das Durchführen einer SDS-PAGE mit einer
Probe des Fusionspartnerantigens und anschließendes Westernblotting. Immun- und
Präimmun
(Kontroll)- Seren können
bei einer geeigneten Verdünnung
aufgetragen werden. Der Nachweis der Fusionspartnerbande in dem
Westernblot durch Serum aus dem immunisierten Kaninchen zeigt die
Induktion von Antikörpern,
die spezifisch für
Fusionspartnerepitope sind.
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Wie
in Beispiel 10 gezeigt wird, können
chimäre
Partikel z. B. auf die Induktion einer zellvermittelten Immunität, die spezifisch
für Fusionspeptide
ist, untersucht werden, z. B. durch das Injizieren chimärer VLPs in
Mäuse und
die Messung einer Antigen-spezifischen T-Zellproliferation.
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Wie
in Beispiel 11 gezeigt wird, können
chimäre
Partikel z. B. auf die Induktion einer prophylaktischen Immunität gegen
eine herausfordernde Infektion untersucht werden, z. B. durch das
Immunisieren von Kaninchen mit chimären CRPV VLPs und nicht-chimären CRPV
VLPs (Kontrolle) und anschließende
Herausforderung mit infektiösem
CRPV, um zu zeigen, dass L2-Fusionen eine prophylaktische Immunität nicht
beenden; oder durch das Immunisieren experimenteller Tiere mit chimären VLPs,
die ein STD-Mittel enthalten, anschließendes Herausfordern mit dem
STD-Mittel und Messung einer erhöhten Überlebensrate
gegenüber
einer letalen Herausforderung oder eine verringerte Infektion nach
subletaler Herausforderung.
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Wie
in Beispiel 12 gezeigt wird, können
chimäre
Partikel z. B. auf die Induktion einer therapeutischen Immunität gegen
bereits existierende Papillomas untersucht werden, z. B. durch das
Immunisieren von Kaninchen (die pre-existierende Papillomas aufweisen)
unter Verwendung chimärer
CRPV VLPs und nicht-chimärer CRPV
VLPs (Kontrolle) und Messung der Regression der pre-existierenden
Papillomas.
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Wie
in Beispiel 13 gezeigt wird, können
chimäre
Partikel z. B. für
eine Immuntherapie und die Immunprävention von Tumoren untersucht
werden.
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Bestimmte
Aspekte der Erfindung sind leichter durch Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele zu verstehen, von denen vorgesehen ist, dass die Erfindung
beispielhaft darstellen, ohne ihren Umfang auf die speziellen beispielhaften
Ausführungsformen
einzuschränken.
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BEISPIEL 1
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Erstellung
chimärer
rekombinanter Baculoviren
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Drei
Chimären
wurden hergestellt: HPV16L2-HPV16E7, BPVL2-HPV16E7 und BPVL2-HPV16E7
(AS 1–30).
HPV16L2-HPV16E7 enthielt das HPV16E7 in Gesamtlänge, das an den C-Terminus
(AS 473) von HPV16L2 gebunden wurde. BPVL2-HPV16E7 enthielt HPV16E7
in Gesamtlänge,
das an den C-Terminus von BPVL2 (AS 469) gebunden worden war. BPVL2-HPV16E7
(AS 1–30)
enthielt die ersten 30 Aminosäuren
von HPV16E7, die in die Mitte von BPVL2 zwischen den Aminosäuren 274
und 275 eingebunden worden waren.
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L2-E7
chimäre
Gene wurden mittels rekombinanter PCR-Techniken hergestellt (Higuchi,
R. (1990) in PCR Protocols; A Guide to Methods and Applications,
Ed. Innis, M. A., Gelfand, D. H., Sninsky, J. J. und White, T. J.
(Academic, New York), S. 177–180).
Für die
Chimären,
die HPV16E7 in Gesamtlänge
enthalten, wurde L2 mit einem 5'-Oligo
amplifiziert, das eine Restriktionsenzymschnittstelle enthält und einem
3'-Oligo, das komplementär zu dem
E7 5'-Oligo war.
In einer unabhängigen
Reaktion wurde E7 mit einem 5'-Oligo
amplifiziert, das komplementär
zu dem L2 3'-Oligo
war und einem 3'-Oligo,
das eine Restriktionsenzymschnittstelle enthielt. Die L2- und E7-Gene
wurden dann in einer zweiten Primer-Verlängerungsreaktion nur unter
Verwendung der äußeren (L2
5'- und E7 3') Oligos verbunden.
Für die
Chimären,
die nur die Aminosäuren
1–30 von HPV16E7
enthalten, kodierten die „internen" Primer die ersten
30 AS von HPV16E7.
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Die
verbundenen Gene wurden dann in den Baculovirus Doppelexpressionsvektor
pSynwtVI-, (welcher bereits L1 enthielt, das unter den Polyhedrinpromotor
(Krinbauer et al., Virol. 67: 6929 (1993) kloniert worden war) direkt
stromabwärts
vom pSyn-Promotor kloniert.
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Die
BPVL2-HPV16E7-Chimären
wurden als 5'-BglII
bis 3'-BglII-Fragmente
kloniert. Die HPV16L2-HPV16E7-Chimären wurden als 5' SstlI bis 3' SstlI-Fragment kloniert.
Die für
BPVL2-HPV16E7 (Gesamtlänge)
verwendeten Primer waren
BPVL2-Sense
und Antisense,
HPV16E7,
Sense
und Antisense,
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-
Die
für BPVL2-HPV16E7
(AS 1–30)
verwendeten Primer waren wie folgt:
BPVL2, Sense: genau wie
oben.
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Innerner
Primer, Antisense
-
-
-
Die
für HPV16L2-HPV16E7-Chimäre verwendeten
Primer waren die folgenden:
HPV16L2, Sense
und Antisense,
HPV16E7, Sense
und Antisense,
-
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Beispiel 2
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Selektion rekombinanter
Baculoviren
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CsCl-aufgereinigtes
rekombinantes Plasmid wurde mit Baculovirus-DNA (Baculo-Gold; PharMingen, San
Diego, CA) in Sf9-Insektenzellen (ATCC, CRL 1711) unter Verwendung
von Lipofektin (GIBCO/BRL, Gaithersburg, MD) (Hartig, P. C. Biotechniques
11: 310 (1991)) kotransfiziert. Die rekombinanten Baculoviren wurden
wie beschrieben Plaque-aufgereinigt (Summers, M. D. & Smith, G. E.
(1987) A Manual of Methods for Baculovirus Vectors and Insect Cell
Culture Procedures, Texas Agricultural Experiment Station Bulletin
(Tex. Agric. Exp. Stn., College Station, TX), Vol. 1555).
-
Beispiel 3
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Aufreinigung von chimären Partikeln
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Sf9-Insektenzellen
wurden mit einer Infektionsmultiplizität von 10 mit rekombinanten
Baculoviren infiziert. Nach 72 Stunden wurden die geernteten Zellen
in phosphatgepufferter Salzlösung
(PBS) für
60 Sekunden ultraschallbehandelt. Nach Klärung bei geringer Geschwindigkeit
wurden die Lysate einer Zentrifugation bei 110.000 × g für 2,5 h
durch ein 40%iges (Gew./Vol.) Sukrose/PBS-Kissen (SW 28 Rotor) ausgesetzt.
Die resuspendierten Pellets wurden bis zum Gleichgewicht bei 141.000 × g für 20 h bei
Raumtemperatur in einem 10–40%igen
(Gew./Gew.) CsCl/PBS-Gradienten zentrifugiert. Die sichtbare Bande
wurde geerntet, wiederum zum Gleichgewicht unter Verwendung der
identischen Bedingungen zentrifugiert, ausgiebig gegen PBS dialysiert
und bei 4°C
aufbewahrt.
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Beispiel 4
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Ko-Sedimentation von L1/I2-E7-Komplexen
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Um
zu bestimmen, ob das L2-E7-Fusionsprotein in Partikel aufgenommen
wurde, wurde eine analytische Gradientenzentrifugation, wie sie
zuvor beschrieben wurde, zur Bestimmung des Ko-Zusammenbaus von L1
und L2 durchgeführt
(Kimbauer et al., Virol. 67: 6929 (1993)).
-
Kurz
gefasst, es wurde ein 12 bis 45%iger Sukroseschrittgradient über Nacht
bei 4°C
linearisieren gelassen, die dialysierten Proben wurden obenauf geschichtet
und der Gradient wurde bei 41.000 Upm (288.000 × g) für 2 hin einem SW-41 Rotor zentrifugiert.
Die Fraktionen wurden geerntet. Die Fraktionen wurden durch Coomassie-gefärbtes SDS-PAGE
(L1) oder Westernblotting mit einem Anti-BPVL2 polyklonalen Ab oder AntiHBV16E7
polyklonalen Ab und 125I-markiertem Anti-Kaninchen-IgG
analysiert.
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Die
Assoziation von chimären
L2-E7 mit virusartigen Partikeln wurde durch Ko-Sedimentation etabliert.
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Beispiel 5
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Ko-Immunpräzipitation
von L1/L2-E7-Komplexen
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Um
den Nachweis dafür
zu erhalten, dass die L2-E7-Fusionsproteine stabile Komplexe mit
L1 ausbilden, wurden Ko-Immunpräzipitationsexperimente
durchgeführt.
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Kurz
gefasst, BPVL1/L2-HPV16E7 (Gesamtlänge) und BPVL1/L2-HPV16E7 (AS
1–30)-VLP-Zubereitungen
wurden in PBS, 1% Triton® X-100 mit Anti-L1 Mab
5B6 (Roden et al., J. Virol., im Druck, (November, 1994)), einem
Anti-L1 polyklonalen Ab, pre-Immunserum oder einem irrelevanten
Ab (Anti-E1A Mab) und Protein A-Sepharose in PBS immunpräzipitiert
und einer SDS-PAGE ausgesetzt. Die Proteine wurden immungeblottet
und mit Anti-BPVL2 oder Anti-HBV16E7-Seren oder einem Anti-HPV16E7
Mab (Triton Diagnostics, Alameda, CA) untersucht.
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Die
Assoziierung des chimären
L2-E7 mit den virusartigen Partikeln wurde durch Ko-Immunpräzipitation
etabliert.
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Beispiel 6
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Herstellung von Antiseren
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Kaninchen
wurden durch subkutane Injektion von 330 μl CsCl-Gradienten-aufgereinigten
Partikeln in PBS bei einer Konzentration von 1 mg/ml immunisiert.
Die Kaninchen wurden mit der gleichen Menge an Partikeln 2 Wochen
und 4 Wochen nach der ersten Injektion verstärkt.
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Beispiel 7
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BPV1 Neutralisierungsassay
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Es
wurde ein fokusbildender Assay wie er beschrieben wurde durchgeführt (Kimbauer
et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 12180 (1992)).
-
Kurz
gefasst, serielle Verdünnungen
von Kaninchenseren, die drei Wochen nach der zweiten Verstärkungsinjektion
erhalten wurden, wurden mit ≈ 500
Fokus-bildenden Einheiten des BPV1-Virus für 30 Minuten inkubiert, der
Virus wurde auf C127-Zellen für
eine Stunde adsorbiert und die Zellen wurden für 3 Wochen kultiviert (Dvoretzky
et al., Virology 103: 369 (1980)). Die Foki wurden mit 0,5% Methylenblau/0,25%
Carbolfuchsin in Methanol gefärbt.
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Es
wurden äquivalente
neutralisierende Titer von 30.000 für die BPVL1/L2 VLPs und BPVL1/L2-HPV16E7
(Gesamtlänge)
chimären
VLPs erhalten.
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Beispiel 8
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Elektronenmikroskopie
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Es
wurde eine Transmissionselektronenmikroskopie wie sie beschrieben
wurde durchgeführt
(Kimbauer et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 12180 (1992)).
-
Kurz
gefasst, aufgereinigte Partikel wurden auf Kohlenstoff-beschichteten
Gittern adsorbiert, mit 1% Uranylazetat gefärbt und mit einem Philips-Elektronenmikroskop,
Modell EM 400T, bei einer 36.000-fachen Vergrößerung untersucht.
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Es
wurde herausgefunden, dass Partikel, die das L2-E7-Fusionsprotein
enthalten, von L1- oder
L1/L2 VLPs in Bezug auf die Morphologie und Effizienz des Einbaus
nicht unterscheidbar waren.
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Beispiel 9
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Induktion von Antikörpern
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Kaninchen,
die mit BPVL1/L2-HPV16E7 Papillomavirus-artigen Partikeln inokuliert
worden waren, produzierten Antiseren, die E7 erkannten.
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Um
die Seren auf E7-Spezifität
zu analysieren, wurden 2,5 μg
HPV16E7 und 2,5 μg
BSA (Kontrolle) einer SDS-PAGE ausgesetzt und anschließend Western-geblottet.
Immun- und Pre-Immun (Kontroll) Seren wurden bei einer Verdünnung von
1 : 10 aufgetragen.
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Das
Serum aus dem immunisierten Kaninchen detektierte spezifisch die
HPV16E7-Proteinbande in dem Westernblot, was die Induktion von Antikörpern anzeigt,
die spezifisch für
E7-Epitope sind.
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Beispiel 10
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Induktion
einer zellvermittelten Immunität
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Chimäre Partikel
wurden auf die Induktion einer zellvermittelten Immunität, die spezifisch
für E7-Peptide
ist, untersucht, z. B. durch das Injizieren von chimären VLPs
in Mäuse
und das Messen einer Antigen-spezifischen T-Zellproliferation.
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Beispiel 11
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Prophylaktische Immunität
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Chimäre Partikel
wurden auf die Induktion einer prophylaktischen Immunität gegen
eine herausfordernde Infektion untersucht, z. B. durch das Immunisieren
von Kaninchen mit E7 chimären
CRPV VLPs und nicht-chimären
CRPV VLPs (Kontrolle) und anschließende Herausforderung mit infektiösen CRPV,
um zu demonstrieren, dass L2-E7-Fusionen eine prophylaktische Immunität nicht
beenden; oder durch das Immunisieren experimenteller Tiere mit chimären VLPs,
die ein STD-Agens enthalten, anschließendes Herausfordern mit dem
STD-Agens und das Messen einer erhöhten Überlebensrate gegen eine letale
Herausforderung oder eine verminderte Infektion nach subletaler
Herausforderung.
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Beispiel 12
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Therapeutische Immunität
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Chimäre Partikel
wurden auf Induktion einer therapeutischen Immunität gegen
pre-existierende Papillomas untersucht, z. B. durch das Immunisieren
von Kaninchen (die pre-existierende Papillomas aufweisen) unter
Verwendung von E7-chimären
CRPV VLPs und nicht-chimärer
CRPV VLPs (Kontrolle), und die Messung einer Regression der pre-existierender
Papillomas.
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Beispiel 13
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Immuntherapie
und Immunpräventation
von Tumoren
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Chimäre Partikel
wurden auf die Fähigkeit
hin untersucht, eine Tumorentwicklung zu verhindern oder existierende
Tumore zu behandeln, z. B. in experimentellen Tieren wie Mäusen unter
Verwendung von Tumorzellen, die z. B. E7 exprimieren. Die Tiere
werden mit z. B. L2-E7 chimären
VLPs immunisiert und auf Wachstum der inokulierten tumorgenen Zellen
getestet, die z. B. E7 exprimieren. Von diesem Ansatz wurde gezeigt, dass
er für
Tiere funktioniert, die mit nicht-komplexierten E7 und einem ko-stimulatorischen
Protein immunisiert worden waren (Chen et al., Proc. Natl. Acad.
Sci. USA 88: 110 (1991)).
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Beispiel 14
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Zielen auf
die Oberfläche
chimärer
VLPs
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Es
mag für
bestimmte Moleküle,
wie Ko-Stimulatoren oder Liganden, die an Zelloberflächen binden, wünschenswert
sein, auf der Oberfläche
chimärer
VLPs vorhanden zu sein. Roden et al., J. Virol., im Druck, (November,
1994) stellten fest, dass Regionen von L2 auf der Oberfläche von
VLPs lokalisiert sind. Ein Peptid, das aus den BPVL2 Aminosäuren 44–173 besteht,
induzierte, wenn es in Kaninchen inokuliert war, neutralisierende
Antikörper,
die bei einer 1 : 1,000 Serumverdünnung aktiv waren. Diese Ergebnisse
zeigen an, dass L2-Regionen
neutralisierende Epitope spezifizieren und dass diese Regionen daher
für die
Oberfläche
nativer Virionen zugänglich
sind. Konsequenterweise würde
die Fusion eines Nicht-L2-Polypeptids zu einer dieser Regionen wahrscheinlich
in dem Zielen dieses Polypeptids auf die Oberfläche eines chimären VLPs
resultieren.
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Während bestimmte
Ausführungsformen
der Erfindung im Detail beschrieben worden sind, ist es für Fachleuten
auf dem Gebiet offensichtlich, dass diese Ausführungsformen eher beispielhaft
als einschränkend sind
und dass der wahre Umfang der Erfindung derjenige ist, der sich
durch die beigefügten
Ansprüchen
definiert.
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