-
Gebiet der Erfindung
-
Ein
synthetisches Peptid mit einer Aminosäuresequenz wird beschrieben,
die jener eines T-Zellepitops des Hitzeschockproteins 65 von E.
coli (im Folgenden GroEL) und seiner Analogen entspricht und im
Zusammenhang mit einer Anzahl von Maus Haupthistokompatibilitätskomplex
(MHC) Molekülen
erkannt werden kann. Das Peptid oder seine Analoge können als
künstliche
bzw. synthetische Träger
bei der Zubereitung von immunogenen Konjugaten verwendet werden,
die aus den Peptiden und einem natürlichen oder künstlichen Hapten
bestehen, das von einem phatogenen Agens von Interesse abgeleitet
ist.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Eine
Immunisierung gegenüber
einer durch einen phatogenen Mikroorganismus (Bakterien, Viren und Parasiten)
verursachte Infektion wird im Allgemeinen durch Injizieren des natürlichen
Antigens (geschwächter oder
abgetöteter
Mikroorganismus) oder Teilen des infektiösen Agens (beispielsweise entgiftete
mikrobielle Produkte) in ein Individuum erreicht, um eine schützende Immunantwort
zu stimulieren, die die phatogene Mikrobe oder ihre schädlichen
Auswirkungen neutralisieren kann.
-
Eine
begrenzte Verfügbarkeit
der natürlichen
antigenen Substanz, beteiligte Risken bei der Handhabung von phatogenem
Material, ebenso wie Schwierigkeiten bei der Lagerung haben das
Interesse zur Entwicklung von Untereinheit-Impfstoffen stimuliert.
Isolierte schützende
Epitope sind nichtsdestotrotz häufig durch
ihre schwache Immunogenität
bzw. Immunogenizität
gekennzeichnet. Die Kohlenhydrat-Kapseln von Bakterien sind ein
Beispiel solcher Hüllen:
Sie werden von T-Zellen nicht leicht erkannt, wodurch die Immunantwort
auf diese Antigene einer T-Zellen-Hilfe, eines T-Zellen-Gedächtnis,
IgG Klassen-Wechsels und Affinitätsreifung
beraubt ist. Eine derartige Immunantwort ist ineffizient und ein
Widerstand gegenüber
einer Infektion durch mit Kohlenhydrat-Kapseln umhüllten Bakterien
wird durch eine Impfung mit bakteriellen Kohlenhydraten nicht einfach
erzielt. Auch Peptid epitope können
schwach immunogen sein, wobei die Abwesenheit eines T-Zellepitops
und die genetisch eingeschränkte
Immunantwort den Grund darstellen.
-
Es
ist momentan sehr gut bekannt, dass die meisten Antigene eine T-Zellen
Hilfe benötigen,
um B-Zellen zur Herstellung von Antikörpern zu induzieren. Von einem
Konjugieren einer "Helfer" oder T-Zellen Determinante
an ein B-Zellen spezifisches Antigen wurde gezeigt die Körperflüssigkeiten
betreffende (humoral) Immunantworten bzw. Immunreaktionen auf die
verbundenen B-Zellepitope zu induzieren. Die Entdeckung von Avery & Goebel (1929,
das ein Verbinden von Polysacchariden an Proteinträger eine
Immunogenität
erhöht wurde,
neulich zur Herstellung von Impfstoffen zum Gebrauch beim Menschen
verwendet. Sowohl in Menschen als auch Nagern verhalten sich diese
Konjugate durch Vorweisen eines immunologischen Gedächtnisses
wie T-Zell-abhängige
Antigene. Es bestehen Ähnlichkeiten
zwischen Konjugat Polysaccharid Impfstoffen und Protein Träger-Hapten Systemen.
Daher können
die kapselförmigen
Polysaccharid (CPS) Konjugate schützende Niveaus von CPS Antikörpern in
Kindern erzeugen, wohingegen CPS alleine nicht. Es ist möglich, dass
die überlegene
Immunogenität
von Konjugaten verglichen zu denen von reinen Polysacchariden aufgrund
der Hilfe von Träger
spezifischen T-Zellen beruht, wie es in dem Träger-Hapten System in Nagern
gezeigt wurde.
-
In
den meisten Fällen
wurden T-Zellen unabhängige
(T-ind) Antigene mit großen
immunogenen Trägerproteinen,
wie beispielsweise dem Tetanus-Toxoid, Choleratoxin oder Diphtherie-Toxoid
verbunden. Neben Dosierungsbegrenzungen und dem Risiko einer Sensibilisierung
dem Träger
selbst gegenüber,
wie für
das Tetanus-Toxoid berichtet, ist die immunologische Antwort auf
Trägermoleküle mit hohem
Molekulargewicht, die sowohl stimulatorische als auch suppressive
T-Zellepitope beherbergen, nichtsdestotrotz nicht sehr vorhersagbar.
Es wurde gezeigt, dass die Antikörper
Antwort auf ein Hapten verbunden mit einem Trägerprotein ebenso inhibiert
werden kann, wenn der Empfänger
zuvor mit dem nicht-modifizierten Protein immunisiert wurde. Dieses
Phänomen
wurde Träger
induzierte Epitopsupression genannt und wurde neulich gezeigt mit
einer Anzahl von Hapten-Protein Konjugaten (Herzenberg & Tokuhisa, 1982)
aufzutreten. Da die Entwicklung von wirksameren Konjugat Impfstoffen
gegen eine große
Anzahl von äußerst infektiösen Organismen
immer noch wichtig ist, wurden Anstrengungen unternommen neue geeignetere
Trägermoleküle zu suchen,
die die benötigten T-Zellepitope
bereitstellen. Allgegenwärtige immunogene
T-Zellepitope, die durch spezifische Peptide mit scharf umrissenen
immunologischen Eigenschaften festgelegt sind, könnten eine neue Generation
von derartigen alternativen Molekülen darstellen. T-Zellepitope
verschiedener Arten wurden zu diesem Zweck zuvor verwendet. Um jedoch
eine starke Gedächtnis-Antwort
hervorzurufen, wenn der Wirt dem infektiösen Agens nach der Impfung
begegnet, sollte das T-Zellen Trägerepitop
zusammen mit dem spezifischen B-Zellepitop vorliegen. Diese Tatsache
würde scheinbar
verlangen, dass ein unterschiedlicher T-Zellen Träger für jedes
infektiöse
Agens verwendet wird. Reichlich vorhandene Proteine, die gut vom
Immunsystem erkannt werden, könnten eine
geeignete Quelle für
diesem Zweck dienende Peptide darstellen.
-
Studien
unter Verwendung einer großen
Vielzahl von Proteinen, sowohl von jenen mit enger Ähnlichkeit
zu sich selbst als auch jene mit phylogenetisch entfernter Ähnlichkeit,
haben gezeigt, dass die Mehrheit der T-Zellen auf wenige immunodominate
Epitope zielen mit einer Minderheit, die auf andere subdominante Determinanten
reagiert. Diese Hierarchie einer Determinanten-Verwendung von T-Zellen
könnte
aus einer Kombination von Faktoren entstehen, die unterschiedliche
Affinitäten
für die
verfügbaren
MHC Moleküle,
die Verschiedenheit des T-Zell Repertoires, innere Konkurrenz für MHC Bindestellen
und genaue Unterschiede bei der Prozessierung (Babitt et al., 1985;
Kappler et al., 1987; Brett et al., 1988) umfassen.
-
Hinweise
häufen
sich, dass zu der Familie von Hitzeschockproteinen (hsp's) gehörende Proteine Hauptantigene
von vielen Phatogenen (Young et al., 1988) darstellen. Hsp's wurden zuerst beschrieben
und später
aufgrund ihrer Herstellung durch Zellen benannt, die plötzlichen
Temperaturerhöhungen
ausgesetzt wurden. Die hsp's
umfassen Proteine von verschiedenem Molekulargewicht, einschließlich 20
kD, 60 kD, 65–68
kD, 70 kD, 90 kD, 110 kD und andere. Es ist jetzt klar, dass hsp's in allen Zellen
durch viele verschiedene umweltbedingte Insulte, einschließlich oxidativer
Verletzung, Nährstoffmangel
und Infektion mit intrazellulären Phatogenen,
induziert werden; wobei die hsp Antwort der Zelle ermöglicht unter
andernfalls ungünstigen
Bedingungen zu überleben.
Obgleich zellulärer
Stress die Synthese von hsp's
erhöht,
werden viele hsp's
ebenfalls konstitutiv exprimiert und spielen eine wichtige Rolle
bei einer gewöhnlichen
Zellfunktion. Die hsp Antwort ist überall in den pro- und eukaryotischen
Reichen allgegenwärtig
und hsp's gehören zu einigen
der am meist konservierten Moleküle.
-
Hsp65
als charakteristisches Mitglied der zu der hsp Familie gehörenden Proteine
kann als ein dominantes Antigen betrachtet werden, da eine Infektion
oder Immunisierung mit vielen verschiedenen Bakterien Antikörper und
für das
hsp65 Molekül
(Young et al., 1988) spezifische T-Zellen induziert. In mit Mycobakterium tuberculosis
immunisierten Mäusen
sind 20% aller auf das Bakterium antwortenden T-Zellen spezifisch
für hsp65.
T-Zellen mit Reaktivität
auf hsp65 wurden interessanterweise ebenso in gewöhnlichen
gesunden Individuen identifiziert, die kein klinisches Anzeichen
einer Krankheit (Munk et al., 1988) aufweisen.
-
Lussow
et al. (1990) zeigte, dass ein Injizieren bzw. Vorbereiten von Mäusen mit
lebendem Mycobakterium tuberculosis var.bovis (BCG) und Immunisierung
mit dem repetitiven Malaria synthetischen Peptid (NANP)40,
das an gereinigtes Proteinderivat (PPD) konjugiert ist, zu Induktion
von hohen und lang-anhaltenden Titern von Anti-Peptid IgG Antikörpern führte. Später berichtete
Lussow et al. (1991), dass das mycobakterielle hsp65 ebenso wie
das hsp65 von E. coli (GroEL) als Trägermoleküle in Mäusen wirkten, denen zuvor BCG injiziert
wurde, um hohe und lang andauernde Titer von IgG gegen das repetitive
Malaria synthetische Peptid (NANP)40 zu
induzieren. Anti-Peptid Antikörper
wurden induziert, wenn das an das mycobakterielle oder E. coli hsp
konjugierte Malariapeptid in der Abwesenheit von irgendwelchen Hilfsmitteln
verabreicht wurde.
-
Barrios
et al. (1992) haben gezeigt, dass Mäuse, die mit an das 70 kD hsp
konjugierten Peptiden oder Oligosacchariden immunisiert wurden,
hohe Titer von IgG Antikörpern
in der Abwesenheit irgendeiner vorhergehenden Injektion von BCG
erzeugten. Der Anti-Peptid Antikörper
Antwort bestand für
mindestens 1 Jahr. Dieser Hilfsmittel freie Trägereffekt des 70 kD hsp war
T-Zell abhängig,
da weder Anti-Peptid noch Anti-70 kD IgG Antikörper in athymischen nu/nu Mäusen induziert
wurden. Eine vorhergehende Immunisierung mit dem 65 kD oder 70 kD
hsp hatte keine negative Auswirkung auf die Induktion von Anti-Peptid
Antikörpern
nach Immunisierung mit hsp-Peptid Konjugaten in der Abwesenheit
von Hilfsmitteln. Eine Vor-Immunisierung mit dem 65 kD hsp könnte darüber hinaus
BCG bei einer Bereitstellung einer effektiven Injektion für die Induktion
von Anti-(NANP)40 Antikörpern ersetzen. Der Trägereffekt
von mycobakteriellem hsp65 und hsp70 für konjugierte Peptide wurde
ebenso in nicht-menschlichen Primaten (Perraut et al., 1993) gezeigt.
-
Es
kann angenommen werden, das einige T-Zellepitope in der Sequenz
des bakteriellen hsp65 Proteins eine Immundominanz zeigen und in
der Lage sind ein immunologisches Gedächtnis zu induzieren, wohingegen
andere keine bevorrechtigte immunologische Erkennung exprimieren
oder in die Induktion von Autoimmunerkrankungen einbezogen sind.
Ein Unterscheiden zwischen funktionell verschiedenen T-Zellepitopen,
die an mehrere verschiedenen MHC Moleküle binden, kann zur Identifizierung
von allgemeinen immunogenen Peptiden führen, die als sichere, bestimmte
und wirksame Alternativen für
Trägermoleküle von T-ind
Antigenen befähigt
sein können.
-
Die
israelische Patentanmeldung 102687 derselben Anmelder beschreibt
spezifische T-Zellepitope von
menschlichem hsp65 und Analogen davon, die an schwach immunogene
Moleküle
konjugiert sind.
-
Keine
der vorstehend erwähnten
Quellen beschreibt spezifische T-Zellepitope, die aus der Sequenz von
hsp65 von E. coli (GroEL) abgeleitet und an schwach immunogene Moleküle konjugiert
sind.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Verfahrens die Immunogenität
von schwach immunogenen Antigenmolekülen zu erhöhen, wodurch sie zu geeigneten
Antigene für eine
Immunisierung umgewandelt werden.
-
Zu
diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung Konjugate eines schwach
immunogenen Antigens und eines synthetischen Peptidträgers bereit,
der ein aus der Sequenz von E. coli hsp65 (GroEL) Pep278e oder ein
Analog davon abgeleitetes T-Zellepitop darstellt, wobei mindestens
70% der elektrischen Eigenschaften und der Hydrophobizität von Pep278e
konserviert sind und wobei das Peptid oder Analog die Immunogenität des schwach
immunogenen Antigens wesentlich bzw. maßgeblich erhöhen können.
-
Irgendein
Peptid oder Analog davon, die vom ein T-Zellepitop darstellendes
GroEL Pep278e Peptid abgeleitet sind und die Immunogenität des schwach
immunogenen Antigens wesentlich erhöhen können, können in der Erfindung verwendet
werden.
-
Das
erfindungsgemäße Peptid,
hierin als 278e bezeichnet, entspricht den Positionen 437–453 des GroE1
Moleküls
und weist die Sequenz auf:
-
-
Das
schwach immunogene Antigenmolekül
kann ein Peptid, ein Polypeptid oder ein Protein, beispielsweise
ein vom HIV-Virus oder vom Malariaantigen abgeleitetes Peptid, oder
ein bakterielles Polysaccharid, beispielsweise Kapselpolysaccharide
von Haemophilus influenza Typ b, Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitides,
Gruppe B Streptokokken, E. coli Typ K1, Salomonella, wie beispielsweise
Salmonella typhi, usw., sein.
-
Das
Trägerpeptid
ist an das schwach immunogene Antigen entweder unmittelbar oder über einen Spacer
kovalent gebunden.
-
Die
Erfindung betrifft weiterhin Impfstoffe bzw. Schutzstoffe, die ein
erfindungsgemäßes Konjugat
oder eine Mischung aus dem schwach immunogenen Antigen und dem geeigneten
Peptidträger
umfassen.
-
In
einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein Immunisierungsverfahren eines Säuger-Wirts,
welches eine Verabreichung einer effektiven Menge eines erfindungsgemäßen Konjugats
oder Co-Verabreichung effektiver Mengen eines schwach immunogenen
Antigenmoleküls
und eines synthetischen Peptidträgers,
der ein aus der Sequenz des GroEL Pep278e Peptids oder eines Analogen
davon abgeleitetes T-Zellepitop darstellt, an den Wirt umfasst,
wobei das Peptid oder Analog die Immunogenität des schwach immunogenen Antigens
wesentlich erhöhen
können.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
Die 1 zeigt
Lymphknoten Proliferation an die 278 Epitope 278e, 278m und 278cox
nach Immunisierung von BALB/C Mäusen
mit 20 μg
278 Epitop, das in unvollständigem
Freund's Hilfsmittel
(IFA) emulgiert wurde.
-
Die 2a–c zeigen
Lymphknoten Proliferation an 278e und an das Kontrollpeptid ACR
259–271
nach Immunisierung von B10RIII Mäusen
(2a), B10.BR Mäusen
(2b) und B10.S Mäusen
(2c) mit in IFA emulgiertem 20 μg
278e.
-
Die 3 zeigt
Lymphknoten Proliferation an die Peptide 278e, 278m und AcR259–271 nach
Immunisierung von BALB/c Mäusen
mit 2 μg
Vi-Fragmenten, die an 278 Homolog konjugiert wurden, oder mit 2 μg Vi-Fragment
allein.
-
Die 4 zeigt
Lymphknotenproliferation an die Peptide 278e, 278m und AcR259–271 nach
Immunisierung von BALB/C Mäusen
mit 20 μg
Vi-Fragmenten, die an 278 Homolog konjugiert wurden, oder mit 2 μg Vi-Fragment
allein.
-
Die 5 zeigt
die Serum anti-Vi IgG Antikörperantwort,
die durch Vi-Fragmente allein oder Vi-Fragment-Konjugate 278h-Vi,
278m-Vi und 278e-Vi in BALB/C Mäusen induziert
wurde. Die injizierte Polysaccharidmenge betrug in jeder Gruppe
2 μg. Primäre und sekundäre Immunantworten
sind dargestellt. Ergebnisse werden bei einer Serumverdünnung von
1:100 gezeigt.
-
Genaue Beschreibung der
Erfindung
-
Bevorzugte
erfindungsgemäße Konjugate
werden durch kovalentes Binden des Peptids 278e mit einem bakteriellen
Polysaccharid, beispielsweise des Kapselpolysaccharids (CPS) Vi
von Salmonella typhi, nachstehend als Vi oder Vi-Fragmente bezeichnet,
einem linearen Homopolymer von an der C3-Position
unterschiedlich O-acetyliertem Poly-α-(1–4)GalNAc, wie in Schema 1
gezeigt, gebildet. Das native Vi Molekül weist ein Molekulargewicht
von ungefähr
3 × 103 kD (Vi) auf. Vi-Fragmente (ungefähr 45 kD)
werden durch Teilung bzw. Spaltung mit Ultraschall erzeugt, welche
die Struktur seiner Monomereinheiten nicht ändert und welche ein verhältnismäßig homogenes
Polysaccharid (Stone & Szu,
1988) erzeugt. Vi/Vi-Fragmente allein, wie andere CPSs, lösen nicht
eine verstärkte
Antwort (booster response) in Säugern,
weder in Tieren noch in Menschen, bei wiederholter Injektion aus,
wobei allerdings seine/ihre Immunogenität erhöht ist, wenn als ein erfindungsgemäßes Konjugat
verbunden mit einem von GroEL oder einem Analog davon abgeleiteten
geeigneten Peptid oder in einer Mischung mit einem solchen Peptid
oder Analog dargeboten. Wiederholte Injektion des Vi-Peptid Konjugats
induziert eine Zunahme bei dem Niveau von anti-Vi Antikörpern (Verstärkungseffekt), die
hauptsächlich
durch den IgG Isotypen verkörpert
werden.
-
Das
erfindungsgemäße Peptid
278e ist von den Peptiden 278h und 278m der vorstehend erwähnten israelischen
Patentanmeldung 102687 eindeutig verschieden.
278e N E D Q
N V G I K V A L R A M E A
278h N E D Q K I G I E I I K R T
L K I
278m N E D Q K I G I E I I K R A L K I
-
Das
Peptid 278e ist ein hochgeladenes und hydrophobes Molekül. Daher
sind 5 von 17 einzelnen Aminosäuren
(3 negativ und 2 positiv) bei einem physiologischen pH ionisiert.
Fünf Aminosäurereste
sind hydrophob. 3 Reste sind darüber
hinaus amidiert und können
eine wesentliche Wasserstoffbrückenbindung
bilden. Das Peptid ist weiterhin durch Besitz einer polaren negativ
geladenen N-terminalen Domäne,
einer polar geladenen C-terminalen Domäne und eines hoch hydrophoben
Kern gekennzeichnet. 278e kann modifiziert werden, während die
Aktivität
beibehalten wird. Um jedoch die Aktivität beizubehalten, sollten die
gesamten strukturellen Eigenschaften beibehalten werden. Daher können die
Positionen 2, 3 und 16 entweder durch entweder E oder D und die
Positionen 9 und 13 durch entweder K oder R besetzt werden. Konservierung
der Ladung an den Positionen 9 und 13 (positiv zu negativ oder umgekehrt)
wird zu aktiven Peptiden führen.
Eine Wasserstoffbrücken
bildende Aminosäure,
vorzugsweise N und Q, sollten die Positionen 1 und 4 besetzen.
-
Hydrophobizität an den
Positionen 6, 8, 10, 12 und 15 sollte durch Einfügen von hydrophoben Aminosäuren, natürlichen
wie beispielsweise I, L, V, M oder F oder nicht-natürlichen
wie beispielsweise Norleucin (Nle) oder Norvalin (Nva), beibehalten
werden.
-
Der
Begriff "Analoge" in der vorliegenden
Erfindung betrifft Pep278e Peptide, die durch Ersetzen, Beseitigen
oder Zufügen
von Aminosäureresten
zu der Sequenz des T-Zellepitops erhalten werden, so lange wie sie
die Immunogenität
von schwach immunogenen Antigenmolekülen wesentlich erhöhen können. Analoge sind
im Fall des Peptids 278e derartige Peptide, dass mindestens 70%,
vorzugsweise 90–100%,
der elektrischen Eigenschaften und der Hydrophobizität des Peptidmoleküls konserviert
werden. Diese Peptide können gemäß den Anweisungen
in dem hierin vorstehenden Abschnitt erhalten werden.
-
Die
erfindungsgemäßen Peptide
können
alle die optisch aktiven Aminosäurereste
in L oder D Form aufweisen, oder einige der Aminosäurereste
sind in L und andere sind in D Form.
-
Mit
einem "wesentlichen" Erhöhen der
Immunogenität
eines schwach immunogenen Antigenmoleküls wird ein Umfassen sowohl
von der Induktion einer Zunahme bei dem Niveau von Antikörpern gegen
das Antigen als auch das Darbieten der Antikörper hauptsächlich im IgG Isotyp gemeint.
-
Der
Peptidträger
kann mit dem Antigenmolekül
unmittelbar oder durch einen Spacer verbunden sein.
-
Eine
unmittelbare Verbindung zwischen dem Peptid und Vi oder Vi-Fragmenten
ist in Schema 1 hierin gezeigt, worin das Konjugat
durch das Verfahren 1, wie
nachstehend beschrieben, erhalten wird.
-
Der
Spacer kann die Formel -O-R-CO oder -NH-R-CO aufweisen und daher
jeweils einen Ester oder ein Amid mit der Carboxylgruppe des Vi
oder der Vi-Fragmente und eine Peptidbindung mit der terminalen
Aminogruppe des Peptids bilden; oder -NH-R-CH2-,
wobei R eine gesättigte
oder ungesättigte
Kohlenwasserstoffkette darstellt, die wahlweise durch ein oder mehrere
aromatische Radikale oder durch Heteroatome, wie beispielsweise
O, S oder N, substituiert und/oder unterbrochen ist. R ist vorzugsweise
eine aliphatische Kohlenwasserstoffkette, die 3–16 Kohlenstoffatome, wie beispielsweise
den Rest von ε-Aminocapronsäure, enthält.
-
-
Das
Konjugat mit der Formel:
worin Ac Acetyl ist, AC den
Rest von ε-Aminocapronsäure darstellt,
Pep den Rest des Peptidträgers
278e oder eines Analogen davon darstellt und der Saccharidrest eine
wiederholende Einheit des Vi Kapselpolysaccharids (Vi oder vi-Fragmente)
von Salmonella typhi darstellt, können gemäß dem Verfahren 2 hergestellt
werden, das in Schema 1 gezeigt und nachstehend detailliert beschrieben
wird.
-
Die
Konjugate, worin der Spacer -NH-R-CH2- ist,
werden durch Reduktion von -NH-R-CO-
Gruppen oder durch Alkylierung cm des Peptid Aminoterminus mit -NH-R-CH2-X erhalten, wenn X eine geeignete Abgangsgruppe
wie beispielsweise ein Halogenid darstellt.
-
Die
Erfindung betrifft weiterhin Impfstoffe, die ein erfindungsgemäßes Konjugat
umfassen. Diese Impfstoffe können über irgendeine
geeignete Route, beispielsweise oral oder über die subkutane Route in
für menschliche
und tierärztliche
Zwecke geeigneten Vehikeln, verabreicht werden.
-
Die
Erfindung wird jetzt durch die nachstehenden, nicht einschränkenden
Beispiele beschrieben werden:
-
Beispiele
-
In
den Beispielen werden die nachstehenden Materialien und Methoden
verwendet werden.
-
Materialien & Methoden
-
- a. Materialien: Alle Lösungsmittel und Chemikalien
waren von analytischer Qualität
und wurden von Aldrich, U.S.A., es sei denn dass anders erwähnt, bezogen.
- b. Peptidsynthese: Das Peptid 278e wurde mit einem automatisierten
Synthesizer (Applied Biosystem Modell 430A, Deutschland) unter Verwendung
der Betriebsprotokolle für
ein t-Butyloxycarbonyl (BOC) Strategie (Kent et al., 1984) hergestellt.
-
Die
nachstehenden Kontrollpeptide wurden synthetisiert:
Peptid
278h, das den Positionen 458–474
des menschlichen hsp65 Moleküls
entspricht, 278m, das den Positionen 458–474 des hsp65 der Maus entspricht,
und 278cox, das den Positionen 437–453 des Coxiella burnetti hsp65
Proteins entspricht, wobei die Kontrollpeptide die nachstehend beschriebenen
Sequenzen aufweisen:
-
-
Ein
weiteres Kontrollpeptid, AcR259–271
entspricht den Positionen 259–271
der Acetylcholin-Rezeptor α-Kette
der Maus und weist die Sequenz auf
V I V E L I P S T S S A
V
-
Dieses
Peptid wird von T-Zellen im Zusammenhang mit MHC Klasse II Molekülen des
H-2d Haplotyps erkannt.
- c. Umgekehrte-Phasen-HPLC:
Die Reinheit der Peptidprodukte wurde unter Verwendung der analytischen HPLC
Säule RP18
(Merck, Darmstadt, Deutschland) unter Einsatz des SP8750n Flüssig-Chromatographiesystems,
das mit einem SP8733 Detektor veränderlicher Wellenlänge ausgestattet
ist, in 0.1% Trifluoressigsäure
(TFA) enthaltendem Wasser-Acetonitril
Gradienten beurteilt bzw. abgeschätzt. Die Abflüsse wurden
durch UV Absorption bei 220 nm überwacht.
Acetonitril mit HPLC Qualität
wurde von Merck (Darmstadt, Deutschland) bezogen. Peptide wurden
weiterhin durch Aminosäureanalyse
analysiert.
- d. Vi: Das von Citrobacter freundii WR7011 (freundlicherweise
von J. B. Robbins und S. C. Szu geschenkt, National Institute of
Health, Bethesda, Maryland, U.S.A.) enthielt < 1% (jedes) Proteins, Nukleinsäure und Lipopolysaccharids.
Die
molekulare Größe des Vi
wurde auf 3 × 103 kD beurteilt. Die Vi-Fragmente von ungefähr 45 kD
wurden durch Beschallung mit Ultraschall hergestellt und wurden
freundlicherweise von Dominique Schulz (Pasteur-Merieux, Frankreich)
zur Verfügung
gestellt.
- e. Verbinden von Vi und Vi-Fragmenten mit einem Peptid:
Verfahren
1 (siehe Schema 1) Konjugation von Vi/Vi-Fragmenten und Peptid ohne
einen Spacer. Ein Teil des Vi/Vi-Fragments und ein Teil des Peptids
wurden in einem Minimalvolumen von doppelt destilliertem Wasser
(ddw) gelöst
und 12 Stunden bei Raumtemperatur (RT) und pH6 in der Gegenwart
von zwei Teilen wasserlöslichem
Carbodiimid (CDI; 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimid Hydrochlorid)
inkubiert.
Nach Dialyse der Reaktionsmischung wurde die Peptiddichte
in dem Konjugat durch Aminosäureanalyse bestimmt
und der Zuckergehalt des Konstrukts mittels Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie
(FTIR) beurteilt.
Verfahren 2 (siehe Schema 1) Verbinden von
Vi/Vi-Fragmenten und Peptid, gefolgt von Verlängerung der Peptidkette durch
einen Spacer in Lösung.
Um die Carboxyl-Funktion der tBoc-ε-Aminocapronsäure (t-Boc-AC)
mit N-Hydroxysuccinimid zu aktivieren, wurden 1 mmol t-Boc-AC mit
1,15 mmol N-Hydroxysuccinimid in einem Minimalvolumen von Dioxan
(Merck, Deutschland) gemischt; 1,15 mmol N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC), gelöst in Dioxan,
wurde zugegeben und nach 3 Stunden wurde die Reaktionsmischung filtriert
und mit Dioxan gewaschen. 0,1 mmol des gewünschten Peptids wurden in einer
kleinen Menge ddw gelöst
und mit 0,2 mmol KHCO3 (Merck) gemischt.
Die Lösung,
in Dioxan, des N-Hydroxysuccinimidesters von t-BocAC und der bereiteten
Peptidlösung
wurden gemischt und 1 Stunde unter starkem Mischen zur Reaktion
gebracht. Die Reaktionsmischung wurde anschließend mit ddw (10 ml) verdünnt, gekühlt und
mit 1 N KHSO4 Lösung angesäuert. Das Produkt wurde mit
Ethylacetat extrahiert. Die organische Lösung wurde mit ddw gewaschen, über Na2SO4 getrocknet und
zur Trockne evaporiert. Nach Trocknen des Produkts für 2 Stunden über P2O5, seinem Lösen mit
4–5 ml
TFA und 10 Minuten reagieren lassen, wurde die Flüssigkeit
im Vakuum bei 30°C
evaporiert. Die Verbindung wurde zweimal mit CH2Cl2 gewaschen und das Fluid evaporiert, bevor über P2O5 für 2–3 Stunden
getrocknet wurde. Anschließend
wurde das Peptid-AC Produkt in ddw gelöst und der pH auf 8 eingestellt.
Fünf mg
N-Hydoxysuccinimidester (hergestellt wie in Verfahren 2 der israelischen
Patentanmeldung 102687 beschrieben) des/der Vi/Vi-Fragmente wurden
hinzugegeben. Nach mehreren Stunden Inkubation wurde das entstehende
Vi-AC-Peptid Konjugat gegen ddw dialysiert. Die Peptiddichte in
dem Konjugat wurde mittels Aminosäureanalyse beurteilt.
- f. Immunisierung: Weibliche Mäuse, zu verschiedenen Stämmen gehörend, 2–3 Monate
alt, wurden subkutan (sc) zweimal, im Abstand von 4 Wochen, mit
Vi/Vi-Fragment allein oder dem Vi/Vi-Fragment-Konjugat immunisiert.
Die injizierte Menge an Antigen war von Versuch zu Versuch verschieden
und wird in den Fig. angezeigt. Das verwendete Hilfsmittel war in
allen Fällen
IFA. Mäuse
von jeder Versuchsgruppe wurden 12 Tage nach jeder Injektion geblutet.
- g. Serologie: Mit nativem oder konjugiertem Vi in Mäusen erzeugte
Vi/Vi-Fragment Antikörper
Niveaus wurden durch einen enzymgebundenen Immunoassay (ELISA) nachgewiesen.
Da negativ geladene Polysaccharide an das bei der Festphasen ELISA
gewöhnlich
verwendete Polystyrol nicht gut haften, wurde positiv geladenes
methyliertes Rinder-Serumalbumin (BSA) verwendet, um Vi/Vi-Fragmente
auf der festen Oberfläche
mit sehr geringem nicht-spezifischen Binden zu beschichten. Im Einzelnen
wurden 0,5 mg Vi in 1 ml PBS gelöst
und 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Zehn mg methyliertes BSA
(Sigma) wurden in 1 ml H2O gelöst und die
erhaltene Lösung
wurden durch einen 0,8 μm
Filter filtriert. Um die Beschichtungslösung herzustellen wurde 1 ml
gelöstes
Polysaccharid mit 50 μl
der methylierten BSA Lösung
20 Minuten bei Raumtemperatur gerührt und anschließend 1:20
in PBS verdünnt.
Nuclon Delta Si Microwell Platten wurden 3 Stunden bei 37°C mit 100 μl Beschichtungslösung pro
Vertiefung (2,5 μg
Vi/Vertiefung) beschichtet. Die Platten wurden fünfmal mit PBS gewaschen, das
0,33% Brij35 (Sigma) enthält,
und mit einer Lösung
von PBS und 1% getrockneter Magermilch für 2 Stunden bei 37°C blockiert.
Nach dem Waschen, wurden 100 μl
Aliquots von verdünnten
unbekannten Sera und von verdünntem
Standartserum (Verdünnungspuffer,
der 1% Magermilch und 0,33% Brij35 in PBS enthält) hinzugegeben und die Platten
wurden 1 Stunde bei 37°C inkubiert.
Referenz und Testsera wurden auf die Platten in doppelter Ausfertigung
aufgebracht. Die nicht-gebundenen
Antikörper
wurden durch Waschen entfernt und eine 1:5000 Verdünnung von
Ziegen Anti-Maus IgG Fab2-alkalische Phosphatase
Konjugat (Sigma), im Fall der Testsera, und Hasen Anti-Pferd IgG Fab2-Enzymkonjugat, im Fall des Standartserums,
zu den Platten (100 μl/Vertiefung)
hinzugegeben. Nach einer Inkubation von 2 Stunden bei 37°C, wurden
die Platten gewaschen und der gebundene Antikörper durch die Zugabe von 100 μl Substratlösung sichtbar
gemacht, die 0,6 mg/ml p-Nitrophenylphosphat (Sigma) in Diethanolamin-H2O
pH 9.8 enthält.
Die Enzymreaktion wurde 20 Minuten später durch die Zugabe von 10 μl 5 N NaOH
pro Vertiefung gestoppt. Optische Dichten wurden bei 405 nm gelesen.
Das anti-Vi Standartserum
Burro 260, das 550 mg Vi Antikörper/ml
enthält,
wurde durch mehrfache intravenöse
Injektionen von Formalin-fixiertem Salmonella typhi Ty2 (freundlicherweise
von J. B. Robbins und S. C. Szu geschenkt, NIH, Bethesda, Maryland,
U.S.A.) hergestellt. Die erzielten Ergebnisse wurden als optische
Dichte, gelesen bei 405 nm, ausgedrückt.
- h. Lymphknoten Proliferation nach Peptid-Immunisierung:
Gruppen
von 3 Mäusen
des bezeichneten Mäusestammes
wurden in die Fußballen
mit 20 μg
Peptid sc immunisiert, das in 0,2 ml IFA/PBS (0,1 ml/Fuß) emulgiert
ist. Dränage
Lymphknoten wurden 10 Tage später entnommen
Lymphknotenzellen (LNC) der immunisierten Maus (5 × 106/Vertiefung) wurden in der Anwesenheit von
verschiedenen Antigenen kultiviert. Kulturen wurden in 200 μl Eagles
Medium in Mikrotiterplatten mit runden Böden (Falcon) bereitet, das
mit 2 mM Glutamin, nicht-essentiellen Aminosäuren, 1 mM Natriumpyruvat,
100 E/ml Penicillin, 100 mg/ml Streptomycin, 1% gen-identisches
gewöhnliches
Mausserum enthaltendes 5 × 105 M β-Mercaptoethanol
(Fluka AG, Buchs, Schweiz) ergänzt
wurde. Nach vier–fünf Tagen
Inkubation wurde 3H-Thymidin (0,5 mCi von
5 Ci/mmol, Nuclear Research Center, Negev, Israel) hinzugefügt. Sechzehn
Stunden später
wurden die Zellen geerntet und die Radioaktivität gezählt. Ergebnisse sind als Zahlen
(counts) pro Minute (cpm) oder als Stimulierungsindizes (SI) ausgedrückt. Der
SI wurde als das Verhältnis
von dem durchschnittlichen cpm der Testkulturen (mit Antigen) und
dem durchschnittlichen cpm von Kontrollkulturen (ohne Antigen) festgelegt.
-
Beispiele
-
Beispiel 1: Zubereitung
der Vi-Peptid Konjugate
-
Konjugate
von Vi/Vi-Fragmenten mit Peptid 278e und den Kontrollpeptiden wurden
wie vorstehend beschrieben hergestellt.
-
Die
Zusammensetzung der Vi-Peptid Konjugate ist in Tabelle 1 zusammengefasst.
Die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse zeigen, dass das molare Verhältnis an
Peptid pro Zuckermonomer veränderlich
war. Es zeigte sich, dass Peptiddosen von 0,8–2,2 μg, die pro Maus als Zucker-Peptid
Konjugat injiziert wurden, am effektivsten waren.
-
Beispiel 2: Lymphknoten
Zell Proliferation an Peptid 278e in verschiedenen Mausstämmen mit
verschiedenem Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) Hintergrund.
-
2.1.
Lymphknoten Proliferation nach Immunisierung mit freiem Trägerpeptid.
Um zu überprüfen, ob das
Peptid 278e durch das Immunsystem im Zusammenhang mit verschiedenen
Allelen des MHC der Maus erkannt werden kann, wurden 2–3 Monate
alten weiblichen Mäusen
(3 Tiere pro Gruppe) 20 μg
freies Peptid 278e sc injiziert, das wie hierin in Material & Methoden und
spezifischer Proliferation von Lymphknotenzellen an das Peptid 278e
und Kontrollpeptide beschrieben emulgiert war.
-
LNCs
von BALB/c (H-2d) Mäusen,
die mit dem Peptid 278e geimpft waren, zeigten, wie in 1 gezeigt,
eindeutig spezifische proliferative Antworten auf das letztere,
wohingegen keine Proliferation bei dem Kontrollpeptid 278m und 278cox
auftrat. Mit dem Peptid 278e bereitete LNCs zeigen daher keine Kreuzreaktion
mit dem homologen Selbst-Peptid
278m, das aus der Sequenz des hsp65 der Maus abgeleitet ist.
-
Die 2a–c zeigen,
dass das Peptid 278e ebenso in den drei verschiedenen gengleichen
B10 Mausstämmen
erkannt wurde. LNCs von B10.RIII Mäusen (H-2r)
(2a), B10.BR Mäuse
(H-2k) (2b) und B10.S
Mäuse (H-2s)
(2c) zeigten signifikant höhere proliferative Antworten
auf das Peptid 278e in den angegebenen Peptidkonzentrationen als
auf das Kontrollpeptid AcR259–271.
-
2.2.
Lymphknoten Zell Proliferation an das Peptid 278e nach Immunisierung
mit dem an Vi-Fragmente konjugiertem Peptid 278e. Um zu überprüfen, ob
ein Binden des Peptids 278e an die Polysaccharid Vi-Fragmente seine
antigene Struktur ändert,
wurde die LNC Antwort auf das Peptid allein nach Immunisierung mit dem
Zucker-Peptid Konjugat getestet. Die 3 und 4 zeigen
vernehmlich, dass durch Vi-Fragmente-278e in BALB/c Mäusen ausgelöste LNCs
das nicht-konjugierte Peptid erkennen können, wenn mit 2 μg Vi-Fragmenten/Maus (3)
oder 20 μg
Vi-Fragmenten/Maus (4) als Zucker-Peptid Konjugat
(für die
zugehörige
injizierte Peptidmenge siehe Tabelle 1) immunisiert wurde.
-
-
Beispiel 3. Antigenizität von an
das Peptid 278e konjugierten Vi-Fragmenten.
-
Um
zu untersuchen, ob das an Vi-Fragmente konjugierte Peptid 278e die
Immunantwort auf dieses T-ind Antigen erhöhen kann, wurde die Immunantwort
auf den Zucker nach Injektion von fünf BALB/c Mäusen mit dem Zucker-Peptid-Konjugat
untersucht. Die 5 zeigt eindeutig, dass das
an Vi-Fragmente kovalent gebundene Peptid 278e die Zucker-spezifische IgG Antikörpererzeugung
wesentlich erhöhen
kann. Immunisieren der Mäuse
mit einer zweiten Dosis des Konjugats führte zu einem stärkeren Verstärkungseffekt,
der die Beteiligung von T-Zellen in die Zucker-spezifische Immunantwort
anzeigt. Injizieren von BALB/c Mäusen
mit dem nicht-konjugierten Polysaccharid induzierte nur unerhebliche
Niveaus an spezifischen Antikörpern.
Die durch Vi-Fragmente-278e induzierte Immunantwort wird mit jener
verglichen, die durch den an das Peptid 278h und 278m konjugierten
Zucker ausgelöst
wird.
-
Die
vorstehenden Versuche bieten einen Beleg, dass das Peptid 278e in
Zusammenhang mit einer großen
Auswahl an Allelen von MHC Molekülen
der Maus erkannt werden kann und als Trägerepitop zum Induzieren von
erhöhten
Immunreaktionen auf schwach immunogene Moleküle verwendet werden kann. Dieser Beleg
kann wie nachstehend zusammengefasst werden:
- (i)
Bereitete LNCs von Mausstämmen
mit verschiedenem genetischen MHC-Hintergrund konnten des Peptid
278e durch Aufweisen spezifischer proliferativer Antworten erkennen.
- (ii) Konjugieren des Peptids 278e an Vi-Fragmente änderte seine
antigene Struktur nicht, da LNCs, die mit an das Polysaccharid verbundenen
LNCs bereit waren, immer noch das nicht-gebundene Peptid in einem in-vitro
Lymphknoten Proliferationsassay erkennen konnten.
- (iii) Die Immunogenität
der Vi-Fragmente wurde erhöht,
wenn dem Immunsystem als ein an das Peptid 278e verbundenes Konjugat
dargeboten.
-
Die
Tatsache, dass LNCs, die mit dem Peptid 278e bereitet waren, mit
dem homologen Peptid 278m der Maus keine Kreuzreaktion aufwiesen,
zeigt, dass das als Trägerepitop
verwendete Peptid 278e wahrscheinlich keine gegen eigene Bestandteile
gerichtete Immunantworten induzieren wird.
-
Da
die Immunreaktion auf das Peptid 278e nicht auf Mäuse genetisch
eingeschränkt
zu sein scheint, könnten
dieses synthetische Peptid und Analoge davon als allgemeingültige Träger zur
Herstellung von immunogenen Konjugaten verwendet werden, um eine
schützende
Immunität
gegen verschiedene phatogene Wirkstoffe bereitzustellen, und können für die Entwicklung
von künstlichen
Impfstoffen geeignet sein.
-
Referenzen
-
- – Avery,
O. T. and Goebel, W. F., J. Exp. Med. 50 (1929), 533–550
- – Babbitt,
B. et al., Nature, 317 (1985), 359–361
- – Barrios,
C., et al., Eur. J. Immunol. 22 (1992), 1365–1372
- – Brett,
S., J., Cease, K., B., & Berzofsky,
J. A., J. Exp. Med., 168 (1988), 357–373
- – Herzenberg,
L. A. & Tokuhisa
T., J. Exp. Med., 155 (1982), 1730–1740
- – Kappler,
J., Roehn N., & P.
Manack, Cell, 49 (1987)
- – Kent,
S. B. H., Hood, L. E., Beilan, H., Maister, S., & T. Geiser, Peptides by U. Ragnarsson,
Stockholm (1984)
- – Lussow,
A. R. et al., Immunol. Letters 25 (1990), 255–263
- – Lussow,
A. R. et al., Eur. J. Immunol. 21 (1991), 2297–2302
- – Munk,
M. E. et al., Eur. J. Immunol. 18 (1988), 1835–1838
- – Penaut,
R., Lussow, A. R., Gavoille, S., Ganaud, O., Matile, H., Tougne,
C., van Embden, J., van der Zee, R. Lambert, P.-H., Gysin, J., & G. Del Giudice,
Clin. Exp. Immunol., 93 (1993), 382–386
- – Stone,
A. L., & Szu
S. C., J. Clin. Microbio., 26 (1988), 719–725
- – Young,
D. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85 (1988), 4267–4270