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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Impfstoffe gegen die infektiöse Katzenperitonitis
(PIF), die ausgehend von dem SPIKE(S)-Glycoprotein des PIF-Virus
hergestellt werden, dessen wichtigste infektionsfördernde Epitope
durch Mutagenese modifiziert wurden. Diese Impfstoffe ermöglichen
einen Schutz der geimpften Katzen gegen PIF ohne bei letzteren das
Infektionsförderungsphänomen hervorzurufen,
das zu einer beschleunigten Entwicklung der Krankheit führt.
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Stand der
Technik
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Das
Virus der infektiösen
Katzenperitonitis (FIPV = Feline Infectious Peritonitis Virus) ist
ein Positiveinzelstrang-RNA-Virus mit Hülle, das in der Familie der
Coronaviridae der antigenischen Gruppe angehört, die das enterische Katzen-Coronavirus
(FECV), das Hunde-Coronavirus (CCV), das Virus der übertragbaren Schweine-Gastroenteritis
(TGEV) und das respiratorische Schweine-Coronavirus (PRCV) umfasst
(Sanchez C. et al. Virology, 1990, 174, 410-417). Dieses Virus ruft
eine komplexe und bei Katzen immer tödliche Krankheit hervor, die
unter der Bezeichnung infektiöse
Katzenperitonitis (PIF) bekannt ist. Das PIF-Virus fällt unter den
Coronaviren auf, da es bei der Katze zum Auftreten von Antikörpern führt, die
die Infektion durch das Virus fördern
und die Entwicklung der Krankheit beschleunigen. Katzen, die nach
einer natürlichen
Vorinfektion durch dieses Virus, nach einer passiven Antikörper-Übertragung
oder nach einer Impfung neutralisierende Anti-FIPV-Antikörper aufweisen,
entwickeln sehr häufig
eine sehr viel intensivere und sehr viel schnellere Erkrankung als
diejenigen Katzen, die erstmalig einfach in Abwesenheit von spezifischen
Antikörpern
infiziert wurden (Pedersen N. und Boyle J., Am. J. Vet. Res. 1980,
41, 868-876; Weiss R. et al., Comp. Immunol. Microb. Infect. Dis.
1981, 4, 175-189; Weiss R. et al., Am. J. Vet. Res. 1980, 41, 663-671).
Man geht davon aus, dass das Binden der Antikörper-Virus-Immunkomplexe an die an der Oberfläche von
Makrophagen vorhandenen Fc-Rezeptoren
den Mechanismus darstellt, der den beschleunigten Eintritt des Virus
in die Zellen und seine schnelle Ausbreitung innerhalb des Organismus
begünstigt
(Porterfield, J. Advances in Virus research, 1986, 31, 335-355;
Weiss et al. 1981). Dieses Infektionsförderungsphänomen wurde bei Coronaviren
nur mit dem PIF-Virus festgestellt.
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Das
PIF-Virus umfasst drei Strukturproteine. Das größenmäßig bedeutendste ist das "SPIKE" oder Nadelprotein
(S). Dieses Protein S ist stark glycosyliert, und gerade es induziert
bei der Katze gleichzeitig neutralisierende und infektionsfördernde
Antikörper.
In vitro Untersuchungen, die mit monoklonalen neutralisierenden
Antikörpern
gegen das PIF-Virus durchgeführt
wurden, haben gezeigt, dass die wichtigsten neutralisierenden Epitope
alle auf dem Glycoprotein S liegen und dass sie weitgehend den an
dem Infektionsförderungsphänomen beteiligten
Epitopen entsprechen (Corapi W. et al., J. Virol. 1992, 66, 6695-6705;
Olsen C. et al., J. Virol. 1992, 66, 956-965).
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Eine
wirksame Impfung gegen PIF sollte zum Auftreten von neutralisierenden
Antikörpern
führen, ohne
dass es zu einer Induktion von infektionsfördernden Antikörpern kommt.
Bisher konnte ein solcher Impfstoff nicht hergestellt werden. Die
rekombinanten Impfstoffe, die nicht das Glycoprotein S enthalten,
können wahrscheinlich
die beste Alternative für
die zukünftigen
PIF-Impfstoffe darstellen, allerdings tragen diese Antigene nur
teilweise zur Induktion der neutralisierenden Antwort gegen das
PIF-Virus bei. Von den drei viralen Strukturantigenen ist allein
das Glycoprotein S in der Lage, eine nennenswerte neutralisierende
Antwort auszulösen.
Leider induziert dieses Glycoprotein auch das gleichzeitige Auftreten
von infektionsfördernden
Antikörpern.
Trotz seiner Bedeutung bei der Auslösung einer brauchbaren neutralisierenden
Antwort (und demnach bei der protektiven Antwort) spielt das natürliche Glycoprotein
S bei dem Infektionsförderungsphänomen von
PIF anscheinend eine wesentliche Rolle und kann daher derzeit nicht
zur Herstellung von Impfstoffen verwendet werden, die den vorstehend
dargelegten Kriterien gehorchen.
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Die
Lokalisierung und Charakterisierung der auf S vorhandenen Epitope
und insbesondere derjenigen, die für die Neutralisation und die
Infektionsförderung
verantwortlich sind, ist demnach zur Bestimmung der dem Glycoprotein
S (oder dem Gen, das für
dieses Protein codiert) zuzufügenden
Modifizierungen notwendig, um daraus ein wirksames Immunogen für die Impfung
von Katzen gegen PIF herzustellen. Die Nucleotidsequenz und die
Proteinsequenz des Glycoproteins S des PIF-Virus wurden bereits
bestimmt (de Groot R. et al., EP-A-0 264 979). Diese Patentanmeldung
lehrt nicht, wie die neutralisierenden Epitope und/oder die infektionsfördernden
Epitope auf S identifiziert werden. Das Dokument lehrt auch nicht,
wie die Sequenz von S zur Herstellung eines wirksamen und nicht-infektionsfördernden
Impfstoffs gegen PIF zu verwenden ist.
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Die
PCT-Patentanmeldung WO-A-93/23421 beansprucht die Verwendung eines
verkürzten
Glycoproteins S oder einer Nucleinsäuresequenz, die nur für einen
Teil von S codiert. Insbesondere wird die sehr konservierte Region,
die am Carboxy-terminalen Ende von S liegt (die 124 letzten Aminosäuren), zur
Herstellung eines "universellen" Impfstoffs gegen
die Coronaviren beansprucht. Dieses Dokument ist sehr allgemein
und lehrt nicht, wie ein PIF-Impfstoff herzustellen ist, der bei
der Katze keine infektionsfördernden
Antikörper
auslöst.
Selbiges gilt für
die PCT-Patentanmeldung WO-A-93/23422, die Mischkonstruktionen von
chimärem
Glycoprotein S, FECV-FIPV, beschreibt, die FIPV S-Fragmente 542-597,
594-1454 oder 651-1454 einschließen.
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Die
PCT-Patentanmeldung WO-A-92/08487 beansprucht die Verwendung von
verschiedenen ausgewählten
Peptiden des S-Proteins oder Peptiden, die von den S-Genen verschiedener
FIPV-Virusstämme
oder von der Sequenz des S-Gens von FECV codiert werden, zum Zweck
der Diagnose, Behandlung oder Prävention
von PIF bei der Katze. Insbesondere wird das Peptid 598-615 der
Protein Sequenz von S des FIPV-Virus, Stamm
79-1146, zur Verwendung in Form eines Fusionsproteins mit Galactokinase
beansprucht, wobei das rekombinante Protein anschließend zur Diagnose
von Anti-PIF-Antikörpern
bei infizierten Katzen oder als rekombinanter Impfstoff zur Auslösung eines
Schutzes gegen PIF bei Katzen verwendet werden kann. Obgleich Variationen
in den beanspruchten Peptidsequenzen betrachtet werden, lehrt dieses
Dokument nicht genau, welche Änderungen
in den vorgeschlagenen Sequenzen erfolgen müssen, und lehrt auch nicht,
wie ein nicht-infektionsfördernder
PIF-Impfstoff herzustellen ist, und auch nicht, welches die Regionen
des Glycoproteins S sind, die an diesem Phänomen beteiligt sind.
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Die
nach dem Prioritätsdatum
der vorliegenden Anmeldung veröffentlichte
Patentanmeldung GB-A-2282601 schlägt die Herstellung eines Impfstoffs
auf der Grundlage von einem Protein S vor, das zur Vermeidung der
Infektionsförderung
durch Modifizierung oder Deletion von mindestens einer der antigenischen
Stellen, die mit D (entsprechend den Aminosäuren 496-524), A1 (entsprechend
den Aminosäuren 531-555), und A2 (entsprechend
den Aminosäuren
584-604) bezeichnet sind, so modifiziert wurde, dass diese Stellen
antigenisch inaktiv gemacht wurden.
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Große Anstrengungen
wurden unternommen, um die wichtigsten antigenischen Stellen auf
den S-Proteinen des TGEV-Virus (Transmissible Gastro-Enteritis Virus)
(Correa I. et al., J. Gen. Virol. 1990, 71, 271-279; Delmas B. et
al., J. Gen. Virol. 1990, 71, 1313-1323), des BCV (Bovine Corona Virus)
(Yoo D. et al., Virology 1991, 183, 91-98), des MHV (Mouse Hepatitis
Virus) (Takase-Yoden S. et al., Virus Res. 1990, 18, 99-108; Stuhler
A. et al., J. Gen Virol. 1991, 72, 1655-1658) und des FIPV (Corapi
W. et al., J. Virol. 1992, 66, 6695-6705; Olsen C. et al., J. Virol.
1992, 66, 956-965; Olsen C. et al., J. Gen. Virol. 1993, 74, 745-749)
zu identifizieren. In sämtlichen
Fällen
wurden mehrere neutralisierende Domänen identifiziert, und die
immundominanten Domänen
waren im Allgemeinen auf dem S1-Teil des Proteins lokalisiert.
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Untersuchungen,
die sich spezifisch mit dem PIF-Virus befassen, haben die Existenz
von Epitopen auf dem Protein S gezeigt, die gleichzeitig eine neutralisierende
und eine infektionsfördernde
Antwort gegenüber der
Infektion mit FIPV auslösen
(Corapi W. et al., J. Virol 1992, 66, 6695-6705; Olsen C. et al.,
J. Virol. 1992, 66, 956-965; Olsen C. et al., J. Gen. Virol. 1993,
74, 745-749). Dieselben Autoren haben gezeigt, dass die neutralisierenden
und infektionsfördernden
monoklonalen Antikörper
mit Anti-S-Spezifität in 6 Hauptgruppen
unterteilt werden können,
je nach ihrem Vermögen,
verschiedene PIF-Virusstämme
und verschiedene Mutanten, die gegenüber der Neutralisation durch
diese monoklonalen Antikörper
resistent sind ("mar"-Mutanten (resistent
gegenüber
monoklonalen Antikörpern)),
zu erkennen. Gleichwohl wurden die Epitope, die den wichtigsten antigenischen
Regionen auf dem S von FIPV entsprechen, noch nicht charakterisiert.
Alle von diesen Autoren (Olsen C. et al., J. Virol. 1992, 66, 956-965)
beschriebenen monoklonalen nicht-neutralisierenden Antikörper sind
bei einem in vitro Infektionsförderungstest
zudem nicht infektionsfördernd,
was die Hypothese einer engen Beziehung zwischen Neutralisation
und Infektionsförderung
im Falle des PIF-Virus untermauert. Die Förderung der viralen Infektion
durch Antikörper
erfolgt, wenn die Monozyten oder die Makrophagen durch die Immunkomplexe
durch eine von spezifischen Rezeptoren abhängige Endozytose wirksamer
infiziert werden als durch das Virus allein. Trotz aller Untersuchungen,
die im Hinblick auf das von den Antikörpern abhängige Infektionsförderungsphänomen durchgeführt wurden,
bleiben zahlreiche Antworten unbeantwortet. Insbesondere weiß man nicht,
welches die spezifischen viralen Bestandteile sind, die jeweils
für die
Infektionsförderung des
Virus verantwortlich sind. Die bis jetzt an FIPV durchgeführten Untersuchungen
zeigen, dass die Infektionsförderung
im Wesentlichen von Epitopen abhängt,
die auf S vorhanden sind (Olsen C. et al., 1993; Vennema N. et al.,
J. Virol. 1990, 64, 1407-1409).
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Hohdatsu
T. et al., (Arch. Virol. 1991, 120, 207-217) haben gefunden, dass
monoklonale Anti-FIPV M-Antikörper
eine Förderung
der Infektion in vitro auslösen
konnten. In vivo wurde dies bei Untersuchungen, die mit rekombinantem
Impfstoff/FIPV M und Impfstoff/FIPV N durchgeführt wurden, nicht bestätigt. Durch
die Immunisierung von Katzen mit diesen beiden Rekombinanten ließ sich keine
durch das eine oder das andere von diesen beiden Proteinen ausgelöste Infektionsförderung
feststellen (Vennema N. et al. 1990). Wenn M und N bei der Infektionsförderung
eine Rolle spielen, erfolgt dies sicherlich zu einem sehr untergeordneten
Grad gegenüber
derjenigen, die von S gespielt wird. Während der mit den verschiedenen
Virussystemen durchgeführten
Untersuchungen, bei denen die Infektionsförderung beobachtet werden konnte,
wurde eine reproduzierbare Tatsache gezeigt: einzelne Epitope sind
in der Lage, gleichzeitig neutralisierende Antikörper und infektionsfördernde
Antikörper
auszulösen.
Dies wurde für
FIPV (Corapi W. et al., J. Virol. 1992, 66, 6695-6705; Olsen C.
et al., J. Virol. 1992, 66, 956-965; Hohdatsu T. et al., Arch. Virol.
1991, 120, 207-217),
für das
Denguevirus (Morens D. und Halstead S., J. Gen. Virol. 1990, 71,
2909-2917) und für HIV (Robinson
W. Jr., J. Virol. 1991, 65, 4169-4176) gezeigt.
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Die
jüngsten
Ergebnisse der mit PIF-Testimpfstoffen durchgeführten Tests liefern anscheinend
das bisher stichhaltigste Argument für die Existenz einer direkten
Beziehung zwischen der in vitro festgestellten Infektionsförderung
und der in vivo bei der Katze beschleunigten Krankheit. Das Impfen
von Katzen mit Rekombinanten des Virus des Impfstoffs, die das Protein
S des Stamms FIPV 79-1146 exprimieren, sensibilisiert die Katzen
und löst
nach der Provokation bei den geimpften Katzen im Verhältnis zu
nicht geimpft Kontrollkatzen eine beschleunigte Krankheit aus (Vennema
H. et al., J. Virol. 1990, 64, 1407-1409). Die Impfung mit Impfstoff-Rekombinanten,
die entweder das Protein M oder das Protein N exprimieren, hat die
Katzen nicht für
eine beschleunigte Krankheit prädisponiert.
Diese Ergebnisse in vivo sind den Ergebnissen in vitro gegenüberzustellen,
die eine überwiegende
Lokalisierung von infektionsfördernden
Epitopen auf S zeigen (Corapi W. et al., J. Virol. 1992, 66, 6695-6705; Olsen C. et
al., J. Virol. 1992, 66, 956-965). Ferner haben neuere Experimente, die
zum Studium der Wirksamkeit eines anderen Impfstoffkandidaten für PIF durchgeführt wurden,
eine statistisch signifikante Korrelation zwischen dem Vermögen eines
Katzenserums zur Auslösung
einer Infektionsförderung
in vitro und der Entwicklung einer beschleunigten Krankheit bei
derselben Katze gezeigt (Olsen C., Vet. Microb. 1993, 36, 1-37).
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Beschreibung
der Erfindung
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist die Charakterisierung von Epitopen,
die an der Förderung der
Infektion durch das PIF-Virus beteiligt sind. Die genaue Kenntnis
der Molekülstrukturen,
die für
den Infektionsförderungsmechanismus
verantwortlich sind, gestattet die Konzeption von Antigenen, die
kein Auftreten von infektionsfördernden Antikörpern auslösen. Diese
Antigene sind die wesentlichen Bestandteile eines wirksamen PIF-Impfstoffs.
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Auf überraschende
Weise wurde durch Analyse der Sequenz des S-Gens von FIPV-Virus-Mutanten, die
resistent sind gegenüber
der Neutralisation durch neutralisierende und infektionsfördernde
Antikörper
oder gegenüber
monoklonalen nur neutralisierenden und nicht-infektionsfördernden
Antikörpern,
festgestellt, dass es möglich
war, den Auslösungsmechanismus
der Infektionsförderung
durch das Glycoprotein S einzukreisen. Zwei wichtige antigenische
Stellen wurden mit den untersuchten monoklonalen Antikörpern charakterisiert:
A1 und A2. Diese Stellen liegen überraschenderweise
alle beide in derselben Region des S-Proteins. Es scheint, dass
die stark neutralisierenden und infektionsfördernden Antikörper die
beiden Stellen gleichzeitig erkennen. Diese Information legt nahe,
dass das gleichzeitige Binden der beiden Epitope durch ein und denselben
Antikörper
eine direkte Rolle bei der Infektionsförderung spielt. In der Tat
wurde gleichzeitig mit dieser ersten Entdeckung die Feststellung
gemacht, dass die neutralisierenden, allerdings nicht-infektionsfördernden
Antikörper
nur die A2-Stelle erkennen. Demnach beruht die Infektionsförderung
auf einer Konformationsänderung durch
Annäherung
zwischen den beiden Epitopen A1 und A2. Die A2-Region umfasst die
Aminosäuren 637-662
auf der Proteinsequenz von S (De Groot R. et al., J. Gen. Virol.
1987, 68, 2639-2646). Die hydrophile Natur dieser Region und die
Tatsache, dass die 3 getesteten monoklonalen Antikörper alle
diese kleine Domäne
erkennen, legt nahe, dass A2 ein dominierendes neutralisierendes
Epitop des S-Proteins ist. Ferner legt die gezeigte enge Homologie
zwischen der A1-Stelle und einem Teil der Unterstelle Aa, die auf
dem Protein S von TGEV identifiziert wurde (Gebauer F. et al., Virology
1991, 183, 225-238), nahe, dass A1, das die Aminosäuren 562-598
umfasst, ebenfalls ein wichtiges neutralisierendes Epitop für das FIPV-Virus
sein muss.
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Die
Annäherung
oder die gleichzeitige Bindung der Stellen A1 und A2 durch ein und
denselben Antikörper
ist zur Auslösung
der Infektionsförderung
durch die Antikörper
notwendig.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist die Modifizierung durch Gentechnik
der Sequenz des FIPV S-Gens in der Region der A1- und/oder A2-Stellen,
insbesondere die Modifizierung von mindestens einer der beiden Stellen,
vorzugsweise der A1-Stelle, derart, dass das exprimierte Protein
ein modifiziertes Epitop so präsentiert,
dass es keine infektionsfördernden
Antikörper
mehr auslöst,
und/oder der A2-Stelle. Die A1-Region
kann auf verschiedene Arten mit Mitteln, die dem Fachmann gut bekannt
sind, modifiziert werden. Die Stellen A1 oder A2 können unabhängig oder
gleichzeitig modifiziert werden.
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Die
Modifizierung der A2-Stelle kann in einer Modifizierung, wie einer
totalen Deletion, die einen Antigenitätsverlust der Stelle zur Folge
hat, bestehen, allerdings ist es bevorzugt, dass, wie für die A1-Stelle,
die Modifizierung ein derart modifiziertes Epitop exprimiert, dass
das Protein keine infektionsfördernden
Antikörper mehr
induziert.
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Die
Region A1 weist einen gemeinsamen Teil mit der Region auf, die in
der Patentanmeldung GB-A-2282601 (WO-A-95/07987), vorstehend zitiert,
als "A2" bezeichnet wird,
allerdings sieht diese, im Gegensatz zu der Erfindung, Mutationen
(Modifizierungen) oder Deletionen vor, die einen Antigenitätsverlust
der modifizierten oder deletierten Region zur Folge haben.
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Demnach
hat die Erfindung insbesondere eine Nucleotidsequenz zum Gegenstand,
die das komplette FIPV S-Gen umfasst; das mindestens eine Modifizierung,
vorzugsweise eine Mutation und/oder begrenzte Deletion, in der antigenischen
Region A2, die die Aminosäuren
637 bis 662 codiert, und/oder in der antigenischen Region A1, die
die Aminosäuren
562-598 codiert, aufweist, mit der Ausnahme, zumindest für die A1-Stelle, einer
totalen Deletion oder einer großen
Mutation oder Deletion mit den gleichen Folgen wie eine totale Deletion,
nämlich
ein Verlust der Antigenität
der modifizierten Region.
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Die
vorliegende Anmeldung beschränkt
sich demnach nun auf den Teil der Erfindung, der die Modifizierungen
betrifft, durch die sich die Auslösung von infektionsfördernden
Antikörpern
unterdrücken
lässt,
ohne die Antigenität,
zumindest für
die A1-Stelle, zu unterdrücken.
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Natürlich umfasst
die Expression einer Nucleotidsequenz, die das komplette FIPV S-Gen einschließt, die
FIPV-Stämme
vom Typ 1 und Typ 2 sowie die Varianten und die Sequenzen, die sekundäre Variationen aufweisen,
d.h. die die Immunogenizität
des Proteins S nicht beeinflussen, was auch sekundäre Mutationen und
Deletionen außerhalb
von den Stellen A1 und A2 einschließt. Vorzugsweise dürfen die
Variationen der Sequenz nicht die Funktionalität des Glycoproteins S modifizieren.
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Demnach
umfasst dies die Sequenzen, die einen erhöhten Homologiegrad mit den
vorhergehenden Sequenzen aufweisen, wobei, unter Berücksichtigung
der Degeneration des genetischen Codes, darin eingeschlossen ist,
dass diese Homologie groß genug
ist, damit sich durch das exprimierte Polypeptid ein wirksamer Impfschutz
induzieren lässt.
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Unter
begrenzter Deletion wird vorzugsweise eine Punktdeletion (entsprechend
1 Aminosäure)
oder eine Mikrodeletion (bis zu 6 Aminosäuren) verstanden.
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Im
Allgemeinen werden Mutationen oder Deletionen von Kodons vermieden,
die für
die in A1 und A2 liegenden Cysteine codieren.
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Darüber hinaus
werden Punktmutationen und an zweiter Stelle Punktdeletionen (außer Cys)
gegenüber
ausgedehnteren Mutationen und Deletionen bevorzugt.
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Für die A1-Stelle
umfassen die Modifizierungen a minima eine Mutation für mindestens
eines und vorzugsweise für
beide der zwei Kodons, die für
Asp 568 und für
Asp 591 codieren, um eine beliebige andere Aminosäure in diesen
Positionen zu haben. Unter der Bedingung, dass die Aminosäuren 568
und 591 nicht Asp sind, kann jede andere Aminosäure in der Region 562-598 durch
die natürliche
Aminosäure
der betrachteten Position substituiert werden.
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Die
Modifizierungen der A1-Stelle umfassen auch begrenzte Deletionen
dieser Region, die die Aminosäuren
568 und/oder 591 umfassen.
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Für die A2-Stelle
umfassen die Modifizierungen a minima eine Mutation für mindestens
eines und vorzugsweise für
die drei der Kodons, die für
Asp 643, Arg 649 und Arg 656 codieren, um eine beliebige andere Aminosäure in diesen
Positionen zu haben. Die Modifizierungen der A2-Stelle umfassen
auch die totale Deletion oder die partiellen Deletionen dieser Region,
die die Aminosäuren
643, 649 und/oder 656 umfassen.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung von so modifizierten
FIPV-Genen zur Expression in vitro von rekombinanten FIPV S-Proteinen
und zur Herstellung von gereinigten Untereinheitimpfstoffen zur
Impfung von Katzen gegen PIF.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung von so modifizierten
FIPV S-Genen zur Konstruktion von rekombinanten viralen Vektoren,
die diese modifizierten Gene exprimieren. Diese viralen Vektoren
können
replikative rekombinante Viren oder nicht-replikative rekombinante
Viren und insbesondere Pockenviren (Beispiel: Virus des Impfstoffs
und seine Derivate, Canarypoxvirus, ...), Herpesviren (insbesondere
Katzenherpesvirus) oder Adenoviren sein.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Impfstoffen gegen
PIF mit diesen rekombinanten Viren.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die Immunisierung von Katzen
gegen PIF mit Plasmiden, die die FIPV S-Gene enthalten, die erfindungsgemäß modifiziert
sind und unter der Kontrolle eines starken Promotors (beispielsweise
HCMV IE, SV40, etc.) und von Transkriptions- und Translations-Regulationssignalen
angeordnet sind. Die Plasmide befinden sich in einem Träger, der
die direkte Injektion bei der Katze, insbesondere die intramuskuläre, ermöglicht.
Insbesondere handelt es sich um nackte Plasmide, wie in der internationalen
Patentanmeldung WO 90/11092 beschrieben.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist schließlich die Herstellung von Impfstoffen
gegen PIF, umfassend ein oder mehrere FIPV S-Proteine, die erfindungsgemäß modifiziert
sind und vorzugsweise mit anderen Proteinen des FIPV-Virus assoziiert
ist, wie beispielsweise dem Protein M.
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Eine
weitere Impf-Möglichkeit
besteht in der Verwendung von Zellen (insbesondere felinen Ursprungs),
die das Glycoprotein S erfindungsgemäß konstitutiv exprimieren.
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Beispiele:
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Beispiel 1: Klonierung
und Expression von Fragmenten des FIPV S-Gens
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Zum
Zweck der Lokalisierung der Region des FIPV S-Gens, die für die Neutralisation
und die Infektionsförderung
verantwortlich ist, wurde die Klonierung von überlappenden Fragmenten des
FIPV S-Gens so vorgenommen, dass diese Fragmente in Form von Fusionsproteinen
mit dem Protein des Gens 10 des Phagen T7 exprimiert wurden. Die
Sequenz der Oligunucleotide zur Amplifikation der verschiedenen
Fragmente wurde so gewählt,
dass die Gesamtheit der codierenden Region des S-Gens durch drei
große
Fragmente von ungefähr
1600 Basenpaaren (bp) und 12 kleinere Subfragmente von ungefähr 400-500
bp abgedeckt wurde. Diese Oligonucleotide enthielten die Restriktionsstellen
BamHI, XbaI oder XhoI zur Begünstigung
ihrer Klonierung. Die reverse Transkription der RNA und die Amplifikation
der komplementären
DNA durch eine Polymerasekettenamplifizierungsreaktion wurden nach
Standardtechniken (Sambrook J. et al., Molecular Cloning: a laboratory
manual, 2. Ausgabe, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor,
N.Y.) durchgeführt.
Die amplifizierte DNA wurde durch die geeigneten Enzyme verdaut
und in den pBluescript-Vektor (Stratagene, La Jolla, CA.) kloniert.
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Die
Grenzen der verschiedenen Fragmente, die ausgehend von dem S-Gen
des Stammes 79-1146 des FIPV-Virus kloniert wurden, sind nachstehend
angegeben: (sämtliche
Positionen beziehen sich auf die Sequenz des S-Gens des Stammes
FIPV 79-1146, veröffentlicht
von De Groot R. et al. (J. Gen. Virol. 1987, 68, 2639-2646).
Fragment
F1: Nucleotide 70 bis 1736.
Fragment F2: Nucleotide 1519 bis
3160.
Fragment F3: Nucleotide 2773 bis 4428.
Fragment
S1: Nucleotide 70-535.
Fragment S2: Nucleotide 394-862.
Fragment
S3: Nucleotide 742-1221.
Fragment S4: Nucleotide 1045-1539.
Fragment
S5: Nucleotide 1339-1734.
Fragment S6: Nucleotide 1594-2089.
Fragment
S7: Nucleotide 1963-2443.
Fragment S8: Nucleotide 2296-2838.
Fragment
S9: Nucleotide 2743-3004.
Fragment S10: Nucleotide 2890-3506.
Fragment
S11: Nucleotide 3352-4063.
Fragment S12: Nucleotide 3895-4428.
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Anschließend wurden
die verschiedenen klonierten FIPV-Fragmente aus den Bluescript-Klonen
durch NotI- und XhoI-Verdau isoliert und sodann für den Transkriptions-
und Translationsschritt in vitro in den Vektor pTOPE-SX rekloniert.
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Die
Konstruktion von pTOPE-SX ist nachstehend beschrieben:
Das
Plasmid pTOPE-1b(+) (Novagen) enthält den T7-Promotor und einen
Teil des Gens 10 des T7-Phagen, gefolgt von einem Polylinker. Dieser
Polylinker wurde durch Verdau mit den Restriktionsenzymen SacII
und XhoI komplett eliminiert und durch das Fragment SacII-XhoI von
82 bp, isoliert aus dem in pBluescript enthaltenen Polylinker, ersetzt.
Diesem Fragment wurde ein ergänzendes
Nucleotid so zugefügt,
dass sämtliche
in pBluescript klonierten FIPV-Fragmente in das gleiche Leseraster
wie das Gen 10 gebracht wurden. Das neue Plasmid wurde pTOPE-SX
genannt. Durch die in vitro Transkription und Translation der in
pTOPE-SX enthaltenen Inserts mit der RNA-Polymerase des Phagen T7 lassen sich
Fusionsproteine erhalten, die 260 Aminosäuren des Proteins des Gens
10 enthalten, gefolgt von Aminosäuren,
die von den FIPV-Inserts
codiert wurden.
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Beispiel 2: Erkennung
von FIPV S-Peptiden durch die monoklonalen Antikörper
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Zur
Lokalisierung der allgemeinen Region des S-Gens des FIPV-Virus,
welche für
die Neutralisation und Infektionsförderung verantwortlich ist,
wurden überlappende
Fragmente dieses Gens durch PCR in den pBluescript-Vektor in Form
von 3 großen
Fragmenten (F1, F2 und F3; 1) und
von 12 kleinen Subfragmenten (S1 bis S12) kloniert. Diese FIPV-Inserts
wurden anschließend
im Hinblick auf ihre in vitro Transkription und Translation in den
Vektor pTOPE-SX subkloniert.
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Die
gekoppelten in vitro Transkriptions- und Translationsreaktionen
wurden unter Verwendung des Systems "TNT Reticulocyte Lysate" (Promega, Madison,
WI) nach der vom Hersteller empfohlenen Technik in Gegenwart von 35S-Methionin (Amersham Frankreich) durchgeführt. Zur
Untersuchung der Auswirkung der posttranskriptionellen Reifung der
Proteine wurden die Reaktionen auch in Gegenwart von mikrosomalen
Hunde-Pankreasmembranen (Promega) durchgeführt. Die Translationsprodukte
wurden durch Elektrophorese auf Polyacrylamid-SDS-Gel aufgetrennt
und durch Autoradiographie sichtbar gemacht.
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Die
Radioimmun-Präziptationstests
(RIPA) wurden durch Mischen von 5 μl des Translationsgemisches des
Fusionsproteins mit 5 μl
monoklonalen Antikörpern
oder Katzenserum in 200 μl
TNE-Triton X-100-Puffer (150 mM NaCl, 50 mM Tris (pH 8,0), 5 mM
EDTA, 0,1 % Triton X-100) und Schütteln dieses Gemisches für 1 h bei
4 °C durchgeführt. FIPV-positive
und -negative Katzenseren sowie ein gegen die 10 ersten Aminosäuren des
Gen-10-Proteins von T7 gerichteter monoklonaler Antikörper (monoklonaler
T7-Tag-Antikörper,
Novagen) wurden als Kontrollen verwendet. Die Immunkomplexe werden
durch Zugabe von 50 μl
eines Agarose-rekombinantes Protein G-Konjugats (Boehringer Mannheim,
Deutschland) zu den Proben, die die monoklonalen Antikörper enthalten,
oder durch Zugabe von 50 μl
eines Agaroserekombinantes Protein A-Konjugat (Boehringer Mannheim)
zu den Proben, die die Katzenseren enthielten, adsorbiert. Die an
die Agarose fixierten Immunkomplexe wurden 30 s zentrifugiert und
zweimal in RIPA-Puffer (150 mM NaCl, 50 mM Tris (pH 8,0), 1 % Triton X-100,
0,5 % Natriumdesoxycholat, 0,1 % SDS) und einmal mit Tris-Triton-Puffer (10
mM Tris (pH 8,0), 0,1 % Triton X-100) gewaschen. Anschließend werden
die zentrifugierten Proben durch Elektrophorese aufgetrennt. Die
Gele werden fixiert und mit einer Amplify-Lösung (Amersham) behandelt und
durch Autoradiographie entwickelt.
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Die
großen
Fragmente F1, F2 und F3 haben eine Größe von ungefähr 62 kDa,
was Fusionsproteine von ungefähr
90 kDa ergibt, die tatsächlich
den festgestellten Größen entsprechen.
Die kleinen Fragmente S1 bis S12 haben Größen von ungefähr 18 kDa,
was Fusionsproteine von ungefähr
46 kDa ergibt.
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Zur
Optimierung der Erkennungsbedingungen der FIPV S-Fusionspeptide
durch die monoklonalen Antikörper
wurden die Fusionsproteine auch in Gegenwart von Hundepankreas-Mikrosomenmembranen translatiert.
Die Glycosylierung des N-terminalen
Endes von S (Fragment 1) spiegelt sich in einer Änderung der Größe des Fusionsproteins
F1 von 90 kDa auf 98 kDa oder 145 kDa, entsprechend jeweils einer
Zunahme von 8 oder 55 kDa, wieder. Ein Anstieg von 8 kDa wird auch
für die
Größe des Subfragments
S1 festgestellt, die von 48 auf 54 kDa übergeht. Die Größe der anderen
FIPV S-Fragmente wird durch die in Gegenwart von Mikrosomenmembranen
durchgeführte
Translation nicht modifiziert.
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Die
spezifischen monoklonalen Anti-FIPV S-Antikörper 23F4.5, 24H5.4 und 18A7.4
(Corapi W. et al., J. Virol. 1992, 66, 6695-6705) erkennen das Fragment
F2 und das Subfragment S6, denen eine Sequenz von 165 Aminosäuren (Positionen
509-673 auf der Sequenz des Protein S des Stamms 79-1146 (De Groot
R. et al., J. Gen. Virol. 1987, 68, 2639-2646)) gemeinsam ist. Das
Erkennen des F2-Fragments wird durch die Verwendung von Proteinen,
die in Gegenwart von Mikrosomenmembranen translatiert wurden, nicht
verbessert, was nahe legt, dass die Glycosylierung nicht für das Erkennen
der gesuchten Epitope notwendig ist.
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Beispiel 3: Sequenzierung
der gegenüber
Neutralisation durch monoklonale Anti-FIPV S-Antikörper resistenten Virusmutanten
("mar"-Mutanten)
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Zur
Lokalisierung der antigenen Stellen, die auf dem S6-Fragment liegen,
wurde die S6-Region
von mehreren FIPV-mar-Mutanten durch PCR amplifiziert und in den
pBluescript SK+-Vektor kloniert und sequenziert. Die Sequenz der
mar-Mutanten wurde bestimmt für
mar-Mutanten, die unabhängig
mit dem gleichen monoklonalen Antikörper erhalten wurden, sowie
mit Klonen, die aus unabhängigen
PCR-Amplifikationen mit der gleichen mar-Mutante hervorgingen. Die
Sequenz von jedem Klon wurde für
die beiden Stränge
unter Verwendung des Sequenaee-Kits (Amersham) nach der vom Hersteller
empfohlenen Technik bestimmt.
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Die
erhaltenen Sequenzen wurden mit der homologen Sequenz des Elternvirus
79-1146 verglichen. Die
analysierten mar-Mutanten sind die Mutanten, die als mar 23F4.5,
mar 18A7.4 und mar 24H5.4 identifiziert wurden. Diese Mutanten wurden
jeweils mit den monoklonalen Antikörpern 23F4.5, 18A7.4 und 24H5.4,
beschrieben von C. Olsen (Olsen C. et al., J. Virology 1992, 66,
956-965) und W. Corapi (Corapi W. et al., J. Virology 1992, 66,
6695-6705), erhalten.
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Der
monoklonale Antikörper
23F4.5 besitzt einen Neutralisationstiter von 20480 (Corapi, 1992)
und löst
eine Förderung
der Infektion in vitro zumindest des 100fachen des normalen Niveaus
aus (Olsen, 1992). Die Mutante mar 23F4.5 weist Mutationen an den
Positionen 1840 und 2014 auf, die Änderungen von Aminosäuren in
der Sequenz des Protein S an den Resten 591 (Asp -> Tyr) und 649 (Arg
-> Gly) auslösen. Der
monoklonale Antikörper
18A7.4 besitzt einen Neutralisationstiter von 5120 und löst eine
Förderung
der Infektion in vitro zumindest des 100fachen des normalen Niveaus
aus. Die Mutante mar 18A7.4 weist Mutationen an den Positionen 1772
und 2036 auf, die Änderungen
von Aminosäuren
an den Resten 568 (Asp -> Val)
und 656 (Arg -> Lys)
auslösen.
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Der
monoklonale Antikörper
24H5.4 besitzt einen Neutralisationstiter von 96 und weist die Besonderheit
auf, keine Förderung
der Infektion auszulösen
(Olsen 1992). Die Mutante mar 24H5.4 weist eine einzige Mutation
an der Position 1996 auf, die eine Aminosäure-Änderung an dem Rest 643 (Asp
-> Tyr) auslöst.
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Beispiel 4: Mutagenese
der A1-Stelle
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Das
zentrale Fragment des FIPV S-Gens, HindIII-HindIII von 1723 bp (Nucleotide
1696 bis 3418), wird in den pBS-SK+-Vektor kloniert, um das Plasmid
pFIPV-S2 zu ergeben. Die A1-Stelle liegt auf dem HindIII-SspI-Subfragment
(Positionen 1696 bis 1845) dieses Fragments. Die A1-Stelle wird
durch PCR unter Verwendung der folgenden Strategie mutagenisiert:
Die
folgenden Oligonucleotide werden synthetisiert:
OLIGO A11 (95mer)
(SEQ ID NO: 1) =
5'ATGAAGCTTAGTGGTTATGGTCAACCCATAGCCTCGACACTAAGTAACATCACACTA
CCAATGCAGGATAACAATACTGTTGTGTACTGTATTCG 3'
OLIGO A12 (88mer) (SEQ ID NO:
2) =
5'AAAAATATTGTACCATAAAGAACTTTTGCAAGTGGAATGAACATAAACTGAGAATTG
GTTAGAACGAATACAGTACACAACAGTATTG 3'
OLIGO A13 (20 mer) (SEQ ID NO:
3) =
5' ATGAAGCTTAGTGGTTATGG
3'
OLIGO A14
(20 mer) (SEQ ID NO: 4) =
5' AAAAATATTGTACCATAAAG
3'
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Die
Oligonucleotide A11 und A12 werden auf Grund ihrer gemeinsamen komplementären Sequenz von
23 Basenpaaren miteinander hybridisiert. Das so erhaltene Hybrid
dient anschließend
nach Verlängerung seiner
3'-Enden als Matrix
für eine
PCR-Reaktion unter Verwendung der Oligonucleotide A13 und A14. Durch diese PCR-Amplifikationsreaktion
lässt sich
ein Fragment von 159 bp erhalten. Dieses Fragment wird nun mit den
Restriktionsenzymen HindIII und SspI verdaut, um ein HindIII-SspI-Fragment
von 149 bp (Fragment A) zu erzeugen. Dieses Fragment enthält die an
zwei Positionen (Val anstelle von Asp in der Position 568 und Tyr anstelle
von Asp in der Position 591) modifizierte A1-Stelle. Das Plasmid
pFIPV-S2 wird durch HindIII verdaut und mit SspI partiell verdaut,
um das SspI-HindIII-Fragment von 1569 bp (Fragment B) durch Geneclean (BI0101
Inc., La Jolla, Ca.) zu isolieren. Der pBS-SK+Vektor wird durch
HindIII verdaut und dephosphoryliert, um das Fragment C (2960 bp)
zu erzeugen.
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Die
Fragmente A, B und C werden nun zur Herstellung des Plasmids pFIPSA1*
miteinander ligiert. Dieses Plasmid enthält das an 2 Aminosäuren der
A1-Stelle modifizierte HindIII-HindIII-Fragment des FIPV S-Gens.
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Anschließend wird
das FIPV S-Gen rekonstituiert durch Ersatz des natürlichen
HindIII-HindIII-Fragments
(Positionen 1696 bis 3418) durch das in dem Plasmid pFIPSA1* enthaltene
HindIII-HindIII-Fragment mittels einfacher Klonierung. Anschließend kann
das komplette, an der A1-Stelle modifizierte FIPV S-Gen zur Konstruktionen
von Expressionsplasmiden oder rekombinanten Viren verwendet werden.
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Beispiel 5: Mutagenese
der A2-Stelle
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Die
folgenden Oligonucleotide werden synthetisiert:
OLIGO A21 (20mer)
(SEQ ID NO: 5) =
5' GGACAATATTTTTAATCAAG
3'
OLIGO A22
(36mer) (SEQ ID NO: 6) =
5' TTTAACAACCTGCTCATTGGTTCCTGTACGTGCAGC
3'
OLIGO A23
(36mer) (SEQ ID NO: 7) =
5' AAGTTTTATGTTGCTGCACGTACAGGAACCAATGAG
3'
OLIGO A24
(20mer) (SEQ ID NO: 8)
5' ATCACTAACATTTTTAAAGC
3'
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Eine
PCR-Reaktion (PCR A) wird mit den Oligonucleotiden A21 und A22 und
mit dem Plasmid pFIPV-S2 als Matrix durchgeführt, um ein PCR-Fragment von
199 bp (Fragment A) zu synthetisieren.
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Eine
PCR-Reaktion (PCR B) wird mit den Oligonucleotiden A23 und A24 und
mit dem Plasmid pFIPV-S2 als Matrix durchgeführt, um ein PCR-Fragment von
273 bp (Fragment B) zu ergeben.
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Die
PCR-A- und PCR-B-Fragmente werden auf Grund ihrer komplementären Region
von 46 bp miteinander hybridisiert, und das Produkt dieser Hybridisierung
wird nach Verlängerung
der 3'-Enden durch
eine PCR-Reaktion (PCR C) mit den Oligonucleotiden A21 und A24 amplifiziert,
um ein PCR-Fragment von 424 bp zu ergeben. Dieses PCR-Fragment wird nun
durch SspI und DraI verdaut, um das SspI-DraI-Restriktionsfragment
von 402 bp (Fragment C) zu ergeben.
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Das
Plasmid pFIPV-S2 wird mit HindIII und SspI verdaut, um das HindIII-SspI-Fragment
von 149 bp (Fragment D) zu isolieren.
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Das
Plasmid pFIPV-S2 wird mit HindIII und DraI verdaut, um das DraI-HindIII-Restriktionsfragment
von 1170 bp (Fragment E) zu isolieren. Der pBS-SK+-Vektor wird mit
HindIII verdaut und dephosphoryliert, um das Fragment F (2960 bp)
zu ergeben.
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Die
Fragmente C, D, E und F werden miteinander ligiert, um das Plasmid
pFIPSA2* zu ergeben. Das zentrale HindIII-HindIII-Fragment von 1723
bp des FIPV S-Gens, das in pFIPSA2* enthalten ist, besitzt eine an
3 Aminosäuren
modifizierte A2-Stelle (Tyr anstelle von Asp an Position 643, Gly
anstelle von Arg an Position 649 und Lys anstelle von Arg an Position
656).
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Anschließend wird
das FIPV S-Gen rekonstituiert durch Ersatz des natürlichen
HindIII-HindIII-Fragments
(Positionen 1696 bis 3418) durch das in dem Plasmid pFIPSA2* enthaltene
HindIII-HindIII-Fragment mittels einfacher Klonierung. Das an der
A2-Stelle modifizierte komplette FIPV S-Gen kann nun für die Konstruktionen
von Expressionsplasmiden oder rekombinanten Viren verwendet werden.
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Beispiel 6: Mutagenese
der A1- und A2-Stellen
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Die
Fragmente A (Beispiel 4), C und E (Beispiel 5) werden mit dem pBS-SK+-Vektor,
der zuvor durch HindIII verdaut und desphosphoryliert wurde, ligiert,
um das Plasmid pFIPSA1*A2* zu ergeben. Das zentrale HindIII-HindIII-Fragment
von 1723 bp des FIPV S-Gens, das in pFIPSA1*A2* enthalten ist, weist
2 Aminosäure-Austausche
in der A1-Stelle
(siehe Beispiel 4) und 3 Aminosäure-Austausche
in der A2-Stelle auf (siehe Beispiel 5).
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Anschließend wird
das FIPV S-Gen rekonstituiert durch Ersatz des natürlichen
HindIII-HindIII-Fragments
durch das in pFIPSA1*A2* enthaltene HindIII-HindIII-Fragment von
1723 bp mittels einfacher Klonierung. Das komplette FIPV S-Gen,
das Modifizierungen in den A1- und A2-Stellen umfasst, kann nun
zur Konstruktion von Expressionsplasmiden oder rekombinanten Viren
verwendet werden.
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Beispiel 7: Konstruktion
von Deletionen in den A1- und A2-Stellen
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Nach
der zuvor beschriebenen Klonierungsstrategie (Mutagenese unter Verwendung
von PCR-Reaktionen) können
Deletionen, die das Leseraster des Gens FIPV S berücksichtigen,
in den A1- und/oder A2-Stellen eingeführt werden. Nach dem gleichen
Schema wie zuvor beschrieben (siehe Beispiel 6) kann ein zentrales HindIII-HindIII-Fragment des FIPV
S-Gens konstruiert werden, das in der A1-Stelle und/oder in der
A2-Stelle eine Deletion
aufweist.
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Sequenzprotokoll
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