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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Krebs
umfasst einen weiten Bereich von Krankheiten, die weltweit eine
von vier Personen betreffen. Was die Zahl der betroffenen Personen
betrifft, stellt Krebs eindeutig ein ernstes medizinisches Problem
dar. Angesichts der Ernsts des Problems und dessen Auswirkung auf
die Gesellschaft wird hoher Wert auf gegen Krebs gerichtete wirksame
therapeutische und diagnostische Agenzien gelegt. Antikörper gegen
menschliche Tumor-assoziierte Antigene sind neuere technologische
Errungenschaften, die versprechen, wichtige therapeutische und diagnostische
Agenzien gegen gewisse Krebsarten zu werden.
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Antikörper gegen
menschliche Tumor-assoziierte Antigene sind allgemein bekannt und
gut beschrieben. Ein solches Tumor-assoziiertes Antigen wird als
das GA733-2 Antigen bezeichnet. Das GA733-2 Antigen hat ein Molekulargewicht
von ungefähr
34 kD–40
kD und gehört
zur Familie der GA733 Antigene (Linenbach et al. PNAS USA 86: 27–31 (1989)).
Die biologische Funktion des GA733-2 Antigens ist unbekannt (internationale
Offenlegungsschrift Nr. WO93/0829, offengelegt am 29. April 1993).
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Unter
Verwendung der DNA-Sonde von GA733-2 waren Wissenschaftler in der
Lage, eine genomische Bibliothek zu screenen und eine als GA733-1
bezeichnete homologe Sequenz zu isolieren. Die Wissenschaftler konnten
das Antigen aus dem GA733-1 Gen exprimieren. Jedoch ermittelte niemand,
ob das Antigen ein Tumor-assoziiertes Antigen war.
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Die
Tatsache, dass das GA733-1 Gen aus einer genomischen Bibliothek
isoliert worden war, trug weiterhin zur Unsicherheit bei, ob das
Gen und das davon kodierte Antigen allgemein bei normalen Zellen,
Tumorzellen oder beiden auftraten und mit welcher Frequenz diese
auttraten. Das Molekulargewicht und die Funktion des GA733-1 Antigens
sind unbekannt. Das GA733-1 Antigen enthält mehrere Epitope, und ein
Segment der DNA, die für
GA733-1 kodiert, ist bekannt (US-Patent Nr. 5,185,254, supra).
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Das
GA733-2 Antigen wird von einem monoklonalen Antikörper mit
der Bezeichnung MoAb GA733 (auch als GA733-2 Antikörper bekannt)
erkannt (Herlyn, et al. Hybridoma, 5: S3–S10 (1986)). MoAb GA733 wurde
hinsichtlich der Diagnose und Therapie menschlicher gastrointestinaler
Tumore bewertet. Er zeigt tumorizide Eigenschaften. Trotz der Tatsache,
dass GA733-1 und GA733-2 49% Homologie in ihren Aminosäuresequenzen
aufweisen (US-Patent Nr. 5,185,254, erteilt am 09. Februar 1993),
bindet MoAB GA733 an das GA733-2
Antigen, aber nicht an das GA733-1 Antigen. MoAb GA733 bindet an
normale Epitelzellen.
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Zusätzlich zu
GA733 erkennen mehrere unabhängig
erhaltene mAbs, wie beispielsweise CO17-1A, M77, M79, 323/A3, alle
das GA733-2 Antigen und binden daran (internationale Offenlegungsschrift
Nr. WO93/0829, supra). Der monoklonale Antikörper CO17-1A (auch bekannt
als der 17-1A Antikörper)
bindet an das GA733-2 Antigen, erkennt aber nicht das GA733-1 Antigen
und bindet auch nicht daran.
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Gegenwärtig sind
keine monoklonalen Antikörper
gegen das GA733-1 Antigen bekannt. Die erfindungsgemäßen BR110
Liganden erkennen und binden an das GA733-1 Antigen und werden nach
der Bindung an das Antigen von Zellen internalisiert. Die erfindungsgemäßen BR110
Liganden scheinen weiterhin einer tumorizide Aktivität aufzuweisen.
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Internalisierende
Antikörper
kommen selten vor. Bei therapeutischen Anwendungen besteht gegenwärtig ein
Bedarf für
solche „internalisierenden" Antikörper, d.
h. Antikörper,
die von der Tumorzelle, an die sie binden, leicht aufgenommen werden.
Solche Antikörper
können
zum Beispiel an biologische und/oder chemische Agenzien gebunden
werden, die nur wirksam sind, wenn sie in die Zelle transportiert
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
erfindungsgemäßen BR110
Liganden, z. B. monoklonale Antikörper BR110, erfüllen die
vorstehend besprochenen therapeutischen und diagnostischen Bedürfnisse.
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BR110
Liganden weisen gemeinsame Eigenschaften auf. Beispielsweise erkennt
jeder BR110 Ligand spezifisch das BR110 Antigen und bindet daran,
und ist mindestens gegen einen Teil des Epitops gerichtet, gegen
das der monoklonale Antikörper
BR110 (ATCC Nr. 11698) gerichtet ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der BR110 Ligand der monoklonale Antikörper BR110 (ATCC
Nr. 11698). Weiterhin stellt ein rekombinanter Mensch/Maus Antikörper eine
weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen BR110
Liganden dar, dessen Antigen-bindende
Region kompetitiv die immunspezifische Bindung des vom Hybridom
HB 11698 produzierten monoklonalen Antikörpers BR110 an dessen Zielantigen
inhibiert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist eine graphische Darstellung
des Plasmids pSE 70.0.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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DEFINITIONEN
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In
dieser Anmeldung sollen die nachfolgenden Worte oder Ausdrücke die
hier angegebenen Bedeutungen besitzen.
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„Ligand" umfasst hierin ein
intaktes Antikörper-Molekül und jedes
Molekül,
das mindestens eine Antigen-bindende Region oder einen Teil davon
(d. h. den variablen Teil eines Antikörper-Moleküls) aufweist, z. B. ein Fv-Molekül, Fab-Molekül, Fab'-Molekül, F(ab')2-Molekül, einen
bispezifischen Antikörper,
ein Fusionsprotein oder jedes genetisch erzeugte Molekül, welches
das BR110 Antigen spezifisch erkennt und daran bindet.
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„Antigen-bindende
Region" bedeutet
hierin einen Teil des Moleküls,
der das Ziel-Antigen erkennt.
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Hierein
bedeutet „inhibiert
kompetitiv" in der
Lage zu sein, eine Determinante, gegen die der monoklonale Antikörper BR110
gerichtet ist, unter Verwendung herkömmlicher reziproker Antikörper-Kompetitions-Assays
zu erkennen und daran zu binden. (Belanger L, Sylvestre C und Dufour
D (1973), Enzyme linked immunoassay for alpha fetoprotein by competitive
and sandwich procedures. Clinica Chimica Acta 48, 15).
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„Ziel-Antigen" bedeutet hierin
das GA733-1 Antigen oder Teile davon.
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„Verknüpft" bedeutet hierin
das Verbinden von zwei oder mehr im Allgemeinen getrennten Einheiten oder
Segmenten durch eine kovalente Bindung oder eine nicht-kovalente
Bindung.
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„Funktional
aktiv" bedeutet
hierin den Teil des Moleküls,
der in der Lage ist, sein Ziel zu erkennen und zu binden.
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„Biologisch
oder chemisch aktives Molekül" bedeutet hierin
jedes biologische oder chemische Molekül, welches das Zellwachstum
inhibieren oder stoppen oder anderweitig zum Nachteil der Zelle
wirken kann.
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„Immunkonjugat" bedeutet hierin
jedes Molekül
oder jeden Liganden wie beispielsweise einen Antikörper, der
chemisch oder biologisch mit einem Zytotoxin, einem radioaktiven
Agens, einem Enzym, einem Toxin, einem Anti-Tumor-Wirkstoff oder
einem therapeutischen Agens verbunden ist. Der Antikörper kann
mit dem Zytotoxin, dem radioaktiven Agens, dem Anti-Tumor-Wirkstoff
oder dem therapeutischen Agens an jeder Position entlang des Moleküls verbunden
sein, solange er dazu in der Lage ist, an sein Ziel zu binden. Beispiele für Immunkonjugate
umfassen chemische Konjugate aus Antikörper und Toxin und Fusionsproteine
aus Antikörper
und Toxin.
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„Wirksame
Menge" bedeutet
hierin eine Menge des Antikörpers,
Immunkonjugats, oder rekombinanten Moleküls, die zur Tötung von
Zielzellen oder der Inhibition von deren Proliferation führt.
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„Fusionsprotein" bedeutet hierin
jedes chimäre
Protein, worin eine Antigen-bindende Region mit einem biologisch
aktiven Molekül
verbunden ist, z. B. einem Toxin, Enzym oder einem Proteinwirkstoff.
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Die
nachfolgende Beschreibung dient einem vollständigeren Verständnis der
hierin beschriebenen Erfindung.
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A. ERFINDUNGSGEMÄSSE LIGANDEN
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Die
vorliegende Erfindung stellt internalisierende Liganden (d. h. BR110
Liganden) bereit, die das BR110 Antigen spezifisch erkennen und
binden.
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Der
erfindungsgemäße Ligand
kann in jeder Form vorliegen, solange er eine Antigen-bindende Region aufweist,
die kompetitiv die immunospezifische Bindung des vom Hybridom HB
11698 produzierten Antikörpers
BR110 an dessen Zielantigen inhibiert. Somit fallen alle rekombinanten
Proteine (z. B. Fusionsproteine, bei denen der Antikörper mit
einem zweiten Protein wie beispielsweise einem Lymphokin oder einem
Tumor-inhibierenden Wachstumsfaktor verbunden ist), welche die gleiche
Bindungsspezifität
wie der Antikörper
BR110 aufweisen, in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist der Ligand ein monoklonaler Antikörper BR110. Das den monoklonalen
Antikörper
BR110 produzierende Hybridom wurde gemäß den Erfordernissen des Budapester
Vertrags am 10. August 1994 bei der American Type Culture Collection
(„ATCC") 12301 Parklawn
Drive, Rockville, MD 20852, hinterlegt und mit der ATCC-Zugangsnr.:
HB 11698 bezeichnet.
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In
anderen Ausführungsformen
ist der Ligand ein Fv-Molekül
(wie beispielsweise ein single chain Fv-Molekül), ein Fab-Molekül, ein Fab'-Molekül, ein F(ab')2-Molekül, ein Fusionsprotein,
ein bispezifischer Antikörper,
ein Heteroantikörper
oder jedes rekombinante Molekül,
das die Antikörper-bindende
Region des BR110 Antikörpers
aufweist. Der erfindungsgemäße Ligand
ist gegen das Epitop gerichtet, gegen das der monoklonale Antikörper BR110
(ATCC-Nr. 11698) gerichtet ist.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist der erfindungsgemäße Ligand
gegen das Epitop gerichtet, gegen das der monoklonale Antikörper BR110
gerichtet ist, und weist eine Affinität von mindestens 2 × 108 Liter/Mol für sein Ziel auf, oder, im Fall
multivalenter Antikörper,
eine Avidität,
die mindestens so groß ist wie
die Avidität,
die aus der Bindung eines bivalenten Antikörpers mit einer Affinität von 108 Liter/Mol an ein Antigen resultieren würde. Unterschiedliche
Affinitäten
sind möglich
und werden von der Erfindung umfasst.
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Der
erfindungsgemäße Ligand
kann modifiziert sein, d. h. durch Aminosäuremodifikationen innerhalb des
Moleküls,
so dass Derivat-Moleküle
produziert werden. Chemische Modifikationen sind ebenfalls möglich.
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Derivat-Moleküle würden die
funktionale Eigenschaft des Polypeptids beibehalten, denn das Molekül mit solchen
Substitutionen wird weiterhin die Bindung des Polypeptids an das
GA733-1 Antigen oder Teile davon erlauben.
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Diese
Aminosäuresubstitutionen
umfassen Aminosäuresubstitutionen,
die dem Fachmann als „konservativ" bekannt sind, sind
aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt.
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Es
ist beispielsweise ein allgemein bekanntes Prinzip in der Proteinchemie,
dass bestimmte Aminosäure-Substitutionen,
die „konservative
Aminosäure-Substitutionen" genannt werden,
häufig
in einem Protein vorgenommen werden können, ohne entweder die Konformation
oder die Funktion des Proteins zu verändern.
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Solche
Austausche umfassen die Substitution jeder aus Isoleucin (I), Valin
(V) und Leucin (L) ausgewählten
Aminosäure
durch jede andere dieser hydrophoben Aminosäuren; Asparaginsäure (D)
durch Glutaminsäure
(E) und umgekehrt; Glutamin (Q) durch Asparagin (N) und umgekehrt;
und Serin (S) durch Threonin (T) und umgekehrt.
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In
Abhängigkeit
von der Umgebung der speziellen Aminosäure und deren Rolle in der
dreidimensionalen Struktur des Proteins können auch andere Substitutionen
als konservativ aufgefasst werden. Glyzin (G) und Alanin (A) können beispielsweise
oft gegeneinander ausgetauscht werden, ebenso wie Alanin und Valin (V).
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Methionin
(M), welches relativ hydrophob ist, kann häufig mit Leucin und Isoleucin,
und manchmal mit Valin ausgetauscht werden. Lysin (K) und Arginin
(R) sind häufig
in Positionen gegenseitig austauschbar, bei denen die wesentliche
Eigenschaft des Aminosäurerests
dessen Ladung ist und wobei die unterschiedlichen pK's dieser zwei Aminosäurereste
nicht wichtig sind. In speziellen Umgebungen können noch weitere Austausche
als „konservativ" betrachtet werden.
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B. VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
DER ERFINDUNGSGEMÄSSEN
LIGANDEN
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Erfindungsgemäße Liganden
umfassen (1) monoklonale Antikörper
und Fragmente davon, (2) rekombinante Moleküle mit mindestens einer Antigen-bindenden
Region oder einem Teil davon, z. B. ein Fv-Molekül, Fab-Molekül, Fab'-Molekül, F(ab')2-Molekül, einen
bispezifischen Antikörper,
ein Fusionsprotein, oder (3) jedes genetisch veränderte Molekül, die alle
das BR110 Antigen spezifisch erkennen und binden.
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Erfindungsgemäße monoklonale
Antikörper
-
Hybridome,
welche die erfindungsgemäßen monoklonalen
Antikörper
produzieren, werden nach den allgemeinen Verfahren hergestellt,
die von Köhler
und Milstein beschrieben wurden ((1975) Continous culture of fused
cells secreting antibody of defined specificity. Nature 256, 495–497), wobei
einige Modifikationen vorgenommen wurden (M. Yeh et al., „Cell Suface
Antigens Of Human Melanoma Identified By Monoclonal Antibody", Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 76(6): 297–31
(1979); und Yeh et al., „A
Cell-Surface Antigen Which is Present In the Ganglioside Fraction
And Shared By Human Melanomas",
Int. J Cancer, 29: 269–75
(1982)). Bei diesem Verfahren werden Hybridome durch Fusionieren
von Antikörper-produzierenden
Zellen (typischerweise Milzzellen von Mäusen, die zuvor mit einem Immunogen
immunisiert wurden) mit Zellen einer unsterblichen Tumorzelllinie
unter Verwendung somatischer Zellhybridisierungs-Verfahren hergestellt.
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Die
neuen, hierin beschriebenen monoklonalen Antikörper wurden hergestellt durch
Immunisierung von Mäusen
mit menschlichen H3922 Brustkarzinomzellen, die mit Neuraminidase
vorbehandelt waren. Für die
Immunisierung mit menschlichen H3922 Brustkarzinomzellen werden
die Tiere wenigstens einmal mit 107 Zellen
des Immunogens intraperitoneal inokuliert. Die Tiere werden dann
zwei oder mehrere Male mit dem Immunogen geboostet. Mehrere Tage
nach dem letzten Boost werden die Milzen der Tiere geerntet, und
eine Suspension von Milzzellen wird für die Fusion mit Maus-Myelomzellen
unter Verwendung bekannter Fusionstechniken hergestellt.
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Man
lässt die
aus dem Fusionsprozess resultierenden Hybridome wachsen. Danach
werden die resultierenden Überstände unter
Verwendung von Immunoassay-Verfahren gescreent, um im Überstand
vorliegende Antikörper
zu detektieren, die in der Lage sind, an das spezifische Antigen
zu binden (Hardy RR (1986) Purification and characterization of
monoclonal antibodies. In: Weir DM und Herzenberg LA (Hrsg.) Handbook
of Experimental Immunology, 4. Aufl., Bd. 1, S. 13. Oxford: Blackwell
Scientific Publications; Engvall E und Perlmann P (1971) Enzyme
linked immunosorbent assay (ELISA): quantitative assay of immunoglobulin
G. Immunochemistry 8, 871).
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Erfindungsgemäße rekombinante
Proteine
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Es
sollte Routine sein, rekombinante Proteine herzustellen, die an
dieselbe antigene Determinante wie der BR110 Antikörper zu
binden vermögen.
Die Identifizierung rekombinanter Proteine, welche dieselbe Bindungsstelle
erkennen, beinhaltet lediglich das Erstellen von Kompetitionsassays,
bei denen die erfindungsgemäßen Antikörper mit
einem anderen Antikörper
um das Ziel konkurrieren (Belanger L, Sylvestre C und Dufour D (1973)
Enzyme linked immunassay for alpha fetoprotein by competitive and
sandwich procedures. Clinica Chimica Acta 48, 15). Kompetitionsassays
stellen Routine dar und deren Protokolle sind allgemein bekannt
(E. Harlow und D. Lane, Hrsg., „Antibodies a laboratory manual" 1988, Seiten 567–577).
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Klassen,
Isotypen und andere Varianten des erfindungsgemäßen Antikörpers, welche die Antigen-bindende
Region des BR110 Antikörpers
aufweisen, können
unter Verwendung rekombinanter Class-Switching und Fusionstechniken,
welche dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden (Winter G und
Milstein C (1991) Man-made antibodies. Nature 349, 293–299. Pluckthun
A (1991) Antibody engineering: advances from the use of Escherichia
coli expression systmes. Bio/Technology 9, 545–551. Moore GP (1989) Genetically
engineered antibodies. Clinical Chemistry 35, 1849–1853).
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Die
vorliegende Erfindung stellt BR110 Fusionsproteine bereit. Allgemeine
Verfahren zur Konstruktion von Expressionsvektoren für Fusionsproteine
sind allgemein bekannt (Ernst Winnacker, „From Genes to Clones: Introduction
to Gene Technology" Kapitel
7, 1987 auf den Seiten 239–317).
Ein allgemeiner Ansatz für
die Konstruktion von Expressionsvektoren, welche die Synthese von
Fusionsproteinen steueren, sieht beispielsweise folgendermaßen aus.
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Das
Ausgangsmaterial kann ein cDNA-Klon sein, bei dem das Gen von Interesse
aus einem Vektor entfernt wurde. Unter Verwendung von Methoden,
die dem Fachmann bekannt sind, wird eine Restriktionsschnittstelle
in die Nähe
eines Starkcodons positioniert. Der nächste Schritt ist ein Verdauungsschritt,
der DNA-Fragmente asymmetrisch schneidet. Das erhaltene Gemisch
aus DNA-Fragmenten wird dann in einen Vektor kloniert. Selbstverständlich muss
eine Schnittstelle innerhalb des Polylinkers des gewählten Vektors vorhanden
sein. Da ein weites Spektrum von Vektoren verfügbar ist, sollte es nicht schwierig
sein, einen geeigneten Vektor zu finden, der die gewünschten
Schnittstelle enthält.
Sobald ein geeigneter Klon identifiziert ist, kann die Schnittstelle
für die
Insertion des Gens von Interesse verwendet werden, welches aus dem
ursprünglichen
cDNA-Klon erhalten werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt chimäre BR110 Proteine bereit. Die
Herstellung eines chimären
BR110 Proteins, welches an dieselbe antigene Determinante wie der
BR110 Antikörper
zu binden vermag, stellt Routine dar (Morrison, S. L. Johnson, M.
J., Herzenberg, L. A., and Oi, V. T. (1984). Chimeric human antibody
molecules: Mouse antigen-binding domains with human constant region
domains. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 6851–6855, Morrison, S. L. (1985).
Transfectomas provide novel chimeric antibodies. Science 229, 1202–1207).
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Genmanipulation
kann verwendet werden, um chimäre
Immunglobuline zu erzeugen durch (1) Verbinden des variablen schweren
Gensegments (VH) aus dem Nagetier mit den
menschlichen Gensegmenten für die
konstante Region der schweren Kette, um ein Genkonstrukt der schweren
Kette zu erzeugen, (2) Verbinden des variablen leichten (VL) Gensegments aus dem Nagetier mit einem
menschlichen konstanten leichten (CL) Exon,
um das Genkonstrukt der leichten Kette zu erzeugen, und (3) Transfektion
der Genkonstrukte sowohl der schweren als auch der leichten Kette
in eine Myelomazelllinie (Fell et al., in Proc. Natl. Acad. Sci.
USA 86: 8507–8511
(1989); Morrison, S. L., Johnson, M. J. Herzenberg, L. A., and Oi,
VT. (1984). Chimeric human antibody molecules: Mouse antigen-binding
domains with humans constant region domains. Proc. Natl. Acad. Sci.
USA 81: 6851–6855).
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Im
Prinzip kann jede variable Domäne
aus dem Nagetier mit jedem menschlichen Isotyp der konstanten Region
zusammengebracht werden, so dass die optimale Kombination von Antigenspezifität und Effektorfunktionen
(beispielsweise Komplementfixierung und ADCC (Antikörper-abhängige zellvermittelte
Zytotoxizität)
selektiert werden kann (Morrison, S. L. (1985). Transfectomas provide
novel chimeric antibodies. Science 229, 1202–1207).
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Falls
erforderlich, kann eine Feinabstimmung der Konstrukte durch Einführung von
Punktmutationen in die Gensegmente für die variablen Regionen erreicht
werden, welche die Affinität
des chimären
Antikörpers für seinen
Liganden verändern
(Kunkel, T. A., 1985, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 32; 488–492; Kunkel,
T. A., et al., 1987, Methods Enzymol. 154: 367–382).
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Um
alle Maus-Eigenschaften des BR110 Liganden zu verringern oder zu
beseitigen, können
unter Verwendung molekularer Manipulationen und von Transfektomtechologie
humanisierte Versionen hergestellt werden (Co, M. S., Deschamps,
M., Whitley, R. J., und Queen, C. (1991). Humanized antibodies for
antiviral therapy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 2869–2873).
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In
Abhängigkeit
vom gewünschten
therapeutischen Effekt können
verschiedene Isotypen der menschlichen schweren Kette für den humanisierten
Antikörper
gewählt
werden. Wenn beispielsweise die Zerstörung der Zielzelle gewünscht ist,
kann die menschliche konstante IgG1 Region ausgewählt werden,
da sie von FcgR I, FcgR II und FcgR III erkannt wird und ADCC vermittelt
(Anderson, C. L., and Looney, R. J. (1986). Human leukocyte IgG
Fc receptors. Immunol. Today 7, 264–266).
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Chimäre Antikörper mit
unterschiedlichen Effektorfunktionen wurden durch Verbinden verschiedener Sequenzen
mit solchen, welche die Antigen-bindende Region kodieren, hergestellt.
Diese unterschiedliche Sequenzen umfassen Enzyme (Neuberger et al.,
Nature 312: 604 (1984)), konstante Regionen von Immunglobulinen
anderer Arten und konstante Regionen anderer Immunglobulinketten
(Sharon et al., Nature 309: 364 (1984); Tan et al., J. Immunol.
135: 3565–3567
(1985)).
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In
anderen Situationen wie beispielsweise bei diagnostischen Bildgebungsverfahren,
Antikörper-Rezeptor-Blockierung
oder Antikörper-vermitteltem
Wirkstofftransport, können
Isotypen, die Fc-Rezeptoren schlecht (oder gar nicht) binden und/oder
bezüglich
Komplement-vermittelter Lyse relativ ineffektiv sind (wie beispielsweise
IgG2, IgG4 oder IgA), die Isotypen der Wahl sein.
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Molekulare
Manipulationen und Transfektomtechnologie sind beliebte Verfahren,
um Nagetier-Antikörper
mit interessanten Spezifitäten
zu "humanisieren". Diese chimären Nagetier-Mensch
Antikörper
sollen weniger antigen und brauchbarer für die menschliche Therapie
sein (Co, M. S., Deschamps, M., Whitley, R. J., und Queen, C. (1991).
Humanized antibodies for antiviral therapy. Proc. Natl. Acad. Sci.
USA 88, 2869–2873).
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Im
Allgemeinen umfasst ein Beispiel für ein Verfahren, welches zur
Herstellung chimärer
Antikörper verwendet
werden kann, die folgenden Schritte:
- a) Identifizierung
und Klonierung des korrekten Gensegments, das für den Antigen-bindenden Teil des
Antikörpers
kodiert; dieses Gensegment (bekannt als die VDJ, d. h. variable,
Diversitäts-
und verbindende Regionen für
schwere Ketten oder VJ-, d. h. variable, verbindende Regionen für leichte
Ketten oder einfach als die V oder variable Region) kann entweder
in der cDNA- oder der genomischen Form vorliegen;
- b) Klonierung des Gensegments, das die konstante Region oder
den gewünschten
Teil davon kodiert;
- c) Ligation der variablen Region mit der konstanten Region,
so dass der vollständige
chimäre
Antikörper
in einer transkribierbaren und translatierbaren Form kodiert ist;
- d) Ligation dieses Konstrukts in einen Vektor, der einen selektierbaren
Marker und Gensteuerungsregionen wie beispielsweise Promotoren,
Enhancer und Poly(A)Additionssignale enthält;
- e) Amplifikation dieses Konstrukts in Bakterien;
- f) Einführen
dieser DNA in eukaryotische Zellen (Transfektion), meistens in Lymphozyten
von Säugetieren;
- g) Selektion auf Zellen, die den selektierbaren Marker exprimieren;
- h) Screening auf Zellen, die den gewünschten chimären Antikörper exprimieren;
- k) Testen des Antikörpers
auf geeignete Bindungsspezifität
und Effektorfunktionen.
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Andere
Verfahren zur Herstellung chimärer
Antikörper
sind dem Fachmann allgemein bekannt.
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Die
Identifizierung chimärer
Antikörper,
welche die Bindungstelle des BR110 Antikörpers erkennen, stellt Routine
dar, und kann z. B. über
Kompetitionsassays erfolgen (E. Harlow and D. Lane, Hrsg., "Antibodies a laboratory
manual" 1988, Seiten
567–577).
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Der
erfindungsgemäße monoklonale
Antikörper
BR110 kann auch hergestellt werden, indem die variablen Regionen
des BR110 Liganden und eine menschliche konstante Region mit chemischen
Mittel chemisch konjugiert werden, z. B. Konjugation mit (2) Disulfiderzeugenden
Agentien wie beispielsweise 3-(2-Pyridyldithio)propionat (SPDP),
(2) Thioether-Bindungen,
(3) aktiviertes Chlorambucil, (4) säurelabilen und durch Licht
spaltbaren Quervernetzern, und (5) Avidin-Biotin-Bindungen (Stevenson,
F. K., Bell, A. J., Cusack, R., Hamblin, T. J., Slade, C. J., Spellerberg,
M. B., und Stevenson, G. T. (1991). Preliminary studies for an immunotherapeutic
approach to the treatment of human myeloma using chimeric anti-CD38
antibody. Blood 77, 1071–1079;
S. Wong "Chemistry
of Protein Conjugation and Cross-Linking" (1993) CRC Press, Inc.).
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Andere
Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Liganden sind möglich (Liu,
A. Y., Robinson, R. R., Murray, E. D. Jr., Ledbetter, J. A., Hellstrom,
I., und Hellstrom, K. E. (1987a). Production of a mouse-human chimeric
monoclonal antibody to CD20 with potent Fc-dependent biologic activity. J. Immunol. 139,
3521–3526).
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch bispezifische BR110 monoklonale
Antikörper
bereit. Die Herstellung bispezifischer BR110 monoklonaler Antikörper, die
in der Lage sind, dieselbe antigene Determinante wie der BR110 Antikörper zu
binden, stellt Routine dar (Haber et al., 1990; Wels, W., Harwerth,
I. M., Zwickl, M., Hardman, N., Groner B., Hynes, N. E. (1992) Construction,
bacterial expression and characterization of a bifunctional single-chain
antibody phosphatase fusion protein targeted to the human ERBB-2
receptor. Biotechnology 10: 1128–1132; A. Traunecker et al.
(1991) EMBO Journal 10(12): 3655–3659).
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Erfindungsgemäße BR110
Antikörperfragmente
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BR110
Antikörperfragmente
umfassen Fv-Moleküle,
Fab-Moleküle,
Fab'-Moleküle, F(ab')2-Moleküle.
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Der
BR110 Ligand aus der Maus mit der ATCC Nr. 11698 kann über Affinitätschromatographie
aus Aszitesflüssigkeit
der Maus aufgereinigt werden. F(ab')2-Fragmente können durch
Verdauen von aufgereinigtem BR110 monoklonalen Antikörper mit
Pepsin nach Lamoyi, "Preparation
of F(ab')2 Fragments from Mouse IgG of Various Subclasses", Meth. Enzymol.
121: 652–663
(1986) erzeugt werden.
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Alternativ
können
F(ab')2-Fragmente
durch Mittel der Genmanipulation unter Verwendung von Routineverfahren
hergestellt werden (Mayforth R. D., Quintans, J. (1990) Current Concepts:
Designer and catalytic antibodies. New Engl. J. Med. 323: 173–178; Waldmann,
T. A. (1991) Monoclonal antibodies in diagnosis and therapy. Science
252: 1657–1662;
Winter, G., Milstein, C. (1991) Man-made Antibodies. Nature 349:
293–299; Morrison,
S. L. (1992) In Vitro antibodies: strategies for production and
application. Ann. Rev. Immunol. 10: 239–266; Haber et al. 1990; Wels,
W., Harwerth, I. M., Zwickl, M., Hardman, N., Groner B., Hynes,
N. E. (1992) Construction, bacterial expression and characterization
of a bifunctional single-chain antibody phosphatase fusion protein
targeted to the human ERBB-2 receptor. Biotechnology 10: 1128–1132; A.
Traunecker et al. (1991) EMBO Journal 10(12) 3655–3659).
-
Die
Bindung des ganzen BR110 Liganden kann von der Bindung von F(ab')2-Fragmenten
durch Verwendung von Meerrettichperoxidase (HRP)-konjugiertem Protein
A unterschieden werden, welches an den ganzen Antikörper bindet,
aber nicht an die F(ab')2-Fragmente.
-
BR110
Fab-Fragmente können
durch proteolytische Spaltung des intakten BR110 Antikörpers beispielsweise
unter Verwendung von Papain hergestellt werden (Parham, P., 1986
Preparation and purification of active fragments from mouse monoclonal
antibodies. In "Handbook
of experimental immunology. In four volumes" Volume 1 "Immunochemistry" (Hrsg. D. W. Weir et al.) Seiten 14.1–14.23,
Blackwell Scientific Publishers, Oxford.) Parham P (1986) Preparation
and purification of active fragments from mouse monoclonal antibodies.
In: Weir DM and Herzenberg LA (Hrsg.) Handbook of Experimental Immunology,
4 Aufl. Bd. 1, S. 14. Oxford: Blackwell Scientific Publications).
-
Alternativ
können
Fab-Fragmente durch Mittel der Genmanipulation unter Verwendung
von Routineverfahren hergestellt werden (Huse et al. 1989 "Generation of a large
combinatorial library of the immunoglobulin receptor in phage lambda" Science 246: 1275–1281).
-
PROTOKOLL FÜR DIE KONSTRUKTION
UND AUFREINIGUNG VON BR110 LIGANDENKONJUGATEN UND FUSIONSPROTEINEN
-
Die
Erfindung stellt BR110 Immunkonjugate bereit, die einen BR110 Liganden
umfassen, der mindestens mit einem Teil eines biologisch oder chemisch
aktiven Moleküls
verknüpft
ist (Batra et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 8545–8549 (1989);
Kondo et al., J. Biol. Chem. 263: 9470–9475 (1988); and Batra et
al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 8545–8549 (1989). Das biologisch
oder chemisch aktive Molekül,
beispielsweise ein zytotoxisches Agens, kann das Zellwachstum inhibieren
oder stoppen oder anderweitig zum Nachteil der Zelle wirken.
-
In Übereinstimmung
mit der Ausführung
der Erfindung umfassen biologisch oder chemisch aktive Moleküle, ohne
darauf beschränkt
zu sein, ein Enzym, Lymphokin, ein Toxin, ein paramagnetisches Isotop,
Biotin, ein Fluorophor, ein Chromophor, ein Schwermetall, ein Radioisotop
oder ein chemotherapeutisches Agens. Geeignete Beispiele für Toxine
umfassen, ohne darauf beschränkt
zu sein, Pseudomonas Exotoxin, Ricin, Bryodin und Diphtherie-Toxin.
Zusätzliche
Beispiele umfassen Bleomycin, Daktinomycin, Daunorubicin, Doxorubincin,
Mitroxantron, Mitomycin, Cisplatin und Procarbazin.
-
Dem
Fachmann bekannte Verfahren der Genmanipulation können wie
hierin beschrieben verwendet werden, um rekombinante Immunotoxine
herzustellen, die durch Ligation einer die Antigen-bindende Region von
BR110 kodierenden DNA-Sequenz mit einer DNA-Sequenz, die ein biologisch oder chemisch
aktives Molekül
kodiert, auf DNA-Ebene und Exprimieren des zytotoxischen Moleküls als rekombinantes
Protein in einer tranformierten Wirtszelle produziert werden. Rekombinante
Immunotoxine sind homogene Moleküle,
welche die Spezifität
des zellbindenden Teils des BR110 Antikörpers zusammen mit dem zytotoxischen
Potential des Toxins beibehalten (Kondo et al, J. Biol. Chem. 263:
9470–9475
(1988); Siegall et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 9738–9742 (1988)
Pastan, I., und FitzGerald, D. (1991). Recombinant toxins for cancer
treatment. Science 254., 1173–1177.
Pastan, I., Willingham, M. C., und FitzGerald, D. J. (1986). Immunotoxins.
Cell 47, 641–648).
-
Rekombinante
Immunkonjugate, insbesondere Single-Chain-Immunkonjugate haben insofern
einen Vorteil gegenüber
Wirkstoff/Antikörper-Konjugaten,
als dass sie einfacher als diese Konjugate hergestellt werden können und
eine Population homogener Moleküle
erzeugen, d. h. einzelne Polypeptide, die aus den gleichen Aminosäureresten
zusammengesetzt sind (Trail, P. A., et al. Cure of xenografted human
carcinomas by BR96-doxorubicin
immunoconjugates. Science. 261: 212–215, 1993). Wenn das biologisch
oder chemisch aktive Molekül
ein Toxin oder Wirkstoff ist, ist das Konjugat wirksamer als sein
nicht-konjugiertes Gegenstück.
-
D. VERWENDUNGEN DER ERFINDUNGSGEMÄßEN LIGANDEN
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Detektion von BR110
Antigen in Gewebeschnitten eines Individuums bereit. Bei der Ausführung der
vorliegenden Erfindung kann das Individuum ein Mensch, Pferd, Schwein,
Rind, eine Maus, ein Hund, eine Katze oder ein Vogel sein. Andere
warmblütige
Tiere sind ebenfalls einbezogen.
-
Dieses
Verfahren umfasst das In-Kontakt-Bringen der Gewebeschnitte mit
dem erfindungsgemäßen monoklonalen
Antikörper.
Die Bedingungen, unter denen die Gewebeschnitte mit dem erfindungsgemäßen monoklonalen
Antikörper
in Kontakt gebracht werden, sind dergestalt, dass Bindung unter
Komplexbildung erfolgt. Nach der Bildung des Komplexes kann das
Antigen unter Verwendung allgemein bekannter und entwickelter Methoden
und kommerzieller Systeme detektiert werden. (Gatter KC, Falini
B and Mason DY (1984) The use of monoclonal antibodies in histopathological
diagnosis. Recent Advances in Histopathology 12, 35; Boeckmann E,
Baum RO, Schuldes H, Kramer W, Hertel A, Baew-Christow T, Hanke P, Jonas D and Hör G (1990)
Tumour imaging of bladder carcinomas and their metastases with 111In-labelled monoclonal anti-CEA antibody
BW 431/26. British Journal of Cancer 62 (Suppl.), 81).
-
In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
stammt der Gewebeschnitt aus Brustgewebe, und das neoplastische
Gewebe ist ein Brustkarzinom. Alternativ ist das Gewebe Kolongewebe,
und das neoplastische Gewebe ist ein Adenokarzinom. Das Gewebe ist
weiterhin Lungengewebe, und das neoplastische Gewebe ist ein Lungenkarzinom.
In einer weiteren Ausführungsform
ist das Gewebe auch Eierstock-Gewebe, und das neoplastische Gewebe
ein Eierstock-Karzinom.
-
Im
Allgemeinen bestehen die Gewebeschnitte aus einem Gewebe, bei dem
normales Gewebe durch das Fehlen oder durch niedrige Konzentrationen
des BR110 Antigens und, neoplastisches Gewebe durch das Vorhandensein
hoher Konzentrationen des BR110 Antigens charakterisiert ist.
-
Bei
der Ausführung
der Erfindung kann der an die Gewebeschnitte gebundene monoklonale
Antikörper
unter Verwendung eines an den Antikörper angefügten markierten Markers direkt
detektiert werden. Alternativ kann der an die Gewebeschnitte gebundene
monoklonale Antikörper
durch In-Konakt-Bringen des monoklonalen Antikörpers mit einem zweiten Antikörper detektiert
werden. Der zweite Antikörper
kann mit einem detektierbaren Marker markiert sein. Nach dem Kontakt
bildet der an die Gewebeschnitte gebundene monoklonale Antikörper einen
Komplex mit dem zweiten Antikörper.
Der Komplex wird über
Detektion des zweiten derart gebundenen Antikörpers detektiert.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung
des Unterschieds des Grads der Verteilung von BR110 Antigen in Gewebeschnitten
aus zu testendem neoplastischem Gewebe relativ zur Menge und Verteilung
von BR110 Antigen in Gewebeschnitten aus normalen Gewebe bereit.
Dieses Verfahren umfasst das In-Kontakt-Bringen sowohl des zu testenden Gewebes
als auch des normalen Gewebes mit dem erfindungsgemäßen monoklonalen
Antikörper,
so dass die Detektion wie vorstehend beschrieben durchgeführt werden
kann. Nachdem die Detektion durchgeführt wurde, kann eine Bestimmung
des Unterschieds der Menge und Verteilung von BR110 Antigen vorgenommen
werden. Diese Bestimmung ist eine quantitative Bestimmung, d. h.
eine Zählung
der Anzahl der so detektierten Antigene oder eine visuelle Bestimmung,
d. h. eine Bestimmung, welche Probe dunkler oder heller ist, oder
eine bestimmte Farbe aufweist, usw.
-
Die
Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Diagnostizieren eines
neoplastischen Zustands in einem Individuum bereit. In einer Ausführungsform
umfasst dieses Verfahren die Bereitstellung einer Gewebeprobe des
Individuums. Die Gewebeprobe wird dann mit dem erfindungsgemäßen Antikörper in
Kontakt gebracht, so dass das Vorhandensein des BR110 Antigens in
solchen Gewebeschnitten die Bildung eines Komplexes zwischen dem
Antikörper
und dem Antigen bewirken wird. Das Vorhandensein des Komplexes wird
detektiert. Wenn in der Probe eine höhere Konzentration des Komplexes
detektiert wird als in normalem Gewebe, dann zeigt diese Konzentration
einen neoplastischen Zustand an, und kann weitere Tests rechtfertigen.
-
Alternativ
kann die Detektion eines Tumors durch Verwendung einer biologischen
Flüssigkeitsprobe erreicht
werden, um menschlichen Krebs in einem Individuum zu detektieren.
Verfahren der serologischen Diagnostik beinhalten die Detektion
und Quantifizierung Tumor-assoziierter Antigene, die in das Serum
oder andere biologische Flüssigkeiten
von Patienten sekretiert oder "ausgeschieden" wurden, von denen
man annimmt, dass sie an einem Karzinom leiden. Solche Antigene
können
in den Körperflüssigkeiten
unter Verwendung von Verfahren wie beispielsweise Radioimmunassays
(RIA) oder enzymgebundenen Immunsorbentassays (ELISA), die dem Fachmann
bekannt sind, detektiert werden, bei denen ein mit dem "abgeschiedenen" Antigen reaktiver
Antikörper
verwendet wird, um das Vorhandensein des Antigens in der Flüssigkeitsprobe
zu detektieren (Uotila et al., "Two-Site
Sandwich ELISA With Monoclonal Antibodies To Human AFP", J. Immunol. Methods,
42: 11 (1981) and Allum et al., supra Seiten 24–51).
-
Aus
dem vorstehenden Ausführungen
ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen BR110 Antikörper in
den meisten Assays verwendet werden können, die Antigen-Antikörper-Reaktionen beinhalten.
Diese Assays umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Standard-RIA-Verfahren, sowohl
in flüssiger
als auch fester Phase, ebenso wie ELISA-Assays, Immunfluoreszenzverfahren
und andere immunzytochemische Assays (Sikora et al. (Hrsg.), Monoclonal
Antibodies, Seiten 32–52
(Blackwell Scientific Publications 1984).
-
VERABREICHUNG VON BR110
LIGANDEN AN LEBEWESEN
-
Die
BR110 Liganden können
in einer Menge an Lebewesen verabreicht werden, die ausreicht, um
die Proliferation der Zielzellen zu verlangsamen oder sie völlig abzutöten. Dem
Fachmann ist klar, dass ein optimales Schema für die Verabreichung von BR110
Liganden in Abhängigkeit
vom Individuum, der Größe und dem
Gewicht des Individuums und der Schwere der Krankheit variiert (G.
Goodman, et al., J. Clin. Oncol., 8, 1083 (1990). (Nedelman, MA,
Shealy DJ, Boulin R, Brunt E, Seasholtz JI, Allen E, McCartney JE,
Warren FD, Oppermann H, Pang RHL, Berger HJ and Weisman HF (1993)
Rapid infant imaging with a Technetium-99m-labelled anti-myosin
recombinant single-chain Fv: evaluation in a canine model of acute
myocardial infarction. Journal of Nuclear Medicine 34, 234. Courtnay-Luck,
N. S., and Epenetos, A. A. (1990). Targeting of monoclonal antibodies
to tumors. Curr. Opinion Immunol. 2, 880–883). Letztendlich wird die
Verwendung und das Schema der Verabreichung vom behandelnden Arzt
bestimmt werden. Klinische Protokolle zur Bestimmung von Dosierungsbereichen
und Schemata sind Standard.
-
ERFINDUNGSGEMÄßE ANTIKÖRPER UMFASSENDE
ZUSAMMENSETZUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung stellt Zusammensetzungen bereit, die einen
erfindungsgemäßen monoklonalen
Antikörper
umfassen, an den ein biologisch oder chemisch aktives Agens angefügt ist.
-
In
einer Ausführungsform
ist das biologisch oder chemisch aktive Agens ein Toxin. Das Toxin
ist ausgewählt
aus der Gruppe, die, ohne darauf beschränkt zu sein, Ricin, Diphtherie-Toxin, Pseudomonas
Exotoxin-A, Abrin, Supporin und Gelonin umfasst.
-
Alternativ
umfasst das biologisch oder chemisch aktive Agens ein Enyzm, einen
Wirkstoff oder ein DNA-Fragment (Nedelman, MA, Shealy DJ, Boulin
R, Brunt E, Seasholtz JI, Allen E, McCartney JE, Warren FD, Oppermann
H, Pang RHL, Berger HJ and Weisman HF (1993) Rapid infant imaging
with a Technetium-99m-labelled anti-myosin recombinant single-chain Fv:
evaluation in a canine model of acute myocardial infarction. Journal
of Nuclear Medicine 34, 234).
-
Das
Anfügen
des Enzyms, des Wirkstoffs oder DNA-Fragments an monoklonale Antikörper ist
allgemein bekannt (Pollard-Knight D, Hawkins E, Yeung D, Pashby
DP, Simpson M, McDougall A, Buckle P and Charles SA (1990) Immunoassays
and nucleic acid detection with a biosensor based on surface plasmon
resonance. Annales de Biologie Clinique 48, 642; Kronick MJ and
Little WA (1974) A new immunosassay based on fluorescent excitation
by internal reflection spectroscopy. Proceedings of the National
Academy of Sciences USA 71, 4553).
-
VORTEILE DER ERFINDUNG
-
Die
erfindungsgemäßen Antikörper sind
wie andere Antikörper,
die menschliche Tumor-assoziierte Antigene erkennen, zusätzliche
Elemente im Arsenal der diagnostischen und therapeutischen Agenzien
im Kampf gegen die Krankheit.
-
Der
BR110 Ligand ist nicht nur deswegen brauchbar, weil er ein Tumor-spezifischer
Antikörper
ist, sondern auch, weil er ein internalisierender Antikörper ist.
Antikörper
dieses Typs finden Anwendung bei therapeutischen Verfahren zum selektiven
Töten von
Zellen unter Verwendung von Antikörper-Wirkstoff- oder Antikörper-Toxin-Konjugaten
("Immuntoxine"), bei denen ein
therapeutisches Antitumor-Agens zum Transport zum Tumor chemisch
oder biologisch mit einem Antikörper
oder Wachstumsfaktor verbunden ist, wobei der Antikörper an
das Tumor-assoziierte Antigen oder den Rezeptor, gegen den es reaktiv
ist, bindet und das Antitumor-Agens innerhalb der Tumorzellen "abliefert" (Embleton et al., "Antibody Targeting
Of Anti-Cancer Agents", in
Monoclonal Antibodies For Cancer Detection and Therapy, Seiten 317–44 (Academic
Press, 1985)).
-
Zum
vollständigeren
Verständnis
der hierin beschriebenen Erfindung werden die nachfolgenden Beispiele
angeführt.
Diese Beispiele dienen der Veranschaulichung, ohne in irgendeiner
Weise den Schutzumfang zu beschränken.
-
BEISPIEL 1
-
Herstellung des monoklonalen
Antikörpers
BR110
-
Der
erfindungsgemäße monoklonale
Antikörper
BR110 wurde unter Verwendung von Verfahren der Hybridom-Fusion hergestellt,
wie sie zuvor von M. Yeh et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (1979),
supra und Yeh et al., Int. J. Cancer (1982), supra, beschrieben
wurden.
-
Um
es kurz zusammenzufassen, wurden BALB/c Mäuse unter Verwendung von Neuramindase-vorbehandelten
menschlichen H3922 Brustkarzinomzellen (107 Zellen)
immunisiert. Die Mäuse
erhielten mehrfache Immunisierungen (x6). Beim ersten Mal erhielten
die Mäuse
eine intraperitoneale Injektion unter Verwendung von RIBI Adjuvans.
Beim zweiten bis zum sechsten Mal erhielten die Mäuse eine
intraperitoneale Injektion ohne RIBI Adjuvans.
-
Die
jedes Mal injizierte Gesamtzahl von Zellen betrug ungefähr 107 Zellen. Vier Tage nach der letzten Immunisierungen
wurden die Milzen entnommen und Milzzellen in RPMI-Kulturmedium suspendiert.
Die Milzzellen wurden dann in Gegenwart von Polyethylenglykol (PEG)
mit P2x63-Ag8.653 Mausmyelomzellen fusioniert und die Zellsuspension
in Mikrotiter-Wells
wie von Yeh et al., supra (siehe auch Kohler und Milstein, Nature
256: 495–97
(1975) und Eur. J. Immunol., 6: 511–19 (1976)] beschrieben selektiv
in HAT-Medium kultiviert. Das Gemisch wurde zur Bildung von Kulturen
niedriger Dichte ausgesät,
die von einzelnen fusionierten Zellen oder Klonen abstammten.
-
Die Überstände dieser
Hybridom-Kulturen wurden dann auf direkte Bindungsaktivität auf der
Krebszelllinie, H3922, unter Verwendung eines ELISA-Assays gescreent,
der dem von Douillard et al., "Enzyme-Linked
Immunosorbent Assay For Screening Monoclonal Antibody Production
Using Enzyme-Labeled Second Antibody", Meth. Enzymol., 92: 168–74 (1983) ähnlich war.
-
Gemäß diesem
Assay wird Antigen (mit dem der Antikörper, auf den gescreent wird,
reaktiv ist) auf Miktrotiterplatten immobilisiert und dann mit Hybridomüberständen inkubiert.
Wenn ein Überstand
den gewünschten
Antikörper
enthält,
bindet der Antikörper
an das immobilisierte Antigen und wird durch Zugabe eines Anti-Immunglobulin-Antikörper-Enzymkonjugats und
eines zu einer messbaren Änderung
der optischen Dichte führenden
Substrats für
das Enzym detektiert.
-
In
den vorliegenden Untersuchungen wurden die Brustkrebszelllinie H3922
und menschliche Fibroblasten in eine 96-Well-Zellkulturplatte (Costar
Cambridge, MA) gegeben und über
Nacht in einem feuchten Inkubator bei 37°C, 5% CO2,
inkubiert.
-
Die
Zellen wurden dann mit 100 μl
frisch angesetztem 2% Paraformaldehyd fixiert, 15 min bei Raumtemperatur
inkubiert und anschließend
mit Probenverdünner
(Genetic Systems, Seattle, WA) 1 h bei Raumtemperatur blockiert,
wobei dies die Inkubationsbedingung für den gesamten Assay war. Nach
Waschen mit PBS wurden dann Hybridomüberstände oder aufgereinigter Antikörper zugegeben
und 1 h inkubiert. Die Platten wurden mit PBS gewaschen und ein
in Kulturmedium (IMDM, Gibco, NY 10% FBS) verdünnter MAb (Ziege-Anti-Maus IgG/M,
Tango Burlingname, CA) für
den zweiten Schritt wurde zugegeben und 1 h inkubiert. Nach einem
Waschschritt wurde gepuffertes Substrat (Genetic Systems) zugegeben
und die Reaktion mit Stoppreagenz (Genetic Systems) nach einer Inkubationsdauer
von 15 min gestoppt. Die Extinktion wurde bei OD 450/630 nm (Dynatech
Microelisa Autoreader) abgelesen.
-
Die Überstände aus
den Hybridomkulturen wurden dann mit 100 μl/Well zugegeben, die Wells
1 h bei Raumtemperatur inkubiert und die Zellen dreimal mit PBS
gewaschen. In einem nächsten
Schritt wurde in 0,1% BSA und PBS verdünnte Ziege-Anti-Maus-Meerrettichperoxidase
(Zymed, CA) bis auf eine Konzentration von 100 μl/Well zugegeben. Das Reaktionsgemisch
wurde entweder 1 h bei Raumtemperatur oder 30 min bei 37°C inkubiert
und die Zellen dann dreimal mit PBS gewaschen. o-Phenylendiamin
(OPD) wurde dann mit 100 μl/Well
zugegeben und die Platten im Dunklen 5–45 min bei Raumtemperatur
inkubiert.
-
Antikörperbindung
an die Zellen wurde über
eine Farbänderung
in den Wells detektiert, die innerhalb von 10–20 min auftrat. Die Reaktion
wurde durch Zugabe von 100 μl/Well
H2SO4 gestoppt und
die Extinktion in einem Dynatech (Alexandria, VA) Microelisa autoreader® bei
490 nm gemessen.
-
Dieser
Assay kann unter Verwendung von kultivierten adhärenten lebenden oder fixierten
Zellen, lebenden oder fixierten Zellen in Suspension, aufgereinigtem
löslichem
Antigen und Zellextrakten als dem immobilisierten Antigen durchgeführt werden.
-
Hybridome,
die Antikörper
mit einer Bindungsreaktivität
gegen die Krebszelllinie H3922, aber nicht gegen menschliche Fibroblasten
hervorbrachten, wurden somit selektiert, kloniert und die Spezifität der Subklone wurde
bestätigt.
Die Hybridom-Kultur wurde dann in vitro zur Antikörperproduktion
vermehrt. Wie vorstehend offenbart, wurde der Antikörper BR110 über Affinitätschromatographie
auf immobilisiertem Protein A (RepliGen, Cambridge, MA) vom Hybridom-Überstand
aufgereinigt. Der endgültige
Formulierungspuffer war PBS, und der Antikörper wurde steril filtriert
und gekühlt
oder eingefroren bei –70°C gelagert.
-
Gegen
PBLs nicht reaktive Hybridome wurden kloniert, in vitro vermehrt
und weiter auf ihre Antikörperspezifität hin getestet.
Diejenigen Hybridome, die gegen menschlichen Brustkrebs reaktive
Antikörper
produzierten, wurden erneut kloniert, vermehrt und in 3-Monate alte,
mit Pristan geprimte BALB/C Mäuse
injiziert, wo sie zu Aszites-Tumoren heranwuchsen.
-
Gemäß diesem
Verfahren wurde die Hybridomzelllinie BR110 erhalten, kloniert und
in Mäuse
injiziert, um sich dort als Aszites-Tumor zu entwickeln. Wie vorstehend
offenbart, wurde das BR110 Hybridom bei der ATCC hinterlegt.
-
Monoklonaler
BR110 Antikörper
wurde über
Affinitätschromatographie
auf immobilisiertem rekombinantem Protein A (Repligen, Cambridge,
MA) aus Aszites aufgereinigt. Geklärter Aszites wurde mit einem
gleichen Volumen Bindungspuffer (1 M Kaliumphosphat, pH 8) verdünnt und
auf eine zuvor mit Bindungspuffer äquilibrierte Protein A-Säule aufgetragen.
-
Die
Säule wurde
ausgiebig mit Bindungspuffer gewaschen und der Antikörper dann
mit 50 mM Phosphorsäure,
pH 3, eluiert. Die aufgereinigte Antikörperfraktion wurde mit 1 M
Tris, pH 9, neutralisiert und dann gegen phosphatgepufferte Kochsalzlösung dialysiert.
-
Aufgereinigter
BR110 Ligand wurde schließlich
steril filtriert und gekühlt
oder eingefroren gelagert.
-
BEISPIEL 2
-
Charakterisierung des
monoklonalen Antikörpers
BR110
-
Bestimmung des Isotyps
-
Zur
Bestimmung der vom Hybridom BR110 produzierten Klasse von Immunglobulin
wurde das folgende ELISA-Verfahren verwendet: Dynatech Immulon 96-Well-Platten
wurden mit Ziege-Anti-Maus-Antikörpern der
Subklasse IgG (Southern Biotech, Birmingham, AL) bei einer Konzentration
von 1 mg/ml in PBS beschichtet und über Nacht bei 4°C inkubiert.
-
Auf
der Grundlage dieses Verfahrens wurde bestimmt, dass der monoklonale
Antikörper
BR110 den Isotyp Gamma 2a aufweist.
-
Immunhistologie
-
Das
Peroxidase-Antiperoxidase (PAP)-Verfahren nach L. A. Sternberger
wie in Immunochemistry, S. 104–69
(John Wiley & Sons,
New York, 1979) beschrieben und wie von H. J. Garrigues et al., "Detection Of A Human
Melanoma-Associated Antigen, S. 97, In Histological Sections Of
Primary Human Melanomas".
Int. J. Cancer, 29: 511–15
(1982) modifiziert, wurde für
die immunhistologischen Untersuchungen verwendet. Die Zielgewebe
für diese
Tests wurden durch Chirurgie erhalten und innerhalb von 4 h nach
der Entnahme unter Verwendung von in flüssigem Stickstoff vorgekühltem Isopentan
eingefroren.
-
Die
Gewebe wurden dann bis zur Verwendung in flüssigem Stickstoff oder bei –70°C gelagert.
Gefrorene Schnitte wurden hergestellt, luftgetrocknet, mit Aceton
behandelt und erneut getrocknet siehe [Garrigues et al., supra].
Schnitte für
die histologische Untersuchung wurden mit Hämatoxylin gefärbt.
-
Um
nicht-spezifischen Hintergrund zu verringern, wurden die Schnitte
mit normalem menschlichem Serum präinkubiert, das 1/5 in PBS verdünnt war
(H. J. Garrigues et al., "Detection
Of A Human Melanoma-Associated Anigen, S. 97, In Histological Sections
of Primary Human Melanomas",
Int. J. Cancer, 29: 511–15 (1982)).
Maus-Antikörper,
Kaninchen-Anti-Maus IgG und Maus PAP wurden in einer Lösung von
10% normalem menschlichem Serum und 3% Kaninchenserum verdünnt. Kaninchen-Anti-Maus
IgG (Sternberger-Meyer Immunochemicals, Inc., Jarettsville, MD)
wurde bei einer Verdünnung
von 1/50 verwendet. Maus-PAP-Komplexe (Sternberger-Meyer Immunochemicals,
Inc.), die 2 mg/ml spezifisch aufgereinigtes PAP enthielten, wurden
bei einer Verdünnung
von 1/80 verwendet.
-
Das
Färbeverfahren
bestand aus der Behandlung serieller Schnitte für 2,5 h mit entweder spezifischem
Antikörper,
d. h. BR110, oder einem Kontrollantikörper, 30-minütiger Inkubation
der Schnitte bei Raumtemperatur mit 1/50 verdünntem Kaninchen-Anti-Maus IgG,
worauf man die Schnitte 30 min bei Raumtemperatur 1/80 verdünnten Maus-PAP-Komplexen aussetzte.
Nach jeder Behandlung mit Antikörper
wurden die Objektträger
zweimal in PBS gewaschen.
-
Die
immunhistochemische Reaktion wurde durch Zugabe von frisch angesetztem
0,5% 3,3'-Diaminobenzidintetrahydrochlorid
(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) und 0,01% H2O2 in 0,05 M Tris-Puffer, pH 7,6, 8 min entwickelt
(Hellstrom et al., J. Immunol. 127: 157–60 (1981)). Die Färbung wurde
intensiviert, indem man das Präparat
20 min einer 1% OsO4-Lösung
in destilliertem Wasser aussetzte. Die Schnitte wurden mit Wasser gespült, in Alkohol
dehydratisiert, in Xylol geklärt
und auf Objetkräger
aufgetragen. Parallele Schnitte wurden mit Hämatoxylin gefärbt.
-
Die
Objektträger
wurden kodiert bewertet und die kodierten Proben durch einen unabhängigen Wissenschaftler überprüft. Repräsentative
Objektträger
wurden unter Verwendung von Optik für differentiellen Interferenzkontrast
(Zeiss-Nomarski) fotografiert. Der Grad der Antikörpertärbung wurde
bewertet mit 0 (keine Reaktivität),
+ (einige schwach positive Zellen), ++ (mindestens ein Drittel der
Zellen positiv), +++ (die meisten Zellen positiv), ++++ (annähernd alle
Zellen stark positiv). Da die Unterschiede zwischen Färbungen
mit der Stärke
+ und 0 weniger deutlich waren als die Unterschiede zwischen Färbungen
mit der Stärke
+ und ++, wurde eine mit ++ oder mehr bewertete Färbung als „positiv" erachtet. In Tumorproben
wurden sowohl neoplastische als auch Stromazellen beobachtet. Die
wiedergegebene Färbung
ist die der Tumorzellen, da Stromazellen überhaupt nicht oder viel schwächer als
die Tumorzellen gefärbt
wurden.
-
Tabelle
1 zeigt die immunhistologische Färbung
verschiedener Tumorproben und Normalgewebeproben unter Verwendung
des monoklonalen Antikörpers
BR110. Wie die Tabellen deutlich zeigen, reagiert der Antikörper BR110
mit einer großen
Auswahl menschlicher Karzinomproben.
-
Bindungsassays
-
Die
Erkennung von Zelloberflächenantigenen
durch den MAb BR110 wurde über
Immunfluoreszenz unter Verwendung eines Coulter Epics C FACS für eine Vielzahl
von Karzinomzelllinien festgestellt.
-
Einzelzellsuspensionen
wurden in Kulturmedium (IMDM Gibco, NY, 10% FBS) bei einer Konzentration von
5 × 105 bis 1 × 106 Zellen in Aliquots aufgeteilt. FITC-konjugierter
Mab BR110 wurde den resuspendierten Zellpellets bei einer Konzentration
von 10 μg/ml,
verdünnt
in Kulturmedium, zugegeben, worauf sich eine einstündige Inkubation
auf Eis anschloss. Nach Waschen der Zellen in Kulturmedium wurden
die Proben auf durchschnittliche Fluoreszenzintensität analysiert.
Bindungsverhältnisse
wurden berechnet, indem das lineare Fluoreszenzäquivalent (LFE) durch das LFE
der Negativkontrolle geteilt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4
gezeigt.
-
Bestimmung
der Antigenbindungsstellen pro Zelle
-
Zellbindungsassays
wurden mit FITC-konjugiertem MAb BR110 unter Verwendung der Zelllinien H3619
und H2987 durchgeführt,
worauf sich eine FACS-Analyse anschloss. Die durchschnittliche Fluoreszenzintensität wurde
nach Färbung
mit zweifachen Verdünnungen
des Antikörpers
50 auf 0,38 mg/ml ermittelt. Fluoreszierende Beads mit bekannter
Größe und Intensität ergaben
eine Standardkurve, die in die Berechnung der Fluoreszenzäquivalente
durch Antikörperbindung
einbezogen wurde. Für
beide Zelllinien wurde die Anzahl der Bindungsstellen mit 8 × 104 Stellen/Zelle bestimmt.
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BEISPIEL 3
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Internalisierung von BR110
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Um
zu bestimmen, ob BR110 durch Antigen-positive Karzinomzellen internalisiert
werden konnte, wurde ein indirekter Inhibitionsassay unter Verwendung
eines Ricin-A-Kettekonjugierten Antikörpers verwendet.
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Nach
diesem Assay ist die Inhibierung das H3-Thymidineinbaus in zelluläre DNA ein
Maß für die zytotoxische
Wirkung des verabreichten Konjugats und gibt die Internalisierung
der Ricin-A-Kette
durch die Karzinomzellen wieder.
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Karzinomzellen
wurden in einer Mikrotiterplatte mit 96 Wells mit 5 × 103 Zellen/Well ausplattiert und anschließend bei
37°C, 5%
CO2 über
Nacht inkubiert. Hybridom-Überstand
(unverdünnt
und in zehnfacher Verdünnung)
wurde der Kultur zugegeben und 1 Stunde auf Eis inkubiert. Nach
Waschen mit Kulturmedium wurde ein Ziege-Anti-Maus-IgG-Ricin-A-Kette-Antikörper (Inland
Laboratories, Austin, TX) bei einer Konzentration vom 5 mg/ml für eine Inkubationsdauer
von 42 h bei 37°C
zugegeben, woraufhin 50 μl
3H-Thymidin mit 1 mCi/Well zugegeben wurden und die Platte weitere
6 h bei 37°C
inkubiert wurde. Die Assay-Platten
wurden dann mehrere Stunden bei –70°C eingefroren, aufgetaut und
die Zellen unter Verwendung eines Zellernters (Wallac, LKB) auf
Glasfaserfilter (Wallac, Finnland) geerntet. Nach Zugabe von Szintillationsflüssigkeit
wurden die Filtermatten in einem Flüssig-Szintillationszähler (Wallac, LKB) ausgezählt.
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Die
Ergebnisse sind als Prozentsatz der Inhibierung des H3-Thymidineinbaus
bei der experimentellen Gruppe gegenüber einer unbehandelten Kontrolle
ausgedrückt.
Nach Behandlung mit MAb BR110 zeigt die Karzinomzelllinie H3922
eine Wachstumsinhibition von 90% und die Karzinomzelllinie H3396
eine Wachstumsinhibition von 60%, es gibt somit einen Beweis für die Internalisierung
des Antikörpers.
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In
einem weiteren Ansatz zur Untersuchung der Internalisierung von
BR110 wurden Karzinomzellen über
confokale Mikroskopie (Leica Confocal Laser Scanning Mikroskop)
analysiert.
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Man
ließ in
IMDM/10% FBS kultivierte Karzinomzellen (H3619, H3396, H3922) 48
h an Glasobjektträger
adhärieren.
Die Zellen wurden 15 min bei 4°C
gehalten. FITC-konjugierter Antikörper BR110 oder FITC-konjugierter
Ziege-Anti-Maus-IgG-Antikörper
(Tago, Burlingname, CA) als Kontrolle wurden in einer Konzentration
von 10 μg/ml
1 Stunde bei 4°C
zugegeben. Nicht-gebundener Antikörper wurde durch ausgiebiges Waschen
mit kaltem Kulturmedium entfernt. Um Oberflächenfärbung zu detektieren, wurden
die Zellen mit kaltem PBS gewaschen und 15 min mit 2% Paraformaldehyd
bei Raumtemperatur fixiert, worauf sich eine Behandlung mit dem
Anti-Fading-Reagens Dithioerythritol (Sigma) anschloss.
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Um
die Internalisierung von BR110 zu untersuchen, wurde Kulturmedium
bei 37°C
zugegeben und die Zellen für
individuelle Zeiträume
inkubiert (0–3
h). Das Zeitverfolgungsexperiment wurde mit kaltem PBS und nachträglicher
Fixierung beendet. Die vom confokalen Mikroskop erhaltenen Bilder
zeigten, dass der MAb ausschließlich
an die Zelloberfläche
band, wenn die Zellen zuerst bei 4°C BR110 ausgesetzt wurden. Wenn
die Temperatur auf 37°C
verschoben wurde und die Zellen 15 min bei dieser Temperatur gehalten
wurden, wurde zytoplasmatische Färbung
beobachtet. Zu diesem Zeitpunkt war die Bindung von BR110 in den
zytoplasmatischen Kompartimenten ungleich verteilt und fehlte im
Wesentlichen an der Zelloberfläche.
Weder die Zelloberfläche
noch das Zytoplasma wurden durch den Kontroll-MAb gefärbt. Diese
Daten zeigen, dass BR110 in die Karzinomzellen internalisiert wurde.
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Wir
testeten MAb GA733 auf Internalisierung mit den Karzinomzelllinien
H3396 und SW948. Der Antikörper
band bei 4°C
ausschließlich
an die Zelloberfläche
und wies extrem schwache oder keine Internalisierung bei 37°C auf.
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Antikörper-abhängige und Komplement-abhängige Zytotoxicität von BR110
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ADCC-
und CDC-Tests wurden durchgeführt,
wobei die Zielzellen (H3396, H3922) mit 51Cr
markiert und 4 h menschlichen Lymphozyten oder menschlichem Serum
als Quelle von Komplement sowie BR110 ausgesetzt wurden.
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Die
Freisetzung von 51Cr aus den Zielzellen
wurde als Nachweis der Tumorzelllyse (Zytotoxizität) gemessen.
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BR110
erwies sich als negativ für
ADCC und CDC, was auf dessen IgG2a-Isotyp zurückzuführen sein kann.
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ELISA-Kompetition
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Angesichts
der Verwandtschaft der GA733-Gene wurde ein Kompetitionsassay durchgeführt, um
die Spezifitätsunterschiede
zwischen den MAbs BR110 und GA733 zu bestimmen. Durch FACS-Analyse
wurde nachgewiesen, dass beide Proteine (GA733-1 und GA733-2) auf
der Zelllinie H3396 vorhanden sind. Bindungsstudien auf Paraformaldehyd-fixierten
Zellen zeigten, dass diese Antikörper
sich nicht gegenseitig blockieren und folglich an unterschiedliche
Epitope binden.
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Bestimmung
der Avidität
oder Affinität
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Eine
Scatchard-Analyse wurde durchgeführt,
um die Avidität
von radiomarkiertem BR110 MAb bei Bindung an adhärente nicht-fixierte Zellen
zu bestimmen. Die Daten zeigen, dass BR110 bei Tests auf den Zelllinien
H3619 und H3396 eine ungefähre
Assoziationskonstante (Ka) von 5 × 10–8 mol/Liter
aufweist.
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Charakterisierung des
BR110-Antigens
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Das
BR110-Antigen wurde aus der Antigen-positiven Karzinomzelllinie
H2987 isoliert. Die Zellen wurden in 1% Triton X-100 solubilisiert
und die Antigen-Antikörper-Komplexe über Protein
A-Sepharose-Chromatographie und SDS-Page unter nicht-reduzierenden
Bedingungen aufgereinigt und über
Elektroelution oder Elektroblotting isoliert.
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Das
Protein mit einem Mr = 66.000 war aminoterminal blockiert. Für das Protein
mit Mr = 55.000 Protein wurde eine einzelne aminoterminale Sequenz
von 20 Resten erhalten, die vollständige Identität mit dem Tumor-assoziierten
Antigen GA733-1 in den Resten 88–107 zeigte.
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Eine
Spaltung des BR110-Antigens mit Mr = 66.000 durch Bromcyan erzeugte
ein Hauptfragment, das über
SDS-Page aufgereinigt wurde, isoliert wurde und in seiner Sequenz
identisch war mit der bei Rest 63 beginnenden Sequenz von GA733-1,
wobei ein Methioninrest vorausging. Diese Daten bestätigen, dass
das BR110-Antigen aminoterminal blockiert ist. Fragmentierung war
nötig,
um Sequenzinformation zu erhalten. Darüber hinaus legen die Daten
nahe, dass das Glycoprotein mit Mr = 55.000 ein natürliches
Spaltprodukt des Proteins mit Mr = 66.000 ist, welches noch in der
Lage ist, an MAb BR110 zu binden.
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Das
GA733-2 Antigen wurde aus der menschlichen kolorektalen Karzinomzelllinie
SW948 aufgereinigt und seine Aminosäuresequenz wurde teilweise
bestimmt (Linnenbach, A. J. et al., PNAS 86, 27–31, 1989). Zwei Rekombinanten
wurden aus einer Bibliothek mit gesamtem menschlichem Genom isoliert
und die vollständige
DNA-Sequenz des GA733-1 und GA733-2 Gens wurde bestimmt.
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Das
GA733-1 Antigen, das von MAb BR110 erkannt wird, ist nahe mit dem
GA733-2 Antigen verwandt (d. h. ein Vergleich von Teilaminosequenzen
[45 Aminosäuren]
weist eine gute Homologie auf), das von den MAbs GA733 und CO17-1A
erkannt wird.
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Folglich
scheint der BR110 MAb eine Spezifität für ein verwandtes, aber einzigartiges
Antigen aufzuweisen, das von einem Gen kodiert wird, welches eine
Homologie mit Exon 8 der Repeat-Einheit vom Thyroglobulin-Typ 1,
der HLA-DR-assoziierten invarianten Kette und der a-Untereinheit
des IL-2-Wachstumsfaktorrezeptors aufweist.
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-
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TABELLE
3
Immunohistologie mit monoklonalen Maus-Antikörpern Homogene
und heterogene Antigenexpression im Tumor nach Färbung
Anzahl positiv/Anzahl
getestet
Anzahl Homogen
Anzahl Heterogen
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TABELLE
4
ERKENNUNG VON OBERFLÄCHENANTIGEN
DURCH MAb BR110 (DIREKTE FÄRBEMETHODE)
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TABELLE
5
ERKENNUNG VON OBERFLÄCHENANTIGEN
DURCH MAB BR110 UND MAB733 (INDIREKTE FÄRBEMETHODE)
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BEISPIEL 4
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Internalisierung von BR110
sFv-PE40 in Karzinomzellen
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Materialien und Methoden
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Reagenzien
und Zellkultur – Aufgereinigtes
BR96 sFv-PE40 Immunotoxin, das als Kontrolle verwendet wurde, wurde
früher
beschrieben (Friedman et al., 1993). Membranbindungs-ELISAs wurden entweder
unter Verwendung von polyklonalem BR110-Anti-Idiotyp-Kaninchenserum (Bristol-Myers
Squibb) oder von EXA2-1H8, einem monoklonalen Anti-PE-Antikörper der
Maus (Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO)) durchgeführt. Probenverdünnungsmittel
und Konjugatverdünnungsmittel
wurden von Genetic Systems (Seattle, WA) geliefert. Ziege-Anti-Maus
Ig (H + L)-spezifisches HRP-Konjugat wurde von Southern Biotechnology
(Birmingham. AL) bezogen. Poröses
HQ-Harz® wurde
von Perceptive Biosystems (Framingham, MA) bezogen. Restriktions-
und DNA-modifizierende Enzyme wurden von New England Biolabs und
[3H]-Leucin wurde von New England Nuclear
(Boston, MA) bezogen. Andere Chemikalien und Reagenzien, einschließlich Protease-Inhibitoren und Glutathion,
wurden von Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO) bezogen. H3619 Kolonadenokarzinomzellen,
H3745 Lungenkarzinomzellen und H3907 Eierstockkarzinomzellen wurden
in Iscoves Modifiziertem Dulbecco's Medium (IDMEM) mit 10% fötalem Kälberserum
kultiviert. Die MCV-7 Brustkarzinomzelllinie wurde von ATCC bezogen
und wie vorstehend beschrieben kultiviert. Der monoklonale Antikörper (mAb) BR110
wurde durch Immunisierung von Mäusen
mit der menschlichen Brustkarzinomzelllinie H3922 nach etablierten
Verfahren erzeugt.
-
Aminoterminale
Sequenzierung – Ungefähr 10 nMol
muBR110 IgG, die aus kontinuierlicher Hybridomzellkultur aufgereinigt
worden waren, wurden über
15% SDS-PAGE aufgetrennt und die schweren und leichten Ketten für NH2-terminale Sequenzanalyse unter Verwendung
eines Applied Biosystems 477 Protein Sequencer® und
eines Applied Biosystems 120 PTH Analyzer® (Hewick
et al., 1981; Matsudaira, P. 1987) isoliert. Es wurden 25 Zyklen
des Edman-Abbaus durchgeführt.
Man erhielt jedoch nur eine aminoterminale Sequenz für die leichte
Kette, da anzunehmen war, dass die schwere Kette N-terminal blockiert
war.
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RNA-Isolierung,
cDNA-Synthese und Amplifizierung – RNA wurde aus 5 × 107 muBR110 Hybridomzellen wie früher beschrieben
hergestellt (P. Chomezynski und N. Sacchi, 1987). cDNA wurde unter
Verwendung von Gesamt-RNA und der thermostabilen rth Polymerase
(rTH-RT-RNA-PCR Kit®, Perkin
Elmer Cetus) nach den Anweisungen des Herstellers erhalten. Für die Amplifikation
des Fv-Gens der schweren Kette verwendeten wir
das Primerpaar MHV P9 (MHV = Maus schwere variable Region; 5'-ACTACACGGTACCCGGGATCCATGGC/ATTGGAA/CCTGCTATTCCTG-3') (Jones und Bendig 1991) und den 3' VH konstanten
Primer (5'-N6GAATTCAT/CC-TCCACACACAGGA/G A/GCCAGTGGATAGAC-3') (Larrick, et al.,
1991). Der 5'-Primer
für das
Gen der variablen leichten Kette wurde auf der Grundlage der N-terminalen Aminosäuresequenz
aus dem Edman-Abbau und einem Datenbank-Alignment mit anderen verwandten
Genen leichter Ketten der Maus entworfen. Der 5'-Primer war (5'-CGATCCGAATTCGACATTGTGATGACCCAGTCTCA-3'), während der 3'-VL-konstante
Primer mck-3 (5'N4GAATTCCAAGAAGCACACGACTGAGGCA-3') (Gilland et al.,
1991) war. Die Erkennungssequenzen für KpnI und EcoRI sind unterstrichen.
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Klonierung
amplifizierter cDNA – Die
Amplifikationsprodukte von DNA-Fragmenten, die Fv der schweren und
leichten Kette kodieren, wurden über
Agarosegelelektrophorese identifiziert und wanderten mit einer scheinbaren
molekularen Größe von 475
bzw. 375 Basenpaaren. An ihren 5'-
und 3'-Enden befinden
sich Erkennungsstellen für
die Restriktionsendonukleasen KpnI und EcoRI zur Klonierung der
PCR-Produkte in pBluescript SK(+) (Stratagene, La Jolla, CA). Die
Nukleotidsequenz wurde für
mehrere Klone von Segmenten der Gene schwerer und leichter Ketten
von BR110 unter Verwendung doppelsträngiger Plasmid-DNA als Template
und des Sequenase 2.0 Reagent Kit® (United
States Biochemical, Cleveland, OH) mit T7 und T3 Sequenzierungsprimern
(Pharmacia, Piscataway, NJ) bestimmt.
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Konstruktion
des BR110 sFv xPE40 Expressionsplasmids – Das für die Herstellung von BR110
sFv x PE40 in E. coli verwendete Expressionsplasmid benutzt den
RNA-Polymerase-Promotor
des Bakteriophagen T7 (Studier und Moffat, 1986). Die BR110 V-Regionen
wurden über
PCR amplifiziert, um ihre endständigen Restriktionsschnittstellen
unter Verwendung eines 5' VH PCR-Primers (5'-GCA ATG CATATGCAG
ATC CAG TTG GTG CAG TCT GGA C-3'),
der die NdeI Restriktionsstelle (unterstrichen) kodiert, und ein
ATG-Translationsinitiations-Kodon
(fett) und die ersten acht Kodons des VH-Gens
umfasst, zu modifizieren. Der 3' VL PCR-Primer war (5'-CCA TGG ATG
CAT CCG TTT CAG CTC CAG CGT GGT CCC AGC-3'), der die NsiI Restriktionsschnittstelle
(unterstrichen) und die letzten neun Kodons des V1-Gens
kodiert. Durch Synthese des 3' VH PCR-Primers (5'-CCG GCC GGA
TCC GCC TCC GCC TGA TGA GGA GAC GGT GAC CGT GGT CCC T3'), der so entworfen
war, dass er die Bam HI-Restriktionsschnittstelle (unterstrichen),
die erste Hälfte
des Linkers (fett) und die letzten acht Kodons des VH-Gens
aufwies, inserierten wir auch einen flexiblen Linker, (Gly4Ser)3, zwischen
den beiden V-Domänen
(Huston et al., 1988; Chaudhary et al., 1989). Der 5' VL PCR-Primer
(5'-CCG GCC GGA TCC GGC GGT GGC GGT TCT
GGC GGT GGC GGT TCT GAC ATT GTG ATG ACC CAG TCT CAC-3') kodiert die BamHI-Restriktionsschnittstelle
(unterstrichen), die zweite Hälfte
des Linkers (fett) und die ersten acht Kodons des VL-Gens.
Die BamHI-Restriktionsschnittstelle wurde verwendet, um die beiden
PCR-Produkte zu ligieren, woraufhin Reamplifizierung über PCR
unter Verwendung der 5'-
VH- und VL-Primer
erfolgte (Sambrook et al., 1989). In pBW7.0, einem Vektor auf der
Basis von pMS8 (+), wurde dann über
NdeI + NsiI-Verdau und anschließender
Ligation BR96 sFv (McAndrew, 1995) durch BR110 sFv ersetzt. Das
resultierende Expressionsplasmid schickt das Fusionsprotein pBR110sFv-PE40
ins Zytoplasma und wurde durch DNA-Sequenzanalyse verifiziert.
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Expression
und Aufreinigung von BR110 sFv-PE40 – Das single-chain Immunotoxin-Fusionsprotein BR110
sFv-PE40 wurde in E. coli wie vorstehend beschrieben exprimiert.
E. coli BL21 (IDE3)-Zellen (Studier & Moffat, 1986) wurden mit dem Expressionsplasmid
pBR110sFv-PE40 transformiert, in 100 μg/ml Ampicillin enthaltendem „Terrific-Broth"-Medium (Gibco-BRL, Gaithersburg, MD)
bei 37°C
kultiviert und in der logarithmischen Phase bei einer OD650 von
1.0 mit 1 mM IPTG induziert. Die Zellen wurden 90 Minuten später geerntet. Für analytische
Untersuchung wurden Proben von 1 ml durch Zentrifugation geerntet
und in kaltem H2O 10 min osmotischem Schock
ausgesetzt. Die Zellen wurden erneut zentrifugiert und die Zellpellets
in 10 mM Tris-HCL, pH 7,4, resuspendiert. Aus ungefähr 108 Sphäroplasten
hergestellte Aliquots wurden SDS-PAGE unterzogen und gefärbt (Laemmli,
1970) oder einer Immunoblot-Analyse unter Verwendung von Kaninchen-Anti-BR110-idiotypischen
polyklonalen Seren unterzogen. Ein Pellet der in einem 6L-Schüttelkolben
hergestellten Bakterienhauptmasse wurde wie vorstehend beschrieben
verarbeitet, und Einschlusskörper
wurden wie früher beschrieben
isoliert (Friedman et al., 1993). Ausgiebig gewaschene Einschlusskörper wurden
dann in 7M Guanidin denaturiert.
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Klonierung
Expression und Aufreinigung des Antigens – Man isolierte das BR110 Antigen
(GA733-1) aus H2987-Zellen und erhielt eine aminoterminale Sequenz
von 20 Resten. Die Reste waren komplementär zu den Resten 88–107 des
Tumor-assoziierten Antigens GA733-1. GA733-1 ist eine aufgrund ihrer Homologie zu
GA733-2 isolierte Gensequenz, wobei letztere das von den MAbs GA73.3
und CO17-1A erkannte gastrointestinal-assoziierte Antigen kodiert.
GA733-1 ist 50% homolog zum GA733-2 Antigen.
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Eine
Northern-Analyse wurde mit drei Karzinomzelllinien, H3907 Eierstockkarzinom,
H3619 Kolonadenokarzinom und H3754 Lungenkarzinom, durchgeführt, für die über FACS-Analyse
eine Expression des BR110 Antigens GA733-1 gezeigt worden war. RNA
wurde aus 20–30
Millionen Zellen jeder Zelllinie unter Verwendung des Verfahrens
von Chomczynski und Sacchi (Chomczynski und Sacchi, 1987 (Anal.
Biochem 162: 156–159))
isoliert. Auf der Basis der bekannten Nukleotidsequenz von GA733-1
wurde eine Oligonukleotid-Sonde hergestellt. Die Northern-Analyse
wurde wie in Maniatis beschrieben durchgeführt.
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Die
cDNA des Antigens wurde nach den Anleitungen des Herstellers mit
sequenzspezifischen Primern, Gesamt-RNA und reverse Transkriptase-Polymerase
(RT-RNA PCR, Perkin
Elmer Cetus) isoliert, wobei jedoch 10% DMSO zugegeben wurden, weil
das Antigen GA733-1 einen GC-Gehalt von mehr als 50% aufweist. Die
verwendeten spezifischen RT-Primer waren 110-FP (5' GCC AAG CTT GTC CGG TCC GCG TTC CTC CGC CCC
ACC 3'), 110-RP
(5' CGG TCT AGA CTC GAG GCC GGG TAC CTA CAA
GCT CGG TTC 3'), 110-RP1
(5' GCG GGG ATC CGT GAG GCG CTT CAT GGA GAA CTT
CGG 3'). Die Restriktionsschnittstellen für jeden
Primer sind unterstrichen und sind HindIII, XhoI bzw. BamHI. Nach
reverser Transkription entweder mit Random Hexanucleotides, die
mit dem Kit bereitgestellt wurden, oder dem 3' 110-RP1-Primer wurden 32 PCR-Zyklen
durchgeführt
und Produkte mit zutreffender Größe isoliert.
Die 1,15 kB-Gen-Fragmente wurden vor der Ligation in pCD40ThrRg1
(in einem CDM7-Hintergrund) mit HindIII und BamHI verdaut, während die 0,86
kB Gen-Fragmente als HindIII-XhoI-Fragmente in pCDM8 ligiert wurden.
Inserts der zutreffenden Größe enthaltende
Plasmid-DNAs wurden identifiziert und einer DNA-Sequenzanalyse unterzogen.
Das für
die extrazelluläre
Domäne
kodierende DNA-Fragment wurde stromaufwärts von der menschlichen Fc-Region
subkloniert und transient in COS-Zellen exprimiert. Das resultierende
Fusionsprotein wurde über
Protein-A-Affinitätschromatographie
aufgereinigt.
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Zellmembran-ELISA – Von H3619
Kolonadenokarzinomzellen wurden Membranen hergestellt (Spira et
al., „The
Identification Of Monoclonal Class with Variants By Subselection
And ELISA Assay" J.
Immunol. Meth. 74: 307–15
(1984), Uotila et al., „Two-Site Sandwich ELISA
With Monoclonal Antibodies To Human AFP", J. Immunol. Methods, 42: 11 (1981),
Sikora et al., (Hrsg.), Monoclonal Antibodies, S. 32–52 (Blackwell Scientific
Publications 1984)).
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Die
Membranen wurden auf die Oberfläche
von Immulon II 96® Well-Platten (Dynatech
Labs, Chantilly, VA) bei 10 μg/ml
Protein in 0,5 M Natriumcarbonat/Natriumbicarbonat, pH 9,6, beschichtet
und über
Nacht bei 4°C
inkubiert. Die Platten wurden dreimal mit PBS gewaschen und mit
Probenverdünnungsmittel
bei einer Verdünnung
von 1 : 10 (Genetic Systems, Seattle, WA) 1 h bei RT blockiert.
Die Platten wurden dreimal mit PBS gewaschen und dann mit primärem Antikörper in
Konjugat-Verdünnungsmittel
(Genetic Systems, Seattle, WA) bei 4°C über Nacht inkubiert. Die Platten
wurden dann dreimal mit PBS gewaschen und anschließend wurde sekundärer Antikörper, entweder
Ziege-Anti-Maus-IgG-spezifische HRP oder polyklonale Kaninchen-BR110 anti-idiotypische
Antikörper,
bei einer Konzentration von 2,5 μg/ml
in Konjugatverdünnungsmittel
zugegeben. Die Platten wurden 1 h bei RT inkubiert und dann dreimal
mit PBS gewaschen. Die Platten wurden dreimal mit PBS gewaschen,
dann entweder 1 h bei RT mit Ziege-Anti-Kaninchen IgG Fc-spezifischer
HRP in einer Verdünnung
von 1 : 1000 in Konjugatverdünnungsmittel
inkubiert oder zweimal zusätzlich
gewaschen, wonach die Reaktion mit Tetramethylbenzidin (TMB) 15
Minuten bei RT durchgeführt
und mit 1,3 M H2SO4 gestoppt
wurde. Nach der Inkubation wurden die Platten mit polyklonalen Seren
ebenfalls fünfmal
mit PBS gewaschen und dann wie vorstehend beschrieben behandelt.
Die Extinktion wurde bei zwei Wellenlängen, 450/630 nm, unter Verwendung
eines Bio-tek-Mikroplattenlesegeräts (Winooski, VT) bestimmt.
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Zytotoxizitätsanalyse.
Zellen wurden mit BR110 sFv-PE40 24 h bei 37°C inkubiert. Die Zellen wurden dann
zweimal mit Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung (PBS) gewaschen, 200 μl/Well 1,5 μM Calcein-AM (Molecular
Probes, Inc., Eugene, OR) wurden zugegeben und die Platten 40 min
bei RT inkubiert. Calcein-AM kann die Membran passieren und ist
nicht-fluoreszent. Wenn Hydrolyse durch intrazelluläre Esterasen
erfolgt, wird das intensiv fluoreszierende Produkt Calcein gebildet.
Nach dem Ende der Inkubation wird die Fluoreszenz unter Verwendung
eines Fluorescence Concentration Analyzer® (Baxter
Healthcare Corp., Mundelein, IL) bei Anregungs-/Emissionswellenlängen von
485/530 nm gemessen.
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BEISPIEL 5
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Konstruktion des BR110sFv-PE40-Immunotoxins
(pSE 70.0)
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Das
ursprüngliche
BR110sFv-PE40-Konstrukt wurde in einen Vektor subkloniert, bei dem
der Expressionsvektor das Kanamycin-Resistenzgen und einen zweiten
Lac-Repressor enthält.
Dies wurde durchgeführt, indem
pET29c (Novagen Inc.) mit EcoRI und XbaI verdaut und auf ähnliche
Weise verdautes BR110 sFv-PE40 zwischen die beiden Stellen inseriert
wurde. Das resultierende Konstrukt wurde als pSE 70.0 (1) bezeichnet und stand
unter Kontrolle des T7-Promotors.
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Expression, Umfalten und
Aufreinigung von BR110 sFv-PE40
-
Das
single-chain Immuntoxin-Fusionsprotein BR110 sFv-PE40 wurde in E.
coli als Einschlusskörper exprimiert.
Zellmasse aus 1 Liter Ausgangskultur, die das exprimierte BR110
sFv-PE40 Fusionsprotein enthielt, wurde in 50 mM Tris-HCl pH 8,0
+ 1 mM EDTA resuspendiert. Die Probe wurde 15 min mit 8K zentrifugiert und
der Überstand
dekantiert. Das Pellet wurde in 40 ml H2O
resuspendiert, 10 min bei 4°C
gehalten und 15 min bei 8K zentrifugiert. Das Pellet wurde in 50
mM Tris-HCl pH 8,0 + 1 mM EDTA resuspendiert. 0,5 mg/ml Lysozym
wurde auf eine Endkonzentration von 0,25 mg/ml zugegeben. Die Probe
wurde 30 min auf Eis gestellt.
-
Das
Detergenz Tergitol wurde dann der Probe auf eine Endkonzentration
von 4% zugegeben. Die Probe wurde 60 min auf Eis gestellt und dann
30 min mit 18K zentrifugiert. Die Probe wurde dreimal mit 50 mM Tris-HCl
+ 1 mM EDTA gewaschen. Das Pellet wurde in 3 ml Guanidinlösung (7M
Guanidin-HCl, 0.1 M Tris-HCl pH 7,4, 5 mM EDTA) sonifiziert, worauf
man es 48 h bei 4°C
stehen ließ.
Die Probe wurde dann 30 min mit 30K zentrifugiert und der Überstand
gesammelt.
-
Die
Probe wurde dann bei einer Konzentration von 100 μg/ml durch
langsame Zugabe zu Umfaltungspuffer (0,1 M Tris-HCl pH 8,0, 5 mM
EDTA, 1 mM GSSH, 1 μM
GSH, 1 M Harnstoff) umgefaltet. Das umgefaltete Protein wurde 48
h bei 4°C
gehalten und gegen 40 mM HCl pH 8,0 dialysiert, bis die Leitfähigkeit
unter 5 mS/cm lag. Die Probe wurde auf eine DEAE-Anionenaustauschsäule geladen
und mit einem linearen Gradienten von 40 mM Tris- HCl pH 8,0 + 1 M NaCl eluiert. Die gemäß nicht-reduzierender
SDS-PAGE dem 67 kDa BR110 sFv-PE40-Fusionsprotein entsprechenden
Fraktionen wurden gesammelt, in 250 ml 40 mM Tris-HCl pH 8,0 verdünnt und
erneut auf eine Mono Q Anionenaustauschsäule aufgetragen, wobei der
NaCl-Gradienten der gleiche war wie für die DEAE-Säule. Die
dem monomeren BR110 sFv-PE40 entsprechenden Proben wurden gesammelt
und über
den Coomassie-Plus Assay (Pierce Chem Co.) quantifiziert.
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Konstruktion und Aufreinigung
des Immunotoxins BR110-BD1
-
BR110
mAb wurde durch Zugabe eines 3-fachen molaren Überschusses von 2-Iminothiolan
in 0,2 M Natriumphosphatpuffer (pH 8,0), 1 mM EDTA 1 h bei 37°C thioliert.
BD1 wurde mit einem 3-fachen molaren Überschuss von SMPT (2-Succinimidyloxycarbonyl-a-methyl-a-(2-pyridyldithio)-toluol)
in 0,2 M Natriumphosphatpuffer (pH 8,0), 1 mM EDTA 60 min bei Raumtemperatur
derivatisiert. BR110-BD1 wurde auf eine Größenausschluss-Säule (TSK-3000) aufgetragen
und von freiem Toxin abgetrennt. Das Immunotoxin (180 kDa) und der
freie Antikörper
(150 kDa) eluierten zusammen und wurden durch Blue-Sepharose-Affinitätschromatographie
weiter aufgereinigt. BR110-BD1 in 0,1 M Natriumphosphat pH 7,0 (Waschpuffer)
wurde an Blue-Sepharose (5 ml Harz/5 mg Konjugat) 16 h bei 4°C absorbiert.
Das Gemisch wurde in eine 5 ml Econocolumn (Bio-Rad, Richmond, CA)
gepackt und 1 ml-Fraktionen
mit einem zweistufigen Gradienten ansteigender NaCl-Konzentrationen
in Waschpuffer (400 mM NaCl, Schritt 1; 800 mM NaCl, Schritt 2)
eluiert. Das Immunotoxin-Konjugat
wurde bei OD280 (1,4 = 1 ml/ml) quantifiziert
und über
nicht-reduzierende SDS-PAGE
analysiert.
-
Zytotoxizitätsanalyse
von BR110-Immunotoxinen
-
Tumorzellen
(105 Zellen/ml) in Wachstumsmedium wurden
in 96-Well-Flachboden-Gewebekulturplatten
(0,1 ml/Well) gegeben und 16 h bei 37°C inkubiert. In Leucin-freiem
RPMI (Assay-Medium) wurden Verdünnungen
von BR110 sFv-PE40 oder BR110-BD1 hergestellt und jedem Well 0,1
ml 20 h bei 37°C
(für BR110 sFv-PE40)
oder 20 und 44 h (für
BR110-BD1) zugegeben. Bei den Zellen wurde für zusätzliche 4 h bei 37°C ein Puls
mit [3H]-Leucin
(1 μCi/Well)
durchgeführt.
Die Zellen wurden durch Einfrieren-Auftauen lysiert und unter Verwendung
eines Tomtec-Zellernters (Orange, CT) geerntet. Der Einbau von [3H]-Leucin
in zelluläres
Protein wurde unter Verwendung eines LKB Beta-Plate-Flüssigszintillationszählgeräts bestimmt.
-
Bei
der 48-Stunden BR110-BD1-Zytotoxizitätsuntersuchung wurde überschüssiges BR110
IgG (50 μg/ml)
zugegeben, um die BR110-Spezifität
in dem Assay zu zeigen. Mit Ausnahme der Zugabe von BR110 IgG wurde
der Assay exakt wie vorstehend angegeben durchgeführt. TABELLE
6
24 h-Zytotoxizität
und FACS-Analyse von BR110 sFv-PE40 auf ausgewählten Zelllinien
TABELLE
7
Konjugataktivität
von BR110 IgG-SMPT-BD1 auf verschiedenen Karzinomzelllinien 24-Stunden-
und 48-Stunden-Inkubation
- nd
- nicht durchgeführt