DE69930294T2 - Minimale promotoren und ihre verwendung - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft die allgemeinen Gebiete der Molekularbiologie und Immunologie und betrifft allgemein für Nukleinsäure-Immunisierungs-Techniken nützliche Reagenzien. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung trunkierte Formen von Transkriptions-Promotor-Elementen, Nukleinsäuremoleküle, die derartige Promotorelemente enthalten, und die Verwendung von derartige Nukleinsäuremoleküle enthaltenden Reagenzien für die Nukleinsäure-Immunisierung.
  • Hintergrund
  • Techniken für die Injektion von DNA und mRNA in Säugergewebe für die Zwecke der Immunisierung gegen ein Expressionsprodukt sind im Fachgebiet beschrieben worden. Siehe, z. B., die Europäische Patentschrift EP 0 500 799 und US Patent Nr. 5 589 466. Die hierin als "Nukleinsäure-Immunisierung" bezeichneten Techniken haben, wie gezeigt, sowohl humorale wie auch zellvermittelte Immunantworten hervorgerufen. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass Seren von Mäusen, die mit einem das Hüllglykoprotein gp160 codierenden DNA-Konstrukt immunisiert worden waren, mit rekombinantem gp 160 in Immunassays reagierten, und es wurde gezeigt, dass Lymphozyten aus den injizierten Mäusen in Antwort auf rekombinantes gp 120 proliferierten; Wang et al. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 4156–4160. In ähnlicher Weise wiesen mit einem humanen Wachstumshormon(hGH)-Gen immunisierte Mäuse eine Antikörper-basierte Immunantwort auf; Tang et al. (1992) Nature 356: 152–154. Die intramuskuläre Injektion von DNA, die ein Influenza-Nucleoprotein codiert, gesteuert von einem Säugerpromotor, ruft, wie gezeigt, eine CD8+-CTL-Antwort hervor, welche Mäuse gegen eine nachfolgende tödliche Herauforderung mit Virus schützen kann; Ulmer et al. (1993) Science 259: 1745–1749. Immunhistochemische Untersuchungen der Injektionsstelle deckten auf, dass die DNA von Myeloblasten aufgenommen worden war, und eine zytoplasmatische Herstellung des viralen Proteins konnte für mindestens 6 Monate nachgewiesen werden.
  • Es ist ein Hauptziel von in den Gebieten Gentherapie und Nukleinsäure-Immunisierung praktisch tätigen Fachleuten gewesen, Expressionssysteme zu identifizieren und zu entwerten, die ein möglichst hohes Niveau der Produktion hinsichtlich eines Gens oder einer Sequenz von Interesse, welches/welche einer Wirtszelle zugeführt wurde, bereitstellen. Hochniveauproduktion wird als eine notwendige Voraussetzung für jedwedes in der Gentherapie (zur Bereitstellung ausreichender Spiegel eines therapeutischen Genprodukts) oder der Nukleinsäure-Immunisierung (zur Bereitstellung einer ausreichenden Immunantwort gegen ein codiertes Antigenprodukt) verwendete Expressionssystem betrachtet. Von mehreren Faktoren weiß man, dass sie das aus derartigen transfizierten Wirtszellen erreichbare Produktionsniveau beeinflussen, einschließlich der Transfektionseffizienz (z. B., der Kopienzahl in der Zelle) und der Effizienz, mit der das Gen oder die Sequenz von Interesse transkribiert und die mRNA translatiert wird.
  • Eine Anzahl von Expressionssystemen ist demgemäß im Fachgebiet beschrieben worden, von denen jedes typischerweise aus einem ein Gen oder eine Nukleotidsequenz von Interesse enthaltenden Vektor besteht, welches/welche in funktionsfähiger Weise an Expressionssteuerungssequenzen, die die Expression des Gens oder der Nukleotidsequenz regulieren, gebunden ist. Diese Steuerungssequenzen schließen Transkriptionspromotorsequenzen und Transkriptions-Start- und -Terminationssequenzen ein. Transkriptionspromotorsequenzen sind allgemein direkt stromaufwärts von Initiationsstellen für RNA-Transkripte lokalisiert und schließen eine "TATA"-Box und eine "CAAT"-Box ein, welche etwa 30 bzw. 80 Nukleotide stromaufwärts (z. B. etwa an der -30- und -80-Position), bezogen auf die Initiationsstelle, lokalisiert sind; Corden et al. (1980) Science 209: 1406–1414; Chambon, P. (1981) Ann. Rev. Biochem. 50: 349–383. Üblicherweise verwendete Promotoren für Säugerzellexpressionssysteme schließen den SV40-Early-Promotor, einen CMV-Promotor, wie den Immediate-Early-Promotor von CMV (Chapman et al. (1991) Nucl. Acids Res. 19: 3979–3986), den LTR-Promotor von Maus-Mammary-Tumorvirus, den Major-Late-Promotor von Adenovirus (Ad MLP) und den Herpes-Simplex-Virus-Promotor, neben anderen, ein. Nichtvirale Promotoren, wie ein aus dem Maus-Metallothionein-Gen abgeleiteter Promotor, werden üblicherweise für solche Expressionssysteme auch verwendet. Diese Promotorsysteme werden normalerweise ausgewählt, um das höchstmögliche Expressionsniveau für eine gegebene Sequenz vorzusehen.
  • Eine Anzahl von Transkriptionsmodulator-Elementen, die mehr als 110 Nukleotide stromaufwärts (–110) von verschiedenen Genen gefunden werden, ist üblicherweise im Fachgebiet auch verwendet worden. Diese Stromaufwärts-Sequenzen werden als essentiell für die Expression von Früh(Early)-Genen in Affen-, Maus- und Human-DNA-Viren erachtet und werden üblicherweise als "Enhancer" bezeichnet. Enhancer sind weitgefasst als ein cis-wirkendes Mittel definiert, das, wenn es in funktionsfähiger Weise an eine Promotor/Gen-Sequenz gebunden ist, die Transkription jener Gensequenz dramatisch steigern wird. Enhancer können von Positionen aus wirken, die viel weiter von einer Sequenz von Interesse entfernt sind als andere Expressionssteuerungselemente (z. B. Promotoren), und sie können wirken, wenn sie in beiden Orientierungen, bezogen auf die Sequenz von Interesse, positioniert sind; Banerji et al. (1981) Cell 27: 299–308, de Filleirs et al. (1981) Nucleic Acids Research 9: 6251–6264. Enhancer sind aus etlichen viralen Quellen identifiziert worden, einschließlich Polyoma-Virus, BK-Virus, Cytomegalovirus (CMV), Adenovirus, Simian-Virus-40 (SV40), Moloney-Sarkom-Virus, Rinderpapillom-Virus und Rous-Sarkom-Virus (de Villeirs et al. obenstehend, Rosenthal et al. (1983) Science 222: 749–755, Hearing et al. (1983) Cell 33: 695–703, Weeks et al. (1983) Mol. Cell. Biol. 3: 1222–1234, Levinson et al. (1982) Nature 295: 568–572 und Luciw et al. (1983) Cell 33: 705–716). Diese Enhancer-Elemente werden oft an homologe und heterologe Promotorsequenzen gekoppelt, um Enhancer/Promotor-Paare für die Verwendung in Expressionssystemen bereitzustellen. Das wahrscheinlich jedoch am häufigsten in der Gentherapie und der Nukleinsäure-Immunisierung verwendete Enhancer/Promotor-Paar ist das Immediate-Early-Enhancer/Promotor-Paar vom hCMV; siehe z. B. US-Patent Nr. 5 168 062 und 5 385 839 von Stinksi und die EP Patentschrift 0 323 997 B1. Das hCMV-Enhancer-Element ist auch ohne das hCMV-Promotor-Element verwendet worden, zum Beispiel, um eine heterologe Promotorsequenz zu modulieren; siehe z. B. die EP Patentschrift 0 173 177 B1. Das Immediate-Early-Enhancer/Promotor-Paar vom hCMV sieht eine robuste Expression, von einer Vielzahl verschiedener Sequenzen von Interesse, vor, und von diesem hohen Expressionsniveau wird üblicherweise angenommen, dass es für jedwedes gegebene Expressionssystem den "Goldstandard" etabliert.
  • Die WO 98/20041 betrifft ein im Promotor des endothelialen Proteins C vorliegendes Regulationselement, das die Expression von Genen in endothelialen Zellen steuert. Mohammadi et al., Gene Therapy 5, 76–84, berichten über eine transgene Regulation durch ein Konstrukt, das ein Enhancer-freies CMV-Promotor-/Tetracyclin-gesteuertes Antwortelement umfasst. Hofman et al., PNAS USA 93, 5185–5190, 1996, beschreiben die Verwendung eines CMV-Minimal-Promotors in einem Retrovirus-Vektor-Konstrukt zusammen mit einem Tetracyclin-Regulationselement. Die WO 98/37185 beschreibt einen auf Tetracyclin ansprechenden Expressionsvektor, der einen Minimal-Promotor verwendet. Bohm et al., J. Immunol. Methods 193, 29–40, 1996, beschreiben DNA Vektor-Konstrukte, die Hepatitis B-Oberflächenantigen-spezifische cytotoxische T-Lymphozyten- und Antikörper-Antworten in Mäusen nach intramuskulärer Injektion primen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Hauptziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Promotorsystems, das eine bessere Expressionscharakteristik in Säugerzellen, insbesondere in vivo, zur Verfügung stellt. Es ist nun überraschenderweise festgestellt worden, dass die Verwendung einer Promotorsequenz, die normalerweise mit ihrer homologen Enhancersequenz in einem Expressionssystem gepaart ist, eine in großem Ausmaß verstärkte Immunantwort gegen ein codiertes Antigen bereitstellt, wenn der Promotor in einer trunkierten, Enhancer-freien Form in einem Expressionssystem verwendet wird. Die "Enhancer-freie" Promotorsequenz wird hierin als "Minimal-Promotor" bezeichnet. Eine verbesserte Immunantwort gegen eine Nukleinsäure-Impfstoff-Zusammensetzung, die das Promotorsystem miteinbezieht, kann erreicht werden.
  • Die vorliegende Erfindung sieht demzufolge die Verwendung eines Nukleinsäurekonstrukts, umfassend eine codierende Sequenz, die ein Antigen codiert, und eine Promotorsequenz, die nicht an ihre native Enhancer-Sequenz gekoppelt ist und welche in funktionsfähiger Weise an die codierende Sequenz gebunden ist, zur Herstellung eines Medikaments zur Verwendung bei der Nukleinsäure-Immunisierung eines Säuger-Subjektes vor, wobei das Antigen ein Antigen eines viralen, bakteriellen, parasitären oder pilzlichen Pathogens ist, oder ein Tumor-spezifisches Antigen oder ein mit einer Autoimmunerkrankung assoziiertes Antigen ist. Die Erfindung stellt ebenfalls bereit:
    • – beschichtete Teilchen, die für die Verwendung in einer Teilchen-vermittelten Nukleinsäure-Immunisierung geeignet sind, wobei die Teilchen Trägerteilchen umfassen, die mit einem Nukleinsäurekonstrukt, das eine codierende Sequenz, die ein Antigen codiert, und eine Promotorsequenz, die nicht an ihre native Enhancersequenz gekoppelt ist und welche in funktionsfähiger Weise an die codierende Sequenz gebunden ist, umfasst, wobei das Antigen ein Antigen eines viralen, bakteriellen, parasitären oder pilzlichen Pathogens ist, oder ein Tumor-spezifisches Antigen oder ein mit einer Autoimmunerkrankung assoziiertes Antigen ist, beschichtet sind, und
    • – eine Teilchenbeschleunigungs-Vorrichtung, die zur Teilchen-vermittelten Nukleinsäure-Immunisierung geeignet ist, wobei die Vorrichtung mit erfindungsgemäßen beschichteten Teilchen beladen wird.
  • Das Nukleinsäurekonstrukt kann in einem Vektorkonstrukt, beispielsweise in einem Plasmid-Vektor, vorliegen. Ein zum Hervorrufen einer Immunantwort gegen ein Antigen von Interesse fähiges Nukleinsäure-Immunisierungs-Reagenz wird somit bereitgestellt, wobei das Reagenz ein Nukleinsäurekonstrukt, das eine Nukleinsäuresequenz von Interesse unter der transkriptionellen Regulierung einer Minimal-Promotor-Sequenz einschließt, umfasst. Expressionssysteme können zur Verwendung bei Nukleinsäure-Immunisierung konstruiert werden, um eine in großem Ausmaß verstärkte Immunantwort gegen ein Antigen von Interesse vorzusehen.
  • Diese und andere Ziele, Aspekte, Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung, werden dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet angesichts der Beschreibung hierin ohne weiteres ersichtlich sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die 1 stellt einen Vergleich zwischen den Minimal-Promotor-Konstrukten der vorliegenden Erfindung und deren zugehörigen Enhancer-haltigen Promotor-Konstrukten dar. Die in vivo-Leistungsfähigkeit der Promotorkonstrukte wurde durch Messen der Antikörpererzeugung gegen das Antigen von Interesse in Tieren, die eine Nukleinsäure-Immunisierung mit den Konstrukten erhielten, beurteilt.
  • Die 2 zeigt einen Vergleich zwischen einem Minimal-Promotor-Konstrukt vom humanen Cytomegalovirus (hCMV), hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, und dessen entsprechendem vollständigen Enhancer-haltigen hCMV-Promotorkonstrukt.
  • Die 3 und 4 stellen ebenfalls Vergleichsergebnisse dar, die aus in vivo-Impfstudien unter Verwendung der Minimal-Promotor-Konstrukte der vorliegenden Erfindung und deren zugehörigen Enhancer-haltigen Promotorkonstrukten erhalten wurden. Hierbei wurde die in vivo-Leistungsfähigkeit der Promotorkonstrukte wiederum durch Messen der Antikörpererzeugung gegen das Antigen von Interesse in Tieren, die eine Nukleinsäure-Immunisierung mit den Konstrukten erhielten, beurteilt.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Es versteht sich, bevor die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben wird, dass diese Erfindung nicht auf besonders veranschaulichte Moleküle oder Verfahrensschritte, da solche natürlich variieren können, begrenzt ist. Es versteht sich auch, dass die hierin verwendete Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung besonderer Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird und nicht limitierend sein soll. Zusätzlich wird die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung, sofern nicht anders angegeben, herkömmliche Verfahren der Virologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, rekombinanten DNA-Techniken und Immunologie einsetzen, von denen alle innerhalb der üblichen Kenntnisse des Fachgebiets liegen. Solche Techniken sind in der Literatur vollständig erklärt. Siehe, z. B., Sambrook, et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2. Ausgabe, 1989); DNA Cloning: A Practical Approach, Band I & II (D. Glover, Hrsg.); Oligonucleotide Synthesis (N. Gait, Hrsg., 1984); A Practical Guide to Molecular Cloning (1984); und Fundamental Virology, 2. Ausgabe, Band I & II (B. N. Fields und D. M. Knipe, Hrsg.).
  • Es soll festgestellt werden, dass, wie in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, die Singularformen "ein/eine" und "der/die/das" Pluralbezüge, sofern der Inhalt nicht etwas anderes klar vorgibt, einschließen.
  • A. Definitionen
  • Sofern nicht anderweitig definiert, besitzen alle technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem zur Erfindung gehörenden Fachgebiet verstanden wird. Obwohl eine Anzahl von, zu den hierin beschriebenen, ähnlichen oder äquivalenten Verfahren und Materialien bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, werden hierin die bevorzugten Materialien und Verfahren beschrieben.
  • Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Ausdrücke verwendet werden und sollen wie unten angegeben definiert sein.
  • Der Ausdruck "Nukleinsäure-Immunisierung" wird hierin verwendet, um die Einführung eines Nukleinsäuremoleküls, das eines oder mehrere ausgewählte Antigene codiert, in eine Wirtszelle zur in vivo-Expression des Antigens oder der Antigene zu bezeichnen. Das Nukleinsäuremolekül kann in das empfangende Subjekt direkt, wie etwa mittels Injektion; transdermaler Teilchenzuführung; Inhalation; topisch, oder mittels Intranasal- oder Schleimhaut-Verabreichungswegen zugeführt werden.
  • Ein "Antigen" bezeichnet ein beliebiges Mittel, im Allgemeinen ein Makromolekül, das in einem Individuum eine Immunantwort hervorrufen kann. Der Ausdruck kann zur Bezeichnung eines individuellen Makromoleküls oder einer homogenen oder heterogenen Population von antigenen Makromolekülen verwendet werden. Wie hierin verwendet, wird "Antigen" im Allgemeinen zur Bezeichnung eines Proteinmoleküls oder von einem Teil davon, der ein oder mehrere Epitope umfasst, verwendet. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung können Antigene aus jedwedem bekannten Virus-, Bakterien-, Parasiten- oder Pilz-Pathogen erhalten oder abgeleitet werden. Der Ausdruck zielt auch auf jedwedes der verschiedenen tumorspezifischen Antigene und mit Autoimmunerkrankungen assoziierten Antigene ab. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung schließt ein "Antigen" weiterhin ein Protein mit Modifikationen, wie Deletionen, Additionen und Substitutionen (im Allgemeinen von konservativer Natur) zur nativen Sequenz, ein, solange das Protein eine ausreichende Immunogenität beibehält. Diese Modifikationen können absichtlich, beispielsweise durch ortsgerichtete Mutagenese, oder können zufällig, wie durch Mutationen bei den die Antigene herstellenden Wirten, sein.
  • In verschiedenen Aspekten der Erfindung enthalten die Antigene ein oder mehrere T-Zell-Epitope. Ein "T-Zell-Epitop" bezeichnet im Allgemeinen jene Eigenschaften einer Peptidstruktur, die zur Induktion einer T-Zell-Antwort in der Lage sind. Diesbezüglich ist es im Fachgebiet akzeptiert, dass T-Zell-Epitope lineare Peptid-Determinanten umfassen, die gestreckte Konformationen innerhalb der Peptidbindungsfurche von MHC-Molekülen annehmen, (Unanue et al. (1987) Science 236: 551–557). Wie hierin verwendet, steht ein T-Zell-Epitop im Allgemeinen für ein Peptid mit mindestens 3–5 Aminosäureresten, und vorzugsweise mindestens 5–10 oder mehr Aminosäureresten. Die Fähigkeit eines bestimmten Antigens zur Stimulierung einer zellvermittelten Immunantwort kann durch eine Anzahl gut bekannter Assays, wie durch Lymphoproliferations(Lymphozyten-Aktivierungs)-Assays, Assays zytotoxischer CTL-Zellen, oder durch Bestimmen von für das Antigen spezifischen T-Lymphozyten in einem sensibilisierten Subjekt ermittelt werden. Siehe, z. B., Erickson et al. (1993) J. Immunol. 151: 4189–4199; und Doe et al. (1994) Eur. J. Immunol. 24: 2369–2376.
  • In anderen Aspekten der Erfindung enthält das Antigen ein oder mehrere B-Zell-Epitope. Ein "B-Zell-Epitop" bezeichnet im Allgemeinen die Stelle auf einem Antigen, an welche ein spezifisches Antikörper-Molekül bindet. Die Identifizierung von Epitopen, die dazu fähig sind, eine Antikörper-Antwort hervorzurufen, wird unter Verwendung von im Fachgebiet gut bekannten Techniken einfach bewerkstelligt; siehe, z. B., Geysen et al. (1984) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81: 3998–4002 (allgemeines Verfahren der schnellen Synthese von Peptiden zur Bestimmung der Lokalisierung von immunogenen Epitopen in einem gegebenen Antigen); US Patent Nr. 4 708 871 (Verfahren zur Identifizierung und chemischen Synthese von Epitopen von Antigenen); und Geysen et al. (1986) Molecular Immunology 23: 709–715 (Technik zur Identifizierung von Peptiden mit hoher Affinität für einen gegebenen Antikörper).
  • Eine "Immunantwort" gegen ein Antigen von Interesse besteht in der Entwicklung einer humoralen und/oder einer zellulären Immunantwort gegen dieses Antigen in einem Individuum. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bezeichnet eine "humorale Immunantwort" eine durch Antikörper-Moleküle vermittelte Immunantwort, während eine "zelluläre Immunantwort" eine solche ist, die durch T-Lymphozyten und/oder andere weiße Blutzellen vermittelt wird.
  • Eine "codierende Sequenz" oder eine Sequenz, die ein Polypeptid "codiert" ist ein Nukleinsäuremolekül, das in vivo transkribiert (im Fall von DNA) und in ein Polypeptid translatiert (im Fall von mRNA) wird, wenn es unter die Steuerung geeigneter regulatorischer Sequenzen gestellt wird. Die Grenzen der codierenden Sequenz werden durch ein Startcodon am 5'(Amino)-Ende und ein Translations-Stop-Codon am 3'(Carboxy)-Ende bestimmt. Für die Zwecke der Erfindung kann eine codierende Sequenz cDNA aus viraler, prokaryotischer oder eukaryotischer mRNA, genomische DNA-Sequenzen aus viraler oder prokaryotischer DNA, und sogar synthetische DNA-Sequenzen einschließen, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Eine Transkriptionsterminationssequenz kann in 3'-Lage zur codierenden Sequenz angeordnet sein.
  • Ein "Nukleinsäure"-Molekül kann prokaryotische Sequenzen, eukaryotische mRNA, cDNA aus eukaryotischer mRNA, genomische DNA-Sequenzen aus eukaryotischer (z. B. Säuger-) DNA und sogar synthetische DNA-Sequenzen einschließen, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Der Ausdruck bezieht auch Sequenzen ein, die beliebige der bekannten Basenanaloga von DNA und RNA einschließen.
  • "In funktionsfähiger Weise gebunden" bezeichnet eine Anordnung von Elementen, in der die so beschriebenen Komponenten zur Ausübung ihrer üblichen Funktion konfiguriert sind. Ein gegebener Promotor, der in funktionsfähiger Weise an eine codierende Sequenz gebunden ist, ist somit in der Lage, die Expression der codierenden Sequenz zu bewirken, wenn die geeigneten Enzyme anwesend sind. Der Promotor muss nicht benachbart zur codierenden Sequenz sein, solange er zur Steuerung der Expression davon funktioniert. Es können somit beispielsweise intervenierende untranslatierte jedoch transkribierte Sequenzen zwischen der Promotorsequenz und der codierenden Sequenz vorliegen, und die Promotorsequenz kann noch als "in funktionsfähiger Weise" an die codierende Sequenz "gebunden" betrachtet werden.
  • "Rekombinant", wie hierin verwendet, um ein Nukleinsäuremolekül zu beschreiben, bedeutet ein Polynukleotid von genomischer Herkunft, Herkunft aus cDNA, halbsynthetischer oder synthetischer Herkunft, das aufgrund seiner Herkunft oder Manipulation: (1) nicht mit dem Ganzen oder einem Teil des Polynukleotids, mit dem es in der Natur assoziiert ist, assoziiert ist; und/oder (2) an ein anderes Polynukleotid gebunden ist als an das, an welches es in der Natur gebunden ist.
  • Zwei Nukleinsäuresequenzen sind "im Wesentlichen homolog", wenn mindestens etwa 70%, vorzugsweise mindestens etwa 80–90%, und am meisten bevorzugt mindestens etwa 95% der Nukleotide über eine definierte Länge des Moleküls übereinstimmen. Wie hierin verwendet, bezeichnet "im Wesentlichen homolog" auch Sequenzen, die Identität zur spezifizierten Nukleinsäure aufweisen. Nukleinsäuresequenzen, die im Wesentlichen homolog sind, können in einem Southern-Hybridisierungsexperiment, zum Beispiel unter stringenten Bedingungen, wie sie für das besondere System definiert sind, identifiziert werden. Die Definition geeigneter Hybridisierungsbedingungen liegt innerhalb der Erfahrung des Fachgebiets; siehe, z. B., Sambrook et al., obenstehend; DNA Cloning, Bände I & II, obenstehend; Nucleic Acid Hybridization, obenstehend. Derartige Sequenzen können auch durch direkte Sequenzierung von PCR-Produkten bestätigt und weiter charakterisiert werden.
  • Die Ausdrücke "Individuum" und "Subjekt" werden hierin austauschbar verwendet, um ein beliebiges Mitglied des Unterstamms der Chordata, einschließlich, ohne Begrenzung, Menschen und andere Primaten, einschließlich nichtmenschliche Primaten, wie Schimpansen und andere Affen und Affenarten; Nutztiere wie Rinder, Schafe, Schweine, Ziegen und Pferde; Haustiere, wie Hunde und Katzen; Labortiere, einschließlich Nager, wie Mäuse, Ratten und Meerschweinchen; Vögel, einschließlich Haus-, Frei- und Wildgeflügel, wie Hühner, Truthähne und andere hühnerartige Vögel, Enten, Gänse, und dergleichen. Die Ausdrücke kennzeichnen kein bestimmtes Alter. Sowohl ausgewachsene als auch neugeborene Individuen sollen somit abgedeckt werden. Die hierin beschriebenen Verfahren sind für die Anwendung in einer beliebigen der obigen Wirbeltierspezies gedacht, da die Immunsysteme von allen diesen Wirbeltieren in ähnlicher Weise arbeiten.
  • B. Allgemeine Verfahren
  • Ein Mimimal-Promotor wird in der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Minimal-Promotor-Sequenz ist im Allgemeinen von einem DNA-Virus abgeleitet. Der Promotor ist typischerweise ein Promotor, der mit einem Early-Virus-Gen assoziiert ist und üblicherweise durch ein stromaufwärts oder stromabwärts gelegenes Enhancer-Element moduliert wird. In der vorliegenden Erfindung jedoch wird die Promotorsequenz in ihrer Enhancer-freien Form verwendet (d. h., sie ist nicht an ihre native Enhancersequenz gekoppelt, wenn sie im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sie kann jedoch in einem Konstrukt, welches andere heterologe Enhancersequenzen enthält, verwendet werden). Die Minimal-Promotoren der vorliegenden Erfindung werden somit typischerweise aus einer Nukleotidsequenz von etwa 130 Basen oder weniger bestehen, wobei diese Sequenz der Sequenz entsprechen wird, welche die Positionen –1 bis etwa –130, bezogen auf den Start der RNA-Synthese des nativen Early-Virus-Gens, überspannt.
  • In bevorzugten Ausführungsformen wird der Minimal-Promotor aus einem Mitglied der Virusfamilie der Herpesviren erhalten oder abgeleitet. In besonderen Ausführungsformen besteht der Minimal-Promotor im Wesentlichen aus einer Enhancer-freien Promotorsequenz aus einem Affen-, Maus- oder Human-CMV-Virus (zum Beispiel des sCMV- oder hCMV-Immediate-Early-Promotors), einer Enhancer-freien Promotorsequenz aus einem RSV-Virus, einer Enhancer-freien Promotorsequenz aus einem Pseudorabies-Virus (PRV), wie die PRV-Early-Promotor-Region, oder einer funktionellen Variante davon. Die Minimal-Promotorsequenz kann daher im Wesentlichen aus einer Immediate-Early-Promotorsequenz vom humanen Cytomegalovirus (hCMV), einer Early-Promotor-Sequenz vom Pseudorabies-Virus (PRV) oder einer funktionellen Variante davon bestehen.
  • Die Sequenz einer funktionellen Variante kann von einer nativen Promotorsequenz durch eine oder mehrere Basen-Substitutionen, -Deletionen oder -Insertionen abweichen. Es können von 1 bis 30, zum Beispiel von 5 bis 20, Basensubstitutionen und/oder von 1 bis 30, zum Beispiel von 5 bis 20, Basendeletionen und/oder von 1 bis 30, zum Beispiel von 5 bis 20, Baseninsertionen vorhanden sein. Funktionelle Fragmente einer nativen Promotorsequenz können verwendet werden.
  • Variantensequenzen können einfach mithilfe von Routineverfahrensweisen, wie ortsgerichteter Mutagenese, konstruiert werden. Das Vermögen einer Variantensequenz, als Promotor zu wirken, und somit die Funktion beizubehalten, kann durch Experimentieren ermittelt werden. Eine Variantensequenz kann an ein Reportergen in einem geeigneten Expressionssystem gekoppelt und das Vorkommen oder das Fehlen von Expression ermittelt werden. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf Menschen anwendbar, so dass man das Vermögen einer Variantensequenz, die Expression in einer humanen Zelllinie in vitro zu steuern, untersuchen kann.
  • Die Minimal-Promotor-Sequenz wird an eine heterologe Nukleotidsequenz von Interesse gekoppelt, spezifisch eine codierende Sequenz für ein Antigen eines viralen, bakteriellen, parasitären oder pilzlichen Pathogens, oder ein tumorspezifisches Antigen oder ein mit einer Autoimmunerkrankung assoziiertes Antigen. Der Minimal-Promotor wird somit in funktionsfähiger Weise an eine codierende Sequenz gebunden sein, die ein Antigen von Interesse codiert. Das Antigen von Interesse wird vorzugsweise mit einem Pathogen, wie einem viralen, bakteriellen, oder einem parasitären Pathogen, assoziiert sein, oder das Antigen kann ein tumorspezifisches Antigen sein. Das Antigen kann ein Volllängenprotein sein. Alternativ kann das Antigen im Wesentlichen genau aus einem B-Zell-Epitop oder einem T-Zell-Epitop eines Antigens bestehen.
  • Tumorspezifische Antigene schließen beliebige der verschiedenen MAGEs (Melanom-assoziiertes Antigen E), einschließlich MAGE 1, MAGE 2, MAGE 3 (HLA-A1-Peptid), MAGE 4, etc.; beliebige der verschiedenen Tyrosinasen (HLA-A2-Peptid); ras-Mutanten; p53-Mutanten; und p97-Melanom-Antigen ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Andere tumorspezifische Antigene schließen das mit fortgeschrittenen Krebsarten assoziierte Ras-Peptid und p53-Peptid, die mit Zervikal-Krebsarten assoziierten HPV16/18- und E6/E7-Antigene, das mit Brustkrebs assoziierte MUC1-KLH-Antigen, das mit Kolorektal-Krebs assoziierte CEA (Carcinoembryonales Antigen), die mit Melanom assoziierten gp 100- oder MART1-Antigene und das mit Prostatakrebs assoziierte PSA-Antigen ein. Die p53- Gensequenz ist bekannt (siehe z. B. Harris et al. (1986) Mol. Cell. Biol. 6: 4650–4656) und ist bei GenBank unter der Zugangs-Nr. M14694 hinterlegt.
  • Geeignete virale Antigene umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Polynukleotidsequenzen, die Antigene aus der Hepatitis-Virusfamilie, einschließlich Hepatitis A-Virus (HAV), Hepatitis B-Virus (HBV), Hepatitis C-Virus (HCV), das Delta-Hepatitis-Virus (HDV), Hepatitis E-Virus (HEV) und Hepatitis G-Virus (HGV), codieren. Zum Beispiel ist die Virusgenomsequenz von HBV bekannt, wie es Verfahren zum Erhalten von Antigen-codierenden Sequenzen daraus sind; siehe, z. B., Ganem et al. (1987) Annu. Rev. Biochem. 56: 651–693; Hollinger, F. B. (1990) Hepatitis 8 virus, Band II, S. 2171–2235, in Fields et al. (Hrsg.), Virology, 2. Ausgabe, Raven Press, New York, NY; und Valenzuela et al. (1980) The nucleotide Sequence of the Hepatitis 8 viral Genome and the Identification of the Major Viral Genes, S. 57–70, in Fields et al. (Hrsg.), Animal Virus Genetics, Academic Press, New York, NY). Das HBV-Genom codiert verschiedene virale Proteine, einschließlich der Groß-, Mittel- und Hauptoberflächen-Antigen-Polypeptide, des X-Gen-Polypeptids und des Kern-Polypeptids. Siehe, z. B., Yokosuka et al. (1986) N. Engl. J. Med. 315: 1187–1192; Imazeki et al. (1987) Hepatology 7: 753–757; Kaneko et al. (1988) J. Virol. 62: 3979–3984; und Ou et al. (1990) J. Virol. 64: 4578–4581. In ähnlicher Weise ist die Virusgenomsequenz von HCV bekannt, wie es Verfahren zum Erhalten der Sequenz sind. Siehe, z. B., Internationale Veröffentlichungen Nr. WO 89/04669; WO 90/11089; und WO 90/14436. Das HCV-Genom codiert mehrere virale Proteine, einschließlich E1 und E2. Siehe, z. B., Houghton et al. (1991) Hepatology 14: 381–388. Die Sequenzen, die diese HBV- und HCV-Proteine, wie auch antigene Fragmente davon, codieren, werden in den vorliegenden Verfahren Verwendung finden. In ähnlicher Weise ist die codierende Sequenz für das δ-Antigen aus HDV bekannt (siehe, z. B., U.S.-Patent Nr. 5 378 814).
  • In ähnlicher Weise können Sequenzen, die eine breite Vielfalt von Proteinantigenen aus der Herpesvirus-Familie codieren, in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, einschließlich Antigenen, die abgeleitet sind aus den Herpes Simplex-Virus(HSV)-Typen 1 und 2, wie die HSV-1- und HSV-2-Glykoproteine gB, gD und gH; Antigenen aus Varicella Zoster-Virus (VZV), Epstein-Barr-Virus (EBV) und Cytomegalovirus (CMV), einschließlich CMV-gB und -gH; und Antigenen aus anderen humanen Herpesviren, wie HHV6 und HHV7. (Siehe, z. B., Chee et al. (1990) Cytomegaloviruses (J. K. McDougall, Hrsg:, Springer-Verlag, S. 125–169; McGeoch et al. (1988) J. Gen. Virol. 69: 1531–1574; US Patent Nr. 5 171 568; Baer et al. (1984) Nature 310: 207–211; und Davison et al. (1986) J. Gen. Virol. 67: 1759–1816.)
  • HIV-Antigene, wie die gp 120-Sequenzen für eine Vielzahl von HIV-1- und HIV-2-Isolaten, einschließlich Mitgliedern der verschiedenen genetischen Subtypen von HIV, sind bekannt und wurden berichtet (siehe, z. B., Myers et al., Los Alamos Database, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico (1992); und Modrow et al. (1987) J. Virol. 61: 570–578), und aus beliebigen dieser Isolate abgeleitete Antigene werden in den vorliegenden Verfahren Verwendung finden. Darüber hinaus ist die Erfindung ebenso auf andere immunogene Einheiten, die aus beliebigen der verschiedenenartigen HIV-Isolate abgeleitet sind, einschließlich beliebigen der verschiedenen Hüllproteine, wie gp 160 und gp 41, gag-Antigenen, wie p24gag und p55gag, wie auch von aus den pol-, env-, tat-, vif-, rev-, nef-, vpr-, vpu- und LTR-Regionen von HIV abgeleiteten Proteinen, anwendbar.
  • Sequenzen, die aus anderen Viren abgeleitete oder erhaltene Antigene codieren, werden auch in den beanspruchten Verfahren Verwendung finden, wie, ohne Einschränkung, Sequenzen aus Mitgliedern der Familien der Picornaviridae (z. B. Polioviren, etc.); Caliciviridae; Togaviridae (z. B. Rubella-Virus, Degue-Virus, etc.); Flaviviridae; Coronaviridae; Reoviridae; Birnaviridae; Rhabodoviridae (z. B. Rabies-Virus, etc.); Filoviridae; Paramyxoviridae (z. B., Mumps-Virus, Masern-Virus, Respiratory-Syncytial-Virus, etc.); Bunyaviridae; Arenaviridae; Retroviridae (z. B. HTLV-I; HTLV-II; HIV-1 (auch als HTLV-III, LAV, ARV, hTLR, etc. bekannt)), einschließlich, aber nicht begrenzt auf, Antigene, unter anderen, aus den Isolaten HIVIIIb, HIVSF2, HIVLAV, HIVLAI, HIVMN); HIV-1CM235, HIV-1US4; HIV-2. Siehe, z. B., Virology, 3. Ausgabe (W.K. Joklik, Hrsg., 1988); Fundamental Virology, 2. Ausgabe (B.N. Fields und D.M. Knipe, Hrsg., 1991), wegen einer Beschreibung dieser und anderer Viren.
  • Sequenzen, die geeignete Bakterien- und Parasiten-Antigene codieren, werden aus bekannten verursachenden Agenzien erhalten oder abgeleitet, die verantwortlich sind für Erkrankungen, wie Diphterie, Keuchhusten, Tetanus, Tuberkulose, Bakterien- oder Pilz-Pneumonie, Cholera, Typhus, Pest, Shigellose oder Salmonellose, Legionärskrankheit, Lyme-Krankheit, Lepra, Malaria, Hakenwurmkrankheit, Onchozerkiasis, Schistosomiasis, Trypamasomiasis, Lesmaniasis, Giardia, Amoebiasis, Filariasis, Borelia und Trichinose. Noch weitere Antigene können aus unüblichen Viren oder virusähnlichen Agenzien erhalten oder abgeleitet werden, wie den verursachenden Agenzien von Kuru, der Creutzfeldt-Jacob-Krankheit (CJD), Scrapie, der übertragbaren Nerz-Enzephalopathie und der Chronic-Wasting-Disease, oder aus proteinösen infektiösen Partikeln, wie Prionen, die mit Rinderwahnsinn assoziiert sind.
  • Sowohl die Sequenz für den Minimal-Promotor wie auch die codierende Sequenz von Interesse können unter Verwendung bekannter Verfahren erhalten und/oder hergestellt werden. Zum Beispiel können im Wesentlichen reine Antigenpräparate unter Verwendung von molekularbiologischen Standardwerkzeugen erhalten werden. Dies bedeutet, dass die oben beschriebenen Antigene codierende Polynukleotidsequenzen unter Verwendung rekombinanter Verfahren erhalten werden können, wie durch das Screenen von cDNA-Bibliotheken und genomischen Bibliotheken aus Zellen, die das Gen exprimieren, oder durch Ableiten des Gens aus einem Vektor, von dem bekannt ist, dass er dasselbe beinhaltet. Die gewünschte Gen- oder Promotor-Sequenz kann darüber hinaus direkt aus dieselbe enthaltenden Zellen und Geweben unter Verwendung von Standardtechniken, wie Phenolextraktion und PCR von cDNA oder genomischer DNA, isoliert werden. Siehe, z. B., Sambrook et al., obenstehend, wegen einer Beschreibung von zum Erhalt und zur Isolierung von DNA verwendeten Techniken. Polynukleotidsequenzen können auch synthetisch anstatt durch Klonierung hergestellt werden.
  • Noch ein anderes zweckmäßiges Verfahren zum Isolieren spezifischer Nukleinsäuremoleküle besteht in der Polymerasekettenreaktion (PCR); Mullis et al. (1987) Methods Enzymol. 155:335–350. Diese Technik verwendet DNA-Polymerase, üblicherweise eine thermostabile DNA-Polymerase, um eine gewünschte DNA-Region zu replizieren. Die zu replizierende DNA-Region wird durch Oligonukleotide von spezifizierter Sequenz, die zu gegenüberliegenden Enden und gegenüberliegenden Strängen der gewünschten DNA komplementär sind, um die Replikationsreaktion zu primen, identifiziert. Das Produkt der ersten Replikationsrunde ist selbst eine Matrize für die nachfolgende Replikation, und somit führen wiederholte aufeinander folgende Replikationszyklen zu einer geometrischen Amplifikation des durch das verwendete Primerpaar eingegrenzten DNA-Fragments.
  • Sobald die Sequenzen für den Minimal-Promotor und die codierende Sequenz von Interesse erhalten worden sind, werden sie in funktionsfähiger Weise unter Verwendung von Standardtechniken der Klonierung oder Molekularbiologie aneinander gebunden, um ein Nukleinsäuremolekül bereitzustellen; siehe, z. B., Edge (1981) Nature 292: 756; Nambair et al. (1984) Science 223: 1299; und Jay et al. (1984) J. Biol. Chem. 259: 6311. Das Nukleinsäuremolekül wird dann in einen geeigneten Vektor, wie ein Expressionsplasmid oder ein virales Vektorkonstrukt, inseriert.
  • Das den Minimal-Promotor und eine ausgewählte codierende Sequenz umfassende Nukleinsäurekonstrukt umfasst im Allgemeinen auch andere Steuerungssequenzen. Diese anderen Steuerungssequenzen umfassen typischerweise eine Terminator- und/oder eine Translations-Initiationssequenz (z. B. GCCACCATGG oder GCCCCCATGG) und/oder ein Translations-Stopcodon (z. B. TAA, TAG oder TGA) und/oder ein Polyadenylierungs-Signal und/oder eine RNA-Pausierungs-Stelle. Der native Enhancer für die Promotorsequenz ist jedoch nicht anwesend. Im Allgemeinen ist überhaupt kein Enhancer anwesend.
  • Sobald vollständig, werden die Konstrukte für die Nukleinsäure-Immunisierung unter Verwendung von Standardprotokollen für die Genzuführung verwendet. Verfahren für die Genzuführung sind im Fachgebiet bekannt. Siehe, z. B., U.S.-Patente Nr. 5 399 346, 5 580 859, 5 589 466. Gene können somit einem Subjekt direkt zugeführt werden.
  • Liposomale Zubereitungen können für die Zuführung der Nukleinsäuremoleküle der Erfindung verwendet werden. Nützliche liposomale Zubereitungen schließen kationische (positiv geladene), anionische (negativ geladene) und neutrale Zubereitungen ein, wobei kationische Liposomen besonders bevorzugt sind. Kationische Liposomen vermitteln, wie gezeigt worden ist, die intrazelluläre Zuführung von Plasmid-DNA (Felgner et al. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 7413–7416) und mRNA (Malone et al. (1989) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 6077–6081).
  • Die Nukleinsäuremoleküle der vorliegenden Erfindung können alternativ eingekapselt, an oder mit teilchenförmigen Trägern adsorbiert bzw. assoziiert werden. Geeignete teilchenförmige Träger schließen sowohl diejenigen ein, die von Polymethylmethacrylat-Polymeren abgeleitetet sind, wie auch von Poly(lactiden) und Poly(lactid-co-glykoliden) abgeleitete PLG-Mikropartikel. Siehe, z. B., Jeffery et al. (1993) Pharm. Res. 10: 362–368. Andere teilchenförmige Systeme und Polymere können auch verwendet werden, zum Beispiel Polymere, wie Polylysin, Polyarginin, Polyornithin, Spermin, Spermidin, wie auch Konjugate dieser Moleküle.
  • Die Formulierung einer die obigen Nukleinsäuremoleküle umfassenden Zusammensetzung kann unter Verwendung von standardmäßigen Chemieverfahren und Verfahrensweisen für die pharmazeutische Formulierung, von denen alle dem normal ausgebildeten Fachmann leicht zugänglich sind, durchgeführt werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Nukleinsäuremoleküle enthaltende Zusammensetzungen mit einem oder mehreren pharmazeutisch annehmbaren Exzipientien oder Vehikeln kombiniert werden. Hilfsstoffe, wie Netz- oder Emulgiermittel, pH-Puffersubstanzen und dergleichen, können in dem Exzipiens oder Vehikel vorliegen. Diese Exzipientien, Vehikel und Hilfsstoffe sind im Allgemeinen pharmazeutische Mittel, die in dem die Zusammensetzung empfangenden Individuum keine Immunantwort induzieren, und die ohne unangemessene Toxizität verabreicht werden können. Pharmazeutisch annehmbare Exzipientien umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Flüssigkeiten, wie Wasser, Salzlösung, Polyethylenglykol, Hyaluronsäure, Glyzerin und Ethanol. Pharmazeutisch annehmbare Salze können auch darin eingeschlossen werden, wie, zum Beispiel, Mineralsäuresalze, wie Hydrochloride, Hydrobromide, Phosphate, Sulfate, und dergleichen; und die Salze von organischen Säuren, wie Acetate, Propionate, Malonate, Benzoate, und dergleichen. Bestimmte Mittel zur Erleichterung der Nukleinsäureaufnahme und/oder der Expression können auch in die Zusammensetzungen eingeschlossen werden, zum Beispiel Erleichterungsmittel, wie Bupivacain, Cardiotoxin und Saccharose. Eine gründliche Erläuterung von pharmazeutisch annehmbaren Exzipientien, Vehikeln und Hilfsstoffen ist in REMINGTON'S PHARMACEUTICAL SCIENCES (Mack Pub. Co., N. J. 1991) verfügbar, was hierin zur Bezugnahme einbezogen ist.
  • Bei Verwendung für Nukleinsäure-Immunisierungen werden die formulierten Zusammensetzungen eine Menge des Antigens von Interesse beinhalten, die ausreichend ist, um eine Immunantwort, wie oben definiert, entstehen zu lassen. Eine geeignete wirksame Menge kann leicht von einem Fachmann im Fachgebiet ermittelt werden. Eine solche Menge wird in einen relativ breiten Bereich, der durch Routineversuche ermittelt werden kann, fallen. Die Zusammensetzungen können von etwa 0,1% bis etwa 99,9% des Antigens enthalten und können dem Subjekt direkt unter Anwendung von Verfahren, die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, verabreicht werden. Verfahren für die in vivo-Zuführung können die Injektion unter Verwendung einer üblichen Spritze mit sich bringen. Die Konstrukte können entweder subkutan, epidermal, intradermal, in die Schleimhaut, wie nasal, rektal und vaginal, intraperitoneal, intravenös, oral oder intramuskulär injiziert werden. Andere Verabreichungsarten umfassen transdermale Anwendungen.
  • Es ist jedoch bevorzugt, dass die Nukleinsäuremoleküle unter Verwendung einer Teilchenbeschleunigungs-Vorrichtung zugeführt werden, die Nukleinsäure-beschichtete Mikropartikel in Zielgewebe schießt, oder teilchenförmige Nukleinsäure-Zusammensetzungen transdermal zuführt. Diesbezüglich ist gezeigt worden, dass die Teilchen-vermittelte (manchmal als "Gene Gun" bezeichnet) Nukleinsäure-Immunisierung sowohl humorale wie auch Cytotoxische-T-Lymphozyten-Immunantworten nach epidermaler Zuführung von DNA in Nanogrammmengen hervorrufen kann; Pertmer et al. (1995) Vaccine 13: 1427–1430. Teilchen-vermittelte Zuführungstechniken sind mit anderen Typen von Nukleinsäureimpfung verglichen und als deutlich überlegen befunden worden; Fynan et al. (1995) Int. J. Immunopharmacology 17: 79–83, Fynan et al. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 11478–11482, und Raz et al. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: 9519–9523. Solche Untersuchungen haben die Teilchen-vermittelte Zuführung von Nukleinsäure-basierten Impfstoffen sowohl in oberflächliche Haut wie auch in Muskelgewebe untersucht.
  • Teilchen-vermittelte Verfahren für die Zuführung von Nukleinsäurepräparationen sind im Fachgebiet bekannt. Sobald sie hergestellt und in geeigneter Weise gereinigt worden sind, können die oben beschriebenen Nukleinsäuremoleküle somit unter Anwendung einer Auswahl von im Fachgebiet bekannten Techniken auf Trägerpartikel beschichtet werden. Trägerpartikel werden aus Materialien ausgewählt, die eine geeignete Dichte in dem Bereich von Teilchengrößen aufweisen, welche typischerweise für die intrazelluläre Zuführung aus einer "Gene-Gun"-Vorrichtung verwendet werden. Die optimale Trägerpartikelgröße wird natürlich vom Durchmesser der Zielzellen abhängen.
  • Für die Zwecke der Erfindung können Wolfram-, Gold-, Platin- und Iridium-Trägerpartikel verwendet werden. Wolfram- und Goldpartikel werden bevorzugt. Wolframpartikel sind leicht in Durchschnittsgrößen von 0,5 bis 2,0 μm Durchmesser erhältlich. Goldpartikel oder mikrokristallines Gold (z. B., Goldpulver A1570, erhältlich von Engelhard Corp., East Newark, NJ) werden/wird auch bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden. Goldpartikel bieten Größengleichförmigkeit (verfügbar von Alpha Chemicals in Teilchengrößen von 1–3 μm, oder verfügbar von Degussa, South Plainfield, NJ, in einem Bereich von Teilchengrößen, einschließlich 0,95 μm). Mikrokristallines Gold bietet eine verschiedenartige Teilchengrößenverteilung, typischerweise im Bereich von 0,5–5 μm. Jedoch sorgt der unregelmäßige Oberflächenbereich von mikrokristallinem Gold für eine hocheffiziente Beschichtung mit Nukleinsäuren.
  • Etliche Verfahren für die Beschichtung oder Präzipitation von DNA oder RNA auf Gold- oder Wolframpartikel sind bekannt und sind beschrieben worden. Die meisten derartigen Verfahren kombinieren im Allgemeinen eine vorbestimmte Menge Gold oder Wolfram mit Plasmid-DNA, CaCl2 und Spermidin. Die entstehende Lösung wird während der Beschichtungsprozedur kontinuierlich gevortext, um Einheitlichkeit der Reaktionsmischung zu gewährleisten. Nach Präzipitation der Nukleinsäure können die beschichteten Partikel auf geeignete Membranen übertragen werden und vor der Verwendung trocknen gelassen werden, auf Oberflächen eines Proben-Moduls oder einer -Kassette aufbeschichtet werden, oder in eine Zuführungskassette zur Verwendung in speziellen Gene-Gun-Gerätschaften geladen werden.
  • Verschiedene für die Teilchen-vermittelte Zuführung geeignete Teilchenbeschleunigungs-Vorrichtungen sind im Fachgebiet bekannt, und alle sind für die Verwendung bei der praktischen Ausführung der Erfindung geeignet. Derzeitige Geräteauslegungen verwenden eine explosive, elektrische oder gasförmige Entladung, um die beschichteten Trägerpartikel zu den Zielzellen vorwärts zu treiben. Die beschichteten Trägerpartikel können ihrerseits ablösbar auf einem beweglichen Trägerblatt angeheftet sein, oder entfernbar an einer Oberfläche, an der entlang ein Gasstrom passiert, der die Teilchen von der Oberfläche abhebt und sie zum Ziel hin beschleunigt, angeheftet sein. Ein Beispiel einer Gas-Entladungsvorrichtung ist im U.S.-Patent Nr. 5 204 253 beschrieben. Eine Vorrichtung vom Explosions-Typ ist im U.S.-Patent Nr. 4 945 050 beschrieben. Ein Beispiel einer Teilchenbeschleunigungs-Vorrichtung vom Helium-Entladungs-Typ ist das PowderJect XR®-Instrument (PowderJect Vaccines, Inc., Madison), WI, wobei dieses Instrument im US Patent Nr. 5 120 657 beschrieben ist. Eine für die Verwendung hierin geeignete elektrische Entladungsvorrichtung ist im U.S.-Patent Nr. 5 149 655 beschrieben. Die Beschreibung von allen diesen Patenten ist zur Bezugnahme hierin einbezogen.
  • Die teilchenförmigen Nukleinsäure-Zusammensetzungen können alternativ transdermal unter Verwendung einer nadelfreien Spritzenvorrichtung verabreicht werden. Zum Beispiel kann eine die Nukleinsäurekonstrukte der vorliegenden Erfindung umfassende teilchenförmige Zusammensetzung unter Verwendung allgemeiner pharmazeutischer Verfahren, wie einfache Verdampfung (Kristallisation), Vakuumtrocknung, Sprühtrocknung oder Lyophilisation, erhalten werden. Falls gewünscht, können die Teilchen unter Anwendung der Techniken, die beschrieben werden in der im gemeinsamen Besitz befindlichen Internationalen Veröffentlichung Nr. WO 97/48485, welche hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist, weiter verdichtet werden. Diese teilchenförmigen Zusammensetzungen können dann aus einem nadelfreien Spritzensystem, wie jenen, die in den im gemeinsamen Besitz befindlichen Internationalen Veröffentlichungen Nr. WO 94/24263, WO 96/04947, WO 96/12513 und WO 96/20022 beschrieben sind, von denen alle durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind, zugeführt werden.
  • Die Partikelzusammensetzungen oder beschichteten Partikel werden dem Individuum in einer Weise, die mit der Dosisformulierung verträglich ist, und in einer Menge, die für die Zwecke der Erfindung wirksam sein wird, verabreicht. Die Menge der zuzuführenden Zusammensetzung hängt von dem Individuum ab, das getestet werden soll. Die exakte nötige Menge wird abhängig vom Alter und vom Allgemeinzustand des zu behandelnden Individuums variieren, und eine geeignete wirksame Menge kann von einem Fachmann auf dem Gebiet beim Lesen der vorliegenden Patentschrift leicht bestimmt werden.
  • C. Experimentelle Beispiele
  • Untenstehend werden Beispiele für spezifische Ausführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Erfindung angegeben. Die Beispiele werden ausschließlich für Erläuterungszwecke vorgestellt und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.
  • Es wurden Anstrengungen zur Gewährleistung der Genauigkeit hinsichtlich der verwendeten Zahlenangaben (z. B. Mengen, Temperaturen, etc.), unternommen, jedoch sollten natürlich ein gewisser Versuchsfehler und eine gewisse Versuchsabweichung eingeräumt werden.
  • Beispiel 1
  • Eine Anzahl von Expressionssystemen wurde konstruiert, um die Antigenexpression von Vektoren aus, die eine Antigen-codierende Sequenz unter der transkriptionellen Kontrolle eines Enhancer-haltigen Promotors und des korrespondierenden Minimal-Promotors enthalten, zu vergleichen (unter Verwendung von in vitro-Expressionstestverfahren). Die Immunogenität derselben Vektorkonstrukte (Fähigkeit eine Antikörperantwort gegen das Antigen hervorzurufen) wurde dann unter Verwendung von in vivo-Nukleinsäure-Immunisierungs-Testverfahren bewertet.
  • Insbesondere wurden Vektoren, die den Promotor vom Affen-CMV mit ("sCMV") und ohne ("mP-sCMV") dessen Enhancer enthielten, Vektoren, die den Immediate-Early-Promotor vom humanen CMV mit ("CMV") und ohne ("mp" oder "mp-CMV") dessen Enhancer enthielten, und Vektoren, die den PRV-Promotor mit ("PRV") und ohne ("mP-PRV") dessen Enhancer enthielten, sowohl hinsichtlich Antigenproduktion (in vitro-Expression) als auch Antikörperproduktion (in vivo-Immunogenität) bewertet. Die Ergebnisse sind in der beigefügten 1 dargestellt. Die Entfernung der Enhancersequenzen reduzierte in allen Fällen die Expressionsspiegel aus den Minimal-Promotor-Konstrukten (im Vergleich mit den Enhancer-haltigen Promotoren) (nicht abgebildet). Wie jedoch in der Figur zu sehen ist, sorgten die Minimal-Promotor-Konstrukte für eine dramatisch gesteigerte Antikörperproduktion (im Vergleich mit den Enhancer-haltigen Promotoren) in dem in vivo-Teil der Untersuchung.
  • Beispiel 2
  • Um die Wirkung der Verwendung eines Enhancer-freien Promotorsystems in einem Nukleinsäure-Immunisierungs-Protokoll zusätzlich zu bewerten, wurde eine Anzahl von Experimenten zum Vergleich der Immunogenität von Antigenkonstrukten, die (Enhancer-haltige) Volllängen-Promotorsysteme und die (Enhancer-freien) Minimal-Promotorsysteme der vorliegenden Erfindung enthielten, durchgeführt.
  • Genauer gesagt, wurde eine Reihe von Hepatitis B-Oberflächenantigen(HBsAg)-Konstrukten folgendermaßen konstruiert. Zur Erzeugung der HbsAg-codierenden Region wurde das pAM6-Konstrukt (erhalten von der American Type Culture Collection "ATCC") mit Nco1 geschnitten und mit Mungbohnen-Nuklease behandelt, um das Startcodon des X-Antigens zu entfernen. Die resultierende DNA wurde dann mit BamH1 geschnitten und mit T4 DNA-Polymerase behandelt, um die DNA glattendig zu machen und eine HBsAg-Expressionskassette zu schaffen. Die HBsAg-Expressionskassette liegt in dem 1,2 kB-Fragment vor. Das Plasmidkonstrukt PJV7077 (Schmaljohn et al. (1997) J. Virol. 71: 9563–9569), das den Volllängen-Immediate-Early-Promotor (mit Enhancer) vom humanen CMV (Towne-Stamm) enthält, wurde mit Hind3 und Bgl2 geschnitten und dann mit T4 DNA-Polymerase und Kälber-Alkalische-Phosphatase zur Schaffung glattendiger benachbarter DNA behandelt.
  • Das PJV7232-Wirtsplasmid (ein Derivat des oben beschriebenen PJV7077-Konstrukts) enthält eine Promotor-Insertionsregion, flankiert von einer Sal1- und BamH1-Stelle. Neue Promotoren wurden durch PCR erzeugt, ausgehend von Virus-Stammkulturen, infizierten Zellen, Plasmiden, etc., unter Verwendung von zu den Promotorregionen von Interesse homologen Primern. Diese Primer wurden mit Sal1- und BamH1-Restriktionsstellen an den terminalen Enden so entworfen, dass das PCR-Fragment mit diesen Enzymen geschnitten werden kann, um eine einfache Insertion in das ähnlich geschnittene PJV7232-Konstrukt zu erleichtern. Dieses Verfahren wurde dann angewandt, um HBsAg-Expressionskassetten zu konstruieren, welche von Volllängen(Enhancer-haltigen)-Affen-CMV(sCMV)- und Pseudorabies-Virus(PRV)-Promotorsystemen gesteuert wurden. Sämtliche PCR-Reaktionen wurden zur Amplifikation der Promotorelemente aus den Zielsequenzen gemäß den Herstelleranweisungen unter Standardbedingungen durchgeführt, insbesondere:
    1 × PCR-Grundpuffer mit 15 mM MgCl2;
    0,4 μM jeweils vom Sinn- und Antisinn-Primer;
    200 μM von jedem dNTP;
    2,5 μg Taq-Polymerase;
    0,1–1,0 μg Ziel-Probe (ATCC# VR706 für sCMV und ATCC# VR135 für PRV);
    Wasser zu 100 μl; und
    Mineralöl-Deckschicht.
  • Der Thermocycler war für den folgenden Routineablauf programmiert:
    4 Minuten bei 95°C;
    30 Zyklen von (1 Minute bei 95°C + 1 Minute und 15 Sekunden bei 55°C + 1 Minute bei 72°C);
    10 Minuten bei 72°C; und
    Anhalten bei 4°C.
  • Nach Abschluss des Thermozyklierens wurde die Taq-Polymerase mittels Phenol/-Chloroform-Extraktion und Ethanol-Präzipitation der PCR-Produkte entfernt. Diese amplifizierte DNA, wie auch das PJV7232-Konstrukt, wurden dann mit den Sal1- und BamH1-Restriktionsenzymen geschnitten.
  • Nach dem Schneiden mit den geeigneten Restriktionsenzymen (und dem Glätten der Enden, falls erforderlich) wurden die DNAs auf einem Agarosegel zur Trennung, Reinigung und Isolierung der DNA-Banden von Interesse laufen gelassen. Diese isolierten Banden wurden dann in einer Ligase-Reaktion zusammengemischt und über Nacht bei 16°C inkubiert. Die Ligations-Reaktionsansätze wurden in E. coli-Zellen transformiert. Die geschnittenen PJV7077- oder PJV7232-Konstrukte sind nicht in der Lage, in den bakteriellen Wirtszellen unter antibiotischer Selektion zu wachsen, wenn sie nicht ein geeignetes Insert-Fragment enthalten. Demgemäß wurden Bakterienkolonien, welche die neuen rekombinanten DNA-Konstrukte (die HbsAG-Sequenz unter der Promoterwirkung eines Volllängen-hCMV-, sCMV- oder PRV-Promotors) enthielten, auf einer Agarplatte gezüchtet, und die DNA wurde aus diesen Kolonien isoliert. Die DNA wurde hinsichtlich der ordnungsgemäßen Ligation der verschiedenen Fragmente analysiert. Bakterielle Isolate, die korrekte Ligationsprodukte beherbergen, wurden in einer großen Flüssigkultur amplifiziert, mit welcher eine DNA-Extraktion in großem Maßstab durchgeführt wurde. Die resultierende DNA wird anschließend als eine Impfstoffcharge verwendet.
  • Um korrespondierende (Enhancer-freie) Minimalpromotor-Versionen der oben beschriebenen hCMV-sAG-, sCMV-sAG- und PRV-sAG-Konstrukte herzustellen, wurden die DNAs mit Restriktionsenzympaaren (Sal1/Bam1, Sal1/Sca1 bzw. Sal1/Not1) geschnitten. Die geschnittene DNA wurde mit T4 DNA-Polymerase zur Schaffung glattendiger DNA behandelt. Die glattendige DNA wurde unter Verwendung der gleichen Bedingungen wie hierin oben dargelegt selbst-ligiert, transformiert, analysiert und amplifiziert. Diese Vorgehensweise produzierte Impfstoffchargen, wobei zumindest der Großteil von jeder Enhancer-Sequenz aus dem Promotor deletiert worden war.
  • Die DNA-Impfstoff-Produkte wurden dann auf Goldträgerpartikel aufbeschichtet und Maus-Subjekten unter Verwendung einer Teilchen-vermittelten Zuführungstechnik verabreicht. Spezifisch wurden für jedes zu testende Plasmid-DNA-Konstrukt 25 mg von 2-μm-Goldpulver in ein Mikrozentrifugenröhrchen eingewogen. Nach Zugabe eines 250 μl großen Aliquots von 50 mM Spermidin (Aldrich) wurden die Röhrchen gevortext und kurz schallbehandelt. Das Gold wurde dann mit der Mikrozentrifuge abzentrifugiert, und das Spermidin durch ein frisches 100-μl-Aliquot ersetzt. Das Gold wurde dann durch Vortexen resuspendiert, wonach 25 μg DNA den Röhrchen zugesetzt wurden, und es wurde gemischt. Während das Röhrchen leicht gevortext wurde, wurden 100 μl 10%-iges CaCl2 (Fujisawa) USA, Inc.) zugesetzt, um die DNA auf die Gold-Kügelchen zu präzipitieren. Die Präzipitationsreaktion wurde auf dem Labortisch während zehn Minuten ablaufen gelassen, wonach das Gold mittels eines kurzen Mikrozentrifugenlaufs gesammelt und drei Mal mit absolutem Ethanol (Spectrum) gewaschen wurde, um überschüssige Präzipitationsreagenzien zu entfernen. Der gewaschene Gold/DNA-Komplex wurde dann mit 0,05 mg/ml Polyvinylpyrrolidon (360 kD, Spectrum) in absolutem Ethanol resuspendiert. Die resultierende Aufschlämmung wurde dann in ein TEFZEL®-Röhrchen (McMaster-Carr), das in einer Röhrchendreher-Beschichtungsmaschine (PowderJect Vaccines, Inc., Madison WI) eingebracht war, injiziert, die die Innenseite des Röhrchens mit dem Gold/DNA-Komplex beschichtet. Diese Röhrchendreher-Maschine ist im U.S.-Patent Nr. 5 733 600 beschrieben. Nach dem Abschluss der Beschichtungs prozedur wurden die Röhrchen in 0,5 Inch große "Schüsse" geschnitten, die in eine Vorrichtung zur Teilchen-vermittelten Zuführung (die PowderJect XR1-Vorrichtung, PowderJect Vaccines, Inc., Madison, WI) für eine Zuführung in die Mäuse beladen wurden.
  • Für die Impfprozeduren wurden vier bis sechs Wochen alte Balb/c-Mäuse mit einer Mischung von KETASET®(Fort Dodge)- und ROMPUN®(Bayer)-Betäubungsmitteln anästhetisiert. Die Bäuche wurden zur Entfernung der Haare mit einer elektrischen Schere geschoren, und zwei nicht überlappende "Schüsse" des Impfstoffs wurden von der PowderJect XR1-Vorrichtung (bei 450 psi) auf den geschorenen Bereich abgegeben. Die Tiere wurden für sechs Wochen in ihre Käfige zurückgegeben, und nach dieser Zeit wurden Blutproben für die Analyse von Seren hinsichtlich Anti-HBsAg-Antikörpern erhalten.
  • Genauer gesagt, wurden Blutproben aus den geimpften Tieren abgesammelt. Aliquots von bis zu 200 μl von aus den Blutproben isoliertem Serum wurden dann in die Vertiefungen eines Reaktionsgefäßes gegeben, das mit dem AUSAB®EIA-Diagnostic Kit (Abbott Laboratories) geliefert worden war. Die Menge der zugesetzten Seren hing von dem Antikörpertiter der Probe ab, und jede Probe wurde mit Probenverdünnungspuffer verdünnt, damit sie innerhalb der von dem Immunassay-Kit ablesbaren Werte lag. 200-μl-Aliquots von Proben einer Standardisierungs-Reihe wurden zu den Vertiefungen des Reaktionsgefäßes zugesetzt. Eine Kugel wurde zu jeder Vertiefung zugesetzt, wonach das Gefäß verschlossen und während zwei Stunden bei 40°C inkubiert wurde. Die Vertiefungen wurden dann von allen flüssigen Reaktionskomponenten frei gewaschen. 200-μl-Aliquots der Konjugatmischung wurden dann zu jeder gewaschenen Vertiefung zugefügt, wonach das Gefäß wieder verschlossen und während zwei Stunden bei 40°C inkubiert wurde. Die Vertiefungen wurden dann von allen flüssigen Reaktionskomponenten frei gewaschen, und die Kugel in neue Reaktionsröhrchen überführt, wonach 300 μl des Farbentwicklungspuffers zugesetzt wurden. Nach 30 Minuten wurde die Farbentwicklungsreaktion durch Zugabe von 1M H2SO4 gestoppt, und die Absorption bei 490 nm wurde unter Verwendung eines Quantum IITM-Spektrophotometers gemessen. Das Spektrophotometer wurde verwendet, um die Antikörperspiegel jeder Probe durch Vergleich der Absorption der Probe gegenüber der mit der Standardisierungs-Reihe erzeugten Standardkurve zu berechnen. Die Antikörperspiegel wurden dann um jegliche Verdünnungsfaktoren korrigiert, und die Endwerte als geometrische Mittelwert-Titer von allen mit einem bestimmten DNA-Impfstoff-Konstrukt geimpften Tieren aufgezeichnet.
  • Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den 24 dargestellt. Die 2 zeigt einen Vergleich zwischen dem vollständig Enhancer-haltigen hCMV-Promotorsystem und dem hCMV-Minimal-Promotorsystem der vorliegenden Erfindung. Wie ersichtlich ist, gab das Minimal-Promotorsystem einen ungefähr 3-fachen Anstieg in Bezug auf den Antikörper-Titer gegenüber dem vollständig Enhancer-haltigen Promotorsystem (die Ergebnisse wurden aus vier unabhängigen Experimenten mit 8 Mäusen pro Gruppe zusammengenommen). Die 3 und 4 zeigen ähnliche Ergebnisse aus Vergleichen zwischen (Enhancer-haltigen) Volllängen-Promotoren und ihren korrespondierenden (Enhancer-freien) Minimalpromotor-Derivaten.
  • Es sind dementsprechend neuartige Minimal-Promotor-Systeme und diese Systeme umfassende Nukleinsäure-Reagenzien beschrieben worden. Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einiger Ausführlichkeit beschrieben worden sind, versteht es sich, dass offensichtliche Variationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims (11)

  1. Verwendung eines Nukleinsäure-Konstrukts, umfassend eine codierende Sequenz, die ein Antigen codiert, und eine Promotorsequenz, die nicht an ihre native Enhancer-Sequenz gekoppelt ist und welche in funktionsfähiger Weise an die codierende Sequenz gebunden ist, zur Herstellung eines Medikaments zur Verwendung bei der Nukleinsäure-Immunisierung eines Säuger-Subjektes, wobei das Antigen ein Antigen eines viralen, bakteriellen, parasitären oder pilzlichen Pathogens ist, oder ein Tumor-spezifisches Antigen oder ein mit einer Autoimmunerkrankung assoziiertes Antigen ist.
  2. Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei das Antigen ein Hepatitis B Virus-Antigen ist.
  3. Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Antigen Hepatitis B-Oberflächen-Antigen ist.
  4. Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei das Antigen ein HIV-Antigen ist.
  5. Verwendung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antigen ein B-Zell-Epitop oder ein T-Zell-Epitop umfasst.
  6. Verwendung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konstrukt direkt dem Subjekt zugeführt wird.
  7. Verwendung gemäß Anspruch 6, wobei das Konstrukt durch Injektion, transdermale Teilchenzuführung, Inhalation, topisch, intranasal oder transmukosal zugeführt wird.
  8. Verwendung gemäß Anspruch 7, wobei das Konstrukt durch nadelfreie Injektion zugeführt wird.
  9. Verwendung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konstrukt auf Trägerteilchen zur Zuführung des Konstruktes zu dem Subjekt aufbeschichtet ist.
  10. Verwendung gemäß Anspruch 9, wobei die Trägerteilchen Wolfram- oder Goldteilchen sind.
  11. Verwendung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Subjekt ein Mensch ist.
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