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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung behandelt Vektoren und immunogene Zusammensetzungen wie
in den Patentansprüchen
bestimmt. Diese Vektoren und immunogenen Zusammensetzungen sind
nützlich
bei der Immuntherapie von Krebs, besonders bei Gebärmutterhalskrebs.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebärmutterhalskrebs
ist der zweithäufigste
Grund für
krebsbedingte Todesfälle
bei Frauen weltweit. Es gibt sowohl epidemiologische als auch experimentelle
Daten, welche die Ätiologie
von Gebärmutterhalskrebs
mit einer Infektion mit humanem Papilloma-Virus (HPV) der Typen
16 und 18 in Verbindung bringen. Der HPV-Virus ist prävalent bei
35 bis 40% der jungen Frauen vorhanden. Obwohl die Behandlung des
Frühstadiums
der Erkrankung relativ erfolgreich ist, wird bei 15% der Patientinnen
eine rezidive Erkrankung festgestellt. Der Ausgang bei den Patientinnen
mit rezidiver Erkrankung ist relativ schlecht. Somit besteht ein
Bedarf für einen
neuen therapeutischen Ansatz (Ref. 1, 2, 3 – verschiedene Referenzen sind
in Klammem genannt, um den Stand der Technik, zu der diese Erfindung
gehört,
vollständiger
zu beschreiben. Die gesamte bibliograpische Information zu jedem
Zitat ist am Ende der Patentschrift, unmittelbar vor den Patentansprüchen zu
finden. Die Offenbarung dieser Referenzen ist hiermit durch den
Bezug darauf in die vorliegende Offenbarung einbezogen).
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Die
starke Assoziation von HPV-Infektion und Gebärmutterhalskrebs suggeriert,
dass eine virale Antigen-spezifische immuntherapeutische Vorgehensweise
eine mögliche
Strategie bei der Behandlung von Gebärmutterhalskrebs sein kann.
Das Ziel der spezifischen Immuntherapie ist es, die Immunantwort
einer Tumor-tragenden Patientin zu stimulieren, um Tumorläsionen anzugreifen
und auszurotten. Diese Strategie wurde durch die Identifikation
von Tumor-assoziierten Antigenen (TAA) möglich gemacht. Die starke Assoziation zwischen
einer HPV-16-Infektion und Gebärmutterhalskrebs
hat diese Erkrankung zu einem guten Kandidaten für eine immuntherapeutische
Intervention (Ref. 4) gemacht.
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Bei
HPV-DNA-positiven Gebärmutterhalskrebserkrankungen
werden die onkogenen E6- und E7-Proteine exprimiert. Ein experimenteller
Nachweis suggeriert, dass diese zwei Proteine für die karzinogene Entwicklung
von Gebärmutterhalskrebserkrankungen
verantwortlich sind, da ihre Expression zu einem transformierten
und immortalisierten Zustand in humanen Epithelzell kulturen führt (Ref.
5). Dafür
sind diese zwei Proteine potentielle Kandidaten für eine antigenspezifische
Immuntherapie bei HPV-induzierten Gebärmutterhalskrebserkrankungen
und werden hierin evaluiert.
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Obwohl
noch viele Fragen hinsichtlich der Natur der Immunität gegenüber einer
natürlichen
HPV-Infektion vorhanden sind, und, im Gegenzug hinsichtlich Gebärmutterhalskrebs,
ist es einleuchtend, dass es eine Immunkomponente gibt, da immunsupprimierte
Individuen ein größeres Risiko
besitzen, einen bösartigen Gebärmutterhalstumor
zu entwickeln (Ref. 6). Des Weiteren ist diese Immunität höchstwahrscheinlich
durch den zellulären
Zweig der Immunantwort vermittelt. Umfangreiche zelluläre Infiltrate
werden bei einer Untersuchung der spontanen Regressionen von Gebärmutterhalstumoren
(Ref. 7) beobachtet. Demnach scheint eine Antigen-spezifische zelluläre Antwort
erforderlich zu sein, um Gebärmutterhalskrebspatientinnen
zu behandeln.
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Obwohl
die Natur des Resultats einer immuntherapeutischen Strategie identifiziert
wurde, ist die Fähigkeit
diesen Antworttyp zu induzieren, unter Anwendung der derzeitigen
Impfstofftechnologie, begrenzt. Die prophylaktische Impfstoffentwicklung
für HPV
hat sich auf die Herstellung rekombinanter Untereinheiten, die aus
strukturellen L1- und L2-Virion-Proteinen bestehen, konzentriert.
In eukaryotischen Zellen organisiert sich L1 (Hauptcapsidprotein)
selbst zu Papillomavirus-ähnlichen
Partikeln (VLPs) (Ref. 17). Obwohl L1 allein für den Zusammenbau der VLPs
ausreicht, gewährleistet
die Coexpression von L2 (Nebencapsidprotein) eine größere Capsidherstellung
(Ref. 18). Im Gegensatz dazu wurde die therapeutische Impfstoffentwicklung
typischerweise auf die Expression des E6- und/oder E7-Protein-Wildtyps
gerichtet. Die eingesetzten Expressionsvektoren schließen den
Vacciniavirus (zum Beispiel wie in dem
US-Patent Nr. 5 744 133 beschrieben
(Ref. 19, 20), den Alphavirus (zum Beispiel in dem
US-Patent Nr. 5 843 723 beschrieben)
oder andere Poxviren (zum Beispiel
US-Patent
Nr. 5 676 950 ) ein. Daher wurde ein DNA-Vektor, der die
HPV-Antigene kodiert, welche in die karzinogene Entwicklung der
Erkrankung impliziert sind, als das optimale Verfahren, durch das
eine erfolgreiche immuntherapeutische Strategie erreicht werden
könnte,
ermittelt.
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Dennoch,
wie vorausgehend angemerkt, sind die E6- und E7-HPV-Antigene mutmaßlich onkogen,
und demnach könnte
eine Immunisierung mit einem DNA-Konstrukt, das ein beliebiges oder
beide dieser Proteine kodiert, in der Induktion von weiteren bösartigen
Tumoren resultieren (Ref. 5, 10, 11). Demnach wurde, um die Toxizitätrisiken
zu minimieren, ein genetisch entgiftetes E7-Molekül hierin
in einem DNA-Konstrukt kodiert. Dieses entgiftete Molekül wird durch
die Deletion der Retinoblastom(Rb)-Bindungsregion (Ref. 8, 9) modifiziert. Ein
weiteres Verfahren zum Erreichen einer antigenspezifischen Immunität, ohne
die begleitenden Risiken der onkogenen Transformation, ist die Verwendung
einer Epitopstrategie, bei der nur Schlüsselteile des Moleküls verabreicht
werden, um eine spezifische Immunantwort zu induzieren (Ref. 12-16).
Dieser Ansatz wird hierin (nur für
Erläuterungszwecke;
d.h. nicht für
die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen dargelegt ist) in dem Entwurf
des DNA-Polyepitopkonstruktes, bei dem eine Anzahl von T-Zellen-Epitopen,
die sowohl von E6 als auch von E7 abgeleitet sind, verknüpft sind,
beschrieben. Ein Vergleich dieser beiden Ansätze wurde hierin in einem Mausmodell
von HPV-assoziiertem Gebärmutterhalskrebs
durchgeführt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
ist ein Vektor vorgesehen, der ein Nukleinsäuremolekül umfasst, das ein HPV-16-E7-Antigen
umfasst, dem die Aminosäuren
21 bis 26 fehlen, wobei das Nukleinsäuremolekül operativ mit einem Cytomegalovirus-Promotor
verknüpft
ist. In einer Ausführungsform
ist das Nukleinsäuremolekül innerhalb
des Plasmid CMV-3, wie in der 2 zu sehen,
enthalten. In einer weiteren Ausführungsform ist der Vektor pCMV-dE7,
wie in der 1 zu sehen. Die Vektoren
der Erfindung können
zur Verabreichung an einen Wirt verwendet werden, um eine Immunantwort
in dem Wirt vorzusehen, z.B. für
die Immuntherapie von einem HPV-bedingten
Tumor, insbesondere bei Gebärmutterhalskrebs.
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Das
für die
Vektoren der vorliegenden Erfindung ausgewählte Antigen ist das E7-Antigen,
von dem vorher gezeigt wurde, dass es eine Schutzfähigkeit
in einem Vaccinia-System besitzt.
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Potentielle
Toxizitätsbedenken
existieren bei der Verwendung einer nativen Form von E7 in einem Impfstoff
infolge seiner Fähigkeit,
an das Rb-Protein zu binden und demnach einen onkogenen Status zu
fördern.
Eine neue entgiftete Version von E7 wurde hierin durch die Deletion
der Rb-Bindungsstelle konstruiert und in pCMV3 (2)
eingebracht, um den Vektor pCMV-dE7
(1) für die Immunisierung bereitzustellen.
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Die
entgiftete E7-Kodiersequenz wurde aus der unmodifizierten Kodiersequenz
durch Ersetzen von etwa 210 Bp durch DNA, die aus reassoziierten
Oligos gebildet wurde, hergestellt. Die substituierte Sequenz spart
eine Strecke von 18 Nukleotiden, welche die Region von E7 kodieren,
aus, welche in die Komplexbildung mit der Familie der Proteine des
zellulären
Retinoblastoms (Rb) involviert ist, und zwar die Aminosäuren 21
bis 26 von dem nativen E7-Protein.
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Die
Immunisierung mit dem pCMV-dE7-Konstrukt resultierte in einem signifikanten
Schutz vor Tumorauswuchs nach dem Einpflanzen bzw. Anwachsen von
lebenden C3-Tumorzellen, die das Wildtyp E7-Molekül exprimieren,
was zeigt, dass das E7-DNA-Konstrukt erfolgreich verwendet werden
kann, um Schutzimmunität ohne
irgendwelche assoziierten Toxozitätsrisiken zu stimulieren.
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Um
den T-Zellansatz (welcher hierin nur zu Erläuterungszwecken beschrieben
ist) wie oben) zu evaluieren, wurde ein synthetisches Minigen hergestellt,
welches Nukleotidsequenzen umfasst, die T-Zellepitope sowohl von
E6- als auch von E7-Proteinen von HPV-16 (5A) kodieren.
Ein DNA-Konstrukt (pCMV3-HPVT#1), welches das Mini-Gen (6)
enthielt, wurde ver wendet, um Mäuse
zu immunisieren. Die mit dem DNA-Konstrukt von der 6 immunisierten
Mäuse waren
zu 100% vor Tumorauswuchs geschützt.
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Die
Ergebnisse von diesen Studien zeigen an, dass eine DNA-Immunisierung
erfolgreich verwendet werden kann, um vor einer Belastung mit lebendem
C3-Tumor zu schützen
und demnach effektiv bei der klinischen Behandlung von Gebärmutterhalskrebs
sein kann.
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Die
Vektoren der vorliegenden Erfindung beinhalten einen Cytomegalovirus-Promotor.
Das Nukleinsäuremolekül kann innerhalb
des Plasmids CMV-3 enthalten sein, welches den Immediate-Early-Cytomegaloviruspromotor,
einschließlich
der Enhancer- und Intronsequenzen, enthält, und zwar zusammen mit dem
Rinderwachstumshormon-PolyA-Schwanz und einem Kanamycinresistenzgen.
Die Elemente von pCMV-3 sind in der 2 gezeigt.
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Das
Nukleinsäuremolekül kodiert
ein HPV-16-E7-Antigen, welches entgiftet ist, um eine onkogene Replikation
in dem Wirt zu verhindern. Die Entgiftung wird durch Entfernung
der Nukleinsäure,
welche die Aminosäuren
21 bis 26 von HPV-16 kodiert, aus der nativen Nukleinsäuresequenz
durchgeführt.
Der Vektor, welcher solch ein Nukleinsäuremolekül enthält, kann die identifizierenden
Charakteristika von pCMV3-dE7 besitzen, was die Restriktionskarte
und die Konstruktionselemente wie in der 1 gezeigt,
einschließt.
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Die
vorliegende Erfindung sieht in einem weiteren Aspekt eine immunogene
Zusammensetzung für
die in vivo-Verabreichung an einen Wirt vor, welche einen Vektor,
wie oben beschrieben umfasst, welcher einen pharmazeutisch akzeptablen
Träger
dafür einschließen kann.
Die vorliegende Erfindung sieht in einem weiteren Aspekt einen Vektor,
wie oben beschrieben, für
die Verwendung als ein Medikament vor.
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In
einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines
Vektors, wie oben beschrieben, für
die Herstellung eines Medikamentes für die Behandlung von Gebärmutterhalskrebs
vorgesehen.
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Die
Vektoren der vorliegenden Erfindung können für die Immunisierung eines Wirtes
gegen Gebärmutterhalskrebs,
der durch humanen Papilloma-Virus (HPV) verursacht wurde, verwendet
werden. Die Vektoren können
an den Wirt in einer effektiven Menge verabreicht werden in der
Form der immunogenen Zusammensetzung der Erfindung.
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KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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Die 1A ist
eine Karte eines pCMV-dE7-Plasmids, welches ein pCMV-3-Plasmid mit
entgiftetem E7 von HPV-16 umfasst, das darin eingebracht wurde;
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Die 1B zeigt
die Nukleotidsequenz (SEQ ID Nr.: 1) des PCR-amplifizierten dE7
von HPV-16 (pSE859.2).
Die 5'- und 3'-PCR-Primer (SEQ
ID Nr.: 2, 3) sind in dieser Figur durch Kästchen angegeben;
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Die 2 ist
eine Karte des Plasmidvektors pCMV3, der den Immediate-Early-CMV-Promotor
enthält, einschließlich Enhancer-
und Intronsequenzen, Rinderwachstumshormon-PolyA(BGH PA) und Kanamycinresistenz
(KN(R));
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Die 3 zeigt den Aufbau des Plasmidvektors
pCMV3 aus pCMVK2K;
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Die 4 ist
eine Karte des Plasmidvektors pEN-1;
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Die 5A zeigt
das Nukleotid (SEQ ID Nr.: 4, Volllänge; SEQ ID Nr.: 5, Kodiersequenz)
und die abgeleitete Aminosequenz (SEQ ID Nr.: 6) für ein synthetisches
HPV-Minigen, das ein Protein kodiert, welches aus fünf HPV-16
T-Zellepitopen (vom NH2- bis zum COOH-Terminus)
E7: 49 bis 57, 11 bis 20, 82 bis 90, 86 bis 93, und E6: 29 bis 38
besteht. Drei Alanine wurden als Spacer zwischen jedem der Epitope
eingeführt;
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Die 5B zeigt
den Aufbau synthetischer Oligonukleotide, die HPV-16-Epitope von
E6 und E7 enthalten, um das Minigen der 5A zu
bilden. Die fünf
individuellen Oligonukleotide werden von I bis V bezeichnet (SEQ
ID Nr.: 7, 8, 9, 10, 11). Die Epitope von E6 und E7 werden oberhalb
der spezifischen Sequenzen angegeben, und die Zahlen entsprechen
der Aminosäuresequenz
der Volllängen-E6-
und E7-Proteine des HPV-16; und
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Die 6 zeigt
den Aufbau von pCMV3-HPVT#1 durch Inserieren des synthetischen Minigens,
welches in 5A gezeigt ist, in den Polylinker
zwischen den SalI und EcoRI-Stellen des pCMV3-Vektors von 3.
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ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung sieht Vektoren und immunogene Zusammensetzungen
wie oben beschrieben vor, welche für einen immuntherapeutischen
Ansatz für
Gebärmutterhalskrebs,
welcher durch den humanen Papillomavirus (HPV) verursacht wird,
basierend auf einer DNA-Immunisierung
nützlich
sind.
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Eine
Reihe an Experimenten wurde in dem C3-Gebärmutterhalskrebsmodellsystem
durchgeführt.
Unter Verwendung einer DNA-Zuführungs-Plattform
wurde eine Anzahl von auf E7-Antigen
basierenden Impfstoffen auf ihre Fähigkeit evaluiert, den Tumorauswuchs
zu verhindern im Anschluß an
eine Belastung mit lebenden Tumorzellen. Obwohl gezeigt wurde, dass
das E7-Antigen einige
schützende
Fähigkeiten
in einem Vaccinia-Vektorsystem besitzt, bestehen, wie oben erwähnt, potentielle
Toxizitätsbedenken
bei der Verwendung einer nativen Form von E7 in einem Impfstoff
aufgrund seiner Fähigkeit
an das Rb-Protein zu binden und demnach einen onkogenen Zustand
zu fördern.
Daher wurde ein DNA-Konstrukt, das eine „entgiftete" Version (dE7) des
E7 von HPV-16 kodiert, konstruiert. Die Immunisierung mit dem dE7-DNA-Konstrukt (pCMV3-dE7, 1) resultierte in einem signifikanten
Schutz vor Tumorauswuchs anschließend an das Einpflanzen lebender
C3-Tumorzellen, die das Wildtyp-E7-Molekül exprimieren. Dieses Ergebnis
zeigt an, dass das dE7-DNA-Konstrukt erfolgreich verwendet werden
könnte,
um schützende
Immunität
ohne jedwede assoziierten Toxizitätsrisiken zu stimulieren.
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Ein
Epitop-spezifischer Ansatz wurde ebenfalls evaluiert (wie oben diskutiert,
rein zu Erläuterungszwecken;
d.h. nicht für
die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert wurde). Ein
DNA-Konstrukt, das aus T-Zellepitopen, die sowohl von den E6- als
auch den E7-Proteinen von HPV-16 abgeleitet worden waren, zusammengesetzt
war, wurde verwendet, um Mäuse
(pCMV3-HPVT#1, 6) zu immunisieren. Auffällige Ergebnisse
wurden in der Gruppe der Mäuse,
die mit diesem Polyepitopkonstrukt immunisiert worden waren, insofern
beobachtet, als ein 100%-iger Schutz vor Tumorauswachsen beobachtet
wurde.
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Es
ist deutlich ersichtlich für
einen Fachmann, dass die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sowie der hierin beschriebene Epitop-spezifische Ansatz,
viele Anwendungsmöglichkeiten auf
den Gebieten der Impfstoffe, der Diagnose und der Behandlung von
HPV-Infektionen besitzen. Eine weitere nicht-beschränkende Diskussion
solcher Anwendungen ist weiter unten aufgezeigt.
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Impfstoffherstellung und -anwendung
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Immunogene
Zusammensetzungen, die für
die Verwendung als Impfstoffe geeignet sind, können aus den HPV-Genen, -Epitopen
und -Vektoren, welche hierin offenbart werden, hergestellt werden.
Der Impfstoff löst
eine Immunantwort in einem Subjekt bzw. Lebewesen aus, um eine schützende oder
therapeutische Anti-Tumor-Antwort zu induzieren. Immunogene Zusammensetzungen,
einschließlich
Impfstoffen, welche die Nukleinsäure
enthalten, können
als injizierbare, in physiologisch akzeptablen, flüssigen Lösungen oder
Emulsionen für
die Polynukleotidverabreichung hergestellt werden. Die Nukleinsäuren in
akzeptablen Flüssigkeiten können als
direkte Immunisierungswirkstoffe (zum Beispiel, wie allgemein in
dem
US-Patent Nr. 5 589 466 beschrieben)
verwendet werden. Alternativ kann die Nukleinsäure mit Liposomen, wie Lecithinliposomen
oder anderen im Fachbereich bekannten Liposomen, wie einem Nukleinsäureliposom
(zum Beispiel wie in
WO 93/24640 ,
Ref. 21 beschrieben) assoziiert sein, oder die Nukleinsäure kann
mit einem Adjuvans, wie im Detail weiter unten beschrieben, assoziiert
sein. Liposomen, die kationische Lipide umfassen, interagieren spontan und
schnell mit Polyanionen wie DNA und RNA, was in Liposom/Nukleinsäurekomplexen
resultiert, welche bis zu 100% des Polynukleotids einschließen. Zusätzlich fusionieren
die polykationischen Komplexe mit Zellmemb ranen, was in einer intrazellulären Zuführung des
Polynukleotids resultiert, welche die degenerativen Enzyme des lysosomalen
Kompartiments umgeht. Die veröffentlichte
PCT-Anmeldung
WO 94/27435 beschreibt
Zusammensetzungen für
die genetische Immunisierung, welche kationische Lipide und Polynukleotide
umfasst. Agentien, welche bei der zellulären Aufnahme der Nukleinsäure mitwirken,
wie Calciumionen, virale Proteine und andere die Transfektion fördernde
Agentien, können
vorteilhafterweise verwendet werden.
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Immunogene
Polynukleotid-Zusammensetzungen können auch als Mikrokapseln,
einschließlich
biologisch abbaubarer Teilchen mit zeitlich gesteuerter Abgabe formuliert
werden. Somit beschreibt das
US-Patent
5 151 264 einen partikulären Träger mit einer Phospholipid/Glykolipid/Polysaccharid-Natur,
der als Bio Vecteurs Supra Moléculaires
(BVSM) bezeichnet wird. Die partikulären Träger sind vorgesehen, eine Auswahl von
Molekülen,
die eine biologische Aktivität
besitzen, in einer der Schichten davon zu transportieren.
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Das
US-Patent Nr. 5 075 109 beschreibt
die Einkapselung der Antigene: trinitrophenyliertes Schlüsselloch-Napfschnecken-Hemocyanin
und Staphylococcen-Enterotoxin B in Poly(DL-Lactideco-Glykolid im Verhältnis 50:50.
Andere Polymere für
die Einkapselung sind empfohlen, wie Poly(glykolid), Poly(DL-Lactid-co-glykolid),
Copolyoxalate, Polycaprolakton, Poly(laktid-co-Caprolakton), Poly(esteramide), Polyorthoester
und Poly(8-Hydroxybuttersäure)
und Polyanhydride.
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Die
veröffentlichte
PCT-Anmeldung
WO 91/06282 beschreibt
ein Zuführungsvehikel,
welches eine Vielfalt an biohaftfähigen Mikrokügelchen
und Antigenen umfasst. Die Mikrokügelchen bestehen aus Stärke, Gelatine,
Dextran, Kollagen oder Albumin. Dieses Zuführungsvehikel ist insbesondere
für die
Aufnahme von Impfstoff über
die Nasenschleimhaut vorgesehen. Das Zuführungsvehikel kann zusätzlich einen
Absorptionsenhancer enthalten.
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Die
Vektoren können
mit pharmazeutisch akzeptablen Exzipientien gemischt werden, welche
damit kompatibel sind. Solche Exzipientien können Wasser, eine Salzlösung, Dextrose,
Glycerol, Ethanol und Kombinationen davon einschließen. Die
immunogenen Zusammensetzungen und Impfstoffe können weiter Hilfssubstanzen
wie Feuchthaltemittel oder Emulgiermittel, pH-Puffermittel oder Adjuvantien, um die
Effektivität
davon zu fördern,
enthalten.
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Hierin
vorgesehene immunogene Zusammensetzungen und Impfstoffe können parenteral,
durch subkutane, intravenöse,
intradermale oder intramuskuläre
Injektion verabreicht werden, möglicherweise
im Anschluß an
eine Vorbehandlung der Injektionsstelle mit einem lokalen Anästhesiemittel.
Alternativ können
die immunogenen Zusammensetzungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
formuliert wurden, in einer Weise formuliert und abgegeben werden,
um eine Immunantwort auf Schleimhautoberflächen hervorzurufen. Demnach
kann die immunogene Zusammensetzung auf Schleimhautoberflächen z.B.
durch die nasalen oder oralen (intragastrischen) Wege verabreicht
werden. Alternativ sind andere Verabreichungsarten, einschließlich Zäpfchen und
orale Formulierungen erstrebenswert. Bei Zäpfchen können Bindemittel und Träger zum
Beispiel Polyalkenglykole oder Triglyceride einschließen. Orale
Formulierungen können
normal eingesetzte Inzipienten, wie zum Beispiel pharmazeutische
Grade von Saccharin, Zellulose und Magnesiumcarbonat einschließen.
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Die
immunogenen Herstellungen und Impfstoffe können in einer Weise verabreicht
werden, die kompatibel mit der Dosierungsformulierung ist, und in
einer solchen Menge, die therapeutisch effektiv, schützend und
immunogen sein wird. Die zu verabreichende Menge hängt von
dem zu behandelnden Subjekt ab, einschließlich, zum Beispiel, der Kapazität des Immunsystems
des Individuums zur Synthese der mit dem Tumor assoziierten Antigene
und Antikörper
dagegen und, falls notwendig, zur Herbeiführung einer zellvermittelten Immunantwort.
Die genauen Mengen an zur Verabreichung benötigtem aktivem Wirkstoff hängen von
der Beurteilung des Arztes ab. Allerdings sind die geeigneten Dosierungsspannen
einfach von einem Fachmann zu bestimmen und können größenordnungsmäßig von
etwa 1 μg
bis etwa 1 mg des Vektors betragen. Geeignete Formen für die Anfangsverabreichung
und Dosierungen der Boosterungen bzw. Wiederholungsimpfungen sind
auch variabel, sollten jedoch eine anfängliche Verabreichung, gefolgt
von anschließenden
Verabreichungen einschließen.
Die Dosierung kann auch von dem Verabreichungsweg abhängen und
wird gemäß der Wirtsgröße variieren.
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Die
Immunogenität
kann signifikant verbessert werden, wenn die Vektoren zusammen mit
Adjuvantien, üblicherweise
verwendet als eine 0,05%-ige bis 0,1%-ige Lösung in phosphatgepufferte
Kochsalzlösung, verabreicht
werden. Adjuvantien erhöhen
die Immunogenität
eines Antigens, sind aber nicht unbedingt selbst immunogen. Adjuvantien
können
agieren, indem sie das Antigen lokal nahe der Verabreichungsstelle
zurückhalten,
um einen Depoteffekt zu erzeugen, welcher eine langsame, lang anhaltende
Abgabe von Antigen an die Zellen des Immunsystems ermöglicht.
Adjuvantien können
auch Zellen des Immunsystems zu einem Antigendepot anlocken und
solche Zellen zur Auslösung
einer Immunantwort stimulieren.
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Immunstimulierende
Wirkstoffe oder Adjuvantien wurden viele Jahre lang verwendet, um
die Immunantworten des Wirtes auf, zum Beispiel, Impfstoffe zu verbessern.
Demnach wurden Adjuvantien identifiziert, welche die Immunantwort
auf Antigene fördern.
Einige dieser Adjuvantien sind allerdings toxisch, und können unerwünschte Nebenwirkungen
verursachen, was sie ungeeignet für die Verwendung in Menschen
und in vielen Tieren macht. Tatsächlich
werden nur Aluminiumhydroxid und Aluminiumphosphat (gemeinsam üblicherweise
als Alaun bezeichnet) routinemäßig als
Adjuvantien in Human- und Veterinär-Impfstoffen verwendet.
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Eine
große
Spanne an extrinsischen Adjuvantien und anderem immunmodulierendem
Material kann starke Immunantworten auf Antigene hervorrufen. Dies
schließt
Saponine, die an Membranprotein-Antigene komplexiert sind, um immunstimulierende
Komplexe (ISCOMS) herzustel len, Pluronic-Polymere mit Mineralöl, abgetötete Mycobakterien
in Mineralöl,
Freundsches Komplettadjuvans, bakterielle Produkte, wie Muramyldipeptid
(MDP) und Lipopolysaccharid (LPS), sowie Monophoryl Lipid A, QS
21 und Polyphosphazen ein.
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Der
Vektor kann in Verbindung mit einem Targetingmolekül abgegeben
werden, um den Vektor gezielt auf ausgewählte Zellen, einschließlich Zellen
des Immunsystems, auszurichten.
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Das
Polynukleotid kann durch eine Vielzahl an Vorgehensweisen in den
Wirt gebracht werden, zum Beispiel offenbarten Tang et al. (Ref.
22), dass die Einführung
von Gold-Mikroprojektilen, die mit DNA überzogen sind, welche das Rinderwachstumshormon
(BGH) kodiert, in die Haut von Mäusen
in der Herstellung von Anti-BGH-Antikörpern in den Mäusen resultiert,
während
Furth et al. (Ref. 23) zeigten, dass ein Jet- bzw. Hochdruck-Injektor
verwendet werden konnte, um Haut, Muskel, Fett und Brustgewebe von
lebenden Tieren zu transfizieren.
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BEISPIELE
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Die
obige Offenbarung beschreibt die vorliegende Erfindung allgemein
(und den T Zell-Epitop-Ansatz nur
zu Erläuterungszwecken).
Ein vollständigeres
Verständnis
kann unter Bezug auf die folgenden spezifischen Beispiele erhalten
werden. Diese Beispiele sind lediglich zu Erläuterungszwecken beschrieben
und zielen nicht darauf ab, den Umfang der Erfindung zu begrenzen.
Veränderungen
in der Form und Substitution von Äquivalenten werden in Betracht
gezogen, wenn es die Umstände
nahe legen oder zweckmäßig werden
lassen. Obwohl spezifische Begriffe hierin angewandt werden, sind
solche Begriffe in einem beschreibenden Sinn beabsichtigt und nicht
für die
Zwecke von Begrenzungen.
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Über Verfahren
der molekularen Genetik, Proteinbiochemie und Immunologie, welche
in dieser Offenbarung und in diesen Beispielen verwendet aber nicht
explizit beschrieben sind, wird in der wissenschaftlichen Literatur
reichlich berichtet, und sie liegen innerhalb der Fähigkeiten
der Fachleute im Fachgebiet.
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Beispiel 1:
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Dieses
Beispiel beschreibt das hierin angewandte Immunisierungsprotokoll.
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Weibliche
C57Bl/6-Mäuse,
welche 18 bis 20 Gramm wiegen, wurden von Charles River (St. Constant, Quebec,
Kanada) erhalten. Die Mäuse
wurden in Microisolatoren bzw. -Käfigen in Übereinstimmung mit den Richtlinien
untergebracht, wie sie durch das „Canadian Council an Animal
Care" (CCAC) erlassen
wurden. Zehn Tiere waren in jeder Behandlungsgruppe eingeschlossen.
Am Tag 0 wurden die Mäuse
mit 100 μg
von jedem einzelnen DNA-Konstrukt entweder über den intramuskulären Weg
(i.m.), in den vorderen Tibialmuskel, oder den intraderma len Weg
(i. d.) immunisiert. Die Immunisierungen wurden mit equivalenten
Dosierungen von jedem Konstrukt an den Tagen 21 und 42 der Studie
wiederholt. Serumproben wurden von Mäusen an den Tagen 20, 40 und
56 erhalten.
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Beispiel 2:
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Dieses
Beispiel beschreibt das Protokoll für die Belastung mit Tumorzellen.
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Zwei
Wochen im Anschluß an
die letzte Booster-Dosierung mit dem DNA-Konstrukt, wobei dem Verfahren
von Beispiel 1 gefolgt wurde, wurde jede Maus subkutan (s.c.) in
den Nacken injiziert, und zwar mit einer Dosierung von 5 × 105 lebenden C3-Tumorzellen. Die C3-Tumorzelllinie wurde
freundlicherweise von R. Offringa und C. Melief bereitgestellt.
Die C3-Zelllinie
wurde durch Transfizieren von B6-Mausembryozellen mit dem vollständigen Genom
von HPV-16 hergestellt, wurde mit dem ras-Onkogen transformiert.
Die Expression der onkogenen HPV 16-Proteine E6 und E7 werden benötigt, um
den transformierten Zustand zu erhalten.
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Nachdem
die Injektionen verabreicht worden waren, wurden die Mäuse dreimal
pro Woche für
die Dauer der Studie untersucht. Tumormessungen wurden unter Verwendung
von Vernier-Messschiebern
durchgeführt.
Das Volumen der Tumormasse wurde unter Verwendung der folgenden
Formel berechnet: Volumen = ab2/2, wobei
a = der größerer Durchmesser
und b = der kleinere Messwert der zwei ist. Mäuse, die für einen Zeitraum von etwa drei
Monaten anschließend
an diese anfängliche
Belastung mit lebenden Tumorzellen tumorfrei blieben, wurden dann
am Tag 141 der Studie mit der gleichen Dosierung und über den
gleichen Weg wie bei der Anfangsbelastung am Tag 57 oben beschrieben,
erneut belastet. Anschließend
an die erneute Belastung wurden die Mäuse auf das Auftreten von Tumorauswuchs,
wie vorher beschrieben, überwacht.
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Beispiel 3:
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Dieses
Beispiel beschreibt die E7- und dE7-spezifischen IgG-Immunoassays
(EIA).
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Nunc
Maxisorp-Immunoassayplatten wurden über Nacht entweder mit rekombinantem
E7- oder rekombinanten dE7-Antigen bei einer Konzentration von 10 μg/ml, verdünnt in 50
mM Carbonatpuffer pH 9,6 beschichtet. Am nächsten Tag wurden die Platten
in PBS, das 0,05% Tween 20 (PBS-T) enthielt, gewaschen und dann
mit einer 1%-igen Milchlösung
während
einer Stunde bei Raumtempratur blockiert. Anschließend an
den Blockierungs-Schritt wurden die Platten in PBS-T gewaschen, und
die Serumproben wurden in verschiedenen Verdünnungen den Platten zugefügt. Die
Proben wurden auf den Platten über
Nacht bei 4°C
inkubiert. Die Proben wurden am nächsten Tag mit PBS-T von den
Platten gewaschen, und ein Peroxidase-markiertes Schaf-anti-Maus-IgG-Konjugat
wurde bei einer Verdünnung
von 1/25 000 zu jeder Mulde hinzugegeben.
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Nach
einer einstündigen
Inkubation bei Raumtemperatur wurden die Platten in PBS-T gewaschen
und die colorimetrische Reaktion wurde unter Verwendung eines TMB-Substrates
(ADI) entwickelt. Die Reaktionen wurden bei 450 nm in einem Dynatech
MR 5000 96-Mulden-Plattenlesegerät
abgelesen.
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Beispiel 4:
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Diese
Beispiele beschreiben die Konstruktion des pCMV-dE7.
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Das
Plasmid pCMV3 enthält
Segmente von unterschiedlichen Quellen, und die Elemente der Konstruktion
sind in der 2 dargestellt. Kurz gesagt ist
der prokaryotische Vektor pBluescript SK (Stratagen) das Rückgrat von
pCMV3, und er wurde durch das Ersetzen des AmpR-Gens
durch ein KanR-Gen und die Deletion der
f1- und der LacZ-Region modifiziert. Diese Modifizierungen wurden
durch Deletion der Sequenzen zwischen den Restriktionsstellen AhdI
(Nukleotid 2041) und SacI (Nukleotid 759) auf pBluescript SK, welcher die
AmpR-, f1-Ursprungs- und die LacZ-Sequenzen
enthält,
erreicht. Ein 1,2 kb PstI-Fragment von dem Plasmid pUC-4K (Pharmacia),
welches das KanR-Gen enthielt, wurde glattendig
an die AhdI-Stelle des modifizierten pBluescript SK-Plasmids in
einer Orientierung gegen den Uhrzeigersinn relativ zu seiner Transkription
ligiert. Ein 1,6 kb SspI/PstI-Fragment, welches den Immediate-Early-Genpromotor,
Enhancer und Intron-A-Sequenzen des humanen Cytomegalovirus enthielt
(bezeichnet mit CMV in der 2), wurde
an das andere Ende des KanR-Gens ligiert,
so dass die Transkription von dem CMV-Promotor in einer Orientierung
im Uhrzeigersinn fortschreitet. Dieses Verfahren stellte das Plasmid
pCMV2K her, wie in der 3 gezeigt.
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Ein
0,2 kb-Fragment, welches die Rinderwachstumshormon(BGH)-Polyadenylierungs-Signal-Sequenz enthält, wurde
von dem Plasmid pEN-3 durch Xba I-Restriktion entfernt, gefolgt
von einer Klenow-Behandlung, um ein glattes Ende herzustellen und
dann einer Bam-HI-Restriktion. Das 192 Bp-Fragment, welches das
BGHpA-Fragment enthielt, wurde durch eine Agarosegel-Elektrophorese isoliert.
Das Plasmid pEN-3 wurde durch das Klonieren von bGHpA in pEN-1 (4)
hergestellt.
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Das
Plasmid pCMV2K wurde dann mit BglII restringiert, mit Klenow behandelt
und mit BAM HI restringiert. Das 4,2 kb-Fragment (siehe 3) wurde dann isoliert und an das vorher
isolierte 192 Bp BGHpA-Fragment ligiert, um das Plasmid pCMV3 herzustellen.
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Das
dE7-Gen wurde dann PCR-amplifiziert, ausgehend von dem Plasmid pSE859.2
unter Verwendung von Primern, die eine PSTI-Stelle am 5'-Ende (SEQ ID Nr.:
2-CTGCAGCAGGCTAGCATGCATGGAGATACACCT)
und eine SalI-Stelle am 3'-Ende
(SEQ ID Nr.: 12-GTCGACTTATGGTTTCTGAGAACAGATGGGGCACA)
einführen.
Die amplifizierte Sequenz ist in der 1B gezeigt
und enthält
entgiftetes E7-Protein von HPV-16. Das PCR- Fragment wurde in pCR2.1, welches mit
PstI und SalI (Invitrogen) restringiert wurde, inseriert und das
Insert wurde sequenziert (1B). Das
PstI- bis SalI-Fragment wurde dann in pCMV3 von PstI bis SalI subkloniert,
um das Plasmid pCMV-dE7, wie in der 1A gezeigt,
herzustellen.
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Beispiel 5:
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Verwendung von pCMV-dE7, um Tiere vor
einem Tumorauswuchs, der nach einer Einpflanzung einer Tumorzelllinie,
die den HPV-16 E7-Wildtyp exprimiert, folgt, zu schützen.
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Die
Mäuse wurden
entweder mit einem DNA-Konstrukt, welches das entgiftete E7-Protein (pCMV-dE7,
hergestellt wie in Beispiel 4 beschrieben; 1)
kodiert, einer DNA-Kontrolle (pCMV-3; 2) oder
mit PBS über
den intramuskulären
Weg, dem Protokoll von Beispiel 1 folgend, immunisiert. Nach drei
aufeinander folgenden Immunisierungen wurden lebende C3-Tumorzellen, die
das Wildtyp-E7-Protein exprimieren, in einer Dosierung von 5 × 105 Zellen, dem Protokoll von Beispiel 2 folgend,
eingepflanzt. Die Anzahl der tumorfreien Mäuse im Anschluß an die
Belastung mit lebenden Zellen ist in der unten stehenden Tabelle
1 gezeigt.
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Etwa
einen Monat nach der Belastung (Tag 30) hatten alle Mäuse in den
Kontrollgruppen (pCMV-3-Kontroll- und PBS-Gruppen) palpable bzw.
ertastbare Tumore. Im Gegensatz dazu allerdings wies keine der Mäuse in der
mit pCMV-dE7 immunisierten Gruppe ertastbare Tumore auf. Am Tag
60 wies eine Maus der mit pCMV-dE7 immunisierten Gruppe, welche
vorher Tumor-negativ war, das Erstanzeichen eines ertastbaren Tumors
auf. Am Tag 90 wurde diese Maus aufgrund des großen Tumorvolumens eingeschläfert. Die übrigen Mäuse der
mit pCMV-dE7 immunisierten Gruppe jedoch blieben tumorfrei. Demnach
wurde ein signifikanter Unterschied im tumorfreien Status zwischen
den Mäusen
in der dE7-immunisierten Gruppe und den Kontrollgruppen beobachtet.
Die Ergebnisse zeigen demnach an, dass die Immunisierung mit einem DNA-Konstrukt,
welches ein genetisch entgiftetes E7-Molekül (dE7) kodiert, eine Immunantwort
hervorruft, die in der Lage ist, das Tier gegen nachfolgendes Anwachsen
von lebenden Tumorzellen zu schützen. Tabelle 1 Prozentsatz tumorfreier Mäuse zu verschiedenen
Zeitpunkten nach dem Einpflanzen von lebenden C3-Tumorzellen
| Tag
30 nach der Belastung | Tag
60 nach der Belastung | Tag
90 nach der Belastung |
CMV-dE7 | 100 | 90 | 90 |
CMV-3
Kontrolle | 0 | 0 | 0 |
PBS | 0 | 0 | 0 |
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Beispiel 6:
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Dieses
Beispiel veranschaulicht, dass Seren, die von Mäusen, welche mit dem pCMV-dE7-Konstrukt immunisiert
worden waren, abgeleitet wurden, sowohl mit dem rekombinanten entgifteten
E7- als auch dem rekombinanten E7-Wildtyp-Protein, reagieren.
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Um
einen serologischen Nachweis bereitzustellen, dass Mäuse, die
mit dem genetisch entgifteten E7-Protein gemäß Beispiel 5 immunisiert wurden,
Immunität
erzeugen konnten, die kreuzreaktiv mit dem E7-Wildtypprotein war,
wurden Seren von immunisierten Mäusen
mittels EIA analysiert in Anlehnung an das Verfahren von Beispiel
3. Die überprüfte Serumprobe
wurde von einer Blutprobe abgeleitet, die am Tag 56, einen Tag vor
der Belastung mit lebenden Tumorzellen und zwei Wochen in Anschluß an die
letzte Booster-Immunisierung genommen wurde.
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Der
Titer des Serums an reaktivem Antikörper, wie in der unten stehenden
Tabelle 2 zu sehen, war equivalent, unabhängig davon, ob es anhand eines
dE7-spezifischen EIAs oder einem E7-spezifischen EIAs untersucht wurde.
Demnach waren, auf der Stufe des dem Antikörperspiegels, die durch die
Immunisierung mit dE7 erzeugten Antikörper kreuzreaktiv mit dem E7-Protein. Tabelle
2
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Beispiel 7:
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Diese
Beispiel veranschaulicht, dass der spezifische Immunisierungsweg
einen signifikanten Effekt auf die Induktion von Schutzimmunität besitzt.
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Der
Effekt des intramuskulären
(i.m.) Weges im Vergleich zum intradermalen (i.d.) Weg der DNA-Immunisierung
für die
Induktion von Antitumor-Immunität
wurde erforscht. Kurz gesagt wurden beide Mäusegruppen mit dem selben Konstrukt
(pCMV-dE7, hergestellt wie in Beispiel 4 beschrieben;
1) mit Dosierungen und Frequenzen wie
oben in Beispiel 1 beschrieben, immunisiert. Allerdings wurde eine
Gruppe über
den i.m.-Weg immunisiert, während
die andere Gruppe über
den i.d.-Weg immunisiert wurde. In Anlehnung an die Belastung mit
lebenden C3-Tumorzellen
in Anlehnung an das Verfahren in Beispiel 2, zeigte die Gruppe,
welche so wie die i.d.-Gruppe immunisiert wurde, Tumorauswuchs,
in direktem Gegensatz zu der Gruppe, welche über den i.m.-Weg immunisiert
wurde, welche tumorfrei blieb. Demnach wurde ermittelt, dass die
DNA-Impfung mit dem dE7-DNA-Konstrukt nur dann Schutzimmunität gegen
eine Belastung mit Tumorzellen auslöste, wenn die Immunisierung über den
i.m. Weg erfolgte. Die Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle
3 dargelegt: Tabelle 3 Prozentsatz tumorfreier Mäuse nach
dem Einpflanzen lebender C3-Tumorzellen
| Tag
30 nach der Belastung | Tag
60 nach der Belastung | Tag
90 nach der Belastung |
CMV-dE7
i.m. | 100 | 90 | 90 |
CMV-dE7
i.d. | 0 | 0 | 0 |
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Beispiel 8 (nur zu Erläuterungszwecken):
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Dieses
Beispiel beschreibt die Herstellung des Plasmids pCMV3-HPVT#1.
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Das
synthetische Minigen, das die fünf
T-Zellepitope der HPV-16 E6- und -E7-Proteine kodiert (5A),
wurde durch Oligonukleotidsynthese unter Verwendung eines Applied
Biosystem 3AB DNA-Synthesizers konstruiert. Das synthetische Mini-Gen,
zusammengesetzt unter Verwendung von fünf synthetischen Oligonukleotiden
(I bis V, 5B), enthielt eine SalI-Restriktionsstelle
am 5'-Ende und eine
EcoRI-Stelle am 3'-Ende.
Dieses zusammengesetzte Gen (5) wurde
in das SalI/EcoRI-restringierte Plasmid pCMV3 kloniert, um ein Plasmid
pCMV3-HPVT#1, wie in der 6 gezeigt, herzustellen. Die
Konstruktion von pCMV3 ist in Beispiel 3 beschrieben, und die Elemente
sind in der 2 gezeigt.
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Beispiel 9 (nur zu Erläuterungszwecken):
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Verwendung von pCMV3-HPVT#1, um schützende Antitumor-Immunität zu induzieren.
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C57Bl/6-Mäuse wurden
entweder mit einem DNA-Konstrukt, welches multiple Epitope der E6- und E7-Proteine
von HPV-16 kodiert (pCMV-HPVT#1, hergestellt wie in Beispiel 8 beschrieben;
6)
oder mit Kontrollen (pCMV-3 Vektor allein,
2, oder
PBS), immunisiert, in Anlehnung an das Protokoll von Beispiel 1.
Eine prophylaktische Immunisierung mit dem DNA-Polyepitopkonstrukt in Anlehnung an
das Protokoll von Beispiel 2 induzierte schützende Anti tumor-Immunität bei 100%
der belasteten Mäuse.
Im Gegensatz dazu waren in den Kontrollgruppen keine Mäuse tumorfrei.
Die Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle 4 dargelegt. Tabelle 4: Prozentsatz tumorfreier Mäuse nach
dem Einpflanzen lebender C3-Tumorzellen
| Tag
30 nach der Belastung | Tag
60 nach der Belastung | Tag
90 nach der Belastung |
pCMV-Polyepitop | 100 | 100 | 100 |
pCMV-3-Kontrolle | 0 | 0 | 0 |
PBS | 0 | 0 | 0 |
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Beispiel 10:
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Dieses
Beispiel veranschaulicht den Effekt einer zweiten Wiederholungsbelastung
mit lebenden C3-Tumorzellen in drei Monate nach der Erstbelastung
mit lebenden Tumorzellen tumorfreien Mäusen.
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Um
zu bestimmen, ob die schützende
Antitumor-Immunität,
die entweder durch das pCMV-dE7-Konstrukt,
das wie in Beispiel 4 beschrieben hergestellt wurde (1), wie in Beispiel 7 zu sehen, oder durch
das pCMV-Polyepitopkonstrukt, hergestellt, wie in Beispiel 8 (6)
beschrieben, wie in Beispiel 9 zu sehen, induziert war, lang andauernd
war, wurden Mäusen,
welche die Erstbelastung mit Tumorzellen überlebten und für einen
Zeitraum von drei Monaten tumorfrei blieben, erneut lebende C3-Tumorzellen
eingepflanzt. Die Mäuse
wurden dann nach Hinweisen auf eine Tumorentwicklung beobachtet.
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Wie
in der unten stehenden Tabelle 5 dargestellt, entwickelte ein Tier
der pCMV-dE7-Gruppe einen Tumor nachstehend an diese zweite Belastungsdosierung.
Allerdings blieben alle Mäuse
in der mit DNA-Polyepitop immunisierten Gruppe tumorfrei. Demnach
scheint der höchste
Schutzspiegel vor einer Tumorzellenbelastung in der Polyepitop-immunisierten
Gruppe zu sein. Tabelle 5 Prozentsatz tumorfreier Mäuse nach
dem zweiten Einpflanzen von lebenden C3-Tumorzellen
| Tag
30 nach der zweiten Tumorzellenbelastung | Tag
60 nach der zweiten Tumorzellenbelastung |
PCMV-dE7
i.m. | 80 | 80 |
PCMV-Polyepitop
i.m. | 100 | 100 |
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