EP0900281A1 - Composition for the transfection of higher eucaryotic cells - Google Patents

Composition for the transfection of higher eucaryotic cells

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Publication number
EP0900281A1
EP0900281A1 EP97904426A EP97904426A EP0900281A1 EP 0900281 A1 EP0900281 A1 EP 0900281A1 EP 97904426 A EP97904426 A EP 97904426A EP 97904426 A EP97904426 A EP 97904426A EP 0900281 A1 EP0900281 A1 EP 0900281A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
egla
composition according
peptide
lipid
transfection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97904426A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ernst Wagner
Karl Mechtler
Antoine Kichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boehringer Ingelheim International GmbH
Original Assignee
Boehringer Ingelheim International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boehringer Ingelheim International GmbH filed Critical Boehringer Ingelheim International GmbH
Publication of EP0900281A1 publication Critical patent/EP0900281A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/87Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/51Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent
    • A61K47/54Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent the modifying agent being an organic compound
    • A61K47/543Lipids, e.g. triglycerides; Polyamines, e.g. spermine or spermidine
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/10Dispersions; Emulsions
    • A61K9/127Liposomes
    • A61K9/1271Non-conventional liposomes, e.g. PEGylated liposomes, liposomes coated with polymers
    • A61K9/1272Non-conventional liposomes, e.g. PEGylated liposomes, liposomes coated with polymers with substantial amounts of non-phosphatidyl, i.e. non-acylglycerophosphate, surfactants as bilayer-forming substances, e.g. cationic lipids

Definitions

  • composition for transfection of higher eukaryotic cells Composition for transfection of higher eukaryotic cells
  • the invention relates to the transfection of higher eukaryotic cells, in particular mammalian cells.
  • cationic lipids show the best transfection results with a clearly positive excess charge.
  • DOGS dioctadecylamidoglyclyspermin, commercially available under the trade name "Transfectam”
  • Transfectam a three to six-fold excess of positive charges in relation to the DNA than for the
  • Transfection efficiency proven optimal (Barthel, et al., 1993).
  • the positive charges promote the binding of the complex and its absorption into the cells.
  • Transfectam has a buffering effect on the endosomes (the pKa value of the least basic secondary amine of lipospermin, which is decisive for the buffering effect, is approximately 5.4; Behr, 1994) and therefore protects the DNA on the one hand against enzymatic degradation and on the other hand causes it there is an osmotic swelling and subsequent destabilization of the buffered endosomes.
  • a strongly positive charge of the lipid / DNA complexes thus has the disadvantage, inter alia, that the lipid / DNA particles only have a very short half-life when used in vivo.
  • cationic lipids in combination with membrane-active peptides of enveloped viruses, for example for the transfection of cells.
  • influenza viruses using one of the peptides described by Kamata et.al., 1994 or a peptide derived from the glycoprotein of Vesicular Stomatitis Virus in combination with lipofectamine, a 3: 1 mixture of the polycationic lipid 2,3-dioleyloxy-N- [ 2 (spermincarboxamido) ethyl] - N, N-dimethyl-l-propanaminium trifluoroacetate (DOSPA) and DOPE were used and with an optimally determined positive charge excess of approx. 20, the transfection efficiency was improved by up to 12 times.
  • DOSPA N-dimethyl-l-propanaminium trifluoroacetate
  • the object of the present invention was to provide a new gene transfer system based on cationic lipids.
  • compositions for the transfection of higher eukaryotic cells comprising a complex containing a nucleic acid to be expressed in the cell and, in a concentration which is suboptimal for the transfection, one or more cationic lipids and optionally helper lipid (e).
  • the composition is characterized in that it contains one or more membrane-active acid peptides, the The ratio of the total number of positive to the total number of negative charges in the composition is approximately 0 to approximately 3.
  • the ratio of positive to negative charges in the composition is from about 0 to about 2.
  • “Suboptimal concentration” is understood to mean the amount of cationic lipid at which the ratio of the positive charges of the cationic lipid to the negative charges of the nucleic acid is different from the ratio determined as optimal for the respective transfection, so that the ratio with cationic lipid, if appropriate with the addition of helper lipid, the transfection efficiency achieved is lower than at optimal ratios, “optimal” referring to the expression of the nucleic acid achieved as a result of the transfection (or in the case of using inhibiting RNA to the extent of the intended biological action) in the cell .
  • the suboptimal concentration can be higher or lower than the optimal concentration.
  • the suboptimal concentration of cationic lipid, optionally in a mixture with helper lipid preferably corresponds to a concentration at which the transfection efficiency is lower by a factor of at least about 2, preferably by a factor of about 5 to about 2,000, than at the optimal concentration.
  • a reporter gene for example a luciferase gene, is expediently used to determine the transfection efficiency.
  • Membrane-active peptides are defined by their ability to destabilize endosome membranes; they are also referred to as “endosomolytically active peptides", “endosome-breaking peptides” or as “fusogenic” peptides. These peptides have an amphipathic character and can form ⁇ -helices; due to their membrane-active properties, they are suitable for use in gene transfer methods in which the release of the genetic material transported into the cell from the endosomes is a limiting step, e.g. when importing nucleic acid into the cell via receptor-mediated endocytosis.
  • Suitable membrane-active peptides in the context of the present invention are peptides of natural origin or synthetic peptides, e.g. that in WO 93/07283, by Plank et al. 1994, or by Zauner et al. 1995, published peptides.
  • peptides have suitable membrane-active properties and are therefore suitable for use in the context of the present invention can be determined with the aid of assays which simulate the process that takes place in the cell when endosomes are broken open.
  • Suitable assays are the liposome and erythrocyte permeability assay, which have been described, for example, by Plank et al. , 1994.
  • the composition contains a peptide called INF6 with the sequence GLF GAI AGFI ENGW EGMI DGWYG.
  • the composition contains a peptide called INF10 with the sequence GLF ELA EGLA ELGW EGLA EGWYGC.
  • the composition contains a peptide called INF5 with the sequence [GLF EAI EGFI ENGW EGnIDG] 2 K.
  • the composition contains a peptide of the name EGLA-I with the sequence GLFL GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC.
  • the composition contains a peptide called INFA with the sequence GLF EAI EAFI ENAW EAMI DAWYG.
  • Suitable peptides are synthetic peptides of the designation INF8 with the sequence [GLF EAI EGFI ENGF EGMI DGGGJ2 K; the designation INF9 with the sequence GLF ELA EGLA ELGA EGLA EGWYGC; the name EGLA-II with the sequence WEA GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC; the name EGLA-III with the sequence GLF EGA EGLA EGA EGLA EGLA EGWY GAC and the name EGLA-IV with the sequence GLF EGA EGLA EGW EGLA EGLA EGWY GAC.
  • membrane-active peptides suitable in the context of the present invention are those described by Plank et al., 1994, in particular peptides with the names INF4, INF4DI and INF7.
  • the membrane-active peptide is modified with a lipid, for example with dipalmitoylphosphatidylethanolamyl (DPPE); modified and unmodified peptide may also be included in the composition. If a lipid-modified peptide is used, there is no need to add helper lipid.
  • DPPE dipalmitoylphosphatidylethanolamyl
  • the same lipids that are also used as helper lipids can be used as lipids for the modification of the membrane-active peptide;
  • the choice of the lipid as well as the peptide is generally made for practical reasons, especially with regard to the coupling method, due to the presence of reactive groups.
  • the components are coupled using methods known from the literature, e.g. as described by Martin et al. , 1989, or by Remy et al. , 1995.
  • the amount in which the optionally lipid-modified, membrane-active peptide is added to the transfection complex depends on the total positive charge of the lipid / DNA complex and on the total of the negative charges of the peptide and its molecular weight.
  • the relative amount in relation to the cationic lipid (equivalents, given in mole peptide / mole cationic peptide) or the amount of absolute amount used is calculated in detail on the basis of these parameters. (In the case of INF6, for example, 2 charge equivalents of transfectam, corresponding to 6 nmoles, 5 ⁇ g INF6, corresponding to 2 nmoles, were used).
  • a ratio of positive to negative charges of approx. 0 to approx. 3, preferably approx.
  • any mono- or polycationic lipid can be used in the context of the present invention, polycationic lipids being generally preferred.
  • Numerous cationic lipids are known from the prior art which can be used as a constituent of the composition according to the invention. Examples of suitable cationic lipids are, for example, WO 95/02698, WO 91/16024, and the publications by Remy et al. , 1994; Solodin et al. , 1995; Feigner et al. , 1994; Ruysschaert et al., 1994; Weibel et al. , 1995; Le Bole'h et al. , 1995), to the disclosure of which reference is made.
  • cationic lipids are lipopolyamines, e.g. those described in EP-AI 394 111, in particular DOGS (dioctadecylamidoglyclyspermin), which is available under the trade name "Transfectam”.
  • the cationic lipid is contained in the transfection complexes in a suboptimal amount, ie the ratio between the positive charges of the lipid and the negative of the nucleic acid is greater or less than that used for the optimal gene transfer efficiency.
  • helper lipid can improve the effect of cationic lipid at a concentration that would only have suboptimal efficiency without helper lipid, that the transfection achieved corresponds to that at an optimal lipid concentration; the The total concentration of the partners cationic lipid / helper lipid would be optimal in this case, despite the suboptimal concentration of cationic lipid alone.
  • Helper lipids are neutral lipids (natural or synthetic) that are physiologically or zwitterionic or free of charge, e.g. Cholesterol, dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), oleoylpalmitoylphosphatidylethanolamine (POPE), phosphatidylglycerol, diacylglycerol, etc. Further examples of suitable helper lipids include described in WO 95/18863 and WO 95/02698, the disclosures of which are incorporated by reference.
  • the composition can contain one or more helper lipids.
  • Preferred helper lipids are the lipids DOPE, POPE, DOG (1,2-di-oleoyl-rac-glycerol), MOG (1-mono-oleoyl-rac ⁇ glycerol), EPC (egg phosphatidylcholine), EPE (egg phosphatidylethanolamine).
  • the helper lipids are preferably used in a concentration, based on the cationic lipid, of 0.1 to 10 equivalents (mol / mol).
  • the nucleic acids to be transported into the cell can be DNAs or RNAs, with no restrictions with regard to the nucleotide sequence.
  • DNA is primarily genes that are introduced into the cell, the expression of therapeutically effective gene products that are not or not sufficiently high in the cell be expressed to achieve.
  • Inhibitory nucleic acids for example antisense RNA molecules or ribozymes or the DNA molecules coding therefor, are also suitable for therapeutic purposes. Examples of nucleic acids which can be used in the context of the present invention are given, for example, in WO 93/07283 and in WO 95/18863.
  • the invention relates to a method for transfecting higher eukaryotic cells, which is characterized in that the cells are brought into contact with the composition according to the invention.
  • the method can be used in in vitro, ex vivo or in vivo transfections, preferably for the transfection of mammalian cells.
  • the method is mainly used on cell cultures (adherent or in suspension).
  • Applications ex vivo are gene therapy applications in which cells are removed from the organism to be treated and transfected ex corpore with a therapeutically active nucleic acid molecule, in order to subsequently be returned to the organism, where the gene product is expressed and has its therapeutic effect.
  • An example of an ex vivo application is the production of tumor vaccines from autologous cells that are transfected with a cytokine gene.
  • the composition according to the invention is administered to the organism in the form of a pharmaceutical preparation which is also the subject of the present invention, preferably intravenously or, in the treatment of tumor diseases, intratumorally.
  • a pharmaceutical preparation which is also the subject of the present invention
  • pharmaceutically acceptable additives and inert carriers for example saline or phosphate-buffered saline or any carrier in which the compositions have suitable solubility properties can be added to the composition according to the invention.
  • inert carriers for example saline or phosphate-buffered saline or any carrier in which the compositions have suitable solubility properties
  • composition of the present invention can be modified to be used for applications with anionic molecules other than nucleic acid, e.g. to deliver anionic proteins to higher eukaryotic cells.
  • the order of performance of the peptides was INF6>INF10> EGLA-I ⁇ INF5>INFA> Melittin.
  • the results obtained for the peptides examined with Transfectam differ from the results obtained when the peptides were used in the transfection system based on the receptor-mediated endocytosis as a component of transfection complexes containing transferrin-polylysine: INF5 was the best peptide in this system and about 50 times more effective than INF6, while in combination with Transfectam it is 10 times less effective than INF6.
  • the peptide INF5 has a membrane-breaking effect only at an acidic pH, while INF6 is membrane-active even at a neutral pH.
  • the activity of the peptide at neutral pH was accompanied by toxic side effects which were not observed when the peptide was used in the lipid system.
  • the artificial peptide EGLA-I and INF10 were found to be more suitable as an addition to lipid / DNA complexes than complexes containing polylysine.
  • transfection complexes containing cationic lipid and membrane-active peptide can be prepared by various methods.
  • the compositions were prepared by three different methods, the methods differing in the order of addition or combination of the complex components and in terms of the time of dilution.
  • the DNA was added after the peptide was combined with transfectam; in the second variant, transfectam was first complexed with DNA and then the peptide was added.
  • the peptide was added after dilution of the transfectam / DNA complex. It was examined whether the type of production of the transfection complexes has an influence on the extent of the increase in the transfection efficiency. It was shown that the production method affects the different peptides differently: For INF6, the three production methods proved to be equivalent. With INF5, the transfection complexes produced by the second and third methods gave better results, while with INF10 the first and third variants were superior to the second.
  • the combination of the mutant influenza peptides, which have an overall negative charge, with cationic lipids changes the state of charge of the transfection particles, with some of these peptide-containing complexes being close to electroneutrality because the mutant influenza apeptides have an overall negative charge, (see insert of Fig. 1).
  • membrane-active peptide did not increase the optimally effective complexes containing the helper lipid, whereas when using transfectam in excess (6 charge equivalents), i.e. when using a suboptimal amount, a significant increase in gene expression compared to that with optimal ones Amounts of transfectam alone were obtained.
  • the membrane-active peptide was also found to reduce the sensitivity of the transfection complexes to serum, which is important with regard to use in vivo.
  • Fig. 1 Transfection efficiency of Transfectam / DNA / INF6 complexes
  • Fig. 2 Effect of serum on transfection efficiency
  • Fig. 3 A: flow cytometric analysis
  • B gene expression
  • Fig. 4 Effect of various membrane-active peptides on the transfection efficiency
  • Fig. 7 Influence of bafilomycin AI on the transfection efficiency
  • Fig. 8 Influence of helper lipids on transfection efficiency
  • pCMV-Luc which carries the luciferase gene under the control of the CMV promoter / enhancer, was described under the name pCMVL in WO 93/07283.
  • the lipopolyamine DOGS (dioctadecylamidoglyclyspermin) with the trade name "Transfectam” was obtained from Promega, the helper lipids DOPE (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine), MOG (1-mono-oleoyl-rac-glycerol), DOG (1.2 -di-0leoyl-rac-glycerol), EPE (egg phosphatidylethanolamine), EPC (egg phosphatidylcholine), as well as chloroquine, bafilomycin A ⁇ and melittin (from bee venom) were obtained from Sigma.
  • DOPE 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine
  • MOG 1-mono-oleoyl-rac-glycerol
  • DOG 1.2 -di-0leoyl-rac-glycerol
  • EPE egg
  • the INF5 and INF6 peptides were synthesized as described by Plank, et al. , 1994.
  • the INFA, INF10 and EGLA-I peptides were generated using the Fmoc strategy (N- (9-fluorenyl) methoxycarbonyl) with HBTU activation [0- (IH-benzotriazol-l-yl) -N, N, N ', N '- tetramethyluronium hexafluorophosphate], (Fastmoc TM - 0.25 mmol scale) on an Applied Biosystems peptide synthesizer model 433 A (Foster City, California) with feedback monitoring. Three deprotection steps were carried out per cycle.
  • the next step was to double-couple the next amino acid and block the terminal NH2 groups (using acetic anhydride).
  • the following amino acid protecting groups were used: (Trt) Asn, (Trt) Cys, (t-Bu) Cys, (t-Bu) Asp, (t-Bu) Glu, (Boc) Lys.
  • a mixture of 70% NMP / 30% DMF was used as solvent.
  • HMP resin Tetagel R PHB, 0.22 mmol / g, Rapp polymers
  • the peptides INF10 and INFA were synthesized on a Cys (Trt) - preloaded aminomethylated polystyrene resin with a p-carboxytrityl chloride linker (0.52 mmol / g; PepChem, Tübingen, Germany) using DMF as solvent.
  • the INF7dimer peptide (a dimer of the INF7 peptide described by Plank et al., 1994) was synthesized using the Fmoc strategy on an Applied Biosystems peptide synthesizer model 431. A resin preloaded with cysteine was used (Tentagel S PHB-Cys). The medium-sized Lys DiFmoc was coupled as the first amino acid. Thereafter, double couplings were carried out up to Ile-18. Single couplings were performed from Met-17 to Ile-10; with Phe-9 a single coupling, then additional coupling with 1% Triton in the coupling approach. From Gly-8, simple pairings were carried out.
  • Deprotection of the peptides and cleavage from the resin were carried out using a mixture of phenol, ethanedithiol, thioanisole, water and trifluoroacetic acid (0.75: 0.25: 0.5: 0.5: 10).
  • the crude peptides were precipitated by dropwise addition to ether and centrifuged.
  • the peptides thus obtained were washed three times with ether and then dried under a stream of argon, followed by high vacuum.
  • the crude peptides were dissolved in 1 M TEAB, pH 9 and 1% ⁇ -mercaptoethanol.
  • the purity of the peptides was determined by means of analytical reverse phase HPLC using a C-18 column (Vydac 218ATP54, 2.1 mm x 25 cm, 5 ⁇ m).
  • a binary solvent system (solvent A: aqueous 0.1% trifluoroacetic acid; solvent B: acetonitrile containing 0.1% trifluoroacetic acid) was used at a gradient of 0-100% in 45 minutes at a flow rate of 1 ml / min.
  • the EGLA-I peptide was subjected to gel filtration (Sephadex G10, 20 mM TEAA, pH 7.3). The purified peptide fraction was freeze-dried in a Speedvac (Savant). The analytical reverse phase chromatography showed a purity of approx. 95%.
  • the solutions of the raw peptides INF10 and INFA were fractionated by gel filtration on Sephadex G10 (10 mm x 300 mm column) in 20 mM TEAA, pH 7.3. The peptides were lyophilized; analytical reverse phase chromatography showed a purity of approx. 98 and 95%, respectively.
  • the peptide INF7dimer was purified over Sephadex G 10 (buffer HBS; column 10mm x 300mm). Ion exchange chromatography was then carried out (column: (10 mm ⁇ 100 mm); material: Toso Haas Super Q 650 S; flow rate: 0.5 ml / min; eluent: A: 20 mM Hepes 7.3, B: 3 M NaCl / 20 mM Hepes 7.3; Gradient: 0 - 40 min 0% B, 40 - 140 min 100% B, ie 1% / min). The peptide eluted at 70-80 min. The peptide purified via ion exchanger was again cleaned on a Sephadex G 10 column (10mm x 300mm) (buffer HBS / 50% glycerin).
  • the identity of the peptides was determined as described by Plank, et al. , 1994. The peptides were frozen in liquid nitrogen.
  • the liposome leakage assay was performed as described by Plank, et al. , 1994.
  • the media, fetal calf serum (FCS) and horse serum were purchased from Gibco-BRL.
  • the culture media were supplemented with 2 mM L-glutamine and antibiotics.
  • Primary human melanoma cells of the designation H225, mouse embryo liver cells of the cell line TIB-73 (ATCC BNL CL.2), human lung carcinoma cells of the cell line A549 (ATCC CCL 185) and cells of the mouse melanoma cell line Cloudman S91, clone were used as cells M3 (ATCC No. CCL 53.1) used.
  • the H225 cells were in RPMI 1640/10% FCS / 1 mM sodium pyruvate, the A549 cells in DMEM / 10% FCS, the BNL CL.2 cells in high-glucose DMEM / 10% FCS and the M3 cells in Ham's F10 medium / 15% horse serum / 5% FCS grown.
  • the complexes were prepared as described by Barthel, et al. , 1993, where 3 ⁇ g of plasmid DNA and the amount of transfectam used in each case were dissolved in 75 ⁇ l of 150 mM NaCl. After 10 to 20 minutes, the two solutions were combined. After a further 10 min the mixture was diluted to a total volume of 2 ml with serum-free medium.
  • charge equivalent indicates the amount of cationic lipid used for transfection; 1 charge equivalent corresponds to the amount required to neutralize all negative charges of the phosphate groups of the plasmid. 3 ⁇ g of DNA correspond to 9 nmoles of negative charges; when calculating the charge ratio, it was taken into account that 1 mole of transfectam has 3 moles of positive charges which originate from the three ammonium groups protonated at physiological pH. Starting from the molecular weight of approx. 1250, this means that when using 3 ⁇ g DNA for a double positive charge excess (2 charge equivalents
  • the peptides were contained in an amount of 0.5 or 1 mg / ml solution in HBS (HEPES-buffered saline) 150 mM NaCl, 20 mM HEPES pH 7.3) to the
  • helper lipids DOPE, DOG, EPC, EPE or MOG or cholesterol were diluted in ethanol containing a trace of dichloromethane.
  • Transfectam / helper lipid / DNA complexes were formed by mixing the respective amounts of transfectam / helper lipid (the amount of helper lipid used, based on transfectam, is given as a molar ratio) before dilution with the DNA solution.
  • the cells were harvested and taken up in 150-200 ⁇ l 250 mM Tris pH 7.3, 0.5% Triton X-100. The cellulose was then transferred to 1.5 ml Eppendorf tubes and centrifuged at 14,000 g for 5 min in order to close the cell debris pelletize.
  • the determination of the luciferase activity was carried out as described in WO 93/7283, the luciferase light units being determined from an aliquot of the supernatant (20 ⁇ l) with 10 seconds integration after injection of freshly prepared luciferin solution.
  • the luciferase background (150-250 light units) was subtracted from each value; the transfection efficiency was expressed as total light units, which represent the mean of duplicate determinations.
  • the Bradford assay Bio-Rad was used for quantitative determination of the protein content.
  • the plasmid DNA was incubated with the intercalating fluorescent dye YOYO-1 (described by Rye, et al., 1992; Hirons, et al., 1994, available from Molecular Probes; approx. 1 dye molecule per 300 bp).
  • the complexes were then prepared as described above.
  • the complexes were placed on 300,000 H225 cells per well of a 6 well plate, then incubated for 4 hours either at 4 ° C (cell surface association) or at 37 ° C (cell surface association and uptake into the cells).
  • the cells were then washed twice with cold PBS and harvested with 1 mM EDTA in PBS and analyzed on a FACScan device (Becton Dickinson).
  • Transfection efficiency of Transf ec camo / DNA / INF6 complexes Complexes of 1, 1.5, 2 or 4 charge equivalents of transfectam per 3 ⁇ g pCMV-Luc in combination with increasing amounts of the membrane-active, acidic peptide INF6 derived from the influenza virus were prepared and mixed with RPMI 1640 culture medium. The complexes obtained were applied to H225 cells (75,000 cells per well of a 24-well plate). After 4 h, the transfection medium was replaced by fresh RPMI medium containing 10% FCS. The result of the experiments is shown in FIG. 1 (dotted line with rhombuses: 1 equivalent (eq.) Transfectam / x ⁇ g INF6; full line with circular.
  • FIG. 1 shows the transfection efficiency of the transfectam / DNA / INF6 complexes, plotted against the theoretical charge ratio of the complexes. Assuming that almost all of the peptide binds to the transfecting particles, a high Luciferase expression achieved with electroneutral (or almost neutral) lipid vectors.
  • Transfections of H225 cells were carried out using the amounts of transfectam (in charge equivalents) shown in FIG. 2 and the peptide INF6. The transfections were carried out on the one hand without serum (empty bars), on the other hand in the presence of 10% (dotted bars). 20% (gray bars) FCS not heat-inactivated (Fig. 2). The peptide-containing complexes were found to be less sensitive to serum.
  • Transfection complexes were measured (the cells were incubated at 4 ° C. or at 37 ° C., washed twice with PBS after 4 h, mixed with fresh medium containing 10% FCS and incubated at 37 ° C. and 5% CO 2 for 20 h).
  • the presence of peptide (1.5 ⁇ g / well; in this experiment a single determination was carried out) caused a 15-fold increase in expression when the mixture was prepared at 4 ° C. and a 100-fold increase in the mixture at 37 ° C.
  • Fig. 3B Empty bars: gene expression after incubation at 4 ° C; filled bars: gene expression after incubation at 37 ° C).
  • transfeetarn / DNA complexes were prepared from 2 charge equivalents of transfectam per 3 ⁇ g DNA.
  • the complexes contained the peptides indicated in FIG. 4 in the amounts indicated in each case.
  • the peptides INF6, INFA and melittin which have good hemolytic activity without a pronounced specificity for low pH values, showed different behavior: INFA and INF6 increased the transfection efficiency of 2 charge equivalents of transfectam by 10 and 200 times, respectively Melittin only slightly increased luciferase expression.
  • melittin was highly toxic at 5 ⁇ g / double determination.
  • influenza apeptide mutants INF5 and INF10 which had been shown in the liposome permeability test to release calcein efficiently at pH 5.0 (Plank, et al., 1994) gave better results than INFA, but were less effective than INF6.
  • a peptide called EGLA-I which was not derived from the HA2 sequence of the influenza virus, was tested, in which one of the alanine residues in the GALA repeat (Parente, et al., 1988) was replaced by a glycine residue. This peptide gave results as good as INF5.
  • transfectam was used with a charge excess of 4 charge equivalents, although there are not the highest values on all cells tested.
  • Increase rates of the transfection efficiency were found for all cell lines if the transfection complexes contained a membrane-active peptic.
  • helper lipids shown in FIG. 8 were used in a molar ratio of 2 charge equivalents of transfectam to 1 to 3 equivalents of helper lipid.
  • DOPE DOPE
  • EPE or DOG this resulted in a gene expression that was 10 to 20 times higher (see also FIG. 3B).
  • MOG increased expression approximately 4-fold, while EPC and cholesterol were unable to increase transfection efficiency on H225 cells.
  • up to 7-fold increase could be achieved if 1 mol /% DOG was added to the transfectam / DOPE formulation; this is presumably due to the ability of DOG to induce fusion, among other things (Siegel, et al., 1989).
  • the peptide with the designation INF7dimer (see table), a dimer of that described by Plank, et al. , 1994 described peptide INF7, was attached to the lipid derivative DPPE-
  • Transfectam were diluted in 75 ⁇ l 0.15 M NaCl, mixed intensively, whereupon the amounts of DPPE-INF7dimer indicated in FIG. 10 (the values given in the figure are mol%, based on the total amount of transfectam) were added. The mixture was then mixed well, after 10 min 3 ⁇ g DNA in 75 ⁇ l NaCl were added, mixed again and after a further 10 min filled with medium to a total transfection volume of 2 ml. 1 ml per well of the transfection composition obtained was applied to the cells. The results shown in Fig. 10 show that the highest increase was obtained at a content of 7.5 mol% DPPE-INF7dimer.

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Abstract

The invention concerns a composition for the transfection of higher eucaryotic cells. A complex of a nucleic acid to be expressed in the cell and a cationic lipid present in a suboptimal concentration for transfection contains one or a plurality of membrane-active acid peptides and optionally helper lipid(s). The ratio of the total number of positive charges to the total number of negative charges in the composition is between approximately 0 and approximately 3.

Description

Zusammensetzung für die Transfektion höherer eukaryotischer ZellenComposition for transfection of higher eukaryotic cells
Die Erfindung bezieht sich auf die Transfektion von höheren eukaryotischen Zellen, insbesondere von Säugetierzellen.The invention relates to the transfection of higher eukaryotic cells, in particular mammalian cells.
Bedarf an einem effizienten System für das Einführen von Nukleinsäure in lebende Zellen besteht vor allem im Rahmen der Gentherapie. Dabei werden Gene in Zellen eingeschleust, um in vivo die Synthese therapeutisch wirksamer Genprodukte zu erzielen.There is a need for an efficient system for the introduction of nucleic acid into living cells, especially in the context of gene therapy. Genes are introduced into cells to achieve the synthesis of therapeutically effective gene products in vivo.
Die bisher am weitesten fortgeschrittenen und verbreiteten Technologien für die Anwendung von Nukleinsäuren im Rahmen der Gentherapie benutzten Systeme für den Transfer von Genen in die Zelle funktionieren auf der Grundlage von Viren, insbesondere Retroviren und Adenoviren (Miller, 1992; Mulligan, 1993; Berkner; 1988) , und kationischen Lipiden (Behr, 1994) . Alternative Strategien für den Gentransfer beruhen auf Mechanismen, deren sich die Zelle für den Transport von Makromolekülen bedient. Ein Beispiel dafür ist der Import von Genen in die Zelle über den Weg der Rezeptor-vermittelten Endozytose (z.B. Wu und Wu, 1987, Wagner et al. , 1990, EP-AI 0388 758) .The most advanced and widespread technologies for the use of nucleic acids in gene therapy for the transfer of genes into the cell have been based on viruses, particularly retroviruses and adenoviruses (Miller, 1992; Mulligan, 1993; Berkner; 1988) ), and cationic lipids (Behr, 1994). Alternative strategies for gene transfer are based on mechanisms that the cell uses to transport macromolecules. An example of this is the import of genes into the cell via the pathway of receptor-mediated endocytosis (e.g. Wu and Wu, 1987, Wagner et al., 1990, EP-AI 0388 758).
Von den im letzten Jahrzehnt entwickelten synthetischen Gentransfervehikeln haben sich mono- und polykationische amphipathische Lipide, die DNA komplexieren und kondensieren können, als besonders vielversprechend erwiesen (Behr, et al . , 1989; Feigner, et al., 1987 und 1994; Leventis, et al . , 1990; Gao, et al., 1991; Rose, et al. , 1991; Hawley-Nelson, et al.,1993; Weibel, et al . , 1995; Solodin, et al . , 1995) . Bestrebungen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Gentransfermethoden auf der Grundlage von kationischen Lipiden konzentrierten sich bisher auf die direkte Modifikation des kationischen Lipids, z.B. durch Acylgruppen, Spacer-Arme oder hydrophile Abschnitte (Remy, et al. , 1994; Feigner, et al. , 1994). Trotz verbesserter Ergebnisse aufgrund solcher Maßnahmen ist noch immer vieles über den Eintrittsmechanismus von Lipid/DNA-Partikeln in die Zelle unklar. Aufgrund jüngerer Veröffentlichungen (Zabner, et al. , 1995) dürfte der Haupttransportweg dieser Partikel über die Endozytose verlaufen.Of the synthetic gene transfer vehicles developed over the past decade, mono- and polycationic amphipathic lipids that can complex and condense DNA have proven particularly promising (Behr, et al., 1989; Feigner, et al., 1987 and 1994; Leventis, et al., 1990; Gao, et al., 1991; Rose, et al., 1991; Hawley-Nelson, et al., 1993; Weibel, et al., 1995; Solodin, et al., 1995). Efforts to increase the performance of gene transfer methods based on cationic lipids have hitherto focused on the direct modification of the cationic lipid, for example by means of acyl groups, spacer arms or hydrophilic sections (Remy, et al., 1994; Feigner, et al., 1994 ). Despite improved results due to such measures, much is still unclear about the entry mechanism of lipid / DNA particles into the cell. Based on recent publications (Zabner, et al., 1995), the main transport route for these particles is thought to be via endocytosis.
Kationische Lipide zeigen in vi tro die besten Transfektionsergebnisse bei deutlichem positivem Ladungsüberschuß. So hat sich z.B. für das Lipospermin DOGS (Dioctadecylamidoglyclyspermin, kommerziell erhältlich unter dem Handelsnamen "Transfectam") ein drei- bis sechsfacher Überschuß an positiven Ladungen im Verhältnis zur DNA als für dieIn vivo, cationic lipids show the best transfection results with a clearly positive excess charge. For example, for the lipospermin DOGS (dioctadecylamidoglyclyspermin, commercially available under the trade name "Transfectam") a three to six-fold excess of positive charges in relation to the DNA than for the
Transfektionseffizienz optimal erwiesen (Barthel, et al. , 1993) . Die positiven Ladungen fördern die Bindung des Komplexes und deren Aufnahme in die Zellen. Zusätzlich hat Transfectam eine Pufferwirkung auf die Endosomen (der pKa-Wert des am wenigsten basischen sekundären Amins von Lipospermin, das für die Pufferwirkung maßgeblich ist, beträgt ca. 5.4; Behr, 1994) und schützt daher einerseits die DNA vor enzymatischem Abbau, andererseits verursacht es ein osmotisches Anschwellen und eine anschließende Destabilisierung der gepufferten Endosomen. Eine stark positive Ladung der Lipid/DNA-Komplexe hat somit bei der Anwendung in vivo u.a. den Nachteil, daß die Lipid/DNA-Partikel nur eine sehr kurze Halbwertszeit haben. Um die Effizienz der Lipopolyamine DOGS und DPPES (Palmitoylphosphatidylethanolamin) bei geringem positivem Ladungsüberschuß (Verhältnis positive:negative Ladungen ≤. 2, vorzugsweise 0.5 bis 1.5) zu verbessern, wurde der Zusatz von Adjuvantien vorgeschlagen, die mit dem Lipopolyamin/Nukleinsäure- Komplex assoziieren können, z.B. der Zusatz sog. "Helferlipide" .Transfection efficiency proven optimal (Barthel, et al., 1993). The positive charges promote the binding of the complex and its absorption into the cells. In addition, Transfectam has a buffering effect on the endosomes (the pKa value of the least basic secondary amine of lipospermin, which is decisive for the buffering effect, is approximately 5.4; Behr, 1994) and therefore protects the DNA on the one hand against enzymatic degradation and on the other hand causes it there is an osmotic swelling and subsequent destabilization of the buffered endosomes. A strongly positive charge of the lipid / DNA complexes thus has the disadvantage, inter alia, that the lipid / DNA particles only have a very short half-life when used in vivo. In order to improve the efficiency of the lipopolyamines DOGS and DPPES (palmitoylphosphatidylethanolamine) with a small positive charge excess (ratio positive: negative charges ≤. 2, preferably 0.5 to 1.5), the addition of adjuvants which can associate with the lipopolyamine / nucleic acid complex has been proposed , for example the addition of so-called "helper lipids".
Von Kamata, et al. , 1994, wurde die Effizienz des Gentransfers, der mit Lipofectin, einem 1:1 Gemisch aus dem monokationischen Lipid DOTMA (N-[l- (2,3-Dioleyl- oxy)propyl]-N,N,N-trimethylammoniumchlorid) und dem Helferlipid DOPE (Dioleylphosphatidylethanolamin) , bei einem positiven Ladungsüberschuß von 1.25 erzielt wurde, mittels Peptiden um das 3 bis Sfache erhöht.By Kamata, et al. , 1994, was the efficiency of gene transfer with Lipofectin, a 1: 1 mixture of the monocationic lipid DOTMA (N- [l- (2,3-dioleyloxy) propyl] -N, N, N-trimethylammonium chloride) and the helper lipid DOPE (dioleylphosphatidylethanolamine), with a positive charge excess of 1.25, was increased by 3 to 5-fold using peptides.
Ähnlich wurde in der WO 95/02698 vorgeschlagen, für die Transfektion von Zellen kationische Lipide in Kombination mit membranaktiven Peptiden von Viren mit Hülle, u.a. von Influenzaviren, einzusetzen, wobei eines der von Kamata et.al., 1994 beschriebenen Peptide oder ein vom Glycoprotein von Vesicular Stomatitis Virus abgeleitetes Peptid in Kombination mit Lipofectamin, einem 3:1 Gemisch des polykationischen Lipids 2,3-Dioleyloxy-N-[2 (spermincarboxamido)ethyl]- N,N-dimethyl-l-propanaminiumtrifluoracetat (DOSPA) und DOPE verwendet und bei einem als optimal ermittelten positiven Ladungsüberschluß von ca. 20 eine Verbesserung der Transfektionseffizienz um das bis zu 12fache erzielt wurde.Similarly, it was proposed in WO 95/02698 to use cationic lipids in combination with membrane-active peptides of enveloped viruses, for example for the transfection of cells. of influenza viruses, using one of the peptides described by Kamata et.al., 1994 or a peptide derived from the glycoprotein of Vesicular Stomatitis Virus in combination with lipofectamine, a 3: 1 mixture of the polycationic lipid 2,3-dioleyloxy-N- [ 2 (spermincarboxamido) ethyl] - N, N-dimethyl-l-propanaminium trifluoroacetate (DOSPA) and DOPE were used and with an optimally determined positive charge excess of approx. 20, the transfection efficiency was improved by up to 12 times.
Andererseits brachten kationische Lipide, die mit viralen Peptiden konjugiert wurden, um ihnen die fusogenen oder karyophilen Eigenschaften von Viren zu verleihen, enttäuschende Ergebnisse bei optimaler Lipidkonzentration (Remy et al . , 1995) .On the other hand, cationic lipids conjugated with viral peptides have given them the fusogenic or karyophilic properties of viruses confer disappointing results at optimal lipid concentration (Remy et al., 1995).
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein neues Gentransfersystem auf der Grundlage kationischer Lipide bereitzustellen.The object of the present invention was to provide a new gene transfer system based on cationic lipids.
Bei der Lösung der gestellten Aufgabe wurde zunächst die Frage gestellt, ob es die an die Endozytose anschließenden Schritte sind, wie der Transport von DNA aus dem Endosom ins Zytoplasma und weiter in den Kern, die den Engpaß für einen erfolgreichen Gentransfer mit kationischen Lipiden darstellen.When solving the task, the question was first asked whether it is the steps following endocytosis, such as the transport of DNA from the endosome into the cytoplasm and further into the nucleus, which represent the bottleneck for successful gene transfer with cationic lipids.
Es wurde festgestellt, daß der Zusatz von membranaktiven Influenzapeptiden nur eine geringfügige Verstärkung der Genexpression (1.5 bis 5fach) mit Transfectam bewirkt, wenn dieses bei optimalen Konzentrationen, also bei hohem positivem Ladungsüberschuß, eingesetzt wird. Dies läßt darauf schließen, daß in diesem Zusammenhang der Engpaß für den Gentransfer nicht die Freisetzung aus den endozytotischen Vesikeln sein dürfte, was auch im Einklang mit den von Kamata, et al., 1994, erhaltenen Ergebnissen steht (vgl . oben) .It was found that the addition of membrane-active influenza apeptides causes only a slight increase in gene expression (1.5 to 5-fold) with transfectam when this is used at optimal concentrations, ie with a high positive charge excess. This suggests that in this context the bottleneck for gene transfer should not be the release from the endocytotic vesicles, which is also in agreement with the results obtained by Kamata, et al., 1994 (see above).
Die gestellte Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch eine Zusammensetzung für die Transfektion von höheren eukaryotischen Zellen gelöst, wobei die Zusammensetzung einen Komplex, enthaltend eine in der Zelle zu exprimierende Nukleinsäure sowie, in einer für die Transfektion suboptimalen Konzentration, ein oder mehrere kationische Lipide, sowie gegebenenfalls Helferlipid(e) , enthält. Die Zusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie ein oder mehrere membranaktive saure Peptide enthält, wobei das Verhältnis der Gesamtzahl von positiven zur Gesamtzahl von negativen Ladungen in der Zusammensetzung ca. 0 bis ca. 3 beträgt.The object was achieved according to the invention by a composition for the transfection of higher eukaryotic cells, the composition comprising a complex containing a nucleic acid to be expressed in the cell and, in a concentration which is suboptimal for the transfection, one or more cationic lipids and optionally helper lipid (e). The composition is characterized in that it contains one or more membrane-active acid peptides, the The ratio of the total number of positive to the total number of negative charges in the composition is approximately 0 to approximately 3.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der positiven zu den negativen Ladungen in der Zusammensetzung ca. 0 bis ca. 2.Preferably, the ratio of positive to negative charges in the composition is from about 0 to about 2.
Unter "suboptimaler Konzentration" wird die Menge an kationischem Lipid verstanden, bei der das Verhältnis der positiven Ladungen des kationischen Lipids zu den negativen Ladungen der Nukleinsäure verschieden ist von dem für die jeweilige Transfektion als optimal ermittelten Verhältnis, so daß die mit kationischem Lipid, gegebenenfalls unter Zusatz von Helferlipid, erzielte Transfektionseffizienz geringer iεt als bei optimalen Verhältnissen, wobei sich "optimal" auf die infolge der Transfektion erzielte Expression der Nukleinsäure (bzw. im Fall der Verwendung von inhibierender RNA auf das Ausmaß der beabsichtigten biologischen Wirkung) in der Zelle bezieht. Die suboptimale Konzentration kann höher oder geringer sein als die optimale Konzentration."Suboptimal concentration" is understood to mean the amount of cationic lipid at which the ratio of the positive charges of the cationic lipid to the negative charges of the nucleic acid is different from the ratio determined as optimal for the respective transfection, so that the ratio with cationic lipid, if appropriate with the addition of helper lipid, the transfection efficiency achieved is lower than at optimal ratios, "optimal" referring to the expression of the nucleic acid achieved as a result of the transfection (or in the case of using inhibiting RNA to the extent of the intended biological action) in the cell . The suboptimal concentration can be higher or lower than the optimal concentration.
Die suboptimale Konzentration von kationischem Lipid, gegebenfalls in Mischung mit Helferlipid, entspricht bevorzugt einer Konzentration, bei der die Transfektionseffizienz um einen Faktor von mindestens ca. 2, vorzugweise um einen Faktor ca. 5 bis ca. 2.000, geringer ist als bei optimaler Konzentration.The suboptimal concentration of cationic lipid, optionally in a mixture with helper lipid, preferably corresponds to a concentration at which the transfection efficiency is lower by a factor of at least about 2, preferably by a factor of about 5 to about 2,000, than at the optimal concentration.
Die für die jeweilige Transfektion optimale Konzentration an kationischem Lipid bzw. die subobtimale Konzentration, bei der Transfektionseffizienz höchstens den halben Wert erreicht wie bei optimaler Konzentration, ist zelltypabhängig,* sie kann im einzelnen durch Titration ermittelt werden, indem das kaionische Lipid, das gegebenenfalls in Mischung mit Helferlipid vorliegt, in steigenden (oder auch fallenden) Konzentrationen eingesetzt wird; zweckmäßig wird zur Bestimmung der Transfektionseffizienz ein Reportergen, z.B. ein Luciferasegen, verwendet.The optimum concentration of cationic lipid for the respective transfection or the subobtimal concentration at which the transfection efficiency reaches at most half the value as at the optimal concentration depending on the cell type, * it can be determined in detail by titration, in that the kaionic lipid, which may be present in a mixture with helper lipid, is used in increasing (or also falling) concentrations; A reporter gene, for example a luciferase gene, is expediently used to determine the transfection efficiency.
Membranaktive Peptide sind durch ihre Fähigkeit definiert, Endosomenmembranen zu destabilisieren; sie werden auch als "endosomolytisch wirksame Peptide", "Endosomen aufbrechende Peptide" oder als "fusogene" Peptide bezeichnet. Diese Peptide haben amphipathisehen Charakter und können α-Helices ausbilden; sie sind aufgrund ihrer membranaktiven Eigenschaften für den Einsatz bei Gentransfermethoden geeignet, bei denen die Freisetzung des in die Zelle transportierten genetischen Materials aus den Endosomen einen limitierenden Schritt darstellt, z.B. beim Import von Nukleinsäure in die Zelle über Rezeptor-vermittelte Endozytose.Membrane-active peptides are defined by their ability to destabilize endosome membranes; they are also referred to as "endosomolytically active peptides", "endosome-breaking peptides" or as "fusogenic" peptides. These peptides have an amphipathic character and can form α-helices; due to their membrane-active properties, they are suitable for use in gene transfer methods in which the release of the genetic material transported into the cell from the endosomes is a limiting step, e.g. when importing nucleic acid into the cell via receptor-mediated endocytosis.
Als membranaktive Peptide im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind Peptide natürlichen Ursprungs oder synthetische Peptide, z.B. die in der WO 93/07283, von Plank et al . 1994, oder von Zauner et al . 1995, verδfffentlichten Peptide.Suitable membrane-active peptides in the context of the present invention are peptides of natural origin or synthetic peptides, e.g. that in WO 93/07283, by Plank et al. 1994, or by Zauner et al. 1995, published peptides.
Ob Peptide geeignete membranaktive Eigenschaften aufweisen und somit für die Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht kommen, kann mit Hilfe von Assays bestimmt werden, die den Vorgang simulieren, der in der Zelle beim Aufbrechen von Endosomen abläuft . Geeignete Assays sind der Liposomen- und der Erythrozyten-Durchlässigkeits-Assay, die z.B. von Plank et al. , 1994, beschrieben wurden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusamensetzung ein Peptid der Bezeichnung INF6 mit der Sequenz GLF GAI AGFI ENGW EGMI DGWYG.Whether peptides have suitable membrane-active properties and are therefore suitable for use in the context of the present invention can be determined with the aid of assays which simulate the process that takes place in the cell when endosomes are broken open. Suitable assays are the liposome and erythrocyte permeability assay, which have been described, for example, by Plank et al. , 1994. In a preferred embodiment, the composition contains a peptide called INF6 with the sequence GLF GAI AGFI ENGW EGMI DGWYG.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusamensetzung ein Peptid der Bezeichnung INF10 mit der Sequenz GLF ELA EGLA ELGW EGLA EGWYGC.In a further preferred embodiment, the composition contains a peptide called INF10 with the sequence GLF ELA EGLA ELGW EGLA EGWYGC.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung ein Peptid der Bezeichnung INF5 mit der Sequenz [GLF EAI EGFI ENGW EGnIDG]2 K.In a further preferred embodiment, the composition contains a peptide called INF5 with the sequence [GLF EAI EGFI ENGW EGnIDG] 2 K.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung ein Peptid der Bezeichnung EGLA-I mit der Sequenz GLFL GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC.In a further preferred embodiment, the composition contains a peptide of the name EGLA-I with the sequence GLFL GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung ein Peptid der Bezeichnung INFA mit der Sequenz GLF EAI EAFI ENAW EAMI DAWYG.In a further preferred embodiment, the composition contains a peptide called INFA with the sequence GLF EAI EAFI ENAW EAMI DAWYG.
Weitere geeignete Peptide sind synthetische Peptide der Bezeichnung INF8 mit der Sequenz [GLF EAI EGFI ENGF EGMI DGGGJ2 K; der Bezeichnung INF9 mit der Sequenz GLF ELA EGLA ELGA EGLA EGWYGC; der Bezeichnung EGLA-II mit der Sequenz WEA GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC; der Bezeichnung EGLA-III mit der Sequenz GLF EGA EGLA EGA EGLA EGLA EGWY GAC und der Bezeichnung EGLA-IV mit der Sequenz GLF EGA EGLA EGW EGLA EGLA EGWY GAC.Other suitable peptides are synthetic peptides of the designation INF8 with the sequence [GLF EAI EGFI ENGF EGMI DGGGJ2 K; the designation INF9 with the sequence GLF ELA EGLA ELGA EGLA EGWYGC; the name EGLA-II with the sequence WEA GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC; the name EGLA-III with the sequence GLF EGA EGLA EGA EGLA EGLA EGWY GAC and the name EGLA-IV with the sequence GLF EGA EGLA EGW EGLA EGLA EGWY GAC.
Weitere im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete synthetische membranaktive Peptide sind die von Plank et al., 1994, beschriebenen, insbesondere Peptide der Bezeichnung INF4, INF4DI und INF7. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das membranaktive Peptid mit einem Lipid modifiziert, z.B. mit Dipalmitoylphosphatidylethanolamyl (DPPE) ; es können auch modifiziertes und nicht-modifiziertes Peptid in der Zusammensetzung enthalten sein. Bei Verwendung eines lipidmodifizierten Peptids kann auf den Zusatz von Helferlipid verzichtet werden.Further synthetic membrane-active peptides suitable in the context of the present invention are those described by Plank et al., 1994, in particular peptides with the names INF4, INF4DI and INF7. In a further embodiment of the invention, the membrane-active peptide is modified with a lipid, for example with dipalmitoylphosphatidylethanolamyl (DPPE); modified and unmodified peptide may also be included in the composition. If a lipid-modified peptide is used, there is no need to add helper lipid.
Als Lipide für die Modifikation des membranaktiven Peptids können grundsätzlich dieselben Lipide verwendet werden, die auch als Helferlipide zum Einsatz kommen; die Auswahl des Lipids wie auch des Peptids erfolgt im allgemeinen, aus praktischen Gründen, vor allem im Hinblick auf die Koppelungmethode, aufgrund des Vorhandenseins von reaktiven Gruppen. Die Koppelung der Komponenten erfolgt nach literaturbekannten Methoden, z.B. wie von Martin et al . , 1989, oder von Remy et al . , 1995, beschrieben.In principle, the same lipids that are also used as helper lipids can be used as lipids for the modification of the membrane-active peptide; The choice of the lipid as well as the peptide is generally made for practical reasons, especially with regard to the coupling method, due to the presence of reactive groups. The components are coupled using methods known from the literature, e.g. as described by Martin et al. , 1989, or by Remy et al. , 1995.
Die Menge, in der das, gegebenfalls lipidmodifizierte, membranaktive Peptid dem Transfektionskomplex zugesetzt wird, ist abhängig von der positiven Gesamtladung des Lipid/DNA-Komplexes sowie von der Summe der negativen Ladungen des Peptids und dessen Molekulargewicht . Die relative Menge im Verhältnis zum kationischen Lipid (Äquivalente, angegeben in Mol Peptid/Mol kationisches Peptid) bzw. die Menge an verwendeter absoluter Menge, wird im einzelnen augrund dieser Parameter berechnet. (Im Fall von INF6 wurden z.B. für 2 Ladungsäquivalente Transfectam, entsprechend 6 nMol, 5 μg INF6, entsprechend 2 nMol, eingesetzt) . Im Hinblick auf ein Verhältnis von positiven zu negativen Ladungen von ca. 0 bis ca. 3, vorzugsweise ca. 0 bis ca. 2, kann die Peptidmenge zunächst in Vorversuchen, gegebenenfalls im Vergleich mit anderen Peptiden, variiert und auf diese Weise die optimal wirksame Menge ermittelt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann grundsätzlich jedes mono- oder polykationische Lipid verwendet werden, wobei polykationische Lipide im allgemeinen bevorzugt werden. Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche kationische Lipide bekannt, die als Bestandteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet werden können. Beispiele für geeignete kationische Lipide sind z.B. der WO 95/02698, der WO 91/16024, sowie den Veröffentlichungen von Remy et al . , 1994; Solodin et al . , 1995; Feigner et al . , 1994; Ruysschaert et al., 1994; Weibel et al . , 1995; Le Bole'h et al . , 1995) , auf deren Offenbarung Bezug genommen wird, zu entnehmen.The amount in which the optionally lipid-modified, membrane-active peptide is added to the transfection complex depends on the total positive charge of the lipid / DNA complex and on the total of the negative charges of the peptide and its molecular weight. The relative amount in relation to the cationic lipid (equivalents, given in mole peptide / mole cationic peptide) or the amount of absolute amount used is calculated in detail on the basis of these parameters. (In the case of INF6, for example, 2 charge equivalents of transfectam, corresponding to 6 nmoles, 5 μg INF6, corresponding to 2 nmoles, were used). With regard to a ratio of positive to negative charges of approx. 0 to approx. 3, preferably approx. 0 to approx. 2, the amount of peptide can initially be varied in preliminary tests, if necessary in comparison with other peptides, and in this way the optimally effective one Quantity can be determined. In principle, any mono- or polycationic lipid can be used in the context of the present invention, polycationic lipids being generally preferred. Numerous cationic lipids are known from the prior art which can be used as a constituent of the composition according to the invention. Examples of suitable cationic lipids are, for example, WO 95/02698, WO 91/16024, and the publications by Remy et al. , 1994; Solodin et al. , 1995; Feigner et al. , 1994; Ruysschaert et al., 1994; Weibel et al. , 1995; Le Bole'h et al. , 1995), to the disclosure of which reference is made.
Besonders bevorzugte kationische Lipide sind Lipopolyamine, z.B. die in der EP-AI 394 111 beschriebenen, insbesondere DOGS (Dioctadecylamidoglyclyspermin) , das unter dem Handelsnamen "Transfectam" erhältlich ist.Particularly preferred cationic lipids are lipopolyamines, e.g. those described in EP-AI 394 111, in particular DOGS (dioctadecylamidoglyclyspermin), which is available under the trade name "Transfectam".
Das kationische Lipid, gegebenenfalls in Mischung mit Helferlipid, ist, wie oben angegeben, in den Transfektionskomplexen in suboptimaler Menge enthalten, d.h. das Verhältnis zwischen den positiven Ladungen des Lipids und den negativen der Nukleinsäure ist größer oder kleiner als das für die optimale Gentransfereffizienz eingesetzte, wobei für die Definition der suboptimalen Menge an kationischem Lipid im Falle der Gegenwart von Helferlipid dessen Wirkung auf die Transfektionseffizienz mitberücksichtigt wird: Es kann z.B. ein Helferlipid die Wirkung von kationischem Lipid bei einer Konzentration, die ohne Helferlipid nur eine suboptimale Effizienz hätte, so verbessern, daß die erzielte Transfektion derjenigen bei optimaler Lipidkonzentration entspricht; die Gesamtkonzentration der Partner kationisches Lipid/Helferlipid wäre somit in diesem Fall, trotz suboptimaler Konzentration von kationischem Lipid allein, insgesamt optimal.As indicated above, the cationic lipid, optionally in a mixture with helper lipid, is contained in the transfection complexes in a suboptimal amount, ie the ratio between the positive charges of the lipid and the negative of the nucleic acid is greater or less than that used for the optimal gene transfer efficiency. taking into account the effect on transfection efficiency when defining helper lipid in the presence of helper lipid: for example, a helper lipid can improve the effect of cationic lipid at a concentration that would only have suboptimal efficiency without helper lipid, that the transfection achieved corresponds to that at an optimal lipid concentration; the The total concentration of the partners cationic lipid / helper lipid would be optimal in this case, despite the suboptimal concentration of cationic lipid alone.
Bei "Helferlipiden" handelt es sich um neutrale Lipide (natürlichen Ursprungs oder synthetisch) , die unter physiologischen Bedingungen zwitterionisch oder frei von Ladungen sind, z.B. Cholesterin, Dioleylphosphatidylethanolamin (DOPE) , Oleoyl- palmitoylphosphatidylethanolamin (POPE) , Phosphatidylglycerin, Diacylglycerin, etc. Weitere Beispiele für geeignete Helferlipide sind u.a. in der WO 95/18863 und in der WO 95/02698 beschrieben, auf deren Offenbarungen Bezug genommen wird."Helper lipids" are neutral lipids (natural or synthetic) that are physiologically or zwitterionic or free of charge, e.g. Cholesterol, dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), oleoylpalmitoylphosphatidylethanolamine (POPE), phosphatidylglycerol, diacylglycerol, etc. Further examples of suitable helper lipids include described in WO 95/18863 and WO 95/02698, the disclosures of which are incorporated by reference.
Erfindungsgemäß kann die Zusammensetzung ein oder mehrere Helferlipide enthalten.According to the invention, the composition can contain one or more helper lipids.
Bevorzugt als Helferlipide sind die Lipide DOPE, POPE, DOG (1.2-di-Oleoyl-rac-glycerin) , MOG (1-Mono-oleoyl- rac~glycerin) , EPC (Eiphosphatidylcholin) , EPE (Eiphosphatidylethanolamin) .Preferred helper lipids are the lipids DOPE, POPE, DOG (1,2-di-oleoyl-rac-glycerol), MOG (1-mono-oleoyl-rac ~ glycerol), EPC (egg phosphatidylcholine), EPE (egg phosphatidylethanolamine).
Vorzugsweise werden die Helferlipide in einer Konzentration, bezogen auf das kationische Lipid, von 0.1 bis 10 Äquivalenten (Mol/Mol) eingesetzt.The helper lipids are preferably used in a concentration, based on the cationic lipid, of 0.1 to 10 equivalents (mol / mol).
Bei den in die Zelle zu transportierenden Nukleinsäuren kann es sich um DNAs oder RNAs handeln, wobei hinsichtlich der Nukleotidsequenz keine Beschränkungen bestehen. Bei der DNA handelt es sich für gentherapeutische Anwendungen vor allem um Gene, die in die Zelle eingeschleust werden, um die Expression therapeutisch wirksamer Genprodukte, die in der Zelle nicht oder nicht in genügend hoher Konzentration exprimiert werden, zu erzielen. Für therapeutische Zwecke kommen auch inhibierend wirkende Nukleinsäuren, z.B. Antisense-RNA-Moleküle oder Ribozyme bzw. die dafür kodierenden DNA-Moleküle, in Betracht. Beispiele für Nukleinsäuren, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommen können, sind z.B. in der WO 93/07283 und in der WO 95/18863 angeführt.The nucleic acids to be transported into the cell can be DNAs or RNAs, with no restrictions with regard to the nucleotide sequence. For gene therapy applications, DNA is primarily genes that are introduced into the cell, the expression of therapeutically effective gene products that are not or not sufficiently high in the cell be expressed to achieve. Inhibitory nucleic acids, for example antisense RNA molecules or ribozymes or the DNA molecules coding therefor, are also suitable for therapeutic purposes. Examples of nucleic acids which can be used in the context of the present invention are given, for example, in WO 93/07283 and in WO 95/18863.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Transfektion von höheren eukaryotischen Zellen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Zellen mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in Berührung bringt.In a further aspect, the invention relates to a method for transfecting higher eukaryotic cells, which is characterized in that the cells are brought into contact with the composition according to the invention.
Das Verfahren kann bei in vi tro, ex vivo oder in vivo Transfektionen zur Anwendung kommen, bevorzugt für die Transfektion von Säugetierzellen. In vi tro wird das Verfahren vor allem auf Zellkulturen (adhärent oder in Suspension) angewendet. Anwendungen ex vivo sind gentherapeutische Anwendungen, bei denen dem zu behandelnden Organismus Zellen entnommen und ex corpore mit einem therapeutisch wirksamen Nukleinsäuremolekül, transfiziert werden, um anschließend wieder in den Organismus rückgeführt zu werden, wo das Genprodukt exprimiert wird und seine therapeutische Wirkung entfaltet. Ein Beispiel für eine ex vivo Anwendung ist die Herstellung von Tumorvakzinen aus autologen Zellen, die mit einem Zytokin-Gen transfiziert sind.The method can be used in in vitro, ex vivo or in vivo transfections, preferably for the transfection of mammalian cells. In vitro, the method is mainly used on cell cultures (adherent or in suspension). Applications ex vivo are gene therapy applications in which cells are removed from the organism to be treated and transfected ex corpore with a therapeutically active nucleic acid molecule, in order to subsequently be returned to the organism, where the gene product is expressed and has its therapeutic effect. An example of an ex vivo application is the production of tumor vaccines from autologous cells that are transfected with a cytokine gene.
Für Anwendungen in vivo wird dem Organismus die erfindungsgemäße Zusammensetzung in Form einer pharmazeutischen Zubereitung, die ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verabreicht, vorzugsweise intravenös oder, bei der Behandlung von Tumorerkrankungen, intratumoral. Für die pharmazeutische Zubereitung können der erfindungsgemäßen Zusammensetzung pharmazeutisch annehmbare Zusatzstoffe sowie inerte Träger, z.B. Kochsalzlösung oder phosphatgepufferte Kochsalzlösung oder jeder Träger, in dem die Zusammensetzungen geeignete Löslichkeitseigenschaften haben, beigegeben werden. Bezüglich der Formulierung pharmazeutischer Zubereitungen wird auf Remington's Pharmaceutical Sciences, 1980, Bezug genommen.For in vivo applications, the composition according to the invention is administered to the organism in the form of a pharmaceutical preparation which is also the subject of the present invention, preferably intravenously or, in the treatment of tumor diseases, intratumorally. For the pharmaceutical preparation, pharmaceutically acceptable additives and inert carriers, for example saline or phosphate-buffered saline or any carrier in which the compositions have suitable solubility properties can be added to the composition according to the invention. Regarding the formulation of pharmaceutical preparations, reference is made to Remington's Pharmaceutical Sciences, 1980.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann abgewandelt werden, um für Anwendungen mit anderen anionischen Molekülen als Nukleinsäure eingesetzt zu werden, z.B. um anionische Proteine in höhere eukaryotische Zellen zu befördern.The composition of the present invention can be modified to be used for applications with anionic molecules other than nucleic acid, e.g. to deliver anionic proteins to higher eukaryotic cells.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschend festgestellt, daß die Transfektionseffizienz des kationischen Lipids Transfectam (Behr, et al. , 1989), wenn es bei geringem positivem Ladungsüberschuß (1.5 und 2 Ladungsäquivalente) , d.h. bei suboptimaler Konzentration, eingesetzt wird, mittels membranaktiven sauren Peptiden signifikant verstärkt werden kann.In the context of the present invention, it was surprisingly found that the transfection efficiency of the cationic lipid Transfectam (Behr, et al., 1989) when it was used with a small positive charge excess (1.5 and 2 charge equivalents), i.e. at suboptimal concentration, can be significantly enhanced by means of membrane-active acid peptides.
Die Verstärkung war im Falle des Peptids INF6 (2 μg/1.5 Ladungsäquivalente Transfectam) bis zu l.OOOfach, was an das Niveau der mit optimalen Mengen Transfectam (hoher positiver Ladungsüberschuß) erzielten Genexpression heranreicht. Die Verstärkung der Genexpression mit membranaktiven Peptiden wurde bei mehreren Zelltypen beobachtet. Unter den getesteten membranaktiven Peptiden brachten nur die sauren gute Ergebnisse in Kombination mit Transfectam. Dieser Befund ist in Übereinstimmung mit der Hypothese, daß die Peptide für eine verbesserte Freisetzung der DNA aus den Endosomen in denselben endozytotischen Vesikeln lokalisiert sein müssen wie die Lipid/DNA-Komplexe, was dann gewährleistet ist, wenn die Peptide ionisch an die Transfektionspartikel gebunden sind. Beim Einsatz von 2 Ladungsäquivalenten Transfectam war die Reihenfolge der Leistungfähigkeit der Peptide INF6>INF10> EGLA-I^INF5>INFA>Melittin. Diese für die untersuchten Peptide mit Transfectam erhaltenen Ergebnisse weichen von Befunden ab, die erhalten wurden, wenn die Peptide im Transfektionssystem auf der Grundlage der rezeptorvermittelten Endozytose als Bestandteil von Transfektionskomplexen, enthaltend Transferrin- Polylysin, eingesetzt wurden: in diesem System war INF5 das beste Peptid und ca. 50fach wirksamer als INF6, während es in Kombination mit Transfectam 10 mal weniger wirksam ist als INF6. Das Peptid INF5 hat eine membranaufbrechende Wirkung nur bei saurem pH-Wert, während INF6 auch bei neutralem pH-Wert membranaktiv ist. Im lipidfreien Gentransfersystem auf der Grundlage von Polylysin-konjugierten zellulären Liganden war die Aktivität des Peptids bei neutralem pH-Wert von toxischen Nebeneffekten begleitet, die nicht beobachtet wurden, wenn das Peptid im Lipid-System eingesetzt wurden. Das künstliche Peptid EGLA-I sowie INF10 zeigten sich als Zusatz zu Lipid/DNA-Komplexen geeigneter als in Polylysin enthaltenden Komplexen.In the case of the peptide INF6 (2 μg / 1.5 charge equivalents transfectam), the amplification was up to 100,000 times, which corresponds to the level of gene expression achieved with optimal amounts of transfectam (high positive charge excess). Enhancement of gene expression with membrane-active peptides has been observed in several cell types. Among the membrane-active peptides tested, only the acidic ones gave good results in combination with Transfectam. This finding is in agreement with the hypothesis that the peptides for an improved release of the DNA from the endosomes in the same endocytotic vesicles must be localized like the lipid / DNA complexes, which is guaranteed when the peptides are ionically bound to the transfection particles. When using 2 charge equivalents of transfectam, the order of performance of the peptides was INF6>INF10> EGLA-I ^ INF5>INFA> Melittin. The results obtained for the peptides examined with Transfectam differ from the results obtained when the peptides were used in the transfection system based on the receptor-mediated endocytosis as a component of transfection complexes containing transferrin-polylysine: INF5 was the best peptide in this system and about 50 times more effective than INF6, while in combination with Transfectam it is 10 times less effective than INF6. The peptide INF5 has a membrane-breaking effect only at an acidic pH, while INF6 is membrane-active even at a neutral pH. In the lipid-free gene transfer system based on polylysine-conjugated cellular ligands, the activity of the peptide at neutral pH was accompanied by toxic side effects which were not observed when the peptide was used in the lipid system. The artificial peptide EGLA-I and INF10 were found to be more suitable as an addition to lipid / DNA complexes than complexes containing polylysine.
Es wurde ferner festgestellt, daß die Wirkung der getesteten Peptide auf die Transfektionseffizienz von kationischen Lipiden bei suboptimalem Ladungsverhältnis in derselben Größenordnung lag wie die Wirkung von Helferlipiden (Remy, et al . , 1995; Zhou, et al . , 1994; Feigner, et al., 1994; Leventis, et al . , 1990) .It was also found that the effect of the peptides tested on the transfection efficiency of cationic lipids at the sub-optimal charge ratio was of the same order of magnitude as the effect of helper lipids (Remy, et al., 1995; Zhou, et al., 1994; Feigner, et al ., 1994; Leventis, et al., 1990).
Die Transfektionskomplexe, enthaltend kationisches Lipid und membranaktives Peptid, können nach verschiedenen Methoden hergestellt werden. In den 30170 PCI7EP97/00649The transfection complexes containing cationic lipid and membrane-active peptide can be prepared by various methods. In the 30170 PCI7EP97 / 00649
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Versuchen der vorliegenden Erfindung wurden die Zusammensetzungen nach drei verschiedenen Methoden hergestellt, wobei sich die Methoden in der Reihenfolge der Zugabe bzw. Vereinigung der Komplexkomponenten sowie hinsichtlich des Zeitpunktes der Verdünnung unterschieden. Bei der ersten Variante wurde die DNA nach der Vereinigung von Peptid mit Transfectam zugegeben; in der zweiten Variante wurde zuerst Transfectam mit DNA komplexiert und anschließend das Peptid zugegeben. Bei der dritten Variante wurde das Peptid nach Verdünnung des Transfectam/DNA-Komplexes zugegeben. Es wurde untersucht, ob die Art der Herstellung der Transfektiσnskomplexe einen Einfluß auf das Ausmaß der Steigerung der Transfektionseffizienz hat. Dabei zeigte sich, daß sich die Herstellungsmethode auf die verschiedenen Peptide unterschiedlich auswirkt: Für INF6 erwiesen sich die drei Herstellungsmethoden als gleichwertig. Bei INF5 brachten die nach der zweiten und dritten Methode hergestellten Transfektionskomplexe bessere Ergebnisse, während bei INF10 die erste und dritte Variante der zweiten überlegen waren.Experiments of the present invention, the compositions were prepared by three different methods, the methods differing in the order of addition or combination of the complex components and in terms of the time of dilution. In the first variant, the DNA was added after the peptide was combined with transfectam; in the second variant, transfectam was first complexed with DNA and then the peptide was added. In the third variant, the peptide was added after dilution of the transfectam / DNA complex. It was examined whether the type of production of the transfection complexes has an influence on the extent of the increase in the transfection efficiency. It was shown that the production method affects the different peptides differently: For INF6, the three production methods proved to be equivalent. With INF5, the transfection complexes produced by the second and third methods gave better results, while with INF10 the first and third variants were superior to the second.
Unabhängig von der Herstellungsmethode verändert die Vereinigung der mutanten Influenzapeptide, die insgesamt eine negative Ladung aufweisen, mit kationischen Lipiden den Ladungszustand der Transfektionspartikel, wobei einige dieser peptidhaltigen Komplexe nahe der Elektroneutralität sind, weil die mutanten Influenzapeptide insgesamt eine negative Ladung aufweisen, (s. Insert von Fig. 1).Regardless of the method of production, the combination of the mutant influenza peptides, which have an overall negative charge, with cationic lipids changes the state of charge of the transfection particles, with some of these peptide-containing complexes being close to electroneutrality because the mutant influenza apeptides have an overall negative charge, (see insert of Fig. 1).
In den Versuchen der vorliegenden Erfindung wurden ferner hochwirksame DNA-Komplexe, die bei niedriger Ladung (2 Ladungsäquivalente Transfectam) das Helferlipid DOPE enthielten (Remy, et al. , 1995), mit den ein membranaktives Peptid enthaltenden Komplexen der vorliegenden Erfindung hinsichtlich ihrer Transfektionseffizienz verglichen. Nachdem die Verstärkung durch DOPE auf dessen fusogene Aktivität zurückgeführt worden war (Allen, et al. , 1990; Litzinger und Huang, 1992) , lassen die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhaltenen FACS-Daten (Fig. 3) auf einen weiteren wichtigen Effekt des Helferlipids schließen: die Zellassoziierung der Transfektionskomplexe ist wesentlich stärker ausgeprägt, wenn zu 2 Ladungsäquivalenten Transfectam 1.5 Äquivalente DOPE beigegeben werden, als wenn das Lipospermin allein verwendet wird. Es zeigte sich, daß das membranaktive Peptid keine Steigerung der optimal wirksamen, das Helferlipid enthaltenden Komplexe herbeiführte, während bei Verwendung von Transfectam im Überschuß (6 Ladungsäquivalente) , also bei Einsatz einer suboptimalen Menge, eine signifikante Steigerung der Genexpression im Vergleich zu den mit optimalen Mengen von Transfectam allein erzielten Werten erhalten wurde.In the experiments of the present invention, highly effective DNA complexes which contained the helper lipid DOPE at low charge (2 charge equivalents transfectam) were also included (Remy, et al., 1995) compared the membrane-active peptide-containing complexes of the present invention in terms of their transfection efficiency. After the enhancement by DOPE was attributed to its fusogenic activity (Allen, et al., 1990; Litzinger and Huang, 1992), the FACS data obtained in the context of the present invention (FIG. 3) indicate another important effect of the Helper lipids close: the cell association of the transfection complexes is much more pronounced if 1.5 equivalents of DOPE are added to 2 charge equivalents of Transfectam than if the lipospermin is used alone. It was shown that the membrane-active peptide did not increase the optimally effective complexes containing the helper lipid, whereas when using transfectam in excess (6 charge equivalents), i.e. when using a suboptimal amount, a significant increase in gene expression compared to that with optimal ones Amounts of transfectam alone were obtained.
Außerdem wurde festgestellt, daß das membranaktive Peptid die Empfindlichkeit der Transfektionskomplexe gegenüber Serum verringert, was im Hinblick auf die Anwendung in vivo von Bedeutung ist.The membrane-active peptide was also found to reduce the sensitivity of the transfection complexes to serum, which is important with regard to use in vivo.
FigurenübersichtFigure overview
Fig. l: Transfektionseffizienz von Transfectam/DNA/INF6- KomplexenFig. 1: Transfection efficiency of Transfectam / DNA / INF6 complexes
Fig. 2: Wirkung von Serum auf die Transfektionseffizienz Fig. 3: A: Durchflußzytometrieanalyse B: GenexpressionFig. 2: Effect of serum on transfection efficiency Fig. 3: A: flow cytometric analysis B: gene expression
Fig. 4: Wirkung verschiedener membranaktiver Peptide auf die TransfektionseffizienzFig. 4: Effect of various membrane-active peptides on the transfection efficiency
Fig. 5: Einfluß der Herstellungmethode von membranaktives Peptid enthaltenden Transfektionskomplexen auf die Transfektionseffizienz5: Influence of the production method of membrane-active peptide-containing transfection complexes on the transfection efficiency
Fig. 6: Effizienz von membranaktives Peptid enthaltenden Komplexen bei Transfektion verschiedener Zellinien6: Efficiency of membrane-active peptide-containing complexes in the transfection of different cell lines
Fig. 7: Einfluß von Bafilomycin AI auf die TransfektionseffizienzFig. 7: Influence of bafilomycin AI on the transfection efficiency
Fig. 8: Einfluß von Helferlipiden auf die TransfektionseffizienzFig. 8: Influence of helper lipids on transfection efficiency
Fig. 9: Einfluß der Kombination von Transfectam,9: Influence of the combination of Transfectam,
Helferlipid und membranaktivem Peptid auf die TransfektionseffizienzHelper lipid and membrane-active peptide on transfection efficiency
Fig. 10: Wirkung eines lipidmodifizierten membranaktiven Peptids auf die Transfektionseffizienz10: Effect of a lipid-modified membrane-active peptide on the transfection efficiency
In den folgenden Beispielen wurden, wenn nicht anders angegeben, die folgenden Materialien und Methoden verwendet: a) Reportergenplasmid pCMV-LucUnless otherwise stated, the following materials and methods were used in the following examples: a) Reporter gene plasmid pCMV-Luc
Die Konstruktion des Plasmids pCMV-Luc, das das Luciferasegen unter der Kontrolle des CMV- Promotor/Enhancers trägt, wurde unter der Bezeichnung pCMVL in der WO 93/07283 beschrieben.The construction of the plasmid pCMV-Luc, which carries the luciferase gene under the control of the CMV promoter / enhancer, was described under the name pCMVL in WO 93/07283.
b) Diverse Reagentienb) Various reagents
Das Lipopolyamin DOGS (Dioctadecylamidoglyclyspermin) mit dem Handelsnamen "Transfectam" wurde von Promega bezogen, die Helferlipide DOPE (1.2-Dioleoyl-sn- glycero-3-phosphoethanolamin) , MOG (1-Mono-oleoyl-rac-glycerin) , DOG (1.2-di-0leoyl-rac-glycerin) , EPE (Eiphosphatidylethanolamin) , EPC (Eiphosphatidylcholin) , sowie Chloroquin, Bafilomycin A^ und Melittin (aus Bienengift) wurden von Sigma bezogen.The lipopolyamine DOGS (dioctadecylamidoglyclyspermin) with the trade name "Transfectam" was obtained from Promega, the helper lipids DOPE (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine), MOG (1-mono-oleoyl-rac-glycerol), DOG (1.2 -di-0leoyl-rac-glycerol), EPE (egg phosphatidylethanolamine), EPC (egg phosphatidylcholine), as well as chloroquine, bafilomycin A ^ and melittin (from bee venom) were obtained from Sigma.
c) Peptidsynthesec) peptide synthesis
Die Bezeichnung der Peptide, ihre Herkunft sowie Sequenzen sind in der Tabelle angegeben.The name of the peptides, their origin and sequences are given in the table.
Die Peptide der Bezeichnung INF5 und INF6 wurden synthetisiert, wie von Plank, et al . , 1994, beschrieben.The INF5 and INF6 peptides were synthesized as described by Plank, et al. , 1994.
Die Peptide INFA, INF10 und EGLA-I wurden unter Verwendung der Fmoc-Strategie (N-(9- Fluorenyl)methoxycarbonyl) mit HBTU-Aktivierung [0- (IH-Benzotriazol-l-yl) -N,N,N' ,N' - tetramethyluroniumhexafluorophosphat], (Fastmoc™ - 0.25 mmol Maßstab) auf einem Applied Biosystems Peptidsynthesizer Modell 433 A (Foster City, Kalifornien) mit Feedback-Monitoring synthetisiert. Pro Zyklus wurden drei Entschützungsschritte ("Deprotection") durchgeführt. Wenn das Feedback- Monitoring ergab, daß die Fmoc-Entschützung nicht quantitativ war, wurde im folgenden Schritt eine Doppelkoppelung der nächsten Aminosäure und Blockierung der endständigen NH2-Gruppen (mittels Essigsäureanhydrid) vorgenommen. Es wurden die folgenden Aminosäureschutzgruppen verwendet: (Trt)Asn, (Trt)Cys, (t-Bu)Cys, (t-Bu)Asp, (t-Bu)Glu, (Boc)Lys. Als Lösungsmittel wurde eine Mischung von 70 % NMP/30 % DMF verwendet.The INFA, INF10 and EGLA-I peptides were generated using the Fmoc strategy (N- (9-fluorenyl) methoxycarbonyl) with HBTU activation [0- (IH-benzotriazol-l-yl) -N, N, N ', N '- tetramethyluronium hexafluorophosphate], (Fastmoc ™ - 0.25 mmol scale) on an Applied Biosystems peptide synthesizer model 433 A (Foster City, California) with feedback monitoring. Three deprotection steps were carried out per cycle. If the feedback monitoring showed that the Fmoc deprotection was not quantitative, the next step was to double-couple the next amino acid and block the terminal NH2 groups (using acetic anhydride). The following amino acid protecting groups were used: (Trt) Asn, (Trt) Cys, (t-Bu) Cys, (t-Bu) Asp, (t-Bu) Glu, (Boc) Lys. A mixture of 70% NMP / 30% DMF was used as solvent.
Für EGLA-I wurde ein HMP-Harz (Tentagel R PHB, 0.22 mmol/g, Rapp Polymere) verwendet. Die Peptide wurden bis zum Rest Gly-30 gemeinsam synthetisiert, dann wurde die halbe Harzmenge für die Synthese von EGLA-I verwendet.For EGLA-I an HMP resin (Tentagel R PHB, 0.22 mmol / g, Rapp polymers) was used. The peptides were synthesized together until the rest of Gly-30, then half the amount of resin was used for the synthesis of EGLA-I.
Die Peptide INF10 und INFA wurden auf einem Cys(Trt)- vorbeladenen aminomethylierten Polystyrolharz mit einem p-Carboxytritylchlorid-Linker (0.52 mmol/g; PepChem, Tübingen, Deutschland) unter Verwendung von DMF als Lösungsmittel synthetisiert.The peptides INF10 and INFA were synthesized on a Cys (Trt) - preloaded aminomethylated polystyrene resin with a p-carboxytrityl chloride linker (0.52 mmol / g; PepChem, Tübingen, Germany) using DMF as solvent.
Das Peptid der Bezeichnung INF7dimer (ein Dimeres des von Plank et al . , 1994, beschriebenen Peptids INF7) wurde unter Verwendung der Fmoc-Strategie auf einem Applied Biosystems Peptidsynthesizer Modell 431 synthetisiert. Es wurde ein mit Cystein vorbeladenes Harz verwendet (Tentagel S PHB-Cys) . Als erste Aminosäure wurde das mittelständige Lys DiFmoc- gekoppelt . Danach wurden bis Ile-18 Doppelkoppelungen durchgeführt. Von Met-17 bis Ile-10 wurden Einfachkoppelungen durchgeführt; bei Phe-9 eine Einfachkoppelung, dann zusätzliche Koppelung mit 1% Triton im Kopplungsansatz. Ab Gly-8 wurden einfache Koppelungen durchgeführt.The INF7dimer peptide (a dimer of the INF7 peptide described by Plank et al., 1994) was synthesized using the Fmoc strategy on an Applied Biosystems peptide synthesizer model 431. A resin preloaded with cysteine was used (Tentagel S PHB-Cys). The medium-sized Lys DiFmoc was coupled as the first amino acid. Thereafter, double couplings were carried out up to Ile-18. Single couplings were performed from Met-17 to Ile-10; with Phe-9 a single coupling, then additional coupling with 1% Triton in the coupling approach. From Gly-8, simple pairings were carried out.
Die Entschützung der Peptide und die Abspaltung vom Harz wurden mit einer Mischung von Phenol, Ethandithiol, Thioanisol, Wasser und Trifluoressigsäure (0.75:0.25:0.5:0.5:10) durchgeführt. Die Rohpeptide wurden durch tropfenweise Zugabe zu Ether ausgefällt und zentrifugiert . Die so gewonnenen Peptide wurden dreimal mit Ether gewaschen und anschließend unter einem Argonstrom, gefolgt von Hochvakuum, getrocknet. Die Rohpeptide wurden in 1 M TEAB, pH 9 und 1 % ß-Mercaptoethanol gelöst.Deprotection of the peptides and cleavage from the resin were carried out using a mixture of phenol, ethanedithiol, thioanisole, water and trifluoroacetic acid (0.75: 0.25: 0.5: 0.5: 10). The crude peptides were precipitated by dropwise addition to ether and centrifuged. The peptides thus obtained were washed three times with ether and then dried under a stream of argon, followed by high vacuum. The crude peptides were dissolved in 1 M TEAB, pH 9 and 1% β-mercaptoethanol.
Die Reinheit der Peptide wurde mittels analytischer Umkehrphasen-HPLC unter Einsatz einer C-18 Säule (Vydac 218ATP54, 2.1 mm x 25 cm, 5 μm) bestimmt. Dabei wurde ein binäres Lösungsmittelsystem (Lösungsmittel A: wässerige 0.1 % Trifluoressigsäure; Lösungsmittel B: Acetonitril, enthaltend 0.1 % Trifluoressigsäure) bei einem Gradienten von 0 - 100 % in 45 Minuten bei einer Flußrate von 1 ml/min verwendet . Eine analytische Ionenaustauschchromatographie (SuperQ-Toyopearl 650, TosoHaas, 5 mm x 50 mm Säule) wurde unter Verwendung eines Salzgradienten (20 mM HEPES, pH 7.3, 0 - 1.5 M NaCl in 60 min, Flußrate 0.5 ml/min) durchgeführt.The purity of the peptides was determined by means of analytical reverse phase HPLC using a C-18 column (Vydac 218ATP54, 2.1 mm x 25 cm, 5 μm). A binary solvent system (solvent A: aqueous 0.1% trifluoroacetic acid; solvent B: acetonitrile containing 0.1% trifluoroacetic acid) was used at a gradient of 0-100% in 45 minutes at a flow rate of 1 ml / min. Analytical ion exchange chromatography (SuperQ-Toyopearl 650, TosoHaas, 5 mm x 50 mm column) was carried out using a salt gradient (20 mM HEPES, pH 7.3, 0-1.5 M NaCl in 60 min, flow rate 0.5 ml / min).
Das Peptid EGLA-I wurde einer Gelfiltration (Sephadex G10, 20 mM TEAA, pH 7.3) unterworfen. Die gereinigte Peptidfraktion wurde in einem Speedvac (Savant) gefriergetrocknet. Die analytische Umkehrphasen-Chromatographie zeigte eine Reinheit von ca. 95 %. Die Lösungen der Rohpeptide INF10 und INFA wurden mittels Gelfiltration auf Sephadex G10 (10 mm x 300 mm Säule) in 20 mM TEAA, pH 7.3 fraktioniert. Die Peptide wurden lyophilisiert; die analytische Umkehrphasen- Chromatographie ergab eine Reinheit von ca. 98 bzw. 95 %.The EGLA-I peptide was subjected to gel filtration (Sephadex G10, 20 mM TEAA, pH 7.3). The purified peptide fraction was freeze-dried in a Speedvac (Savant). The analytical reverse phase chromatography showed a purity of approx. 95%. The solutions of the raw peptides INF10 and INFA were fractionated by gel filtration on Sephadex G10 (10 mm x 300 mm column) in 20 mM TEAA, pH 7.3. The peptides were lyophilized; analytical reverse phase chromatography showed a purity of approx. 98 and 95%, respectively.
Das Peptid INF7dimer wurde über Sephadex G 10 gereinigt (Puffer HBS; Säule 10mm x 300mm) . Dann wurde eine Ionenaustauschchromatographie durchgeführt (Säule: (10mm x 100mm); Material: Toso Haas Super Q 650 S; Durchflußrate: 0.5 ml/min; Eluens: A: 20 mM Hepes 7.3, B: 3 M NaCl/20 mM Hepes 7.3; Gradient: 0 - 40 min 0% B, 40 - 140 min 100% B, d.h. 1%/min) . Das Peptid eluierte bei 70 - 80 min. Das über Ionenaustauscher gereinigte Peptid wurde nochmals über eine Sephadex G 10 Säule (10mm x 300mm) gereinigt (Puffer HBS/50% Glycerin) .The peptide INF7dimer was purified over Sephadex G 10 (buffer HBS; column 10mm x 300mm). Ion exchange chromatography was then carried out (column: (10 mm × 100 mm); material: Toso Haas Super Q 650 S; flow rate: 0.5 ml / min; eluent: A: 20 mM Hepes 7.3, B: 3 M NaCl / 20 mM Hepes 7.3; Gradient: 0 - 40 min 0% B, 40 - 140 min 100% B, ie 1% / min). The peptide eluted at 70-80 min. The peptide purified via ion exchanger was again cleaned on a Sephadex G 10 column (10mm x 300mm) (buffer HBS / 50% glycerin).
Die Identität der Peptide wurde bestimmt, wie von Plank, et al. , 1994, beschrieben. Die Peptide wurden in flüssigem Stickstoff eingefroren.The identity of the peptides was determined as described by Plank, et al. , 1994. The peptides were frozen in liquid nitrogen.
Der Liposomendurchlässigkeits-Assay ("Liposomen Leakage Assay") wurde durchgeführt, wie von Plank, et al . , 1994, beschrieben.The liposome leakage assay was performed as described by Plank, et al. , 1994.
d) Zellkultur und Mediend) cell culture and media
Die Medien sowie fötales Kälberserum (FCS) und Pferdeserum wurden von Gibco-BRL bezogen. Die Kulturmedien wurden mit 2 mM L-Glutamin und Antibiotika ergänzt. Als Zellen wurden primäre humane Melanomzellen der Bezeichnung H225, Mausembryo-Leberzellen der Zellinie TIB-73 (ATCC BNL CL.2) , humane Lungenkarzinomzellen der Zellinie A549 (ATCC CCL 185) und Zellen der Maus-Melanomzellinie Cloudman S91, Klon M3 (ATCC No. CCL 53.1) verwendet. Die H225-Zellen wurden in RPMI 1640/10 % FCS/l mM Natriumpyruvat, die A549-Zellen in DMEM/10 % FCS, die BNL CL.2-Zellen in Hochglukose-DMEM/10 % FCS und die M3-Zellen in Ham's F10-Medium/15 % Pferdeserum/5 % FCS gezüchtet.The media, fetal calf serum (FCS) and horse serum were purchased from Gibco-BRL. The culture media were supplemented with 2 mM L-glutamine and antibiotics. Primary human melanoma cells of the designation H225, mouse embryo liver cells of the cell line TIB-73 (ATCC BNL CL.2), human lung carcinoma cells of the cell line A549 (ATCC CCL 185) and cells of the mouse melanoma cell line Cloudman S91, clone were used as cells M3 (ATCC No. CCL 53.1) used. The H225 cells were in RPMI 1640/10% FCS / 1 mM sodium pyruvate, the A549 cells in DMEM / 10% FCS, the BNL CL.2 cells in high-glucose DMEM / 10% FCS and the M3 cells in Ham's F10 medium / 15% horse serum / 5% FCS grown.
e) Transfektion der Zellene) transfection of the cells
i) Herstellung von kationischen Lipid/DNA-Komplexeni) Preparation of cationic lipid / DNA complexes
Die Komplexe wurden hergestellt, wie von Barthel, et al . , 1993, beschrieben, wobei 3 μg Plasmid-DNA und die jeweils eingesetzte Menge von Transfectam in je 75 μl 150 mM NaCl gelöst wurden. Nach 10 bis 20 min wurden die beiden Lösungen vereinigt. Nach weiteren 10 min wurde die Mischung mit serumfreiem Medium auf ein Gesamtvolumen von 2 ml verdünnt .The complexes were prepared as described by Barthel, et al. , 1993, where 3 μg of plasmid DNA and the amount of transfectam used in each case were dissolved in 75 μl of 150 mM NaCl. After 10 to 20 minutes, the two solutions were combined. After a further 10 min the mixture was diluted to a total volume of 2 ml with serum-free medium.
Der Ausdruck "Ladungsäquivalent" gibt die Menge an kationischem Lipid an, die für eine Transfektion verwendet wurde; 1 Ladungsäquivalent entspricht der Menge, die erforderlich ist, um alle negativen Ladungen der Phosphatgruppen des Plasmids zu neutralisieren. 3 μg DNA entsprechen 9 nMol negativer Ladungen; bei der Berechnung des Ladungsverhältnisses wurde berücksichtigt, daß 1 Mol Transfectam 3 Mol positive Ladungen aufweist, die von den drei bei physiologischem pH-Wert protonierten Ammoniumgruppen stammen. Ausgehend vom Molgewicht ca. 1250 bedeutet das, daß man bei Verwendung von 3 μg DNA für einen zweifachen positiven Ladungsüberschuß (2 LadungsäquivalenteThe term "charge equivalent" indicates the amount of cationic lipid used for transfection; 1 charge equivalent corresponds to the amount required to neutralize all negative charges of the phosphate groups of the plasmid. 3 μg of DNA correspond to 9 nmoles of negative charges; when calculating the charge ratio, it was taken into account that 1 mole of transfectam has 3 moles of positive charges which originate from the three ammonium groups protonated at physiological pH. Starting from the molecular weight of approx. 1250, this means that when using 3 μg DNA for a double positive charge excess (2 charge equivalents
Transfectam/3 μg DNA) 3 μl einer 2mM Transfectamlösung, enthaltend 6nmol (=7.58 μg) Transfectam benötigt.Transfectam / 3 μg DNA) 3 μl of a 2mM transfectam solution containing 6nmol (= 7.58 μg) transfectam required.
Die Peptide wurden in einer Menge von 0.5 oder 1 mg/ml Lösung in HBS (HEPES-gepufferte Salzlösung, enthaltend 150 mM NaCl, 20 mM HEPES pH 7.3) zu denThe peptides were contained in an amount of 0.5 or 1 mg / ml solution in HBS (HEPES-buffered saline) 150 mM NaCl, 20 mM HEPES pH 7.3) to the
Transfectam/DNA-Komplexen gegeben. Nach einer 10 bisGiven transfectam / DNA complexes. After a 10 to
20 minütigen Reifungszeit wurde dasThat was 20 minutes of ripening
Transfektionsvolumen mit Kulturmedium auf 2 ml gebracht, von der erhaltenen Transfektionsmischung wurde 1 ml auf die Zellen pipettiert.Transfection volume brought to 2 ml with culture medium, 1 ml of the transfection mixture obtained was pipetted onto the cells.
Die Helferlipide DOPE, DOG, EPC, EPE bzw. MOG oder Cholesterin wurden in Ethanol, enthaltend eine Spur Dichlormethan, verdünnt. DieThe helper lipids DOPE, DOG, EPC, EPE or MOG or cholesterol were diluted in ethanol containing a trace of dichloromethane. The
Transfectam/Helferlipid/DNA-Komplexe wurden gebildet, indem die jeweiligen Mengen an Transfectam/Helferlipid (die Menge an verwendetem Helferlipid, bezogen auf Transfectam, wird als Molverhältnis angegeben) vor der Verdünnung mit der DNA-Lösung gemischt wurden.Transfectam / helper lipid / DNA complexes were formed by mixing the respective amounts of transfectam / helper lipid (the amount of helper lipid used, based on transfectam, is given as a molar ratio) before dilution with the DNA solution.
ii) Transfektion und Luciferase-Bestimmungii) transfection and luciferase determination
50.000 bis 75.000 Zellen pro Vertiefung einer 24 Well- Platte wurden einen Tag vor der Transfektion ausplattiert, wobei bei allen Versuchen das Transfektionsvolumen 1 ml betrug. Die Transfektion wurde mit 1 ml des in i) hergestellten Komplexes durchgeführt. Nach 3 bis 4 h wurde das Transfektionsmedium durch frisches Medium, enhaltend 10 % FCS, ersetzt. Jedes Experiment wurde, sofern nicht anders angegeben, mindestens zweifach durchgeführt, wobei sich die in den Abbildungen angegebenen Peptidmengen in diesen Fällen auf die insgesamt für die Doppelbestimmung eingesetzte Menge beziehen.50,000 to 75,000 cells per well of a 24-well plate were plated one day before the transfection, the transfection volume being 1 ml in all experiments. The transfection was carried out with 1 ml of the complex prepared in i). After 3 to 4 hours the transfection medium was replaced by fresh medium containing 10% FCS. Unless otherwise stated, each experiment was carried out at least twice, the amounts of peptides shown in the figures in these cases relating to the total amount used for the double determination.
24 h nach der Transfektion wurden die Zellen geerntet und in 150 - 200 μl 250 mM Tris pH 7.3, 0.5 % Triton X-100 aufgenommen. Das Zellyεat wurde dann in 1.5 ml Eppendorfröhrchen überführt und 5 min bei 14.000 g zentrifugiert, um die Zelltrümmer zu pelletieren. Die Bestimmung der Luciferaseaktivität wurde durchgeführt, wie in der WO 93/7283 beschrieben, wobei die Luciferase-Lichteinheiten von einem Aliquot des Überstandes (20 μl) mit 10 see Integration nach Injektion von frisch zubereiteter Luciferinlösung bestimmt wurde. Der Luciferasehintergrund (150 - 250 Lichteinheiten) wurde von jedem Wert abgezogen; die Transfektionseffizienz wurde ausgedrückt als Gesamtlichteinheiten, welche den Mittelwert von Doppelbestimmungen darstellen. Zur quantitativen Bestimmung des Proteingehalts wurde der Bradford-Assay (Bio-Rad) verwendet.24 hours after the transfection, the cells were harvested and taken up in 150-200 μl 250 mM Tris pH 7.3, 0.5% Triton X-100. The cellulose was then transferred to 1.5 ml Eppendorf tubes and centrifuged at 14,000 g for 5 min in order to close the cell debris pelletize. The determination of the luciferase activity was carried out as described in WO 93/7283, the luciferase light units being determined from an aliquot of the supernatant (20 μl) with 10 seconds integration after injection of freshly prepared luciferin solution. The luciferase background (150-250 light units) was subtracted from each value; the transfection efficiency was expressed as total light units, which represent the mean of duplicate determinations. The Bradford assay (Bio-Rad) was used for quantitative determination of the protein content.
f) Durchflußzytometrief) flow cytometry
Für die Durchflußzytometrie wurde die Plasmid-DNA mit dem interkalierenden Fluoreszenzfarbstoff YOYO-1, (beschrieben von Rye, et al . , 1992; Hirons, et al . , 1994, erhältlich von Molecular Probes; ca. 1 Farbstoffmolekül pro 300 bp) inkubiert, danach wurden, wie oben beschrieben, die Komplexe hergestellt. Die Komplexe wurden auf 300.000 H225-Zellen pro Vertiefung einer 6 Well-Platte gegeben, dann wurde 4 h lang entweder bei 4°C (Zeiloberflächenassoziation) oder bei 37°C (Zelloberflächenassoziation und Aufnahme in die Zellen) inkubiert. Danach wurden die Zellen zweimal mit kaltem PBS gewaschen und mit 1 mM EDTA in PBS geerntet und auf einem FACScan-Gerät (Becton Dickinson) analysiert .For flow cytometry, the plasmid DNA was incubated with the intercalating fluorescent dye YOYO-1 (described by Rye, et al., 1992; Hirons, et al., 1994, available from Molecular Probes; approx. 1 dye molecule per 300 bp). the complexes were then prepared as described above. The complexes were placed on 300,000 H225 cells per well of a 6 well plate, then incubated for 4 hours either at 4 ° C (cell surface association) or at 37 ° C (cell surface association and uptake into the cells). The cells were then washed twice with cold PBS and harvested with 1 mM EDTA in PBS and analyzed on a FACScan device (Becton Dickinson).
Beispiel 1example 1
Transfektionseffizienz von Transf ec tarn/DNA/ INF6 - Komplexen Es wurden Komplexe von 1, 1.5, 2 oder 4 Ladungsäquivalenten Transfectam pro 3 μg pCMV-Luc in Kombination mit steigenden Mengen des membranaktiven, sauren, vom Influenzavirus stammenden Peptid INF6 hergestellt und mit RPMI 1640 Kulturmedium gemischt. Die erhaltenen Komplexe wurden auf H225-Zellen (75.000 Zellen pro Vertiefung einer 24 Well-Platte) aufgebracht. Nach 4 h wurde das Transfektionsmedium durch frisches RPMI-Medium, enthaltend 10% FCS ersetzt. Das Ergebnis der Versuche ist in Fig. 1 dargestellt (gepunktete Linie mit Rhomben: 1 Äquivalent (eq.) Transfectam /x μg INF6; volle Linie mit Kreisen-. Transfectam 1.5 eq./x μg INF6; strichlierte Linie mit Quadraten: Transfectam 2 eq./x μg INF6; volle Linie mit Dreiecken: Transfectam 4 eq./x μg INF6) . Es zeigte sich, daß bei Verwendung von 2 bzw. 1.5 Ladungsäquivalenten Lipid eine 100 bis l.OOOfache Steigerung der Transfektionseffizienz, gemessen als Luciferaseaktivität, erzielt wurde. Beim Einsatz von bereits optimalen Bedingungen (4 Ladungsäquivalente kationisches Lipid) wurde nur eine geringe Steigerung (ca. 1.5 bis 5fach) erhalten. Da das Peptid INF6 bei pH 7 vier negative Ladungen hat, kann es über elektrostatische Wechselwirkungen mit den kationischen Lipid/DNA-Partikeln assoziieren. Bei Verwendung von neutralen Partikeln (1 Ladungsäquivalent) wurde keine Verstärkung beobachtet, vermutlich weil an diese Komplexe nur wenige Peptide binden können. Es könnten sogar Wechselwirkungen mit der Zellmembran vermindert werden, weil positive Restladungen durch die Assoziation mit dem Peptid maskiert werden. Das Insert von Fig. 1 zeigt die Transfektionseffizienz der Transfectam/DNA/INF6-Komplexe, aufgetragen gegen das theoretische Ladungsverhältnis der Komplexe. Unter der Annahme, daß beinahe das gesamte Peptid an die transfizierenden Partikel bindet, wird eine hohe Luciferaseexpression mit elektroneutralen (oder nahezu neutralen) Lipid-Vektoren erzielt.Transfection efficiency of Transf ec camo / DNA / INF6 complexes Complexes of 1, 1.5, 2 or 4 charge equivalents of transfectam per 3 μg pCMV-Luc in combination with increasing amounts of the membrane-active, acidic peptide INF6 derived from the influenza virus were prepared and mixed with RPMI 1640 culture medium. The complexes obtained were applied to H225 cells (75,000 cells per well of a 24-well plate). After 4 h, the transfection medium was replaced by fresh RPMI medium containing 10% FCS. The result of the experiments is shown in FIG. 1 (dotted line with rhombuses: 1 equivalent (eq.) Transfectam / x μg INF6; full line with circular. Transfectam 1.5 eq./x μg INF6; dashed line with squares: Transfectam 2 eq./x μg INF6; full line with triangles: Transfectam 4 eq./x μg INF6). It was found that when 2 or 1.5 charge equivalents of lipid were used, a 100 to 1,000 fold increase in transfection efficiency, measured as luciferase activity, was achieved. When using optimal conditions (4 charge equivalents of cationic lipid), only a slight increase (approx. 1.5 to 5-fold) was obtained. Since the INF6 peptide has four negative charges at pH 7, it can associate with the cationic lipid / DNA particles via electrostatic interactions. No enhancement was observed when using neutral particles (1 charge equivalent), presumably because only a few peptides can bind to these complexes. Interactions with the cell membrane could even be reduced because positive residual charges are masked by the association with the peptide. The insert of FIG. 1 shows the transfection efficiency of the transfectam / DNA / INF6 complexes, plotted against the theoretical charge ratio of the complexes. Assuming that almost all of the peptide binds to the transfecting particles, a high Luciferase expression achieved with electroneutral (or almost neutral) lipid vectors.
Beispiel 2Example 2
Wirkung von Serum auf die TransfektionseffizienzEffect of serum on transfection efficiency
Es wurden Transfektionen von H225-Zellen vorgenommen, wobei die in Fig. 2 angegebenen Mengen Transfectam (in Ladungsäquivalenten) und das Peptid INF6 verwendet wurden. Die Transfektionen wurden einerseits ohne Serum (leere Balken) , andererseits in Gegenwart von 10% (gepunktete Balken) bwz. 20% (graue Balken) nicht hitzeinaktiviertem FCS vorgenommen (Fig. 2) . Es zeigte sich, daß die Peptid enthaltenden Komplexe eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Serum aufwiesen.Transfections of H225 cells were carried out using the amounts of transfectam (in charge equivalents) shown in FIG. 2 and the peptide INF6. The transfections were carried out on the one hand without serum (empty bars), on the other hand in the presence of 10% (dotted bars). 20% (gray bars) FCS not heat-inactivated (Fig. 2). The peptide-containing complexes were found to be less sensitive to serum.
Beispiel 3Example 3
Assoziation von Transfectam/DNA-Komplexen und ExpressionsrateAssociation of transfectam / DNA complexes and expression rate
a) Durchflußzytometrie-Analyse von Transfektionskomplexena) Flow cytometry analysis of transfection complexes
Die Analyse wurde mit H225-Zellen durchgeführt, wie im Methodenteil beschrieben. Wie in Fig. 3A dargestellt, ändert sich die Assoziierung der Transfectam/DNA- Komplexe mit der Zelloberfläche entscheidend mit dem Ladungsverhältnis: mit 2 Ladungsäquivalenten wurde eine heterogene Zellpopulation gefunden, während bei 4 Ladungsäquivalenten eine klassische Gauß-Kurve gefunden wurde. Der Zusatz von membranaktiven Peptiden zu 2 (oder 4) Ladungsäquivalenten Transfectam brachte keine wesentliche Änderung des Kurvenprofils sowohl bei 4°C als auch bei 37°C.The analysis was carried out with H225 cells as described in the method section. As shown in FIG. 3A, the association of the transfectam / DNA complexes with the cell surface changes decisively with the charge ratio: a heterogeneous cell population was found with 2 charge equivalents, while a classic Gaussian curve was found with 4 charge equivalents. The addition of membrane-active peptides to 2 (or 4) charge equivalents resulted in transfectam no significant change in the curve profile at both 4 ° C and 37 ° C.
b) Genexpressionb) gene expression
Es wurde, parallel zu den in a) durchgeführten Tests, die Genexpression von 300.000 Zellen nach Inkubation bei 4°C und 37°C mit verschiedenenIn parallel to the tests carried out in a), the gene expression of 300,000 cells after incubation at 4 ° C. and 37 ° C. with different
Transfektionskomplexen gemessen (die Zellen wurden bei 4°C oder bei 37°C inkubiert, nach 4 h zweimal mit PBS gewaschen, mit frischem Medium, enthaltend 10% FCS versetzt und 20 h lang bei 37°C und 5%Cθ2 inkubiert) . Die Gegenwart von Peptid (1.5 μg/Well; bei diesem Experiment wurde eine Einfachbestimmung vorgenommen) bewirkte beim Ansatz bei 4°C eine 15fache und beim Ansatz bei 37°C eine lOOfache Verstärkung der Expression. (Fig. 3B. Leere Balken: Genexpression nach Inkubation bei 4°C; gefüllte Balken: Genexpression nach Inkubation bei 37°C) .Transfection complexes were measured (the cells were incubated at 4 ° C. or at 37 ° C., washed twice with PBS after 4 h, mixed with fresh medium containing 10% FCS and incubated at 37 ° C. and 5% CO 2 for 20 h). The presence of peptide (1.5 μg / well; in this experiment a single determination was carried out) caused a 15-fold increase in expression when the mixture was prepared at 4 ° C. and a 100-fold increase in the mixture at 37 ° C. (Fig. 3B. Empty bars: gene expression after incubation at 4 ° C; filled bars: gene expression after incubation at 37 ° C).
Beispiel 4Example 4
Wirkung verschiedener PeptideEffect of different peptides
Wie im Methodenteil beschrieben, wurden Transfeetarn/DNA-Komplexe aus 2 Ladungsäquivalenten Transfectam pro 3 μg DNA hergestellt. Für einige Experimente enthielten die Komplexe die in Fig. 4 angegebenen Peptide in den jeweils angegebenen Mengen. Die Peptide INF6, INFA und Melittin, die eine gute hämolytische Aktivität besitzen, ohne eine ausgeprägte Spezifität für niedrige pH-Werte zu haben, zeigten ein unterschiedliches Verhalten: INFA und INF6 verstärkten die Transfektionseffizienz von 2 Ladungsäquivalenten Transfectam um das 10 bzw. 200fache, während Melittin die Luciferaseexpression nur geringfügig verstärkte. Darüberhinaus war Melittin bei einer Menge von 5 μg/Doppelbestimmung hochtoxisch. Die Influenzapeptid- Mutanten INF5 und INF10, von denen sich im Liposomendurchlässigkeitstest gezeigt hatte, daß sie bei pH 5.0 Calcein effizient freisetzen, (Plank, et al . , 1994) brachten bessere Ergebnisse als INFA, waren aber weniger wirksam als INF6. Außerdem wurde ein nicht von der HA2-Sequenz des Influenzavirus abgeleitetes Peptid der Bezeichnung EGLA-I getestet, in dem einer der Alaninreste im GALA-Repeat (Parente, et al . , 1988) durch einen Glycinrest ersetzt wurde. Dieses Peptid gab ebensogute Ergebnisse wie INF5.As described in the method section, transfeetarn / DNA complexes were prepared from 2 charge equivalents of transfectam per 3 μg DNA. For some experiments, the complexes contained the peptides indicated in FIG. 4 in the amounts indicated in each case. The peptides INF6, INFA and melittin, which have good hemolytic activity without a pronounced specificity for low pH values, showed different behavior: INFA and INF6 increased the transfection efficiency of 2 charge equivalents of transfectam by 10 and 200 times, respectively Melittin only slightly increased luciferase expression. In addition, melittin was highly toxic at 5 μg / double determination. The influenza apeptide mutants INF5 and INF10, which had been shown in the liposome permeability test to release calcein efficiently at pH 5.0 (Plank, et al., 1994) gave better results than INFA, but were less effective than INF6. In addition, a peptide called EGLA-I, which was not derived from the HA2 sequence of the influenza virus, was tested, in which one of the alanine residues in the GALA repeat (Parente, et al., 1988) was replaced by a glycine residue. This peptide gave results as good as INF5.
Beispiel 5Example 5
Einfluß der Herstellungsmethode vonInfluence of the manufacturing method of
Transfectam/DNA/Peptid-Komplexen auf die Effizienz der Transfektion von H225-ZellenTransfectam / DNA / peptide complexes on the efficiency of transfection of H225 cells
Es wurden Komplexe auf drei verschiedene Arten hergestellt (Fig. 5) : a) Vereinigung von Peptid und Lipid vor der Komplexierung mit DNA (gepunktete Balken) b) Zugabe des Peptids nach Bildung des Transfectam/DNA- Komplexes vor Verdünnung mit Medium (150 μl Volumen; graue Balken) c) Zugabe des Peptids nach Verdünnung der Komplexe mit dem Kulturmedium (2 ml Volumen; schwarze Balken)Complexes were produced in three different ways (FIG. 5): a) Combination of peptide and lipid before complexation with DNA (dotted bars) b) Addition of the peptide after formation of the transfectam / DNA complex before dilution with medium (150 μl Volume; gray bars) c) adding the peptide after dilution of the complexes with the culture medium (2 ml volume; black bars)
Wie die in Fig. 5 dargestellten Ergebnisse zeigen, hängt der Einfluß der Herstellungsmethode auf die Genexpressionsrate von der Peptidsequenz ab. Die Vereinigung des Peptids mit Transfectam vor der Komplexierung mit dem Plasmid ergab ein konträres 30170 PCΪ7EP97/00649As the results shown in FIG. 5 show, the influence of the production method on the gene expression rate depends on the peptide sequence. Combining the peptide with Transfectam before complexing with the plasmid gave a contrary result 30170 PCΪ7EP97 / 00649
2828
Verhalten der Peptide: während die Genexpressionsrate bei INF6 unverändert blieb, war bei INF10 die Leistungsfähigkeit der so hergestellten Komplexe fünfmal besser als bei nach der Standardmethode (s. Methodenteil) erhaltenen Komplexe. Im Gegensatz dazu bewirkte diese Methode der Komplexherstellung bei INF5 eine starke Verringerung der Genexpression.Behavior of the peptides: while the gene expression rate remained unchanged at INF6, the performance of the complexes produced in this way was five times better than that obtained with the standard method (see method part). In contrast, this method of complex formation in INF5 caused a sharp reduction in gene expression.
Beispiel 6Example 6
Wirkung der Peptide auf die Transfektionseffizienz verschiedener ZellinienEffect of the peptides on the transfection efficiency of different cell lines
Daß die Wirkung der Peptide auf den Gentransfer mittels Lipiden nicht auf bestimmte Zelltypen beschränkt ist, sondern ein allgemeines Phänomen, zeigte sich in Versuchen mit Zellen verschiedener Zellinien, die in Fig. 6 dargestellt sind (H225-Zellen: leere Balken; BNL CL.2-Zellen: gepunktete Balken; A549-Zellen: hellgraue Balken; M3-Zellen: dunkelgraue Balken) . Dazu wurden Komplexe aus Transfectam, pCMV-Luc 5 μg INF6 hergestellt und die Effizienz der Komplexe auf den Zellen getestet. (Als Vergleichswert wurde Transfectam bei einem Ladungsüberschuß von 4 Ladungsäquivalenten verwendet, obwohl es nicht auf allen getesteten Zellen die höchsten Werte gibt.) Es wurden bei allen Zellinien Steigerungsraten der Transfektionseffizienz festgestellt , wenn die Transfektionskomplexe ein membranaktives Peptic enthielten.The fact that the effect of the peptides on gene transfer by means of lipids is not restricted to certain cell types, but rather a general phenomenon, was shown in experiments with cells of different cell lines, which are shown in FIG. 6 (H225 cells: empty bars; BNL CL.2 Cells: dotted bars; A549 cells: light gray bars; M3 cells: dark gray bars). For this purpose, complexes were made from Transfectam, pCMV-Luc 5 μg INF6 and the efficiency of the complexes was tested on the cells. (As a comparison value, transfectam was used with a charge excess of 4 charge equivalents, although there are not the highest values on all cells tested.) Increase rates of the transfection efficiency were found for all cell lines if the transfection complexes contained a membrane-active peptic.
Beispiel 7Example 7
Untersuchung des Einflusses von Bafilomycin A auf die Transfektionseffizienz von Transfectam/DNA-Komplexen Die Gegenwart des spezifischen Inhibitors der Vakuolen- Protonenpumpe Bafilomycin A^ (Bowman, et al . , 1988; Yoshimori, et al . , 1991) in einer Konzentration von 200 nM bei der Transfektion von H225-Zellen (es wurden 2 Ladungsäquivalente Transfectam bzw.Investigation of the influence of bafilomycin A on the transfection efficiency of transfectam / DNA complexes The presence of the specific inhibitor of the vacuole proton pump bafilomycin A ^ (Bowman, et al., 1988; Yoshimori, et al., 1991) at a concentration of 200 nM in the transfection of H225 cells (2 charge equivalents of transfectam or
2 Ladungsäquivalente Transfectam plus INF10 bzw. INF6 eingesetzt; nach 4 h Inkubation wurde das Medium durch frisches mit einem Gehalt von 10 % FCS ersetzt) verminderte die Genexpression um einen Faktor 7, 5 bzw. 1.5 (Fig. 7. Leere Balken: ohne Zusatz von Bafilomycin AI. Gepunktete Balken: In Gegenwart von 200 nM Bafilomycin AI) . Beim Einsatz von 4 Ladungsäquivalenten Transfectam konnte Bafilomycin keine Verringerung des Gentransfers bewirken.2 charge equivalents of Transfectam plus INF10 or INF6 used; after 4 h of incubation, the medium was replaced by fresh one with a content of 10% FCS), the gene expression decreased by a factor of 7, 5 or 1.5 (FIG. 7). Empty bars: without addition of bafilomycin AI. Dotted bars: in the presence of 200 nM bafilomycin AI). When using 4 charge equivalents of transfectam, bafilomycin was unable to reduce the gene transfer.
Beispiel 8Example 8
Untersuchung des Einflusses von Helferlipiden auf die Effizienz von Transfectam/DNA-KomplexenInvestigation of the influence of helper lipids on the efficiency of transfectam / DNA complexes
a) Verstärkung der Wirkung von Transfectam durch Helferlipidea) Enhancing the effect of transfectam with helper lipids
Es wurden die in Fig. 8 angegebenen Helferlipide in einem molaren Verhältnis von 2 Ladungsäquivalenten Transfectam zu 1 bis 3 Äquivalenten Helferlipid eingesetzt. Dies ergab für DOPE, EPE oder DOG eine 10 bis 20fach höhere Genexpression (s. auch Fig. 3B) . MOG verstärkte die Expression um das ca. 4fache, während EPC und Cholesterin die Transfektionseffizienz auf H225-Zellen nicht verstärken konnte. Eine weitere, bis zu 7fache Verstärkung konnte erzielt werden, wenn der Transfectam/DOPE-Formulierung 1 mol/% DOG beigemischt wurde; dies ist vermutlich auf die Fähigkeit von DOG zurückzuführen, u.a. eine Fusion zu induzieren (Siegel, et al. , 1989) .The helper lipids shown in FIG. 8 were used in a molar ratio of 2 charge equivalents of transfectam to 1 to 3 equivalents of helper lipid. For DOPE, EPE or DOG, this resulted in a gene expression that was 10 to 20 times higher (see also FIG. 3B). MOG increased expression approximately 4-fold, while EPC and cholesterol were unable to increase transfection efficiency on H225 cells. A further, up to 7-fold increase could be achieved if 1 mol /% DOG was added to the transfectam / DOPE formulation; this is presumably due to the ability of DOG to induce fusion, among other things (Siegel, et al., 1989).
Mit Transfektionskomplexen, enthaltend das Helferlipid DOPE (1.5 Mol pro 2 Mol Transfectam; das sind 9 nMol DOPE, entsprechend 6.7 μg) , wurde, wie in Beispiel 3 a) beschrieben, eine Durchflußzytometrie durchgeführt. Es ergab sich eine deutliche Veränderung des FACScan- Profils (Fig. 3A) : die Zellpopulation ist homogener und die Zellassoziierung (sowie auch die Aufnahme in die Zellen bei 37°C, nicht in der Figur dargestellt) ist stärker als ohne Helferlipid. Wenn die Luciferaseaktivität aus einem bei 4°C durchgeführten Experiment, bei dem 2 Ladungsäquivalente Transfectam und 1.5 Äquivalente DOPE, 24 h später gemessen wurde, zeigte sich, daß die DOPE enthaltenden Komplexe 8 bzw. 280 mal besser waren, als 4 bzw. 2 Ladungsäquivalente des kationischen Lipids allein (Fig. 3B) . Wenn der Versuch bei 37°C durchgeführt wurde, waren die Unterschiede in der Luciferaseexpression 2 bzw. 640fach.A flow cytometry was carried out as described in Example 3a) with transfection complexes containing the helper lipid DOPE (1.5 mol per 2 mol transfectam; that is 9 nmol DOPE, corresponding to 6.7 μg). There was a significant change in the FACScan profile (FIG. 3A): the cell population is more homogeneous and the cell association (and also the uptake into the cells at 37 ° C., not shown in the figure) is stronger than without the helper lipid. When the luciferase activity from an experiment carried out at 4 ° C, in which 2 charge equivalents of transfectam and 1.5 equivalents of DOPE were measured 24 hours later, it was found that the complexes containing DOPE were 8 and 280 times better than 4 and 2 charge equivalents, respectively of the cationic lipid alone (Fig. 3B). When the experiment was carried out at 37 ° C, the differences in luciferase expression were 2 and 640 times, respectively.
b) Verstärkung der Wirkung von Transfectam durch Helferlipide und membranaktive Peptideb) enhancement of the effect of transfectam by helper lipids and membrane-active peptides
Nach Herstellung von Transfectam/DNA/DOPE-Komplexen wurden steigende Mengen INF10 beigegeben. Nach einer Reifungszeit von 10 - 20 min wurde serumfreies Kulturmedium auf ein Gesamtvolumen von 2 ml beigegeben; 1 ml der Transfektionsmischung wurde auf jede Vertiefung der Doppelbestimmung aufgebracht. Das Ergebnis dieser Versuche ist in Fig. 9 dargestellt (leere Balken:Transfectam, gepunkteter Balken: Transfectam 6 eq.Transfectam/DOPE 0.36 eq. , gefüllteAfter the production of Transfectam / DNA / DOPE complexes, increasing amounts of INF10 were added. After a maturation time of 10-20 min, serum-free culture medium was added to a total volume of 2 ml; 1 ml of the transfection mixture was applied to each well of the duplicate assay. The result of these tests is shown in FIG. 9 (empty bars: transfectam, dotted bar: Transfectam 6 eq.Transfectam / DOPE 0.36 eq. , filled
Balken: Transfectam 6 eq.Transfectam/DOPEBars: Transfectam 6 eq.Transfectam / DOPE
0.36 eq./x μg INF10) . Die Gegenwart von membranaktivem0.36 eq./x μg INF10). The presence of membrane active
Peptid ergab bei Komplexen mit hoher EffizienzPeptide resulted in complexes with high efficiency
(Transfectam 2 eq./INFlO 3 μg, 5 μg oder(Transfectam 2 eq./INFlO 3 μg, 5 μg or
7,5 μg/1.5 eq. DOPE) keine weitere Steigerung (nicht in7.5 μg / 1.5 eq. DOPE) no further increase (not in
Fig. 9 gezeigt) . Wenn jedoch das Peptid zusammen mit einem Überschuß von Transfectam (6 Ladungsäquivalente) verwendet wurde, konnte gegenüber den mit optimalenFig. 9 shown). However, when the peptide was used together with an excess of transfectam (6 charge equivalents), it could be compared to that with optimal
Mengen Transfectam/DOPE erhaltenen Werten eine signifikante Steigerung der Genexpression erhalten werden; die Werte mitAmounts of Transfectam / DOPE values obtained will give a significant increase in gene expression; the values with
6 eq.Transfectam/0.36 eq. DOPE/10 μg INF10 waren 6x besser als die mit6 eq.Transfectam / 0.36 eq. DOPE / 10 μg INF10 were 6x better than those with
2 eq.Transfectam/1.5 eq. DOPE/7.5 μg INF10.2 eq.Transfectam / 1.5 eq. DOPE / 7.5 μg INF10.
Beispiel 9Example 9
Wirkung eines lipidmodifizierten membranaktiven Peptids auf die TransfektionseffizienzEffect of a lipid-modified membrane-active peptide on transfection efficiency
a) Herstellung von modifiziertem Peptid (DPPE-INF7dimer)a) Production of modified peptide (DPPE-INF7dimer)
Das Peptid der Bezeichung INF7dimer (vgl. Tabelle) , ein Dimeres des von Plank, et al . , 1994 beschriebenen Peptids INF7, wurde an das Lipidderivat DPPE-The peptide with the designation INF7dimer (see table), a dimer of that described by Plank, et al. , 1994 described peptide INF7, was attached to the lipid derivative DPPE-
(Dipalmitoylphosphatidylethanolamyl)Bromacetamid(Dipalmitoylphosphatidylethanolamyl) bromoacetamide
(Hexadecansäure-3- ( (2- (2- (2- (2- (2- (2- Bromacethylamino) ethoxy)ethoxy) ethoxy) - acetylamino)ethoxy)hydroxyphosphoryloxy) -2- hexadecanoyloxypropylester) gekoppelt, indem 0.95 Äquivalente Peptid (80 nmol; ca. 450 μg) zu dem in 1.3ml Diethanolaminpuffer (pH 9.5/Ethanol; 9/1; v/v) verdünnten Lipid zugegeben wurden. Nach 3 h bei Raumtemperatur wurde ein Ellman-Test zur quantitativen Bestimmung der Thiolreste durchgeführt. Anschließend wurde zwecks Zerstörung der restlichen Bromacetamidgruppe ß-Mercaptoethanol zugegeben. Das erhaltene lipidmodifizierte Peptid wurde ohne weitere Reinigung verwendet.(Hexadecanoic acid 3- ((2- (2- (2- (2- (2- (2-bromoacethylamino) ethoxy) ethoxy) - acetylamino) ethoxy) hydroxyphosphoryloxy) -2-hexadecanoyloxypropyl ester) coupled by 0.95 equivalents of peptide (80 nmol; approx. 450 μg) were added to the lipid diluted in 1.3 ml diethanolamine buffer (pH 9.5 / ethanol; 9/1; v / v). After 3 h at room temperature an Ellman test became quantitative Determination of the thiol residues carried out. Then β-mercaptoethanol was added to destroy the remaining bromoacetamide group. The lipid-modified peptide obtained was used without further purification.
b) Transfektion von BNL CL.2-Zellenb) Transfection of BNL CL.2 cells
1.5 eq. Transfectam wurden in 75 μl 0.15 M NaCl verdünnt, intensiv gemischt, worauf die in Fig. 10 angegebenen Mengen an DPPE-INF7dimer (die in der Fig. angegebenen Werte sind Mol%, bezogen auf die Gesamtmenge an Transfectam) zugegeben wurden. Anschließend wurde gut gemischt, nach 10 min wurden 3 μg DNA in 75 μl NaCl beigegeben, abermals gemischt und nach weiteren 10 min mit Medium auf ein Gesamttransfektionsvolumen von 2 ml aufgefüllt. Von der erhaltenen Transfektionszusammensetzung wurden 1 ml pro Well auf die Zellen aufgegeben. Die in Fig. 10 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß die höchste Steigerung bei einem Gehalt von 7.5 Mol% DPPE-INF7dimer erhalten wurde. 1.5 eq. Transfectam were diluted in 75 μl 0.15 M NaCl, mixed intensively, whereupon the amounts of DPPE-INF7dimer indicated in FIG. 10 (the values given in the figure are mol%, based on the total amount of transfectam) were added. The mixture was then mixed well, after 10 min 3 μg DNA in 75 μl NaCl were added, mixed again and after a further 10 min filled with medium to a total transfection volume of 2 ml. 1 ml per well of the transfection composition obtained was applied to the cells. The results shown in Fig. 10 show that the highest increase was obtained at a content of 7.5 mol% DPPE-INF7dimer.
Tabelletable
Sequenzen und Ursprung der membranaktiven PeptideSequences and origin of membrane-active peptides
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1189, 195-203. 1189, 195-203.

Claims

Patentansprüche claims
1. Zusammensetzung für die Transfektion von höheren eukaryotischen Zellen, wobei die Zusammensetzung einen Komplex, enthaltend eine in der Zelle zu exprimierende Nukleinsäure sowie, in einer für die Transfektion suboptimalen Konzentration, ein oder mehrere kationische Lipide, sowie gegebenenfalls Helferlipid(e) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ein oder mehrere membranaktive saure Peptide enthält, wobei das Verhältnis der Gesamtzahl der positiven zur Gesamtzahl der negativen Ladungen in der Zusammensetzung ca. 0 bis ca. 3 beträgt.1. Composition for the transfection of higher eukaryotic cells, the composition containing a complex containing a nucleic acid to be expressed in the cell and, in a suboptimal concentration for the transfection, one or more cationic lipids and optionally helper lipid (s) characterized in that the composition contains one or more membrane-active acid peptides, the ratio of the total number of positive to the total number of negative charges in the composition being about 0 to about 3.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der positiven zu den negativen Ladungen der Zusammensetzung ca. 0 bis ca. 2 beträgt.2. Composition according to claim 1, characterized in that the ratio of the positive to the negative charges of the composition is about 0 to about 2.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die suboptimale Konzentration von kationischem Lipid, gegebenfalls in Mischung mit Helferlipid, einer Konzentration entspricht, bei der die Transfektionseffizienz um einen Faktor von mindestens ca. 2 geringer ist als bei optimaler Konzentration.3. Composition according to claim 1, characterized in that the suboptimal concentration of cationic lipid, optionally in a mixture with helper lipid, corresponds to a concentration at which the transfection efficiency is a factor of at least about 2 less than at an optimal concentration.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung INF6 mit der Sequenz GLF GAI AGFI ENGW EGMI DGWYG enthält. 4. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a peptide called INF6 with the sequence GLF GAI AGFI ENGW EGMI DGWYG.
5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung INF10 mit der Sequenz GLF ELA EGLA ELGW EGLA EGWYGC enthält.5. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a peptide of the designation INF10 with the sequence GLF ELA EGLA ELGW EGLA EGWYGC.
6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung INF5 mit der Sequenz [GLF EAI EGFI ENGW EGnIDG]2 K enthält.6. A composition according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a peptide labeled with the sequence INF5 [GLF EAI EGFI ENGW EGnIDG] 2 K.
7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Peptid der Bezeichnung EGLA-I mit der Sequenz GLFL GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC enthält.7. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains peptide of the name EGLA-I with the sequence GLFL GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC.
8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung INFA mit der Sequenz GLF EAI EAFI ENAW EAMI DAWYG enthält.8. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a peptide of the name INFA with the sequence GLF EAI EAFI ENAW EAMI DAWYG.
9. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung INF8 mit der Sequenz [GLF EAI EGFI ENGF EGMI DGGG]2 K enthält.9. A composition according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a peptide labeled with the sequence INF8 [GLF EAI EGFI ENGF EGMI DGGG] 2 K.
10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Beze: nung INF9 mit der Sequenz GLF ELA EGLA ELGA EGLA JWYGC etnhält.10. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a peptide with the reference INF9 with the sequence GLF ELA EGLA ELGA EGLA JWYGC.
11. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung EGLA-II mit der Sequenz WEA GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC enthält. 11. The composition according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a peptide of the name EGLA-II with the sequence WEA GLA EGLA EGLA EGLA EGLA EGL EGLA GGSC.
12. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung EGLA-III mit der Sequenz GLF EGA EGLA EGA EGLA EGLA EGWY GAC enthält.12. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a peptide of the name EGLA-III with the sequence GLF EGA EGLA EGA EGLA EGLA EGWY GAC.
13. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung EGLA-IV mit der Sequenz GLF EGA EGLA EGW EGLA EGLA EGWY GAC enthält.13. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a peptide of the name EGLA-IV with the sequence GLF EGA EGLA EGW EGLA EGLA EGWY GAC.
14. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Peptid der Bezeichnung INF7dimer mit der Sequenz [GLF EAI EGFI ENGW EGMI DGWYG]2 KC enthält.14. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a peptide called INF7dimer with the sequence [GLF EAI EGFI ENGW EGMI DGWYG] 2 KC.
15. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das membranaktive Peptid mit einem Lipid modifiziert ist .15. Composition according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane-active peptide is modified with a lipid.
16. Zusammensetzung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Peptid mit Dipalmitoylphosphatidylethanolamyl (DPPE) modifiziert ist.16. The composition according to claim 15, characterized in that the peptide is modified with dipalmitoylphosphatidylethanolamyl (DPPE).
17. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Lipid ein Lipopolyamin ist.17. Composition according to one of the preceding claims, characterized in that the cationic lipid is a lipopolyamine.
18. Zusammensetzung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Lipopolyamin Dioctadecylamidoglyclyspermin (DOGS) ist.18. The composition according to claim 17, characterized in that the lipopolyamine is dioctadecylamidoglyclyspermin (DOGS).
19. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein oder mehrere Helferlipide, ausgewählt aus der Gruppe Phosphatidylethanolamine,19. Composition according to one of the preceding claims, characterized in that it contains one or more helper lipids selected from the group Group phosphatidylethanolamines,
Phosphatidylglycerine und Diacylglycerine, enthält.Contains phosphatidylglycerols and diacylglycerols.
20. Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Helferlipid Dioleylphosphatidylethanolamin (DOPE) enthält.20. The composition according to claim 19, characterized in that it contains dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE) as helper lipid.
21. Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Helferlipid Oleoyl- palmitoylphosphatidylethanolamin (POPE) enthält21. The composition according to claim 19, characterized in that it contains oleoyl-palmitoylphosphatidylethanolamine (POPE) as helper lipid
22. Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Helferlipid 1-Mono- oleoyl-rac-glycerin (MOG) enthält22. The composition according to claim 19, characterized in that it contains 1-mono-oleoyl-rac-glycerol (MOG) as helper lipid
23. Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Helferlipid 1.2-di- Oleoyl-rac-glycerin (DOG) enthält.23. The composition according to claim 19, characterized in that it contains 1,2-di-oleoyl-rac-glycerol (DOG) as helper lipid.
24. Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Helferlipid Eiphosphatidylcholin (EPC) enthält.24. The composition according to claim 19, characterized in that it contains egg phosphatidylcholine (EPC) as helper lipid.
25. Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Helferlipid Eiphosphatidylethanolamin (EPE) enthält.25. The composition according to claim 19, characterized in that it contains egg phosphatidylethanolamine (EPE) as helper lipid.
26. Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Helferlipid Cholesterin enthält.26. The composition according to claim 19, characterized in that it contains cholesterol as helper lipid.
27. Pharmazeutische Zubereitung, enthaltend als wirksame Komponente eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 25. 27. A pharmaceutical preparation containing as active component a composition according to any one of claims 1 to 25.
28. Verfahren zur Transfektion höherer eukaryotischer Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zellen mit einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 in Berührung bringt.28. A method for transfecting higher eukaryotic cells, characterized in that the cells are brought into contact with a composition according to one of claims 1 to 26.
29. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 28 auf Säugetierzellen in vi tro oder ex vivo . 29. Application of the method according to claim 28 to mammalian cells in vitro or ex vivo.
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