EP1161531A1 - Tumorassoziiertes antigen - Google Patents
Tumorassoziiertes antigenInfo
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- EP1161531A1 EP1161531A1 EP00910730A EP00910730A EP1161531A1 EP 1161531 A1 EP1161531 A1 EP 1161531A1 EP 00910730 A EP00910730 A EP 00910730A EP 00910730 A EP00910730 A EP 00910730A EP 1161531 A1 EP1161531 A1 EP 1161531A1
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Definitions
- the invention relates to the immunotherapy of tumor diseases.
- the immune system's task is to protect the organism from a variety of different microorganisms or to actively combat them.
- the importance of an intact immune system is particularly evident in inherited or acquired immunodeficiencies.
- the use of prophylactic vaccine programs has proven to be an extremely effective and successful immunological intervention in the fight against viral or bacterial infectious diseases.
- the immune system is also significantly involved in the elimination of tumor cells.
- TAAs tumor-associated antigens
- Stimulation of an immunological response leads to act as an immunogenic tumor antigen.
- those tumor antigens that not only cause an immunological reaction, but also cause rejection of the tumor.
- the identification of defined antigens that can cause such an immunological reaction is an important step in the development of a molecularly defined tumor vaccine.
- CD8-expressing cytotoxic T-lymphocytes (CTLs) play a major role (Coulie, 1997).
- CTLs cytotoxic T-lymphocytes
- a spontaneous remission rate showed a correlation between clinical course and the increased occurrence of CD8 + and CD4 + T cells (Schendel et al., 1993; Mackensen et al., 1993; Halliday et al., 1995; Kawakami et al., 1995; Kawakami et al., 1996; Wang, 1997; Celluzzi and Falo, 1998).
- Specific CTL clones were obtained either from tumor infiltrating lymphocytes (TIL) or peripheral mononuclear blood cells (PBMC) after cocultivation with mostly autologous tumor cells and cytokine stimulation in vitro.
- TIL tumor infiltrating lymphocytes
- PBMC peripheral mononuclear blood cells
- TAA tumor associated antigens
- CD8-positive CTLs are recognized, a stated main goal on the way to the development of a tumor vaccine (Pardoll, 1998; Robbins and Kawakami, 1996). It is still unclear whether other cell types of the immune system such as CD4 + T helper cells also play an important role; some studies with MAGE-3 / HLA-A1 peptides in melanoma patients suggest this (Marchand et al., 1995; Boon et al., 1998). A number of TAAs recognized by CTLs have been identified in recent years (Boon et al., 1994; van den Eynde and van der Bruggen, 1997).
- MHC-I Major histocompatibility complex
- HLA human leukocyte antigen
- MHC-I molecules occur on most cells with a nucleus and present peptides (usually 8-10 mers) which are formed by proteolytic degradation of endogenous proteins (so-called antigen processing, "antigen processing").
- Peptide MHC-I complexes are recognized by CD8-positive CTLs. MHC-II molecules only come on so-called
- MHC-II complexes are recognized by CD4 helper T cells.
- T-cell receptor and peptide HC complex
- various effector mechanisms can be triggered which lead to apoptosis of the target cell in the case of CTLs, either when the MHC (eg in the case of transplant rejection) or the peptide (eg in the case of intracellular pathogens) ) is recognized as foreign, however not all peptides presented meet the structural and functional requirements for effective interaction with T cells (as described by Rammenee et al., 1995 and below).
- the antigen can either be used as a recombinant protein with suitable adjuvants or carrier systems, or as a cDNA coding for the antigen in plasmid (DNA vaccine; Tighe et al., 1998) , or viral vectors (Restifo, 1997) are applied.
- DNA vaccine Tighe et al., 1998)
- viral vectors Restifo, 1997) are applied.
- Another possibility is the use of recombinant bacteria (eg Listeria, Salmonella), which recombinantly express the human antigen and which have an adjuvative effect due to their additional components (Paterson, 1996; Pardoll, 1998). In all of these cases, processing and presentation of the antigen by so-called "professional antigen-presenting cells" (APC) is necessary.
- APC professional antigen-presenting cells
- Antigens or their epitopes include molecules that can originate from all protein classes (eg transcription factors, receptors, enzymes; for an overview see Rammenee et al., 1995; Robbins and Kawakami, 1996). These proteins do not necessarily have to be located on the cell surface, as is the case with detection by antibodies is required. In order to act as a tumor-specific antigen for detection by CTLs or to be used for therapy, the proteins must meet certain conditions: firstly, the antigen should only be expressed by tumor cells or only in a lower concentration than so-called "critical" normal tissues occur in tumors. Critical normal tissues are essential tissues; an immune reaction against them would have serious, sometimes fatal consequences. Second, the antigen is said to be present not only in the primary tumor, but also in the metastases. Furthermore, in view of a wide clinical use of the antigen, it is desirable if it is present in high concentration in several types of tumor. Another
- TAA TAA
- Peptides derived from TAA are said to lead to an in vitro / in vivo T cell response ("immunogenic" peptide).
- immunogenic peptide Another selection criterion for a clinically widely applicable immunogenic peptide is the frequency with which the antigen is found in a given patient population.
- TAAs tumor-associated antigens
- the methods for identifying and characterizing TAAs are based on the one hand on the use of CTLs (cellular immune response) or antibodies (humoral immune response) that have already been induced in patients, or are based on the creation of differential transcription profiles between tumors and normal tissues.
- CTLs cellular immune response
- antibodies humoral immune response
- patient CTLs are used for screening eukaryotic tumor cDNA expression libraries which present the CTL epitopes via MHC-I molecules (Boon et al., 1994), while using high-affinity patient antisera prokaryotic cDNA expression libraries can be examined directly for the presence of TAAs via an immunoblot analysis of the individual plaques (Sahin et al., 1995).
- a combination of CTL reactivity and protein chemical methods represents the isolation of peptides isolated from MHC-I from tumor cells which have been preselected for reactivity with patient CTLs.
- the peptides are washed out of the MHC-I complex and identified using mass spectrometry (Falk et al., 1991; Woelfel et al., 1994; Cox et al., 1994).
- the approaches that use CTLs to characterize antigens are associated with considerable effort or not always successful due to the required cultivation and activation of CTLs.
- TAAs which are based on the comparison of the transcription profile of normal with tumor tissue
- these include differential hybridization, the creation of subtraction cDNA banks ("representational difference analysis”; Hubank and Schatz, 1994; Diatchenko et al., 1996) and the use of DNA chip technology or the SAGE method (Velculescu et al., 1995).
- the use of molecular biological methods must show that the potential antigen candidates found with them are tumor-specific (tumor-associated) and actually have T-cell epitopes that can trigger a cytotoxic T-cell response .
- tumor-specific tumor-associated
- the object of the present invention was to provide a new tumor-associated antigen (TAA).
- Renal cell carcinoma and normal kidney tissue a cDNA subtraction library was prepared and this was hybridized with a testis-specific cDNA library in order to select antigens of the tumor / testis type.
- the cDNA clones obtained were sequenced and compared with sequences available in databases. Among the genes identified, 29 were unknown, for which ESTs (“expressed sequence tags”) entries existed in the database. Of these genes, 16 were examined in more detail, whose ESTs do not originate from critical normal tissue. RT-PCR was used to determine "Five of the sixteen clones examined showed a clear overexpression in renal cell carcinoma compared to normal kidney tissue.
- the human 9D7 cDNA was completely cloned, the sequence obtained is shown in SEQ ID NO: 1.
- the sequence of 9D7 shows, at the nucleotide and protein levels, a high homology to SM20, an "immediate early gene" induced by growth factors in rat smooth muscle cells, which has been described as a specific marker for smooth aortic muscle cells (Wax et al. 1994, 1996)
- Sequence analysis of the human 9D7 cDNA in comparison with SM20 showed that the first 323 bp clearly shows a have lower identity than the rest of the cDNA (40% compared to 96% at the deduced amino acid sequence level).
- the human cDNA has the first ATG at the transition between higher and lower identity with SM20 at position 324, it can be assumed that this is the start codon of the human 9D7 gene. Since the sequence upstream from position 324 also has a continuous reading frame which, although less, shows significant identity with SM20 (40% at the level of the derived amino acid sequence), it cannot be ruled out that a start codon is present further upstream.
- the information about the further upstream sequence can be obtained by molecular biological
- RNA preferably mRNA
- 9D7 is transcribed (eg RCC tissue or cell lines derived from RCC such as 786 -0, see Example 9) reverse transcribed and then ligated with an adapter of known sequence PCR with an adapter primer (binds specifically to the adapter at the 5 'end of the cDNA) and a 9D7-specific primer (eg SEQ ID NO: 21 , 19, 17, 16, 14, 12, 11, 4) allows the corresponding 9D7 fragments to be amplified.
- an adapter of known sequence PCR eg RCC tissue or cell lines derived from RCC such as 786 -0, see Example 9D7-specific primer
- SEQ ID NO: 21 eg SEQ ID NO: 21 , 19, 17, 16, 14, 12, 11, 4
- 5 'end is the screening of cDNA libraries
- genomic libraries can be examined, for example, by cloning, as with the screening of cDNA libraries, by hybridization with DNA probes specific for 9D7 which isolate the upstream of the obtained 5 'end of the cDNA sequence information, for example contain the promoter region of 9D7.
- the isolated cDNA codes for the tumor-associated antigen (TAA) of the designation 9D7 with the amino acid sequence given in SEQ ID NO: 2. This sequence is defined by the start codon at position 324 of the isolated 9D7 cDNA.
- TAA tumor-associated antigen
- the present invention relates to the tumor-associated antigen of the designation 9D7 with the amino acid sequence given in SEQ ID NO: 2.
- the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 can have deviations, for example those which are caused by conservative exchange of amino acids, provided the 9D7 derivative has the immunogenic properties desired for use in a tumor vaccine.
- the invention relates to a polypeptide which contains the 9D7 sequence as a partial sequence. Compared to the 9D7 sequence given in SEQ ID NO: 2, this polypeptide has an extension at the N-terminal end; its sequence is defined by a start codon of the 9D7 cDNA, which may be located upstream from position 324 in the 5 'direction.
- the amino acid sequence (or correspondingly the sequence of the 9D7 cDNA) can optionally be modified by exchanging individual amino acids in a 9D7 CTL epitope in order to increase the affinity of 9D7 peptides compared to the natural 9D7 CTL epitope MHC-I molecules and thus an increased immunogenicity and ultimately an increased reactivity to tumors. Modifications in
- the region of the 9D7 epitopes can be carried out on the total 9D7 protein (this is processed by the APCs to form the corresponding peptides) or on larger 9D7 protein fragments or on 9D7 peptides (see below).
- the present invention relates to immunogenic fragments and peptides derived from 9D7.
- the latter are referred to below as “9D7 peptides”.
- a first group are 9D7 peptides that trigger a humoral immune response (induction of antibodies).
- Such peptides are selected sections of 9D7 (at least 12 to 15 amino acids), which are used by means of so-called prediction algorithms such as e.g. the "surface probability blot" (Emini et al., 1985), the
- 9D7 peptides which are preferred in the context of the present invention are those which are presented by MHC molecules and bring about a cellular immune response.
- MHC molecules There are two classes of MHC molecules, namely MHC-I molecules that are recognized by CD8-positive CTLs and MHC-II molecules that are recognized by CD4-positive T helper cells.
- a peptide In order for a peptide to trigger a cellular immune response, it must bind to an MHC molecule, which must have the to molecule in its repertoire.
- the determination of the patient's MHC subtype thus represents one of the essential prerequisites for the effective application of a peptide to this patient with regard to triggering a cellular immune response.
- the sequence of a peptide to be used therapeutically is predetermined by the respective MHC molecule with regard to anchor amino acids and length. Defined anchor positions and lengths ensure that a peptide fits into the peptide binding groove of the patient's respective MHC molecule. As a result, the immune system is stimulated and a cellular immune response is generated, which, in the case of Use of a peptide derived from a tumor antigen against the patient's tumor cells.
- Immunogenic 9D7 peptides can be identified by known methods, one of the bases for this is the relationship between MHC binding and CTL induction.
- 9D7 peptides which represent CTL epitopes can be identified and synthesized on the basis of the 9D7 protein sequence.
- Various methods are suitable for this, which have been used to identify CTL epitopes of known protein antigens; e.g. the method described by Stauss et al., 1992, for the identification of T cell epitopes in human papillomavirus.
- the peptide candidates can also be examined for non-anchor residues which have a negative or positive effect on the binding or which make this possible (Ruppert et al., 1993). With this approach, however, it should be considered that the peptide binding motif is not the only decisive factor in the search for natural ligands; other aspects, such as enzyme specificity during antigen processing, also contribute to the identity of the ligand, in addition to the specificity of the MHC binding.
- the peptides can also be selected for their ability to bind to MHC-II molecules.
- the MHC-II binding motif which extends over nine amino acids, has a higher degree of degeneration in the anchor positions than the MHC-I binding motif.
- Methods have recently been developed, based on the X-ray structure analysis of MHC-II molecules, which allow the precise analysis of the MHC-II binding motifs, and on the basis thereof, variations of the peptide sequence (Rammenee et al., 1995, and the original literature cited therein ).
- Peptides that bind to MHC-II molecules are typically presented to CD4-T cells by dendritic cells, macrophages or B cells.
- the CD4-T cells then in turn then directly activate CTLs by, for example, cytokine release and enhance the efficiency of the antigen presentation by APC (dendritic cells, macrophages and B cells).
- MHC molecule and its ability to stimulate T cell receptors is not only not impaired, but is preferably enhanced.
- artificial peptides or peptide equivalents are used, which correspond to the requirements of
- Binding ability to an MHC molecule are designed.
- heteroclitic peptides Peptides modified in this way are referred to as “heteroclitic peptides”. They can be obtained by the following methods:
- the length of the peptide in the case of its adaptation to MHC-I molecules preferably corresponds to a minimum sequence of 8 to 10 amino acids with the required anchor amino acids.
- the peptide can also be extended at the C- and / or the N-terminus, provided that this extension does not impair the ability to bind to the MHC molecule or the extended peptide can be processed cellularly for the minimal sequence.
- TILs tumor-infiltrating lymphocytes, on CTL induction and on enhanced MHC binding and Immunogenicity was tested as described by Parkhurst et al., 1996 and Becker et al., 1997.
- 9D7 peptides consist of screening peptide libraries with CTLs that recognize the naturally occurring 9D7 peptides on tumors, as described by Blake et al., 1996; in this context, the use of combinatorial peptide libraries is proposed to design molecules that mimic tumor epitopes recognized by MHC-I restricted CTLs.
- the 9D7 polypeptides of the present invention or immunogenic fragments or peptides derived therefrom can be produced recombinantly or by means of peptide synthesis, as described in WO 96/10413, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
- the corresponding DNA molecule is inserted into an expression vector according to standard methods, into a suitable one
- Host cell transfected the host cultivated under suitable expression conditions and the protein purified.
- Conventional methods can be used for the chemical synthesis of 9D7 peptides, e.g. commercially available automatic peptide synthesizers.
- the TAA of the designation 9D7 according to the present invention and the protein fragments, peptides or peptide equivalents or peptidomimetics derived therefrom can be used in cancer therapy, e.g. B. to induce an immune response against tumor cells that express the corresponding antigen determinants. They are preferably used for the therapy of tumors with strong 9D7 expression, in particular for renal cell, lung, colon and breast cancer and for Hodgkin lymphoma.
- the immune response in the form of induction of CTLs can be brought about in vivo or ex vivo.
- a pharmaceutical composition containing as active component the TAA 9D7 or fragments or peptide (s) derived therefrom is administered to a patient who suffers from a tumor disease associated with the TAA, the amount of TAA (peptide) must be sufficient to achieve an effective CTL response to the antigen-bearing tumor.
- the invention thus relates to a pharmaceutical composition for parenteral, topical, oral or local administration.
- the composition is preferably used for parenteral administration, for example for subcutaneous, intradermal or intramuscular use.
- the 9D7-TAAs / Pe ⁇ tide are in a pharmaceutically acceptable, preferred aqueous, carrier dissolved or suspended.
- the composition can also contain customary auxiliaries, such as buffers, etc.
- the TAAs / peptides can be used alone or in combination with adjuvants, for example incomplete Freund's adjuvant, saponins, aluminum salts or, in a preferred embodiment, polycations such as polyarginine or polylysine.
- the peptides can also be bound to components which support CTL induction or activation, for example to T helper peptides, lipids or liposomes, or they are used together with these substances and / or together with immunostimulating substances, for example cytokines (IL -2, IFN- ⁇ ) administered.
- immunostimulating substances for example cytokines (IL -2, IFN- ⁇ ) administered.
- compositions are described in WO 95/04542 and WO 97/30721, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
- 9D7 (fragments) or 9D7 peptides can also be used to trigger a CTL response ex vivo.
- An ex vivo CTL response to a tumor expressing 9D7 is induced by incubating the CTL progenitor cells together with APCs and 9D7 peptides or 9D7 protein.
- the activated CTLs are then allowed to expand, after which they are re-administered to the patient.
- APCs can be loaded with 9D7 peptides, which can lead to an efficient activation of cellular immune responses against 9D7 positive tumors (Mayordomo et al., 1995; Zitvogel et al., 1996).
- a suitable method for loading peptides onto cells for example dendritic cells, is disclosed in WO 97/19169.
- a combination of several different 9D7 peptides or 9D7 peptide equivalents is used.
- 9D7 peptides are combined with peptides derived from other TAAs. The selection of
- Peptides for such combinations are taken with a view to the detection of different MHC types in order to cover the widest possible patient population, and / or they are tailored to the widest possible range of indications by combining peptides from several different tumor antigens.
- the number of peptides in a pharmaceutical composition can vary over a wide range, typically a clinically applicable vaccine contains 1 to 15, preferably 3 to 10 different peptides.
- the peptides according to the invention can also be used as diagnostic reagents.
- the peptides can be used to test a patient's response to the humoral or cellular immune response elicited by the immunogenic peptide. This makes it possible to improve a treatment protocol.
- the dosage form (peptide, total protein or DNA vaccine) of the TAA the increase in precursor T cells in the PBLs that are reactive to the defined peptide epitope can be investigated (Robbins and Kawakami, 1996 and references cited therein) .
- the peptides or the total protein or antibodies directed against the TAA can be used to predict a patient's risk of developing a 9D7-associated tumor or to characterize the course of the disease of a 9D7-positive tumor (for example by immunohistochemical analyzes of the primary tumor and metastases).
- Such a strategy has proven successful several times, for example the detection of the estrogen receptor as a basis for decision-making on endocrine therapy for breast cancer; c-erbB-2 as a relevant marker in the prognosis and course of therapy for breast cancer (Raviaioli et al., 1998; Revillion et al., 1998); PSMA ("prostate specific membrane antigen") as a marker for
- the present invention relates to isolated DNA molecules coding for a
- the present invention preferably relates to an isolated DNA molecule which contains a polynucleotide with the sequence shown in SEQ ID NO: 1 or which contains a polynucleotide which hybridizes with a polynucleotide of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions.
- the DNA molecule according to the invention or fragments thereof code for an immunogenic (poly) peptide of the designation 9D7 with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or for protein fragments or peptides derived therefrom; this also includes DNA molecules which, due to the degeneration of the genetic code, deviate from the sequence shown in SEQ ID NO: 1.
- the invention also relates to DNA molecules which, due to the conservative exchange of amino acids, have deviations from the sequence shown in SEQ ID NO: 1, provided they are for a 9D7 derivative or fragments or peptides with the immunogenic properties desired for use as a tumor vaccine encode.
- the DNA molecules according to the invention can be extended at the 5 'end to a start codon which may be located upstream from position 324.
- DNA molecules coding for the natural 9D7 are used.
- Fragments thereof can be used in modified derivatives. These include sequences with modifications that code for a protein (fragment) or peptides with greater immunogenicity, the same considerations for the modifications at the DNA level as for the peptides described above. Another type of modification is the stringing together of numerous sequences, coding for immunologically relevant peptides, in the manner of a string of pearls ("string-of-beads"; Toes et al., 1997).
- the sequences can also be modified by adding auxiliary elements, e.g. Functions that ensure more efficient delivery and processing of the immunogen (Wu et al., 1995). For example, by adding a localization sequence into the endoplasmic reticulum ("ER targetting sequence”), the processing and thus the presentation and ultimately the immunogenicity of the antigen can be increased.
- the present invention relates to a recombinant DNA molecule which contains 9D7 DNA.
- DNA molecules of the present invention can be administered, preferably in recombinant form as plasmids, directly or as part of a recombinant virus, or bacterium.
- DNA vaccine gene therapeutic method for the immunotherapy of cancer based on DNA
- 9D7-DNA can be used, both in vivo and ex vivo.
- Examples of in vivo administration are the direct injection of "naked" DNA, either intramuscularly or by means of a gene gun, which has been shown to lead to the formation of CTLs against tumor antigens.
- Examples of recombinant organisms are vaccinia virus, adenovirus or Listeria monocytogenes (an overview was given by Coulie, 1997).
- synthetic carriers for nucleic acids such as cationic lipids, microspheres, microspheres or liposomes, can be used for the in vivo administration of nucleic acid molecules coding for 9D7 peptide. Similar to peptides, various adjuvants that enhance the immune response can be co-administered, e.g. Cytokines, either in the form of proteins or plasmids encoding them.
- the application can optionally be carried out using physical methods, e.g. Electroporation.
- ex vivo administration is the transfection of dendritic cells, as described by Tuting, 1997, or other APCs that are used as cellular cancer vaccines.
- the present invention thus relates to the use of cells which express 9D7, either on its own or, in optionally modified form, after transfection with the corresponding coding sequence for which
- the invention relates to antibodies against 9D7 or fragments thereof.
- Polyclonal antibodies can be obtained in a conventional manner by immunizing animals, in particular rabbits, by injecting the antigen or fragments thereof, and then purifying the immunoglobulin.
- Anti-9D7 monoclonal antibodies can be used.
- Standard protocols are obtained according to the principle described by Köhler and Milstein, 1975, by immunizing animals, especially mice, then immortalizing antibody-producing cells of the immunized animals, e.g. through fusion with
- Hybrido e Myeloma cells, and the supernatant of the resulting Hybrido e is screened for monoclonal anti-9D7 antibodies by means of standard immunological assays.
- these animal antibodies can optionally be chimerized in a conventional manner (Neuberger et al., 1984, Boulianne et al., 1984) or humanized (Riechmann et al., 1988, Graziano et al., 1995) .
- Human monoclonal anti-9D7 antibodies fragments can also be obtained from so-called "phage display libraries” (Winter et al., 1994, Griffiths et al., 1994, Kruif et al., 1995, Mc Guiness et al., 1996) and by means of transgenic animals (Brüggemann et al., 1996, Jakobovits et al., 1995).
- the anti-9D7 antibodies according to the invention can be used in immunohistochemical analyzes for diagnostic purposes.
- the invention relates to the use of 9D7-specific antibodies in order to selectively bring any substances into or into a tumor which expresses 9D7.
- substances are cytotoxic agents or radioactive nuclides, the effect of which is to damage the tumor on site. Due to the tumor-specific expression of 9D7, no or only minor side effects are to be expected.
- 9D7 antibodies can be used to visualize tumors that express 9D7. This is useful for the diagnosis and evaluation of the course of therapy. Therapeutic and diagnostic uses of antibodies which are suitable for anti-9D7 antibodies are described in WO 95/33771 for.
- 9D7 DNA
- 9D7 DNA
- such an assay can consist of introducing the 9D7 protein, or an active fragment thereof, into cells which react to the activity of 9D7 with proliferation, or the corresponding 9D7 DNA into the cell for expression bring, and to determine the proliferation of the cells in the presence and in the absence of a test substance.
- Substances with an anti-proliferative effect can be used for the treatment of tumors with strong 9D7 expression, particularly in kidney cell,
- Fig. 1 Transcription of 9D7 in normal tissues and RCC: semiquantitative RT-PCR of RNA from kidneys, heart, leukocytes, liver, lungs, testis and four renal cell carcinomas
- Figure 3 In situ hybridization of 9D7 RNA with renal cell carcinoma and normal kidney tissue sections
- Fig. 4 Detection of 9D7 expression in renal cell carcinoma
- RRC clear cell type
- RNA serial 20 ⁇ m sections were made at -20 ° in a cryomicrotome (Jung CM1800, Leica) and dissolved directly in 4 M guanidinium thiocyanate / 1% ß-mercaptoethanol. This sample was subjected to ultracentrifugation over a CsCl gradient (Sambrook, 1989).
- RNA from renal cell carcinoma RCC6 was digested with .sal.
- tester cDNA Equal parts of "tester cDNA” were ligated either with the adapters A or B and then hybridized separately with an excess of "driver cDNA” at 65 ° C. The two approaches were then combined and subjected to a second hybridization with freshly denatured "driver cDNA”. The enriched "tester” -specific cDNAs were then amplified exponentially by PCR with primers specific for adapters A and B, respectively. An aliquot of this was used for further enrichment
- Reaction subjected to a second PCR with specific inwardly displaced (“nested”) primers product resulting from this reaction was ligated into the pCRII vector (Invitrogen) and then into competent E. coli (OneShot TM, Invitrogen) transfected. 1920 positive transformants (blue-white selection) were cultivated in 96-well blocks in LB-Amp medium for 24-48 h at 37C. 200 ⁇ l aliquots of the E. coli suspensions were heated to 100 ° C. for 10 minutes. After briefly centrifuging off the bacterial residues, 140 ⁇ l clear supernatant ( ⁇ 1 ⁇ g plasmid DNA) was taken up in 60 ⁇ l 20xSSC and equilibrated
- Nylon membranes (Hybond-N, Amersham) are immobilized according to the standard methods for producing DNA dot blots (Sambrook, 1989). The remaining bacterial cultures were stored as gycerin stock cultures at -80 ° C.
- a cDNA subtraction library of 1920 single clones was obtained, which can be used both as E. coli glycerol stock cultures as well as immobilized plasmids on DNA dot blots were available.
- Plasmid DNA from 62 clones which had been selected on the basis of the results obtained in Example 2 was isolated in accordance with the manufacturer's instructions (QIAgen) and sequenced on an ABI-Prism device by the Sanger method. The sequences determined in this way were annotated using the BioWorkBench software (GeneData, Basel) and subjected to database comparisons (Genbank). This allowed 33 known and 29 unknown genes to be identified. Only EST entries existed for the latter. Known genes were not further treated. The expression profile was estimated for the 29 unknown genes: the starting tissue for the corresponding cDNA library was checked for all ESTs with> 95% identity (BLAST) for the experimentally determined sequence in databases.
- BLAST 95% identity
- RNA from tumor or normal tissues were reverse transcribed using SuperscriptII (Gibco) or AMV-RT (Promega) according to the manufacturer's recommendations.
- SuperscriptII Gibco
- AMV-RT Promega
- plasmid cDNA libraries from human heart, leukocytes, kidney, liver, lung and testis were used.
- the quality and amount of the cDNAs were determined by PCR with ⁇ -actin-specific primers (SEQ ID NO: 29 and 30) after 20, 25 and 30 cycles (40 "94 ° C, 45" 55 ° C, 1'30 “72 ° C , from cycle 11 with 30 "55 ° and an extension of 3" 55 ° with every further cycle).
- 9D7-CDNA was amplified by 30 cycles of the same program with the 9D7-specific primers according to SEQ ID NO: 3 and 4.
- the other 15 candidate clones were tested analogously, each with specific primers, and the PCR products were detected by agarose gel electrophoresis and ethidium bromide staining
- the clones examined were able to show a clear overexpression in renal cell carcinoma RCC6 in comparison to the autologous normal kidney tissue N6 by means of RT-PCR.
- As an additional positive control the occurrence in Testis cDNA was examined for all clones.
- the primers according to SEQ ID NO: 3 and 4 and SEQ ID NO: 31 served as primers or labeled TaqMan probes for cDNA quantification (at the 5 'end with 6-carboxy-flourescein and at the 3' end with 6 -carboxy-tetramethyl-rhodamine) or for GAPDH the primers according to SEQ ID NO: 25 and 26 and the probe according to SEQ ID NO: 32 (at the 5 'end with tetrachloro-6-carboxy-flourescein and at 3' - Marked end with 6-carboxy-tetramethyl-rhodamine).
- Example 5 shows that in pools of renal cell carcinoma and lung carcinoma (SCC) 9D7 is transcribed approximately 1.5 to 6.5 times more strongly than GAPDH. In other tumor types, the transcription rate fluctuates between 0.25-0.6 times the value of GAPDH.
- Fig. 1 shows a comparison between four normal kidneys (Nl, 2, 4, 5) and four renal cell carcinomas (RCC1, 2, 3, 6); In addition, cDNA from cardiac muscle (he),
- Example 6 shows that 9D7 is strongly transcribed in a high percentage of tumors of various indications, whereas no or only weak transcription was found in all examined normal tissues.
- RNA probes were synthesized by in vitro transcription with T3 or T7 RNA polymerase (sense: Sac I, T3; antisense: BamH I, T7) with the addition of digoxigenin UTP in accordance with Manufacturer recommendations (DIG RNA labeling kit, Boehringer Mannheim). After cleaning the transcripts (Sephadex G50 quick spin columns, Boehringer Mannheim), the labeling efficiency was determined using dot blot. The in situ hybridization was made after
- RNA probe (“antisense"): the tumor tissue shows strong and homogeneous staining, while the normal tissue does not react; the specificity of the staining is shown by the negative control (“sense").
- Example 7 shows that 9D7 in tumor cells from
- Clone 9D7 has a 221 bp insert of an unknown human gene between the adapters introduced by the RDA.
- Database comparisons showed a homology of 9D7 to rat SM20, 69 bp of the C-terminal coding region (corresponding to 23 amino acids), the stop codon and 149 bp of the 3 'untranslated region of SM20 corresponding to the 221 bp of 9D7 in an "antisense" orientation.
- SM20 has been described as a "immedia te early gene" induced by growth factors and a specific marker for cells of the smooth aorta muscles (Wax et al.,; Wax et al.,).
- RNA from tumor cell lines 786-0 (ATCC # CRL-1932) or A549 (ATCC # CCL 185) was isolated using TRIzol (Gibco) and using Superscript II MMLV-RT (Gibco) and an adapter oligo-dT primer (SEQ ID NO: 27) reverse transcribed according to the manufacturer's instructions.
- PCR amplification of this cDNA with the primers according to SEQ ID NO: 5, 6, 7 and 10 gave the fragments expected according to the homologous sequences with the original primers (SEQ ID NO: 3 and 4) and with one another.
- the longest fragment of 804 bp was obtained by combining the primers according to SEQ ID NO: 10 and 5.
- the primers of the sequence SEQ ID NO: 8 and 9 are in a sequence region of EST-AA234127 which have no homology to SM-20 and consequently did not result in an amplification product with any of the other primers.
- 9D7-specific primers according to SEQ ID NO: 11 were used in a final concentration of 0.4 ⁇ M, the SMART-PCR primer (SEQ ID NO: 24) with 0.1 ⁇ M.
- the PCR amplification was carried out with 40 cycles each (15 "95 ° C, 30" 65 ° C, 2 '72 ° C).
- peptide epitopes within the coding region of 9D7 according to SEQ ID NO: 2 were carried out using the algorithms described by Parker et.al., 1994, based on known motifs (Rammenee et al. 1995). For the most important HLA types, in particular for HLA-Al, -A * 0201, -A3, -B7, -B14 and - B * 4403, candidate peptides were identified which are expected to bind to the corresponding HLA Bind molecules and therefore represent immunogenic CTL epitopes; the peptides found are listed in Table 3. By analogous procedure, others can potential peptide epitopes for other HLA types can be determined.
- Kidney kidney cell ++++ 4/4 carcinoma
- Lungs Lungs +++ 2/3 carcinoma / SCC
- Paterson Y Ikonomidis G (1996), Curr. Opin. Immunol. 5: 664-9
- van Elsas A., Aarnoudse, C, van der Minne, C.E., van der Spek, C.W., Brouwenstijn, N., Osanto, S., and Schrier, P.I. (1997), J. Immunother. 20: 343-353.
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Abstract
Tumorassoziiertes Antigen, davon abgeleitete immunogene Peptide und dafür kodierende DNA-Moleküle sowie deren Verwendung in der Immuntherapie von Krebserkrankungen.
Description
Titel: Tumorassoziiertes Antigen
Die Erfindung bezieht sich auf die Immuntherapie von Tumorerkrankungen .
Das Immunsystem hat die Aufgabe, den Organismus vor einer Vielzahl verschiedener Mikroorganismen zu schützen bzw. diese aktiv zu bekämpfen. Die Bedeutung eines intakten Immunsystems zeigt sich vor allem bei vererbten oder erworbenen Immundefizienzen. Der Einsatz von prophylaktischen Vakzinprogrammen erwies sich in vielen Fällen als äußerst zielführende und erfolgreiche immunologische Intervention im Kampf gegen virale oder bakterielle Infektionserkrankungen. Weiters hat sich gezeigt, daß das Immunsystem auch an der Eliminierung von Tumorzellen maßgeblich beteiligt ist. Dabei spielt die Erkennung der tumorassoziierten Antigene (TAAs) durch Komponenten des Immunsystems eine wesentliche Rolle. Im weitesten Sinn kann jede (peptidische oder nicht peptidische) Komponente einer Tumorzelle, die von einem Element des Immunsystems erkannt und zur
Stimulation einer immunologischen Antwort führt, als immunogenes Tumorantigen fungieren. Besondere Bedeutung kommt dabei jenen Tumorantigenen zu, die nicht nur eine immunologische Reaktion hervorrufen, sondern auch eine Abstoßung des Tumors bewirken. Die Identifizierung definierter Antigene, die solch eine immunologische Reaktion bewirken können, stellt einen wichtigen Schritt für die Entwicklung einer molekular definierten Tumorvakzine dar. Obwohl noch nicht ganz geklärt ist, welche Elemente des Immunsystems für eine Abstoßung des
Tumors verantwortlich sind, besteht doch ein Konsens darüber, daß dabei CD8-exprimierende zytotoxische T-Lymphozyten (CTLs) eine Hauptrolle spielen (Coulie, 1997). Besonders bei jenen Tumorarten (z.B. Melanom und Nierenkarzinom) , die eine relativ hohe
Spontanremissionsrate aufweisen, konnte eine Korrelation zwischen klinischem Verlauf und dem vermehrten Auftreten von CD8+- und CD4+-T-Zellen festgestellt werden (Schendel et al., 1993; Mackensen et al., 1993; Halliday et al., 1995; Kawakami et al., 1995; Kawakami et al., 1996; Wang, 1997; Celluzzi und Falo, 1998) . Dabei wurden spezifische CTL-Klone entweder aus tumorinfiltrierenden Lymphozyten (TIL) oder peripheren mononuklearen Blutzellen (PBMC) nach Kokultivierung mit meist autologen Tumorzellen und Zytokinstimulierung in vitro erhalten. Sowohl in Tiermodellen als auch in in vi tro kultivierten humanen Zellkultursystemen konnte die T-Zell-Antwort gegen Tumorzellen durch Transfektion der Tumorzellen mit Zytokinen verstärkt werden (van Elsas et al., 1997;
Gansbacher et al., 1990; Tepper et al., 1989; Fearon et al., 1990; Dranoff et al., 1993).
Aufgrund der Korrelation zwischen Remission und Beteiligung von CD8+-T-Zellen ist die Identifizierung tumorassoziierter Antigene (TAA) , die durch
CD8-positive CTLs erkannt werden, ein erklärtes Hauptziel auf dem Weg zur Entwicklung einer Tumorvakzine (Pardoll, 1998; Robbins und Kawakami, 1996) . Ob auch andere Zelltypen des Immunsystems wie z.B. CD4+-T-Helferzellen eine wesentliche Rolle spielen ist noch unklar; einige Studien mit MAGE-3/HLA-A1 Peptiden in Melanompatienten deuten darauf hin
(Marchand et al., 1995; Boon et al., 1998). In den vergangenen Jahren ist eine Reihe von TAAs, die durch CTLs erkannt werden, identifiziert worden (Boon et al., 1994; van den Eynde und van der Bruggen, 1997) .
T-Zellen erkennen Antigene als Peptidfragmente, die an Zelloberflächen von MHC-Molekülen („major histocompatibility complex" , im Menschen „HLA" = „human leukocyte antigen") präsentiert werden. Es gibt zwei Klassen von MHC-Molekülen: MHC-I Moleküle kommen auf den meisten Zellen mit Kern vor und präsentieren Peptide (üblicherweise 8-10-mere) , die durch proteolytischen Abbau endogener Proteine entstehen (sog. Antigen-Verarbeitung, „antigen processing" ) . Peptid:MHC-I Komplexe werden von CD8-positiven CTLs erkannt. MHC-II Moleküle kommen nur auf sog.
„professionellen antigen-präsentierenden Zellen" (APC) vor, und präsentieren Peptide exogener Proteine, die im Zuge der Endocytose von APC aufgenommen und verarbeitet werden. Peptid:MHC-II Komplexe werden von CD4-Helfer-T- Zellen erkannt. Durch eine Interaktion zwischen T-Zellrezeptor und Peptid: HC Komplex können verschiedene Effektormechanismen ausgelöst werden, die im Fall von CTLs zur Apoptose der Zielzelle führen. Das geschieht, wenn entweder der MHC (z.B. im Fall der Transplantatabstoßung), oder das Peptid (z.B. im Fall intrazellulärer Pathogene) als fremd erkannt wird. Allerdings erfüllen nicht alle präsentierten Peptide die strukturellen und funktionellen Anforderungen für eine effektive Interaktion mit T-Zellen (wie von Rammensee et al . , 1995 und weiter unten beschrieben).
Für den Einsatz von TAAs in einer Tumorvakzine sind grundsätzlich mehrere Applikationsformen möglich: Das Antigen kann entweder als rekombinantes Protein mit geeigneten Adjuvantien bzw. Trägersystemen, oder als für das Antigen kodierende cDNA in Plasmid- (DNA- Vakzine; Tighe et al., 1998), bzw. viralen Vektoren (Restifo, 1997) appliziert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht im Einsatz von rekombinanten Bakterien (z.B. Listeria, Salmonella) , die das humane Antigen rekombinant exprimieren und durch ihre zusätzlichen Komponenten eine adjuvative Wirkung haben (Paterson, 1996; Pardoll, 1998) . In allen diesen Fällen ist eine Verarbeitung und Präsentation des Antigens durch sog. „professionelle antigen-präsentierende Zellen" (APC) notwendig. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz synthetischer Peptide (Melief et al., 1996) , die den korrespondierenden T-Zell-Epitopen des Antigens entsprechen und die entweder von außen auf die APC geladen (Buschle et al . , 1997; Schmidt et al., 1997) oder von den APC aufgenommen und intrazellulär auf die MHC I Moleküle transferiert werden. Die therapeutisch effizienteste Applikationsform für ein definiertes Antigen wird im allgemeinen in klinischen Studien bestimmt.
Zu den von den tumorspezifischen CTLs erkannten
Antigenen bzw. deren Epitopen zählen Moleküle, die aus sämtlichen Proteinklassen stammen können (z.B. Transkriptionsfaktoren, Rezeptoren, Enzyme; zur Übersicht siehe Rammensee et al., 1995; Robbins und Kawakami, 1996) . Diese Proteine müssen nicht notwendigerweise an der Zelloberfläche lokalisiert sein, wie dies bei der Erkennung durch Antikörper
erforderlich ist. Um für die Erkennung durch CTLs als tumorspezifisches Antigen zu fungieren bzw. um für die Therapie eingesetzt zu werden, müssen die Proteine bestimmte Bedingungen erfüllen: erstens soll das Antigen ausschließlich von Tumorzellen exprimiert werden oder in sog. "kritischen" Normalgeweben nur in geringerer Konzentration als in Tumoren vorkommen. Kritische Normalgewebe sind essentielle Gewebe; eine gegen sie gerichtete Immunreaktion hätte schwerwiegende, zum Teil letale Folgen. Zweitens soll das Antigen nicht nur im Primärtumor, sondern auch in den Metastasen vorhanden sein. Des weiteren ist es im Hinblick auf eine breite klinische Anwendung des Antigens erstrebenswert, wenn es in mehreren Tumorarten in hoher Konzentration vorhanden ist. Eine weitere
Vorbedingung für die Eignung eines TAA als wirksamer Bestandteil einer Vakzine ist das Vorhandensein von T-Zell-Epitopen in der Aminosäuresequenz des Antigens; vom TAA abgeleitete Peptide sollen zu einer in vi tro/ in vivo T-Zell Antwort führen ("immunogenes" Peptid). Ein weiteres Selektionskriterium für ein klinisch breit anwendbares immunogenes Peptid ist die Häufigkeit, mit der das Antigen in einer gegebenen Patientenpopulation anzutreffen ist.
Die immunogenen tumorassoziierten Antigene (TAAs) , von denen größtenteils bereits gezeigt wurde, daß sie T-Zell Epitope besitzen, lassen sich in mehrere Kategorien einteilen, u.a. virale Proteine, mutierte Proteine, überexprimierte Proteine, durch chromosomale Translokation gebildete Fusionsproteine,
Differenzierungsantigene, onkofötale Antigene (Van den
Eynde und Brichard, 1995; van den Eynde und van der Bruggen, 1997) .
Die Methoden zur Identifizierung und Charakterisierung von TAAs, die den Ausgangspunkt für die Entwicklung einer Tumorvakzine darstellen, beruhen einerseits auf dem Einsatz von in Patienten bereits induzierten CTLs (zelluläre Immunantwort) oder Antikörpern (humorale Immunantwort) , oder basieren auf der Erstellung differenzieller Transkriptionsprofile zwischen Tumoren und Normalgeweben. Im ersten Fall, dem immunologischen Ansatz, werden Patienten-CTLs für ein Screening eukaryotischer Tumor-cDNA-Expressionsbibliotheken, die über MHC-I Moleküle die CTL-Epitope präsentieren, eingesetzt (Boon et al., 1994), während mittels hochaffiner Patienten-Antiseren prokaryotische-cDNA- Expressionsbibliotheken, direkt über eine Immunoblot- Analyse der einzelnen Plaques auf das Vorhandensein von TAAs untersucht werden (Sahin et al., 1995). Eine Kombination von CTL-Reaktivität und proteinchemischen Verfahren stellt die Isolierung von aus MHC-I isolierten Peptiden von Tumorzellen dar, die über Reaktivität mit Patienten-CTLs vorselektioniert wurden. Die Peptide werden aus dem MHC-I Komplex ausgewaschen und mit Hilfe der Massenspektrometrie identifiziert (Falk et al., 1991; Woelfel et al . , 1994; Cox et al., 1994) . Die Ansätze, welche CTLs zum Charakterisieren von Antigenen verwenden, sind aufgrund der erforderlichen Kultivierung und Aktivierung von CTLs mit einem erheblichen Aufwand verbunden bzw. nicht immer erfolgreich.
Methoden zur Identifizierung von TAAs, welche auf dem Vergleich des Transkriptionsprofils von Normal- mit Tumorgewebe beruhen, sind vielfältig; dazu zählen die differenziellen Hybridisierung, die Erstellung von Subtraktions-cDNA-Banken ("representational difference analysis" ; Hubank und Schatz, 1994; Diatchenko et al., 1996) und der Einsatz der DNA-Chip Technologie oder der SAGE-Methode (Velculescu et al., 1995). Im Gegensatz zur oben erwähnten immunologischen Methode mit Hilfe von Patienten-CTLs muß beim Einsatz von molekularbiologischen Methoden gezeigt werden, daß die damit gefundenen potentiellen Antigenkandidaten tumorspezifisch (tumorassoziiert) sind und tatsächlich T-Zell Epitope besitzen, die eine zytotoxische T-Zell Antwort auslösen können. In zumindest einem Fall
(NY-ESO/LAGE-1) wurde ein Antigen sowohl durch die Verwendung von Patientenseren als auch durch RDA identifiziert (Chen et al., 1997; Lethe et al . 1998), außerdem wurden CTL-Epitope dieses Antigens und eine gleichzeitige spontane humorale und T-Zell Antwort in einem Patienten beschrieben (Jager et al., 1998).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein neues tumorassoziiertes Antigen (TAA) bereitzustellen.
Diese Aufgabe wurde gelöst, indem zunächst mittels RDA („representational difference analysis") zwischen
Nierenzellkarzinom- und Normalnierengewebe eine cDNA- Substraktionsbibliothek hergestellt und diese mit einer testis-spezifischen cDNA-Bibliothek hybridisiert wurde, um Antigene vom Tumor/Testis-Typ zu selektionieren.
Die erhaltenen cDNA-Klone wurden sequenziert und mit in Datenbanken verfügbaren Sequenzen verglichen. Unter den dabei identifizierten Genen befanden sich 29 unbekannte, zu denen ESTs („expressed sequence tags" ) - Einträge in der Datenbank existierten. Von diesen Genen wurden jene 16 näher untersucht, deren ESTs nicht aus kritischem Normalgewebe stammen. Mittels RT-PCR wurde festgestellt, daß fünf der sechzehn untersuchten Klone eine deutliche Überexpression in einem Nierenzellkarzinom gegenüber Normalnierengewebe aufweisen. Der quantitative Vergleich (mittels PCR) der Expression eines der Klone (9D7) zwischen Tumor- und Normalgewebe zeigte eine deutliche Überexpression der 9D7-CDNA im Tumor. Das mittels Northern Blot analysierte Expressionsprofil zeigte ergänzend, daß 9D7 in den untersuchten Normalgeweben keine oder nur eine schwache Transkription aufwies. Die in si tu Hybridisierung von Nierenzellkarzinom und Normalnierengewebe mit einer 9D7-spezifischen markierten RNA-Sonde bestätigte die mittels RT-PCR, quantitativer PCR und Northern Blot erhaltenen Ergebnisse .
Die humane 9D7-cDNA wurde vollständig kloniert, die erhaltene Sequenz ist in SEQ ID NO:l dargestellt. Die Sequenz von 9D7 zeigt, auf Nukleotid- und Proteinebene, eine hohe Homologie zu SM20, einem durch Wachstumsfaktoren in Zellen der glatten Muskulatur der Ratte induzierten „immediate early gene" , das als spezifischer Marker für Zellen der glatten Aorta- Muskulatur beschrieben wurde (Wax et al . 1994, 1996). Die Sequenzanalyse der humanen 9D7-cDNA im Vergleich mit SM20 ergab, daß die ersten 323 bp eine deutlich
geringere Identität als der Rest der cDNA aufweisen (40% im Vergleich zu 96% auf Ebene der abgeleiteten Aminosäuresequenz) . Da die humane cDNA an dem Übergang zwischen hoher und geringerer Identität mit SM20 an Position 324 das erste ATG aufweist, ist anzunehmen, daß es sich dabei um das Startcodon des humanen 9D7-Gens handelt. Da die von Position 324 stromaufwärts liegende Sequenz ebenfalls einen durchgängigen Leserahmen aufweist, der, wenn auch geringere, so doch signifikante Identität mit SM20 zeigt (40% auf der Ebene der abgeleiteten Aminosäuresequenz) , ist nicht auszuschließen, daß ein Startcodon weiter stromaufwärts vorhanden ist.
Die Information über die weiter stromaufwärts liegende Sequenz kann durch molekularbiologische
Standardmethoden gewonnen werden, z.B. mittels 5'-RACE („rapid amplification of cDNA ends" ) . Bei dieser Methode wird RNA, vorzugsweise mRNA, aus Zellen oder Geweben, in denen 9D7 transkribiert wird (z.B. RCC Gewebe oder von RCC abgeleitete Zelllinien wie 786-0, siehe Beispiel 9) revers transkribiert und anschließend mit einem Adaptor bekannter Sequenz ligiert. Eine PCR mit einem Adaptorprimer (bindet spezifisch an den Adaptor am 5 '-Ende der cDNA) und einem 9D7-spezifischen Primer (z.B. SEQ ID NO:21, 19, 17, 16, 14, 12, 11, 4) erlaubt die Amplifikation entsprechender 9D7-Fragmente . Diese PCR-Produkte können, wie in Beispiel 1 beschrieben, nach Standardmethoden kloniert und, insbesondere durch DNA Sequenzierung, charakterisiert werden.
Eine alternative Methode zur Charakterisierug des
5 '-Endes ist das Screenen von cDNA-Bibliotheken durch
Hybridisierung mit für 9D7 spezifischen DNA-Sonden oder
Antiseren.
Führt das Screenen von cDNA-Bibliotheken aufgrund methodisch bedingter Beschränkungen, z .B. ineffiziente reverse Transkription bedingt durch ausgeprägte Sekundärstrukturen der RNA, nicht zum gewünschten Ziel, können genomische Bibliotheken untersucht werden, indem z.B., wie beim Screenen von cDNA-Bibliotheken, durch Hybridisierung mit für 9D7 spezifischen DNA-Sonden Klone isoliert werden können, die die stromaufwärts vom erhaltenen 5 '-Ende der cDNA liegende Sequenzinformartion z.B. die Promotorregion von 9D7 enthalten.
Die isolierte cDNA kodiert für das tumorassoziierte Antigen (TAA) der Bezeichnung 9D7 mit der in SEQ ID NO: 2 angegebenen Aminosäuresequenz . Diese Sequenz wird definiert durch das Startcodon an Position 324 der isolierten 9D7-cDNA.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt das tumorassoziierte Antigen der Bezeichnung 9D7 mit der in SEQ ID NO: 2 angegebenen Aminosäuresequenz.
Die in SEQ ID NO: 2 dargestellte Aminosäuresequenz kann Abweichungen aufweisen, z.B. solche, die durch konservativen Austausch von Aminosäuren bedingt sind, sofern das 9D7-Derivat die für die Anwendung in einer Tumorvakzine erwünschten immunogenen Eigenschaften aufweist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Polypeptid, das die 9D7-Sequenz als Teilsequenz enthält. Dieses Polypeptid weist gegenüber der in SEQ ID NO: 2 angegebenen 9D7-Sequenz eine Verlängerung am N-terminalen Ende auf, seine Sequenz wird definiert durch ein gegebenenfalls in 5 '-Richtung stromaufwärts von Position 324 gelegenes Startcodon der 9D7-cDNA.
Die Aminosäuresequenz (bzw. entsprechend die Sequenz der 9D7-cDNA) kann gegebenenfalls modifiziert sein, indem einzelne Aminosäuren in einem 9D7 CTL-Epitop ausgetauscht werden, um, im Vergleich zum natürlichen 9D7 CTL-Epitop, eine Steigerung der Affinität von 9D7-Peptiden zu MHC-I-Molekülen und damit eine erhöhte Immunogenität und letztlich eine verstärkte Reaktivität gegenüber Tumoren zu bewirken. Modifikationen im
Bereich der 9D7-Epitope können am 9D7-Gesamtprotein (dieses wird von den APCs zu den entsprechenden Peptiden prozessiert) bzw. an größeren 9D7-Proteinfragmenten oder an 9D7-Peptiden (vgl. unten) vorgenommen werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung immunogene Fragmente und Peptide, die von 9D7 abgeleitet sind. Letztere werden im folgenden als " 9D7-Peptide" bezeichnet. Eine erste Gruppe sind 9D7-Peptide, die eine humorale Immunantwort (Induktion von Antikörpern) auslösen. Derartige Peptide sind ausgewählte Abschnitte von 9D7 (mindestens 12 bis 15 Aminosäuren) , die mittels sogenannter Vorhersage- Algorithmen ("prediction algorithms") wie z.B. dem "surface probability blot" (Emini et al., 1985), dem
"hydrophobicity blot" (Kyte and Doolittle, 1982) und dem
"antigenic index" (Jameson and Wolf, 1988) ermittelt werden können.
9D7-Peptide werden direkt oder in modifizierter Form (z.B. an KLH = "keyhole limpet hemocyanine" gekoppelt) verabreicht und die Bildung von Antikörpern mittels gängiger immunologischer Assays, z.B. mittels ELISA, bestimmt .
Weitere, im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugte, 9D7-Peptide sind diejenigen, die durch MHC-Moleküle präsentiert werden und eine zelluläre Immunantwort bewirken. Es gibt zwei Klassen von MHC-Molekülen, nämlich MHC-I-Moleküle, die von CD8-positiven CTLs und MHC-II-Moleküle, die von CD4-positiven T-Helferzellen erkannt werden.
Damit ein Peptid eine zelluläre Immunantwort auslöst, muß es an ein MHC-Molekül binden, wobei der zu -Molekül in seinem Repertoire aufweisen muß. Die Bestimmung des MHC-Subtyps des Patienten stellt somit, im Hinblick auf die Auslösung einer zellulären Immunantwort, eine der wesentlichen Voraussetzungen für die wirksame Anwendung eines Peptids an diesem Patienten dar.
Die Sequenz eines therapeutisch einzusetzenden Peptids wird durch das jeweilige MHC-Molekül hinsichtlich Ankeraminosäuren und Länge vorgegeben. Definierte Ankerpositionen und Länge gewährleisten, daß ein Peptid in die Peptid-Bindungsfurche des jeweiligen MHC-Moleküls des Patienten paßt. Dies hat zur Folge, daß das Immunsystem stimuliert wird und eine zelluläre Immunreaktion erzeugt wird, die sich, im Falle der
Verwendung eines von einem Tumorantigen abgeleiteten Peptids, gegen die Tumorzellen des Patienten richtet.
Immunogene 9D7-Peptide können nach bekannten Methoden identifiziert werden, eine der Grundlagen dafür ist die Beziehung zwischen MHC-Bindung und CTL-Induktion.
Da also die Sequenz immunogener Peptide aufgrund ihres Peptidbindungsmotivs vorherbestimmbar ist, können 9D7-Peptide, die CTL-Epitope darstellen, aufgrund der 9D7-Proteinsequenz identifiziert und synthetisiert werden. Dazu sind verschiedene Methoden geeignet, die zur Identifizierung von CTL-Epitopen von bekannten Protein-Antigenen verwendet wurden; z.B. die von Stauss et al., 1992, für die Identifizierung von T-Zell- Epitopen in humanem Papillomavirus beschriebene Methode.
Die allelspezifischen Anforderungen jedes MHC-I Allel- Produkts an ein Peptid, das an das MHC-Molekül bindet und von diesem präsentiert wird, wurden als Motiv zusammengefaßt (z.B. Falk et al., 1991). Bisher ist eine große Anzahl sowohl von MHC-Peptid-Motiven als auch von MHC-Liganden bekannt. Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Methode zur Suche nach Epitopen eines bekannten Proteins, das in ein bestimmtes MHC-I-Molekül paßt, wurde in einem Übersichtsartikel von Rammensee et al., 1995, beschrieben. Sie umfaßt die folgenden Schritte: zunächst wird die Protein-Sequenz auf Abschnitte untersucht, die dem Anker-Motiv entsprechen, wobei gewisse Variationen hinsichtlich Peptidlänge und Ankerbesetzung möglich sind. Wenn z.B. ein Motiv ein
9-mer mit Ile oder Leu am Ende vorschreibt, können auch 10-mere mit einem entsprechenden C-Terminus in Betracht gezogen werden, ebenso Peptide mit anderen aliphatischen Resten, wie Val oder Met am C-Terminus. Auf diese Weise wird eine Reihe von Peptid-Kandidaten erhalten. Diese werden auf das Vorhandensein möglichst vieler Ankerreste, die sie gemeinsam mit bereits bekannten Liganden haben, untersucht und/oder daraufhin, ob sie für verschiedene MHC-Moleküle "bevorzugte" Reste haben (entsprechend der Tabelle von Rammensee et al., 1995). Um schwach bindende Peptide auszuschließen, werden zweckmäßig Bindungs-Assays durchgeführt. Wenn die Anforderungen an die Peptid- Bindung für bestimmte MHC-Molküle bekannt sind, können die Peptid-Kandidaten auch auf Nicht-Ankerreste untersucht werden, die sich negativ oder positiv auf die Bindung auswirken, oder die diese erst ermöglichen (Ruppert et al., 1993). Bei dieser Vorgangsweise ist jedoch in Betracht zu ziehen, daß das Peptid-Bindungs- Motiv für die Suche nach natürlichen Liganden nicht allein ausschlaggebend ist; auch andere Aspekte, z.B. die Enzymspezifität während der Antigenprozessierung, tragen - zusätzlich zur Spezifität der MHC-Bindung - zur Identität des Liganden bei. Eine Methode, die diese Aspekte berücksichtigt, und die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Identifizierung von immunogenen 9D7-Peptiden geeignet ist, wurde u.a. von Kawakami et al., 1995, angewendet, um auf der Grundlage bekannter HLA-A*0201 Motive gplOO Epitope zu identifizieren.
Die Peptide können auch im Hinblick auf ihre Bindungsfähigkeit an MHC-II-Moleküle ausgewählt werden.
Das MHC-II-Bindungsmotiv, das sich über neun Aminosäuren erstreckt, weist einen höheren Grad an Degeneration in den Ankerpositionen auf als das MHC-I- Bindungsmotiv. Es wurden kürzlich, ausgehend von der Röntgenstrukturanalyse von MHC-II-Molekülen, Methoden entwickelt, die die genaue Analyse der MHC-II- Bindungsmotive, und ausgehend davon, Variationen der Peptidsequenz erlauben (Rammensee et al., 1995, und die dort zitierte Originalliteratur) . Peptide, die an MHC-II-Moleküle binden, werden den CD4-T-Zellen typischerweise von dendritischen Zellen, Makrophagen oder B-Zellen präsentiert. Die CD4-T-Zellen wiederum aktivieren dann in der Folge direkt CTLs durch z.B. Cytokin-Ausschüttung und Verstärken die Effizienz der Antigen-Präsentation durch APC (dendritische Zellen, Makrophagen und B-Zellen) .
Seit kurzem sind Datenbanken und Vorhersage-Algorithmen verfügbar, die mit großer Verläßlichkeit die Vorhersage von Peptid-Epitopen erlauben, die an ein bestimmtes MHC-Molekül binden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden, unter Verwendung des von Parker et al., 1994, beschriebenen Algorithmus, für die wichtigsten HLA-Typen, insbesondere für HLA-Al, -A*0201, -A3, -B7, -B14 und -B*4403, Kandidaten-Peptide identifiziert, von denen zu erwarten ist, daß sie an die entsprechenden HLA- Moleküle binden und daher immunogene CTL-Epitope darstellen; die ermittelten Peptide sind in Tabelle 3 aufgelistet. Auf ähnliche Weise können, gegebenenfalls unter Verwendung weiterer Algorithmen, die den unterschiedlichen Charakteristika der Peptide
(Hydrophobizität, Ladung, Größe) bzw. Anforderungen an die Peptide, z. B. die 3D-Struktur des HLA-Moleküls, Rechnung tragen, weitere potentielle Peptid-Epitope für andere HLA-Typen ermittelt werden.
Nach Auswahl von 9D7-Peptid-Kandidaten mit Hilfe der angeführten Methoden wird deren MHC-Bindung mittels Peptidbindungs-Assays getestet. Als nächstes wird die Immunogenität der Peptide mit guten Bindungseigenschaften bestimmt (Stabilität der Peptid- MHC-Wechselwirkung korreliert in den meisten Fällen mit Immunogenität; van der Burg et al., 1996). Um die Immunogenität des ausgewählten Peptids oder Peptid- Äquivalents zu bestimmen, können Methoden, wie z.B. von Sette et al., 1994, beschrieben, in Kombination mit quantitativen MHC-Bindungs-Assays verwendet werden. Alternativ kann die Immunogenität des ausgewählten Peptids über in vi tro CTL-Induktion mittels bekannter Methoden (wie weiter unten für ex vivo CTL-Induktion beschrieben) getestet werden. Das Prinzip der in mehreren Schritten durchgeführten Methode für die Auswahl von Peptiden, die zur Auslösung einer zellulären Immunantwort fähig sind, ist in der WO 97/30721, auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben. Eine allgemeine Strategie zum Erhalt effizienter immunogener Peptide, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, wurde außerdem von Schweighoffer, 1997, beschrieben.
Statt die Originalpeptide zu verwenden, die in die Bindungsfurche von MHC-I -oder MHC-II-Molekülen passen, also Peptide, die unverändert von 9D7 abgeleitet sind, können anhand der auf der Grundlage der
Originalpeptidsequenz angegebenen Minimalanforderungen bezüglich Ankerpositionen und Länge Variationen vorgenommen werden, sofern durch diese Variationen die effektive Immunogenität des Peptids, die sich zusammensetzt aus seiner Bindungsaffinität an das
MHC-Molekül und seiner Fähigkeit, T-Zell-Rezeptoren zu stimulieren, nicht nur nicht beeinträchtigt ist, sondern vorzugsweise verstärkt wird. In diesem Fall werden also künstliche Peptide oder Peptid-Äquivalente verwendet, die entsprechend den Anforderungen der
Bindungsfähigkeit an ein MHC-Molekül entworfen sind.
Solchermaßen veränderte Peptide werden als „heteroclitische Peptide" bezeichnet. Sie können nach folgenden Methoden erhalten werden:
Zunächst werden die Epitope von MHC-I- bzw. MHC-II- Liganden bzw. deren Variation z.B. nach dem von Rammensee et al., 1995, beschriebenen Prinzip vorgenommen. Die Länge des Peptids entspricht im Falle seiner Abstimmung auf MHC-I Moleküle vorzugsweise einer Minimalsequenz von 8 bis 10 Aminosäuren mit den erforderlichen Ankeraminosäuren.
Gegebenenfalls kann das Peptid auch am C- und/oder am N-Terminus verlängert sein, sofern diese Verlängerung die Bindungsfähigkeit an das MHC-Molekül nicht beeinträchtigt bzw. das verlängerte Peptid auf die Minimalsequenz zellulär prozessiert werden kann.
Die modifizierten Peptide werden daraufhin auf ihre Erkennung durch TILs (tumor-infiltrating lymphocytes, auf CTL-Induktion sowie auf verstärkte MHC-Bindung und
Immunogenität geprüft, wie von Parkhurst et al., 1996, und Becker et al., 1997, beschrieben.
Eine weitere im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Methode zur Auffindung von Peptiden mit stärkerer Immunogenität als die der natürlichen
9D7-Peptide besteht im Screenen von Peptid-Bibliotheken mit CTLs, die die natürlich auf Tumoren vorkommenden 9D7-Peptide erkennen, wie von Blake et al., 1996, beschrieben; in diesem Zusammenhang wird die Verwendung kombinatorischer Peptid-Bibliotheken vorgeschlagen, um Moleküle zu entwerfen, welche von MHC-I-restringierten CTLs erkannte Tumorepitope nachahmen.
Die 9D7-Polypeptide der vorliegenden Erfindung oder davon abgeleitete immunogene Fragmente oder Peptide können rekombinant oder mittels Peptid-Synthese hergestellt werden, wie in der WO 96/10413 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird. Für die rekombinante Herstellung wird das entsprechende DNA-Molekül nach Standardmethoden in einen Expressionsvektor eingefügt, in eine geeignete
Wirtszelle transfiziert, der Wirt unter geeigneten Expressionsbedingungen kultiviert und das Protein gereinigt. Für die chemische Synthese von 9D7-Peptiden können herkömmliche Methoden verwendet werden, z.B. im Handel erhältliche automatische Peptid-Synthesizer .
Alternativ zu natürlichen 9D7-Peptiden oder heteroclitischen Peptiden können Substanzen, die solche Peptide vortäuschen, z.B. "Peptidomimetica" oder "retro- inverse-Peptide" , verwendet werden. Zur Testung dieser Moleküle im Hinblick auf die therapeutische
Verwendbarkeit in einer Tumorvakzine werden dieselben Methoden angewendet wie oben für die natürlichen 9D7-Peptide oder 9D7-Peptidäquivalente.
Das TAA der Bezeichnung 9D7 gemäß der vorliegenden Erfindung und die davon abgeleiteten Proteinfragmente, Peptide bzw. Peptid-Äquivalente oder Peptidomimetika können in der Krebstherapie eingesetzt werden, z. B. um eine Immunantwort gegen Tumorzellen zu induzieren, die die entsprechenden Antigen-Determinanten exprimieren. Vorzugsweise werden sie für die Therapie von Tumoren mit starker 9D7-Expression verwendet, insbesondere beim Nierenzeil-, Lungen-, Kolon- und Mammakarzinom sowie beim Hodgkin-Lymphom.
Die Immunantwort in Form einer Induktion von CTLs kann in vivo oder ex vivo bewirkt werden.
Für die in vivo Induktion von CTLs wird eine pharmazeutische Zusammensetzung, enthaltend als wirksame Komponente das TAA 9D7 bzw. bzw. davon abgeleitete Fragmente oder Peptid (e), einem Patienten verabreicht, der an einer mit dem TAA assoziierten Tumorerkrankung leidet, wobei die Menge an TAA (Peptid) ausreichen muß, um eine wirksame CTL-Antwort auf den Antigen-tragenden Tumor zu erzielen.
Die Erfindung betrifft somit in einem weiteren Aspekt eine pharmazeutische Zusammensetzung für die parenterale, topische, orale oder lokale Verabreichung. Vorzugsweise dient die Zusammensetzung der parenteralen Verabreichung, z.B. für die subkutane, intradermale oder intramuskuläre Anwendung. Die 9D7-TAAs/Peρtide sind in einem pharmazeutisch annehmbaren, vorzugsweise
wässerigen, Träger gelöst oder suspendiert. Die Zusammensetzung kann außerdem übliche Hilfsstoffe, wie Puffer, etc. enthalten. Die TAAs/Peptide können allein oder in Kombination mit Adjuvantien, z.B. inkomplettem Freund' s Adjuvans, Saponinen, Aluminiumsalzen oder, in einer bevorzugten Ausführungsform, Polykationen wie Polyarginin oder Polylysin, verwendet werden. Die Peptide können auch an Komponenten, die die CTL-Induktion oder CTL-Aktivierung unterstützen, gebunden werden, z.B. an T-Helferpeptide, Lipide oder Liposomen, oder sie werden gemeinsam mit diesen Substanzen und/oder gemeinsam mit immunstimulierenden Substanzen, z.B. Zytokinen (IL-2, IFN-γ) verabreicht. Methoden und Formulierungen, die zur Herstellung und Verabreichung der erfindungsgemäßen pharmazeutischen
Zusammensetzung geeignet sind, sind in der WO 95/04542 und WO 97/30721, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird, beschrieben.
9D7 (Fragmente) bzw. 9D7-Peptide können auch verwendet werden, um eine CTL-Antwort ex vivo auszulösen. Eine ex vivo CTL-Antwort auf einen Tumor, der 9D7 exprimiert, wird induziert, indem man die CTL-Vorläuferzellen zusammen mit APCs und 9D7-Peptiden bzw 9D7-Protein inkubiert. Dann läßt man die aktivierten CTLs expandieren, worauf sie dem Patienten wieder verabreicht werden. Alternativ können APCs mit 9D7-Peptiden beladen werden, was zu einer effizienten Aktivierung zellulärer Immunreaktionen gegen 9D7 positive Tumoren führen kann (Mayordomo et al., 1995; Zitvogel et al., 1996). Eine geeignete Methode um Peptide auf Zellen, z.B. dendritische Zellen, zu laden, wird in der WO 97/19169 geoffenbart .
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Kombination mehrerer verschiedener 9D7-Peptide oder 9D7-Peptidäquivalente angewendet. In einer weiteren Ausführungsform werden 9D7-Peptide mit von anderen TAAs abgeleiteten Peptiden kombiniert. Die Auswahl von
Peptiden für derartige Kombinationen wird im Hinblick auf die Erfassung unterschiedlicher MHC-Typen getroffen, um eine möglichst breite Patientenpopulation abzudecken, und/oder sie wird auf ein möglichst breites Indikationsspektrum abgestellt, indem Peptide mehrerer unterschiedlicher Tumorantigene kombiniert werden. Die Anzahl der Peptide in einer pharmazeutischen Zusammensetzung kann über einen weiten Bereich schwanken, typischerweise enthält eine klinisch anwendbare Vakzine 1 bis 15, vorzugsweise 3 bis 10 verschiedene Peptide.
Die erfindungsgemäßen Peptide können auch als diagnostische Reagentien eingesetzt werden. Beispielsweise können die Peptide dazu benutzt werden, um das Ansprechen eines Patienten auf die durch das immunogene Peptid hervorgerufene humorale oder zelluläre Immunantwort zu testen. Dadurch besteht die Möglichkeit, ein Behandlungsprotokoll zu verbessern. Beispielsweise kann in Abhängigkeit der Darreichungsform (Peptid, Gesamtprotein oder DNA-Vakzine) des TAA die Zunahme von Vorläufer T-Zellen in den PBLs, die eine Reaktivität gegen das definierte Peptidepitop aufweisen, untersucht werden (Robbins und Kawakami, 1996 sowie darin zitierte Referenzen) . Außerdem können die Peptide oder das Gesamtprotein bzw. gegen das TAA gerichtete Antikörper dazu verwendet werden, um das Risiko eines Patienten an einem 9D7-assoziierten Tumor zu erkranken, vorherzusagen
bzw. den Krankheitsverlauf eines 9D7-positiven Tumors zu charakterisieren (z.B. durch immunhistochemische Analysen von Primärtumor und Metastasen) . Eine derartige Strategie hat sich schon mehrfach als erfolgreich erwiesen, z.B. der Nachweis des Östrogenrezeptors als Entscheidungsgrundlage zur Endokrintherapie bei Brustkrebs; c-erbB-2 als relevanter Marker bei Prognostik und Therapieverlauf bei Brustkrebs (Raviaioli et al., 1998; Revillion et al., 1998); PSMA ("prostate specific membrane antigen") als Marker für
Epithelialzellen des Prostatakarzinoms im Serum bzw. durch Einsatz eines luIn-markierten monoklonalen Antikörpers gegen PSMA bei der Immunoscintigraphie auf Prostatakarzinom (Murphy et al . , 1998 und inkludierte Referenzen); CEA ("carcinoembryonic antigen") als serologischer Marker für die Prognose und Verlauf bei Patienten des kolorektalen Karzinoms (Jessup und Loda, 1998) .
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt isolierte DNA-Moleküle, kodierend für ein
Protein mit den immunogenen Eigenschaften von 9D7 oder für Fragmente davon.
Vorzugsweise betrifft die vorliegende Erfindung ein isoliertes DNA-Molekül, das ein Polynukleotid mit der in SEQ ID NO:l dargestellten Sequenz enthält oder das ein Polynukleotid enthält, das mit einem Polynukleotid der in SEQ ID NO:l dargestellten Sequenz unter stringenten Bedingungen hybridisiert.
Unter „stringenten Bedingungen" wird z.B. verstanden: Inkubation über Nacht bei 65°C - 68 °C mit δxSSC
(lx SSC = 150 mM NaCl, 15mM Tri-Natriumcitrat) , 5xDenhardt's Lösung, 0.2%SDS, 50 μg/ml Lachsspermien- DNA, daran anschließend Waschen zweimal 30 min mit 2xSSC, 0.1% SDS bei 65°C, einmal 30 min mit 0.2xSSC, 0.1% SDS bei 65 °C und gegebenenfalls abschließendes
Spülen mit O.lxSSC, 0.1%SDS bei 65°C, oder äquivalente Bedingungen.
Das erfindungsgemäße DNA-Molekül bzw. Fragmente davon kodieren für ein immunogenes (Poly) peptid der Bezeichung 9D7 mit der in SEQ ID NO: 2 dargestellten Aminosäuresequenz bzw. für davon abgeleitete Proteinfragmente oder Peptide; damit sind DNA Moleküle mitumfaßt, die durch die Degeneration des genetischen Codes Abweichungen von der in SEQ ID NO:l dargestellten Sequenz aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch DNA-Moleküle, die durch konservativen Austausch von Aminosäuren bedingte Abweichungen von der in SEQ ID NO:l dargestellten Sequenz aufweisen, sofern sie für ein 9D7-Derivat bzw. Fragmente oder Peptide mit den für die Anwendung als Tumorvakzine erwünschten immunogenen Eigenschaften kodieren.
Die erfindungsgemäßen DNA-Moleküle können, im Vergleich zu dem in SEQ ID NO:l dargestellten Molekül, am 5 ' -Ende bis zu einem gegebenenfalls stromaufwärts von Position 324 gelegenen Startcodon verlängert sein.
Die 9D7-DNA-Moleküle der vorliegenden Erfindung oder die entsprechenden RNAs, die ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, werden, wie die davon
kodierten (Poly) Peptide, für die Immuntherapie von Krebserkrankungen eingesetzt.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden DNA-Moleküle, kodierend für das natürliche 9D7 verwendet. Alternativ zur natürlichen 9D7-cDNA bzw.
Fragmenten davon können modifizierte Derivate verwendet werden. Diese umfassen Sequenzen mit Modifikationen, die für ein Protein (fragment) bzw. Peptide mit stärkerer Immunogenität kodieren, wobei für die Modifikationen auf DNA-Ebene dieselben Überlegungen gelten wie für die oben beschriebenen Peptide. Eine weitere Art der Modifikation ist die Aneinanderreihung zahlreicher Sequenzen, kodierend für immunologisch relevante Peptide, nach Art einer Perlenschnur ("string-of-beads" ; Toes et al., 1997). Die Sequenzen können auch durch Anfügung von Hilfselementen modifiziert werden, z.B. Funktionen, die eine effizientere Abgabe und Prozessierung des Immunogens gewährleisten (Wu et al., 1995). Beispielsweise kann durch Anfügen einer Lokalisierungssequenz in das endoplasmatische Retikulum ("ER targetting sequence" ) die Prozessierung und damit die Präsentation und letztlich die Immunogenität des Antigens erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein rekombinantes DNA-Molekül, das 9D7-DNA enthält .
Die DNA-Moleküle der vorliegenden Erfindung können, vorzugsweise in rekombinanter Form als Plasmide, direkt oder als Bestandteil eines rekombinanten Virus, oder Bakteriums verabreicht werden. Prinzipiell kann jede
gentherapeutische Methode für die Immuntherapie von Krebs auf Basis von DNA ("DNA-Vakzine") auf 9D7-DNA angewendet werden, und zwar sowohl in vivo als auch ex vivo.
Beispiele für die in vivo Verabreichung sind die direkte Injektion von "nackter" DNA, entweder intramuskulär oder mittels Gen-Pistole ("gene gun") von der sich gezeigt hat, daß sie zur Bildung von CTLs gegen Tumorantigene führt. Beispiele für rekombinante Organismen sind Vaccinia Virus, Adenovirus oder Listeria monocytogenes (eine Übersicht wurde von Coulie, 1997, gegeben). Desweiteren können synthetische Träger für Nukleinsäuren, wie kationische Lipide, Mikrosphären, Mikrokügelchen oder Liposomen für die in vivo Verabreichung von Nukleinsäure-Molekülen, kodierend für 9D7-Peptid verwendet werden. Ähnlich wie für Peptide können verschiedene Hilfsstoffe, die die Immunantwort verstärken, mitverabreicht werden, z.B. Zytokine, entweder in Form von Proteinen oder dafür kodierenden Plasmiden. Die Applikation kann gegebenenfalls mit physikalischen Methoden, z.B. Elektroporation, kombiniert werden.
Ein Beispiel für die ex vivo Verabreichung ist die Transfektion dendritischer Zellen, wie von Tuting, 1997, beschrieben, oder anderer APCs, die als zelluläre Krebsvakzine zur Anwendung kommen.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit in einem weiteren Aspekt die Verwendung von Zellen, die 9D7 exprimieren, entweder von sich aus oder, in gegebenenfalls modifizierter Form, nach Transfektion
mit der entsprechend kodierenden Sequenz, für die
Herstellung einer Krebsvakzine.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt Antikörper gegen 9D7 bzw. Fragmente davon. Polyklonale Antikörper können in herkömmlicher Weise durch Immunisierung von Tieren, insbesondere Kaninchen, mittels Injektion des Antigens bzw. Fragmenten davon, und anschließender Reinigung des Immunglobulins erhalten werden.
Monoklonale anti-9D7-Antikörper können nach
Standardprotokollen gemäß dem von Köhler und Milstein, 1975, beschriebenen Prinzip gewonnen werden, indem Tiere, insbesondere Mäuse, immunisiert, anschließend antikörperproduzierende Zellen der immunisierten Tiere immortalisiert werden, z.B. durch Fusion mit
Myelomzellen, und der Überstand der erhaltenen Hybrido e mittels immunologischer Standard-Assays auf monoklonale anti-9D7-Antikörper gescreent wird. Für den therapeutischen oder diagnostischen Einsatz im Menschen können diese tierischen Antikörper gegebenenfalls auf herkömmliche Weise chimerisiert (Neuberger et al., 1984, Boulianne et al., 1984) oder humanisiert (Riechmann et al., 1988, Graziano et al., 1995) werden.
Humane monoklonale anti-9D7-Antikörper (fragmente) können auch von sog. „Phage Display Libraries" (Winter et al., 1994, Griffiths et al . , 1994, Kruif et al., 1995, Mc Guiness et al., 1996) und mittels transgener Tiere (Brüggemann et al., 1996, Jakobovits et al., 1995) gewonnen werden.
Die erfindungsgemäßen anti-9D7-Antikörper können in immunhistochemischen Analysen für diagnostische Zwecke eingesetzt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung von 9D7-spezifischen Antikörpern, um beliebige Substanzen selektiv zu bzw. in einen Tumor zu bringen, der 9D7 exprimiert. Beispiele für solche Substanzen sind zytotoxische Agentien oder radioaktive Nuklide, deren Wirkung darin besteht, den Tumor vorort zu schädigen. Aufgrund der tumorspezifischen Expression von 9D7 sind dabei keine oder nur geringe Nebenwirkungen zu erwarten. In einem weiteren Aspekt können mit Hilfe von 9D7-Antikörpern Substanzen zur Sichtbarmachung von Tumoren, die 9D7 exprimieren, herangezogen werden. Dies ist für die Diagnose und die Bewertung des Therapieverlaufs von Nutzen. Therapeutische und diagnostische Anwendungen von Antikörpern, die für anti-9D7-Antikörper in Frage kommen, sind in der WO 95/33771 für beschrieben.
Auf Grund der bevorzugten Expression von 9D7 in
Tumorzellen kann angenommen werden, daß dieses Protein eine wichtige Funktion für den Tumor hat, z.B. für Entstehung, Infiltration und Wachstum. 9D7(DNA) kann daher in Screening-Assays verwendet werden, um Substanzen zu identifizieren, die die Aktivität dieses Proteins modulieren, insbesondere inhibieren. In einer Ausführungsform kann ein derartiger Assay darin bestehen, das 9D7 Protein, oder ein aktives Fragment davon, in Zellen, die auf die Aktivität von 9D7 mit Proliferation reagieren, einzubringen bzw. die entsprechende 9D7 DNA in der Zelle zur Expression zu
bringen, und die Proliferation der Zellen in Gegenwart und in Abwesenheit einer Testsubstanz zu bestimmen. Substanzen mit proliferationshemmender Wirkung können zur Behandlung von Tumoren mit starker 9D7-Expression verwendet werden, insbesondere beim Nierenzell-,
Lungen-, Kolon- und Mammakarzinom sowie beim Hodgkin- Lymphom.
Figurenübersicht
Fig. 1: Transkription von 9D7 in Normalgeweben und RCC: Semiquantitative RT-PCR von RNA aus Nieren, Herz, Leukozyten, Leber, Lunge, Testis und vier Nierenzellkarzinomen
Fig. 2: Transkription von 9D7 in Normalgeweben: Northern Blot Analyse von mRNA aus
16 Normalgeweben
Fig. 3: in situ Hybridisierung von 9D7-RNA mit Nierenzellkarzinom- und Normalnierengewebeschnitten
Fig. 4: Nachweis der 9D7 Expression im Nierenzellkarzinom
Beispiel 1
RDA (Representational Difference Analysis) von Nierenzellkarzinom und Normalnierengewebe
Biopsien von humanen Nierenzellkarzinomen vom klarzelligen Typ (RCC, renal cell carcinoma) sowie
normales Nierengewebe vom selben Patient wurden sofort nach der chirurgischen Entfernung in flüssigem N2 schockgefroren und bei -80° gelagert. Für die Isolierung von RNA wurden serielle 20 μm Schnitte bei -20° in einem Kryomikrotom (Jung CM1800, Leica) angefertigt und direkt in 4 M Guanidiniumthiocyanat/ 1% ß-mercaptoethanol aufgelöst. Diese Probe wurde einer Ultrazentrifugation über einen CsCl-Gradienten unterworfen (Sambrook, 1989) . Ausgehend von 60 μg total-RNA aus dem Nierenzellkarzinom RCC6 und 350 μg total-RNA aus der autologen Normalniere N6 sowie eines weiteren Normalnierengewebes (N3) wurde RDA (Diatchenko et al., ; Hubank and Schatz, ) unter Verwendung des PCR-select™ kit (Clontech, Palo Alto) entsprechend dem Hersteller-Protokoll durchgeführt: dabei wurde RNA von RCC („tester") und normalem Nierengewebe („driver") für die Isolierung von poly-A(+)RNA mittels des PolyATtract Kit (Promega) entsprechend dem Hersteller-Protokoll verwendet. Nach der Synthese von doppelsträngiger cDNA mittels oligo-dT wurde diese mit .sal verdaut. Gleiche Teile von „tester-cDNA" wurden entweder mit den Adaptoren A oder B ligiert und anschließend getrennt mit einem Überschuß an „driver-cDNA" bei 65°C hybridsiert. Danach wurden die beiden Ansätze vereinigt und einer zweiten Hybridisierung mit frischer denaturierter „driver-cDNA" unterworfen. Die angereicherten „tester" -spezifischen cDNAs wurden anschließend durch PCR mit für die Adaptoren A bzw. B spezifischen Primern exponentiell amplifiziert . Für eine weitere Anreicherung wurde ein Aliquot dieser
Reaktion einer zweiten PCR mit spezifischen nach innen versetzten („nested") Primern unterworfen. Das aus
dieser Reaktion resultierende Produkt wurde in den pCRII-Vektor (Invitrogen) ligiert und anschließend in kompetente E . coli (OneShot™, Invitrogen) transfiziert. 1920 positive Transformanten (Blau-Weiß-Selektion) wurden in 96-Napf Blöcken in LB-Amp Medium für 24-48 h bei 37C kultiviert. 200 μl Aliquots der E. coli Suspensionen wurden für 10 Minuten auf 100 °C erhitzt. Nach kurzem Abzentrifugieren der Bakterienreste wurden 140 μl klarer Überstand (~1 μg Plasmid-DNA) in 60 μl 20xSSC aufgenommen und auf äquilibrierten
Nylonmembranen (Hybond-N, Amersham) entsprechend den Standardmethoden zur Herstellung von DNA-Dot-Blots immobilisiert (Sambrook, 1989) . Die verbleibenden Bakterienkulturen wurden als Gycerinstammkulturen bei -80°C gelagert.
Es wurde eine cDNA-Subtraktionsbibliothek aus 1920 Einzelklonen erhalten, die sowohl als E . coli Glycerin- Stammkulturen als auch als immobilisierte Plasmide auf DNA-Dot-Blots vorlagen.
Beispiel 2
Selektion von „Tumor-Testis"-Antigenen durch Hybridisierung der cDNA-Subtraktionsbibliothek mit einer Testis-spezifischen cDNA-Bibliothek
„Human Testis-Specific PCR-Select™ cDNA" (Clontech, Palo Alto) wurde entsprechend den Herstellerangaben mittels 11 Zyklen PCR amplifiziert . Aliquots wurden nach der „random priming" Methode (HiPrime Kit, Boehringer Mannheim) mit [α-32P]dCTP (NEN, Boston)
markiert und nach Standardvorschriften (Sambrook, 1989) unter stringenten Bedingungen (65°C) mit den unter Beispiel 1 beschrieben DNA-Dot-Blots hybridisiert. Klone, die mit der „Human Testis-Specific PCR-Select™ cDNA"hybridisieren, wurden mittels Standard- Autoradiografie (Xomat DR film, Kodak) visualisiert . Das Ergebnis von Beispiel 2 erlaubte die Auswahl von 150 Klonen, die vorwiegend im Nierenzellkarzinom RCC6 und in Testis transkribiert werden. Diese Klone sind Kandidaten für die Klasse der „Tumor-Testis" Antigene.
Beispiel 3
DNA-Sequenzierung und Annotation von „Tumor-Testis" Antigen-Kandidaten
Plasmid-DNA von 62 Klonen, die aufgrund der Beispiel 2 erhaltenen Ergebnisse ausgewählt worden waren, wurde entsprechend den Herstellerangaben (QIAgen) isoliert und nach der Sanger-Methode auf einem ABI-Prism Gerät sequenziert. Die so ermittelten Sequenzen wurden mittels der BioWorkBench-Software (GeneData, Basel) annotiert und Datenbankvergleichen (Genbank) unterzogen. Das erlaubte die Identifizierung von 33 bekannten und 29 unbekannten Genen. Für letztere existierten lediglich EST-Einträge . Bekannte Gene wurden nicht weiter behandelt. Für die 29 unbekannten Gene wurde eine Abschätzung des Expressionsprofils vorgenommen: dabei wurde für alle in Datenbanken ESTs mit > 95% Identität (BLAST) zur experimentell ermittelten Sequenz das Ausgangsgewebe für die entsprechende cDNA-Bibliothek überprüft. Es wurde eine
Unterteilung in i) kritische Normalgewebe, ii) foetale, „verzichtbare" und immunprivilegierte Gewebe und iii) Tumore und Zelllinien vorgenommen. Auf der Basis dieses „virtuellen mRNA-Profils"wurden 16 Klone, für die keine ESTs in der Gruppe i) gefunden wurden, für eine weitere experimentelle Analyse ausgewählt.
Beispiel 4
Transkriptionelle Analyse der Kandidaten-Klone in Nierenzellkarzinom und Normalniere
Zwischen 2 und 5 μg total-RNA aus Tumor- oder Normalgeweben wurden mittels Superscriptll (Gibco) oder AMV-RT (Promega) entsprechend den Herstellerempfehlungen revers transkribiert. Für jede individuelle RNA Probe wurde ein zweiter Ansatz ohne reverse Transkriptase als Kontrolle für Kontamination durch chromosomale DNA durchgeführt. Alternativ wurden Plasmid-cDNA-Bibliotheken aus humanem Herz, Leukozyten, Niere, Leber, Lunge und Testis (Gibco) verwendet. Qualität und Menge der cDNAs wurde durch PCR mit ß-Actin spezifischen Primern (SEQ ID NO: 29 und 30) nach 20, 25 und 30 Zyklen (40" 94°C, 45" 55°C, 1'30" 72°C, ab Zyklus 11 mit 30" 55° und einer Verlängerung um 3" 55° bei jedem weiteren Zyklus) überprüft. 9D7-CDNA wurde durch 30 Zyklen des selben Programms mit den 9D7-spezifischen Primern gemäß SEQ ID NO: 3 und 4 amplifiziert. Analog wurden die anderen 15 Kandidaten- Klone mit jeweils spezifischen Primern untersucht. Die PCR Produkte wurden mittels Agarose-Gel-Elektrophorese und Ethidiumbromid-Färbung nachgewiesen. Für 5 der 16
untersuchten Klone konnte mittels RT-PCR eine deutliche Überexpression im Nierenzellkarzinom RCC6 im Vergleich zum autologen Normalnierengewebe N6 gezeigt werden. Als zusätzliche Positivkontrolle wurde für alle Klone das Vorkommen in Testis-cDNA untersucht.
Beispiel 5
Quantitativer Vergleich der 9D7 mRNA-Expression zwischen Tumoren und Normalgeweben
Pools von 9 μg total-RNA aus je 3 Tumor- bzw.
Normalgeweben wurden nach einer Vorbehandlung mit DNase I (Boehringer Mannheim) und anschließender Phenolextraktion mittels oligo-dT und AMV-RT (Promega) revers transkribiert. Die Kopienzahl der 9D7-CDNA bzw. Glycerinaldehyd-3-phosphat-dehydrogenase-cDNA (GAPDH) als Referenz für Menge und Qualität der gesamt cDNA wurde mittels 5'-Nuclease PCR-Assay (TaqMan®PCR, PE Applied Biosystems) quantifiziert. Als Primer bzw. markierte TaqMan-Sonden für die cDNA-Quantifizierung dienten die Primer gemäß SEQ ID NO: 3 und 4 sowie SEQ ID NO: 31 (am 5 '-Ende mit 6-Carboxy-flourescein und am 3' -Ende mit 6-carboxy-tetramethyl-rhodamine markiert) bzw. für GAPDH die Primer gemäß SEQ ID NO: 25 und 26 und die Sonde gemäß SEQ ID NO: 32 (am 5 '-Ende mit Tetrachloro-6-carboxy-flourescein und am 3' -Ende mit 6-Carboxy-tetramethyl-rhodamin markiert) . Die PCR (40 Zyklen {15" 95°C, 1' 60°C} für 9D7 bzw. 40 Zyklen {15" 95°C, 1' 66°C} für GAPDH) und die on-line Fluoreszenzmessung erfolgten mit einem ABI PRIΞM 7700 Sequence Detection System (PE Applied Biosystems) .
Beispiel 5 zeigt, daß 9D7 in Pools von Nierenzellkarzinomen und Lungenkarzinomen (SCC) rund 1,5 bis 6,5 mal stärker als GAPDH transkribiert wird. In anderen Tumortypen schwankt die Transkriptionsrate zwischen dem 0, 25-0, 6-fachen Wert von GAPDH.
Normalleber und Testis zeigt einen Wert von etwa 10% der GAPDH-Transkription, während die anderen untersuchten Normalgewebe praktisch keine Transkription von 9D7 zeigen (Tab. 1) .
Beispiel 6
Expressionsprofil von 9D7 in Tumor- und Normalgeweben
Einer der 15 Kandidaten (Bezeichnung: 9D7) zeigte mittels RT-PCR starke Transkription in allen getesteten Nierenzellkarzinomen und mehreren anderen Tumortypen. In den meisten Normalgeweben konnte hingegen keine Transkription festgestellt werden. Fig. 1 zeigt einen Vergleich zwischen vier Normalnieren (Nl, 2, 4, 5) und vier Nierenzellkarzinomen (RCC1, 2, 3, 6) ; außerdem wurden in diesem Versuch cDNA aus Herzmuskel (he) ,
Leukozyten (leu) , Niere (ki) , Leber (li) , Lunge (lu) und Testis (tes) getestet sowie eine Kontrolle mit ß- Actin Primern durchgeführt. Diese Ergebnisse wurden in unabhängigen Experimenten mit drei verschiedenen Primerpaaren bestätigt (SEQ ID NO: 3 und 4, SEQ ID NO: 5 und 10 sowie SEQ ID NO: 11 und 15). Für die Northern Blot Analyse wurden Human Multiple Tissue Northern blots (Clontech, Palo Alto) mit dem [α-32P]dCTP (NEN, Boston) markierten 170 bp 9D7 PCR Produkt bei 65° für 16 h hybridisiert. Die Visualisierung erfolgte durch
Standard-Autoradiografie (Xomat AR film, Kodak) . Fig. 2 zeigt das Ergebnis dieser Analyse: von 16 Normalgeweben (1: Leukozyten, 2: Kolon, 3: Dünndarm, 4: Ovarien, 5: Testes, 6: Prostata, 7: Thymus, 8: Milz, 9: Pankreas, 10: Niere, 11: Skelettmuskel, 12: Leber, 13: Lunge, 14: Plazenta, 15: Gehirn, 16: Herzmuskel) zeigte sich lediglich in Herzmuskel ein Transkript von ~2,2 kb Größe. Die geringe Intensität des Signals läßt jedoch eine immunologisch relevante Expression als unwahrscheinlich erscheinen.
Das Ergebnis aller Versuche bezüglich des mRNA-Profils von 9D7 (kompiliert aus RT-PCR, quantitative RT-PCR und Northern Blot Analyse) ist in Tab. 2 zusammengefaßt. Beispiel 6 zeigt, daß 9D7 in einem hohen Prozentsatz von Tumoren verschiedener Indikationen stark transkribiert wird, während in allen untersuchten Normalgeweben keine oder nur schwache Transkription gefunden wurde.
Beispiel 7
in si tu Hybridisierung einer 9D7-spezifischen RNA-Sonde mit Nierenzellkarzinom- und Normalnierengewebe
Ein 280 bp Notl Fragment mit 220 bp Sequenzinformation von 9D7 wurde in pBluescript subkloniert und anschließend für die Transformation kompetenter E . coli
DH5-α verwendet. Die Synthese der RNA-Sonden erfolgte durch in vi tro Transkription mit T3- bzw. T7-RNA Polymerase (sense: Sac I, T3; antisense: BamH I, T7) unter Zusatz von Digoxigenin-UTP entsprechend den
Herstellerempfehlungen (DIG RNA Labeling kit, Boehringer Mannheim) . Nach Reinigung der Transkripte (Sephadex G50 quick spin columns, Boehringer Mannheim) wurde die Markierungseffizienz mittels Dot-Blot bestimmt. Die in situ Hybridisierung wurde nach
Standardverfahren durchgeführt (Boehringer Mannheim, Nonradioactive In Situ Hybridzation Application Manual, 1996) : dabei wurden 5 μm Gefrierschnitte nach Paraformaldehydfixierung, Acetylierung und De- bzw. Re-hydratisierung denaturiert und über Nacht bei 52 °C in einer feuchten Kammer hybridisiert. Nach den üblichen Waschschritten wurden unspezifische Proteinbindungsstellen 15 Min. mit 10% FCS und 3% Ziegenserum (DAKO) abgesättigt. Die Visualisierung der an 9D7-mRNA hybridisierten Sonde erfolgte durch
Inkubation mit einem α-DIG-AP Konjugat nebst NBT/BCIP (Boehringer Mannheim) Entwicklung bei 4°C im Dunkeln.
Fig. 3 zeigt das Ergebnis einer in si tu Hybridisierung von Nierenzellkarzinom- bzw. Normalnierengewebe mit einer 9D7-spezifischen Digoxigenin-UTP markierten
RNA-Sonde („antisense" ) : das Tumorgewebe zeigt starke und homogeneFärbung, während das Normalgewebe nicht reagiert; die Spezifität der Färbung ist durch die Negativkontrolle („sense") gezeigt.
Beispiel 7 zeigt, daß 9D7 in Tumorzellen von
Nierenzellkarzinomgeweben, nicht aber in irgendeinem Zelltyp aus Normalnierengewebe transkribiert wird und bestätigt damit die in den Beispielen 4-6 beschriebenen Ergebnisse .
Beispiel 8
Nachweis der Proteinexpression von 9D7 im Nierenzellkarzinom
Zum Nachweis der Proteinexpression von 9D7 wurden 9D7- spezifische Antikörper in Kaninchen generiert. Zum Immunisieren wurde das Peptid 9D7-3aa der Sequenz: DAEERAEAKKKFRNLTRKTES (SEQ ID NO: 59) verwendet, das erhaltene Serum wurde mittels Peptid 9D7-3aa äffinitätsgereinigt . Zur Überprüfung der spezifischen Reaktivität des Serums 9D7-3aa wurde der gesamte
Leserahmen von 9D7 als GFP-Fusionsprotein transient in COS-Zellen exprimiert und die transfizierten Zellen im Western-Blot mit dem Serum 9D7-3aa getestet. Dabei zeigte sich, daß das Serum deutlich mit dem eukaryont exprimierten 9D7 Fusionsprotein reagiert. In weiterer Folge wurden 18 verschiedene Nierenzellkarzinome immunhistochemisch mit dem Serum 9D7-3aa auf 9D7 Expression hin analysiert. Dabei zeigte sich in 15 Fällen eine Expression von 9D7 in Tumorzellen, während im Tumorstroma keine Expression von 9D7 nachweisbar war. Beispiele sind in Abb. 4 zu sehen.
Beispiel 9
Klonierung von 9D7
Klon 9D7 besitzt zwischen den durch die RDA eingeführten Adaptoren ein 221 bp langes Insert eines unbekannten humanen Gens. Datenbankvergleiche zeigten
eine Homologie von 9D7 zu Ratten-SM20, wobei 69 bp der C-terminalen kodierenden Region (entsprechend 23 Aminosäuren) , das Stopcodon und 149 bp der 3 '-untranslatierten Region von SM20 den 221 bp von 9D7 in „antisense" -Orientierung entsprechen. Die
23 /Aminosäuren zeigen lediglich 2 Austäusche zwischen Ratten- und Humansequenz. SM20 wurde als ein durch Wachstumsfaktoren induziertes "immedia te early gene" und spezifischer Marker für Zellen der glatten Aorta- Muskulatur beschrieben (Wax et al . , ; Wax et al., ).
Zur vollständigen Klonierung der humanen Sequenz wurde wie folgt vorgegangen: eine UniGene Analyse (National Center for Biotechnology Information) ergab folgende zu 9D7 homologe ESTs: AA234127, AA233899, AA917421, AA878927. Total-RNA aus den Tumorzellinien 786-0 (ATCC# CRL-1932) oder A549 (ATCC# CCL 185) wurde mittels TRIzol (Gibco) isoliert und mit Superscript II MMLV-RT (Gibco) und einem Adaptor-oligo-dT-Primer (SEQ ID NO: 27) entsprechend den Herstellerangaben revers transkribiert. PCR-Amplifikation dieser cDNA mit den Primern gemäß SEQ ID NO: 5, 6, 7 und 10 ergaben mit den ursprünglichen Primern (SEQ ID NO: 3 und 4) sowie untereinander die nach den homologen Sequenzen erwarteten Fragmente. Das längstes Fragment von 804 bp wurde durch Kombination der Primer gemäß SEQ ID NO: 10 und 5 gewonnen. Die Primer der Sequenz SEQ ID NO: 8 und 9 liegen in einem Sequenzbereich der EST-AA234127, die keine Homologie zu SM-20 aufweisen und ergaben folgerichtig mit keinem der anderen Primer ein Amplifikationsprodukt.
Klonierung des 3 '-Endes; 10 μg total-RNA aus der Nierenzellkarzinom-Zelllinie 786-0 wurden revers
transkribiert, und ein Aliquot dieser cDNA wurde einer PCR unterzogen, deren Programm mit hohen Annealingtemperaturen beginnt, sodaß nur der genspezifische Primer an die cDNA bindet (Trn~93°C, SEQ ID NO:22), während der zweite Primer (Tm~53°C, SEQ ID NO: 28) erst bei niedrigerer Temperatur an die neu synthetisierte DNA-Vorlage bindet. Diese sog. "touch-down PCR" (Mastercycler Gradient, Eppendorf) wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: 20 Zyklen {15" 95°C, 30" 80°C (reduziert um 1°C je Zyklus), 2' 72°C} sowie 20 Zyklen {15" 95°C, 30" 50°C, 2' 72°C}.
Klonierung des 5 '-Endes: 1 μg total-RNA aus der Nierenzellkarzinom-Zelllinie 786-0 wurde nach einem modifizierten SMART™ Protokoll (SMART™ PCR cDNA
Synthesis Kit, Clontech) unter Verwendung der Primer SEQ ID NO: 4 und Smart-II (SEQ ID NO: 23) revers transkribiert: dabei wurde die cDNA mit dem 9d7-spezifischen Primer gemäß SEQ ID NO: 4 und unter Zusatz von RNasin (Promega) synthetisiert. Der
9D7-spezifische Primer gemäß SEQ ID NO: 11 wurde in einer Endkonzentration von 0,4 μM eingesetzt, der SMART-PCR Primer (SEQ ID NO: 24) mit 0,1 μM . Die PCR-Amplifikation erfolgte mit 40 Zyklen zu je (15" 95°C, 30" 65°C, 2' 72°C).
Aliquots der PCR-Ansätze wurden direkt in den pCR2.1-Vektor (Invitrogen) ligiert und anschließend in kompetente E. coli (OneShot™, Invitrogen) transformiert. Positive Klone wurden nach Blau-Weiß- Selektion sequenziert. Die Sequenzierung ergab 50 zusätzliche Nukleotide, die mit EST-AA878927
übereinstimmten, zum bis dahin bestätigten 3 '-Ende und 870 zusätzliche Nukleotide zum bis dahin bestätigten 5 '-Ende. PCR Amplifikation von cDNA aus Tumorzelllinien (786-0, A549) sowie Gewebsbiopsien von Nierenzellkarzinomen mit den Primern gemäß SEQ ID NO: 14 bis 21 ergaben mit den ursprünglichen Primern sowie untereinander die nach der Klonierung erwarteten Fragmente. Die Identität aller PCR Produkte wurde durch Sequenzierung verifiziert. Bei der Sequenzierung wurden mehrere Klone mit bzw. ohne ein Exon von 282 bp
(Pos. 399-680) identifiziert. Das Vorhandensein beider Spleißvarianten wurde mittels RT-PCR mit den Primern gemäß SEQ ID NO: 11 und 15 bzw. 13 in mehreren Tumorproben (Nierenzellkarzinom, Lungenkarzinom/SCC, Kolonkarzinom/AC) nachgewiesen.
Beispiel 10
Potentielle MHC-Bindungspeptide in der kodierenden Region von 9D7
Potentielle Peptid-Epitope innerhalb der kodierenden Region von 9D7 gemäß SEQ ID NO: 2 wurden mittels den von Parker et.al., 1994 beschriebenen Algorithmen unter Zugrundelegung bekannter Motive (Rammensee et al. 1995) durchgeführt. Für die wichtigsten HLA-Typen, insbesondere für HLA-Al, -A*0201, -A3, -B7, -B14 und - B*4403, wurden Kandidaten-Peptide identifiziert, von denen zu erwarten ist, daß sie an die entsprechenden HLA-Moleküle binden und daher immunogene CTL-Epitope darstelle; die ermittelten Peptide sind in Tabelle 3 aufgelistet. Durch analoges Vorgehen können weitere
potentielle Peptid-Epitope für andere HLA-Typen ermittelt werden.
Tabelle 1:
Transkription von 9D7 in Tumor- und Normalgeweben relativ zu GAPDH
Tumorgewebe 9D7 / Normalgewebe 9D7 / GAPDH GAPDH
Kolonkarzinom 0.48 Kolon 0.02
Lungenkarzinom 6.54 Lunge 0.04 (SCC)
Lungenkarzinom 0.26 Milz 0.03 (AC)
Hodgkin's 0.35 Skelett= 0.03 Lymphom muskel
Mammakarzinom 0.63 Leber 0.10
Nierenzell= 1.55 Testis 0.08 karzinom
Tabelle 2: mRNA-Expressionsprofil von 9D7
Normal= mRNA Tumor mRNA Häufig= gewebe keit
Niere Nierenzell= ++++ 4/4 karzinom
Lunge Lungen= +++ 2/3 karzinom/SCC
Lungen= ++ 3/3 karzinom/AC
Kolon Kolonkarzinom 3/3
Mammakarzinom ++ 2/3
Hodgkin's Lymphom
Pankreas
Magen
Leber
Dünndarm
Skelett= muskel
Herzmuskel :+)
Milz
Thymus
Leukozyten
Plazenta
Ovarien
Testes
Prostata
Gehirn
Tabelle 3
Immunogene 9D7-Peptid- Kandidaten
205 Arg Tyr Ala Met Thr Val A24, Cw*0401 Trp Tyr Phe
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Claims
1. Tumorassoziiertes Antigen der Bezeichnung 9D7, dadurch gekennzeichnet, daß es die in SEQ ID NO: 2 definierte Aminosäuresequenz aufweist.
2. Polypeptid, dadurch gekennzeichnet, daß es die in SEQ ID NO: 2 definierte Sequenz als Teilsequenz enthält .
3. Immunogenes Proteinfragment oder Peptid, dadurch gekennzeichnet, daß es von dem in Anspruch 1 definierten tumorassoziierten Antigen abgeleitet ist.
4. Immunogenes (Poly) peptid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das eine humorale Immunantwort auslöst.
5. Immunogenes (Poly) peptid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das bzw. dessen Abbauprodukte durch MHC-Moleküle präsentiert werden und eine zelluläre Immunantwort auslösen.
6. Immunogenes Peptid nach Anspruch 5, ausgewählt aus der Gruppe von Peptiden gemäß SEQ ID NO: 34 bis 58.
7. Immunogenes (Poly) peptid nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Immuntherapie von
Krebserkrankungen in vivo oder ex vivo, wobei das (Poly) peptid eine Immunantwort gegen TumorZeilen des Patienten induziert, die 9D7 exprimieren.
8. Pharmazeutische Zusammensetzung für die parenterale, topische, orale oder lokale Verabreichung, dadurch gekennzeichnet, daß sie als wirksame Komponente ein oder mehrere immunogene (Poly) peptide nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält .
9. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie verschiedene, von 9D7 abgeleitete immunogene Peptide enthält.
10. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein oder mehrere von 9D7 abgleitete Peptide in Mischung mit von anderen tumorassoziierten Antigenen abgeleiteten Peptiden enthält.
11. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 9 oder 10, daß die Peptide an mindestens zwei verschiedene HLA-Typen binden.
12. Isoliertes DNA-Molekül, kodierend für ein Protein mit den immunogenen Eigenschaften des in Anspruch 1 definierten tumorassoziierten Antigens oder für Fragmente davon.
13. DNA-Molekül nach Anspruch 12, kodierend für ein immunogenes Polypeptid der Bezeichung 9D7 mit der in SEQ ID NO: 2 dargestellten Aminosäuresequenz bzw. für davon abgeleitete Proteinfragmente oder Peptide.
14. DNA-Molekül nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Polynukleotid mit der in SEQ ID NO:l dargestellten Sequenz ist oder dieses enthält oder daß es ein Polynukleotid ist oder dieses enthält, das mit einem Polynukleotid der in SEQ ID NO:l dargestellten Sequenz unter stringenten Bedingungen hybridisiert.
15. Rekombinantes DNA-Molekül, enthaltend ein DNA- Molekül gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14.
16. DNA-Molekül nach einem der Ansprüche 12 bis 15, für die Immuntherapie von Krebserkrankungen, wobei das von dem DNA-Molekül exprimierte 9D7- (Poly) peptid eine Immunantwort gegen Tumorzellen des Patienten induziert, die 9D7 exprimieren.
17. Verwendung von Zellen, die das in Anspruch 1 oder 2 definierte tumorassozierte Antigen exprimieren, für die Herstellung einer Krebsvakzine.
18. Antikörper gegen ein in einem der Anspüche 1 bis 6 definiertes (Poly) peptid.
19. Antikörper nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß er monoklonal ist.
20. Antikörper nach Anspruch 18 oder 19 für die
Therapie und Diagnose von Krebserkrankungen, die mit der Expression von 9D7 assoziiert sind.
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