EP1774008A2 - Inducible gene expression - Google Patents

Inducible gene expression

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Publication number
EP1774008A2
EP1774008A2 EP05768069A EP05768069A EP1774008A2 EP 1774008 A2 EP1774008 A2 EP 1774008A2 EP 05768069 A EP05768069 A EP 05768069A EP 05768069 A EP05768069 A EP 05768069A EP 1774008 A2 EP1774008 A2 EP 1774008A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nucleic acid
protein
acid sequence
sequence
target nucleic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05768069A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Notka
Ralf Wagner
Diana Hammer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thermo Fisher Scientific Geneart GmbH
Original Assignee
Geneart AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Geneart AG filed Critical Geneart AG
Publication of EP1774008A2 publication Critical patent/EP1774008A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/005Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from viruses
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P31/00Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
    • A61P31/12Antivirals
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P31/00Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
    • A61P31/12Antivirals
    • A61P31/14Antivirals for RNA viruses
    • A61P31/18Antivirals for RNA viruses for HIV
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K48/00Medicinal preparations containing genetic material which is inserted into cells of the living body to treat genetic diseases; Gene therapy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2740/00Reverse transcribing RNA viruses
    • C12N2740/00011Details
    • C12N2740/10011Retroviridae
    • C12N2740/16011Human Immunodeficiency Virus, HIV
    • C12N2740/16311Human Immunodeficiency Virus, HIV concerning HIV regulatory proteins
    • C12N2740/16322New viral proteins or individual genes, new structural or functional aspects of known viral proteins or genes

Definitions

  • the present invention relates to a method for inducible gene expression in which a target nucleic acid sequence to be expressed is modified at the nucleic acid level such that an increase in expression is achieved, and the nucleic acid sequence modified in this way is expressed under the control of an inducible transcription control sequence.
  • viruses rely on active export of their incompletely spliced transcripts from the nucleus of the infected host cell. This can be done either by using a cis-RNA signal within the viral transcripts (constitutive transport elements) or by using viral proteins.
  • Cis-active transport elements are used, for example, by MPMV-CTE (Mason-Pfizer Monkey Virus Constituent Transport Element), SRV-CTE (Simian Retrovirus Constituent Transport Element), Hepatitis B Virus PRE (Post-Transcriptional Regulatory Element) and HSV (Herpes Simplex Virus) (used within the TK (thymidine kinase) gene). These RNA elements recruit cellular factors and export pathways to allow for the nuclear export of viral transcripts.
  • MPMV-CTE Melat-Pfizer Monkey Virus Constituent Transport Element
  • SRV-CTE Syimian Retrovirus Constituent Transport Element
  • Hepatitis B Virus PRE Post-Transcriptional Regulatory Element
  • HSV Herpes Simplex Virus
  • nuclear export may also be mediated via an export factor that specifically binds to a target sequence within the viral transcripts and transports them into the cytoplasm in association with cellular factors.
  • Ad-5 adenovirus 5 transcripts using the 34K and E4orf6 proteins
  • EBV Epstein-Barr virus
  • herpesvirus Saimiri transcripts using the ORF57 gene product HSV transcripts using the ICP 27 protein
  • HTLV-I and II human T-cell Leukemia Virus I and II
  • Rex proteins EIAV (Equine Infectious Anaemia Virus), SIV (simian immunodeficiency virus), and HIV-1 and HIV-2 (human immunodeficiency virus 1 and 2) transcripts using the Rev proteins.
  • HIV-1 Rev-mediated nuclear export is later HIV-1 transcripts. Like all lentiviruses, HIV-1 relies on activating multiple genes from only one proviral template and expressing them in a timed sequence. By alternative splicing events as well as further regulatory mechanisms taking place on RNA level different genes from only one ⁇ 9 kb primary transcript are generated. These viral transcripts can be divided into 3 classes due to their size: ⁇ 9 kb unspliced (gag, pol), ⁇ 4 kb single spliced (env, vif, vpr, vpu) and ⁇ 2 kb multiply spliced ⁇ rev, tat, nef) RNAs.
  • the single and unspliced transcripts can never be detected in the cytoplasm.
  • the un- and simply spliced transcripts then accumulate in the nucleus, and the late structural proteins (Gag, Env) and enzymes (Pol) they are able to translate can not be formed.
  • the viral Rev protein is thus essentially involved in the time-regulated expression of the viral genes.
  • HIV-1 Rev as well as the RNA transport molecules listed above Shuttle proteins that transport viral RNAs from the nucleus into the cytoplasm through interaction with an RNA target located within viral transcripts.
  • HIV-1 Rev specifically binds to its RNA target RRE, the "rev-responsive element".
  • This 351 nucleotide (nt) long region is located within the Env reading frame and thus part of all un-spliced and single-spliced transcripts.
  • RNP ribonucleoprotein
  • a cellular transcript can not leave the cell nucleus until the splicing process is complete, or all active splice sites have been removed from the primary transcript.
  • the late viral transcripts are intron-containing, incompletely spliced pre-mRNAs that are transported into the cytoplasm using Rev and RRE. Therefore, the influence of the cellular splicing machinery on the nuclear retention of late transcripts was studied early on (Mikaelian et al., 1996) (Kjems et al., 1991; Kjems et al., 1993; Chang et al., 1989; Powell et al. , Lu et al., 1990; O'Reilly et al., 1995).
  • HIV wild-type RNA relies on an alternative export pathway, characterized by the Crm1 protein, dependent on the HIV shuttle protein Rev, the synthetic mRNA is constitutively transported into the cytoplasm on the regular nuclear export pathway for cellular mRNAs. This constitutive expression of HIV proteins opens new avenues for HIV therapy at the genetic level.
  • anti-HIV genes in cells can be efficiently utilized for intracellular inhibition of HIV replication (Bunnell et al., 1998).
  • a whole range of HIV gene therapy strategies have been developed, ranging from antisense constructs and RNA decoys via specific RNA-degrading ribozymes and RNA interference to transdominant-negative HIV-derived proteins. Beside these Intracellular inhibitors that specifically interfere with HIV replication may also prevent the re-infection of cells or the spread of progeny viruses as part of gene therapy.
  • Various approaches are concerned with the expression of secretable anti-HIV proteins, immunostimulating or unspecific antiviral factors, and not least with the expression of cytotoxic factors after infection (for review, see Mautino et al., 2002).
  • viral replication can be accomplished by preventing virus release in a very specific manner, using HIV-derived protein derivatives.
  • Deletions in the gag mediate a transdominant negative (TDN) effect on the neoplasm and release of progeny viruses (Poblotzki et al., 1993, Trono et al., 1989, Smythe et al., 1994, Furuta et al., 1997). These deletions are located in p17MA, in the transition region of p17MA / p24CA and in the C-terminal domain of p24CA. The exact mechanism of action of the transdominant-negative effect has not been elucidated.
  • Tat, Rev, and Tat / Rev-dependent expression were studied, and in part the inhibition of HIV proliferation in vitro was described (Caruso et al., 1992, Harrison et al., 1992, Liu et al. , 1994).
  • thymidine kinase (Marcello et al., 1998) and interferon ⁇ 2 (Ragheb et al., 1999) could be increased by a factor of 5 and 4, respectively, and by a factor of 3.3 and ⁇ 2, respectively, by Rev .
  • HIV-1 TDN Gag derivatives For HIV-1 TDN Gag derivatives, a marked Rev-mediated induction of protein synthesis (with low basal activity) was shown, which was associated with a substantial inhibition of HIV replication (up to 94%) (Smythe et al., 1994; Furuta et al., 1997).
  • Tat- and Rev-dependent expression of TDN Gag For the combination of Tat- and Rev-dependent expression of TDN Gag, a significantly increased protein synthesis could also be achieved by cotransfection of tat and rev expression plasmids (Ding et al., 2002, Cara et al., 1998).
  • Rev influences the export of RNA from the nucleus and is only associated with the corresponding cis-active Retention sequences (INS, see above) and a cis-standing recognition sequence (RRE) functional.
  • Isolated gag genes which are reduced in size (and thus also in size), are efficiently transcribed under a correspondingly active promoter (eg CMV) and it seems likely that some of the RNA will enter the cytoplasm without the assistance of the Rev and is translated.
  • the length of the LTR used can also have an influence on the regulation. Thus, with a minimal LTR, a complete shutdown of transcription was detected in the absence of Tat (Miyake et al., 2001), thus a "dense" inducible promoter described.
  • the LTR / Tat system appears to be the more consistent switch module. Also because an induction by Rev is followed by action, which can lead to an initial virus multiplication, just before the inhibition can take effect through the transgene. Inter alia, the observed incomplete inhibition of replication after Rev induction is explained (Smythe et al., 1994).
  • TDN transdominant negative
  • TDN derivatives used so far are derived from the HIV-1 wild-type genome, thus contain INS motifs and are therefore dependent on a Rev-mediated nuclear export. As described above, therefore, the actual inhibitory effect is only with the presence of REV in the nucleus, whereby the first HIV transcripts unhindered enter the cytoplasm and can complete the replication. Therefore, it is not surprising that a combination of both regulatory systems leads to a very inefficient inhibition of HIV replication (Cara et al.,
  • transgene a gene to be expressed in a target nucleic acid sequence to be expressed
  • Inducible gene expression is e.g. is essential in the use of toxic gene products and has significant advantages over other constitutive expression in other therapeutically useful genes:
  • An uninfected cell is not stressed in its physiological performance by a high expression of additional factors under stress.
  • Non-specific or unforeseeable interactions of the gene products could lead to physiological modifications, such as activation, proliferation or the like, also in neighboring cells, in tissues or in the whole organism.
  • HIV-derived proteins are recognized by immune cells in the environment of HIV infection and the corresponding protein-expressing cells are eliminated.
  • a transcriptional control sequence is a nucleic acid sequence that enables expression of a nucleic acid sequence operatively associated therewith, particularly a gene. It may be a promoter, in addition, the transcriptional control sequence may also include other elements, such as enhancers and the like.
  • the inducible transcriptional control sequence is an inducible promoter.
  • any inducible promoter system is suitable, which in the state the technique is known.
  • a natural or artificial inducible promoter can be used, for example, a tetracycline-inducible promoter (Tet on / Tet off system).
  • an inducible viral promoter can also be used.
  • the transcriptional control sequence is induced by a transactive factor.
  • the transactive factor is a factor that acts in trans and has an impact on transcription. This is preferably a transcription factor. Most preferably, the transactive factor is a viral transactivating factor.
  • the inducible transcriptional control sequence is inducible by a viral transactive factor.
  • Transcriptional control sequence inducible by a viral transactive factor can be derived from any virus.
  • sequences of retroviruses HCV (hepatitis C
  • HBV hepatitis B virus
  • HSV herpes simplex virus
  • EBV Epstein-Barr virus
  • SV40 simian virus 40
  • AAV adeno-associated virus
  • transactive factors used herein are accordingly, e.g. selected from, but not limited to, the following viral factors: NS5A
  • HCV HCV
  • HBX HBV
  • VP16 / ICP4 EBV
  • EBNA1 / Rta EBV
  • ART HHV8
  • Large T antigen SV40
  • Rep78 / 68 AAV
  • E1A adenovirus
  • a retroviral LTR promoter or a functional subsequence thereof is preferably used as an inducible transcription control sequence inducible by a viral transactive factor.
  • the transactive factor is a retroviral Tat or Tax protein.
  • the LTR promoter may be selected from the LTRs of HIV-1, HIV-2, SIV 1 HTLV and other related retroviruses, the LTR promoters exhibit. In particular, antiviral promoters are preferred, especially those of HIV.
  • a transactive factor in the sense of the present invention is thus a factor which exerts an influence on the transcription in trans, preferably in that the transactive factor interacts with the inducible transcriptional control sequence.
  • An example of such a transactive factor is thus the Tat protein already mentioned above.
  • the target nucleic acid sequence to be expressed is modified. This is done at the nucleic acid level and preferably so that the corresponding amino acid sequence is not or substantially not changed. If the amino acid sequence is changed in the modification of the nucleic acid sequence to increase gene expression, this should have no influence on the function of the resulting protein.
  • the modification of the target nucleic acid sequence to increase gene expression can be performed in a number of ways.
  • the codon usage of the transgene is preferably adapted to the codon usage of mammalian cells, more preferably that of human cells.
  • Modified target nucleic acid sequences suitable for gene therapy can be generated, for example, by choosing the codon distribution as occurs in exported cellular mRNA.
  • a codon choice should be used here, as in most or secondarily mammalian cells More preferably, codon selection is adapted to that of actively expressed mammalian genes. (Ausubel et al., 1994).
  • the nucleic acid sequence is modified using Gene Optimizer technology (German patent application DE 102 60 805.9, PCT / EP03 / 14850) for optimal expression in mammals.
  • the codon choice it is also possible to optimize the GC content.
  • this is achieved by adjusting the GC content of the transgene as accurately as possible to the GC content of the expression system used.
  • the degeneration of the genetic code is utilized, so that the change of the nucleic acid sequence for the purpose of increasing the GC content does not lead to a change in the amino acid sequence.
  • the optimal percentage of G and C nucleotides in a sequence to be expressed depends on the particular organism or cells in which the sequence is to be expressed. For example, the optimal GC content of nucleic acids in mammalian cells is about 50%.
  • the optimization of the GC content or the adaptation of the codon usage is preferably carried out by silent mutations or by mutations which do not influence the activity of the protein encoded by the transgene.
  • the codon usage need not necessarily be adjusted if the GC content of said gene is already over 50%.
  • Genes with wild-type codon usage can be made from long oligonucleotides by stepwise PCR, as indicated in the example.
  • Another way to modify the target nucleic acid sequence to be expressed for the purpose of enhancing expression is to either deliberately eliminate motifs that adversely affect transcription rather than the above or in addition thereto. This includes, for example, the deletion of nucleic acid motifs such as poly-A sequences and the like, which may already be known to the person skilled in the art.
  • Other such negative expression influencing motifs include RNA instability motifs, adenine-rich motifs, recognition motifs for endonucleases, motifs that influence RNA secondary structure, and the like.
  • the target nucleic acid sequence to be expressed preferably encodes a therapeutic and / or diagnostic protein.
  • a therapeutic and / or diagnostic protein may be selected from toxic gene products, suicide factors, apoptosis-inducing proteins, messengers, transactivators, regulatory proteins, transdominant-negative proteins, cytokines, chemokines, etc.
  • Specific examples are interferon ⁇ , SDF-I RANTES 1 MIP1 ⁇ , TNF, and interleukins especially the interleukins 2, 6, 10, 12, 15 and 28.
  • the target nucleic acid sequence to be expressed encodes a gene which, when activated by the LTR / Tat system, eg after activation by HIV infection, produces proteins which are suitable to induce the natural defense mechanisms of neighboring cells or to prevent infection by HIV by binding to the corresponding receptors.
  • these are in particular the receptors CD4, CCR5 or CXCR4.
  • enzymes such as thymidine kinase, cytosine deaminase, purine nucleoside phosphorylase, carboxypeptidase, carboxylesterase, nitroreductase, peroxidase, xanthine-guanine phosphoribosyltransferase, glycosidase, thymidine phosphorylase and the like.
  • the method is particularly suitable for the expression of toxic gene products, eg thymidine kinase from herpesviruses, nucleases or apoptosis-inducing proteins (eg FAS / FAS ligand, caspases etc.).
  • TNF-related apoptosis-inducing ligand TRAIL
  • PLC protein kinase C
  • TNF tumor necrosis factor
  • AIF apoptosis-inducing factor
  • the transgene may be a regulator gene which, after its induced expression in a cell as a molecular switch molecule, switches the expression of other genes on or off.
  • a regulatory gene for example, a gene coding for a transcription factor can be used.
  • these applications are not limited to the infection with HIV, the skilled person is able to use appropriate systems for other infections.
  • the transgene is a viral gene.
  • the target nucleic acid sequence to be expressed may also be a gene for a transdominant-negative (TDN) protein.
  • TDN transdominant-negative
  • this is a viral TDN protein, preferably a retroviral, most preferably a lentiviral.
  • lentiviral TDN proteins are suitable here, for example derivatives of Pr55 9a9 , Gp41, Gp120, Rev, protease, integrase, reverse transcriptase, Nef, Vpr, Vpv or any other lentivirus protein which is suitable for the replication cycle of lentiviruses, in particular HIV interruption or to prevent the release / detachment of virus particles.
  • HIV-1 gag (group-specific antigen) becomes transgenic the codon choice being adapted to the choice of codons as found in human genes.
  • gag gene containing further deletions. This can increase the TDN effect.
  • further deletions in the p24 region or one or more assembly domains.
  • the amino acid sequence of the gag gene product was transformed into a synthetic gag-encoding reading frame using the
  • Reading frame was then constructed using long oligonucleotides and a stepwise PCR as a fully synthetic reading frame.
  • the syngag reading frame was cloned into an expression vector.
  • the syngag vector produced proved to be completely independent of the presence of the Rev protein, an RRE sequence, a 5 ' untranslated region (UTR), or the expression of the HIV gag
  • HIV-1 wild-type gene (wtgag) was found to be dependent on Rev, RRE and the 5 ' UTR including splice donor
  • the invention therefore preferably relates to a method for the expression of transdominant negative (TDN) lentivirus proteins in eukaryotic cells, comprising:
  • the inducibility of expression is limited to the presence of Tat, thus avoiding the need for the HIV RRE / Rev in the transfer construct, and ii) ensuring the Rev independence of the transcript by appropriate codon selection for the transfer construct ,
  • the transcriptional control sequence is preferably positioned to the transgene analogously to the natural occurrence.
  • the induction of the promoter is carried out by a lentiviral Tat protein, preferably by the HIV Tat protein, which acts as a trans-active factor.
  • a trans-acting factor means both a single protein and a protein complex.
  • RNA stability-influencing motifs The stabilization of the RNA and the improvement of the Kemexport properties as well as the independence of protein production from an RRE / Rev interaction (in the case of HIV-derived proteins) can be achieved, for example, by a corresponding codon selection, taking into account RNA stability-influencing motifs.
  • nucleic acid vector comprising:
  • a transcriptional control sequence inducible by a transactive factor, preferably by a viral transactivator, in operative association with the expression to be expressed
  • Target nucleic acid sequence wherein the sequence according to (a) is modified at the nucleic acid level so that an increase in expression is achieved.
  • a nucleic acid vector in this context is understood as meaning a nucleic acid construct which is suitable for expression of a target nucleic acid sequence contained therein in a suitable expression system, e.g. a cell, an organism or an in vitro system, and comprising at least one target nucleic acid sequence to be expressed and an inducible transcriptional control sequence operably linked thereto.
  • a suitable expression system e.g. a cell, an organism or an in vitro system
  • Such a vector may contain other coding sequences, e.g. Selection marker genes and the like.
  • the person skilled in the art is able to use the target nucleic acid sequence to be expressed in conjunction with its transcription control sequence in a suitable commercially available plasmid vector or the like or else a self-engineered one.
  • the target nucleic acid sequence to be expressed and the inducible transcription control sequence can also be selected here as described above.
  • the modification of the sequence can also be carried out as explained above.
  • a preferred embodiment relates to vectors that can be used in HIV gene therapy and are characterized in that they encode a therapeutic gene that is expressed after infection of the cell with HIV.
  • the transcription of corresponding genes is controlled by the HIV-specific LTR ("long terminal repeat") region and takes place only in the presence of the HIV Tat protein, whereby synthetic, adapted to the expression in human cells reading frame for the therapeutic Genes may be used to enhance gene expression, particularly RNA stability and RNA nuclear export, which may be directed against different steps in the HIV replication cycle and intervene with cell infection, replication of HIV, or propagation of progeny viruses.
  • the vector according to the invention may additionally contain a further transgene, which preferably codes for a therapeutic, gene therapeutic and / or diagnostic protein.
  • This further transgene may also be under the control of an LTR promoter, e.g. the same promoter as the sequence according to (a). Or it may be controlled by a separate promoter, which may be constitutive or inducible.
  • the vector may be, for example, viral (eg adeno-associated viruses, adenoviruses, retroviruses, herpesviruses, alphaviruses, etc.) or bacterial origin or a plasmid.
  • viral eg adeno-associated viruses, adenoviruses, retroviruses, herpesviruses, alphaviruses, etc.
  • the inducible transcriptional control sequence is selected such that expression of the foreign gene is dependent on the presence of the HIV-1 Tat protein. If the Tat transactivation is successfully reconstituted, preferably an increase in expression of the Tat-dependent gene should be at least 3-fold, preferably 5-fold, more preferably 10-fold or more.
  • the vector comprises a sequence according to SEQ ID NO. 1, 16 or 17.
  • the present invention further provides modified target nucleic acid sequences which, when in operative
  • Transcriptional control sequence causing increased gene expression.
  • these are modified
  • Target nucleic acid sequences selected from the sequences given in this invention in the Examples and Sequence Listing. Most preferably, the modified target nucleic acid sequences are selected from the following sequences: SEQ ID NO. 1, 16 and 17.
  • cells preferably eukaryotic cells, more preferably mammalian cells, most preferably human cells infected with a nucleic acid or a nucleic acid
  • nucleic acid is present in a transcriptional form.
  • the nucleic acid or the vector may for example be episomal or stably integrated into the chromosome. There may be one or more copies in the cell.
  • the present invention also relates to pharmaceutical compositions based on the vectors and modified lentiviruses and cells disclosed herein.
  • the medicaments according to the invention are suitable as therapeutic and diagnostic applications, in particular they are suitable for the diagnosis, prevention or therapy of virus-associated diseases or / and tumor diseases.
  • the target nucleic acid sequence to be expressed is in particular a suicide gene or the like.
  • the drugs can be used for therapy, preferably for the treatment of antiviral infections, eg HIV and SIV, in particular HIV-1 and HIV-2.
  • antiviral infections eg HIV and SIV, in particular HIV-1 and HIV-2.
  • the expert is capable of the Promoter sequence to adapt to the system in which the expression is to take place.
  • antiviral infections can now be controlled by treating infected individuals in vitro, ex vivo and of course in vivo, eg by introducing the nucleic acids or vectors according to the invention into PMLs from these patients or in T cells in different stages of differentiation or stem cells.
  • Figure 1 shows schematically all the gag-encoding constructs produced.
  • FIG. 2 shows the results of the expression of various gag coding constructs in H1299 cells.
  • Figure 2A shows an HIV-1 p24-specific Western blot of transfected cells.
  • Figure 2B shows a p24 EL I SA test.
  • FIG. 3 shows the results of the expression of wild-type gag expressing constructs in the presence and absence of Tat and / or Rev.
  • Figure 3A shows an HIV-1 p24-specific Western blot of transfected cells.
  • Figure 3B an ELISA test.
  • Figure 4 shows the effect of the transdominant gag negative proteins on the release of HIV particles.
  • Figure 4A shows percent inhibition of particle release according to a p24 ELISA assay.
  • Figure 4B shows the percent inhibition of the infectivity of released virus particles.
  • Figure 5 shows the percent inhibition of viral particle release formed in the presence of trans-dominant negative gag constructs with further deletions in p24.
  • Figure 5A shows the percent release inhibition
  • Figure 5B shows the inhibition of infectivity in percent.
  • Figure 6 shows the sequences of TDsyngag and TDwtgag and a sequence comparison between TDwtgag and TDsyngag.
  • Figure 7 shows the nucleic acid sequences of TDsyngag delta 2 and TDsyngag delta 2 delta p7.
  • SEQ ID no. Figure 1 shows the nucleic acid sequence of TDsyngag.
  • SEQ ID no. Figure 2 shows the amino acid sequence of TDsyngag.
  • SEQ ID no. Figure 3 shows the nucleic acid sequence of TDwtgag.
  • SEQ ID no. 4 shows the amino acid sequence of TDwtgag.
  • SEQ ID no. Figure 16 shows the nucleic acid sequence of TDsyngag delta 2.
  • SEQ ID no. 17 shows the amino acid sequence of TDsyngag delta 2.
  • SEQ ID no. Figure 18 shows the nucleic acid sequence of TDsyngag delta 2 delta P7.
  • SEQ ID no. Figure 19 shows the amino acid sequence of TDsyngag delta 2 delta P7.
  • HIV-1 transdominant negative (TDN) Gag derivatives were prepared as constitutively, Tat, Rev or Tat / Rev dependent gene constructs.
  • Rev dependence was achieved by using HIV wild-type (wt) gene sequences, including the 5 ' untranslated region (UTR), in conjunction with the HIV Rev responsive element (RRE).
  • wt wild-type gene sequences
  • UTR 5 ' untranslated region
  • RRE HIV Rev responsive element
  • Rev independence was made possible by synthetic, GC-rich gene sequences, with the encoded amino acid sequence being identical for both constructs.
  • Dependence on Tat was achieved by using HIV-1 LTR as a transcriptional control. In contrast, for constitutive transcription, the CMV promoter / enhancer was used.
  • CMV-syngag constitutive expression
  • LTR-syngag action-dependent
  • LTR-wtgag-RRE rev dependent
  • Tat- and Rev-dependent Tat- and Rev-dependent
  • HIV-1 group-specific antigen (GenBank Accession Number: M15654.1 HIVBH102, nucleotides 112-1650, reference: Ratner L 1 Haseltine W, Patarca R, Livak KJ 1 Starcich B, Josephs SF 1 Doran ER, Rafalski JA, Whitehom EA 1 Builder K, et al. Complete nucleotide seqence of the AIDS virus, HTLV-III. Nature. 1985 Jan 24-30; 313 (6000): 277-84) should be synthesized using a codon choice as found in human cells.
  • the amino acid sequence of the Gag protein (corresponding to GenBank accession number: M15654 JIVBH102, nucleotides 112-1408) was translated into a corresponding nucleotide sequence with a deletion of nt 304-489.
  • An appropriate software package (GeneOptimizer) was used for codon optimization and optimization of the RNA sequence.
  • codon optimization and optimization of the RNA sequence For the subcloning and for adding further sequence elements within untranslated regions further restriction sites further restriction sites were added.
  • the nucleic acid sequence, including the interfaces, is shown in SEQ ID NO. 1 indicated.
  • This sequence was prepared as a fully synthetic gene using synthetic oligonucleotides according to a method already described (Zolotukhin et al., 1996).
  • Figure 6 shows a comparison of the nucleic acid sequences of TDsyngag (codon selection derived from mammalian genes) and TDwtgag (codon selection derived from HIV structural genes).
  • the TDGag-encoding DNA fragment (“TDsyngag”) so prepared was amplified using the
  • CMV cytomegalovirus
  • RNA target sequence (Graf et al., 2000). This target sequence interacts at the RNA level with a viral nuclear export protein (in the case of HIV-1 Rev protein) and cellular nuclear export proteins.
  • the wild-type construct was C-terminally shortened by introducing two consecutive stop codons in the gag reading frame (codons for 372F and 373L were mutated).
  • the mutations were introduced by site-directed mutagenesis kit (Stratagene) using oligonucleotides gag-stop1 and gag-stop2.
  • the resulting construct was named pc-CMV-UTR-wtgag-RRE.
  • a deletion from nt 304 to nt 489 was inserted in this construct analogously to TDsyngag (pc-UTR-TDwtgag-RRE).
  • the coding sequence is shown in SEQ ID no. 3 indicated.
  • the coding sequences were placed under the transcriptional control of the HIV promoter to achieve Tat dependence of the Gag protein derivative.
  • the HIV-1 Long Terminal Repeat (LTR) contains such a promoter. This region was amplified by PCR using oligonucleotides ItM and Itr2 from HIV-1 proviral DNA (HX10 see (Ratner et al., 1987)), and using the Mfu ⁇ and EcoR ⁇ cleavage sites directly 5 'in front of the ATG of the gag. cloned coded reading frame in the pc-CMV TDsyngag, wherein the CMV promoter was replaced by the LTR.
  • Figure 1 shows all the Gag-encoding constructs shown schematically.
  • Example 2 shows all the Gag-encoding constructs shown schematically.
  • TDgag constructs can be controlled by HIV regulatory proteins
  • the transfected cells were washed twice with ice-cold PBS (10 mM Na 2 HPO 4 , 1.8 mM KH 2 PO 4 , 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl), scraped off in ice-cold PBS, centrifuged at 300 ⁇ g for 10 min Lysis buffer (50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.5% Triton X-100 (w / v)) for 30 min on ice. Insoluble constituents of the cell lysate were centrifuged off for 30 minutes at 10,000 ⁇ g and 4 ° C. The total protein amount of the supernatant was determined by the Bio-Rad Protein Assay (Bio-Rad, Kunststoff) according to the manufacturer's instructions.
  • the samples were mixed with the same volume of 2-fold sample buffer (Laemmli, 1970) and heated to 95 0 C for 5 min. 50 ⁇ g total protein from cell lysates were separated on a 12.5% SDS / polyacrylamide gel (Laemmli, 1970), electrotransferred to a nitrocellulose membrane and with the monoclonal antibody p 24 -spezif ⁇ schen 13-5 (Wolf et al., 1990) analyzes and detects coupled by means of a secondary, AP (alkaline phosphatase) antibodies and by chromogenic staining detected (Fig. 2A).
  • AP alkaline phosphatase
  • cell lysates were quantified in a commercially available p24 ELISA test (NEN). 1 ⁇ g of the cell lysate was evaluated according to the manufacturer's instructions and the total concentration of HIV-1 p24 was determined (FIG. 2B).
  • H1299 cells were transiently transfected with the gag constructs.
  • the expression obtained was analyzed in the presence and absence of Tat or Rev ( Figure 2).
  • constitutive expression of the TDgag was detected independently of Tat or Rev ( Figure 2A, lanes 2 and 2B, 2).
  • the basal activity of the TDgag expression was slightly lower for the pc-LTR-TDsyngag construct compared to pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE, but significantly reduced for both constructs compared to the pc-CMV-TDsyngag and only slightly above the negative control (about factor 2.5 for pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE and 1.5 for pc-LTR-TDsyngag, Fig. 2B).
  • the gene product of pc-LTR-UTR-TDwtgag-RRE could not be detected by these methods.
  • the deletion in the gag leads to a reduced recognition by the monoclonal antibody and, in conjunction with a strongly restricted expression, the achieved TDgag amounts are insufficient for detection by antibodies. Therefore, the Tat and Rev dependence in a reference construct (complete wtgag sequence) was investigated. This construct (pc-LTR-UTR-wtgag-RRE) was dependent on both Tat and Rev. Tat alone led to an increase in expression by a factor of 4, Rev alone by a factor of 16 and the combination of Tat and Rev by a factor of 47 (Fig. 3).
  • H1299 cells were transiently transfected with combinations of plasmids as described in Example 1.
  • 15 ⁇ g HX10 proviral DNA and 30 ⁇ g each of the TDgag constructs or 30 ⁇ g pcDNA3.1 were used as control for uninhibited replication.
  • the cell culture supernatants were harvested, cell components were sedimented by centrifugation (10 min at 10,000 xg) and the supernatants were incubated with 10% of a Triton x 100 solution (5%) for lysis of the HIV particles in the supernatant at RT for 15 min.
  • the treated supernatants were used in appropriate dilutions in a p24 ELISA test (NEN) and the amount of p24 quantified.
  • the reduction of the p24 amount correlates directly with an inhibition of particle release after transfection with an HIV-provirus.
  • the determined p24 levels were set in relation to the control (cotransfection with pcDNA3.1, uninhibited) and percent inhibition calculated. For each combination at least 6 independent approaches were tested.
  • TDgag constructs tested resulted in a significant inhibition of particle release.
  • the TDsyngag (TDsg) constructs had a very high inhibition, independent of the upstream promoter.
  • the inhibitory effect of the TDwtgag (TDwtg) constructs was dependent on the promoter region.
  • the inhibition of particle release was significantly higher under a CMV promoter control than under the HIV LTR promoter.
  • the TDgag constructs have a trans-dominant negative effect on HIV infectivity H 1299 cells were transfected with plasmid combinations as described under Example 3, and the supernatants were harvested after 48 h and purified. To check the influence of the TDgag constructs on the release of infectious progeny viruses, the conditioned cell culture supernatants were checked in a corresponding indicator cell line (MAGI) (Kimpton et al., 1992).
  • MAGI indicator cell line
  • the eukaryotic MAGI (multinuclear activation of a galactosidase indicator) cells is an indicator cell line that has a
  • the MAGI cells were provided by the UK Medical Research Council (MRC).
  • MRC UK Medical Research Council
  • the viral LTR (long terminal repeat) promoter precedes the E. coli ⁇ -galactosidase gene (lacZ). The expression of the lacZ is therefore dependent on the transcriptional activity of the LTR
  • the medium was aspirated and the wells were washed with PBS.
  • the monolayers were fixed with 200 .mu.l fixing solution (1% formaldehyde, 0.2% glutaraldehyde in PBS) and washed again with PBS after incubation for 5 min at room temperature.
  • 200 ⁇ l of staining solution (16 mg of X-GaI in 4 ml of DMSO, ad 40 ml of PBS, addition of 400 ⁇ l of K-ferricyanide (400 mM), 400 ⁇ l of K-ferrocyamide (400 mM) and 80 ⁇ l of MgCl 2 (1 M )
  • the incubation was carried out at 37 ° C. for between 15 minutes and 3 hours. The blue cells were counted by light microscopy.
  • the inhibition was determined as reduction of blue cells and in relation to the number of blue cells in the positive control indicated as percent inhibition of infectivity. In essence, the results correlate with the particle release inhibition data (Figure 4B). Nearly complete inhibition was demonstrated for the pc-CMV-TDsyngag, pc-LTR-TDsyngag, and pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE constructs, while the pc-LTR-UTR-TDwtgag-RRE construct caused approximately 50% inhibition (FIG. Shown are the results of an exemplary experiment from two independent approaches, Figure 4B).
  • Deletion concerns amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids 230 to 300, an area in which very many amino acids
  • H1299 cells were transfected to check the TDN effect with combinations of HX10 (15 ug) and TDsyngagd2 or pcDNA3.1 (each 30 ug plasmid DNA) and the supernatants, as described under 3., in p24 -ELISA and, as described under 4., evaluated by means of the MAGI cells. Inhibition of particle release (results of the p24 ELISA evaluation, Fig. 5A, at least 6 independent approaches) and the infectivity of progeny viruses (results of the MAGI evaluation, Fig. 5B, two independent approaches) was demonstrated for all constructs used.
  • Gag-stop2 GTACTGAGAGACAGGCTAATTAATGAGGGAAGATCTGCCTTCC 12
  • HIV-i Rev-Independent Human Immunodeficiency Virus Type (1)
  • U1 small nuclear RNA plays a direct role in the formation of a rev- regulated human immunodeficiency virus env mRNA that remains unspliced, Proc. Natl. Acad. Be. USA 87, 7598-7602
  • RNA sequences in the gag region of human immunodeficiency virus type 1 decrease RNA stability and inhibition expression in the absence of Rev protein, J. Virol. 66, 150-159
  • HIV-1 gag mutants can dominantly interfere with the replication of the wild-type virus, Cell 59, 113-120

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Abstract

The invention relates to vector constructs for an HIV-specific gene therapy. The expression of transgenes is coupled with an infection of the cell with HIV while the transcription of the transgene is controlled by a transcription control region derived from HIV. In addition, the transgene is improved with regard to RNA stability and expression efficiency by modifying the nucleotide sequence.

Description

Induzierbare Genexpression Inducible gene expression
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die induzierbare Genexpression, wobei eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz auf Nukleinsäureebene so modifiziert wird, dass eine Steigerung der Expression erreicht wird, und die so modifizierte Nukleinsäuresequenz unter der Kontrolle einer induzierbaren Transkriptionskontrollsequenz exprimiert wird.The present invention relates to a method for inducible gene expression in which a target nucleic acid sequence to be expressed is modified at the nucleic acid level such that an increase in expression is achieved, and the nucleic acid sequence modified in this way is expressed under the control of an inducible transcription control sequence.
Verschiedenste Viren sind auf einen aktiven Export ihrer unvollständig gespleißten Transkripte aus dem Zellkern der infizierten Wirtszelle angewiesen. Dies kann entweder über die Verwendung eines cis-ständigen RNA-Signals innerhalb der viralen Transkripte (konstitutive Transportelemente) erfolgen oder geschieht mit Hilfe viraler Proteine.Various viruses rely on active export of their incompletely spliced transcripts from the nucleus of the infected host cell. This can be done either by using a cis-RNA signal within the viral transcripts (constitutive transport elements) or by using viral proteins.
Cis-aktive Transportelemente werden beispielsweise von MPMV-CTE (Mason-Pfizer Monkey Virus constitutive transport element), SRV-CTE (Simian Retrovirus constitutive transport element), Hepatitis B-Virus PRE (posttranscriptional regulatory element) und HSV (Herpes Simplex Virus) (innerhalb des TK (Thymidinkinase)-Gens) verwendet. Diese RNA-Elemente rekrutieren zelluläre Faktoren und Exportwege, um den Kemexport der viralen Transkripte zu ermöglichen.Cis-active transport elements are used, for example, by MPMV-CTE (Mason-Pfizer Monkey Virus Constituent Transport Element), SRV-CTE (Simian Retrovirus Constituent Transport Element), Hepatitis B Virus PRE (Post-Transcriptional Regulatory Element) and HSV (Herpes Simplex Virus) ( used within the TK (thymidine kinase) gene). These RNA elements recruit cellular factors and export pathways to allow for the nuclear export of viral transcripts.
Alternativ dazu kann der Kernexport auch über einen Exportfaktor vermittelt werden, der spezifisch an eine Zielsequenz innerhalb der viralen Transkripte bindet und diese im Zusammenspiel mit zellulären Faktoren in das Zytoplasma transportiert. So werden beispielsweise Ad-5 (Adenovirus 5)- Transkripte mit Hilfe der 34K- und E4orf6-Proteine, EBV (Epstein-Barr Virus)-Transkripte mit Hilfe des EB2-Proteins, Herpesvirus Saimiri- Transkripte mit Hilfe des ORF 57-Genproduktes, HSV-Transkripte mit Hilfe des ICP 27-Proteins, HTLV-I und Il (human T-cell Leukemia Virus I und II)- Transkripte mit Hilfe der Rex-Proteine, EIAV (Equine Infectious Anaemia Virus)-, SIV (Simian Immunodeficiency Virus)-, und HIV-1 und HIV-2 (human Immunodeficiency Virus 1 und 2)-Transkripte mit Hilfe der Rev-Proteine exportiert.Alternatively, nuclear export may also be mediated via an export factor that specifically binds to a target sequence within the viral transcripts and transports them into the cytoplasm in association with cellular factors. For example, Ad-5 (adenovirus 5) transcripts using the 34K and E4orf6 proteins, EBV (Epstein-Barr virus) transcripts using the EB2 protein, herpesvirus Saimiri transcripts using the ORF57 gene product, HSV transcripts using the ICP 27 protein, HTLV-I and II (human T-cell Leukemia Virus I and II) transcripts using the Rex proteins, EIAV (Equine Infectious Anaemia Virus), SIV (simian immunodeficiency virus), and HIV-1 and HIV-2 (human immunodeficiency virus 1 and 2) transcripts using the Rev proteins.
Am besten untersucht ist der HIV-1 Rev vermittelte Kernexport später HIV-1 - Transkripte. Wie alle Lentiviren ist HIV-1 darauf angewiesen, aus nur einer proviralen Matrize mehrere Gene zu aktivieren und in einer zeitlich festgelegten Abfolge zu exprimieren. Durch alternative Spleißereignisse sowie weitere, auf RNA-Ebene stattfindende Regulationsmechanismen werden unterschiedliche Gene aus nur einem ~9 kb großen Primärtranskript generiert. Diese viralen Transkripte können aufgrund ihrer Größe in 3 Klassen aufgeteilt werden: ~9 kb ungespleißte (gag, pol), ~4 kb einfach gespleißte (env, vif, vpr, vpu) und ~2 kb mehrfach gespleißte {rev, tat, nef) RNAs.The best-studied HIV-1 Rev-mediated nuclear export is later HIV-1 transcripts. Like all lentiviruses, HIV-1 relies on activating multiple genes from only one proviral template and expressing them in a timed sequence. By alternative splicing events as well as further regulatory mechanisms taking place on RNA level different genes from only one ~ 9 kb primary transcript are generated. These viral transcripts can be divided into 3 classes due to their size: ~ 9 kb unspliced (gag, pol), ~ 4 kb single spliced (env, vif, vpr, vpu) and ~ 2 kb multiply spliced {rev, tat, nef) RNAs.
Neben dem Auftreten von unvollständig bis mehrfach gespleißten Transkripten kann zudem eine zeitliche Abfolge in der Expression dieser unterschiedlichen RNA-Spezies beobachtet werden. So sind in der frühen Phase der Replikation im Zytoplasma der infizierten Zellen nur die mehrfach gespleißten ~2 kb RNAs, und ihre Genprodukte Rev, Tat und Nef nachweisbar. Erst zeitlich verzögert treten dort dann auch die un- (~9 kb) und einfach (~4 kb) gespleißten Transkripte und ihre Genprodukte Gag, Pol und Env in Erscheinung.In addition to the occurrence of incomplete to multiple spliced transcripts, a temporal sequence in the expression of these different RNA species can be observed. Thus, only the multiply spliced ~ 2 kb RNAs, and their gene products Rev, Tat and Nef are detectable in the cytoplasm of the infected cells in the early phase of replication. Only delayed in time do the (~ 9 kb) and simply (~ 4 kb) spliced transcripts and their gene products Gag, Pol, and Env appear.
In Zellen, die mit Virus-Mutanten, denen ein aktives Rev-Protein fehlt, infiziert wurden, können die einfach- und nichtgespleißten Transkripte jedoch nie im Zytoplasma nachgewiesen werden. Die un- und einfach gespleißten Transkripte akkumulieren dann im Kern und die von ihnen translatierten späten Strukturproteine (Gag, Env) und Enzyme (Pol) können nicht gebildet werden. Das virale Rev-Protein ist also in essentieller Weise an der zeitlich regulierten Expression der viralen Gene beteiligt.However, in cells infected with viral mutants lacking an active Rev protein, the single and unspliced transcripts can never be detected in the cytoplasm. The un- and simply spliced transcripts then accumulate in the nucleus, and the late structural proteins (Gag, Env) and enzymes (Pol) they are able to translate can not be formed. The viral Rev protein is thus essentially involved in the time-regulated expression of the viral genes.
HIV-1 Rev, ebenso wie die oben aufgeführten RNA-Transportmoleküle, sind Shuttle-Proteine, die virale RNAs über die Wechselwirkung mit einer innerhalb viraler Transkripte gelegenen RNA-Zielsequenz diese aus dem Kern in das Zytoplasma transportieren. So bindet HIV-1 Rev im Kern spezifisch an seine RNA-Zielstruktur RRE, das "Rev-responsive-element". Diese 351 Nukleotide (nt) lange Region ist innerhalb des Env-Leserahmens lokalisiert und damit Bestandteil aller un- und einfach gespleißten Transkripte. Anschließend wird dieser Ribonukleoprotein (RNP)-Komplex über die Interaktion mit zellulären Faktoren aus dem Zellkern exportiert. Dazu ist eine C-terminal gelegene Leucin-reiche Sequenz notwendig, die als Kernexportsequenz NES ("nuclear export sequence") die nukleare Translokation des Rev-Proteins unter Verwendung zellulärer Mechanismen vermittelt (Pollard et al., 1998).HIV-1 Rev, as well as the RNA transport molecules listed above Shuttle proteins that transport viral RNAs from the nucleus into the cytoplasm through interaction with an RNA target located within viral transcripts. In essence, HIV-1 Rev specifically binds to its RNA target RRE, the "rev-responsive element". This 351 nucleotide (nt) long region is located within the Env reading frame and thus part of all un-spliced and single-spliced transcripts. Subsequently, this ribonucleoprotein (RNP) complex is exported from the nucleus through interaction with cellular factors. This requires a C-terminal leucine-rich sequence that, as a nuclear export sequence (NES), mediates nuclear translocation of the Rev protein using cellular mechanisms (Pollard et al., 1998).
Immer noch umstritten ist der Grund, warum die späten Transkripte in Abwesenheit von Rev im Kern zurückbleiben, was eine notwendige Voraussetzung für die Rev-Abhängigkeit und damit die zeitlich regulierte Expression von gag, pol und env ist. Im Prinzip dominieren zwei alternative Vorstellungen zur Kernretention später Transkripte.The reason why the late transcripts remain in the nucleus in the absence of Rev is still controversial, which is a necessary prerequisite for the Rev dependence and thus the time-regulated expression of gag, pol, and env. In principle, two alternative conceptions of nuclear retention later dominate transcripts.
Es wird angenommen, dass ein zelluläres Transkript den Zellkern erst dann verlassen kann, wenn der Spleißprozess vollständig abgeschlossen ist, respektive alle aktiven Spleißstellen aus dem Primärtranskript entfernt worden sind. Bei den späten viralen Transkripten handelt es sich um Intron- haltige, nur unvollständig gespleißte pre-mRNAs, die mit Hilfe von Rev und RRE ins Zytoplasma transportiert werden. Deshalb wurde schon frühzeitig der Einfluss der zellulären Spleißmaschinerie auf die Kernretention der späten Transkripte untersucht (Mikaelian et al., 1996) (Kjems et al., 1991 ; Kjems et al., 1993; Chang et al., 1989; Powell et al., 1997; Lu et al., 1990; O'Reilly et al., 1995). Durch das Vorhandensein unterschiedlich aktiver Spleißstellen scheint der Spleißprozess bei HIV-1 -Transkripten nur suboptimal zu erfolgen. Deshalb wurde von mehreren Gruppen die Hypothese aufgestellt, dass Rev den Export von Transkripten ermöglicht, die innerhalb der Spleißmaschinerie durch Ausbildung ineffizienter Spleißkomplexe festgehalten werden.It is believed that a cellular transcript can not leave the cell nucleus until the splicing process is complete, or all active splice sites have been removed from the primary transcript. The late viral transcripts are intron-containing, incompletely spliced pre-mRNAs that are transported into the cytoplasm using Rev and RRE. Therefore, the influence of the cellular splicing machinery on the nuclear retention of late transcripts was studied early on (Mikaelian et al., 1996) (Kjems et al., 1991; Kjems et al., 1993; Chang et al., 1989; Powell et al. , Lu et al., 1990; O'Reilly et al., 1995). Due to the presence of different active splice sites, the splicing process for HIV-1 transcripts seems to be suboptimal. Therefore, it has been hypothesized by several groups that Rev enables the export of transcripts that are inefficient within the splicing machinery through training Splice complexes are recorded.
Konträr dazu konnte aber gezeigt werden, dass die späten HIV-1-Gene, wie beispielsweise env, auch in Abwesenheit von aktiven Spleißstellen in ihrer Expression reprimiert bleiben und damit der Einfluss der Spleißmaschinerie mehr indirekt zu sein scheint (Nasioulas et al., 1994). Daher wurden so genannte inhibitorische Sequenzen (INS) oder cis-aktive Repressor- Elemente (CRS) innerhalb der Leserahmen postuliert, welche die Expression negativ beeinflussen (Nasioulas et al., 1994; Olsen et al., 1992; Schwartz et al., 1992b; Maldarelli et al., 1991). Diese innerhalb der kodierenden mRNA gelegenen Repressor-Sequenzen besitzen jedoch kein gemeinsames Sequenzmotiv wie etwa das AUUUA-Instabilitätsmotiv innerhalb des 3'-UTR der instabilen GM-CSF mRNA (Chen et al., 1995), sondern fallen nur durch ihren durchweg hohen A/U Gehalt auf. So resultierte die Fusion der postulierten INS-haltigen Fragmente aus Leserahmen später Gene (wie gag und env) an ein CAT-Reportersystem in einer reduzierten Reporteraktivität (Cochrane et al., 1991 ; Rosen et al., 1988). Diese Reduktion der Expression von gag und pol konnte durch mehrfache stille Punktmutationen innerhalb der "wobble"-Positionen teilweise wieder aufgehoben werden (Schwartz et al., 1992a; Schneider et al., 1997). Die un- und einfach gespleißten HIV-1 mRNAs scheinen also cis- aktive Repressor-Elemente zu besitzen, die entweder durch multiples Spleißen entfernt oder durch einen Rev/RRE vermittelten Kernexport überwunden werden.In contrast, it has been shown that the late HIV-1 genes, such as env, remain repressed in their expression, even in the absence of active splice sites, and thus the influence of the splicing machinery seems to be more indirect (Nasioulas et al., 1994). , Therefore, so-called inhibitory sequences (INS) or cis-active repressor elements (CRS) have been postulated within the reading frame which adversely affect expression (Nasioulas et al., 1994, Olsen et al., 1992, Schwartz et al., 1992b Maldarelli et al., 1991). However, these repressor sequences located within the coding mRNA do not share a common sequence motif, such as the AUUUA instability motif within the 3 ' UTR of the unstable GM-CSF mRNA (Chen et al., 1995), but fall only by their consistently high A / U salary on. Thus, fusion of the postulated INS-containing fragments from reading frames of later genes (such as gag and env) to a CAT reporter system resulted in reduced reporter activity (Cochrane et al., 1991, Rosen et al., 1988). This reduction in expression of gag and pol was partially reversed by multiple silent point mutations within the wobble positions (Schwartz et al., 1992a; Schneider et al., 1997). Thus, the un-spliced and single-spliced HIV-1 mRNAs appear to possess cis-active repressor elements that are either removed by multiple splicing or overcome by a Rev / RRE-mediated nuclear export.
Eine elegante Methode, um die Rev-Abhängigkeit von HIV-Transkripten zu umgehen, wurde von Schwartz und Schneider, wie bereits erwähnt, in Form einer partiellen Änderung des Leserahmens von HIV-Genen entwickelt. Eine konsequente Weiterführung dieses Konzeptes führte zur Synthese eines kodonoptimierten HIV-gag-po/-Gens unter Verwendung synthetischer Oligonukleotide (Wagner et al., 2000; Graf et al., 2000). Diese Form der Anpassung des G/C-Gehalts und des Kodongebrauchs an den von Säugerzellen ermöglichte eine konstitutive Synthese des Gag-Pol- Polyproteins in Säugerzellen in großen Mengen. Der zugrunde liegende Mechanismus dieser Abkopplung der Proteinsynthese von der Rev- Abhängigkeit ist ein veränderter Kernexport der mRNA. Während die HIV- Wildtyp-RNA auf einen alternativen, durch das Crm1 -Protein charakterisierten Exportweg, in Abhängigkeit des HIV Shuttle-Proteins Rev, angewiesen ist, wird die synthetische mRNA auf dem regulären Kernexportweg für zelluläre mRNAs konstitutiv in das Zytoplasma transportiert. Diese konstitutive Expression von HIV-Proteinen eröffnet neue Wege für eine HIV-Therapieform auf genetischer Ebene.An elegant method to circumvent the Rev dependence of HIV transcripts was developed by Schwartz and Schneider, as previously mentioned, in the form of a partial change in the reading frame of HIV genes. A consistent continuation of this concept led to the synthesis of a codon-optimized HIV gag-po / gene using synthetic oligonucleotides (Wagner et al., 2000, Graf et al., 2000). This form of adaptation of G / C content and codon usage to that of mammalian cells allowed for a constitutive synthesis of the gag pole. Polyprotein in mammalian cells in large quantities. The underlying mechanism of this decoupling of protein synthesis from the Rev dependence is an altered nuclear export of the mRNA. While the HIV wild-type RNA relies on an alternative export pathway, characterized by the Crm1 protein, dependent on the HIV shuttle protein Rev, the synthetic mRNA is constitutively transported into the cytoplasm on the regular nuclear export pathway for cellular mRNAs. This constitutive expression of HIV proteins opens new avenues for HIV therapy at the genetic level.
Die Publikation von Graf et al. (2000) offenbart jedoch kein Verfahren für eine mit Hilfe eines transaktiven Faktors induzierbare Genexpression.The publication by Graf et al. (2000), however, does not disclose a method for transactivatable inducible gene expression.
Ebenso wie die genannte Publikation von Graf et al. befasst sich auch die DE 1 053 781 A1 mit dem RNA-Export aus dem Zellkern ins Cytoplasma. Diese Patentanmeldung befasst sich damit, Reportergene von Rev abhängig zu machen, um die Expression des Reportergens über den Kernexport steuern zu können.Like the publication by Graf et al. DE 1 053 781 A1 also deals with RNA export from the cell nucleus to the cytoplasm. This patent application is concerned with making reporter genes dependent on Rev in order to control the expression of the reporter gene via nuclear export.
Da eine Rev- bzw. RRE-Abhängigkeit der Entwicklung von HlV-basierten Vektoren gewisse Beschränkungen auferlegt, synthetisierten Kotsopoulou et al. (2000) ein kodonoptimiertes HIV-1-gag-po/-Gen. Dieses Gen wurde in einen Säuger-Expressionsvektor eingefügt und auf die Abhängigkeit von Rev hin untersucht. Die Autoren verwendeten jedoch keine mit Hilfe von transaktiven Faktoren induzierbare Promotoren. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist demnach nicht offenbart.Since Rev / RRE dependence places some restrictions on the development of HIV-based vectors, Kotsopoulou et al. (2000) a codon-optimized HIV-1 gag-po / gene. This gene was inserted into a mammalian expression vector and examined for dependence on Rev. However, the authors did not use transactive factor-inducible promoters. An inventive method is therefore not disclosed.
Die Expression von anti-HIV-Genen in Zellen kann effizient für eine intrazelluläre Hemmung der HIV-Replikation genutzt werden (Bunnell et al., 1998). Inzwischen wurde eine ganze Reihe von HIV-Gentherapie-Strategien entwickelt, die von Antisenskonstrukten und RNA-Decoys über spezifische RNA-abbauenden Ribozyme und RNA interference bis zu transdominant- negativen, von HIV abgeleiteten Proteinen reichen. Neben diesen intrazellulären Hemmstoffen, die gezielt Schritte der HIV-Replikation stören, kann im Rahmen einer Gentherapie auch die Neuinfektion von Zellen oder die Verbreitung von Nachkommenviren verhindert werden. Verschiedene Ansätze befassen sich mit der Expression von sezernierbaren anti-HIV- Proteinen, immunstimulierenden oder unspezifische antiviralen Faktoren und nicht zuletzt mit der Expression von zelltoxischen Faktoren nach erfolgter Infektion (Übersicht siehe Mautino et al., 2002).The expression of anti-HIV genes in cells can be efficiently utilized for intracellular inhibition of HIV replication (Bunnell et al., 1998). In the meantime, a whole range of HIV gene therapy strategies have been developed, ranging from antisense constructs and RNA decoys via specific RNA-degrading ribozymes and RNA interference to transdominant-negative HIV-derived proteins. Beside these Intracellular inhibitors that specifically interfere with HIV replication may also prevent the re-infection of cells or the spread of progeny viruses as part of gene therapy. Various approaches are concerned with the expression of secretable anti-HIV proteins, immunostimulating or unspecific antiviral factors, and not least with the expression of cytotoxic factors after infection (for review, see Mautino et al., 2002).
Neben diesen eher unspezifischen Hemmstrategien kann die Virusvermehrung durch eine Verhinderung der Virusfreisetzung auf sehr spezifische Weise, unter Verwendung HIV-eigener Proteinderivate erfolgen. Deletionen im Gag vermitteln einen transdominant-negativen (TDN) Effekt auf die Neubildung und Freisetzung von Nachkommenviren (von Poblotzki et al., 1993; Trono et al., 1989; Smythe et al., 1994; Furuta et al., 1997). Diese Deletionen liegen im p17MA, im Übergangsbereich von p17MA/p24CA und in der C-terminalen Domäne des p24CA. Der genaue Wirkmechanismus des transdominant-negativen Effektes ist nicht aufgeklärt. Einige Anhaltspunkte deuten jedoch auf einen Einfluss der reduzierten Cyclophilin A- Bindekapazität des mutierten p24CA (Chiu et al., 2002) und auf ein verändertes Membran Targeting, von der Plasmamembran zur ER Membran, bei Deletionen im p17MA (Facke et al., 1993; Gallina et al., 1994; Ono et al., 2004) hin. Da Gag ein sehr stark multimerisierendes Polyprotein ist und eine exakte Zusammenlagerung für die korrekte Ausbildung von HIV- Partikeln notwendig ist (WiIk et al., 2001), ist es naheliegend, dass TDN Gag-Deletionsderivate mit funktioneller Assembly Domäne (C-terminale Domäne des p24CA) durch eine Bindung an Wildtyp Gag-Proteine den Zusammenbau von HlV-Capsiden direkt beeinträchtigen und so nachweislich zu einer Hemmung der HIV-Replikation führen.In addition to these more unspecific inhibition strategies, viral replication can be accomplished by preventing virus release in a very specific manner, using HIV-derived protein derivatives. Deletions in the gag mediate a transdominant negative (TDN) effect on the neoplasm and release of progeny viruses (Poblotzki et al., 1993, Trono et al., 1989, Smythe et al., 1994, Furuta et al., 1997). These deletions are located in p17MA, in the transition region of p17MA / p24CA and in the C-terminal domain of p24CA. The exact mechanism of action of the transdominant-negative effect has not been elucidated. However, some evidence points to an influence of the reduced cyclophilin A binding capacity of the mutant p24CA (Chiu et al., 2002) and altered membrane targeting, from the plasma membrane to the ER membrane, in deletions in p17MA (Facke et al., 1993; Gallina et al., 1994; Ono et al., 2004). Since Gag is a very highly multimerizing polyprotein and exact assembly is necessary for the correct formation of HIV particles (WiIk et al., 2001), it is obvious that TDN Gag deletion derivatives with functional assembly domain (C-terminal domain of the p24CA) directly interfere with the assembly of HIV capsids by binding to wild-type Gag proteins and thus have been shown to inhibit HIV replication.
Gerade die letzte Strategie weist jedoch bei einer konstitutiven Protein- Expression einige Probleme auf. So kann die Expression des Fremdgens zu Zelltoxizität, einer Fehlregulation der zellulären Funktionen, einer Herabregulierung der Transkription und, gerade Im Fall eines von HIV abgeleiteten Proteins, zu einer unerwünschten Immunantwort führen (Smythe et al., 1994). Um diese Problematik zu umgehen, werden unterschiedliche Strategien verfolgt, die Expression des Transgens von einer HIV-Infektion abhängig zu machen.The last strategy, however, has some problems with constitutive protein expression. Thus, expression of the foreign gene may lead to cell toxicity, dysregulation of cellular functions, down-regulation of transcription, and, in the case of HIV derived protein, lead to an undesired immune response (Smythe et al., 1994). To circumvent this problem, different strategies are pursued to make the expression of the transgene dependent on HIV infection.
In verschiedenen Ansätzen wurde eine Tat-, eine Rev- und eine Tat/Rev- abhängige Expression untersucht und teilweise die Hemmung der HIV- Vermehrung in vitro beschrieben (Caruso et al., 1992; Harrison et al., 1992; Liu et al., 1994). Übereinstimmend konnte die Expression von Thymidinkinase (Marcello et al., 1998) bzw. Interferon α2 (Ragheb et al., 1999) durch Tat um den Faktor 5 bzw. 4 und durch Rev um den Faktor 3,3 bzw. <2 gesteigert werden. Die kombinierte Zugabe von Tat und Rev führte dagegen zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen: Die Expression der Thymidinkinase war um den Faktor 7 erhöht, während für Interferon α2 eine Steigerung der Expression um den Faktor >300 angegeben wurde. Für HIV- 1 TDN Gag-Derivate konnte eine deutliche Rev-vermittelte Induktion der Proteinsynthese (bei geringer Basalaktivität) gezeigt werden, die mit einer weitgehenden Hemmung der HIV-Replikation (bis 94 %) verbunden war (Smythe et al., 1994; Furuta et al., 1997). Für die Kombination von Tat- und Rev-abhängiger Expression von TDN Gag konnte ebenfalls eine deutlich erhöhte Proteinsynthese durch Kotransfektion von tat- und rev- Expressionsplasmiden erzielt werden (Ding et al., 2002; Cara et al., 1998). Hier zeigte sich jedoch, dass die Hemmung der HIV-Replikation nur partiell erfolgte (Cara et al., 1998) und nur durch Kombination mit verschiedenen Hemmstrategien auf ein hohes Niveau anstieg (Ding et al., 2002; Cara et al., 1998). Im Gegensatz dazu führte die LTR/Tat-induzierbare Expression von Suizidgenen, wie TK, mehrfach zu einer Hemmung der Virusreplikation (Marcello et al., 1998; Miyake et al., 2001 ; Ragheb et al., 1999).In several approaches, Tat, Rev, and Tat / Rev-dependent expression were studied, and in part the inhibition of HIV proliferation in vitro was described (Caruso et al., 1992, Harrison et al., 1992, Liu et al. , 1994). Consistently, the expression of thymidine kinase (Marcello et al., 1998) and interferon α2 (Ragheb et al., 1999) could be increased by a factor of 5 and 4, respectively, and by a factor of 3.3 and <2, respectively, by Rev , In contrast, the combined addition of Tat and Rev led to very different results: the expression of thymidine kinase was increased by a factor of 7, while for interferon α2 an increase in expression by a factor of> 300 was indicated. For HIV-1 TDN Gag derivatives, a marked Rev-mediated induction of protein synthesis (with low basal activity) was shown, which was associated with a substantial inhibition of HIV replication (up to 94%) (Smythe et al., 1994; Furuta et al., 1997). For the combination of Tat- and Rev-dependent expression of TDN Gag, a significantly increased protein synthesis could also be achieved by cotransfection of tat and rev expression plasmids (Ding et al., 2002, Cara et al., 1998). Here, however, it was shown that the inhibition of HIV replication was only partial (Cara et al., 1998) and only increased to a high level by combination with various inhibitory strategies (Ding et al., 2002, Cara et al., 1998). , In contrast, LTR / Tat-inducible expression of suicide genes such as TK resulted in multiple inhibition of virus replication (Marcello et al., 1998, Miyake et al., 2001, Ragheb et al., 1999).
Die Basalaktivität betreffend, ist übereinstimmend gezeigt worden, dass eine Abhängigkeit von Rev nicht zu einer absoluten Verhinderung der Proteinsynthese führt. Rev beeinflusst den Export der RNA aus dem Zellkern und ist nur in Verbindung mit entsprechenden cis-aktiven Rückhaltesequenzen (INS, siehe oben) und einer cis-ständigen Erkennungssequenz (RRE) funktionell. Isolierte und in ihrer Größe (und damit auch in der Größe der INS) reduzierte gag-Gene werden unter einem entsprechend aktiven Promotor (z.B. CMV) effizient transkribiert und es liegt nahe, dass ein gewisser Teil der RNA ohne die Unterstützung des Rev ins Zytoplasma gelangt und translatiert wird.Concerning basal activity, it has consistently been shown that dependence on Rev does not result in absolute inhibition of protein synthesis. Rev influences the export of RNA from the nucleus and is only associated with the corresponding cis-active Retention sequences (INS, see above) and a cis-standing recognition sequence (RRE) functional. Isolated gag genes, which are reduced in size (and thus also in size), are efficiently transcribed under a correspondingly active promoter (eg CMV) and it seems likely that some of the RNA will enter the cytoplasm without the assistance of the Rev and is translated.
Für die Regulation durch LTR/Tat gibt es keine einheitlichen Daten. In den meisten Berichten wurde eine Basalaktivität der Gene unter LTR-Kontrolle beschrieben (Caruso et al., 1992; Ding et al., 2002; Muratori et al., 2002; Cara et al., 1998). Mögliche Erklärungen dieser Expression in Abwesenheit von Tat sind eine Aktivierung des LTR-Promotors durch TNFα, das aus den entsprechenden transduzierten Zellen sezemiert wurde (Muratori et al., 2002) oder Elemente des Vektorkonstrukts, die von HIV abgeleitet sind (Miyake et al., 2001).There is no uniform data for the regulation by LTR / Tat. Most reports have described basal activity of the genes under LTR control (Caruso et al., 1992, Ding et al., 2002, Muratori et al., 2002, Cara et al., 1998). Possible explanations of this expression in the absence of Tat are activation of the LTR promoter by TNFα, which has been secreted from the corresponding transduced cells (Muratori et al., 2002) or elements of the vector construct derived from HIV (Miyake et al. 2001).
Auch die Länge des verwendeten LTR kann einen Einfluss auf die Regulation haben. So wurde mit einem minimalen LTR eine komplette Abschaltung der Transkription in Abwesenheit von Tat nachgewiesen (Miyake et al., 2001), also ein "dichter" induzierbarer Promotor beschrieben.The length of the LTR used can also have an influence on the regulation. Thus, with a minimal LTR, a complete shutdown of transcription was detected in the absence of Tat (Miyake et al., 2001), thus a "dense" inducible promoter described.
Für eine HIV-abhängige Transgen-Expression scheint daher das LTR/Tat- System das konsequentere Schaltermodul zu sein. Auch deswegen, weil eine Induktion durch Rev der durch Tat nachgeschaltet ist, was zu einer initialen Virusvermehrung führen kann, und zwar kurz bevor die Hemmung durch das Transgen greifen kann. So wird unter anderem die beobachtete unvollständige Hemmung der Replikation nach Rev-Induktion erklärt (Smythe et al., 1994).For HIV-dependent transgene expression, therefore, the LTR / Tat system appears to be the more consistent switch module. Also because an induction by Rev is followed by action, which can lead to an initial virus multiplication, just before the inhibition can take effect through the transgene. Inter alia, the observed incomplete inhibition of replication after Rev induction is explained (Smythe et al., 1994).
Allerdings konnte für eine Tat-induzierbare Expression von transdominant- negativen (TDN) Gag-Derivaten, im Gegensatz zu Suizidgenen, bisher noch keine hinreichende Hemmung der HIV-Replikation nachgewiesen werden (siehe oben). Für diesen Mangel gibt es mehrere Erklärungsmöglichkeiten: i) Die TDN-Wirkung korreliert mit der Menge des TDN-Proteins, d.h. es muss ein gewisses Limit überschritten werden, um eine wirkungsvolle Intervention zu erreichen. Die Proteinmenge ist aber in großem Maß abhängig von der Promotoraktivität. Diese ist im Vergleich zu hoch aktiven viralen Promotoren (z.B. CMV, SV40) im HIV-1 LTR relativ gering, also möglicherweise nicht ausreichend.However, in contrast to suicide genes, Tat-inducible expression of transdominant negative (TDN) Gag derivatives has not yet been shown to sufficiently inhibit HIV replication (see above). There are several explanations for this deficiency: i) The TDN effect correlates with the amount of TDN protein, ie a certain limit must be exceeded in order to achieve an effective intervention. The amount of protein is, however, largely dependent on the promoter activity. This is relatively low compared to highly active viral promoters (eg CMV, SV40) in the HIV-1 LTR, so may not be sufficient.
ii) Die bisher verwendeten TDN-Derivate sind vom HIV-1 Wildtyp-Genom abgeleitet, enthalten folglich INS-Motive und sind daher von einem Rev- vermittelten Kernexport abhängig. Wie oben beschrieben, setzt daher die eigentliche Hemmwirkung erst mit der Anwesenheit des REV im Zellkern ein, wodurch die ersten HIV-Transkripte ungehindert in das Zytoplasma gelangen und die Replikation vollenden können. Daher ist es nicht verwunderlich, dass eine Kombination aus beiden Regulationssystemen zu einer sehr ineffizienten Hemmung der HIV-Replikation führt (Cara et al.,ii) The TDN derivatives used so far are derived from the HIV-1 wild-type genome, thus contain INS motifs and are therefore dependent on a Rev-mediated nuclear export. As described above, therefore, the actual inhibitory effect is only with the presence of REV in the nucleus, whereby the first HIV transcripts unhindered enter the cytoplasm and can complete the replication. Therefore, it is not surprising that a combination of both regulatory systems leads to a very inefficient inhibition of HIV replication (Cara et al.,
1998).1998).
Außer dem LTR-tat-System sind viele andere induzierbare virale Promotoren bekannt. Auch andere induzierbare Expressionssysteme sind im Stand der Technik bekannt. Oftmals kann jedoch mit einem induzierbaren System nicht der gewünschte Grad der Genexpression erreicht werden. Daher war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur induzierbaren Genexpression bereitzustellen.Besides the LTR-tat system, many other inducible viral promoters are known. Other inducible expression systems are also known in the art. Often, however, an inducible system can not achieve the desired level of gene expression. Therefore, it was an object of the present invention to provide an improved method for inducible gene expression.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur induzierbaren Genexpression, umfassendThis object is achieved by a method for inducible gene expression, comprising
(i) Bereitstellen einer zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz, (ii) Modifizieren der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz, so dass eine Steigerung der Expression erreicht wird,(i) providing a target nucleic acid sequence to be expressed, (ii) modifying the target nucleic acid sequence to be expressed such that an increase in expression is achieved,
(iii) operatives Verknüpfen der modifizierten Zielnukleinsäuresequenz mit einer induzierbaren Transkriptionskontrollsequenz, (iv) Exprimieren der modifizierten Zielnukleinsäuresequenz in einem geeigneten Expressionssystem durch einen transaktiven Faktor.(iii) operatively linking the modified target nucleic acid sequence to an inducible transcriptional control sequence, (iv) expressing the modified target nucleic acid sequence in one suitable expression system by a transactive factor.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die induzierbare Expression eines in einer zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz kodierten Gens (nachfolgend auch Transgen) deutlich verbessert werden kann, wenn zum einen seine Sequenz auf Nukleinsäureebene zu einer Steigerung der Genexpression modifiziert wird und andererseits die Zielnukleinsäure unter der Kontrolle einer durch einen transaktiven Faktor induzierbaren Transkriptionskontrollsequenz exprimiert wird.Surprisingly, it has been shown that the inducible expression of a gene to be expressed in a target nucleic acid sequence to be expressed (hereinafter transgene) can be significantly improved if, on the one hand, its nucleic acid-modified sequence to increase gene expression and on the other hand, the target nucleic acid under the control of a a transcript factor inducible transcriptional control sequence is expressed.
Eine induzierbare Genexpression ist z.B. bei der Verwendung von toxischen Genprodukten essentiell und hat bei anderen, therapeutisch einsetzbaren Genen gegenüber einer konstitutiven Expression entscheidende Vorteile:Inducible gene expression is e.g. is essential in the use of toxic gene products and has significant advantages over other constitutive expression in other therapeutically useful genes:
- Eine nicht infizierte Zelle wird in ihrer physiologischen Leistung nicht durch eine hohe Expression zusätzlicher Faktoren unter Stress gesetzt.An uninfected cell is not stressed in its physiological performance by a high expression of additional factors under stress.
- Unspezifische oder nicht absehbare Wechselwirkungen der Genprodukte könnten zu physiologischen Modifikationen, wie Aktivierung, Proliferation oder ähnlichem, auch bei benachbarten Zellen, in Geweben oder im gesamten Organismus führen. - Von HIV stammende Proteine werden im Umfeld einer HIV-Infektion von Immunzellen erkannt und die entsprechenden Protein-exprimierenden Zellen eliminiert.- Non-specific or unforeseeable interactions of the gene products could lead to physiological modifications, such as activation, proliferation or the like, also in neighboring cells, in tissues or in the whole organism. HIV-derived proteins are recognized by immune cells in the environment of HIV infection and the corresponding protein-expressing cells are eliminated.
- Im Fall von toxischen Faktoren muss eine konstitutive Produktion vermieden werden.- In the case of toxic factors, constitutive production must be avoided.
Eine Transkriptionskontrollsequenz ist eine Nukleinsäuresequenz, welche die Expression einer damit operativ assoziierten Nukleinsäuresequenz, insbesondere eines Gen, ermöglicht. Es kann sich hierbei um einen Promotor handeln, zusätzlich kann die Transkriptionskontrollsequenz auch weitere Elemente umfassen, wie etwa Enhancer und dergleichen. Vorzugsweise handelt es sich bei der induzierbaren Transkriptionskontrollsequenz um einen induzierbaren Promotor. Hierbei ist grundsätzlich jedes induzierbare Promotorsystem geeignet, das im Stand der Technik bekannt ist. Es kann beispielsweise ein natürlicher oder artifizeller induzierbarer Promotor verwendet werden, beispielsweise ein durch Tetracyclin induzierbarer Promotor (Tet on/Tet off-System). Des Weiteren kann aber auch ein induzierbarer viraler Promotor verwendet werden.A transcriptional control sequence is a nucleic acid sequence that enables expression of a nucleic acid sequence operatively associated therewith, particularly a gene. It may be a promoter, in addition, the transcriptional control sequence may also include other elements, such as enhancers and the like. Preferably, the inducible transcriptional control sequence is an inducible promoter. In principle, any inducible promoter system is suitable, which in the state the technique is known. For example, a natural or artificial inducible promoter can be used, for example, a tetracycline-inducible promoter (Tet on / Tet off system). Furthermore, however, an inducible viral promoter can also be used.
Die Transkriptionskontrollsequenz wird durch einen transaktiven Faktor induziert. Bei dem transaktiven Faktor handelt es sich um einen Faktor, welcher in trans wirkt und einen Einfluss auf die Transkription hat. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen Transkriptionsfaktor. Besonders bevorzugt ist der transaktive Faktor ein viraler transaktiver Faktor.The transcriptional control sequence is induced by a transactive factor. The transactive factor is a factor that acts in trans and has an impact on transcription. This is preferably a transcription factor. Most preferably, the transactive factor is a viral transactivating factor.
Vorzugsweise ist die induzierbare Transkriptionskontrollsequenz durch einen viralen transaktiven Faktor induzierbar. Eine virale induzierbarePreferably, the inducible transcriptional control sequence is inducible by a viral transactive factor. A viral inducible
Transkriptionskontrollsequenz, die durch einen viralen transaktiven Faktor induzierbar ist, kann von einem beliebigen Virus abgeleitet sein.Transcriptional control sequence inducible by a viral transactive factor can be derived from any virus.
Vorzugsweise werden hierfür Sequenzen von Retroviren, HCV (Hepatitis C-Preferably, sequences of retroviruses, HCV (hepatitis C
Virus), HBV (Hepatitis B-Virus), HSV (Herpes simlex-Virus), EBV (Epstein- Barr-Virus), SV40 (Simian-Virus 40), AAV (Adeno-assoziierter Virus),Virus), HBV (hepatitis B virus), HSV (herpes simplex virus), EBV (Epstein-Barr virus), SV40 (simian virus 40), AAV (adeno-associated virus),
Adenovirus, Papillomviren oder Ebolavirus verwendet. Die hierbei verwendeten transaktiven Faktoren sind demgemäß z.B. ausgewählt aus den folgenden viralen Faktoren, jedoch nicht beschränkt auf diese: NS5AAdenovirus, papillomavirus or Ebola virus. The transactive factors used herein are accordingly, e.g. selected from, but not limited to, the following viral factors: NS5A
(HCV), HB X (HBV), VP16/ICP4 (EBV), EBNA1/Rta (EBV), ART (HHV8), Large T-Antigen (SV40), Rep78/68 (AAV), E1A (Adenovirus), E2(HCV), HBX (HBV), VP16 / ICP4 (EBV), EBNA1 / Rta (EBV), ART (HHV8), Large T antigen (SV40), Rep78 / 68 (AAV), E1A (adenovirus), E2
(Papillomvirus) und VP30 (Ebolavirus).(Papilloma virus) and VP30 (Ebola virus).
Als induzierbare Transkriptionskontrollsequenz, die durch einen viralen transaktiven Faktor induzierbar ist, wird vorzugsweise ein retroviraler LTR- Promotor oder eine funktionelle Teilsequenz davon verwendet. Vorzugsweise ist daher der transaktive Faktor ein retrovirales Tat oder Tax Protein. Der LTR-Promotor kann ausgewählt sein aus den LTRs von HIV-1 , HIV-2, SIV1 HTLV und anderen verwandten Retroviren, die LTR-Promotoren aufweisen. Insbesondere sind Antivirale Promotoren bevorzugt, insbesondere die von HIV.As an inducible transcription control sequence inducible by a viral transactive factor, a retroviral LTR promoter or a functional subsequence thereof is preferably used. Preferably, therefore, the transactive factor is a retroviral Tat or Tax protein. The LTR promoter may be selected from the LTRs of HIV-1, HIV-2, SIV 1 HTLV and other related retroviruses, the LTR promoters exhibit. In particular, antiviral promoters are preferred, especially those of HIV.
Ein transaktiver Faktor im Sinne der vorliegenden Erfindung ist somit ein Faktor, welcher in trans einen Einfluss auf die Transkription ausübt, vorzugsweise indem der transaktive Faktor mit der induzierbaren Transkriptionskontrollsequenz wechselwirkt. Ein Beispiel für einen solchen transaktiven Faktor ist somit das oben bereits erwähnte Tat-Protein.A transactive factor in the sense of the present invention is thus a factor which exerts an influence on the transcription in trans, preferably in that the transactive factor interacts with the inducible transcriptional control sequence. An example of such a transactive factor is thus the Tat protein already mentioned above.
Zur Verbesserung der Genexpression wird die zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz modifiziert. Dies geschieht auf Nukleinsäureebene und bevorzugt so, dass die entsprechende Aminosäuresequenz nicht oder im wesentlichen nicht verändert wird. Wird die Aminosäuresequenz bei der Modifikation der Nukleinsäuresequenz zur Erhöhung der Genexpression verändert, so sollte dies keinen Einfluss auf die Funktion des resultierenden Proteins haben.To improve gene expression, the target nucleic acid sequence to be expressed is modified. This is done at the nucleic acid level and preferably so that the corresponding amino acid sequence is not or substantially not changed. If the amino acid sequence is changed in the modification of the nucleic acid sequence to increase gene expression, this should have no influence on the function of the resulting protein.
Die Modifikation der Zielnukleinsäuresequenz zur Erhöhung der Genexpression kann auf mehrere Arten durchgeführt werden.The modification of the target nucleic acid sequence to increase gene expression can be performed in a number of ways.
Zum einen ist es möglich, den Kodongebrauch des Transgens an das verwendete Expressionssystem anzupassen. Ein eukaryontisches Expressionssystem, insbesondere eines auf Säugerbasis ist bevorzugt, insbesondere handelt es sich hierbei um Säugerzellen, vorzugsweise humane Zellen. Daher wird der Kodongebrauch des Transgens vorzugsweise an den Kodongebrauch von Säugerzellen, stärker bevorzugt den von humanen Zellen, angepasst.On the one hand, it is possible to adapt the codon usage of the transgene to the expression system used. A eukaryotic expression system, particularly one based on mammalians, is preferred, in particular these are mammalian cells, preferably human cells. Therefore, the codon usage of the transgene is preferably adapted to the codon usage of mammalian cells, more preferably that of human cells.
Erfindungsgemäße und vorzugsweise für die Gentherapie geeignete modifizierte Zielnukleinsäuresequenzen lassen sich beispielsweise erzeugen, indem man die Kodonverteilung so wählt, wie sie in exportierter zellulärer mRNA auftritt. Bevorzugt soll hierbei eine Kodonwahl verwendet werden, wie in sie Säugerzellen am häufigsten oder am zweithäufigsten verwendet wird (Ausubel et al., 1994), noch mehr bevorzugt wird die Kodonwahl an die von aktiv exprimierten Säugergenen angepasst. Vorzugsweise wird die Nukleinsäuresequenz unter Verwendung der Gene Optimizer-Technologie (deutsche Patentanmeldung DE 102 60 805.9, PCT/EP03/14850) für eine optimale Expression in Säugetieren modifiziert.Modified target nucleic acid sequences suitable for gene therapy, for example, can be generated, for example, by choosing the codon distribution as occurs in exported cellular mRNA. Preferably, a codon choice should be used here, as in most or secondarily mammalian cells More preferably, codon selection is adapted to that of actively expressed mammalian genes. (Ausubel et al., 1994). Preferably, the nucleic acid sequence is modified using Gene Optimizer technology (German patent application DE 102 60 805.9, PCT / EP03 / 14850) for optimal expression in mammals.
Anstelle der oder auch zusätzlich zur Anpassung der Kodonwahl, ist es aber auch möglich, den GC-Gehalt zu optimieren. Vorzugsweise wird dies erreicht, indem der GC-Gehalt des Transgens so genau wie möglich an den GC-Gehalt des verwendeten Expressionssystems angepasst wird. Dabei wird vorzugsweise die Degeneration des genetischen Codes ausgenutzt, sodass die Änderung der Nukleinsäuresequenz zwecks Erhöhung des GC- Gehalts nicht zu einer Änderung der Aminosäuresequenz führt. Der optimale Prozentsatz an G und C Nukleotiden in einer zu exprimierenden Sequenz hängt, wie bereits erwähnt, von dem jeweiligen Organismus, bzw. den jeweiligen Zellen ab, in denen die Sequenz exprimiert werden soll. Beispielsweise liegt der optimale GC-Gehalt bei Nukleinsäuren in Säugerzellen bei etwa 50 %. Es gibt bereits Referenzdokumente, in denen der Fachmann den optimalen GC-Gehalt für verschiedene Organismen bzw. Zellen nachschlagen kann Es existiert die regelmäßig aktualisierte Codon Usage Database unter www.Kazusa.or.jp/codon/ von Y. Nakamura am Kazusa DNA Research Institute, siehe auch Nakamura, Y. et al. (2000) Nucl. Acids Res. 28, 292. Es ist dann für den Fachmann kein Problem, die Nukleinsäuresequenz der zu exprimierenden Zielnukleinsäure bezüglich des GC-Gehalts zu optimieren.Instead of or in addition to adjusting the codon choice, it is also possible to optimize the GC content. Preferably, this is achieved by adjusting the GC content of the transgene as accurately as possible to the GC content of the expression system used. In this case, preferably the degeneration of the genetic code is utilized, so that the change of the nucleic acid sequence for the purpose of increasing the GC content does not lead to a change in the amino acid sequence. The optimal percentage of G and C nucleotides in a sequence to be expressed, as already mentioned, depends on the particular organism or cells in which the sequence is to be expressed. For example, the optimal GC content of nucleic acids in mammalian cells is about 50%. There are already reference documents in which the skilled person can look up the optimal GC content for different organisms or cells. The regularly updated Codon Usage Database at www.Kazusa.or.jp/codon/ by Y. Nakamura at the Kazusa DNA Research Institute exists , see also Nakamura, Y. et al. (2000) Nucl. Acids Res. 28, 292. It is then no problem for a person skilled in the art to optimize the nucleic acid sequence of the target nucleic acid to be expressed in terms of GC content.
Die Optimierung des GC-Gehalts oder die Anpassung des Kodongebrauchs erfolgt vorzugsweise durch stumme Mutationen oder durch Mutationen, die die Aktivität des vom Transgen kodierten Proteins nicht beeinflussen. Der Kodongebrauch muss nicht unbedingt angepasst werden, wenn der GC- Gehalt des besagten Gens bereits über 50% beträgt. Gene mit vom Wildtyp abweichenden Kodongebrauch können, wie im Beispiel angegeben, aus langen Oligonukleotiden mit einer schrittweisen PCR hergestellt werden. Eine weitere Möglichkeit, die zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz zwecks Verbesserung der Expression zu modifizieren, besteht darin, entweder anstelle der obigen Möglichkeiten oder zusätzlich dazu, Motive gezielt zu eliminieren, welche die Transkription negativ beeinflussen. Dies umfasst z.B. die Deletion von Nukleinsäuremotiven wie etwa poly-A Sequenzen und dergleichen, die dem Fachmann bereits bekannt sein dürften. Weitere solcher die Expression negativ beeinflussenden Motive umfassen RNA-Instabilitätsmotive, adeninreiche Motive, Erkennungsmotive für Endonukleasen, Motive, welche die RNA-Sekundärstruktur beeinflussen und dergleichen.The optimization of the GC content or the adaptation of the codon usage is preferably carried out by silent mutations or by mutations which do not influence the activity of the protein encoded by the transgene. The codon usage need not necessarily be adjusted if the GC content of said gene is already over 50%. Genes with wild-type codon usage can be made from long oligonucleotides by stepwise PCR, as indicated in the example. Another way to modify the target nucleic acid sequence to be expressed for the purpose of enhancing expression is to either deliberately eliminate motifs that adversely affect transcription rather than the above or in addition thereto. This includes, for example, the deletion of nucleic acid motifs such as poly-A sequences and the like, which may already be known to the person skilled in the art. Other such negative expression influencing motifs include RNA instability motifs, adenine-rich motifs, recognition motifs for endonucleases, motifs that influence RNA secondary structure, and the like.
Die zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz kodiert vorzugsweise für ein therapeutisches und/oder diagnostisches Protein. Ein solches Protein kann z.B. ausgewählt sein aus toxischen Genprodukten, Suizidfaktoren, Apoptose induzierenden Proteinen, Botenstoffen, transaktiven Faktoren, Regulatorproteinen, transdominant-negativen Proteinen, Cytokinen, Chemokinen etc. Spezifische Beispiele sind Interferon α, SDF-I RANTES1 MIP1α, TNF und Interleukine, insbesondere die Interleukine 2, 6, 10, 12, 15 und 28. Vorzugsweise kodiert die zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz für ein Gen, das bei Verwendung des LTR/Tat- Systems, z.B. nach Aktivierung durch HIV-Infektion Proteine produziert, die geeignet sind, die natürlichen Abwehrmechanismen benachbarter Zellen zu induzieren oder durch Bindung an die entsprechenden Rezeptoren eine Infektion mit HIV zu verhindern. Bei HIV sind dies insbesondere die Rezeptoren CD4, CCR5 oder CXCR4.The target nucleic acid sequence to be expressed preferably encodes a therapeutic and / or diagnostic protein. For example, such a protein may be selected from toxic gene products, suicide factors, apoptosis-inducing proteins, messengers, transactivators, regulatory proteins, transdominant-negative proteins, cytokines, chemokines, etc. Specific examples are interferon α, SDF-I RANTES 1 MIP1α, TNF, and interleukins especially the interleukins 2, 6, 10, 12, 15 and 28. Preferably, the target nucleic acid sequence to be expressed encodes a gene which, when activated by the LTR / Tat system, eg after activation by HIV infection, produces proteins which are suitable to induce the natural defense mechanisms of neighboring cells or to prevent infection by HIV by binding to the corresponding receptors. In HIV, these are in particular the receptors CD4, CCR5 or CXCR4.
Weitere Beispiele sind Enzyme, wie z.B. Thymidinkinase, Cytosindeaminase, Purin Nukleosid Phosphorylase, Carboxypeptidase, Carboxylesterase, Nitroreductase, Peroxidase, Xanthin-Guanin- Phosphoribosyltransferase, Glykosidase, Thymidinphosphorylase und dergleichen. Besonders geeignet ist das Verfahren für die Expression von toxischen Genprodukten, z.B. Thymidinkinase aus Herpesviren, Nukleasen oder Apoptose- induzierende Proteine (z.B. FAS/FAS-Ligand, Kaspasen etc.). Neben den Kaspasen sind auch TNF-related Apoptosis-Inducing Ligand (TRAIL), Proteinkinase C (PKC), Tumornekrosefaktor (TNF), Apoptosis- Inducing Factor (AIF) und dergleichen geeignet. Nach Infektion mit HIV würde in diesem Fall die Expression von Genen induziert, die Zellen schädigen und somit die neue Produktion und Verbreitung von Nachkommenviren verhindern.Further examples are enzymes such as thymidine kinase, cytosine deaminase, purine nucleoside phosphorylase, carboxypeptidase, carboxylesterase, nitroreductase, peroxidase, xanthine-guanine phosphoribosyltransferase, glycosidase, thymidine phosphorylase and the like. The method is particularly suitable for the expression of toxic gene products, eg thymidine kinase from herpesviruses, nucleases or apoptosis-inducing proteins (eg FAS / FAS ligand, caspases etc.). In addition to caspases, TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL), protein kinase C (PKC), tumor necrosis factor (TNF), apoptosis-inducing factor (AIF) and the like are also suitable. In this case, after infection with HIV, the expression of genes would be induced which damage cells and thus prevent the new production and distribution of progeny viruses.
Weiterhin kann es sich bei dem Transgen um ein Regulatorgen handeln, das nach seiner induzierten Expression in einer Zelle als molekulares Schaltermolekül die Expression anderer Gene an- oder abschaltet. Als solches Regulatorgen kann beispielsweise ein Gen verwendet werden, das für einen Transkriptionsfaktor kodiert. Natürlich sind diese Anwendungsmöglichkeiten nicht auf die Infektion mit HIV beschränkt, der Fachmann ist in der Lage, entsprechende Systeme auch für andere Infektionen zu verwenden.Furthermore, the transgene may be a regulator gene which, after its induced expression in a cell as a molecular switch molecule, switches the expression of other genes on or off. As such regulatory gene, for example, a gene coding for a transcription factor can be used. Of course, these applications are not limited to the infection with HIV, the skilled person is able to use appropriate systems for other infections.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Transgen um ein virales Gen.Preferably, the transgene is a viral gene.
Weiterhin kann es sich bei der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz auch um ein Gen für ein transdominant-negatives (TDN) Protein handeln. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein virales TDN Protein, vorzugsweise ein retrovirales, am meisten bevorzugt ein lentivirales.Furthermore, the target nucleic acid sequence to be expressed may also be a gene for a transdominant-negative (TDN) protein. Preferably, this is a viral TDN protein, preferably a retroviral, most preferably a lentiviral.
Insbesondere sind hierbei lentivirale TDN Proteine geeignet, z.B. Derivate von Pr559a9, Gp41 , Gp120, Rev, Protease, Integrase, Reverse Transkriptase, Nef, Vpr, Vpv oder jedes andere Lentivirus-Protein, das dazu geeignet ist, den Replikationszyklus von Lentiviren, insbesondere HIV zu unterbrechen oder die Freisetzung/Ablösung von Viruspartikeln zu verhindern.In particular, lentiviral TDN proteins are suitable here, for example derivatives of Pr55 9a9 , Gp41, Gp120, Rev, protease, integrase, reverse transcriptase, Nef, Vpr, Vpv or any other lentivirus protein which is suitable for the replication cycle of lentiviruses, in particular HIV interruption or to prevent the release / detachment of virus particles.
Vorzugsweise wird HIV-1 gag (gruppenspezifisches Antigen) als Transgen verwendet, wobei dessen Kodonwahl an die Kodonwahl, wie sie in humanen Genen vorzufinden ist, angepasst wird.Preferably, HIV-1 gag (group-specific antigen) becomes transgenic the codon choice being adapted to the choice of codons as found in human genes.
Besonders bevorzugt wird ein gag-Gen verwendet, das weitere Deletionen enthält. Dies kann die TDN Wirkung noch verstärken. Vorzugsweise handelt es sich dabei um weitere Deletionen im p24-Bereich oder einzelne oder mehrere Assembly-Domänen.Particularly preferred is a gag gene containing further deletions. This can increase the TDN effect. These are preferably further deletions in the p24 region or one or more assembly domains.
Beispielsweise wurde die Aminosäuresequenz des gag-Genprodukts in einen synthetischen Gag-kodierenden Leserahmen, unter Verwendung derFor example, the amino acid sequence of the gag gene product was transformed into a synthetic gag-encoding reading frame using the
Kodonwahl von humanen Genen, rückübersetzt. Dieser „syngag" benannteCodon selection of human genes, back translated. This "syngag" called
Leserahmen wurde dann unter Verwendung von langen Oligonukleotiden und einer schrittweisen PCR als vollsynthetischer Leserahmen aufgebaut.Reading frame was then constructed using long oligonucleotides and a stepwise PCR as a fully synthetic reading frame.
Anschließend wurde der syngag-Leserahmen in einen Expressionsvektor einkloniert. Der hergestellte syngag-Vektor erwies sich in der Expression des HIV-Gag als vollständig unabhängig von der Präsenz des Rev-Proteins, einer RRE-Sequenz, einer 5' untranslatierten Region (UTR) oderSubsequently, the syngag reading frame was cloned into an expression vector. The syngag vector produced proved to be completely independent of the presence of the Rev protein, an RRE sequence, a 5 ' untranslated region (UTR), or the expression of the HIV gag
Spleißstellen. Das Ausgangs-gag-Gen, welches in seiner Kodonwahl demSplices. The initial gag gene, which in its codon selection the
HIV-1 Wildtyp-Gen entspricht (wtgag), erwies sich in seiner Expression dagegen als abhängig von Rev, RRE und dem 5'-UTR inklusive SpleißdonorIn contrast, HIV-1 wild-type gene (wtgag) was found to be dependent on Rev, RRE and the 5 ' UTR including splice donor
(Graf et al., 2000).(Graf et al., 2000).
Des Weiteren betrifft die Erfindung daher vorzugsweise ein Verfahren zur Expression von transdominant-negativen (TDN) Lentivirus-Proteinen in eukaryontischen Zellen, umfassend:Furthermore, the invention therefore preferably relates to a method for the expression of transdominant negative (TDN) lentivirus proteins in eukaryotic cells, comprising:
(a) Einbringen eines Vektors, umfassend eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz, die für ein TDN Lentivirus-Protein kodiert und deren Kodongebrauch an den von Säugern angepasst ist, und eine durch Lentivirus Tat-Protein induzierbare Promotorsequenz in operativer Verknüpfung mit der Zielnukleinsäuresequenz, in eine eukaryontische(a) introducing a vector comprising a target nucleic acid sequence to be expressed which encodes a TDN lentivirus protein and whose codon usage is adapted to that of mammals, and a lentivirus Tat protein inducible promoter sequence operably linked to the target nucleic acid sequence, into a eukaryotic
Zelle,Cell,
(b) Bereitstellen des Tat-Proteins so dass eine Expression der Zielnukleinsäuresequenz induziert wird. Überraschenderweise kann LTR/Tat-System trotz der genannten Limitation angewendet werden, wenn, wie oben beschrieben, die Expression des TDN- Derivats von Rev/RRE unabhängig ist. In der vorliegenden Erfindung wird dies erreicht durch die Anpassung des Kodongebrauchs an den von Säugerzellen.(b) providing the Tat protein such that expression of the target nucleic acid sequence is induced. Surprisingly, despite the limitation mentioned above, LTR / Tat system can be used if, as described above, expression of the TDN derivative is independent of Rev / RRE. In the present invention this is accomplished by the adaptation of codon usage to that of mammalian cells.
In der Kombination von LTR- und synthetischen HIV-Leserahmen verbindet sich eine frühe Expression des TDN-Gens - in einer frühen Phase der HIV- Infektion - mit einem effizienten Kernexport (plus einer RNA-Stabilisierung) und damit einer Proteinbiosynthese, bevor HIV-eigene Struktur- und damit Targetproteine produziert werden. Insgesamt bietet diese Kombination i) eine hohe TDN-Proteinmenge mit ii) einem kinetisch günstigen Expressionsverlauf und iii) einer sehr effizienten Induzierbarkeit.In the combination of LTR and synthetic HIV reading frames, early expression of the TDN gene - in an early stage of HIV infection - combines with efficient nuclear export (plus RNA stabilization) and protein biosynthesis, before HIV ones Structural and thus target proteins are produced. Overall, this combination provides i) a high amount of TDN protein with ii) a kinetically favorable expression course and iii) a very efficient inducibility.
In Abgrenzung zu den bisher beschrieben Verfahren ist i) die Induzierbarkeit der Expression auf die Anwesenheit von Tat beschränkt, wodurch die Notwendigkeit des HIV RRE/Rev im Transferkonstrukt vermieden wird und ii) die Rev-Unabhängigkeit des Transkripts durch eine geeignete Kodonwahl für das Transferkonstrukt gewährleistet.In contrast to the methods described so far, i) the inducibility of expression is limited to the presence of Tat, thus avoiding the need for the HIV RRE / Rev in the transfer construct, and ii) ensuring the Rev independence of the transcript by appropriate codon selection for the transfer construct ,
Die Transkriptionskontrollsequenz wird zum Transgen bevorzugt analog zum natürlichen Auftreten positioniert.The transcriptional control sequence is preferably positioned to the transgene analogously to the natural occurrence.
Die Induzierung des Promotors erfolgt durch ein lentivirales Tat-Protein, vorzugsweise durch das HIV Tat-Protein, das als trans-aktiver Faktor fungiert. Dies ermöglicht es, dass eine Induzierung des Promotors, durch eine Infektion der Zelle, die den Vektor enthält, mit einem Lentivirus, insbesondere HIV, von selbst eintritt. Unter einem solchen in trans aktiven Faktor wird im Sinne dieser Anmeldung sowohl ein einzelnes Protein als auch ein Proteinkomplex verstanden.The induction of the promoter is carried out by a lentiviral Tat protein, preferably by the HIV Tat protein, which acts as a trans-active factor. This allows induction of the promoter by infection of the cell containing the vector with a lentivirus, particularly HIV, to occur by itself. For the purposes of this application, such a trans-acting factor means both a single protein and a protein complex.
Die Stabilisierung der RNA und die Verbesserung der Kemexporteigenschaften sowie die Unabhängigkeit der Proteinproduktion von einer RRE/Rev-Wechselwirkung (im Fall von HIV-abgeleiteten Proteinen) kann beispielsweise erreicht werden durch eine entsprechende Kodonwahl, unter Berücksichtigung RNA-Stabilität-beeinflussender Motive.The stabilization of the RNA and the improvement of the Kemexport properties as well as the independence of protein production from an RRE / Rev interaction (in the case of HIV-derived proteins) can be achieved, for example, by a corresponding codon selection, taking into account RNA stability-influencing motifs.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Nukleinsäure-Vektor umfassend:Furthermore, the invention relates to a nucleic acid vector comprising:
(a) eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz,(a) a target nucleic acid sequence to be expressed,
(b) eine durch einen transaktiven Faktor, vorzugsweise durch einen viralen transaktiven Faktor, induzierbare Transkriptionskontrollsequenz in operativer Verknüpfung mit der zu exprimierendeπ(b) a transcriptional control sequence inducible by a transactive factor, preferably by a viral transactivator, in operative association with the expression to be expressed
Zielnukleinsäuresequenz, wobei die Sequenz gemäß (a) auf Nukleinsäureebene so modifiziert ist, dass eine Steigerung der Expression erreicht wird.Target nucleic acid sequence, wherein the sequence according to (a) is modified at the nucleic acid level so that an increase in expression is achieved.
Unter einem Nukleinsäure-Vektor wird in diesem Zusammenhang ein Nukleinsäure-Konstrukt verstanden, welches zur Expression einer darauf enthaltenen Zielnukleinsäuresequenz in einem geeigneten Expressionssystem, z.B. einer Zelle, einem Organismus oder einem in vitro System, geeignet ist und mindestens eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz und eine mit dieser in operativer Verknüpfung stehende induzierbare Transkriptionskontrollsequenz umfasst. Ein solcher Vektor kann weitere kodierende Sequenzen enthalten, wie z.B. Selektionsmarkergene und dergleichen. Der Fachmann ist in der Lage, die zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz in Verknüpfung mit ihrer Transkriptionskontrollsequenz in einen geeigneten kommeriell erhältlichen Plasmid-Vektor oder dergleichen oder auch einen selbst konstruierten einzusetzen.A nucleic acid vector in this context is understood as meaning a nucleic acid construct which is suitable for expression of a target nucleic acid sequence contained therein in a suitable expression system, e.g. a cell, an organism or an in vitro system, and comprising at least one target nucleic acid sequence to be expressed and an inducible transcriptional control sequence operably linked thereto. Such a vector may contain other coding sequences, e.g. Selection marker genes and the like. The person skilled in the art is able to use the target nucleic acid sequence to be expressed in conjunction with its transcription control sequence in a suitable commercially available plasmid vector or the like or else a self-engineered one.
Die zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz und die induzierbare Transkriptionskontrollsequenz können auch hier wie oben beschrieben ausgewählt werden. Auch die Modifizierung der Sequenz kann wie oben erläutert erfolgen. Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft Vektoren, die in der HIV- Gentherapie eingesetzt werden können und sich dadurch auszeichnen, dass sie für ein therapeutisches Gen kodieren, das erst nach Infektion der Zelle mit HIV exprimiert wird. Die Transkription entsprechender Gene wird dabei von der HIV-eigenen LTR („long terminal repeat")-Region kontrolliert und erfolgt erst in Anwesenheit des HIV-Tat-Proteins. Dabei werden vorzugsweise synthetische, an die Expression in humanen Zellen angepasste Leserahmen für die therapeutischen Gene verwendet, zur Steigerung der Genexpression, insbesondere der RNA-Stabilität und des RNA- Kernexportes. Diese Gene können vorzugsweise gegen unterschiedliche Schritte im HIV-Replikationszyklus gerichtet sein und intervenieren mit der Infektion von Zellen, der Replikation von HIV oder der Verbreitung von Nachkommenviren.The target nucleic acid sequence to be expressed and the inducible transcription control sequence can also be selected here as described above. The modification of the sequence can also be carried out as explained above. A preferred embodiment relates to vectors that can be used in HIV gene therapy and are characterized in that they encode a therapeutic gene that is expressed after infection of the cell with HIV. The transcription of corresponding genes is controlled by the HIV-specific LTR ("long terminal repeat") region and takes place only in the presence of the HIV Tat protein, whereby synthetic, adapted to the expression in human cells reading frame for the therapeutic Genes may be used to enhance gene expression, particularly RNA stability and RNA nuclear export, which may be directed against different steps in the HIV replication cycle and intervene with cell infection, replication of HIV, or propagation of progeny viruses.
Der erfindungsgemäße Vektor kann zusätzlich ein weiteres Transgen enthalten, das vorzugsweise für ein therapeutisches, gentherapeutisches und/oder diagnostisches Protein kodiert. Dieses weitere Transgen kann sich ebenfalls unter der Kontrolle eines LTR-Promotors, z.B. desselben Promotors wie die Sequenz gemäß (a) befinden. Oder aber es kann durch einen separaten Promotor, der konstitutiv oder induzierbar sein kann, gesteuert sein.The vector according to the invention may additionally contain a further transgene, which preferably codes for a therapeutic, gene therapeutic and / or diagnostic protein. This further transgene may also be under the control of an LTR promoter, e.g. the same promoter as the sequence according to (a). Or it may be controlled by a separate promoter, which may be constitutive or inducible.
Der Vektor kann z.B. viralen (z.B. Adeno-assoziierte Viren, Adenoviren, Retroviren, Herpesviren, Alphaviren etc.) oder bakteriellen Ursprungs oder ein Plasmid sein. Besonders bevorzugt wird die induzierbare Transkriptionskontrollsequenz so ausgewählt, dass die Expression des Fremdgens von der Anwesenheit des HIV-1 Tat-Proteins abhängig ist. Wird die Tat-Transaktivierung erfolgreich rekonstituiert, sollte vorzugsweise eine Steigerung der Expression des Tat-abhängigen Gens um mindestens das 3- fache, bevorzugt das 5-fache, noch mehr bevorzugt das 10-fache oder mehr zu messen sein. Vorzugsweise umfasst der Vektor eine Sequenz gemäß SEQ ID NO. 1, 16 oder 17.The vector may be, for example, viral (eg adeno-associated viruses, adenoviruses, retroviruses, herpesviruses, alphaviruses, etc.) or bacterial origin or a plasmid. Most preferably, the inducible transcriptional control sequence is selected such that expression of the foreign gene is dependent on the presence of the HIV-1 Tat protein. If the Tat transactivation is successfully reconstituted, preferably an increase in expression of the Tat-dependent gene should be at least 3-fold, preferably 5-fold, more preferably 10-fold or more. Preferably, the vector comprises a sequence according to SEQ ID NO. 1, 16 or 17.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin modifizierte Zielnukleinsäuresequenzen bereit, welche, wenn sie in operativerThe present invention further provides modified target nucleic acid sequences which, when in operative
Verknüpfung mit einer geeigneten induzierbarenLinkage with a suitable inducible
Transkriptionskontrollsequenz stehen, eine gesteigerte Genexpression bewirken. Vorzugsweise sind diese modifiziertenTranscriptional control sequence, causing increased gene expression. Preferably, these are modified
Zielnukleinsäuresequenzen ausgewählt aus den in dieser Erfindung in den Beispielen und im Sequenzprotokoll angegebenen Sequenzen. Am meisten bevorzugt sind die modifizierten Zielnukleinsäuresequenzen ausgewählt aus den folgenden Sequenzen: SEQ ID NO. 1 , 16 und 17.Target nucleic acid sequences selected from the sequences given in this invention in the Examples and Sequence Listing. Most preferably, the modified target nucleic acid sequences are selected from the following sequences: SEQ ID NO. 1, 16 and 17.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zellen, vorzugsweise eukaryontische Zellen, stärker bevorzugt Säugetierzellen, am meisten bevorzugt humane Zellen, die mit einer Nukleinsäure oder einemYet another subject of the present invention are cells, preferably eukaryotic cells, more preferably mammalian cells, most preferably human cells infected with a nucleic acid or a nucleic acid
Vektor, wie oben beschrieben, transformiert sind, wobei die Nukleinsäure in einer transkriptionsfähigen Form vorliegt. Die Nukleinsäure bzw. der Vektor können beispielsweise episomal vorliegen oder stabil ins Chromosom integriert sein. Dabei können in der Zelle ein oder mehrere Kopien vorliegen.Vector, as described above, wherein the nucleic acid is present in a transcriptional form. The nucleic acid or the vector may for example be episomal or stably integrated into the chromosome. There may be one or more copies in the cell.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Arzneimittel auf der Basis der hier offenbarten Vektoren und modifizierten Lentiviren und Zellen. Die erfindungsgemäße Arzneimittel sind geeignet als therapeutische und diagnostische Anwendungen, insbesondere sind sie geeignet zur Diagnose, Prävention oder Therapie von Virus-assoziierten Erkrankungen oder/und Tumorerkrankungen. Für diese Anwendungen kann z.B. die zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz insbesondere ein Suizidgen sein oder dergleichen.The present invention also relates to pharmaceutical compositions based on the vectors and modified lentiviruses and cells disclosed herein. The medicaments according to the invention are suitable as therapeutic and diagnostic applications, in particular they are suitable for the diagnosis, prevention or therapy of virus-associated diseases or / and tumor diseases. For these applications, e.g. the target nucleic acid sequence to be expressed is in particular a suicide gene or the like.
Beispielsweise können die Arzneimittel zur Therapie eingesetzt werden, vorzugsweise zur Therapie von Antiviralen Infektionen, z.B. HIV und SIV, insbesondere HIV-1 und HIV-2. Der Fachmann ist in der Lage, die Promotorsequenz an das System anzupassen, in dem die Expression stattfinden soll. Somit können nun Antivirale Infektionen bekämpft werden, indem infizierte Personen in vitro, ex vivo und natürlich in vivo behandelt werden, z.B. durch Einbringen der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren oder Vektoren in PMLs aus diesen Patienten oder in T-Zellen in unterschiedlichen Differenzierungsstadien oder Stammzellen.For example, the drugs can be used for therapy, preferably for the treatment of antiviral infections, eg HIV and SIV, in particular HIV-1 and HIV-2. The expert is capable of the Promoter sequence to adapt to the system in which the expression is to take place. Thus, antiviral infections can now be controlled by treating infected individuals in vitro, ex vivo and of course in vivo, eg by introducing the nucleic acids or vectors according to the invention into PMLs from these patients or in T cells in different stages of differentiation or stem cells.
Die Erfindung soll durch die folgenden Figuren und Beispiele näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by the following figures and examples.
Abbildungen und SequenzenPictures and sequences
Abbildung 1 stellt alle hergestellten gag-kodierenden Konstrukte schematisch dar.Figure 1 shows schematically all the gag-encoding constructs produced.
Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse der Expression verschiedener gag¬ kodierender Konstrukte in H1299-Zellen.FIG. 2 shows the results of the expression of various gag coding constructs in H1299 cells.
Abbildung 2A zeigt einen HIV-1 p24-spezifischen Western Blot von transfizierten Zellen.Figure 2A shows an HIV-1 p24-specific Western blot of transfected cells.
Abbildung 2B zeigt einen p24-EL I SA-Test.Figure 2B shows a p24 EL I SA test.
Abbildung 3 zeigt die Ergebnisse der Expression Wildtyp gag- exprimierenden Konstrukten in An- und Abwesenheit von Tat und/oder Rev.FIG. 3 shows the results of the expression of wild-type gag expressing constructs in the presence and absence of Tat and / or Rev.
Abbildung 3A zeigt einen HIV-1 p24-spezifischen Western Blot von transfizierten Zellen.Figure 3A shows an HIV-1 p24-specific Western blot of transfected cells.
Abbildung 3B einen ELISA-Test.Figure 3B an ELISA test.
Abbildung 4 zeigt die Wirkung der transdominanten negativen gag-Proteine auf die Freisetzung von HIV-Partikeln. Abbildung 4A zeigt die Hemmung der Freisetzung von Partikeln in Prozent gemäß einem p24 ELISA-Test.Figure 4 shows the effect of the transdominant gag negative proteins on the release of HIV particles. Figure 4A shows percent inhibition of particle release according to a p24 ELISA assay.
Abbildung 4B zeigt die Hemmung der Infektiosität der freigesetzten Viruspartikel in Prozent.Figure 4B shows the percent inhibition of the infectivity of released virus particles.
Abbildung 5 zeigt die Hemmung der Freisetzung von Viruspartikeln in Prozent, die in Anwesenheit von transdominant negativen gag-Konstrukten mit weiteren Deletionen im p24 gebildet wurden.Figure 5 shows the percent inhibition of viral particle release formed in the presence of trans-dominant negative gag constructs with further deletions in p24.
Abbildung 5A zeigt die Hemmung der Freisetzung in Prozent.Figure 5A shows the percent release inhibition.
Abbildung 5B zeigt die Hemmung der Infektiosität in Prozent.Figure 5B shows the inhibition of infectivity in percent.
Abbildung 6 zeigt die Sequenzen von TDsyngag und TDwtgag sowie einen Sequenzvergleich zwischen TDwtgag und TDsyngag.Figure 6 shows the sequences of TDsyngag and TDwtgag and a sequence comparison between TDwtgag and TDsyngag.
Abbildung 7 zeigt die Nukleinsäuresequenzen von TDsyngag delta 2 und TDsyngag delta 2 delta p7.Figure 7 shows the nucleic acid sequences of TDsyngag delta 2 and TDsyngag delta 2 delta p7.
SEQ ID No. 1 zeigt die Nukleinsäuresequenz von TDsyngag.SEQ ID no. Figure 1 shows the nucleic acid sequence of TDsyngag.
SEQ ID No. 2 zeigt die Aminosäuresequenz von TDsyngag.SEQ ID no. Figure 2 shows the amino acid sequence of TDsyngag.
SEQ ID No. 3 zeigt die Nukleinsäuresequenz von TDwtgag.SEQ ID no. Figure 3 shows the nucleic acid sequence of TDwtgag.
SEQ ID No. 4 zeigt die Aminosäuresequenz von TDwtgag.SEQ ID no. 4 shows the amino acid sequence of TDwtgag.
SEQ ID No. 5 bis 15 zeigen verschiedene Oligonukleotide.SEQ ID no. Figures 5 to 15 show different oligonucleotides.
SEQ ID No. 16 zeigt die Nukleinsäuresequenz von TDsyngag delta 2. SEQ ID No. 17 zeigt die Aminosäuresequenz von TDsyngag delta 2.SEQ ID no. Figure 16 shows the nucleic acid sequence of TDsyngag delta 2. SEQ ID no. 17 shows the amino acid sequence of TDsyngag delta 2.
SEQ ID No. 18 zeigt die Nukleirisäuresequenz von TDsyngag delta 2 delta P7.SEQ ID no. Figure 18 shows the nucleic acid sequence of TDsyngag delta 2 delta P7.
SEQ ID No. 19 zeigt die Aminosäuresequenz von TDsyngag delta 2 delta P7.SEQ ID no. Figure 19 shows the amino acid sequence of TDsyngag delta 2 delta P7.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Herstellung von unabhängigen, Tat-abhängigen, Rev-abhängigen undProduction of independent, fact-dependent, rev-dependent and
Tat- und Rev-abhängigen Gag-GenderivatenTat and Rev dependent gag gender derivatives
HIV-1 transdominant-negative (TDN) Gag-Derivate wurden als konstitutiv, Tat-, Rev- oder Tat/Rev-abhängig exprimierende Genkonstrukte hergestellt. Die Rev-Abhängigkeit wurde durch die Verwendung von HIV Wildtyp(wt)- Gensequenzen, inklusive des 5'-nicht translatierten Bereiches (UTR), in Verbindung mit dem HIV Rev-Responsive-Element (RRE) erreicht. Die Rev- Unabhängigkeit wurde durch synthetische, GC-reiche Gensequenzen ermöglicht, wobei die kodierte Aminosäuresequenz für beide Konstrukte identisch ist. Eine Abhängigkeit von Tat wurde durch die Verwendung des HIV-1 LTR als Transkriptionskontrolle erreicht. Demgegenüber wurde für eine konstitutive Transkription der CMV-Promotor/Enhancer verwendet. Durch entsprechende Kombination der Elemente wurde eine konstitutive Expression (CMV-syngag), eine Tat-abhängige (LTR-syngag) eine Rev- abhängige (CMV-UTR-wtgag-RRE) und eine Tat- und Rev-abhängige (LTR- UTR-wtgag-RRE) Expression von identischen (auf Proteinebene) TDN Gag- Derivaten generiert.HIV-1 transdominant negative (TDN) Gag derivatives were prepared as constitutively, Tat, Rev or Tat / Rev dependent gene constructs. Rev dependence was achieved by using HIV wild-type (wt) gene sequences, including the 5 ' untranslated region (UTR), in conjunction with the HIV Rev responsive element (RRE). Rev independence was made possible by synthetic, GC-rich gene sequences, with the encoded amino acid sequence being identical for both constructs. Dependence on Tat was achieved by using HIV-1 LTR as a transcriptional control. In contrast, for constitutive transcription, the CMV promoter / enhancer was used. By appropriate combination of the elements, a constitutive expression (CMV-syngag), an action-dependent (LTR-syngag), a rev dependent (CMV-UTR-wtgag-RRE) and a Tat- and Rev-dependent (LTR-UTR) wtgag-RRE) expression of identical (at the protein level) TDN gag derivatives.
Der Leserahmen des HIV-1 gruppenspezifischen Antigens (gag) (GenBank Accession Nummer: M15654.1 HIVBH102, Nukleotide 112-1650; Referenz: Ratner L1 Haseltine W, Patarca R, Livak KJ1 Starcich B, Josephs SF1 Doran ER, Rafalski JA, Whitehom EA1 Baumeister K, et al. Complete nucleotide seqence of the AIDS virus, HTLV-III. Nature. 1985 Jan 24-30; 313 (6000): 277-84) sollte unter Verwendung einer Kodonwahl, wie sie in humanen Zellen zu finden ist, künstlich aufgebaut werden. Dazu wurde die Aminosäuresequenz des Gag-Proteins (entspricht GenBank Accession Nummer: M15654 JIVBH102, Nukleotide 112-1408) mit einer Deletion von nt 304-489 in eine entsprechende Nukleotidsequenz übersetzt. Für die Kodonoptimierung und Optimierung der RNA-Sequenz wurde ein entsprechendes Software-Paket (GeneOptimizer) verwendet. Zur Subklonierung sowie zum Anfügen weiterer Sequenzelemente innerhalb nicht translatierter Regionen wurden weitere Restriktionsschnittstellen eingefügt. Die Nukleinsäuresequenz, inklusive der Schnittstellen, ist in SEQ ID NO. 1 angegeben.The reading frame of the HIV-1 group-specific antigen (gag) (GenBank Accession Number: M15654.1 HIVBH102, nucleotides 112-1650, reference: Ratner L 1 Haseltine W, Patarca R, Livak KJ 1 Starcich B, Josephs SF 1 Doran ER, Rafalski JA, Whitehom EA 1 Builder K, et al. Complete nucleotide seqence of the AIDS virus, HTLV-III. Nature. 1985 Jan 24-30; 313 (6000): 277-84) should be synthesized using a codon choice as found in human cells. For this purpose, the amino acid sequence of the Gag protein (corresponding to GenBank accession number: M15654 JIVBH102, nucleotides 112-1408) was translated into a corresponding nucleotide sequence with a deletion of nt 304-489. An appropriate software package (GeneOptimizer) was used for codon optimization and optimization of the RNA sequence. For the subcloning and for adding further sequence elements within untranslated regions further restriction sites were added. The nucleic acid sequence, including the interfaces, is shown in SEQ ID NO. 1 indicated.
Diese Sequenz wurde als vollsynthetisches Gen unter Verwendung synthetischer Oligonukleotide nach einer bereits beschriebenen Methode (Zolotukhin et al., 1996) hergestellt.This sequence was prepared as a fully synthetic gene using synthetic oligonucleotides according to a method already described (Zolotukhin et al., 1996).
In Abbildung 6 ist ein Vergleich der Nukleinsäuresequenzen von TDsyngag (Kodonwahl abgeleitet von Säugergenen) und TDwtgag (Kodonwahl abgeleitet von HlV-Strukturgenen) gezeigt. Das so hergestellte TDGag kodierende DNA-Fragment ("TDsyngag") wurde unter Verwendung derFigure 6 shows a comparison of the nucleic acid sequences of TDsyngag (codon selection derived from mammalian genes) and TDwtgag (codon selection derived from HIV structural genes). The TDGag-encoding DNA fragment ("TDsyngag") so prepared was amplified using the
Schnittstellen EcoRI und Xho I in den Expressionsvektor pcDNA3.1(+)Interfaces EcoRI and Xho I into the expression vector pcDNA3.1 (+)
(Invitrogen) unter die transkriptionelle Kontrolle des Cytomegalo-Virus (CMV) early promotor/enhancer gestellt ("pc-CMV-TDsyngag").(Invitrogen) under the transcriptional control of cytomegalovirus (CMV) early promoter / enhancer ("pc-CMV-TDsyngag").
Zur Herstellung eines analogen, jedoch in seiner Kodonwahl dem HIV- Wildtyp entsprechenden Expressionsplasmids, wurde die kodierende Region des HIV-1 gag, inklusive des 5'-nicht translatierten Bereichs (UTR), subkloniert und, um die Voraussetzungen für einen Rev-vermittelten Kernexport zu erfüllen, dem wtgag-kodierenden Bereich eine RNA- Zielsequenz (RRE) angefügt (Graf et al., 2000). Diese Zielsequenz interagiert auf RNA-Ebene mit einem viralen Kernexportprotein (im Falle von HIV-1 das Rev-Protein) und zellulären Kernexportproteinen.To prepare an analogous, but in its Kodonwahl the HIV wild-type corresponding expression plasmid, the coding region of the HIV-1 gag, including the 5 ' untranslated region (UTR), subcloned and the conditions for a Rev-mediated nuclear export to add to the wtgag coding region an RNA target sequence (RRE) (Graf et al., 2000). This target sequence interacts at the RNA level with a viral nuclear export protein (in the case of HIV-1 Rev protein) and cellular nuclear export proteins.
Um eine Anpassung auf Proteinebene zu gewährleisten, wurde das Wildtyp- Konstrukt durch Einführung von zwei aufeinander folgenden Stop-Kodons im gag Leserahmen C-terminal verkürzt (Kodons für 372F und 373L wurden mutiert). Die Mutationen wurden durch gerichtete Mutagenese (QuickChange site-directed mutagenesis kit, Stratagene) unter Verwendung der Oligonukleotide gag-stop1 und gag-stop2 eingeführt. Das resultierende Konstrukt wurde pc-CMV-UTR-wtgag-RRE bezeichnet. Unter Verwendung der Oligonukleotide DeM und Del2 wurde in diesem Konstrukt - analog dem TDsyngag - eine Deletion von nt 304 bis nt 489 eingefügt (pc-UTR-TDwtgag- RRE). Die kodierende Sequenz ist in SEQ ID No. 3 angegeben.To ensure protein level adaptation, the wild-type construct was C-terminally shortened by introducing two consecutive stop codons in the gag reading frame (codons for 372F and 373L were mutated). The mutations were introduced by site-directed mutagenesis kit (Stratagene) using oligonucleotides gag-stop1 and gag-stop2. The resulting construct was named pc-CMV-UTR-wtgag-RRE. Using the oligonucleotides DeM and Del2, a deletion from nt 304 to nt 489 was inserted in this construct analogously to TDsyngag (pc-UTR-TDwtgag-RRE). The coding sequence is shown in SEQ ID no. 3 indicated.
Die kodierenden Sequenzen wurden unter die transkriptionelle Kontrolle des HlV-Promotors gestellt, um eine Tat-Abhängigkeit des Gag-Proteinderivats zu erreichen. Der HIV-1 Long Terminal Repeat (LTR) beinhaltet einen solchen Promotor. Diese Region wurde mittels PCR unter Verwendung der Oligonukleotide ItM und Itr2 aus proviraler HIV-1 DNA (HX10 siehe (Ratner et al., 1987)) amplifiziert und unter Verwendung der Schnittstellen Mfu\ und EcoR\ direkt 5' vor das ATG des gag-kodierenden Leserahmen im pc-CMV- TDsyngag kloniert, wobei der CMV-Promotor durch das LTR ersetzt wurde. Für den Austausch des Promotors im wtgag-Konstrukt wurden Teile des HIV-Genoms unter Verwendung der Oligonukleotide Itr1 und Itr3 in einer PCR-Reaktion amplifiziert und unter Verwendung der Schnittstellen Mlu\ und C/al der CMV-Promotor im pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE-Konstrukt ausgetauscht. Dabei wurde der natürliche Leserahmen des HlV-Provirus (mit der Reihenfolge LTR, UTR, gag) wieder hergestellt. Die resultierenden Konstrukte wurden im Weiteren als "pc-LTR-TDsyngag" bzw. "pc-LTR-UTR- TDwtgag-RRE" bezeichnet.The coding sequences were placed under the transcriptional control of the HIV promoter to achieve Tat dependence of the Gag protein derivative. The HIV-1 Long Terminal Repeat (LTR) contains such a promoter. This region was amplified by PCR using oligonucleotides ItM and Itr2 from HIV-1 proviral DNA (HX10 see (Ratner et al., 1987)), and using the Mfu \ and EcoR \ cleavage sites directly 5 'in front of the ATG of the gag. cloned coded reading frame in the pc-CMV TDsyngag, wherein the CMV promoter was replaced by the LTR. For the replacement of the promoter in the wtgag construct, parts of the HIV genome were amplified using the oligonucleotides Itr1 and Itr3 in a PCR reaction and using the Mlu \ and C / al cleavage sites the CMV promoter in the pc-CMV-UTR- TDwtgag-RRE construct replaced. The natural reading frame of the HIV-Provirus (with the order LTR, UTR, gag) was restored. The resulting constructs were hereafter referred to as "pc-LTR-TDsyngag" and "pc-LTR-UTR-TDwtgag-RRE", respectively.
In Abbildung 1 sind alle hergestellten Gag-kodierenden Konstrukte schematisch dargestellt. Beispiel 2Figure 1 shows all the Gag-encoding constructs shown schematically. Example 2
Die Expression der TDgag-Konstrukte kann durch HIV- Regulatorproteine kontrolliert werdenThe expression of the TDgag constructs can be controlled by HIV regulatory proteins
Sämtliche Zellkulturprodukte waren von Life Technologies (Karlsruhe). Alle Säugerzelllinien wurden bei 37 0C und 5 % CO2 kultiviert. Die humane Lungenkarzinomzelllinie H1299 wurden in Dulbecco's Modifiziertem Eagle Medium (DMEM) mit L-Glutamin, D-Glucose (4,5 mg/ml), Natriumpyruvat, 10% inaktiviertem fötalem Rinderserum, Penicillin (100 U/ml) und Streptomycin (100 μg/ml) kultiviert. Die Zellen wurden nach Erreichen der Konfluenz im Verhältnis 1:10 subkultiviert.All cell culture products were from Life Technologies (Karlsruhe). All mammalian cell lines were cultured at 37 ° C. and 5% CO 2 . Human lung carcinoma cell line H1299 was transfected into Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) with L-glutamine, D-glucose (4.5 mg / ml), sodium pyruvate, 10% inactivated fetal bovine serum, penicillin (100 U / ml) and streptomycin (100 μg / ml). The cells were subcultured after reaching confluency in the ratio 1:10.
1 x 106 Zellen wurden in Petrischalen (Durchmesser: 100 mm) ausgesät und 24 h später durch Calciumphosphat Kopräzipitation (Graham et al., 1973) mit 30 μg TDgag-Plasmiden und 15 μg pc-tat (Tat Expressionsplasmid) bzw. pc-rev (Rev-Expressionsplasmid) oder pcDNA 3.1 Vektor (Referenzplasmid) transfiziert. Bei Kotransfektionen von gag, tat und rev wurden je 15 μg Plasmid eingesetzt. Zellen und Kulturüberstände wurden 48 h nach der Transfektion geerntet. Die transfizierten Zellen wurden zweimal mit eiskaltem PBS (10 mM Na2HPO4, 1,8 mM KH2PO4, 137 mM NaCI, 2,7 mM KCl) gewaschen, in eiskaltem PBS abgekratzt, 10 min bei 300 xg abzentrifugiert und in Lyse-Puffer (50 mM Tris-HCI, pH 8.0, 0.5% Triton X- 100 (w/v)) 30 min auf Eis lysiert. Unlösliche Bestandteile des Zelllysates wurden 30 min bei 10000 xg und 4°C abzentrifugiert. Die Gesamtproteinmenge des Überstandes wurde mit dem Bio-Rad- Proteinassay (Bio-Rad, München) nach Herstellerangaben bestimmt.1 × 10 6 cells were seeded in petri dishes (diameter: 100 mm) and 24 h later by calcium phosphate coprecipitation (Graham et al., 1973) with 30 ug TDgag plasmids and 15 ug pc-tat (Tat expression plasmid) or pc- rev (Rev expression plasmid) or pcDNA 3.1 vector (reference plasmid). For cotransfections of gag, tat and rev, 15 μg of plasmid were used. Cells and culture supernatants were harvested 48 hours after transfection. The transfected cells were washed twice with ice-cold PBS (10 mM Na 2 HPO 4 , 1.8 mM KH 2 PO 4 , 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl), scraped off in ice-cold PBS, centrifuged at 300 × g for 10 min Lysis buffer (50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 0.5% Triton X-100 (w / v)) for 30 min on ice. Insoluble constituents of the cell lysate were centrifuged off for 30 minutes at 10,000 × g and 4 ° C. The total protein amount of the supernatant was determined by the Bio-Rad Protein Assay (Bio-Rad, Munich) according to the manufacturer's instructions.
Die Proben wurden mit gleichem Volumen an 2-fach Probenpuffer (Laemmli, 1970) versetzt und 5 min auf 95 0C erhitzt. 50 μg Gesamtprotein aus Zelllysaten wurden über ein 12,5%-iges SDS/Polyacrylamidgel aufgetrennt (Laemmli, 1970), auf eine Nitrocellulose-Membran elektrotransferiert und mit dem monoklonalen p24-spezifιschen Antikörper 13-5 (Wolf et al., 1990) analysiert und mittels einem sekundären, AP- (Alkalische Phosphatase) gekoppelten Antikörper detektiert und mittels chromogener Färbung nachgewiesen (Abb. 2A).The samples were mixed with the same volume of 2-fold sample buffer (Laemmli, 1970) and heated to 95 0 C for 5 min. 50 μg total protein from cell lysates were separated on a 12.5% SDS / polyacrylamide gel (Laemmli, 1970), electrotransferred to a nitrocellulose membrane and with the monoclonal antibody p 24 -spezifιschen 13-5 (Wolf et al., 1990) analyzes and detects coupled by means of a secondary, AP (alkaline phosphatase) antibodies and by chromogenic staining detected (Fig. 2A).
Ergänzend dazu wurden die Zelllysate in einem kommerziell erhältlichen p24 ELISA-Test (NEN) quantifiziert. Je 1 μg des Zelllysates wurden nach den Angaben des Herstellers ausgewertet und die Gesamtkonzentration an HIV- 1 p24 bestimmt (Abb. 2B).In addition, the cell lysates were quantified in a commercially available p24 ELISA test (NEN). 1 μg of the cell lysate was evaluated according to the manufacturer's instructions and the total concentration of HIV-1 p24 was determined (FIG. 2B).
H1299 Zellen wurden transient mit den gag-Konstrukten transfiziert. Die erzielte Expression wurde in An- und Abwesenheit von Tat oder Rev analysiert (Abb. 2). Für das pc-CMV-TDsyngag wurde eine konstitutive Expression des TDgag unabhängig von Tat oder Rev nachgewiesen (Abb. 2A, Spur 2 und 2B, 2). Die Expression des TDgag konnte für das pc-CMV- UTR-TDwtgag-RRE-Konstrukt durch Rev um den Faktor 7 (Abb. 2A, Spuren 3 und 4 und 2B 3 und 4) und für das pc-LTR-TDsyngag-Konstrukt durch Cotransfektion von pc-tat um den Faktor 2,5 (Abb. 2A1 Spuren 5 und 6 und 2B, 5 und 6) gesteigert werden. Die Basalaktivität der TDgag Expression war dabei für das pc-LTR-TDsyngag-Konstrukt im Vergleich zu pc-CMV- UTR-TDwtgag-RRE etwas geringer, für beide Konstrukte aber gegenüber dem pc-CMV-TDsyngag deutlich reduziert und nur geringfügig über der Negativkontrolle (ca. Faktor 2,5 für pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE und 1,5 für pc-LTR-TDsyngag; Abb. 2B). Das Genprodukt von pc-LTR-UTR-TDwtgag- RRE konnte mit diesen Methoden nicht nachgewiesen werden. Die Deletion im Gag führt zu einer verringerten Erkennung durch den monoklonalen Antikörper und in Verbindung mit einer stark eingeschränkten Expression sind die erreichten TDgag Mengen unzureichend für einen Nachweis durch Antikörper. Daher wurde die Tat- und Rev-Abhängigkeit in einem Referenzkonstrukt (komplette wtgag-Sequenz) untersucht. Dieses Konstrukt (pc-LTR-UTR-wtgag-RRE) war sowohl von Tat als auch von Rev abhängig. Tat allein führte zu einer Expressionszunahme um den Faktor 4, Rev alleine um den Faktor 16 und die Kombination von Tat und Rev um den Faktor 47 (Abb. 3).H1299 cells were transiently transfected with the gag constructs. The expression obtained was analyzed in the presence and absence of Tat or Rev (Figure 2). For the pc-CMV TDsyngag, constitutive expression of the TDgag was detected independently of Tat or Rev (Figure 2A, lanes 2 and 2B, 2). The expression of the TDgag for the pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE construct by Rev could be increased by a factor of 7 (Figure 2A, lanes 3 and 4 and 2B 3 and 4) and for the pc-LTR-TDsyngag construct Cotransfection of pc-tat increased by a factor of 2.5 (Figure 2A 1 lanes 5 and 6 and 2B, 5 and 6). The basal activity of the TDgag expression was slightly lower for the pc-LTR-TDsyngag construct compared to pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE, but significantly reduced for both constructs compared to the pc-CMV-TDsyngag and only slightly above the negative control (about factor 2.5 for pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE and 1.5 for pc-LTR-TDsyngag, Fig. 2B). The gene product of pc-LTR-UTR-TDwtgag-RRE could not be detected by these methods. The deletion in the gag leads to a reduced recognition by the monoclonal antibody and, in conjunction with a strongly restricted expression, the achieved TDgag amounts are insufficient for detection by antibodies. Therefore, the Tat and Rev dependence in a reference construct (complete wtgag sequence) was investigated. This construct (pc-LTR-UTR-wtgag-RRE) was dependent on both Tat and Rev. Tat alone led to an increase in expression by a factor of 4, Rev alone by a factor of 16 and the combination of Tat and Rev by a factor of 47 (Fig. 3).
Beispiel 3Example 3
Die TDgag-Konstrukte haben auf die HlV-Partikelfreisetzung einen transdominant negativen EffektThe TDgag constructs have a trans-dominant negative effect on HIV particle release
H1299 Zellen wurden, wie unter Beispiel 1 beschrieben, mit Kombinationen von Plasmiden transient transfiziert. Für eine Transfektion wurden 15 μg HX10 provirale DNA und je 30 μg der TDgag-Konstrukte oder 30 μg pcDNA3.1 als Kontrolle für eine ungehemmte Replikation eingesetzt. Nach 48 h wurden die Zellkulturüberstände geerntet, Zellbestandteile durch Zentrifugation (10 min bei 10000 xg) sedimentiert und die Überstände mit 10 % einer Triton x 100 Lösung (5 %) zur Lyse der HIV-Partikel im Überstand 15 min bei RT inkubiert. Die behandelten Überstände wurden in entsprechenden Verdünnungen in einen p24 ELISA-Test (NEN) eingesetzt und die p24-Menge quantifiziert. Die Reduktion der p24-Menge korreliert dabei direkt mit einer Hemmung der Partikelfreisetzung nach Transfektion mit einem HlV-Provirus. Die bestimmten p24-Mengen wurden in Relation zu der Kontrolle (Cotransfektion mit pcDNA3.1, ungehemmt) gesetzt und die Hemmung in Prozent berechnet. Für jede Kombination wurden mindestens 6 unabhängige Ansätze getestet.H1299 cells were transiently transfected with combinations of plasmids as described in Example 1. For transfection, 15 μg HX10 proviral DNA and 30 μg each of the TDgag constructs or 30 μg pcDNA3.1 were used as control for uninhibited replication. After 48 h, the cell culture supernatants were harvested, cell components were sedimented by centrifugation (10 min at 10,000 xg) and the supernatants were incubated with 10% of a Triton x 100 solution (5%) for lysis of the HIV particles in the supernatant at RT for 15 min. The treated supernatants were used in appropriate dilutions in a p24 ELISA test (NEN) and the amount of p24 quantified. The reduction of the p24 amount correlates directly with an inhibition of particle release after transfection with an HIV-provirus. The determined p24 levels were set in relation to the control (cotransfection with pcDNA3.1, uninhibited) and percent inhibition calculated. For each combination at least 6 independent approaches were tested.
Wie aus Abb. 4A zu ersehen ist, haben alle getesteten TDgag-Konstrukte zu einer erheblichen Hemmung der Partikelfreisetzung geführt. Die TDsyngag (TDsg)-Konstrukte hatten unabhängig vom vorgeschalteten Promoter eine sehr hohe Hemmung bewirkt. Die Hemmwirkung der TDwtgag (TDwtg)- Konstrukte war dagegen von der Promotorregion abhängig. Die Hemmung der Partikelfreisetzung war unter einer CMV-Promotorkontrolle deutlich höher als unter dem HIV LTR-Promotor.As can be seen in Figure 4A, all the TDgag constructs tested resulted in a significant inhibition of particle release. The TDsyngag (TDsg) constructs had a very high inhibition, independent of the upstream promoter. In contrast, the inhibitory effect of the TDwtgag (TDwtg) constructs was dependent on the promoter region. The inhibition of particle release was significantly higher under a CMV promoter control than under the HIV LTR promoter.
Beispiel 4Example 4
Die TDgag-Konstrukte haben auf die HlV-Infektiösität einen transdominant negativen Effekt H 1299 Zellen wurden, wie unter Beispiel 3 beschrieben, mit Plasmidkombinationen transfiziert und die Überstände nach 48 h geerntet und aufgereinigt. Zur Überprüfung des Einflusses der TDgag-Konstrukte auf die Freisetzung infektiöser Nachkommenviren, wurden die konditionierten Zellkulturüberstände in einer entsprechenden Indikatorzelllinie (MAGI) überprüft (Kimpton et al., 1992).The TDgag constructs have a trans-dominant negative effect on HIV infectivity H 1299 cells were transfected with plasmid combinations as described under Example 3, and the supernatants were harvested after 48 h and purified. To check the influence of the TDgag constructs on the release of infectious progeny viruses, the conditioned cell culture supernatants were checked in a corresponding indicator cell line (MAGI) (Kimpton et al., 1992).
Bei den eukaryontischen MAGI (multinuclear activation of a galactosidase indicator)-Zellen handelt es sich um eine Indikatorzelllinie, die eineThe eukaryotic MAGI (multinuclear activation of a galactosidase indicator) cells is an indicator cell line that has a
Reportergenkassette enthält, welche durch HIV-Infektion induziert werden kann. Die MAGI-Zellen wurden vom UK Medical Research Council (MRC) zur Verfügung gestellt In dieser Kassette ist der virale LTR (long terminal repeat)-Promotor dem E. coli ß-Galactosidasegen (lacZ) vorgeschaltet. Die Expression des lacZ ist demnach von der Transkriptionsaktivität des LTR-Contains reporter gene cassette which can be induced by HIV infection. The MAGI cells were provided by the UK Medical Research Council (MRC). In this cassette the viral LTR (long terminal repeat) promoter precedes the E. coli β-galactosidase gene (lacZ). The expression of the lacZ is therefore dependent on the transcriptional activity of the LTR
Promotors durch das virale Tat abhängig.Promoter dependent on the viral act.
Für die Infektion wurden am Vortag 3 x 104 Zellen pro 300 μl Medium (in 48- Well-Platten) ausgesät. Nach Ernte der transfizierten H1299-Zellüberstände wurden die Magi-Zellen mit 100 μl Überstand je Ansatz infiziert und 48 h kultiviert.For the infection, 3 × 10 4 cells per 300 μl of medium (in 48-well plates) were seeded the day before. After harvesting the transfected H1299 cell supernatants, the Magi cells were infected with 100 μl of supernatant per batch and cultured for 48 h.
Zur Auswertung der Infektiosität wurde das Medium abgesaugt und die Wells mit PBS gewaschen. Die Monolayer wurden mit 200 μl Fixierlösung (1 % Formaldehyd, 0,2 % Glutaraldehyd in PBS) fixiert und nach Inkubation von 5 min bei Raumtemperatur noch mal mit PBS gewaschen. Anschließend wurden 200 μl Färbelösung (16 mg X-GaI in 4 ml DMSO, ad 40 ml PBS; Zugabe von 400 μl K-Ferricyamid (400 mM), 400 μl K-Ferrocyamid (400 mM) und 80 μl MgCI2 (1 M)) auf die Zellen gegeben. Die Inkubation erfolgte bei 37 0C zwischen 15 min und 3 h. Die blauen Zellen wurden im Lichtmikroskop ausgezählt.To evaluate the infectivity, the medium was aspirated and the wells were washed with PBS. The monolayers were fixed with 200 .mu.l fixing solution (1% formaldehyde, 0.2% glutaraldehyde in PBS) and washed again with PBS after incubation for 5 min at room temperature. Subsequently, 200 μl of staining solution (16 mg of X-GaI in 4 ml of DMSO, ad 40 ml of PBS, addition of 400 μl of K-ferricyanide (400 mM), 400 μl of K-ferrocyamide (400 mM) and 80 μl of MgCl 2 (1 M )) on the cells. The incubation was carried out at 37 ° C. for between 15 minutes and 3 hours. The blue cells were counted by light microscopy.
Die Hemmung wurde als Reduktion blauer Zellen bestimmt und in Relation zu der Zahl an blauen Zellen in der Positivkontrolle als Prozent-Hemmung der Infektiosität angegeben. Im Wesentlichen korrelieren die Ergebnisse mit den Daten der Hemmung der Partikelfreisetzung (Figur 4B). Nahezu vollständige Hemmung wurde für die Konstrukte pc-CMV-TDsyngag, pc- LTR-TDsyngag und pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE nachgewiesen, während das Konstrukt pc-LTR-UTR-TDwtgag-RRE eine etwa 50 %ige Hemmung bewirkte (abgebildet sind die Ergebnisse eines exemplarischen Experimentes aus zwei unabhängigen Ansätzen, Figur 4B).The inhibition was determined as reduction of blue cells and in relation to the number of blue cells in the positive control indicated as percent inhibition of infectivity. In essence, the results correlate with the particle release inhibition data (Figure 4B). Nearly complete inhibition was demonstrated for the pc-CMV-TDsyngag, pc-LTR-TDsyngag, and pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE constructs, while the pc-LTR-UTR-TDwtgag-RRE construct caused approximately 50% inhibition (FIG. Shown are the results of an exemplary experiment from two independent approaches, Figure 4B).
Beispiel 5Example 5
Transdominant negativer Effekt von Tat-abhängigen TDgag-Derivaten mit einer weiteren Deletion im p24Transdominant negative effect of Tat-dependent TDgag derivatives with a further deletion in p24
Ausgehend von den Konstrukten pc-CMV-TDsyngag, pc-LTR-TDsyngag, pc- CMV-UTR-TDwtgag-RRE und pc-LTR-UTR-TDwtgag-RRE wurde durch dieStarting from the constructs pc-CMV-TDsyngag, pc-LTR-TDsyngag, pc-CMV-UTR-TDwtgag-RRE and pc-LTR-UTR-TDwtgag-RRE was established by the
Verwendung der Oligonukleotide Del3 und Del4 (syngag) und Del5 und Del6Use of the oligonucleotides Del3 and Del4 (syngag) and Del5 and Del6
(wtgag) eine weitere Deletion in den gag-Leserahmen eingeführt. Diese(wtgag) introduced another deletion into the gag reading frame. These
Deletion betrifft die Aminosäuren 230 bis 300, ein Bereich in dem sehr vieleDeletion concerns amino acids 230 to 300, an area in which very many
CTL-Epitope identifiziert wurden. Die Expression des entsprechenden TDN Gag-Derivates nach Transfektion von H 1299 Zellen mit den neu entstandenen Konstrukten pc-CMV-TDsyngagd2, pc-LTR-TDsyngagd2, pc-CTL epitopes were identified. The expression of the corresponding TDN Gag derivative after transfection of H 1299 cells with the newly formed constructs pc-CMV-TDsyngagd2, pc-LTR-TDsyngagd2, pc-
CMV-UTR-TDwtgagd2-RRE und pc-LTR-UTR-TDwtgagd2-RRECMV-UTR-TDwtgagd2-RRE and pc-LTR-UTR-TDwtgagd2-RRE
(schematische Übersicht siehe Abb. 1) konnte nicht nachgewiesen werden, da die Modifikationen die Affinität der verfügbaren gag-spezifischen Antikörper beeinflussen und weder im Western Blot noch im p24-ELISA spezifische Signale zu detektieren waren.(schematic overview see Fig. 1) could not be detected because the modifications affect the affinity of the available gag-specific antibodies and were detected in Western blot or p24 ELISA specific signals.
Wie unter 3. beschrieben, wurden H1299 Zellen zur Überprüfung der TDN- Wirkung mit Kombinationen aus HX10 (15 μg) und TDsyngagd2 bzw. pcDNA3.1 transfiziert (je 30 μg Plasmid DNA) und die Überstände, wie unter 3. beschrieben, im p24-ELISA und, wie unter 4. beschrieben, mittels der MAGI-Zellen ausgewertet. Eine Hemmung der Partikelfreisetzung (Ergebnisse der p24-ELISA-Auswertung, Abb. 5A, mindestens 6 unabhängige Ansätze) und der Infektiosität von Nachkommenviren (Ergebnisse der MAGI-Auswertung, Abb. 5B, zwei unabhängige Ansätze) wurde für alle eingesetzten Konstrukte gezeigt. Die Reihenfolge der Hemmeffekte (Partikelfreisetzung) ist hier pc-CMV-TDsyngagd2 (98,45 %) >pc-LTR-TDsyngagd2 (97,49 %) >pc-CMV-UTR-TDwtgagd2-RRE (80,99 %) >pc-LTR-UTR-TDwtgagd2-RRE (73,69 %) und entspricht damit im Wesentlichen den Ergebnissen der TDgag-Experimente. Die synthetischen Leserahmen zeigen auch hier offensichtlich eine Überlegenheit in der Hemmung in der Partikelfreisetztung. Die Reduktion von infektiösen Nachkommenviren war dagegen in diesem experimentellen Ansatz vergleichbar (Abb. 5B). Im direkten Vergleich der Rev-Abhängigkeit mit der Tat-Abhängigkeit ergeben sich für die Kombination LTR mit synthetischem Leserahmen klare Vorteile.As described under 3., H1299 cells were transfected to check the TDN effect with combinations of HX10 (15 ug) and TDsyngagd2 or pcDNA3.1 (each 30 ug plasmid DNA) and the supernatants, as described under 3., in p24 -ELISA and, as described under 4., evaluated by means of the MAGI cells. Inhibition of particle release (results of the p24 ELISA evaluation, Fig. 5A, at least 6 independent approaches) and the infectivity of progeny viruses (results of the MAGI evaluation, Fig. 5B, two independent approaches) was demonstrated for all constructs used. The order of inhibitory effects (particulate release) here is pc-CMV-TDsyngagd2 (98.45%)> pc-LTR-TDsyngagd2 (97.49%)> pc-CMV-UTR-TDwtgagd2-RRE (80.99%)> pc -LTR-UTR-TDwtgagd2-RRE (73.69%) and thus essentially corresponds to the results of the TDgag experiments. Again, the synthetic reading frames obviously show superiority in inhibition in particle release. In contrast, the reduction of infectious progeny viruses was comparable in this experimental approach (Figure 5B). In a direct comparison of the Rev dependence with the Tat dependence, there are clear advantages for the synthetic LTR combination LTR.
Tabelle 1 : Verwendete OligonukleotideTable 1: Oligonucleotides used
'Bezeichnung Sequenz 5' - 3' SEQ ID NO ' Designation Sequence 5' - 3 'SEQ ID NO
Dell TAAAGCTTCCTTGGTGTC 5Dell TAAAGCTTCCTTGGTGTC 5
Del2 TTCAGCCCAGAAGTAATACC 6Del2 TTCAGCCCAGAAGTAATACC 6
Del3 TACAAGACCCTGCGCGCCGAGCAGGCC 7Del3 TACAAGACCCTGCGCGCCGAGCAGGCC 7
Del4 CTCCCTCATCTGGCCGGGGGCGATGGG 8Del4 CTCCCTCATCTGGCCGGGGGCGATGGG 8
Del5 TTCTCTCATCTGGCCTGGTGCAATAGG 9Del5 TTCTCTCATCTGGCCTGGTGCAATAGG 9
De!6 TATAAAACTCTAAGAGCCGAGCAAGCT 10De! 6 TATAAAACTCTAAGAGCCGAGCAAGCT 10
Gag-slop1 GGAAGGCCAGATCTTCCCTCATTAATTAGCCTGTCTCTCAGTAC 11Gag-slop1 GGAAGGCCAGATCTTCCCTCATTAATTAGCCTGTCTCTCAGTAC 11
Gag-stop2 GTACTGAGAGACAGGCTAATTAATGAGGGAAGATCTGCCTTCC 12Gag-stop2 GTACTGAGAGACAGGCTAATTAATGAGGGAAGATCTGCCTTCC 12
Itr1 ATTGTCGACACGCGTTGGAAGGGCTAATTCACTCC 13Itr1 ATTGTCGACACGCGTTGGAAGGGCTAATTCACTCC 13
Itr2 ATTGAATTCCTCTCTCCTTCTAGCCTC . 14Itr2 ATTGAATTCCTCTCTCCTTCTAGCCTC. 14
Itr3 GCTTGCCCATACTATATG 15 LiteraturItr3 GCTTGCCCATACTATATG 15 literature
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Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur verbesserten induzierbaren Genexpression, umfassend (i) Bereitstellen einer zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz, (ii) Modifizieren der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz, so dass eine Steigerung der Expression erreicht wird, (iii) operatives Verknüpfen der modifizierten Zielnukleinsäuresequenz mit einer induzierbaren Transkriptionskontrollsequenz,A method for improved inducible gene expression comprising (i) providing a target nucleic acid sequence to be expressed, (ii) modifying the target nucleic acid sequence to be expressed so as to increase expression, (iii) operably linking the modified target nucleic acid sequence to an inducible transcriptional control sequence,
(iv) Exprimieren der modifizierten Zielnukleinsäuresequenz in einem geeigneten Expressionssystem durch einen transaktiven Faktor.(iv) expressing the modified target nucleic acid sequence in a suitable expression system by a transactive factor.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei für die induzierbare Transkriptionskontrollsequenz ein induzierbarer natürlicher viraler2. The method of claim 1, wherein for the inducible transcription control sequence an inducible natural viral
Promotor oder ein induzierbarer artifizieller Promotor verwendet wird.Promoter or an inducible artificial promoter is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die induzierbare Transkriptionskontrollsequenz ausgewählt wird aus viralen Transkriptionskontrollsequenzen, insbesondere aus den folgenden3. The method according to claim 1 or 2, wherein the inducible transcription control sequence is selected from viral transcription control sequences, in particular from the following
Viren: Retroviren, HCV, HBV, HSV, EBV, SV40, AAV1 Adenovirus, Papillomviren, Ebolavirus.Viruses: retroviruses, HCV, HBV, HSV, EBV, SV40, AAV 1 adenovirus, papillomavirus, Ebola virus.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine induzierbare Transkriptionskontrollsequenz verwendet wird, die durch ein retrovirales Tat oder Tax-Protein als transaktiven Faktor induzierbar ist.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein an inducible transcription control sequence is used, which is inducible by a retroviral Tat or Tax protein as a transactive factor.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kodongebrauch der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz an das5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the codon use of the target nucleic acid sequence to be expressed on the
Expressionssystem angepasst wird. Expression system is adjusted.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Kodongebrauch an den von Säugern angepasst wird.The method of claim 5, wherein the codon usage is adapted to that of mammals.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Kodongebrauch an den von Menschen angepasst wird.The method of claim 6, wherein the codon usage is adapted to that of humans.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der GC- Gehalt der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz an den des Expressionssystems angepasst wird.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the GC content of the target nucleic acid sequence to be expressed is adapted to that of the expression system.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der GC-Gehalt der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz für den von Säugern optimiert wird.The method of claim 8, wherein the GC content of the target nucleic acid sequence to be expressed is optimized for that of mammals.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz negative transkriptions- beeinflussende Motive eliminiert werden.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the target nucleic acid sequence to be expressed negative transcription-influencing motifs are eliminated.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modifikation der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz im11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the modification of the target nucleic acid sequence to be expressed in
Wesentlichen ohne Veränderung der entsprechenden Aminosäuresequenz durchgeführt wird.Essentially without changing the corresponding amino acid sequence is performed.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz verwendet wird, die für ein therapeutisches und/oder diagnostisches Protein kodiert.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein a target nucleic acid sequence to be expressed is used which codes for a therapeutic and / or diagnostic protein.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das therapeutische und/oder diagnostische Protein ausgewählt ist aus toxischen Genprodukten, Suizidfaktoren, Apoptose induzierenden Proteinen, Botenstoffen, transaktiven Faktoren, Regulatorproteinen, transdominant-negativen Proteinen, Cytokinen, Chemokinen, Interleukinen, Interferon α, RANTES, MIP1α, TNF, Thymidinkinasen, Nukleasen, FAS, FAS-Ligand, Kaspasen und Transkriptionsfaktoren.13. The method of claim 12, wherein the therapeutic and / or diagnostic protein is selected from toxic gene products, suicide factors, apoptosis-inducing proteins, messengers, transactivators, regulatory proteins, transdominant negative proteins, cytokines, chemokines, interleukins, interferon α, RANTES, MIP1α, TNF, thymidine kinases, nucleases, FAS, FAS ligand, Caspases and transcription factors.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz verwendet wird, die für ein virales transdominant-negatives (TDN) Protein kodiert.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein a target nucleic acid sequence to be expressed is used which codes for a viral transdominant-negative (TDN) protein.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz verwendet wird, die für ein retrovirales TDN- Protein kodiert.15. The method of claim 14, wherein a target nucleic acid sequence to be expressed is used which codes for a retroviral TDN protein.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz verwendet wird, die für ein TDN Lentivirus- Protein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gag, Env, Tat, Rev, Nef, Vpr, Vpv, Reverser Transkriptase, Protease und Integrase, kodiert.16. The method of claim 15, wherein a target nucleic acid sequence to be expressed is used which is representative of a TDN lentivirus protein selected from the group consisting of Gag, Env, Tat, Rev, Nef, Vpr, Vpv, reverse transcriptase, protease and integrase, coded.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Expression von transdominant-negativen (TDN) Lentivirus-Proteinen in eukaryontischen Zellen, umfassend:17. The method according to any one of the preceding claims for the expression of transdominant-negative (TDN) lentivirus proteins in eukaryotic cells, comprising:
(a) Einbringen eines Vektors, umfassend eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz, die für ein TDN Lentivirus-Protein kodiert und deren Kodongebrauch an den von Säugern angepasst ist, und eine durch ein Lentivirus Tat-Protein induzierbare Promotorsequenz in operativer Verknüpfung mit der Zielnukleinsäuresequenz, in eine eukaryontische Zelle, (b) Bereitstellen des Tat-Proteins, so dass eine Expression der(a) introducing a vector comprising a target nucleic acid sequence to be expressed which encodes a TDN lentivirus protein and whose codon usage is adapted to that of mammals, and a lentivirus Tat protein inducible promoter sequence operably linked to the target nucleic acid sequence eukaryotic cell, (b) providing the Tat protein, allowing expression of the
Zielnukleinsäuresequenz induziert wird.Target nucleic acid sequence is induced.
18. Nukleinsäure-Vektor umfassend:18. Nucleic acid vector comprising:
(a) eine zu exprimierende Zielnukleinsäuresequenz, (b) eine durch einen transaktiven Faktor induzierbare(a) a target nucleic acid sequence to be expressed, (b) a trans-factor inducible
Transkriptionskontrollsequenz in operativer Verknüpfung mit der zu exprimierenden Zielnukleinsäuresequenz, wobei die Sequenz gemäß (a) auf Nukleinsäureebene so modifiziert ist, dass eine Steigerung der Expression erreicht wird.A transcriptional control sequence operably linked to the target nucleic acid sequence to be expressed, wherein the sequence of (a) is modified at the nucleic acid level is that an increase in expression is achieved.
19. Vektor nach Anspruch 18, wobei die Sequenz gemäß (a) so modifiziert ist, dass die entsprechende Aminosäuresequenz nicht verändert ist.19. The vector of claim 18, wherein the sequence according to (a) is modified so that the corresponding amino acid sequence is not changed.
20. Vektor nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Kodongebrauch der Sequenz gemäß (a) an den von Säugetieren angepasst ist.The vector of claim 18 or 19, wherein the codon usage of the sequence according to (a) is adapted to that of mammals.
21. Vektor nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Sequenz gemäß (a) so modifiziert ist, dass der GC-Gehalt für den von Säugern optimiert ist.The vector of any one of claims 18 to 20, wherein the sequence of (a) is modified such that the GC content is optimized for that of mammals.
22. Vektor nach Anspruch 21 , wobei die Sequenz gemäß (a) so modifiziert ist, dass der GC-Gehalt für den von Menschen optimiert ist.22. The vector of claim 21, wherein the sequence according to (a) is modified such that the GC content is optimized for that of humans.
23. Vektor nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Sequenz gemäß (a) für ein therapeutisches Protein und/oder diagnostisches Protein und/oder trans-dominant negatives (TDN) Virus-Protein, insbesondere ein TDN Lentivirus-Protein, kodiert.23. A vector according to any one of claims 18 to 22, wherein the sequence according to (a) for a therapeutic protein and / or diagnostic protein and / or trans-dominant negative (TDN) virus protein, in particular a TDN lentivirus protein encoded.
24. Vektor nach Anspruch 23, wobei das diagnostische und/oder therapeutische Protein ausgewählt ist aus toxischen Genprodukten, Suizidfaktoren, Apoptose induzierenden Proteinen, Botenstoffen, transaktiven Faktoren, Regulatorproteinen, transdominant-negativen Proteinen, Cytokinen, Chemokinen, Interleukinen, Interferon α,24. The vector of claim 23, wherein the diagnostic and / or therapeutic protein is selected from toxic gene products, suicide factors, apoptosis-inducing proteins, messengers, transactivators, regulatory proteins, transdominant negative proteins, cytokines, chemokines, interleukins, interferon α,
RANTES, MIP1α, TNF, Thymidinkinasen, Nukleasen, FAS, FAS-Ligand, Kaspasen und Transkriptionsfaktoren.RANTES, MIP1α, TNF, thymidine kinases, nucleases, FAS, FAS ligand, caspases and transcription factors.
25. Vektor nach Anspruch 23, wobei das TDN Virus-Protein ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Gag, Env, Tat, Rev, Nef, Vpv, Vpu,25. The vector of claim 23, wherein the TDN virus protein is selected from the group consisting of Gag, Env, Tat, Rev, Nef, Vpv, Vpu,
Reverser Transkriptase, Protease und Integrase. Reverse transcriptase, protease and integrase.
26. Vektor nach Anspruch 25, wobei das TDN Lentivirus-Protein das Gag- Protein ist.The vector of claim 25, wherein the TDN lentivirus protein is the Gag protein.
27. Vektor nach Anspruch 25 oder 26, wobei das TDN Lentivirus-Protein ein Gag-Protein mit Deletionen im p24-Bereich ist.27. A vector according to claim 25 or 26, wherein the TDN lentivirus protein is a Gag protein with deletions in the p24 region.
28. Vektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, wobei die Sequenz gemäß (a) die Sequenz der SEQ ID NO: 1 , 16 und 18 umfasst.28. The vector according to any one of the preceding claims 18 to 27, wherein the sequence according to (a) comprises the sequence of SEQ ID NO: 1, 16 and 18.
29. Vektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 28, wobei die Promotorsequenz eine lentivirale LTR-Sequenz oder eine funktionelle Teilsequenz davon ist.29. A vector according to any one of the preceding claims 18 to 28, wherein the promoter sequence is a lentiviral LTR sequence or a functional subsequence thereof.
30. Modifizierter Lentivirus, umfassend ein modifiziertes Genom, welches eine oder mehrere stumme Mutationen in proteinkodierenden Bereichen enthält, welche den Kodongebrauch an den von Säugetieren anpassen.A modified lentivirus comprising a modified genome containing one or more silent mutations in protein coding regions that adapt the codon usage to that of mammals.
31. Zelle, die einen Vektor oder einen modifizierten Lentivirus nach einem der Ansprüche 18 bis 30 enthält.31. A cell containing a vector or a modified lentivirus according to any one of claims 18 to 30.
32. Arzneimittel, umfassend als Wirkstoff einen Vektor, einen modifizierten Lentivirus oder eine Zelle nach einem der Ansprüche 18 bis 31.32. A pharmaceutical composition comprising as active ingredient a vector, a modified lentivirus or a cell according to any one of claims 18 to 31.
33. Verwendung eines Vektors und/oder eines modifizierten Lentivirus und/oder einer Zelle nach einem der Ansprüche 18 bis 31 zur33. Use of a vector and / or a modified lentivirus and / or a cell according to one of claims 18 to 31 for
Herstellung eines Arzneimittels für die Gentherapie und/oder Diagnostik.Preparation of a medicament for gene therapy and / or diagnostics.
34. Verwendung nach Anspruch 33 für die Gentherapie und/oder Diagnose bei retroviralen Infektionen. 34. Use according to claim 33 for gene therapy and / or diagnosis in retroviral infections.
35. Verwendung nach Anspruch 33 zur Behandlung und/oder Diagnose von Antiviralen Infektionen.35. Use according to claim 33 for the treatment and / or diagnosis of antiviral infections.
36. Verwendung nach Anspruch 33 zur Behandlung und/oder Diagnose einer HIV-Infektion.36. Use according to claim 33 for the treatment and / or diagnosis of HIV infection.
37. Verwendung nach Anspruch 33 zur ex vivo Transduktion von PMLs aus mit HIV infizierten Personen. 37. Use according to claim 33 for the ex vivo transduction of PMLs from persons infected with HIV.
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