ES2239332T3 - Mutantes de la toxina de estreptococos a y procedimientos de uso. - Google Patents
Mutantes de la toxina de estreptococos a y procedimientos de uso.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A TOXINAS SPE AGMENTOS DE LA MISMAS, VACUNAS Y COMPOSICIONES FARMACEUTICAS Y METODOS DE USO DE LA VACUNA Y DE LAS COMPOSICIONES FARMACEUTICAS. LA TOXINA SPE OACIDO Y NO ES SUSTANCIALMENTE LETAL EN COMPARACION A LA TOXINA SPE FORMAR COMPOSICIONES DE VACUNAS UTILES PARA PROTEGER A LOS ANIMALES CONTRA LAS ACTIVIDADES BIOLOGICAS DE LA TOXINA SPE TIPO SALVAJE.
Description
Mutantes de la toxina de estreptococos A y
procedimientos de uso.
Streptococcus pyogenes, también conocido
como estreptococo del grupo A \beta-hemolítico
(GAS) es un patógeno de seres humanos que puede causar infecciones
moderadas tales como faringitis e impétigo. Pueden suceder
complicaciones autoinmunes post-infección,
concretamente fiebre reumática y glomerulonefritis aguda. GAS
también puede causar enfermedades agudas graves tales como fiebre
escarlata y el síndrome de choque tóxico por estreptococos (STSS).
Las infecciones graves por GAS fueron un gran problema en los
Estados Unidos y en todo el mundo en el inicio de este siglo. A
mediados de los cuarenta, la cantidad de casos y su gravedad
disminuyó a un ritmo constante por razones aún no comprendidas
completamente. Sin embargo, más recientemente, se ha visto un
resurgimiento de enfermedades serias causadas por GAS de modo que
puede haber 10-20.000 casos de STSS cada año en los
Estados Unidos. Del 50 al 60% de estos pacientes tendrá fascitis
necrotizante y miositis; del 30 al 60% morirá y la mitad de los
supervivientes tendrán extremidades amputadas.
En 1986 y 1987 dos informes describieron un brote
de infecciones graves por GAS localizadas en el área de Rocky
Mountain. Estos informes se han seguido en los últimos años por
otros distintos que describen una enfermedad con presentación
clínica análoga. Los síntomas descritos para esta enfermedad fueron
muy similares a los descritos para el síndrome de choque tóxico
(TSS), y en 1992 un comité de científicos dio a esta presentación
clínica el nombre formal de STSS, y estableció los criterios para su
diagnóstico. STSS se define por la presencia de lo siguiente:
1. hipotensión y conmoción;
2. aislamiento de estreptococo del grupo A;
3. dos o más de los siguientes síntomas: fiebre
de 38,5ºC o superior, aparición de fiebre escarlata, vómitos y
diarrea, disfunción renal y del hígado, síndrome de distrés
respiratorio del adulto, coagulación intravascular diseminada,
fascitis necrotizante y/o miositis, bacteremia.
Los aislados de estreptococos de pacientes STSS
son predominantemente de tipo M 1 y 3, formando M18 y organismos no
tipificables la mayoría del resto. La mayoría de M1, 3, 18, y
organismos no tipificables asociados con STSS producen endotoxina A
pirogénica (SPE-A, toxina A de la fiebre escarlata).
En contraste, sólo el 15% de los aislados de estreptococos general
produce esta toxina. Además, la administración de
SPE-A a un modelo animal de conejo y en dos
inoculaciones humanas accidentales pueden reproducir los síntomas de
STSS.
SPE-A es un péptido único de peso
molecular igual a 25.787 Dalton, cuya secuencia codificante la lleva
el bacteriófago T12 moderado. speA, el gen para
SPE-A, se ha clonado exitosamente y se ha expresado
en Escherichia coli. SPE-A es un miembro de
una gran familia de exotoxinas producidas por estreptococos y
estafilococos, mencionadas como toxinas pirogénicas en base a su
capacidad de inducir fiebre y potenciar la susceptibilidad del
huésped hasta 100.000 veces a endotoxina.
Recientemente, estas toxinas se han mencionado
como superantígenos por su capacidad para inducir la proliferación
masiva de linfocitos T, independientemente de su especificidad
antigénica, y de un modo dependiente de la composición de la parte
variable de la cadena \beta del receptor de célula T. Estas
toxinas también estimulan la liberación masiva de
IFN-\gamma, IL-1,
TNF-\alpha y TNF-\beta. Otros
miembros de esta familia son exotoxinas pirogénicas de
estreptococos tipo B y C, la toxina 1 del síndrome de choque tóxico
por estafilococos, las enterotoxinas A, B, Cn, D, E, G y H de
estafilococos, y exotoxinas pirogénicas de estreptococos que no son
del grupo A. Estas toxinas tienen propiedades bioquímicas similares,
actividades biológicas y diversos grados de similitud de
secuencia.
Las manifestaciones más graves de STSS son
hipotensión y choque, que conducen a la muerte. Generalmente se cree
que la filtración de fluido desde el espacio intravascular al
espacio intersticial es la causa final de hipotensión, sostenida por
la observación de que la terapia de reemplazamiento de fluido es
exitosa para prevenir el choque en un modelo de conejo de STSS
descrito anteriormente. Se ha hipotetizado que SPE-A
puede funcionar de varios modos en el huésped para inducir esta
patología.
Se ha mostrado que SPE-A bloquea
la eliminación por el hígado de la endotoxina de origen de la flora
endógena, comprometiendo la actividad de las células de Kupffer del
hígado. Esto parece causar un aumento significativo en la endotoxina
en circulación, que a través de la unión a la proteína de unión de
lipopolisacáridos (LBP) y la señalización de CD14 conduce a la
activación de macrófagos con la liberación posterior de
TNF-\alpha y otras citoquinas. El apoyo para el
papel de la endotoxina en la enfermedad se da por el descubrimiento
de que los efectos letales de SPE-A pueden
neutralizarse al menos parcialmente por la administración a animales
de polimixina B o por el uso de conejos libres de patógeno.
Otra modalidad de inducción de choque podría ser
la actividad directa de la toxina en las células del endotelio
capilar. Esta hipótesis es el resultado del descubrimiento de que la
toxina TSST-1 pirogénica de estafilococos se une
directamente a las células de la vena del cordón umbilical humano y
es citotóxica para las células del endotelio aórtico porcino
aislado.
Otra modalidad de acción de la toxina incluye su
superantigenicidad, en la que la toxina interacciona y activa hasta
el 50% de los linfocitos T del huésped. Esta estimulación masiva de
células T da como resultado un nivel anormalmente alto de citoquinas
TNF-\beta e IFN-\gamma en
circulación que tiene efectos directos en los macrófagos para
inducir la liberación en TNF-\alpha e
IL-1. Estas citoquinas también pueden inducirse
directamente de macrófagos por SPE-A a través de la
unión de MHC de clase II y la señalización en ausencia de células T.
Los niveles elevados de TNF-\alpha y -\beta
causan varios efectos típicamente encontrados en choque inducido por
Gram negativas, entre los que están el daño a células endoteliales y
filtración capilar. Sin embargo, la administración a conejos
tratados con SPE-A de ciclosporina A, que bloquea la
sobrerregulación de IL-2 y proliferación de células
T, no protegió a los animales del choque, sugiriendo que los
mecanismos adicionales pueden ser más importantes para causar la
filtración capilar.
Por tanto, hay una necesidad de localizar sitios
en la molécula SPE-A responsables de las diferentes
actividades biológicas. Hay una necesidad de desarrollar variantes
de SPE-A que tienen cambios en las actividades
biológicas tales como toxicidad y mitogenicidad. Hay una necesidad
de desarrollar composiciones útiles en vacunas para prevenir o
mejorar el síndrome de choque tóxico por estreptococos. También hay
una necesidad de desarrollar agentes terapéuticos útiles en el
tratamiento del síndrome de choque tóxico por estreptococos y otras
enfermedades.
Esta invención incluye toxinas
SPE-A mutantes, vacunas y composiciones
farmacéuticas, secuencias de ADN que codifican las toxinas
SPE-A mutantes y células huésped transformadas
estables que comprenden dichas secuencias de ADN.
Para composiciones de vacuna, las toxinas
mutantes estimulan una respuesta inmune de protección frente a al
menos una actividad biológica de una toxina SPE-A
tipo silvestre. Las toxinas mutantes a las composiciones de vacuna
se seleccionan también opcionalmente para que tengan una disminución
en la potenciación del choque por endotoxina y una disminución en la
mitogenicidad de células T en comparación con la
SPE-A tipo silvestre. Para composiciones
farmacéuticas, se prefiere que la toxina mutante sea sustancialmente
no letal mientras que conserve la mitogenicidad de células T en
comparación con la toxina SPE-A tipo silvestre.
La invención también incluye secuencias de ADN y
células transformadas. Un casete de expresión comprende una
secuencia de ADN que codifica una toxina SPE-A
mutante unida de manera operativa a un promotor funcional en una
célula huésped. Los casetes de ADN se insertan preferiblemente en un
vector. Los vectores incluyen plásmidos o virus. Los vectores son
útiles para proporcionar un ADN molde para generar ADN que codifica
una toxina SPE-A mutante. Los casetes de ADN y
vectores también son útiles en composiciones de vacuna. Los ácidos
nucleicos que codifican una toxina SPE-A mutante
pueden suministrarse directamente para la expresión en células de
mamífero. El promotor es preferiblemente un promotor funcional en
una célula de mamífero. Los ácidos nucleicos suministrados
directamente a células pueden proporcionar la expresión de la toxina
SPE-A mutante en un individuo de modo que pueda
generarse una respuesta inmune de protección frente a al menos una
actividad biológica de una toxina SPE-A tipo
silvestre.
La composición de vacuna adicional incluye
células transformadas estables o vectores virales que incluyen un
casete de expresión que codifica una toxina SPE-A
mutante. Los vectores virales tales como vaccinia pueden usarse para
inmunizar humanos para generar una respuesta inmune de protección
frente a al menos una actividad biológica de una toxina
SPE-A tipo silvestre. Las células transformadas son
preferiblemente microorganismos tales como S. aureus, E.
coli o Salmonella species spp. Los microorganismos
transformantes incluyen la toxina SPE-A mutante en
su superficie o son capaces de secretar la toxina mutante. Los
microorganismos transformados pueden administrarse como vacunas
vivas, atenuadas o muertas por calor.
La invención también incluye vacunas y
composiciones farmacéuticas. Las vacunas se administran a un animal
en una cantidad eficaz para generar una respuesta inmune de
protección frente a al menos una actividad biológica de una toxina
SPE-A tipo silvestre. Preferiblemente, las
composiciones de vacuna se administran a humanos y protegen frente
al desarrollo de STSS. Las composiciones farmacéuticas se usan en
procedimientos de estimulación de proliferación de células T. Las
composiciones farmacéuticas son especialmente útiles en el
tratamiento de cánceres que se tratan con interleuquinas,
interferones u otros inmunomoduladores, linfomas de células T,
cánceres de ovario y útero. Una composición farmacéutica se
administra a un paciente que tiene cáncer.
Las toxinas SPE-A mutantes y
otras composiciones de vacuna pueden ser útiles para generar un
suero inmune pasivo. Las toxinas SPE-A mutantes, los
casetes o vectores de expresión de ADN, o los microorganismos
transformados pueden usarse para inmunizar un animal para producir
anticuerpos neutralizantes frente a al menos una actividad biológica
de SPE-A tipo silvestre. Los anticuerpos
neutralizantes inmunorreaccionan con una toxina
SPE-A mutante y la toxina SPE-A
tipo silvestre. El suero inmune pasivo puede administrarse a un
animal con síntomas de una infección por estreptococos A y STSS.
Figura 1 Dibujo en cintas de la estructura
tridimensional modelada de la endotoxina A pirogénica de
estreptococos. Se indican el Dominio A y B.
Figura 2 Vista de SPE-A como se
ve por la parte trasera en referencia a la vista convencional vista
en la Figura 1. Los restos enumerados son los homólogos a los restos
en TSST-1 evaluados para la letalidad sistémica
reducida.
Figura 3 Muestra la secuencia de ADN (SEC ID Nº:
12) y la secuencia de aminoácidos predicha (SEC ID Nº: 13) de la
toxina SPE-A clonada de T12.
Figura 4 Ensayo de proliferación de células T. Se
incubaron esplenocitos de conejo en placas de microtitulación de 96
pocillos por cuadruplicado con SPE-A,
K16N-SPE-A, y
N20D-SPE-A durante 72 horas. Las
células se pulsaron con [^{3}H] timidina durante 18 a 24 horas, se
recogieron en filtros, y la incorporación de [^{3}H] timidina se
midió en un contador de centelleo. Los resultados se expresan como
cuentas por minuto (CPM) versus concentraciones de toxina en
\mug/ml. Los datos presentados son del más representativo de tres
experimentos independientes.
Figura 5 Ensayo de proliferación de células T. Se
incubaron esplenocitos de conejo en placas de microtitulación de 96
pocillos por cuadruplicado con SPE-A,
C87-SPE-A,
C98S-SPE-A, y
C90S-SPE-A durante 72 horas. Las
células se pulsaron con [^{3}H] timidina durante 18 a 24 horas, se
recogieron en filtros, y la incorporación de [^{3}H] timidina se
midió en un contador de centelleo. Los resultados se expresan como
cuentas por minuto (CPM) versus concentraciones de toxina en
\mug/ml. Los datos presentados son del más representativo de tres
experimentos independientes.
Figura 6 Ensayo de proliferación de células T. Se
incubaron esplenocitos de conejo en placas de microtitulación de 96
pocillos por cuadruplicado con SPE-A,
K157E-SPE-A, y
S195-SPE-A durante 72 horas. Las
células se pulsaron con [^{3}H] timidina durante 18 a 24 horas, se
recogieron en filtros, y la incorporación de [^{3}H] timidina se
midió en un contador de centelleo. Los resultados se expresan como
cuentas por minuto (CPM) versus concentraciones de toxina en
\mug/ml. Los datos presentados son del más representativo de tres
experimentos independientes.
Figura 7 Superantigenicidad de
SPE-A tipo silvestre en comparación con un mutante
simple. Se incubaron células de bazo de conejo durante 4 días con
SPE-A o mutantes a las dosis indicadas. Se usaron
cuatro pocillos replicados a cada dosis de SPE-A y
mutantes. En el día 3, se añadió 1 \muCl de ^{3}H timidina a
cada pocillo. Índice de superantigenicidad = incorporación de
^{3}H timidina por esplenocitos en presencia de
SPE-A o mutantes dividida por la incorporación de
^{3}H timidina en ausencia de SPE-A o
mutantes.
Figura 8 Superantigenicidad de
SPE-A tipo silvestre en comparación con mutantes
dobles. Los procedimientos usados son los descritos en la Figura
7.
Figura 9 Inhibición de SPE-A por
Sueros de Conejos inmunizados. Los sueros de conejo de conejos
inmunizados con mutantes simples y dobles se usaron para demostrar
la capacidad de los sueros para neutralizar la mitogenicidad de
esplenocitos en presencia de SPE-A.
Esta invención se refiere a toxinas
SPE-A mutantes, composiciones de vacuna y
farmacéuticas que incluyen toxinas SPE-A mutantes,
secuencias de ADN que codifican toxinas SPE-A
mutantes, y huéspedes transformados estables que comprenden dichas
secuencias de ADN.
Preferiblemente, la toxina SPE-A
mutante es sustancialmente no letal en comparación con la toxina
SPE-A tipo silvestre a la misma dosis. Las toxinas
SPE-A mutantes pueden generarse usando una
diversidad de procedimientosincluyendo mutagénesis dirigida de
sitio, mutagénesis aleatoria, mutagénesis convencional, mutagénesis
in vitro, mutagénesis espontánea y síntesis química. Las
toxinas SPE-A mutantes se seleccionan
preferiblemente para: 1) asegurar más de uno, pero no más de seis
cambios en un aminoácido, como se describe en la reivindicación 1; y
2) tener un cambio en al menos una función biológica de la molécula,
como se describe en la reivindicación 1, preferiblemente una
disminución o eliminación de la letalidad sistémica. Las toxinas
mutantes son útiles en composiciones de vacuna para proteger frente
a al menos una actividad biológica de la toxina
SPE-A tal como prevención o mejora de STSS, en
procedimientos para tratar animales con síntomas de STSS, y en
procedimientos para estimular la proliferación de células T y en el
tratamiento de cáncer. Los mutantes SPE-A simples y
dobles se ensayaron y el anticuerpo para los mutantes inhibió las
respuestas celulares frente a SPE-A.
La invención incluye toxinas
SPE-A mutantes que tienen más de uno, pero no más de
seis cambios de aminoácidos y que tienen al menos un cambio en una
actividad biológica en comparación con proteínas que corresponden
sustancialmente a y tienen las mismas actividades biológicas que
SPE-A tipo silvestre como se describe en la
reivindicación 1.
La toxina SPE-A tipo silvestre
está codificada por un gen speA encontrado en el bacteriófago
T12. La toxina SPE-A tipo silvestre tiene un peso
molecular de 25.787 Dalton calculado de la secuencia de aminoácidos
deducida de la proteína madura. Una secuencia de ADN que codifica
una toxina SPE-A tipo silvestre y la secuencia de
aminoácidos predicha para la toxina SPE-A tipo
silvestre se muestra en la Figura 3. Una secuencia de ADN que
codifica una toxina SPE-A tipo silvestre se ha
clonado en E. coli y S. aureus. Las denominaciones del
número de aminoácidos en esta solicitud se hacen en referencia a la
secuencia de la Figura 3 con glutamina en la posición 31 denominada
como el primer aminoácido. Los primeros 30 aminoácidos representan
una secuencia líder no presente en la proteína
madura.
madura.
Un modelo estructural de una toxina
SPE-A tipo silvestre se muestra en la Figura 1. El
modelo estructural se construyó por modelado de homología usando el
programa Insight/Homolgy disponible por BioSym Corp., San Diego, CA.
El modelo indica que la toxina SPE-A tipo silvestre
tiene varias características estructurales distintas. Estas
características estructurales incluyen: hélice 2 (aminoácidos
11-15); alfa hélice 3 N-terminal
(aminoácidos 18-26); hélice 4 (aminoácidos
64-72); \alpha-hélice 5 central
(aminoácidos 142-158); hélice 6 (aminoácidos
193-202); cadenas beta del Dominio B que incluyen
cadena 1 (aminoácidos 30-36), cadena 2 (aminoácidos
44-52), cadena 3 (aminoácidos
55-62), cadena 4 (aminoácidos
75-86), cadena 5 (aminoácidos
95-106); cadena beta del Dominio A que incluyen la
cadena 6 (aminoácidos 117-126), cadena 7
(aminoácidos 129-135), cadena 8 (aminoácidos
169-175), cadena 9 (aminoácidos
180-186), y cadena 10 (aminoácidos
213-220). Además, los restos de cisteína en los
restos 87, 90, y 98 pueden ser importantes en la formación de
enlaces disulfuro putativos o el mantenimiento de la conformación
3-D local.
La toxina SPE-A tipo silvestre
tiene varias actividades biológicas. Estas actividades biológicas
incluyen: 1) fiebre; 2) STSS; 3) letalidad sistémica debido al
desarrollo de STSS o potenciamiento del choque por endotoxina; 4)
potenciación del choque por endotoxina; 5) inducción de la
filtración capilar e hipotensión; 6) inducción de la liberación de
citoquinas tales como IFN-\gamma,
IL-1, TNF-\alpha y
TNF-\beta; 7) unión a células del endotelio
aórtico porcino; 8) unión a moléculas MHC de clase II; 9) unión a
receptores de células T; y 10) mitogenicidad de células T
(superantigenicidad). Estas actividades pueden ensayarse y
caracterizarse por procedimientos conocidos por los especialistas en
la técnica.
Como se usa en este documento, la definición de
una toxina SPE-A tipo silvestre incluye variantes de
una toxina SPE-A tipo silvestre que tiene la misma
actividad biológica de la toxina SPE-A tipo
silvestre. Estas toxinas SPE-A pueden tener un
aminoácido diferente o sus genes pueden tener una secuencia de
nucleótidos diferente de la mostrada en la Figura 3, pero no tienen
actividades biológicas diferentes. Los cambios en la secuencia de
aminoácidos son fenotípicamente silenciosos. Preferiblemente, estas
moléculas de toxina tienen letalidad sistémica y potencian el choque
por endotoxina en el mismo grado que la toxina SPE-A
tipo silvestre mostrada en la Figura 3. Preferiblemente, estas
toxinas tienen al menos un 60-99% de homología con
la secuencia de aminoácidos de toxina SPE-A tipo
silvestre como se muestra en la Figura 3 determinada usando el
Algoritmo de Alineamiento SS2 descrito por Altschul, S. F., Bull.
Math. Bio. 48:603 (1986). Las proteínas que tienen estas
características corresponden sustancialmente a una
SPE-A tipo silvestre.
Una toxina SPE-A mutante es una
toxina que tiene más de uno, pero no más de seis cambios en un
aminoácido, como se describe en la reivindicación 1, en comparación
con una proteína que corresponde sustancialmente a una toxina
SPE-A tipo silvestre. El cambio puede ser una
sustitución, deleción, o adición de aminoácido. Puede haber más de
un cambio en la secuencia de aminoácidos, preferiblemente de 1 a 6
cambios. Se prefiere que haya más de un cambio en la secuencia de
aminoácidos para minimizar la reversión de la toxina
SPE-A mutante a la toxina SPE-A tipo
silvestre que tiene letalidad o toxicidad sistémica. Para toxinas
SPE-A mutantes útiles en vacunas, se prefiere que el
cambio en la secuencia de aminoácidos de la toxina no de como
resultado un cambio de la capacidad de la toxina para estimular una
respuesta de anticuerpo que pueda neutralizar la toxina
SPE-A tipo silvestre. Para toxinas
SPE-A mutantes útiles en vacunas, se prefiere
especialmente que las toxinas mutantes se reconozcan por anticuerpos
neutralizantes policlonales frente a toxina SPE-A
tal como de Toxin Technologies en Boca Raton, Fla. o Dr. Schlievert
(University of Minnesota, Minneapolis, MN) y que el perfil
proteolítico no esté alterado en comparación con
SPE-A tipo silvestre.
Los cambios en la secuencia de aminoácidos pueden
ser cambios específicos de sitio en uno o más restos de aminoácidos
seleccionados de una toxina SPE-A tipo silvestre.
Los cambios específicos de sitio se seleccionan identificando restos
en dominios particulares de la molécula como se ha descrito
previamente o en localizaciones donde se localizan restos de
cisteína. Los cambios específicos de sitio en una posición
particular también pueden seleccionarse opcionalmente determinando
si un aminoácido en una posición o en un dominio es idéntico a o
tiene propiedades similares a un resto equivalente en otras
moléculas homólogas por comparación de homología de secuencia
primaria o conformación 3-D. Las moléculas homólogas
son conocidas por los especialistas en la técnica. Una molécula
homóloga es una que puede identificarse por comparación de homología
de secuencia primaria usando el algoritmo de alineamiento SS2 de
Altschul y col., citado supra o un programa de modelado de
homología tal como Insight/Homology de BioSym, San Diego, CA. Una
molécula homóloga es una que presenta una cantidad significativa,
típicamente del 30-99%, de aminoácidos cambiados
idénticos o de manera conservativa o tiene una estructura
tridimensional similar, típicamente un error RMS para regiones
conservadas de <2 Angstroms, en comparación con una toxina
SPE-A tipo silvestre.
Los cambios en la secuencia de aminoácidos en un
sitio particular pueden hacerse aleatoriamente o pueden
seleccionarse cambios específicos. Una vez se selecciona un sitio
específico se menciona por su denominación numérica de aminoácido y
por el aminoácido encontrado en ese sitio en la
SPE-A tipo silvestre como se muestra en la Figura 3.
Las denominaciones numéricas de aminoácido hechas en esta solicitud
son por referencia a la secuencia en la Figura 3 con la glutamina en
la posición 31 contándose como el primer aminoácido. Los aminoácidos
equivalentes que corresponden a los identificados en un sitio
particular en proteínas que corresponden sustancialmente a una
toxina SPE-A tipo silvestre pueden tener
numeraciones de aminoácidos diferentes dependiendo de la secuencia
de referencia. Los restos equivalentes también son los encontrados
en moléculas homólogas que pueden identificarse como equivalentes a
aminoácidos en proteínas que corresponden sustancialmente a una
toxina SPE-A tipo silvestre por comparación de la
estructura de aminoácidos primaria o por comparación con una
estructura modelada como se muestra en la Figura 1 o por comparación
con una estructura cristalina conocida de una molécula homóloga. Se
pretende que la invención cubra cambios de aminoácidos equivalentes
en la misma posición o similares independientemente de su
denominación numérica de aminoácido.
Si se selecciona una sustitución específica para
un aminoácido en un sitio específico, el aminoácido a sustituir en
esa posición se selecciona para incluir un cambio estructural que
pueda afectar a la actividad biológica comparada con el aminoácido
en la posición en la SPE-A tipo silvestre. La
sustitución puede ser conservativa o no conservativa. Las
sustituciones que dan como resultado un cambio estructural que puede
afectar a la actividad biológica incluyen: 1) cambio de un tipo de
carga a otro; 2) cambio de carga a no cargado; 3) cambio en los
restos de cisteína y formación de enlaces disulfuro. 4) cambio de
restos hidrófobo a hidrófilo o hidrófilo a hidrófobo; 5) cambio en
el tamaño de los aminoácidos; 6) cambio a un aminoácido
conformacionalmente restrictivo o análogo; y 7) cambio a un
aminoácido de origen no natural o análogo. La sustitución específica
seleccionada también puede depender de la posición del sitio
seleccionado. Por ejemplo, se prefiere que los aminoácidos en la
alfa hélice N-terminal tengan grupos hidroxilo para
interaccionar con nitrógenos de amida expuestos o que estén cargados
negativamente para interaccionar con la carga positiva parcial
presente en el N-terminal de la alfa hélice.
Las toxinas mutantes también pueden incluir
mutaciones aleatorias dirigidas a un sitio o sitios específicos. Una
vez se selecciona un sitio, los mutantes pueden generarse teniendo
cada uno de los otros 19 aminoácidos sustituidos en el sitio usando
procedimientos tales como los descritos por Aiyar y col.,
Biotechniques 14:366 (1993) u Ho y col. Gene
77:51-54 (1984). También puede utilizarse
mutagénesis in vitro para sustituir cada uno de los otros 19
aminoácidos o aminoácidos de origen no natural o análogos en una
posición particular usando un procedimiento tal como el descrito por
Anthony-Cahill y col., Trends Biochem. Sci.
14:400 (1989).
Las toxinas mutantes también incluyen toxinas que
tienen más de uno, pero no más de seis cambios en los sitios de la
molécula, como se describe en la reivindicación 1. En ciertos restos
el cambio en el aminoácido no se selecciona específicamente pero
puede ser uno cualquiera de los otros 19 aminoácidos o un aminoácido
de origen no natural.
Las sustituciones en un sitio específico pueden
incluir, aunque sin limitación, sustituciones con aminoácidos de
origen no natural tales como 3-hidroxiprolina,
4-hidroxiprolina, homocisteína, ácido
2-aminoadípico, ácido
2-aminopimílico, ornitina, homoarginina,
N-metillisina, dimetillisina, trimetillisina, ácido
2,3-diaminopropiónico, ácido
2,4-diaminobutírico, hidroxilisina, fenilalanina
sustituida, norleucina, norvalina, \gamma-valina y
tirosinas halogenadas. Las sustituciones en un sitio específico
también pueden incluir el uso de análogos que usan química no
peptídica incluyendo, aunque sin limitación, éster, éter y fosforilo
y enlaces de boro.
Las toxinas mutantes pueden generarse usando una
diversidad de procedimientos. Estos procedimientos incluyen
mutagénesis específica de sitio, procedimientos de mutagénesis que
usan química tal como EMS, o bisulfito sódico o irradiación UV, por
mutación espontánea, por mutagénesis in vitro y síntesis
química. Los procedimientos de mutagénesis pueden encontrarse en
Sambrook y col., A Guide to Molecular Cloning, Cold Spring Harvard,
Nueva York (1989). El procedimiento especialmente preferido para
mutagénesis específica de sitio es usando PCR asimétrica con tres
cebadores como se describe por Perrin y Gilliland, 1990. Nucleic
Acid Res. 18:7433.
Una vez se genera una toxina
SPE-A mutante que tiene más de uno, pero no más de
seis cambios de aminoácidos, como se describe en la reivindicación
1, en comparación con una proteína que corresponde sustancialmente a
la toxina SPE-A tipo silvestre, la toxina
SPE-A mutante se explora para su no letalidad. Se
prefiere que las toxinas SPE-A mutantes
seleccionadas de esta exploración sean sustancialmente no letales en
conejos cuando se administran usando una bomba miniosmótica (como se
describe en el Ejemplo 2) en la misma dosis o en una dosis superior
que una toxina SPE-A tipo silvestre. Una toxina
SPE-A mutante es sustancialmente no letal si cuando
se administra a un conejo en la misma dosis que la toxina tipo
silvestre mueren menos del 10-20% de los conejos.
Las toxinas mutantes no letales son útiles en composiciones de
vacuna y farmacéuticas. Aunque no pretende limitar la invención, se
cree que algunos restos de aminoácidos o dominios que afectan a la
letalidad sistémica son separables de otras actividades biológicas,
especialmente mitogenicidad de células T.
Para toxinas mutantes útiles en composición de
vacuna también se prefiere que las toxinas SPE-A
mutantes se exploren para las que pueden estimular una respuesta de
anticuerpo que neutraliza la actividad de la toxina
SPE-A tipo silvestre. Un procedimiento para
seleccionar toxinas mutantes que pueden estimular una respuesta de
anticuerpo que neutralice la actividad de la toxina
SPE-A tipo silvestre es para determinar si la toxina
mutante inmunorreacciona con anticuerpos neutralizantes policlonales
frente a SPE-A tipo silvestre tal como de Toxin
Technologies, Boca Raton, Fla. o Dr. Schlievert. Los procedimientos
para determinar si las toxinas SPE-A mutantes
inmunorreaccionan con anticuerpos frente a toxina
SPE-A tipo silvestre incluyen ELISA, transferencia
de Western, Ensayo de Inmunodifusión Doble y similares.
Opcionalmente, las toxinas mutantes también
pueden explorarse para determinar si el perfil proteolítico de la
toxina mutante es el mismo que el de la toxina
SPE-A tipo silvestre. En algunos casos, se prefiere
que los mutantes generados no cambien sustancialmente la
conformación tridimensional global de la toxina mutante en
comparación con la toxina SPE-A tipo silvestre. Un
modo de examinar si ha habido un cambio en la conformación global es
estudiar la inmunorreactividad de anticuerpos frente a toxina
SPE-A tipo silvestre y/o examinar el perfil
proteolítico de las toxinas SPE-A mutantes. El
perfil proteolítico puede determinarse usando enzimas tales como
tripsina, quimiotripsina, papaína, pepsina, subtilisina y proteasa
V8 en procedimientos conocidos por los especialistas en la técnica.
Se conoce el perfil proteolítico de SPE-A tipo
silvestre con la secuencia mostrada en la Figura 3. Se seleccionan
los mutantes que tienen un perfil similar al de
SPE-A tipo silvestre.
Opcionalmente, las toxinas mutantes también
pueden explorarse y seleccionarse para que tengan otros cambios en
la actividad biológica. Como se ha descrito previamente, hay varias
actividades biológicas asociadas con la toxina
SPE-A tipo silvestre. Esas actividades biológicas
incluyen: 1) fiebre; 2) STSS; 4) potenciamiento del choque por
endotoxina; 5) filtración capilar e hipotensión; 6) inducción de
liberación de citoquinas tales como IFN gamma, IL-1,
TNF-\alpha y TNF-\beta; 7) unión
a células del endoteliales; 8) unión a moléculas MHC de clase II;
9) unión a receptores de células T; y 10) mitogenicidad de células T
(superantigenicidad). Estas actividades biológicas pueden medirse
usando procedimientos conocidos por los especialistas en la
técnica.
Para toxinas SPE-A mutantes
útiles en composiciones de vacuna, se prefiere que sean
sustancialmente no tóxicas e inmunorreactivas con anticuerpos
neutralizantes frente a SPE-A tipo silvestre. Los
anticuerpos neutralizantes incluyen los que inhiben la letalidad de
la toxina tipo silvestre cuando se ensaya en animales.
Opcionalmente, las toxinas SPE-A mutantes pueden
tener un cambio en una o más actividades biológicas distintas de la
toxina SPE-A tipo silvestre como se ha descrito
previamente.
Opcionalmente, las toxinas mutantes preferidas
para composiciones de vacuna se exploran adicionalmente y se
seleccionan para la ausencia de potenciación de choque por
endotoxina. El ensayo preferido para examinar una carencia de
potenciamiento de choque por endotoxina se describe en el Ejemplo 4.
Los conejos preferiblemente no tienen infección bacteriana o viral
demostrable antes del ensayo. Una carencia de potenciación o
sustancialmente no potenciamiento de choque por endotoxina se ve
cuando menos de aproximadamente el 25% de los animales desarrolla
choque cuando la toxina SPE-A mutante se
coadministra con endotoxina en comparación con la actividad de
SPE-A tipo silvestre a la misma dosis. Más
preferiblemente, ninguno de los animales desarrolla choque.
Opcionalmente, los mutantes preferidos para
composiciones de vacuna también se exploran adicionalmente y se
seleccionan para un cambio en la mitogenicidad de células T. Un
cambio en la mitogenicidad de células T puede detectarse midiendo la
proliferación de células T en un ensayo convencional de ^{3}H
timidina usando linfocitos de conejo como se describe en el Ejemplo
4, midiendo los niveles de producción de citoquinas tales como IFN
gamma o TNF-\beta; determinando el tipo V\beta
de la respuesta de células T o determinando la interacción de las
moléculas con receptores MHC de clase II. El procedimiento preferido
para detectar una disminución en la mitogenicidad de células T es
para medir la proliferación de células T de linfocitos de conejo en
presencia y ausencia de la toxina mutante. Las respuestas de las
células T frente a la toxina SPE-A tipo silvestre
se potencia enormemente por encima de una respuesta in vitro
normal frente a un antígeno. Se ve una disminución sustancial en la
mitogenicidad células T cuando la toxina SPE-A
mutante no estimula una respuesta proliferativa de células T mayor
de la estimulación con un antígeno o control negativo.
Preferiblemente, se ve una disminución de modo que la respuesta de
proliferación de células T frente a la toxina SPE-A
mutante no es de más de dos veces sobre la de fondo cuando se mide
usando linfocitos de conejo en la misma dosis que la toxina
SPE-A tipo silvestre.
Opcionalmente, las toxinas SPE-A
mutantes útiles en las composiciones de vacuna se exploran
adicionalmente y se seleccionan para una disminución en la
filtración capilar en células endoteliales. El procedimiento
preferido es usando células del endotelio aórtico porcino como se
describe por Lee y col., J. Infect. Dis. 164:711 (1991).
Puede determinarse una disminución en la filtración capilar en
presencia de las toxinas SPE-A mutantes midiendo una
disminución en la liberación de un compuesto marcado de manera
radiactiva o por un cambio en el transporte de un compuesto marcado
de manera radiactiva. Se ve una disminución en la filtración capilar
cuando la liberación o transporte de un compuesto marcado de manera
radiactiva se disminuye a menos de aproximadamente dos veces sobre
los de fondo cuando se compara con la actividad de una toxina tipo
silvestre.
Las toxinas SPE-A mutantes
especialmente preferidas útiles en composiciones de vacuna no son
biológicamente activas en comparación con proteínas que tienen la
actividad de la toxina SPE-A tipo silvestre. Por no
biológicamente activo, se entiende que la toxina mutante tiene
pequeña letalidad o letalidad no sistémica, tiene poco o no tiene
potenciamiento de choque por endotoxina y poca mitogenicidad o no
tiene mitogenicidad de células T. Preferiblemente, las toxinas
SPE-A mutantes seleccionadas para composiciones de
vacuna carecen sustancialmente de estas actividades biológicas, es
decir, reaccionan como un control negativo o estimulan una reacción
de no más de dos veces sobre la de fondo.
Los cambios en otras actividades biológicas
pueden detectarse del siguiente modo. La unión a moléculas MHC de
clase II puede detectarse usando los procedimientos descritos por
Jardetzky, Nature 368:711 (1994). Los cambios en la fiebre
pueden detectarse controlando las temperaturas durante un tiempo
después de la administración de las toxinas SPE-A
mutantes. Los cambios en los niveles de producción de citoquina en
presencia de toxinas SPE-A mutantes puede medirse
usando procedimientos tales como los disponibles en el mercado y que
se describen por protocolos habituales en inmunología. (Ed. Coligan,
Kruisbeck, Margulies, Shevach, and Stroker. National Institutes
of Health, John Wiley and Sons, Inc.).
Se describen los ejemplos específicos de toxinas
SPE-A mutantes que tienen al menos un cambio de
aminoácido y que son sustancialmente no tóxicos.
Los ejemplos de mutantes para composiciones de
vacuna son toxinas SPE-A mutantes que
inmunorreaccionan con anticuerpos neutralizantes policlonales frente
a la toxina SPE-A tipo silvestre, son no tóxicos, y
opcionalmente tienen una disminución en la potenciación de choque
por endotoxina y una disminución en la mitogenicidad de células T.
Un grupo de mutantes tiene un cambio en la asparagina del aminoácido
20 tal como el mutante N20D que tiene una asparagina sustituida por
ácido aspártico en el resto 20 en la toxina madura (N20D). El
mutante N20D se ha mostrado que es no tóxico, que no tiene
potenciamiento de choque por endotoxina y una disminución de 5 veces
en la mitogenicidad de células T. Además, cambios en el aminoácido
98 que dan como resultado una carencia de un grupo cisteína en esa
posición también da como resultado una toxina mutante que tiene una
disminución en el potenciamiento de choque por endotoxina y una
disminución de cuatro veces en la mitogenicidad. Los mutantes
especialmente preferidos en esta posición tienen una cisteína
sustituida por una serina (C98S).
Los mutantes preferidos para la estimulación de
proliferación de células T y en el tratamiento de cáncer son las
toxinas mutantes que son sustancialmente no letales. Se prefiere que
estas toxinas mutantes mantengan la mitogenicidad de células T al
menos al nivel de la toxina SPE-A tipo silvestre.
Los mutantes especialmente preferidos tienen un cambio de aminoácido
en el resto 157 de la SPE-A tipo silvestre tal como
una sustitución de lisina por ácido glutámico en ese resto (K157E).
El mutante K157E se ha mostrado que es no letal pero mantiene la
mitogenicidad en comparación con la toxina SPE-A
tipo silvestre.
Los mutantes pueden generarse para que afecten a
un cambio funcional cambiando aminoácidos en un dominio particular
de una molécula del siguiente modo. Se muestra un modelo molecular
de la toxina SPE-A tipo silvestre en la Figura 1.
Los dominios especialmente preferidos incluyen la
\alpha-hélice 3 N- terminal (aminoácidos
18-26), la \alpha-hélice 5 central
(aminoácidos 142- 158), las cadenas beta del Dominio B (aminoácidos
30-36; 44-52; 55-62;
75-83; y 95-106), y las cadenas beta
del Dominio A (aminoácidos 117-126;
129-135; 169-175; 180- 186; y
213-220). Los restos de cisteína en las posiciones
87, 90 y 98 también pueden ser importantes.
Aunque no se pretende limitar la invención, se
cree que estos dominios forman conformaciones 3-D
específicas que son importantes en las funciones biológicas de la
actividad de SPE-A tipo silvestre. Como se puede ver
en la Figura 2, la \alpha-hélice
N-terminal y la \alpha-hélice
central están situadas muy cerca de modo que los restos aquí pueden
ser especialmente importantes en la toxicidad de moléculas
SPE-A tipo silvestre. Además, los aminoácidos en las
cadenas B contiguas que están en cercana proximidad a la
\alpha-hélice central también pueden ser
importantes en la toxicidad. Los modelos moleculares como se
muestran en las Figuras 1 y 2 ayudan a identificar los restos
superficiales y los restos interiores de los dominios
estructurales.
Para las composiciones de vacuna, los cambios se
hacen preferiblemente a los restos en la alfa hélice 3
N-terminal (restos 18-26), se
exploran y se seleccionan para la disminución de la letalidad
sistémica o potenciamiento de endotoxina o mitogenicidad de células
T o las tres.
Un ejemplo específico de un cambio en la alfa
hélice 3 N-terminal es un cambio en el aminoácido en
el resto 20. Un cambio en este resto de asparagina a ácido aspártico
da como resultado una disminución en el potenciamiento de choque por
endotoxina, una disminución en la letalidad sistémica, y una
disminución de cinco veces en la mitogenicidad. Otros cambios en el
resto 20 son preferiblemente los que cambian la distribución de
carga en los restos superficiales o los que cambian la interacción
de la \alpha-hélice N-terminal
con la \alpha-hélice central. Las sustituciones en
el aminoácido 20 con aminoácidos cargados tales como ácido
glutámico, lisina, arginina probablemente tienen el mismo efecto.
Los cambios hechos en esta región son preferiblemente los que
disminuyen la letalidad sistémica debida a STSS.
Preferiblemente, los cambios también se hacen en
la \alpha-hélice 5 central, restos
142-158. Los mutantes en esta región que tienen al
menos un cambio de aminoácido se seleccionan preferiblemente para
una disminución de la letalidad sistémica debida a STSS. Se ha
mostrado que una \alpha-hélice central similar
identificada en otras moléculas de toxina están asociadas con
toxicidad. Un ejemplo específico es un cambio en el resto 157. El
cambio en este resto de lisina a ácido glutámico da como resultado
una disminución en el potenciamiento de choque por endotoxina y la
letalidad sistémica debida a STSS.
Sin embargo, la mitogenicidad de células T no se
ve afectada por un cambio en este resto. Estos resultados muestran
que la toxicidad y el potenciamiento de choque por endotoxina son
actividades separables de la mitogenicidad de células T. Para
composiciones de vacuna, se exploran opcionalmente otras toxinas
mutantes con cambios en este dominio y se seleccionan para una
disminución en la mitogenicidad de células T. Un cambio en el tipo
de carga presente en el aminoácido 157 indica que una sustitución de
lisina por ácido aspártico probablemente tenga un efecto
similar.
Los cambios preferiblemente en las cadenas beta
del Dominio B que incluyen los restos 30-36 (cadena
beta 1), restos 44-52 (cadena beta 2), restos
55-62 (cadena beta 3), restos 75-83
(cadena beta 4), y restos 95-106 (cadena beta 5)
(dominio 5) se exploran y se seleccionan para la no letalidad, y
opcionalmente para una disminución en el potenciamiento de choque
por endotoxina y/o mitogenicidad de células T. Los restos múltiples
que forman el barril N-terminal de lámina beta en
varias toxinas tales como SEB, SEA, TSST-1, se ha
mostrado que son importantes para la unión a moléculas NHC de clase
II. Una disminución en la unión a MHC de clase II por toxinas
mutantes también puede seleccionarse usando ensayos tales como los
descritos por Jardetzky y col., citado supra. Se seleccionan
los cambios de estos restos que podrían interrumpir la conformación
de lámina beta o cambiar los restos de contacto con las moléculas
MHC de clase II, especialmente los de la superficie cóncava del
barril beta. Véase Figura 1. Para composiciones de vacuna, se
prefiere que los cambios que pueden cambiar la conformación local no
cambien la inmunorreactividad de las toxinas mutantes con
anticuerpos neutralizantes policlonales frente a la toxina
SPE-A tipo silvestre.
Los cambios preferiblemente de las cadenas beta
del Dominio A, que incluyen los restos 117-126
(cadena 6 de dominio beta), restos 129-135 (dominio
7), restos 169-175 (dominio 8), restos
180-186 (dominio 9), y restos
213-220 (dominio 10), se seleccionan para que sean
no letales, tengan una disminución en el choque por endotoxina, y/o
tengan una disminución en la mitogenicidad de células T. Se
seleccionan preferiblemente cambios que podrían alterar la
conformación de lámina beta sin cambiar la inmunorreactividad de la
toxina SPE-A mutante con anticuerpos neutralizantes
policlonales frente a la toxina SPE-A tipo
silvestre.
Las toxinas SPE-A mutantes con
cambios en los restos de cisteína o introducción de enlaces
disulfuro pueden seleccionarse para que tengan una disminución en la
letalidad, u opcionalmente una disminución en el potenciamiento de
choque por endotoxina, y/o una disminución en la mitogenicidad de
células T. Un ejemplo específico es un cambio en la cisteína del
resto 98. Un cambio en este resto de cisteína a serina da como
resultado una toxina mutante con una disminución en la mitogenicidad
de aproximadamente cuatro veces y una disminución en el
potenciamiento de choque por endotoxina y una disminución de la
letalidad debida a STSS. Los cambios que eliminan el grupo cisteína
en el resto 98 pueden provocar la actividad biológica de una manera
similar que la sustitución con serina. Otros cambios que podrían
hacerse en el resto 98 incluyen la sustitución de los otros restos
alifáticos pequeños tales como alanina, glicina o treonina. Los
cambios de otros restos de cisteína en los restos de aminoácido 90 y
97 dan como resultado una disminución en la mitogenicidad.
Ventajosamente, pueden generarse toxinas
SPE-A mutantes útiles en procedimientos de
tratamiento que tienen más de un cambio en la secuencia de
aminoácidos. Podría ser deseable tener cambios en más de una
posición para minimizar cualquier oportunidad de reversión a una
molécula que tenga toxicidad o letalidad. Para composiciones de
vacuna, es deseable que una toxina mutante con cambios múltiples
pueda aún generar una respuesta inmune de protección frente a
SPE-A tipo silvestre y/o inmunorreaccionar con
anticuerpos policlonales neutralizantes frente a
SPE-A tipo silvestre. Para composiciones
farmacéuticas, se prefiere que los mutantes con cambios múltiples
sean sustancialmente no letales mientras que conserven la
mitogenicidad para células T. Es especialmente preferible tener de 2
a 6 cambios. Los ejemplos de dichos mutantes incluyen aquellos con
la mutación N20D que incluyen mutantes dobles tales como N20D/K157E,
N20D/C98S, mutantes triples, y similares.
Los mutantes dobles de SPE-A
pueden ofrecer ventajas sobre los mutantes simples. Esto se evaluó
en tres experimentos detallados en el Ejemplo 6. Los resultados se
proporcionan en las Figuras 7-9. Los datos indicaron
que el mutante N20D/C98S tiene menos toxicidad que el mutante N20D
simple y que el doble mutante N20D/K157E fue intermedio entre las
otras dos proteínas. Los tres mutantes fueron significativamente
menos tóxicos que SPE-A tipo silvestre. El suero de
conejos inmunizados con los mutantes simples y dobles inhibieron la
proliferación de linfocitos en respuesta a toxina
SPE-A no mutada. La proliferación de linfocitos
está asociada con y es necesaria para la toxicidad completa de la
toxina.
Los animales se inmunizaron frente a N20D,
N20D/C98S, o N20D/K157E, como se describe en el Ejemplo 7. Los
resultados se proporcionan en la Tabla 9. Los animales inmunizados
con cada mutante doble se protegieron completamente de fiebre y
susceptibilidad potenciada a choque por endotoxina.
Los mutantes triples también se contemplan en
esta solicitud y en una realización, se ensaya el mutante
SPE-A N20D/C98S/D45N, usando los procedimientos y
ensayos de los Ejemplos 1-7 y los cebadores
descritos en este documento.
También puede ser preferible delecionar restos en
sitios específicos tales como deleción de la asparagina del resto
del aminoácido 20 y/o deleción de la lisina del aminoácido 157 o
cisteína 98. Para composiciones de vacuna, podrían seleccionarse
mutantes con deleciones que inmunorreaccionan con anticuerpos
neutralizantes policlonales frente a toxina SPE-A
tipo silvestre y/o puedan estimular una respuesta inmune de
protección frente a la actividad de SPE-A tipo
silvestre.
Las toxinas mutantes de SPE-A son
útiles para formar composiciones de vacuna. Los mutantes preferidos
para composiciones de vacuna tienen al menos un cambio de
aminoácido, son sistémicamente no tóxicos, e inmunorreaccionan con
anticuerpos neutralizantes policlonales frente a
SPE-A tipo silvestre. Los mutantes especialmente
preferidos incluyen las toxinas SPE-A mutantes con
un cambio en el aminoácido 20 tal como N20D/K157E, N20D/C98S, y
mutantes con una deleción en la asparagina del resto 20.
Las toxinas mutantes se combinan con un vehículo
fisiológicamente aceptable. Los diluyentes fisiológicamente
aceptables incluyen soluciones salinas fisiológicas, y soluciones
salinas tamponadas a pH neutro tal como solución salina tamponada
con fosfato. Otros tipos de vehículos fisiológicos incluyen
liposomas o polímeros y similares. Opcionalmente, la toxina mutante
puede combinarse con un adyuvante tal como el adyuvante incompleto
de Freund, el adyuvante completo de Freund, alumbre, monofosforil
lípido A, fosfato o hidróxido de alumbre, QS-21 y
similares. Opcionalmente, las toxinas mutantes o fragmentos de las
mismas pueden combinarse con inmunomoduladores tales como
interleuquinas, interferones y similares. Muchas formulaciones de
vacuna son conocidas por los especialistas en la técnica.
La toxina SPE-A mutante se añade
a una formulación de vacuna en una cantidad eficaz para estimular
una respuesta inmune de protección en un animal frente a al menos
una actividad biológica de la toxina SPE-A tipo
silvestre. La generación de una respuesta inmune de protección puede
medirse por el desarrollo de anticuerpos, preferiblemente
anticuerpos que neutralizan la toxina SPE-A tipo
silvestre. La neutralización de la toxina SPE-A tipo
silvestre puede medirse incluyendo por inhibición de letalidad
debida a SPE-A tipo silvestre en animales. Además,
puede detectarse una respuesta inmune de protección midiendo una
disminución en al menos una actividad biológica de las toxinas
SPE-A tipo silvestre tales como mejora o eliminación
de los síntomas de potenciamiento de choque por endotoxina o STSS.
Las cantidades de la toxina mutante que pueden formar una respuesta
inmune de protección son aproximadamente 0,1 \mug a 100 mg por kg
peso corporal, más preferiblemente aproximadamente 1 \mug a
aproximadamente 100 \mug/kg de peso corporal. Aproximadamente 25
\mug/kg de peso corporal de la toxina SPE-A tipo
silvestre es eficaz para inducir inmunidad de protección en
conejos.
Las composiciones de vacuna se administran a
animales tales como conejos, roedores, caballos, y humanos. El
animal preferido es un humano.
Las toxinas SPE-A mutantes
también son útiles para formar composiciones farmacéuticas. Las
composiciones farmacéuticas son útiles en situaciones terapéuticas
donde puede ser deseable una estimulación de proliferación de
células T, tal como en el tratamiento de cáncer. Las toxinas
SPE-A mutantes preferidas son las que son no letales
mientras que conservan la mitogenicidad de células T en comparación
con la toxina SPE-A tipo silvestre. Los mutantes
preferidos son los que tienen un cambio en la lisina del resto 157
de las toxinas SPE-A tipo silvestre tal como
K157E.
Una composición farmacéutica se forma combinando
una toxina SPE-A mutante con un vehículo
fisiológicamente aceptable tal como solución salina fisiológica,
soluciones salinas tamponadas a pH neutro tal como solución salina
tamponada con fosfato. La toxina SPE-A mutante se
combina en una cantidad eficaz para estimular la proliferación de
células T en comparación con la toxina SPE-A tipo
silvestre a la misma dosis. Puede medirse un potenciamiento de la
sensibilidad de células T usando ensayos convencionales de ^{3}H
timidina con linfocitos de conejo así como midiendo las poblaciones
de células T in vivo usando clasificadores de células T
activadas fluorescentes o un ensayo tal como ELISPOT. También una
cantidad eficaz puede ser una cantidad eficaz para mejorar o
disminuir el crecimiento de células de cáncer. Esto puede
determinarse midiendo el efecto de la toxina SPE-A
mutante en el crecimiento de células de cáncer in vivo o
midiendo la estimulación de células T específicas de cáncer. El
intervalo de cantidades eficaces es 100 ng a 100 mg por kg de peso
corporal, más preferiblemente 1 \mug a 1 mg/kg de peso corporal.
Aproximadamente 10^{-6} \mug de toxina SPE-A
tipo silvestre puede estimular una sensibilidad de células T
potenciada. Por ejemplo, estas toxinas SPE-A
mutantes podrían usarse solas o junto con terapia de interleuquinas
o interferón.
Las toxinas SPE-A mutantes son
útiles en procedimientos para proteger animales frente a los efectos
de toxinas SPE-A tipo silvestre, mejorar o tratar
animales con STSS, inducir la proliferación de células T potenciada
y su sensibilidad, y tratar o mejorar los síntomas de cáncer.
Un procedimiento para proteger animales frente a
al menos una actividad biológica de la toxina SPE-A
tipo silvestre implica la etapa de administrar una composición de
vacuna a un animal para establecer una respuesta inmune de
protección frente a al menos una actividad biológica de la toxina
SPE-A. Se prefiere que la respuesta inmune de
protección sea neutralizante y proteja frente a letalidad o
síntomas de STSS. La composición de vacuna preferiblemente incluye
una toxina SPE-A mutante que tiene más de uno, pero
no más de seis cambios de aminoácido, como se describe en la
reivindicación 1, que inmunorreacciona con anticuerpos
neutralizantes policlonales frente a SPE-A tipo
silvestre, y es no letal. El mutante especialmente preferido tiene
un cambio en la asparagina del resto de aminoácido 20 tal como
N20D/K157E o N20D/C98S.
La composición de vacuna puede administrarse a un
animal en una diversidad de medios incluyendo por vía subcutánea,
intramuscular, intravenosa, intradérmica, oral, intranasal, ocular,
intraperitoneal y similares. La vía preferida de administración es
intramuscular.
Las composiciones de vacuna pueden administrarse
a una diversidad de animales incluyendo conejos, roedores, caballos
y humanos. El animal preferido es un humano.
La composición de vacuna puede administrarse en
una dosis única o múltiple hasta que se establezca una inmunidad de
protección frente a al menos una actividad biológica de
SPE-A tipo silvestre. La inmunidad de protección
puede detectarse midiendo la presencia de anticuerpos neutralizantes
frente a SPE-A tipo silvestre usando procedimientos
convencionales. Se administra una cantidad eficaz para establecer
inmunidad de protección sin causar toxicidad sustancial.
Una toxina SPE-A mutante también
es útil para generar anticuerpos neutralizantes que
inmunorreaccionan con la toxina SPE-A mutante y la
toxina SPE-A tipo silvestre. Estos anticuerpos
podrían usarse como suero inmune pasivo para tratar o mejorar los
síntomas en los pacientes que tienen los síntomas de STSS. Una
composición de vacuna como se ha descrito anteriormente podría
administrarse a un animal tal como un caballo o un humano hasta que
se genere una respuesta de anticuerpo neutralizante frente
SPE-A tipo silvestre. Estos anticuerpos
neutralizantes después pueden recogerse, purificarse, y utilizarse
para tratar pacientes que muestran síntomas de STSS. Los anticuerpos
neutralizantes frente a la toxina SPE-A tipo
silvestre también pueden formarse usando SPE-A tipo
silvestre. Sin embargo, SPE-A tipo silvestre debe
administrarse a una dosis muy inferior de la que induce toxicidad
tal como 1/50 a 1/100 del LD_{50} de SPE-A tipo
silvestre en conejos.
Los anticuerpos neutralizantes se administran a
pacientes que muestran síntomas de STSS tal como fiebre,
hipotensión, infección por estreptococos del grupo A, miositis,
fascitis, y daño del hígado en una cantidad eficaz para neutralizar
el efecto de la toxina SPE-A. Los anticuerpos
neutralizantes pueden administrarse por vía intravenosa,
intramuscular, intradérmica, subcutánea, y similares. La vía
preferida es intravenosa o para una infección localizada, por vía
tópica en el sitio del daño tisular con desbridamiento. También se
prefiere que el anticuerpo neutralizante se administre junto con
terapia de antibióticos. El anticuerpo neutralizante puede
administrarse hasta que se obtenga una disminución en el choque o
daño tisular en una dosis única o múltiple. La cantidad preferida
de anticuerpos neutralizantes típicamente administrada es
aproximadamente 1 mg a 1000 mg/kg, más preferiblemente
aproximadamente 50-200 mg/kg de peso corporal.
Las toxinas SPE-A mutantes
también son útiles en composiciones farmacéuticas para la
estimulación de proliferación de células T, especialmente en el
tratamiento de cáncer. Es especialmente preferido que estas
composiciones farmacéuticas se usen en lugar o junto con terapias
habituales para cáncer usando interleuquinas, interferones o
factores de necrosis tumoral. Las toxinas SPE-A
mutantes también son útiles en el tratamiento de linfomas de células
T, y cáncer de ovario y útero. Aunque no se pretende limitar la
invención, se cree que las toxinas SPE-A mutantes
pueden ser selectivamente tóxicas para células de linfoma T.
Las composiciones farmacéuticas incluyen una
toxina SPE-A mutante que es no letal, mientras que
conserve la mitogenicidad de células T. La toxina
SPE-A mutante es una que tiene un cambio en la
lisina del resto de aminoácido 157 tal como K157E.
La composición farmacéutica se administra a un
paciente que tiene cáncer por una vía intravenosa, intramuscular,
intradérmica, oral, intraperitoneal, y subcutánea, y similares. La
vía preferida es intravenosa. La composición farmacéutica puede
administrarse en una dosis única o dosis múltiples. La composición
farmacéutica se administra en una cantidad que es eficaz para
estimular la respuesta proliferativa de células T potenciada y/o
para disminuir el crecimiento del cáncer sin toxicidad sustancial.
La cantidad preferida varía de 100 ng a 100 mg/kg, más
preferiblemente 1 \mug a 1 mg/kg. Es especialmente preferido que
las composiciones farmacéuticas de SPE-A mutante se
administren junto con o en lugar de terapias que usan interferones,
interleuquinas, o factores de necrosis tumoral.
La invención también incluye secuencias de ADN
útiles en la expresión de toxinas SPE-A mutantes. Un
casete de expresión incluye una secuencia de ADN que codifica una
toxina SPE-A mutante con más de uno, pero más de
seis cambios de aminoácidos, como se describe en la reivindicación
1, y al menos un cambio en la función biológica en comparación con
una proteína que corresponde sustancialmente a una toxina
SPE-A tipo silvestre, como se describe en la
reivindicación 1, unida de manera operativa a un promotor funcional
en una célula huésped. Los casetes de expresión se incorporan en
vectores de transformación y se producen las toxinas
SPE-A mutantes en células transformadas. Las toxinas
mutantes después pueden purificarse de las células huésped o
sobrenadante de células huésped. Las células huésped transformadas
también son útiles como composiciones de vacuna.
Las toxinas SPE-A mutantes
también pueden formarse por exploración o selección de mutantes
espontáneos de un modo similar al descrito para mutagénesis
específica de sitio o aleatoria. Las toxinas SPE-A
mutantes pueden generarse usando mutagénesis in vitro o
semisintéticamente a partir de fragmentos producidos por cualquier
procedimiento. Finalmente, las toxinas SPE-A
mutantes pueden generarse usando síntesis química.
Puede formarse una secuencia de ADN mutante que
codifica una toxina SPE-A mutante que tiene más de
uno, pero no más de seis cambios en la secuencia de aminoácidos,
como se describe en la reivindicación 1, por una diversidad de
procedimientos dependiendo del tipo de cambio seleccionado. Una
secuencia que codifica una proteína que corresponde sustancialmente
a la toxina SPE-A tipo silvestre funciona como ADN
molde usado para generar secuencias de ADN que codifican toxinas
SPE-A mutantes. Una secuencia de ADN que codifica la
toxina SPE-A tipo silvestre se muestra en la Figura
3 y se ha depositado en un microorganismo con el número de acceso
ATTC 69830.
Para hacer un cambio o cambios específicos en una
posición o posiciones específicas se prefiere utilizar PCR de
acuerdo con el procedimiento de Perrin y col., citado supra.
Para marcar un cambio en una posición particular, se incluyen
cebadores internos que incluyen los nucleótidos alterados que
codifican el cambio de aminoácido en una mezcla que también incluye
cebadores flanqueantes 5' y 3'. Un cebador flanqueante 5' es
homólogo a o hibrida con una región de ADN cadena arriba del sitio
de inicio de la traducción de la secuencia codificante de
SPE-A tipo silvestre. Preferiblemente, la región
flanqueante 5' está cadena arriba del promotor speA y la
región reguladora. Por ejemplo, un cebador flanqueante 5' puede ser
homólogo a o hibridar con una región 760 bases cadena arriba del
sitio de inicio de la traducción como se muestra en la Figura 2. Un
ejemplo de un cebador flanqueante 5' que incluye el promotor de
SPE-A en la región reguladora cadena arriba tiene
una secuencia de:
Un cebador flanqueante cadena abajo es homólogo a
o hibrida con una región de ADN cadena abajo del codón de parada de
la secuencia codificante de SPE-A tipo silvestre. Se
prefiere que el cebador flanqueante cadena abajo proporcione señales
de terminación de la trascripción y la traducción. Por ejemplo, un
cebador flanqueante 3' puede hibridar o ser homólogo a una región
200 pares de bases cadena abajo del codón de parada para la
secuencia codificante de SPE-A. Un ejemplo de un
cebador flanqueante 3' tiene una secuencia:
Los cebadores flanqueantes cadena arriba y cadena
abajo están presentes en cada reacción de PCR para asegurar que el
producto de PCR incluya el promotor speA y la región
reguladora cadena arriba y las señales de terminación de la
trascripción y la traducción. Otros cebadores cadena arriba y cadena
abajo pueden construirse fácilmente por un especialista en la
técnica. Aunque se prefiere, no es absolutamente necesario que el
promotor speA nativo y la región reguladora cadena arriba se
incluyan en el producto de PCR.
Cada mutación en un sitio particular se genera
usando un cebador interno que incluye una secuencia de ADN que
codifica un cambio en un resto particular. Por ejemplo, pueden
generarse sustituciones de aminoácido en un sitio específico usando
los siguientes cebadores internos:
\vskip1.000000\baselineskip
Los nucleótidos subrayados indican cambios en la
secuencia de nucleótidos del gen speA tipo silvestre como se
muestra en la Figura 3.
Los cebadores internos pueden diseñarse para
generar un cambio en una posición específica utilizando una
secuencia de ADN que codifica toxinas SPE-A tipo
silvestre tal como se muestra en la Figura 3. Los cebadores puede
diseñarse para codificar una sustitución de aminoácido específica en
una posición específica tal como se ha mostrado anteriormente. Los
cebadores pueden diseñarse para dar como resultado una sustitución
aleatoria en un sitio particular como se describe por Rennell y
col., J. Mol. Biol. 22:67 (1991). Los cebadores pueden
diseñarse de modo que den como resultado una deleción de un
aminoácido en un sitio particular. Los cebadores también pueden
diseñarse para añadir secuencia codificante para un aminoácido
adicional en una posición particular.
Los cebadores son preferiblemente de
aproximadamente 15 a 50 nucleótidos de longitud, más preferiblemente
de 15 a 30 nucleótidos de longitud. Los cebadores se preparan
preferiblemente por síntesis automática. Los cebadores flanqueantes
5' y 3' preferiblemente hibridan con las secuencias de ADN
flanqueantes que codifican la secuencia codificante de la toxina
SPE-A tipo silvestre. Estos cebadores flanqueantes
preferiblemente incluyen aproximadamente 10 nucleótidos que son 100%
homólogos o complementarios con las secuencias de ADN flanqueantes.
Los cebadores internos no son 100% complementarios a la secuencia de
ADN que codifica los aminoácidos en su posición porque codifican un
cambio en esa posición. Un cebador interno puede tener de 1 a 4
desapareamientos de la secuencia de SPE-A tipo
silvestre en un cebador de aproximadamente 15 a 30 nucleótidos de
longitud. Tanto los cebadores flanqueantes como los cebadores
internos también pueden incluir nucleótidos adicionales que
codifican sitios de restricción y sitios de fijación,
preferiblemente cerca del extremo del cebador. Las condiciones de
hibridación pueden modificarse para tener en cuenta la cantidad de
desapareamientos presentes en el cebador de acuerdo con los
principios conocidos descritos por Sambrook y col. Molecular
Cloning-A laboratory manual, Cold Spring Harbor
Laboratory Press,
(1989).
(1989).
Puede utilizarse más de un cebador interno si se
desean cambios en más de un sitio. Por ejemplo, para generar un
mutante que tiene un cambio en la asparagina del aminoácido 20 y un
cambio en la lisina del aminoácido 157 pueden utilizarse los
cebadores internos como se ha mostrado anteriormente en dos
reacciones por separado como se describe en el Ejemplo 5. Se
describe un procedimiento de PCR para generar cambios específicos de
sitio en más de una posición en Aiyar y col. citado supra.
Otro procedimiento se describe en el Ejemplo 5.
En un procedimiento, se genera una secuencia de
ADN que codifica una toxina SPE-A mutante con un
cambio en un sitio particular y después se usa como molde para
generar una secuencia de ADN mutante con un cambio en un segundo
sitio. En la primera ronda de PCR se usa un primer cebador interno
para generar la secuencia de ADN mutante con el primer cambio. La
secuencia de ADN con el primer cambio después se usa como ADN molde
y se usa un segundo cebador interno que codifica un cambio en un
sitio diferente para formar una secuencia de ADN que codifica una
toxina mutante con cambios en secuencias de aminoácidos en dos
posiciones. Los procedimientos de PCR pueden utilizarse para generar
secuencias de ADN que codifican secuencias de aminoácidos con
aproximadamente 2 a 6 cambios.
El procedimiento de PCR preferido es el descrito
por Perrin y col. citado supra. Brevemente, las condiciones
de reacción de PCR son: la PCR se realiza en una mezcla de reacción
de 100 \mul que contiene Tris-HCl 10 mM (pH =
8,3), KCl 50 mM, MgCl_{2} 1,5 mM, cada dNTP 200 \muM, 2 ng de
ADN plasmídico molde, 100 pmoles de cebador flanqueante, 5 pmoles de
cebador interno, y 2,5 unidades de Ampli Taq ADN polimerasa (Perkin
Elmer Cetus). En la segunda etapa de amplificación, la composición
de la mezcla de reacción es como la anterior excepto para la
moralidad igual (5 pmoles cada uno) del cebador flanqueante y el
megacebador y el molde de arrastre. La PCR se realiza durante 30
ciclos de desnaturalización a 94ºC X 1 minuto, hibridación a 37ºC o
44ºC X 2 minutos y elongación a 72ºC durante 3 minutos.
Los productos de PCR se aíslan y después se
clonan en un vector lanzadera (tal como pMIN 164 construido por el
procedimiento de Murray y col, J. Immunology 152:87 (1994) y
disponible por Dr. Schlievert, University of Minnesota, Mpls, MN.).
Este vector es una quimera del plásmido pBR328 de E. coli,
que lleva resistencia a ampicilina y el plásmido pE194 de
estafilococos que confiere resistencia a eritromicina. Las mezclas
del plásmido ligado se exploran en E. coli para la producción
de toxina usando anticuerpos neutralizantes policlonales frente a
SPE-A tipo silvestre de Toxin Technologies, Boca
Raton, Fla o de Dr. Schlievert. Las toxinas SPE-A
mutantes se secuencian por el procedimiento de Hsiao y col.,
Nucleic Acid Res. 19:2787 (1991) para confirmar la presencia
de la mutación deseada y ausencia de otras mutaciones.
Las secuencias de ADN específicas generadas de
este modo incluyen una secuencia de ADN que codifica N20D mutante y
tiene la misma secuencia codificante que la mostrada en la Figura 3
excepto en que una adenina en la posición 939 se cambia a un resto
de guanina. Una secuencia de ADN que codifica el mutante C87S tiene
la misma secuencia codificante de la Figura 3 excepto en que la
timina en la posición 1.152 se cambia a adenina y timina en la
posición 1.154 se cambia a citosina. Una secuencia de ADN que
codifica la toxina SPE-A mutante C98S tiene la misma
secuencia codificante que la Figura 3 excepto en que la guanina en
la posición 1.185 se cambia a citosina y la timina en la posición
1.186 se cambia a guanina. Una secuencia de ADN que codifica la
toxina SPE-A mutante C90S incluye una secuencia que
tiene la misma secuencia codificante que la Figura 3 excepto en que
la guanina en la posición 1.161 se cambia a una citosina. Una
secuencia de ADN que codifica la toxina SPE-A
mutante K157E incluye una secuencia que es la misma que la secuencia
codificante mostrada en la Figura 3, pero está cambiada en la
posición 1.351 de adenina a guanina. Una secuencia de ADN que
codifica una toxina SPE-A mutante S195A incluye una
secuencia de ADN que tiene la misma secuencia codificante que la
mostrada en la Figura 3 excepto en que la timina en la posición
1.464 es una guanina. Una secuencia de ADN que codifica una toxina
SPE-A mutante K16N incluye una secuencia que es la
misma que la que la mostrada en la Figura 3 excepto en que la
adenina en la posición 941 se cambia a citosina.
Se entenderá por los especialistas en la técnica
que debido a la degeneración del código genético varias secuencias
de ADN pueden codificar los mismos cambios en aminoácidos. La
invención incluye secuencias de ADN que tienen diferentes secuencias
de nucleótidos pero que codifican el mismo cambio en la secuencia de
aminoácidos.
Para mutagénesis aleatoria en un sitio particular
se diseña una serie de cebadores que dan como resultado la
sustitución de cada uno de los otros 19 aminoácidos o un aminoácido
de origen no natural o análogo en un sitio particular. Se realiza
PCR de un modo similar al descrito anteriormente o por el
procedimiento descrito por Rennell y col., citado supra. Los
productos de PCR se subclonan y después puede controlarse la
producción de toxina por inmunorreactividad con anticuerpos
neutralizantes policlonales frente a SPE-A tipo
silvestre. La presencia de un cambio en la secuencia de aminoácidos
puede verificarse por secuenciación de la secuencia de ADN que
codifica la toxina SPE- A mutante. Preferiblemente, las toxinas
mutantes se exploran y seleccionan para la no letalidad.
También pueden emplearse otros procedimientos de
mutagénesis para generar mutaciones aleatorias en la secuencia de
ADN que codifica la toxina SPE-A tipo silvestre. Las
mutaciones aleatorias o mutagénesis aleatoria como se usa en este
contexto significa que las mutaciones no están en un sitio
seleccionado y/o no son un cambio seleccionado. Puede mutagenizarse
una célula huésped bacteriana que incluye una secuencia de ADN que
codifica la toxina SPE-A tipo silvestre,
preferiblemente en pMIN 164, usando otros procedimientos
convencionales tales como mutagénesis química, e irradiación UV. Los
mutantes generados de este modo pueden explorarse para la producción
de toxinas usando anticuerpos neutralizantes policlonales frente a
SPE-A tipo silvestre. Sin embargo, es necesaria
exploración adicional para identificar toxinas mutantes que tienen
al menos un cambio en una actividad biológica, preferiblemente que
son no letales. Los mutantes que surgen de manera espontánea también
pueden explorarse para al menos un cambio en una actividad biológica
de SPE-A tipo silvestre.
La mutagénesis aleatoria también puede realizarse
usando mutagénesis in vitro como se describe por
Anthony-Cahill y col., Trends Biochem. Sci.
14:400 (1989).
Además, las toxinas SPE-A
mutantes pueden formarse usando síntesis química. Un procedimiento
para sintetizar una proteína químicamente se describe en Wallace,
FASEB J. 7:505 (1993). Pueden sintetizarse partes de la
proteína y después unirse entre sí usando enzimas o condensación
química directa. Usar síntesis química podría ser especialmente útil
para permitir a un especialista en la técnica insertar aminoácidos
que son de origen no natural en posiciones deseadas. Además, la
síntesis química podría ser especialmente útil para hacer fragmentos
de toxinas SPE-A
mutantes.
mutantes.
Las secuencias de ADN que codifican toxinas
mutantes, específicas de sitio o aleatorias, también pueden
explorarse para otros cambios en la actividad biológica de la toxina
SPE-A tipo silvestre. Los procedimientos para
explorar un cambio en al menos una actividad biológica se han
descrito previamente. Una vez que las secuencias de ADN
seleccionadas que codifican las toxinas SPE-A
mutantes se seleccionan para al menos un cambio en la actividad
biológica, se utilizan para formar un casete de expresión.
La formación de un casete de expresión implica
combinar las secuencias de ADN que codifican la toxina
SPE-A mutante con un promotor que proporciona la
expresión de una toxina SPE-A mutante en una célula
huésped. Para esas toxinas SPE-A mutantes producidas
usando PCR como se describe en este documento, el promotor
speA nativo está presente y proporciona la expresión en una
célula huésped.
Opcionalmente, la secuencia de ADN puede
combinarse con un promotor diferente para proporcionar la expresión
en un tipo particular de célula huésped o para potenciar el nivel de
expresión en una célula huésped. Preferiblemente, el promotor
proporciona un nivel de expresión de la toxina SPE-A
mutante de modo que puede detectarse con anticuerpos frente a
SPE-A. Otros promotores que pueden utilizarse en
células procariotas incluyen P_{LAC}, P_{TAC}, T7, y
similares.
Una vez que la secuencia de ADN que codifica la
toxina SPE-A mutante se combina con un promotor
apropiado para formar un casete de expresión, el casete de expresión
se subclona en un vector de transformación apropiado. Los vectores
de transformación apropiados incluyen al menos un gen marcador de
selección y preferiblemente son vectores lanzadera que pueden
amplificarse en E. coli y microorganismos gram positivos. Los
ejemplos de vectores lanzadera apropiados incluyen pMIN 164, y pCE
104. Otros tipos de vectores incluyen vectores virales tales como el
vector de baculovirus, SV40, poxvirus tales como vaccinia,
adenovirus y citomegalovirus. El vector preferido es un vector pMIN
164, un vector lanzadera que puede amplificarse en E. coli y
S. aureus.
Una vez se forma un vector de transformación que
lleva un casete de expresión que codifica una toxina
SPE-A mutante, se introduce en una célula huésped
apropiada que proporciona la expresión de la toxina
SPE-A mutante. Las células huésped apropiadas son
células que proporcionan un nivel alto de expresión de la toxina
mutante mientras que minimizan la posibilidad de contaminación con
otras moléculas no deseables tales como endotoxina y proteínas M.
Las células huésped apropiadas incluyen células de mamífero, células
bacterianas tales como S. aureus, E. coli y
Salmonella spp., células de levadura, y células de
insecto.
Los procedimientos de transformación son
conocidos por los especialistas en la técnica e incluyen
transformación del protoplasto, transformación mediada por liposoma,
precipitación con fosfato de calcio y electroporación. El
procedimiento preferido es transformación del protoplasto.
Las células transformadas preferidas llevan un
casete de expresión que codifica una toxina SPE-A
mutante con un cambio en la asparagina del aminoácido 20. Dicha
célula transformada se ha depositado en la American Type Culture
Collection en Rockville, Maryland. Las características del
microorganismo depositado son que es S. aureus que lleva pMIN
164 que incluye una secuencia de ADN que codifica el mutante N20D
unida de manera operativa al promotor speA nativo y otras
regiones reguladoras. Este microorganismo se depositó de acuerdo con
el tratado de Budapest y el número de acceso dado 69831.
Se ha depositado otro microorganismo en la ATCC.
Este microorganismo es S. aureus que lleva una secuencia de
ADN que codifica la toxina SPE-A tipo silvestre
unida de manera operativa al promotor speA nativo y regiones
reguladoras. Este microorganismo se depositó en la ATCC de acuerdo
con el tratado de Budapest y el número de acceso dado 69830.
Las células transformadas son útiles para
producir grandes cantidades de toxina SPE-A mutante
que pueden utilizarse en composiciones de vacuna. Un microorganismo
transformado puede utilizarse en una vacuna viva, atenuada, o muerta
por calor. Un microorganismo transformado incluye la toxina
SPE-A mutante en cantidades suficientes para
estimular una respuesta inmune de protección frente a
SPE-A tipo silvestre. Preferiblemente, la toxina
SPE-A mutante se secreta. El microorganismo
preferiblemente es no patogénico para los humanos e incluye una
toxina mutante con múltiples cambios en aminoácidos para minimizar
la reversión a la forma tóxica. El microorganismo podría
administrarse como vacuna viva o vacuna muerta por calor de acuerdo
con principios conocidos. Los microorganismos preferidos para
vacunas vivas son células transformadas tales como Salmonella
spp.
Un vector viral que incluye un casete de
expresión con una secuencia de ADN que codifica una toxina
SPE-A mutante o fragmento de la misma, unida de
manera operativa a un promotor funcional en una célula huésped
también puede utilizarse en una composición de vacuna como se
describe en este documento. Preferiblemente, el promotor es
funcional en una célula de mamífero. Un ejemplo de un vector viral
apropiado incluye poxvirus tales como el virus vaccinia, adenovirus,
citomegalovirus y similares. Los vectores del virus vaccinia podrían
utilizarse para inmunizar humanos frente a al menos una actividad
biológica de una toxina SPE-A tipo silvestre.
La invención también incluye una secuencia de ADN
que codifica una toxina SPE-A mutante. La secuencia
de ADN puede estar unida de manera operativa a un promotor funcional
en una célula huésped. El promotor es preferiblemente funcional en
una célula huésped de mamífero. La secuencia de ADN puede
suministrarse a una célula huésped o individuo para la expresión de
la toxina SPE-A mutante en las células propias de
los individuos. La expresión de las secuencias de ADN de la toxina
SPE-A mutante en el individuo proporciona una
respuesta inmune de protección frente a la toxina
SPE-A tipo silvestre. Opcionalmente, el casete de
expresión puede incorporarse en un vector. Una molécula de ácido
nucleico puede administrarse directamente o en un vector viral. La
composición de vacuna también puede incluir opcionalmente un agente
de liberación que proporciona una liberación de la vacuna de manera
intracelular tal como liposomas y similares. La composición de
vacuna también puede incluir opcionalmente adyuvantes u otros
compuestos inmunomoduladores, y compuestos adicionales que potencian
la captación de los ácidos nucleicos en las células. La composición
de vacuna puede administrarse por una diversidad de vías incluyendo
vías parenterales tales como intravenosa, intraperitoneal, o por
contacto con superficies mucosas.
Las condiciones para el crecimiento y producción
a gran escala de toxina SPE-A mutante son conocidas
por los especialistas en la técnica. Un procedimiento para la
purificación de toxinas SPE-A mutantes a partir de
fuentes microbianas es la siguiente. Se hace crecer S. aureus
que lleva speA mutante o de tipo silvestre en pMIN 164 a
37ºC con aireación hasta la fase estacionaria en medio de corazón de
ternera dializable, que contiene 5 \mug/ml de eritromicina. Los
cultivos se precipitan con cuatro volúmenes de etanol y las
proteínas se resolubilizan en agua libre de pirógeno. Las
preparaciones en bruto se someten a separaciones por enfoque
isoeléctrico en lecho plano sucesivas en gradientes de pH de 3,5 a
10 y 4 a 6. Las fracciones que son positivas para la toxina por
reactividad de anticuerpo se dializan considerablemente frente a
agua libre de pirógeno, y se ensaya una lipota de cada una para la
pureza por electroforesis en gel de poliacrilamida SDS en geles al
15% (peso/volumen). Los anticuerpos neutralizantes policlonales
frente a SPE-A están disponibles por Toxin
Technologies, Boca Raton, Fla o Dr. Schlievert. Pueden utilizarse
otros procedimientos de purificación incluyendo cromatografía en
columna o HPLC.
Esta invención puede entenderse mejor por medio
de los siguientes ejemplos que son representativos de las
realizaciones preferidas de la misma, pero que no se interpretan
como limitantes del alcance de la invención.
El gen que codifica la toxina
SPE-A tipo silvestre (speA) se clono de
E. coli como se describe en Johnson y col., Mol. Gen.
Genet. 194:52-56 (1984). Brevemente, el gen
speA se identificó clonando una digestión con HindIII
del ADN del Fago T12 en pBR322 en RR1 de E. coli. Los
transformantes se seleccionaron identificando los positivos para la
producción de toxina usando antisuero neutralizante policlonal
frente a toxina A. Se informa de una secuencia de nucleótidos para
la toxina A en Weeks y col, Inf. Imm. 52:144 (1986).
Una secuencia de ADN que incluye el gen
speA se subclonó y después se expresó en S. aureus. Se
digirió el plásmido de E. coli que lleva speA con las
enzimas de restricción HindIII y SalI. Los fragmentos
se purificaron y se ligaron en sitios HindIII-SalI
en pMIN 164 (disponible como se ha descrito previamente). El vector
pMIN 164 es una quimera del plásmido pE194 de estafilococos (que
lleva resistencia a eritromicina) y el vector pBR328 de E.
coli (que lleva resistencia a Amp y Tet). La clonación de
speA en los sitios HindIII-SalI de este
vector interrumpen la resistencia a Tet. El promotor presente en
este plásmido inmediatamente cadena arriba del gen clonado es el
promotor speA nativo.
La expresión del gen speA se verificó
detectando la toxina en un ensayo de inmunodifusión doble con
anticuerpos neutralizantes policlonales frente a
SPE-A de la Toxina preparada en el laboratorio de la
invención.
La administración de SPE-A
producida de manera recombinante a animales induce STSS. La
inmunización de animales con SPE-A producida de
manera recombinante reduce la proporción de muertes cuando los
animales se estimulan con estreptococos M3 o M1 y protege a los
animales frente a STSS.
La administración de SPE-A induce
STSS en conejos. Se ha establecido un modelo de conejo para STSS por
la administración de SPE-A en bombas miniosmóticas
implantadas por vía subcutánea. Lee y col., Infect Immun.
59:879 (1991). Estas bombas se diseñan para liberar una cantidad
constante de toxina durante un periodo de 7 días, proporcionando de
este modo una exposición continua a la toxina. Se administró
SPE-A producida de manera recombinante a conejos en
una dosis total de 200 \mug en 0,2 ml durante un periodo de 7
días. Los resultados indican que los animales tratados con
SPE-A desarrollaron los criterios de STSS
sucumbiendo casi todos los animales en el periodo de 7 días (datos
no mostrados). Los síntomas de STSS en conejos incluyen pérdida de
peso, diarrea, cara moteada, fiebre, conjuntiva y mucosa roja, y
orina marrón claro. Como se esperaba, los animales no tratados con
toxina control permanecieron sanos. Se hicieron dos observaciones
principales distintas: 1) el reemplazamiento de fluido proporcionó
protección completa a los animales como se esperaba, y 2) ninguno de
los animales tratados con toxina desarrolló fascitis necrotizante y
miositis, indicando que se requieren factores distintos de, o
además de SPE-A para el daño de tejido blando.
El desarrollo de las características clínicas de
STSS está correlacionado con la administración de
SPE-A. Los conejos inyectados con estreptococos
SPE-A positivos desarrollaron STSS mientras que los
inyectados con estreptococos SPE-A negativos no
mostraron síntomas de STSS.
Se sabe bien que SPE-A es un
rasgo variable producido por algunos estreptococos del grupo A. El
gen de SPE-A está codificado por el bacteriófago
T12, y se establecieron cepas de estreptococos bien caracterizadas
que difieren sólo en si está presente o no el fago
SPE-A, mencionado como fago T12. La cepa de
estreptococos T12 curada con T25_{3} es positiva para la
producción de SPE- A, mientras que T25_{3} curada es
SPE-A negativa.
Los conejos se inyectaron por vía subcutánea con
T12 curada con T25_{3} SPE-A positiva de
estreptococos o T25_{3} SPE-A negativa curada en
bolas de golf de Wiffle implantadas, como se describe por Scott y
col., Infect Immunity 39:383 (1983). Los resultados se
muestran en la Tabla 1. Los resultados muestran que los animales
inyectados con estreptococos SPE-A positivos
desarrollaron las características clínicas de STSS, y 6/8
sucumbieron. Los dos animales supervivientes desarrollaron
anticuerpos frente a SPE-A. En contraste, la cepa
negativa a toxina, T25_{3} curada, indujo sólo fiebre, y no se
observaron muertes, incluso a concentraciones de células
bacterianas mucho más altas. Como en los experimentos del modelo
animal previos, no se observó evidencia de necrosis de tejido
blando. Además, los estreptococos permanecieron localizados en las
bolas de golf, sugiriendo que estas cepas de estreptococos no son
altamente invasivas.
* Aproximadamente 1 x 10^{8} células |
^{+} Aproximadamente 1 x 10^{11} células |
^{\ddagger} 2 supervivientes desarrollaron anticuerpos frente a SPE-A. |
La inmunización con SPE-A
producida de manera recombinante disminuyó las proporciones de
muertes cuando los conejos se estimularon con estreptococos M1 o M3.
Los conejos se inmunizaron con SPE-A clonada
obtenida de S. aureus para evitar la posibilidad de inmunizar
los animales con productos de estreptococos contaminantes, tales
como proteína M. Los animales de control no se inmunizaron frente a
SPE-A. Los conejos recibieron 50 \mug de
SPE-A producida de manera recombinante en emulsión
en adyuvante incompleto de Freund por vía subcutánea. Después de 9
días, los conejos se estimularon por vía subcutánea con 25 ml de
estreptococos M3 (1,4 X 10^{9} CFU total) o M1 (4,2 X 10^{9}
CFU total) crecidos en medio de corazón de ternera dializado. Los
aislados de estreptococos M1 y M3 son aislados clínicos. El aislado
M1 se denomina MNST y el aislado M3 se denomina MNBY. Estos aislados
están disponibles por Dr. Schlievert, University of Minnesota, Mpls.
MN.
Los datos presentados en la Tabla 2 muestran los
resultados sorprendentes de estos experimentos.
* \begin{minipage}[t]{150mm} Los animales se inmunizaron frente a SPE-A clonada preparada de S. aureus; los títulos ELISA frente a SPE-A fueron superiores a 10.000. \end{minipage} |
^{+} \begin{minipage}[t]{145mm} Los animales se estimularon por vía subcutánea con 1,4 X 10^{9} CFU de estreptococos M3 o 4,2 X 10^{9} CFU de estreptococos M1 en un medio de corazón de ternera dializable. \end{minipage} |
^{\ddagger} \begin{minipage}[t]{150mm} De acuerdo con la guía del University of Minnesota Animal Care Committee, el experimento que usó estreptococos M3 se terminó después de 24 horas, y el experimento que usó estreptococos M1 se terminó después de 48 horas. \end{minipage} |
\NAK \begin{minipage}[t]{150mm} Valores P determinados por el Ensayo de Probabilidad exacta de Fisher. \end{minipage} |
Como se indica, 16 de 19 conejos inmunizados con
SPE-A sobrevivieron a la estimulación con
estreptococos M3, mientras que sólo 4 de 20 animales no inmunes
sobrevivieron. Los animales inmunes supervivientes mostraron una
clara evidencia de que la formación de abscesos leves contenidos,
según el examen de su fluido, se cargó con PMN. Se obtuvieron
resultados similares en estudios de estreptococos M1, excepto que
los organismos M1 no eran tan virulentos como los organismos M3
(Tabla 2). Se usaron mayores cantidades de estreptococos M1, y se
vio una proporción de muertes reducida en los conejos, incluso en
animales control no inmunes. Esto puede reflejar la producción de
SPE-A aproximadamente 50 veces más baja por cepas M1
en comparación con cepas M3.
En contraste, ninguno de los animales no inmunes
mostró formación de abscesos, y el examen del fluido de 2/2 animales
reveló infiltración de PMN. Estos resultados muestran que parece
que una diferencia principal entre los animales inmunes
SPE-A versus animales no inmunes es si podría o no
montarse una respuesta inflamatoria. El trabajo anterior mostró que
SPE-A, así como otros superantígenos de toxina
pirogénica, induce a los macrófagos a producir niveles altos de
TNF-\alpha. TNF-\alpha produce
enormemente la quimiotaxis por PMN, aparentemente a través de
regulación a la baja de receptores quimiotácticos. Por lo tanto, se
cree que los resultados muestran que los anticuerpos en los
animales inmunizados con SPE-A (títulos > 10.000
por ELISA) bloquean la liberación de TNF-\alpha de
macrófagos neutralizando SPE-A, permitiendo de este
modo el desarrollo de una respuesta inflamatoria de protección. En
los animales no inmunes, SPE-A podría causar una
liberación significativa de TNF-\alpha que a su
vez evita el desarrollo de una respuesta quimiotáctica de
protección.
Es importante observar que todos los animales que
murieron excepto uno mostraron daño extensivo de tejido blando que
fue evidente porque sus extremidades completas se volvieron
moradas-negras y en muchos casos se desprendieron.
Un animal del grupo inmunizado murió después de la inmunización. La
ausencia de inflamación detectable en el tejido de estos animales
sugiere que los factores de estreptococos y no los componentes de la
respuesta inmune del huésped causa fascitis necrotizante y miositis.
Otros factores extracelulares también pueden contribuir al daño de
tejido blando, tal como SPE B y las estreptolisinas O y S.
Todos los datos anteriores dan un fuerte
argumento para el papel causativo de los superantígenos de toxinas
pirogénicas, y particularmente SPE-A, cuando está
presente, en el desarrollo de STSS.
Las posiciones en la molécula de
SPE-A importantes para la actividad biológica se
identificaron usando mutagénesis dirigida de sitio. Se introdujeron
cambios en aminoácidos únicos en diversas regiones de la molécula
como se describe a continuación.
El modelo de la estructura tridimensional de
SPE-A se muestra en la Figura 1. Esta estructura
modelo se construyó por Homología usando un programa
Insight/Homology de BioSym Corp., San Diego, CA. Esta molécula tiene
varios dominios identificados como:
Dominio | Aminoácidos correspondientes |
Hélice 2 | 11-15 |
\alpha-Hélice N-terminal, hélice 3 | 18-26 |
Dominio B - cadenas \beta | |
cadena 1 | 30-36 |
cadena 2 | 44-52 |
cadena 3 | 55-62 |
cadena 4 | 75-83 |
cadena 5 | 95-106 |
\alpha-Hélice central, hélice 5 | 142-158 |
Dominio A - cadena \beta | |
cadena 6 | 117-156 |
cadena 7 | 129-135 |
cadena 8 | 169-175 |
cadena 9 | 180-186 |
cadena 10 | 210-220 |
Hélice 4 | 64-72 |
Hélice 6 | 193-202 |
Las denominaciones numéricas de los aminoácidos
se hacen como referencia a la secuencia de la Figura 3.
Los aminoácidos se seleccionaron en cada uno de
los dominios y para alterar los restos de cisteína en la molécula.
Las regiones especialmente preferidas son la
\alpha-hélice N-terminal
(18-26); la \alpha-hélice central
(142 a 158); las cadenas \beta del Dominio A y las cadenas \beta
del Domino B.
Los restos diana para mutagénesis se eligieron
entre los aminoácidos conservados de toda la familia de toxinas
pirogénicas comparando la secuencia de aminoácidos primaria y/o
similitudes conformacionales 3-D u homologías usando
programas informáticos como se ha descrito previamente. Los cambios
hechos a cada uno de los aminoácidos se seleccionó para cambiar las
características de la cadena lateral del aminoácido del resto en un
sitio particular. Por ejemplo, se sustituyeron tres de los restos
de cisteína (87, 90 y 98) por serina para alterar los grupos
sulfhidrilo en la molécula. Se hicieron cambios en otros tres
restos de aminoácidos en la carga presente en ese sitio. Por
ejemplo, se cambió una lisina a un ácido glutámico (157), se cambió
una lisina a asparagina (16) y se cambió una asparagina a ácido
aspártico (20).
Otros aminoácidos pueden afectar a la interacción
de las toxinas con moléculas MHC de clase II. En otra molécula, las
cadenas del barril \beta N-terminal de
TSST-1 fueron importantes para contactar con las
cadenas \alpha y \beta de las moléculas MHC de clase II. Por lo
tanto, cambios en las cadenas \beta del Dominio A y del Domino B
pueden ser importantes para controlar la interacción de estas
moléculas con las moléculas MHC de clase II. Además, pueden
prepararse cambios en los restos usando mutagénesis aleatoria y
sustitución de cada uno de los otros 19 aminoácidos en una posición
particular, y después seleccionando los mutantes que muestran una
alteración en la actividad biológica tal como letalidad.
Las moléculas SPE-A mutantes se
prepararon usando mutagénesis dirigida de sitio usando reacción en
cadena de la polimerasa (PCR) en la que el ADN molde fue el gen de
SPE-A clonado del fago T12. Estos cebadores se
utilizaron para cada mutación generada. La generación de cada
mutante implicó usar tres cebadores como los siguientes: un cebador
flanqueante 5' cadena arriba, un cebador interno que incluye el
cambio en la secuencia de ADN que codifica un cambio en un
aminoácido y un cebador flanqueante cadena abajo. El cebador
flanqueante cadena arriba se incluyó en cada reacción de PCR y es
homólogo a una región de ADN aproximadamente 760 bases cadena arriba
del sitio de inicio de la traducción y tiene una secuencia:
El producto de PCR resultante incluye el promotor
speA y una posible región reguladora cadena arriba. El
cebador flanqueante cadena abajo es complementario a una región de
ADN aproximadamente 270 bases cadena abajo del codón de parada y
tiene una secuencia:
El cebador flanqueante cadena abajo está presente
en cada reacción de PCR y a causa de la posición del cebador el
producto de PCR contiene una secuencia de terminación de la
trascripción putativa.
Cada mutación se genera usando un cebador interno
que incluye una secuencia de ADN que codifica un cambio en un resto
de aminoácido particular. Los cebadores internos usados para generar
cada mutante son los siguientes:
Los restos subrayados indican cambios en la
secuencia codificante hechos de la secuencia de ADN que codifica
SPE-A tipo silvestre.
Se realizó la PCR del siguiente modo: Brevemente,
se mezclaron un cebador flanqueante cadena abajo y un cebador
directo que abarca el sitio de mutación y que contiene las
sustituciones de nucleótidos necesarias para generar un cambio de
aminoácido en una molaridad no igual en una reacción de PCR
convencional. El producto de ADN obtenido fue dominante en la cadena
que contenía la mutación. Este producto, o megacebador, que puede
ser de varios cientos de bases de longitud, se aisló por
electroforesis en gel de agarosa al 1% y se eluyó por el uso de un
kit Geneclean, como se recomienda por el fabricante (Bio 101, La
Jolla, California).
Brevemente, las condiciones de la reacción de PCR
son: la PCR se realiza en una mezcla de reacción de 100 \mul que
contiene Tris-HCl 10 mM (pH = 8,3), KCl 50 mM,
MgCl_{2} 1,5 mM, cada dNTP a 200 \muM, 2 ng de ADN plasmídico
molde, 100 pmoles de cebador flanqueante, 5 pmoles de cebador
interno, y 2,5 unidades de Ampli Taq ADN polimerasa (Perkin Elmer
Cetus). En la segunda etapa de amplificación, la composición de la
mezcla de reacción es como la anterior excepto para la moralidad
igual (5 pmoles cada uno) del cebador flanqueante y el megacebador y
1 \mug de molde. La PCR se realiza durante 30 ciclos de
desnaturalización a 94ºC X 1 minuto, hibridación a 37ºC o 44ºC X 2
minutos y elongación a 72ºC durante 3 minutos. Las condiciones de
hibridación pueden variarse de acuerdo con principios conocidos
dependiendo del tamaño del cebador, desapareamientos, y contenido en
GC.
Se usó un plásmido que contenía el gen clonado
speA y secuencias flanqueantes como molde. En la segunda
etapa, se combinaron el megacebador y un cebador flanqueante cadena
arriba en la mezcla de reacción en molaridad igual para generar el
speA mutante de longitud completa.
Los speA mutantes se digirieron con
enzimas de restricción apropiadas y se clonaron en el vector
lanzadera pMIN 164. Este vector es una quimera del plásmido pBR328
de E. coli, que lleva un gen de resistencia a ampicilina, y
el plásmido PE194 de estafilococos, que confiere resistencia a
eritromicina. Las mezclas de plásmidos ligados se transformaron, se
seleccionaron, y se exploraron en E. coli. Los clones
positivos para producción de toxina, como se juzga por los ensayos
de inmunodifusión doble, se secuenciaron por el procedimiento de
Hsiao citado supra para confirmar la presencia de la mutación
deseada y la ausencia de otras mutaciones. Después, los plásmidos se
transformaron en la cepa RN 4220 de S. aureus (obtenidos de
Richard Novick, Skirball Institute, Nueva York, NY) para la
expresión y producción de toxinas mutantes.
Se hizo crecer S. aureus que llevaba los
speA mutantes y de tipo silvestre en pMIN 164 a 37ºC con
aireación hasta la fase estacionaria en medio de corazón de ternera
dializable, que contenía 5 \mug/ml de eritromicina. Los cultivos
se precipitaron con cuatro volúmenes de etanol y se resolubilizaron
las proteínas en agua libre de pirógeno. Las preparaciones en bruto
se sometieron a separaciones por enfoque isoeléctrico en lechos
planos sucesivas en gradientes de pH de 3,5 a 10 y 4 a 6. Las
fracciones que fueron positivas para la toxina por reactividad con
anticuerpo se dializaron de manera extensiva frente a agua libre de
pirógeno, y se ensayó una alícuota de cada una para la pureza por
electroforesis en gel de poliacrilamida SDS en geles al 15%
(peso/volumen) (datos no mostrados). Todos los mutantes preparados
fueron tan resistentes como la toxina nativa al tratamiento durante
60 minutos con tripsina (2 \mug/\mug de SPE-A),
y esto junto con la reactividad conservada frente a los anticuerpos
policlonales surgidos frente a SPE-A nativa indica
que las mutaciones introducidas no causan cambios estructurales
graves en la toxina. Usando estos procedimientos, se generaron 7
mutantes que tienen sustituciones de aminoácidos únicos en la
secuencia de aminoácidos de SPE-A.
Las actividades biológicas de las toxinas
mutantes se evaluaron y se compararon a las de SPE-A
tipo silvestre. Las toxinas mutantes se ensayaron para la capacidad
de estimular la proliferación de linfocitos T (superantigenicidad),
para potenciar la susceptibilidad del huésped al choque por
endotoxina y para el desarrollo del síndrome de choque tóxico y
letalidad.
La capacidad para estimular la proliferación de
linfocitos T se midió como la incorporación de [^{3}H] timidina en
el ADN celular de esplenocitos de conejo. Se realizó un ensayo de
mitogenicidad de 4 días convencional en placas de microtitulación de
96 pocillos. Cada pocillo contenía 2 X 10^{5} esplenocitos de
conejo resuspendidos en 200 \mul de RPMI 1640 (Gibco, Grand
Island, NY) suplementado con HEPES 25 mM,
L-glutamina 2,0 mM, 100 U de penicilina, 100
\mug/ml de estreptomicina y FCS inactivado por calor al 2%. Se
añadieron 20 \mul de muestras de endotoxinas en cantidades
cuadruplicadas en cantidades finales: 1 \mug a 10^{-5}
\mug/pocillo. La proliferación celular de fondo se determinó en
pocillos por cuadruplicado añadiendo 20 \mul de RPMI a los
esplenocitos. Después de 3 días de incubación en una cámara
humidificada a 37ºC y CO_{2} al 7%, se añadieron 1,0 \muCi
(volumen de 20 \mul de
5-[metil-^{3}H]-timidina (46
Ci/mmol, Amersham, Arlington Heights, IL) a cada pocillo y se
incubaron durante 18 horas. El ADN celular se recogió en filtros de
fibra de vidrio y la incorporación de
[metil-^{3}H] timidina se cuantificó por un
contador de centelleo líquido. Se realizaron tres ensayos por
separado usando tres conejos donantes diferentes. Las
concentraciones de exoproteína se ensayaron por cuadruplicado en
cada uno de los tres ensayos. Los resultados se presentan como
CPM.
La capacidad de potenciar la susceptibilidad del
huésped al choque por endotoxina se ensayó en conejos American Dutch
Belted. Los animales que pesaban entre 1 y 2 kilos se inyectaron en
la vena marginal de la oreja con 5 \mug/kg de peso corporal de
SPE-A (igual a 1/50 LD_{50}) y se estimularon 4
horas después por inyección IV de 1 o 10 \mug/kg de peso corporal
de endotoxina (aproximadamente 1/100 LD_{50}) de Salmonella
typhimurium. Los conejos control recibieron inyecciones con
PBS. Los animales se controlaron después de 48 horas para la
muerte.
La letalidad también se midió usando bombas
miniosmóticas implantadas por vía subcutánea en conejos American
Dutch Belted y que contenían 200 \mug de toxina. Las proteínas
individuales (200 \mug) se inyectaron en 0,2 ml de PBS en bombas
miniosmóticas (Alzet, AlzaCo, Palo Alto, CA). La bomba se diseña
para liberar una cantidad constante de toxina durante un periodo de
7 días. Los conejos se controlaron 3 veces al día para los signos de
síndrome de choque tóxico tales como diarrea, eritema de la
conjuntiva y las orejas, choque y muerte durante hasta 8 días.
Los resultados de los estudios de mitogenicidad
de células T se muestran en las figuras 4, 5, y 6. Los resultados
muestran que el mutante N20D tiene una disminución de cinco veces en
la superantigenicidad o actividad de mitogenicidad de células T. Los
mutantes C87S y C98S también tuvieron una disminución de 4 veces en
la mitogenicidad para células T. Por tanto, varias de las mutaciones
afectaron a la actividad biológica de superantigenicidad o
mitogenicidad de células T.
Los resultados de potenciamiento de choque por
endotoxina y letalidad se muestran en las Tablas 3, 4, y 5 mostradas
a continuación
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados muestran que los animales tratados
con el mutante N20D no desarrollaron STSS cuando se ensayaron usando
cada modelo de STSS. La mutación en N20D se localiza en una
\alpha-hélice contigua surco mayor en la parte
trasera de la toxina (Figura 1). Este resto es importante en las
funciones de superantigenicidad y letalidad de la molécula.
Las mutaciones que eliminan los grupos
sulfhidrilo y, por lo tanto, que interfieren con enlaces disulfuro
posibles, tienen efectos variados en las actividades biológicas de
SPE-A, dependiendo de qué restos de cisteína se
mutaron. El mutante C90S permaneció completamente letal (Tabla 4), y
la actividad estimuladora de células T no disminuyó
significativamente (Figura 5a). En contraste, las mutaciones C87S y
C98S redujeron aproximadamente cuatro veces la mitogenicidad de
toxinas (Fig. 5b). Sin embargo, la capacidad de causar choque por
endotoxina se vio afectada de manera diferente por las dos
mutaciones, siendo C98S sólo ligeramente tóxica, pero siendo C87S
fuertemente tóxica (Tabla 4). Una explicación para estos resultados
se basa en las posiciones relativas de los tres restos de cisteína
en la secuencia primaria y en la estructura tridimensional (Fig.
1). La carencia del grupo sulfhidrilo de C98 puede excluir la
formación de un puente disulfuro putativo visto en enterotoxinas de
estafilococos, y por lo tanto, la conformación del bucle podría
perderse. Esto podría tener efectos perjudiciales para la actividad
si los aminoácidos en este bucle son responsables del contacto con
los receptores celulares del huésped o tienen alguna otra función en
la actividad biológica de la molécula. En el caso de la mutación
C87S, el enlace disulfuro putativo podría aún estar creado entre C90
y C98, conservando la mayoría de la conformación, y por lo tanto, la
actividad.
El mutante K157E, localizado en la
\alpha-hélice central larga, conserva la
superantigenicidad completa (Fig. 6b), pero fue no letal cuando se
administró en bombas miniosmóticas a conejos. (Tabla 6).
El resto S195A, que es parte de la
\alpha-hélice 5, puede no ser importante para las
actividades biológicas ensayadas, ya que su mutación no afecta a las
actividades ensayadas hasta ahora. Este resto podría no estar
expuesto al medio o puede no contribuir a la unión.
Estos resultados muestran que la letalidad y
superantigenicidad puede estar afectada por mutaciones en varios
sitios. La letalidad puede estar afectada por mutaciones en restos
en la \alpha-hélice N-terminal
(N20D) y en la \alpha-hélice central (K157E). La
mitogenicidad puede estar afectada por mutaciones en la
\alpha-hélice N-terminal y cambios
a grupos sulfhidrilo.
Estos resultados también muestran que la
mitogenicidad y la letalidad son actividades separables ya que se
generaron mutantes que afectan a la letalidad sin afectar a la
superantigenicidad (K157E) y que afectaron la mitogenicidad sin
afectar la letalidad (C87S).
Hay varios procedimientos que pueden usarse para
generar toxinas SPE-A mutantes dobles o triples o
fragmentos de las mismas.
Las toxinas SPE-A mutantes con
dos o más cambios en las secuencias de aminoácidos pueden prepararse
usando PCR como se ha descrito previamente. En una primera reacción
de PCR, se combina un primer cebador interno que codifica el primer
cambio en un sitio seleccionado con cebadores flanqueantes 5' y 3'
para formar un primer producto de PCR. El primer producto de PCR es
una secuencia de ADN que codifica una toxina SPE-A
mutante que tiene un cambio en la secuencia de aminoácidos. Este
primer producto de PCR después sirve como ADN molde para generar un
segundo producto de PCR con dos cambios en la secuencia de
aminoácidos en comparación con una proteína que tiene una actividad
SPE-A tipo silvestre. El primer producto de PCR es
el ADN molde combinado con un segundo cebador interno que codifica
un cambio en un aminoácido en un segundo sitio. El segundo cebador
interno también se combina con los cebadores flanqueantes 5' y 3'
para formar un segundo producto de PCR. El segundo producto de PCR
es una secuencia de ADN que codifica una toxina
SPE-A mutante con cambios en dos sitios en la
secuencia de aminoácidos. Este segundo producto de PCR después puede
usarse como molde en una tercera reacción para formar un producto de
secuencia de ADN que codifica una toxina SPE-A
mutante con cambios en tres sitios en la secuencia de aminoácidos.
Este procedimiento puede utilizarse para generar secuencias de ADN
que codifican toxinas mutantes que tienen más de un cambio en la
secuencia de aminoácidos.
Un procedimiento alternativo para preparar
secuencias de ADN que codifican más de un cambio es preparar
fragmentos de secuencia de ADN que codifica el cambio o cambios en
la secuencia de aminoácidos por síntesis automática. Los fragmentos
después pueden subclonarse en la secuencia que codifica
SPE-A tipo silvestre usando varios sitios de
restricción únicos. Los sitios de restricción son conocidos por los
especialistas en la técnica y pueden determinarse fácilmente a
partir de la secuencia de ADN de una toxina SPE-A
tipo silvestre. La clonación puede hacerse en una etapa única con un
procedimiento de ligamiento de tres fragmentos como se describe por
Revi y col. Nucleic Acid Res. 16: 1030 (1988).
Se evaluaron SPE-A tipo
silvestre, SPE-A N20D, SPE-A K157,
SPE-A N20/C98S, y SPE-A N20D/K157E
para la superantigenicidad en base a su capacidad para estimular la
proliferación de esplenocitos de conejo (véanse Figuras 7 y 8).
Se prepararon mutantes SPE-A
dobles (N20D/C98S, N20D/K157E) por mutagénesis por PCR usando las
técnicas descritas anteriormente. El gen SPE-A
mutante, speA N20D, sirvió como ADN molde para la
introducción de la segunda mutación. Los genes mutantes dobles se
secuenciaron como se ha descrito anteriormente para asegurar que
sólo estaban presentes los cambios indicados. Sólo los cambios
deseados estaban presentes.
Se cultivaron células de bazo de conejo en
presencia de SPE-A y SPE-A mutantes
in vitro durante 3 días y después un día adicional después de
la adición de 1 \muCi/pocillo de ^{3}H timidina. Se usó la
incorporación de ^{3}H timidina en el ADN del linfocito como
medida de la proliferación de las células T. Se calculó un índice de
superantigenicidad como media de cuentas/minuto de incorporación de
^{3}H timidina en células estimuladas dividido por la media de
cuentas/minuto en células cultivadas sin SPE-A o
mutantes añadidos.
SPE-A tipo silvestre fue
significativamente superantigénico a dosis de 1 a 0,001
\mug/pocillo (Figura 7). SPE-A K157E fue
significativamente mitogénico a dosis de 0,01 y 0,001 \mug/pocillo
(Figura 7). Los otros tres mutantes SPE-A
(SPE-A N20D, SPE-A N20D/C98S,
SPE-A N20D/C157E) fueron significativamente menos
superantigénicos (Figura 8) que SPE-A tipo silvestre
a dosis de 1 a 0,001 \mug (p<0,001). Es interesante observar
que SPE-A N20D fue significativamente más
superantigénico (Figura 8) que SPE-A N20D/C98S a
dosis de 1 y 0,1 \mug (p<0,0005, p<0,001, respectivamente).
Además, SPE-A N20D fue más mitogénico que
SPE-A N20D/K157E a la dosis de 1 \mug/pocillo
(p<0,01). Por tanto, los datos indicaron que el mutante N20D/C98S
tuvo menos toxicidad que el mutante N20D simple, y que el mutante
doble N20D/K157E fue intermedio entre las otras dos proteínas. Los
tres mutantes fueron significativamente menos tóxicos que
SPE-A tipo silvestre.
En un segundo experimento se estimularon iv
conejos (3/grupo) con 10 \mug/kg de SPE-A o
mutantes y después 5 \mug/kg de endotoxina 4 horas después. Los
animales se controlaron durante 48 horas para la letalidad
potenciada debido a la administración de SPE-A y
endotoxina. Este ensayo es la medida in vivo más sensible de
la actividad letal de SPE-A. Como se indica en la
Tabla 6, 0/3 animales estimulados con SPE-A tipo
silvestre y endotoxina sobrevivieron. En contraste, todos salvo un
animal estimulado con SPE-A N20D sobrevivieron, y
todos los animales estimulados con SPE-A N20D/C98S o
SPE-A N20D/K157E sobrevivieron.
En un tercer experimento se inmunizaron conejos
con SPE-A N20D, SPE-A N20D/C98S, o
SPE-A N20D/K157E, y después se estimularon con
SPE-A tipo silvestre (10 \mug/kg) y endotoxina (5
\mug/kg o 25 \mug/kg) como en el experimento precedente. Los
animales control no se inmunizaron pero se estimularon con
SPE-A tipo silvestre más endotoxina. Los conejos se
inmunizaron cada semana con dos inyecciones, con proteínas mutantes
(50 \mug/inyección) emulsionadas en adyuvante incompleto (de
Freund, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) y después se dejaron una
semana antes de estimular con toxina tipo silvestre. La combinación
de SPE-A tipo silvestre y endotoxina representa 20
LD_{50} para estimulación con 100 \mug/kg de
SPE-A y 5 \mug/kg de endotoxina, y 100 LD_{50}
para estimulación con 100 \mug/kg de SPE-A y 25
\mug/kg de endotoxina.
Como se indica en la Tabla 7, todos los animales
estimulados con 100 LD_{50} de SPE-A y endotoxina
sucumbieron. De manera similar, todos los animales inmunizados con
SPE-A N20D o N2OD/K157E sucumbieron cuando se
estimularon con 20 LD_{50} de SPE-A y endotoxina.
En contraste, los animales inmunizados con el mutante doble
N20D/C98S sobrevivieron. Los animales inmunizados con el doble
mutante N20D/K157E sucumbieron antes que los otros animales. Los
datos anteriores indican que los dobles mutantes y en particular
SPE-A N20D/C98S muestran eficacia como vacuna de
toxoide en animales de ensayo.
Se sacó un ml de sangre de la vena marginal de la
oreja de cada uno de los conejos inmunizados con
SPE-A N20D, N20D/C98S, y N20D/K157E y controles no
inmunizados. Se extrajo sangre de los animales 6 días antes de la
última inmunización (un día antes los animales se usaron en el
experimento de la Tabla 6). Después de que la sangre coagulara, los
sueros se separaron por centrifugación (13.000 x g, 10 min). Los
sueros de cada grupo se combinaron y se trataron con 33 1/3%
(concentración final) de sulfato amónico durante 1 hora a
temperatura ambiente para precipitar las inmunoglobulinas. Las
inmunoglobulinas precipitadas se recogieron por centrifugación
(13.000 x g, 10 min), se resolubilizaron al volumen original en
solución salina tamponada con fosfato (NaPO_{4} 0,005 M, pH 7,0,
NaCl 0,15 M), y se dializaron durante 24 horas frente a 1 litro de
NaCl 0,15 M a 4ºC. Los dializados se esterilizaron en filtros (0,45
\mum de tamaño de poro) y se usaron en estudios para neutralizar
la mitogenicidad de esplenocitos de conejo (superantigenicidad) de
0,01 \mug de SPE-A (Figura 9). El suero de un
conejo inmunizado con dosis subletales de SPE-A
tipo silvestre se fraccionó a partes iguales y se usó como control
positivo. Se diluyeron 1/5 y 1/50 veinte microlitros de las
fracciones de inmunoglobulina (Ig) de cada grupo de suero con medio
de cultivo celular de mamífero RPMI 1640 completo (dilución con
respecto al volumen de suero original) y se añadió a cada uno de los
4 pocillos que contenían SPE-A tipo silvestre y 2 X
10^{5} esplenocitos de conejo en el ensayo de mitogenicidad
convencional. Ig y la toxina tipo silvestre se añadieron ambas a
linfocitos en tiempo 0. Los resultados se muestran en la
Figura 9.
Figura 9.
Las Ig diluidas 1/5, de animales inmunizados o
controles no inmunes fueroninhibitorios para la proliferación de
esplenocitos, probablemente a causa del sulfato amónico residual en
las Ig. Sin embargo, Ig de animales inmunes SPE-A e
Ig de animales inmunes a N20D, N20D/C98S, y N20D/C157E fueron más
inhibitorias que Ig de controles no inmunes (p = 0,006 para
SPE-A versus no inmune, p = 0,035 para N20D versus
no inmune, p = 0,0002 para N20D/C98S versus no inmune, y p = 0,0001
para N20D/K157E versus no inmune por uso del análisis de ensayo
t de Student de datos no apareados distribuidos de manera
normal), que indican la inhibición específica de la
mitogenicidad.
mitogenicidad.
Cuando se añadieron Ig a la dilución 1/50, el
doble mutante N20D/C98S causó inhibición significativa de la
proliferación de esplenocitos en comparación con controles no
inmunes (p = 0,046). A esta concentración de Ig ninguna de las
fracciones causó supresión no específica de la mitogenicidad de
linfocitos.
Estos datos sugieren que el doble mutante
N20D/C98S fue más capaz para inmunizar animales frente a la
mitogenicidad de SPE-A tipo silvestre que el mutante
simple N20D o el otro mutante doble N20D/K157E. Sin embargo, el
doble mutante N20D/N157E fue mejor inmunogen que el mutante simple
N20D. Sin estar unido por lo siguiente, es posible que dos cambios
en el mutante N20D/C98S interfiera con los sitios del receptor de la
célula huésped requeridos para la letalidad, la interacción con el
receptor de células T y, posiblemente indirectamente, la interacción
con MCH de clase II en células presentadoras de antígeno. Como la
interacción con MCH de clase II depende de los restos de aminoácidos
en el dominio de barril \beta (Domino B) en el análisis
convencional de la toxina, se propone también que un cambio en esta
región (tal como D45N) puede mejorar la inmunogenicidad de N20D/C98S
incluso más. La base para esta hipótesis es que la toxina tipo
silvestre (y posiblemente mutantes que carecen de cambios en el
dominio de interacción con MHC de clase II) se unen directamente a
moléculas MCH de clase II sin el requisito del procesamiento normal
por las células presentadoras de antígeno. Los mutantes que
contienen cambios de aminoácidos que interfieren con esta
interacción directa con MCH de clase II pueden ser más inmunogénicos
ya que los mutantes podrían internalizarse más fácilmente y
procesarse. Por tanto, el triple mutante N20D/C98S/D45N se evaluará
usando los procedimientos usados para evaluar los otros
mutantes.
Los sueros obtenidos de los controles no inmunes
y cada grupo de conejos inmunizados con N20D, N20D/C98S, o
N20D/K157E se ensayaron directamente para la titulación ELISA frente
a SPE-A tipo silvestre (L. Hudson y F.C. Hay,
Practical Immunology 2ª Ed, 1980, Blackwell Scientific Publications,
Boston p 237-239.) El suero de cada animal se evaluó
por separado. Se calculó la media de los títulos de anticuerpo
obtenidos y se muestran en la Tabla 8. Los animales control no
inmunes como se esperaba tuvieron títulos muy bajos de anticuerpos
frete a SPE-A. En contraste, todos los animales
inmunizados frente a los mutantes tuvieron títulos de anticuerpo
significativos. Los animales inmunizados con el doble mutante
N20D/K157E tuvieron el título medio más alto siendo comparable con
los otros dos mutantes. Sin embargo, la proporción de los títulos
para los animales inmunizados con N20D fue mucho mayor (20, 40, 160,
640, 640 para cada uno de los 6 animales) que cada uno de los dobles
mutantes. Los datos sugieren que los dobles mutantes dieron
inmunización más consistente.
Agente Inmunizante | Media de Título de Anticuerpo^{a} | Proporción^{b} |
Ninguno | 10 | <10-20 |
SPE-A N20D | 250 | 20-640 |
SPE-A N20D/C98S | 80 | 80 |
SPE-A N20D/K157E | 425 | 320-640 |
a 6 animales/grupo | ||
b el título más bajo detectable fue 10. El título es el recíproco de la última dilución que dio un resultado positivo |
En un experimento final se inmunizaron animales
(3/grupo) frente a N20D, N20D/C98S, o N20D/K157E (50
\mug/inyección iv) administrando la proteína mutante cada día por
5 inyecciones y después dejando los animales durante un día. Los
animales después se evaluaron para la inmunidad frente a la
capacidad de SPE-A tipo silvestre para causar fiebre
[20 veces la dosis pirogénica mínima (MPD) 4 horas después de la
inyección/kg de peso corporal (20 MPD-4)].
SPE-A es uno de los pirogenes más potentes conocidos
con un MPD-4 en conejos de 0,15 \mug/kg. A tiempo
puntual 4 horas los animales se inyectaron con endotoxina (25
\mug/kg) para evaluar la inmunidad para la susceptibilidad
potenciada a choque por endotoxina. Los resultados se muestran en la
Tabla 9.
Los animales no inmunes y los inmunizados con
SPE-A N20D mostraron respuestas de fiebre
significativas (0,8ºC para ambos grupos) y susceptibilidad
potenciada a endotoxina (2/3 sucumbieron en 48 horas en ambos
grupos). En contraste, los animales inmunizados con cada mutante
doble se protegieron completamente de fiebre y el fenómeno de
potenciamiento.
Colectivamente, todos los datos anteriores
sugieren que ambos mutantes dobles son más capaces de inmunizar
animales frente a los efectos tóxicos de SPE-A que
el mutante simple. Ninguno de los mutantes por sí mismos fueron
tóxicos para los animales. El doble mutante N20D/C98S fue mejor
inmunogen que N20D/K157E, pero ambos fueron eficaces
Agente Inunizante | Respuesta de Fiebre | Número de Muertos/Total |
Cambio de ºC a las 4 horas | ||
Ninguno | 0,8 | 2/3 |
SPE-A N20D | 0,8 | 2/3 |
SPE-A N20D/C98S | 0,0 | 0/3 |
SPE-A N20D/K157E | 0,1 | 0/3 |
(1) INFORMACIÓN GENERAL:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- SOLICITANTE:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- NOMBRE: Regentes de University of Minnesota
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- CALLE: Morrill Hall, 100 Church Street, S.E.
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CIUDAD: Minneapolis
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- ESTADO: Minnesota
\vskip0.500000\baselineskip
- (E)
- PAÍS: Estados Unidos de América
\vskip0.500000\baselineskip
- (F)
- CÓDIGO POSTAL (ZIP): 55415-1226
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TÍTULO DE LA INVENCIÓN: MUTANTES DE LA TOXINA DE ESTREPTOCOCOS A Y PROCEDIMIENTOS DE USO
\vskip0.800000\baselineskip
- (iii)
- NÚMERO DE SECUENCIAS: 13
\vskip0.800000\baselineskip
- (iv)
- FORMA LEGIBLE POR ORDENADOR:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- TIPO DE MEDIO: Disco flexible
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- ORDENADOR: PC IBM compatible
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- SISTEMA OPERATIVO: PC-DOS/MS-DOS
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- SOFTWARE: PatentIn Release Nº 1.0, Versión Nº 1.30
\vskip0.800000\baselineskip
- (v)
- DATOS DE LA SOLICITUD ACTUAL:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- NÚMERO DE SOLICITUD:
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- FECHA DE PRESENTACIÓN: 07-JUN-1996
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CLASIFICACIÓN:
\vskip0.800000\baselineskip
- (vi)
- DATOS DE LA SOLICITUD ANTERIOR:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- NÚMERO DE SOLICITUD: US 08/480.261
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- FECHA DE PRESENTACIÓN: 07-JUN-1995
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CLASIFICACIÓN:
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 1:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 29 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 1:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 2:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 47 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 2:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 3:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 172 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 3:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 4:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 172 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 4:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 5:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 172 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 5:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 6:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 172 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 6:
\vskip1.000000\baselineskip
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(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 7:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 172 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 7:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 8:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 172 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 8:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 9:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 172 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 9:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 10:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 172 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 10:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 11:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 31 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 11:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 12:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 1851 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
- (C)
- CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
- (ix)
- CARACTERÍSTICA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- NOMBRE/CLAVE: CDS
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- LOCALIZACIÓN: 828..1583
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 12:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº: 13:
\vskip0.800000\baselineskip
- (i)
- CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
- (A)
- LONGITUD: 252 aminoácidos
\vskip0.500000\baselineskip
- (B)
- TIPO: aminoácido
\vskip0.500000\baselineskip
- (D)
- TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
- (ii)
- TIPO DE MOLÉCULA: proteína
\vskip0.800000\baselineskip
- (xi)
- DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº: 13:
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (14)
1. Una toxina SPE-A mutante que
comprende más de un cambio en la secuencia de aminoácidos pero no
más de seis cambios; siendo los cambios sustitución de los
aminoácidos situados:
- en la alfa hélice 3 N-terminal, en la alfa hélice 5 central, en la cadena beta 1 del dominio B, en la cadena beta 2 del dominio B, en la cadena beta 3 del dominio B, en la cadena beta 6 del dominio A, en la cadena beta 8 del dominio A, en la cadena beta 9 del dominio A, en la cadena beta 10 del dominio A; o sustitución de un resto de cisteína en la posición 87, 90, o 98;
en la que al menos uno de los aminoácidos
sustituidos es asparagina-20,
lisina-157, o cisteína-98; y
en la que el mutante tiene al menos una de las
siguientes características: el mutante tiene una disminución en la
mitogenicidad para células T, el mutante no potencia el choque por
endotoxina, el mutante es no letal, o el mutante es no letal pero
conserva la mitogenicidad en comparación con la de la toxina
SPE-A tipo silvestre.
2. La toxina SPE-A mutante de la
reivindicación 1, en la que la al menos una sustitución de
aminoácido comprende la sustitución de asparagina-20
a ácido aspártico, ácido glutámico, lisina o arginina; la
sustitución de cisteína-98 a serina, alanina,
glicina, o treonina; o la sustitución de lisina-157
a ácido glutámico o ácido aspártico.
3. La toxina SPE-A mutante de la
reivindicación 2, en la que la al menos una sustitución de
aminoácido comprende asparagina-20 a ácido
aspártico, cisteína-98 a serina, o
lisina-157 a ácido glutámico.
4. La toxina SPE-A mutante de la
reivindicación 1, en la que la al menos una sustitución de
aminoácido comprende la sustitución de
asparagina-20.
5. La toxina SPE-A mutante de la
reivindicación 4, en la que la sustitución es
asparagina-20 a ácido aspártico.
6. La toxina SPE-A mutante de la
reivindicación 4, que también comprende la sustitución de
cisteína-98, o lisina-157.
7. La toxina SPE-A mutante de la
reivindicación 6, en la que la sustitución es
cisteína-98 a serina, o lisina-157 a
ácido glutámico.
8. Un vacuna para proteger animales frente a al
menos una actividad biológica de SPE-A tipo
silvestre, que comprende una cantidad eficaz de al menos una toxina
SPE-A mutante de acuerdo con la reivindicación
1.
9. Una composición farmacéutica que comprende una
SPE-A mutante de acuerdo con la reivindicación 1 en
mezcla con un vehículo fisiológicamente aceptable.
10. Una secuencia de ADN que codifica una toxina
SPE-A mutante de acuerdo con la reivindicación
1.
11. Un célula huésped transformada estable que
comprende una secuencia de ADN de acuerdo con la reivindicación
10.
12. Una toxina SPE-A mutante de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7
para su uso como medicamento.
13. Uso de una toxina SPE-A
mutante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-7 par la fabricación de una vacuna para proteger
un animal frente a al menos una actividad biológica de una
SPE-A tipo silvestre.
14. Uso de una toxina SPE-A
mutante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-7 para la fabricación de una vacuna para reducir
los síntomas asociados con choque tóxico.
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