JP2002507392A - Optimization of immunomodulatory properties of gene vaccines - Google Patents

Optimization of immunomodulatory properties of gene vaccines

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JP2002507392A
JP2002507392A JP2000531549A JP2000531549A JP2002507392A JP 2002507392 A JP2002507392 A JP 2002507392A JP 2000531549 A JP2000531549 A JP 2000531549A JP 2000531549 A JP2000531549 A JP 2000531549A JP 2002507392 A JP2002507392 A JP 2002507392A
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ウィレム ピー. シー. ステマー,
ロバート ジェラルド ウォーレン,
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マキシジェン, インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、免疫応答を調節し得る分子を得るための方法、および本方法を用いて得られる免疫調節分子を提供する。この分子は、例えば、所望される目的のために遺伝子ワクチンによって誘導される免疫応答に合った使用を見出す。   (57) [Summary] The present invention provides a method for obtaining a molecule capable of modulating an immune response, and an immunomodulatory molecule obtained using the method. This molecule finds use, for example, in tailoring the immune response induced by a genetic vaccine for the desired purpose.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 (政府援助に関する記載) 本発明は、政府援助と共にDefense Advanced Projec
t Agencyにより授与された助成金番号第N65236−98−1−54
01号の下で行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
(Statement Regarding Government Assistance) The present invention, together with government assistance, is
Grant No. N65236-98-1-54 awarded by tAgency
Made under No. 01. The government has certain rights in the invention.

【0002】 (発明の背景) (発明の分野) 本発明は、免疫応答(例えば、遺伝子ワクチンによって誘導される免疫応答)
の調節の分野に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to immune responses (eg, immune responses induced by genetic vaccines).
Related to the field of regulation.

【0003】 (背景) 抗原プロセシングおよび抗原提示は、ワクチン接種の有効性を決定する(遺伝
子ワクチンでおこなうか、またはより古典的方法でおこなうかどうかに関わらず
)ただ1つの因子である。ワクチンの有効性を決定することに関与する他の分子
としては、サイトカイン(インターロイキン、インターフェロン、ケモカイン、
造血成長因子、腫瘍壊死因子、およびトランスホーミング増殖因子)が挙げられ
る。これは、免疫系の細胞の成熟、活性化、増殖および分化を調節する低分子量
タンパク質である。サイトカインの特性は、多面作用および縮重である;すなわ
ち、1つのサイトカインは、しばしばいくつかの機能を有し、そして所定の機能
は、しばしば1つを超えるサイトカインによって媒介される。さらに、いくつか
のサイトカインは、他のサイトカインへの付加効果または他のサイトカインとの
相乗効果を有し、そして多くのサイトカインはまた、レセプター成分を共有する
BACKGROUND [0003] Antigen processing and antigen presentation are the only factors that determine the efficacy of vaccination (whether performed with genetic vaccines or with more classical methods). Other molecules involved in determining vaccine efficacy include cytokines (interleukins, interferons, chemokines,
Hematopoietic growth factor, tumor necrosis factor, and transforming growth factor). It is a low molecular weight protein that regulates the maturation, activation, proliferation and differentiation of cells of the immune system. The properties of cytokines are pleiotropic and degenerate; that is, one cytokine often has several functions, and a given function is often mediated by more than one cytokine. In addition, some cytokines have additive or synergistic effects on other cytokines, and many cytokines also share a receptor component.

【0004】 サイトカインネットワークの複雑さゆえに、所定のサイトカインの生理学的有
意性に関する研究は、困難とされてきたが、サイトカイン遺伝子欠損マウスを用
いた最近の研究では、インビボでのサイトカインの機能に対する本発明者らの理
解を有意に改善した。可溶性タンパク質に加えて、いくつかの膜結合化同時刺激
分子は、免疫応答の調節において基礎的な役割を果たす。これらの分子としては
、CD40、CD40リガンド、CD27、CD80、CD86およびCD15
0(SLAM)が挙げられ、そしてこれらは、代表的には抗原認識を介してまた
は細胞間相互作用を通じて活性化の後にリンパ系細胞で発現される。
[0004] Although studies on the physiological significance of certain cytokines have been challenging due to the complexity of the cytokine network, recent studies using cytokine gene deficient mice have shown that the present invention relates to the function of cytokines in vivo. Their understanding improved significantly. In addition to soluble proteins, some membrane-bound costimulatory molecules play a fundamental role in regulating the immune response. These molecules include CD40, CD40 ligand, CD27, CD80, CD86 and CD15
0 (SLAM) and these are typically expressed in lymphoid cells after activation through antigen recognition or through cell-cell interactions.

【0005】 Tヘルパー(TH)細胞(免疫系の重要な調節因子)は、多数の異なるサイト カインを産生し得、そしてこれらのサイトカイン合成パターンに基づき、TH細 胞は2つのサブセットに分割される(PaulおよびSeder(1994)C
ell 76:241−251)。TH1細胞は、高いレベルのIL−2および IFN−γを産生し、かつ最低限のレベルのIL−4、IL−5およびIL−1
3を産生するか、またはIL−4、IL−5およびIL−13を産生しない。対
照的に、TH2細胞は、高いレベルのIL−4、IL−5およびIL−13を産 生し、そしてIL−2およびIFN−γの産生は最低限かまたは存在しない。T H 1細胞は、マクロファージ、樹状突起細胞を活性化し、そしてCD8+細胞傷害
性Tリンパ球およびNK細胞(同上)の細胞溶解活性を増大する。これに対して
、TH2細胞は、B細胞に関して効率的な援助を提供し、そしてこれらはまた、 TH2細胞の能力によってアレルギー応答を媒介し、IgEイソタイプスイッチ ングおよびB細胞のIgE分泌細胞への分化を誘導する(De Vriesおよ
びPunnonen(1996)In Cytokine regulatio
n of humoral immunity:basic and clin
ical aspects.Snapper,C.M.編、John Wile
y&Sons,Ltd.,West Sussex,UK,195−215頁)
。Tヘルパー細胞の分化を調節する正確な機構は十分理解されていないが、サイ
トカインが主な役割を果たすと考えられている。IL−4は、TH2細胞の分化 を指示することが示されている。これに対して、IL−12は、TH1細胞の発 達を誘導する(PaulおよびSeder、前出)。さらに、CD80、CD8
6およびCD150のような膜結合化同時刺激分子が、TH1細胞および/また はTH2の発達を指示し得、かつTH細胞の分化を調節する同じ分子がまた、B細
胞の活性化、増殖およびIg分泌血漿細胞への分化に影響することが示唆されて
いる(Cocksら(1995)Nature 376:260−263;Le
nschowら(1996)Immunity 5:285−293;Punn
onenら(1993)Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA.9
0:3730−3734;Punnonenら(1997)J.Exp.Med
.185:993−1004)。
[0005] T helper (TH) Cells (key regulators of the immune system) can produce many different cytokines and, based on these cytokine synthesis patterns,HCells are divided into two subsets (Paul and Seder (1994) C
ell 76: 241-251). THOne cell produces high levels of IL-2 and IFN-γ and minimal levels of IL-4, IL-5 and IL-1
3 or do not produce IL-4, IL-5 and IL-13. versus
In contrast, THTwo cells produce high levels of IL-4, IL-5 and IL-13, and minimal or no IL-2 and IFN-γ production. T H One cell activates macrophages, dendritic cells, and+Cell injury
Increases the cytolytic activity of sex T lymphocytes and NK cells (ibid). On the contrary
, THTwo cells provide efficient help for B cells, and they alsoHMediates allergic responses through the ability of two cells to induce IgE isotype switching and differentiation of B cells into IgE-secreting cells (De Vries and
And Punnonen (1996) In Cytokine Regulatio
no of humoral immunity: basic and clin
ical aspects. Snapper, C.I. M. Hen, John Wile
y & Sons, Ltd. , West Sussex, UK, 195-215).
. The exact mechanism that regulates T helper cell differentiation is not well understood, but
Tocaine is thought to play a major role. IL-4 is THIt has been shown to direct the differentiation of two cells. In contrast, IL-12 has a THInduces the development of one cell (Paul and Seder, supra). Furthermore, CD80, CD8
6 and a membrane-associated costimulatory molecule such as CD150H1 cell and / or TH2 can indicate development and THThe same molecules that regulate cell differentiation are also
Has been suggested to affect the activation, proliferation and differentiation of vesicles into Ig-secreting plasma cells
(Cocks et al. (1995) Nature 376: 260-263; Le)
(1996) Immunity 5: 285-293; Punn.
onen et al. (1993) Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA. 9
0: 3730-3734; Punnonen et al. (1997) J. Am. Exp. Med
. 185: 993-1004).

【0006】 ヒトおよびマウスの両方の研究は、Tヘルパー(TH)細胞のサイトカイン合 成プロフィールが、いくつかのウィルス、細菌および寄生虫感染の予後の判定に
おいて重大な役割を果たすことを示した。高頻度のTH1細胞は、一般的に致死 の感染を防御する。これに反して主要なTH2表現型は、しばしば汎発性で慢性 の感染を生じる。例えば、TH1表現型は、ライ病の類結核(耐性)形態におい て観察され、そしてTH2表現型は、らい腫性の、複数の桿菌の(感受性の)病 巣において観察される(Yamamuraら、(1991)Science 2
54:277−279)。同様に、後期のHIV患者は、TH2様サイトカイン 合成プロフィールを有し、そしてTH1表現型が、AIDSを防御することを提 唱している(Maggiら、(1994)J.Exp.Med.180:489
−495)。さらに、髄膜炎菌性の敗血症からの生存は、TNF−αおよびIL
−10を産生する末梢血白血球の能力に基づいて遺伝的に決定される。高産生の
IL−10を有する家系の個人は、致命的な髄膜炎菌性の疾患の危険性が高めら
れている。これに対して、高いTNF−α産生を有する家系の一員は、感染から
生存する傾向が高かった(Westendorpら(1997)Lancet
349:170−173)。
[0006] Both human and mouse studies have shown that the cytokine synthesis profile of T helper ( TH ) cells plays a crucial role in determining the prognosis of some viral, bacterial and parasitic infections. . T H 1 cells high frequency, typically to prevent infection lethal. Major T H 2 phenotype on the other hand, often results in infection of chronic in disseminated. For example, T H 1 phenotype is observed Te s tuberculosis (resistant) form odor leprosy, and T H 2 phenotype of lepromatous resistance, observed in (susceptible) disease nest multiple bacilli (Yamamura et al., (1991) Science 2
54: 277-279). Similarly, late HIV patients have T H 2-like cytokine synthesis profiles, and T H 1 phenotype have advocated that protects AIDS (Maggi et al., (1994) J. Exp. Med. 180: 489.
-495). In addition, survival from meningococcal sepsis was due to TNF-α and IL
Determined genetically based on the ability of peripheral blood leukocytes to produce -10. Individuals of a family with high production of IL-10 are at increased risk of fatal meningococcal disease. In contrast, members of the family with high TNF-α production were more likely to survive infection (Westendorp et al. (1997) Lancet.
349: 170-173).

【0007】 サイトカイン処置は、TH1/TH2細胞の分化およびマクロファージ活性化、
そしてそれによる感染症疾患の予後に劇的に影響し得る。例えば、Leishm
ania majorに感染したBALB/cマウスは、一般的に、TH2表現 型を有する汎発性の致命的な疾患を発症するが、抗IL−4 mAbまたはIL
−12で処置した場合、マウスにおけるTH1細胞の頻度は増加し、そしてそれ らは病原体の侵襲の影響を弱め得る(Chatelainら(1992)J.I
mmunol.148:1182−1187)。同様に、INF−γは、致死性
単純ヘルペスウィルス(HSV)感染からマウスを防御し、そしてMCP−1は
、Pseudomonas aeruginosaまたはSalmonella
typhimuriumによる致死性の感染を防御する。さらに、サイトカイ
ン処置(例えば、組換えIL−2)は、ヒトの分類不能型免疫不全に有益な効果
を示した(Cunningham−Rundlesら(1994)N.Engl
.J.Med.331:918−921)。
[0007] Cytokines treatment, T H 1 / T H 2 differentiation and macrophage cell activation,
And it can dramatically affect the prognosis of infectious diseases. For example, Leishm
BALB / c mice infected with ania major generally but develop disseminated fatal disease with T H 2 phenotype, anti IL-4 mAb or IL
When treated at -12, the frequency of T H 1 cells in mice increased, and it we may weaken the effect of invasion of pathogens (Chatelain et al (1992) J.I
mmunol. 148: 1182-1187). Similarly, INF-γ protects mice from lethal herpes simplex virus (HSV) infection, and MCP-1 inhibits Pseudomonas aeruginosa or Salmonella.
Typhimurium protects against lethal infection. In addition, cytokine treatment (eg, recombinant IL-2) has shown beneficial effects on human unclassifiable immunodeficiency (Cunningham-Rundles et al. (1994) N. Engl.
. J. Med. 331: 918-921).

【0008】 特定の疾患を処置するために最も適切な様式において免疫応答を調節するサイ
トカインおよび他の分子の投与は、疾患の処置のために有意な手段を提供し得る
。しかし、現在利用可能な免疫調節因子処置は、不十分な比活性、投与される免
疫調節因子に対する免疫応答の誘導、および他の潜在的な問題のような、いくつ
かの不利益を有し得る。従って、現在利用可能な免疫調節因子に比べて改良され
た特性を示す免疫調節因子の必要性がある。本発明は、このことおよびその他の
必要性を満たす。
[0008] The administration of cytokines and other molecules that modulate the immune response in a manner most appropriate for treating a particular disease can provide a significant means for treating the disease. However, currently available immunomodulator treatments may have some disadvantages, such as insufficient specific activity, induction of an immune response to the administered immunomodulator, and other potential problems . Accordingly, there is a need for immunomodulators that exhibit improved properties as compared to currently available immunomodulators. The present invention fulfills this and other needs.

【0009】 (発明の要旨) 本発明は、直接的に(すなわち、免疫調節ポリヌクレオチドとして)または間
接的に(すなわち、免疫調節ポリペプチドを生成するためにポリヌクレオチドの
翻訳の際に)のいずれかで、遺伝子ワクチンにより誘導される免疫応答に対して
、調節効果を有する、ポリヌクレオチドを得る方法を提供する。本発明の方法は
、以下の工程を含む:組換えポリヌクレオチドのライブラリーの作製する工程;
およびライブラリーをスクリーニングし、組換えポリヌクレオチド自身によって
か、またはコードされるポリペプチドを通じてのいずれかで、ライブライリーを
作製した核酸の形態によりも、増強された免疫応答を調節する能力を示す、少な
くとも1つの最適化された組換えポリヌクレオチドを同定する工程。例えば、例
として以下が挙げられる:CpG−リッチポリヌクレオチド配列、同時刺激因子
(例えば、B7−1、B7−2、CD1、CD40、CD154(CD40に対
するリガンド)、CD150(SLAM))またはサイトカインをコードするポ
リヌクレオチド配列。これらの方法において用いられるスクリーニング工程は、
例えば、組換え核酸のライブラリーを含む遺伝子ワクチンベクターを細胞へ導入
する工程、および目的の免疫応答を調節する増大された能力か、または免疫調節
分子を発現する増大された能力を示す細胞を同定する工程を含み得る。例えば、
サイトカインをコードする組換え核酸のライブラリーは、核酸分子によってコー
ドされるサイトカインの、このサイトカインに関するレセプターを含む細胞を活
性化する能力を試験することによってスクリーニングされ得る。サイトカインに
関するレセプターは、細胞に天然にあり得るか、またはサイトカインレセプター
をコードする異種核酸から発現され得る。例えば、最適化された同時刺激因子が
試験され、細胞または培養培地が、主にTH2免疫応答、または主にTH1免疫応
答を誘導することが可能な同時刺激因子を同定し得る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides for either directly (ie, as an immunomodulatory polynucleotide) or indirectly (ie, during translation of a polynucleotide to produce an immunomodulatory polypeptide). Thus, the present invention provides a method for obtaining a polynucleotide having a regulatory effect on an immune response induced by a genetic vaccine. The method of the invention comprises the steps of: producing a library of recombinant polynucleotides;
Screening libraries and demonstrating the ability to modulate an enhanced immune response, either by the recombinant polynucleotide itself or through the encoded polypeptide, even by the form of the nucleic acid that generated the library. Identifying at least one optimized recombinant polynucleotide. Examples include: CpG-rich polynucleotide sequences, costimulators (eg, B7-1, B7-2, CD1, CD40, CD154 (ligand for CD40), CD150 (SLAM)) or cytokines. The polynucleotide sequence to be expressed. The screening step used in these methods comprises:
For example, introducing a genetic vaccine vector comprising a library of recombinant nucleic acids into cells, and identifying cells that exhibit an increased ability to modulate the immune response of interest or to express an immunomodulatory molecule May be included. For example,
Libraries of recombinant nucleic acids encoding cytokines can be screened by testing the ability of the cytokine encoded by the nucleic acid molecule to activate cells containing receptors for the cytokine. Receptors for cytokines can be naturally occurring in the cell or can be expressed from a heterologous nucleic acid encoding a cytokine receptor. For example, a costimulatory factor which is optimized test cell or culture medium can be identified mainly T H 2 immune response, or predominantly a costimulatory factor which is capable of inducing a T H 1 immune response.

【0010】 いくつかの実施態様において、免疫応答に対して調節効果を有するこのポリヌ
クレオチドは、以下によって得られる:(1)免疫応答の調節に関与する、また
は免疫応答の調節に関与する分子をコードする、少なくとも第1の形態および第
2の形態の核酸を組み換え(ここで、第1の形態および第2の形態は2つ以上の
ヌクレオチドにおいてお互いに異なる)、組換えポリヌクレオチドのライブラリ
ーを作製する工程;および(2)このライブラリーをスクリーニングすることで
、組換えポリヌクレオチド自身によってか、またはコードされたポリペプチドを
通じてのいずれかで、ライブラリーを作製した核酸の形態よりも、増強された免
疫応答を調節する能力を示す少なくとも1つの最適化された組換えポリヌクレオ
チドを同定する。さらなる最適化が所望される場合、本方法は、さらに以下を含
み得る:(3)少なくとも1つの最適化された組換えポリヌクレオチドとさらな
る形態の核酸(これは、第1の形態および第2の形態と同じかまたは異なる)と
を組み換え、組換えポリヌクレオチドのさらなるライブラリーを作製する工程;
(4)さらなるライブラリーをスクリーニングし、ライブラリーを作製した核酸
の形態よりも、増強された免疫応答を調節する能力を示す少なくとも1つのさら
に最適化された組換えポリヌクレオチドを同定する工程;および(5)必要な場
合、さらに最適化された組換えポリヌクレオチドが、ライブラリーを作製した核
酸の形態よりも、さらに増強された免疫応答を調節する能力を示すまで、(3)
および(4)を繰り返す工程。
[0010] In some embodiments, the polynucleotide having a modulating effect on the immune response is obtained by: (1) a molecule involved in modulating an immune response or a molecule involved in modulating an immune response; Recombinantly encode at least the first and second forms of the nucleic acid (where the first and second forms are different from each other in two or more nucleotides) to obtain a library of recombinant polynucleotides. Making; and (2) screening the library, either by the recombinant polynucleotide itself or through the encoded polypeptide, to enhance the form of the nucleic acid from which the library was made. At least one optimized recombinant polynucleotide exhibiting the ability to modulate an immune response. Set. If further optimization is desired, the method may further comprise: (3) at least one optimized recombinant polynucleotide and a further form of nucleic acid, comprising a first form and a second form; The same or different form) to produce an additional library of recombinant polynucleotides;
(4) screening an additional library to identify at least one further optimized recombinant polynucleotide that exhibits the ability to modulate an enhanced immune response over the form of the nucleic acid from which the library was made; and (5) If necessary, until further optimized recombinant polynucleotides show the ability to modulate an enhanced immune response over the form of the nucleic acid from which the library was made, (3)
Repeating (4) and (4).

【0011】 本発明のいくつかの実施態様において、組換えポリヌクレオチドのライブラリ
ーは、以下によってスクリーニングされる:コードされたペプチドまたはポリペ
プチドが、複製可能な遺伝子パッケージの表面上に提示されたタンパク質との融
合物として生成されるように組換えポリヌクレオチドを発現する;複製可能な遺
伝子パッケージと、レセプターを提示する複数の細胞とを接触させる;およびレ
セプターによって媒介される免疫応答の調節を示す細胞を同定する。
[0011] In some embodiments of the present invention, a library of recombinant polynucleotides is screened by: the encoded peptides or proteins whose polypeptides are displayed on the surface of a replicable genetic package Expressing a recombinant polynucleotide so as to be produced as a fusion with; contacting a replicable genetic package with a plurality of cells presenting a receptor; and cells exhibiting the modulation of a receptor-mediated immune response Is identified.

【0012】 本発明はまた、細胞による抗原の輸送または提示を改良するアクセサリー分子
をコードするポリヌクレオチドを得るための方法を提供する。これらの方法は、
アクセサリー分子の全てかまたは一部をコードする組換え核酸を供することによ
って組換えポリヌクレオチドのライブラリーを作製する工程;およびこのライブ
ラリーをスクリーニングし、非組換え核酸によってコードされるアクセサリー分
子と比較して、細胞の表面上に抗原を輸送するかまたは提示する能力の向上また
は低下を、細胞に与える組換えアクセサリー分子をコードする最適化された組換
えポリヌクレオチドを同定する工程を包含する。いくつかの実施態様において、
このスクリーニング工程は以下を含む:組換えポリヌクレオチドのライブラリー
を、抗原をコードする遺伝子ワクチンベクターに導入して、ベクターのライブラ
リーを形成する工程;ベクターのライブラリーを哺乳動物細胞に導入する工程;
および抗原に対する免疫原性の増大または低下を示す哺乳動物細胞を同定する工
程。
[0012] The invention also provides a method for obtaining a polynucleotide encoding an accessory molecule that improves the transport or presentation of an antigen by a cell. These methods are
Producing a library of recombinant polynucleotides by providing a recombinant nucleic acid encoding all or a portion of the accessory molecule; and screening this library for comparison with accessory molecules encoded by the non-recombinant nucleic acid And identifying an optimized recombinant polynucleotide that encodes a recombinant accessory molecule that confers on the cell an enhanced or reduced ability to transport or present the antigen on the surface of the cell. In some embodiments,
The screening step includes the steps of: introducing a library of recombinant polynucleotides into a gene vaccine vector encoding the antigen to form a library of vectors; introducing the library of vectors into mammalian cells ;
And identifying mammalian cells that exhibit increased or decreased immunogenicity to the antigen.

【0013】 本発明のいくつかの実施態様において、最適化されるサイトカインは、インタ
ーロイキン−12であり、そしてスクリーニングは、培養培地中で遺伝子ワクチ
ンベクターを含む哺乳動物細胞を増殖すること、およびT細胞増殖またはT細胞
分化が培養培地との接触によって誘導されるか否かを検出することによって行わ
れる。別の実施態様において、サイトカインは、インターフェロン−αであり、
そしてスクリーニングは、バクテリオファージの表面上に提示される融合タンパ
ク質として、組換えベクターモジュールを発現し、ファージ提示ライブラリーを
形成すること、およびB細胞系の増殖を阻害し得るファージライブラリーメンバ
ーを同定することによって行われる。別の実施態様は、同時刺激因子としてB7
−1(CD80)またはB7−2(CD86)を利用し、そして細胞または培養
培地が、免疫応答を調節する能力について試験される。
[0013] In some embodiments of the invention, the cytokine to be optimized is interleukin-12, and the screening comprises growing a mammalian cell containing the genetic vaccine vector in culture medium; It is performed by detecting whether cell proliferation or T cell differentiation is induced by contact with the culture medium. In another embodiment, the cytokine is interferon-α,
The screen then expresses the recombinant vector module as a fusion protein displayed on the surface of the bacteriophage, forms a phage display library, and identifies phage library members that can inhibit the growth of B cell lines It is done by doing. Another embodiment provides B7 as a costimulator.
Utilizing -1 (CD80) or B7-2 (CD86), and cells or culture media are tested for their ability to modulate an immune response.

【0014】 本発明は、最適化されていないベクターモジュールによってコードされる対応
するポリペプチドと比較して免疫原性の低下を示すサイトカインおよび他の同時
刺激因子をコードする最適化された組換えベクターモジュールを得るためにDN
Aシャッフリングを使用する方法を提供する。この低下した免疫原性は、組換え
ベクターモジュールによってコードされるサイトカインまたは同時刺激因子を哺
乳動物に導入すること、および免疫応答がサイトカインに対して誘導されたか否
かを決定することによって検出され得る。
The present invention provides optimized recombinant vectors encoding cytokines and other costimulators that exhibit reduced immunogenicity as compared to the corresponding polypeptide encoded by a non-optimized vector module. DN to get the module
A method for using A shuffling is provided. This reduced immunogenicity can be detected by introducing a cytokine or costimulator encoded by the recombinant vector module into the mammal and determining whether an immune response has been induced against the cytokine. .

【0015】 本発明はまた、サイトカインアンタゴニストをコードする最適化された免疫調
節配列を得る方法を提供する。例えば、適切なサイトカインアゴニストとしては
、不完全なシグナル配列を有する可溶性サイトカインレセプターおよび膜貫通サ
イトカインレセプターが挙げられる。例としては、ΔIL−10RおよびΔIL
−4Rなどが挙げられる。
[0015] The present invention also provides a method for obtaining an optimized immunomodulatory sequence encoding a cytokine antagonist. For example, suitable cytokine agonists include soluble and transmembrane cytokine receptors with incomplete signal sequences. Examples include ΔIL-10R and ΔIL
-4R and the like.

【0016】 (詳細な説明) (定義) 用語「サイトカイン」は、例えば、インターロイキン、インターフェロン、ケ
モカイン、造血成長因子、腫瘍壊死因子、およびトランスホーミング増殖因子を
含む。一般的に、これらは、免疫系の細胞の成熟、活性化、増殖および分化を調
節する低分子量タンパク質である。
DETAILED DESCRIPTION Definitions The term “cytokine” includes, for example, interleukins, interferons, chemokines, hematopoietic growth factors, tumor necrosis factors, and transforming growth factors. Generally, these are low molecular weight proteins that regulate the maturation, activation, proliferation and differentiation of cells of the immune system.

【0017】 用語「スクリーニング」は、一般的に、最適な免疫調節分子を同定するプロセ
スを述べる。それぞれの分子のいくつかの特性は、選択およびスクリーニングに
おいて用いられ得、これは、例えば、試験システムにおいて所望される免疫応答
を誘導する能力を含む。選択とは、同定および物理的分離が、選択マーカーの発
現によって同時に達成されるスクリーニングの形態である。これは、いくつかの
遺伝的環境において、マーカーを発現する細胞を生存させるが、他の細胞は死滅
させる(またはこの逆)。スクリーニングマーカーとしては、例えば、ルシフェ
ラーゼ、β−ガラクトシダーゼおよびグリーン蛍光タンパク質が挙げられる。選
択マーカーとしては、薬物耐性および毒素耐性遺伝子などが挙げられる。インビ
トロでの第一次免疫応答の研究における制限のために、インビボにおける研究は
、特に有用なスクリーニング法である。これらの研究において、免疫調節分子を
含む遺伝子ワクチンが、まず試験動物に導入され、続いて免疫応答が、防御免疫
応答を分析することによってか、あるいは免疫された動物に由来するリンパ系細
胞を用いて誘導された免疫応答の質または強度を研究することによって研究され
る。自発的な選択が、天然の進化の過程で生じ得、および自発的な選択が生じる
が、本方法において選択とは、人によって行われる。
The term “screening” generally describes the process of identifying optimal immunomodulatory molecules. Several properties of each molecule can be used in selection and screening, including, for example, the ability to induce a desired immune response in a test system. Selection is a form of screening in which identification and physical separation are achieved simultaneously by expression of a selectable marker. This allows cells expressing the marker to survive, but kills other cells in some genetic settings, or vice versa. Screening markers include, for example, luciferase, β-galactosidase, and green fluorescent protein. Selectable markers include drug resistance and toxin resistance genes and the like. Due to limitations in studying the primary immune response in vitro, in vivo studies are a particularly useful screening method. In these studies, a genetic vaccine containing an immunomodulatory molecule is first introduced into a test animal, and then the immune response is determined by analyzing a protective immune response or by using lymphoid cells from the immunized animal. By studying the quality or strength of the induced immune response. Although spontaneous selection can occur during the course of natural evolution, and spontaneous selection occurs, in this method selection is made by a person.

【0018】 本明細書中で用いられるように、「外因性DNAセグメント」、「異種配列」
または「異種核酸」とは、特定の宿主細胞に外来の供給源に起源するものである
か、または、同じ供給源の場合、その本来の形態から改変されているものである
。従って、宿主細胞における異種遺伝子は、特定の宿主細胞に内因性であるが、
改変されている遺伝子を含む。本明細書中に記載される、本出願における異種配
列の改変は、代表的にDNAシャッフリングの使用によって生じる。従って、こ
の用語は細胞に外来のまたは異種のDNAセグメントか、あるいはこの細胞に相
同的だが、宿主細胞核酸内でその要素が本来見出されない位置にあるDNAセグ
メントをいう。外因性DNAセグメントは、発現されて、外因性ポリペプチドを
生じる。
As used herein, “exogenous DNA segment”, “heterologous sequence”
Alternatively, a "heterologous nucleic acid" is one that is derived from a source that is foreign to the particular host cell or, if the same source, has been modified from its original form. Thus, a heterologous gene in a host cell is endogenous to a particular host cell,
Includes modified genes. The heterologous sequence modifications in the present application, described herein, typically result from the use of DNA shuffling. Thus, the term refers to a DNA segment that is foreign or heterologous to the cell, or a DNA segment that is homologous to the cell, but in a position in the host cell nucleic acid where the element is not naturally found. The exogenous DNA segment is expressed to yield an exogenous polypeptide.

【0019】 用語「遺伝子」とは、生物学的機能に関連するDNAの任意のセグメントをい
うのに広範に用いられる。従って、遺伝子は、それらの発現に必要とされるコー
ド配列および/または調節配列を含む。遺伝子はまた、例えば、他のタンパク質
に関する認識配列を形成する、非発現DNAセグメントを含む。遺伝子は、目的
の供給源からクローニングすること、あるいは公知または推定の配列情報から合
成することを含み、種々の供給源から得られ得、そして遺伝子は、所望のパラメ
ーターを有するように設計された配列を含み得る。
The term “gene” is used extensively to refer to any segment of DNA that is involved in a biological function. Thus, genes contain the coding and / or regulatory sequences required for their expression. Genes also include non-expressed DNA segments that, for example, form recognition sequences for other proteins. Genes can be obtained from a variety of sources, including cloning from a source of interest, or synthesizing from known or putative sequence information, and the gene can be a sequence designed to have the desired parameters. May be included.

【0020】 用語「単離された」とは、核酸またはタンパク質に適用される場合、天然の状
態において関係する他の細胞成分が実質的に存在しない核酸またはタンパク質を
示す。それは乾燥物または水溶液のいずれかであり得るが、均質な状態が好まし
い。純度および均質性は、代表的にはポリアクリルアミドゲル電気泳動または高
速液体クロマトグラフィーのような分析化学技法を用いて決定される。調製物に
存在する主な種であるタンパク質が、実質的に精製される。詳細には、単離され
た遺伝子は、遺伝子に隣接し、かつ目的の遺伝子以外のタンパク質をコードする
オープンリーディングフレームから分離される。用語「精製された」とは、核酸
またはタンパク質が電気泳動ゲルにおいて本質的に1つのバンドを生じることを
示す。詳細には、それは、核酸またはタンパク質が、少なくとも約50%純粋、
より好ましくは少なくとも約85%純粋、そして最も好ましくは少なくとも約9
9%純粋であることを意味する。
The term “isolated” when applied to a nucleic acid or protein, refers to a nucleic acid or protein that is substantially free of other cellular components of interest in its natural state. It can be either dry or aqueous, but preferably in a homogeneous state. Purity and homogeneity are typically determined using analytical chemistry techniques such as polyacrylamide gel electrophoresis or high performance liquid chromatography. The protein, the major species present in the preparation, is substantially purified. Specifically, an isolated gene is separated from open reading frames that flank the gene and encode proteins other than the gene of interest. The term "purified" indicates that the nucleic acid or protein gives rise to essentially one band in an electrophoretic gel. In particular, it means that the nucleic acid or protein is at least about 50% pure,
More preferably at least about 85% pure, and most preferably at least about 9
9% pure.

【0021】 用語「天然に存在する」とは、人によって人工的に作製されるものとは別個な
ように、天然において見出され得る物体を記述するのに用いられる。例えば、天
然の供給源から単離され得、かつ実験室において人によって意図的に改変されて
いない生物体(ウィルス、細菌、原生動物、昆虫、植物または哺乳動物組織を含
む)に存在するポリペプチドまたはポリヌクレオチド配列は、天然に存在する。
The term “naturally occurring” is used to describe an object that can be found in nature, as distinct from being artificially created by man. For example, a polypeptide that can be isolated from a natural source and that is present in an organism (including a virus, bacterium, protozoan, insect, plant or mammalian tissue) that has not been intentionally modified by a human in the laboratory Alternatively, the polynucleotide sequence is naturally occurring.

【0022】 用語「核酸」とは、デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチドおよび一本
鎖または二本鎖形態のいずれかのそれらの重合体のことをいう。特に制限しない
限り、この用語は、参照核酸と類似の結合特性を有しかつ天然に存在するヌクレ
オチドに類似した様式で代謝される天然のヌクレオチドの公知のアナログを含む
核酸を包含する。別に示されない限り、特定の核酸配列はまた、保存的に改変さ
れたそれらの改変体(例えば、縮重コドンの置換)ならびに相補的配列および明
白に示された配列を暗に包含する。詳細には、縮重コドンの置換は、1つ以上の
選択された(または全ての)コドンの第3の位置が、混合塩基および/またはデ
オキシイノシン残基で置換された配列を作製することによって達成され得る(B
atzerら、(1991)Nucleic Acid Res.19:508
1;Ohtsukaら(1985)J.Biol.Chem.260:2605
−2608;Cassolら(1992);Rossoliniら(1994)
Mol.Cell.Probes 8:91−98)。この用語核酸とは、遺伝
子、cDNA、および遺伝子によりコードされるmRNAと交換可能に用いられ
る。
The term “nucleic acid” refers to deoxyribonucleotides, ribonucleotides and polymers thereof, either in single-stranded or double-stranded form. Unless otherwise limited, the term encompasses nucleic acids that have similar binding properties to a reference nucleic acid and include known analogs of naturally occurring nucleotides that are metabolized in a manner similar to the naturally occurring nucleotides. Unless otherwise indicated, particular nucleic acid sequences also implicitly include those conservatively modified variants (eg, degenerate codon substitutions) as well as the complementary and explicitly indicated sequences. In particular, substitution of degenerate codons is accomplished by creating a sequence in which the third position of one or more selected (or all) codons is replaced with a mixed base and / or deoxyinosine residue. Can be achieved (B
atzer et al., (1991) Nucleic Acid Res. 19: 508
1; Ohtsuka et al. (1985) J. Am. Biol. Chem. 260: 2605
-2608; Cassol et al. (1992); Rossolini et al. (1994).
Mol. Cell. Probes 8: 91-98). The term nucleic acid is used interchangeably with gene, cDNA, and mRNA encoded by the gene.

【0023】 「遺伝子由来の核酸」とは、その合成のために遺伝子、またはそれらの部分配
列が、最終的に鋳型としての役割をした核酸のことをいう。従って、mRNA、
mRNAから逆転写されたcDNA、このcDNAから転写されたRNA、cD
NAから増幅されたDNA、増幅されたDNAから転写されたRNAなどは、全
てこの遺伝子から誘導され、そしてこのように誘導された産物の検出は、サンプ
ルにおける本来の遺伝子および/または遺伝子転写物の存在および/または量を
示す。
The term “gene-derived nucleic acid” refers to a nucleic acid whose gene or a partial sequence thereof ultimately served as a template for its synthesis. Thus, mRNA,
cDNA reverse transcribed from mRNA, RNA transcribed from this cDNA, cD
DNA amplified from NA, RNA transcribed from amplified DNA, etc., are all derived from this gene, and the detection of the product so derived is dependent on the detection of the original gene and / or gene transcript in the sample. Indicates presence and / or amount.

【0024】 核酸が、別の核酸配列と機能的に関連して配置される場合、核酸は「作動可能
に連結」されている。例えば、プロモーターまたはエンハンサーは、それらがコ
ード配列の転写を増大する場合、コード配列に作動可能に連結されている。作動
可能に連結されるとは、代表的には、連結されているDNA配列が連続しており
、そして2つのタンパク質コード領域を結合する必要がある場合、連続しかつリ
ーディングフレーム内にあることを意味する。しかし、一般的にエンハンサーは
、プロモーターから数キロ塩基引き離され、かつイントロン配列が、可変長であ
り得る場合に機能するので、いくつかのポリヌクレオチドエレメントは、作動可
能に結合されているが連続していない。
A nucleic acid is “operably linked” when it is placed into a functional relationship with another nucleic acid sequence. For example, a promoter or enhancer is operably linked to a coding sequence if they increase the transcription of the coding sequence. Operably linked means typically that the DNA sequences being linked are contiguous and, where necessary to join the two protein coding regions, contiguous and in reading frame. means. However, generally, enhancers are several kilobases away from the promoter and function when the intron sequence can be of variable length, so that some polynucleotide elements are operably linked but contiguous. Not.

【0025】 2つの分子間(例えば、リガンドとレセプターの間)の特異的な結合親和力と
は、分子の混合物中の別の分子に対する1つの分子の優先的な結合を意味する。
分子の結合は、結合親和力が約1×104-1〜約1×106-1以上である場合
、特異的であると考えられ得る。
Specific binding affinity between two molecules (eg, between a ligand and a receptor) refers to the preferential binding of one molecule to another in a mixture of molecules.
Binding of a molecule can be considered specific if the binding affinity is from about 1 × 10 4 M −1 to about 1 × 10 6 M −1 or more.

【0026】 用語「組換え」とは、細胞に関して用いられる場合、細胞が異種核酸を複製す
るか、または異種核酸によってコードされるペプチドまたはタンパク質を発現す
ることを示す。組換え細胞は、細胞の天然(非組換え)型の中では見出されない
遺伝子を含み得る。組換え細胞はまた、天然型の細胞において見出される遺伝子
を含み得、ここでこの遺伝子は改変され、そして人為的手段によって細胞に再導
入される。この用語はまた、細胞から核酸を取り除くことなく改変化されている
細胞に対して内因性の核酸を含む細胞を包含する;このような改変は、遺伝子置
換、部位特異的突然変異、および関連した技術によって得られる細胞を含む。
The term “recombinant” when used in reference to a cell indicates that the cell replicates the heterologous nucleic acid or expresses a peptide or protein encoded by the heterologous nucleic acid. Recombinant cells can contain genes that are not found in the natural (non-recombinant) form of the cell. A recombinant cell can also contain a gene found in the cell in its native form, where the gene is modified and reintroduced into the cell by artificial means. The term also includes cells that contain nucleic acid endogenous to the cell that has been modified without removing the nucleic acid from the cell; such modifications include gene replacement, site-specific mutations, and related Includes cells obtained by technology.

【0027】 「組換え発現カセット」または単に「発現カセット」とは、このような配列と
適合性である宿主において構造遺伝子の発現を実施し得る核酸エレメントを有す
る、組換え的にかまたは合成的に作製された核酸構築物である。発現カセットは
、少なくともプロモーター、および必要に応じて転写終結シグナルを含む。代表
的には組換え発現カセットは、転写されるべき核酸(例えば、所望のポリペプチ
ドをコードする核酸)、およびプロモーターを含む。発現を実施するのに必要な
または役立つさらなる要素がまた、本明細書中に記載されるように用いられ得る
。例えば、発現カセットはまた、宿主細胞からの発現したタンパク質の分泌を指
向するシグナル配列をコードするヌクレオチド配列を含み得る。転写終結シグナ
ル、エンハンサー、および遺伝子発現に影響する他の核酸配列もまた、発現カセ
ットに含まれ得る。
“Recombinant expression cassette” or simply “expression cassette” refers to a recombinant or synthetic expression of a nucleic acid element capable of effecting the expression of a structural gene in a host compatible with such sequences. This is the nucleic acid construct prepared in (1). The expression cassette contains at least a promoter, and optionally a transcription termination signal. Typically, a recombinant expression cassette includes a nucleic acid to be transcribed (eg, a nucleic acid encoding a desired polypeptide), and a promoter. Additional elements necessary or helpful in effecting expression may also be used as described herein. For example, an expression cassette can also include a nucleotide sequence that encodes a signal sequence that directs secretion of the expressed protein from a host cell. Transcription termination signals, enhancers, and other nucleic acid sequences that influence gene expression, can also be included in the expression cassette.

【0028】 「組換えポリヌクレオチド」または「組換えポリペプチド」とは、それぞれ1
つよりも多い供給源核酸またはポリペプチド由来の核酸配列、あるいはアミノ酸
配列を含む天然に存在しないポリヌクレオチドまたはポリペプチドである。ここ
で、供給源核酸またはポリペプチドは、天然に存在する核酸またはポリペプチド
であり得るか、あるいは突然変異誘発かまたは他の型の改変に供されているそれ
自身であり得る。異なる核酸配列またはアミノ酸配列が由来する供給源ポリヌク
レオチドまたはポリペプチドは、時折相同であり(すなわち、同一のまたは類似
の構造および/または機能をコードするポリペプチドを有するか、あるいはコー
ドする)、そしてしばしば、例えば、生物体の異なる単離物、血清型、株、種に
由来するか、または異なる疾患状態に由来する。
“Recombinant polynucleotide” or “recombinant polypeptide” refers to 1
A nucleic acid sequence derived from more than one source nucleic acid or polypeptide, or a non-naturally occurring polynucleotide or polypeptide comprising an amino acid sequence. Here, the source nucleic acid or polypeptide may be a naturally occurring nucleic acid or polypeptide, or may itself be subject to mutagenesis or other types of modification. Source polynucleotides or polypeptides from which different nucleic acid or amino acid sequences are derived are sometimes homologous (ie, have or encode polypeptides that encode identical or similar structures and / or functions), and Frequently, for example, from different isolates, serotypes, strains, species of the organism, or from different disease states.

【0029】 2つ以上の核酸配列またはポリペプチド配列において、用語「同一」または割
合の「同一性」とは、以下の配列比較アルゴリズムの1つを用いてかまたは視覚
的検査によって測定されるように、最大の一致について比較されるかまたは整列
される場合、同じであるか、あるいは同じである特定の割合のアミノ酸残基また
はヌクレオチドを有する2つ以上の配列または部分配列のことをいう。
In two or more nucleic acid or polypeptide sequences, the term “identity” or percentage “identity” may be determined using one of the following sequence comparison algorithms or by visual inspection: Refers to two or more sequences or subsequences that have the same or a specified percentage of amino acid residues or nucleotides that are the same or the same when compared or aligned for the greatest match.

【0030】 2つの核酸またはポリペプチドにおいて、成句「実質的に同一」とは、以下の
配列比較アルゴリズムの1つを用いてか、または視覚的検査によって測定される
ように、最大の一致について比較されるかまたは整列される場合、少なくとも6
0%、好ましくは80%、最も好ましくは90〜95%のヌクレオチドかまたは
アミノ酸残基の同一性を有する2つ以上の配列または部分配列のことをいう。好
ましくは、実質的な同一性は、少なくとも約50残基の長さである配列の領域に
わたって存在し、より好ましくは、少なくとも約100残基領域にわたって、そ
して最も好ましくは配列は少なくとも約150残基にわたって実質的に同一であ
る。いくつかの実施態様において、この配列は、コード領域の全長にわたって実
質的に同一である。
In two nucleic acids or polypeptides, the phrase “substantially identical” refers to the comparison of the greatest match using one of the following sequence comparison algorithms or as determined by visual inspection: At least 6 when done or aligned
Refers to two or more sequences or subsequences that have 0%, preferably 80%, most preferably 90-95% nucleotide or amino acid residue identity. Preferably, substantial identity exists over a region of the sequence that is at least about 50 residues in length, more preferably over a region of at least about 100 residues, and most preferably the sequence is at least about 150 residues. Are substantially the same throughout. In some embodiments, the sequence is substantially identical over the entire length of the coding region.

【0031】 配列比較のために、代表的には1つの配列が、試験配列を比較する参照配列と
しての役割をする。配列比較アルゴリズムを使用する場合、試験配列および参照
配列は、コンピューターに入力され、部分配列の配置が指定され、必要に応じて
、配列アルゴリズムプログラムのパラメーターが指定される。次いで、この配列
比較アルゴリズムは、指定されたプログラムパラメーターに基づき、参照配列に
対する試験化合物の配列同一性の割合を計算する。
For sequence comparison, typically one sequence acts as a reference sequence, to which test sequences are compared. When using a sequence comparison algorithm, test and reference sequences are input into a computer, the arrangement of subsequences is specified, and, if necessary, parameters of the sequence algorithm program. The sequence comparison algorithm then calculates the percent sequence identity of the test compound relative to the reference sequence, based on the designated program parameters.

【0032】 比較のための配列の最適な整列は、例えば、SmithおよびWaterma
n、Adv.Appl.Math.2:482(1981)の局所的ホモロジー
アルゴリズムによってか、NeedlmanおよびWunsch、J.Mol.
Biol.48:443(1970)のホモロジー整列アルゴリズムによってか
、PearsonおよびLipman、Proc.Nat’l.Acad.Sc
i.USA 85:2444(1988)の類似性検索法によってか、これらの
アルゴリズムのコンピューター化の実施(Wisconsin Genetic
s Software Package,Genetics Computer
Group,575 Science Dr.,Madison,WIのGA
P、BESTFIT、FASTA、TFASTA)によってか、または視覚的検
査(一般的に、Ausubelら、以下を参照のこと)によって行われ得る。
Optimal alignment of sequences for comparison can be found, for example, in Smith and Waterma.
n, Adv. Appl. Math. 2: 482 (1981), by the homology alignment algorithm of Needlman and Wunsch, J. Am. Mol.
Biol. 48: 443 (1970), by the search for similarity method of Pearson and Lipman, Proc. Nat'l. Acad. Sc
i. USA 85: 2444 (1988), or by computerized implementation of these algorithms (Wisconsin Genetic).
s Software Package, Genetics Computer
Group, 575 Science Dr. , Madison, WI GA
P, BESTFIT, FASTA, TFASTA) or by visual inspection (generally Ausubel et al., See below).

【0033】 配列同一性および配列類似性の割合を決定するのに適するアルゴリズムの1つ
の例は、BLASTアルゴリズムである。これは、Altschulら、J.M
ol.Biol.215:403−410(1990)に記載されている。BL
AST分析を行うためのソフトウェアは、National Center f
or Biotechnology Information(http://
www.ncbi.nlm.nih.gov./)を通じて公的に利用可能であ
る。このアルゴリズムは、照会配列中の長さWの短いワード(short wo
rd)を同定することによって、高スコアの配列ペア(HSP)をまず同定する
ことを含む。照会配列は、データ−ベース配列中の同じ長さのワードと整列され
る場合、いくつかの正の値の閾値スコアTと一致するか、または満たすかのいず
れかである。Tを、隣接ワードスコア閾値(neighborhood wor
d score threshold)(Altschulら、前出)という。
これらの始めの隣接ワードヒットは、検索を開始するための発生源としての役割
を果たし、それらを含むより長いHSPを見い出す。次いで、このワードヒット
は、累積の整列スコアを増加し得る限り、各配列に沿って両方向に伸展され得る
。累積スコアは、ヌクレオチド配列について、パラメータM(一致する残基のペ
アのリワードスコア(reward score);常に>0)およびN(ミス
マッチする残基のペナルティースコア(penalty score);常に<
0)を用いて計算される。アミノ酸配列について、スコア行列を用いて、累積ス
コアを計算する。各方向におけるワードヒットの伸展は、以下の場合に停止され
る:累積整列スコアが、量Xでその極大に達した値より低下する;1つ以上の負
のスコアの残基整列の蓄積によって、累積スコアがゼロ以下になる;またはいず
れかの配列が末端に到達する。BLASTアルゴリズムパラメーターW、T、お
よびXは、整列の感度および速度を決定する。BLASTNプログラム(ヌクレ
オチド配列に関する)は、初期設定として以下を用いる:11のワード長(W)
、10の期待値(E)、100のカットオフ、M=5、N=−4、および両鎖の
比較。アミノ酸配列について、BLASTPプログラムは、初期設定として以下
を用いる:3のワード長(W)、10の期待値(E)、およびBLOSUM62
スコアリング行列(HenikoffおよびHenikoff(1989)Pr
oc.Natl.Acad.Sci.USA 89:10915を参照のこと)
One example of an algorithm that is suitable for determining percent sequence identity and sequence similarity is the BLAST algorithm. This is described in Altschul et al. M
ol. Biol. 215: 403-410 (1990). BL
Software for performing AST analysis is available from National Center f
or Biotechnology Information (http: //
www. ncbi. nlm. nih. gov. Available publicly through /). This algorithm uses a short word of length W in the query sequence.
Identifying rd) involves first identifying a high-scoring sequence pair (HSP). The query sequence either matches or satisfies some positive value threshold score T when aligned with words of the same length in the database-base sequence. Let T be the adjacent word score threshold (neighborhood wor
d score threshold (Altschul et al., supra).
These initial neighboring word hits serve as sources for initiating the search and find longer HSPs containing them. This word hit can then be extended in both directions along each sequence, as long as the cumulative alignment score can be increased. Cumulative scores are calculated for nucleotide sequences using the parameters M (reward score for a pair of matching residues; always> 0) and N (penalty score for a mismatching residue); always <
0). For the amino acid sequence, a cumulative score is calculated using a score matrix. Extension of word hits in each direction is stopped if: the cumulative alignment score falls below the value that reached its maximum in amount X; by accumulating one or more negative-score residue alignments, Cumulative score goes below zero; or any sequence reaches end. The BLAST algorithm parameters W, T, and X determine the sensitivity and speed of the alignment. The BLASTN program (for nucleotide sequences) uses as default: word length (W) of 11
Expected value (E) of 10, cutoff of 100, M = 5, N = -4, and comparison of both strands. For amino acid sequences, the BLASTP program uses the following as initial settings: word length (W) of 3, expected value (E) of 10, and BLOSUM62.
Scoring matrices (Henikoff and Henikoff (1989) Pr
oc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 10915)
.

【0034】 配列同一性の割合を計算することに加えて、BLASTアルゴリズムはまた、
2つの配列の間の類似性の統計学的分析を行う(例えば、KarlinおよびA
ltschul(1993)Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA
90:5873−5787を参照のこと)。BLASTアルゴリズムにより提
供される類似性の1つの測定法は、最小和確率(smallest sum p
robability)(P(N))である。これは、2つのヌクレオチド配列
またはアミノ酸配列の間の一致が偶然に生じる確率の指標を提供する。例えば、
参照核酸と試験核酸との比較において、最小和確率が約0.1未満、より好まし
くは約0.01未満、および最もより好ましくは約0.001未満である場合、
核酸は参照配列に類似していると考えられる。
In addition to calculating the percent sequence identity, the BLAST algorithm also
Perform a statistical analysis of the similarity between the two sequences (eg, Karlin and A
ltschul (1993) Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA
90: 5873-5787). One measure of similarity provided by the BLAST algorithm is the smallest sum probability (smallest sum p
(P (N)). This provides an indication of the probability that a match between two nucleotide or amino acid sequences will occur by chance. For example,
If the minimum sum probability is less than about 0.1, more preferably less than about 0.01, and most preferably less than about 0.001 in the comparison of the reference nucleic acid and the test nucleic acid,
The nucleic acid is considered similar to the reference sequence.

【0035】 2つの核酸配列が実質的に同一であることの別の指標は、この2つの分子がス
トリンジェントな条件下でお互いにハイブリダイズすることである。成句「に対
して特異的にハイブリダイズする」とは、この配列が、複合体混合物(例えば、
総細胞)DNAまたはRNAに存在する場合に、ストリンジェントな条件下での
特定のヌクレオチド配列のみに対する分子の結合、2重鎖形成、またはハイブリ
ダイゼーションをいう。「実質的に結合する」とは、プローブ核酸と標的核酸と
の間の相補的ハイブリダイゼーションをいい、そして標的ポリヌクレオチド配列
の所望される検出を達成するためにハイブリダイゼーション培地のストリンジェ
ンシーの低下によって適応され得るマイナーなミスマッチを受け入れる。
Another indication that two nucleic acid sequences are substantially identical is that the two molecules hybridize to each other under stringent conditions. The phrase “hybridizes specifically to” means that the sequence is a complex mixture (eg,
(Total cell) When present in DNA or RNA, refers to the binding, duplex formation, or hybridization of molecules to only specific nucleotide sequences under stringent conditions. "Substantially bind" refers to complementary hybridization between a probe nucleic acid and a target nucleic acid, and by reducing the stringency of the hybridization medium to achieve the desired detection of the target polynucleotide sequence. Accept minor mismatches that can be adapted.

【0036】 サザーンハイブリダイゼーションおよびノーザンハイブリダイゼーションのよ
うな核酸ハイブリダイゼーション実験において「ストリンジェントなハイブリダ
イゼーション条件」および「ストリンジェントなハイブリダイゼーション洗浄条
件」とは、配列に依存し、そして異なる環境パラメーター下では異なる。より長
い配列は、より高い温度で特異的にハイブリダイズする。核酸のハイブリダイゼ
ーションの広範な手引は、Tijssen(1993)Laboratory
Techniques in Biochemistry and Molec
ular Biology−−Hybridization with Nuc
leic Acid Probes part I 第2章「Overview
of principles of hybridization and
the strategy of nucleic acid probe a
ssays」,Elsevier,New Yorkに見出される。一般に、高
度にストリンジェントなハイブリダイゼーション条件および洗浄条件は、所定の
イオン強度およびpHでの特定の配列に関する熱融解温度(Tm)よりも約5℃ 低くなるように選択される。代表的には、「ストリンジェントな条件」下ではプ
ローブは、その標的部分配列にハイブリダイズするが、他の配列にはハイブリダ
イズしない。
In nucleic acid hybridization experiments, such as Southern and Northern hybridizations, “stringent hybridization conditions” and “stringent hybridization wash conditions” are sequence dependent and under different environmental parameters. different. Longer sequences hybridize specifically at higher temperatures. An extensive guide to nucleic acid hybridization is available in Tijssen (1993) Laboratory.
Techniques in Biochemistry and Molec
ullar Biology--Hybridization with Nuc
leic Acid Probes part I Chapter 2 "Overview
of principals of hybridization and
the strategy of nucleic acid probe a
ssays ", Elsevier, New York. Generally, highly stringent hybridization and washing conditions are selected to be about 5 ° C. below the thermal melting temperature (T m ) for a particular sequence at a given ionic strength and pH. Typically, under "stringent conditions" a probe will hybridize to its target subsequence, but not to other sequences.

【0037】 このTmとは、完全に一致したプローブに対して50%の標的配列がハイブリ ダイズする温度(所定のイオン強度およびpH下)である。非常にストリンジェ
ントな条件は、特定のプローブに関するTmに同等になるように選択される。サ ザーンブロットまたはノーザンブロットにおいて、フィルター上に100個を超
える相補的な残基を有する相補的な核酸のハイブリダイゼーションについてのス
トリンジェントなハイブリダイゼーション条件の例は、1mgのヘパリンを含む
50%ホルムアミド、42℃であり、このハイブリダイゼーションは一晩行われ
る。高度にストリンジェントな洗浄条件の例は、0.15M NaCl、72℃
で約15分間である。ストリンジェントな洗浄条件の例は、0.2×SSC洗浄
を65℃で15分間である(SSC緩衝液の記述に関しては、Sambrook
、前出、を参照のこと)。しばしば、ストリンジェンシーの高い洗浄が、ストリ
ンジェンシーの低い洗浄の前に行われ、バックグラウンドのプローブシグナルを
取り除く。例えば、100個を超えるヌクレオチドの二重鎖に対する中程度にス
トリンジェンシーな洗浄の例は、1×SSC、45℃で15分間である。例えば
、100個を超えるヌクレオチドの二重鎖に関するストリンジェンシーの低い洗
浄の例は、4〜6×SSC、40℃で15分間である。短いプローブ(例えば、
約10〜50ヌクレオチド)に関して、ストリンジェントな条件は、代表的には
、約1.0M未満のNa+イオンの塩濃度を含み、代表的には約0.01〜1. 0MのNa+イオン濃度(または他の塩)でpH7.0〜8.3、そして温度は 、代表的には少なくとも約30℃である。ストリンジェントな条件はまた、ホル
ムアミドのような不安定化剤(destabilizing agent)の添
加と共に達成され得る。一般的に、特定のハイブリダイゼーションアッセイにお
ける無関係なプローブについて観察されるSN比に比べ2倍の(またはより高い
)SN比は、特異的ハイブリダイゼーションの検出を示す。ストリンジェントな
条件下でお互いにハイブリダイズしない核酸は、これらがコードするポリペプチ
ドが、実質的に同一である場合、やはり実質的に同一である。このことは、例え
ば、核酸の複製物が、遺伝暗号によって許容される最大限のコドン縮重を用いて
作製される場合に生じる。
The T m is the temperature (under a predetermined ionic strength and pH) at which 50% of the target sequence hybridizes to a perfectly matched probe. Very stringent conditions are chosen to be equivalent to the Tm for a particular probe. Examples of stringent hybridization conditions for hybridization of complementary nucleic acids having more than 100 complementary residues on a filter in a Southern blot or Northern blot include 50% formamide containing 1 mg of heparin, 42 ° C. and this hybridization is performed overnight. Examples of highly stringent wash conditions are 0.15 M NaCl, 72 ° C.
For about 15 minutes. An example of stringent wash conditions is a 0.2 × SSC wash at 65 ° C. for 15 minutes (for description of SSC buffer, see Sambrook
, Supra). Often, high stringency washes are performed before low stringency washes to remove background probe signals. For example, an example of a moderately stringent wash for a duplex of more than 100 nucleotides is 1 × SSC at 45 ° C. for 15 minutes. For example, an example of a low stringency wash for a duplex of more than 100 nucleotides is 4-6 × SSC at 40 ° C. for 15 minutes. Short probes (for example,
For about 10 to 50 nucleotides), stringent conditions typically include a salt concentration of Na + ion of less than about 1.0 M, typically about 0.01 to 1. The pH is 7.0-8.3 at 0 M Na + ion concentration (or other salt), and the temperature is typically at least about 30 ° C. Stringent conditions may also be achieved with the addition of destabilizing agents such as formamide. Generally, a signal-to-noise ratio that is twice (or higher) than that observed for an irrelevant probe in a particular hybridization assay indicates detection of specific hybridization. Nucleic acids that do not hybridize to each other under stringent conditions are still substantially identical if the polypeptides they encode are substantially identical. This occurs, for example, when a copy of the nucleic acid is made using the maximum codon degeneracy permitted by the genetic code.

【0038】 2つの核酸配列またはポリペプチドが実質的に同一であることのさらなる指標
は、第1の核酸によってコードされるポリペプチドが、第2の核酸によってコー
ドされるポリペプチドと免疫学的交差反応性であるか、または特異的に結合する
ことである。従って、ポリペプチドは、代表的には、例えば、2つのペプチドが
保存的置換によってのみ異なる場合、第2のポリペプチドに実質的に同一である
[0038] A further indication that two nucleic acid sequences or polypeptides are substantially identical is that the polypeptide encoded by the first nucleic acid is immunologically cross-linked to the polypeptide encoded by the second nucleic acid. Is reactive or specifically binds. Thus, a polypeptide is typically substantially identical to a second polypeptide, for example, where the two peptides differ only by conservative substitutions.

【0039】 成句「抗体に特異的に(または選択的に)結合する」または「に特異的に(ま
たは選択的に)免疫反応する」とは、タンパク質またはペプチドをいう場合、タ
ンパク質および他の生物体の異質集団の存在下におけるこのタンパク質またはこ
のタンパク質由来のエピトープの存在の決定要素である結合反応をいう。従って
、指定された免疫アッセイ条件下、特異的抗体は、特定のタンパク質に結合し、
かつサンプルに存在する他のタンパク質に対しては有意な量で結合しない。多価
の抗原性ポリペプチドに対して惹起される抗体は、一般的に1つ以上のエピトー
プが得られたタンパク質に結合する。このような条件下での抗体に対する特異的
結合は、特定のタンパク質に対するその特異性に関して選択される抗体を要求し
得る。種々の免疫アッセイフォーマットが用いられ、特定のタンパク質に特異的
に免疫反応性である抗体を選択し得る。例えば、固相ELISA免疫アッセイ、
ウェスタンブロット、または免疫組織化学は、慣用的に用いられ、タンパク質に
特異的に免疫反応性のモノクローナル抗体を選択する。特定の免疫反応性を決定
するために用いら得る免疫アッセイフォーマットおよび条件の記載については、
HarlowおよびLane(1988)Antibodies,A Labo
ratory Mannual,Cold Spring Harbor Pu
blications,New York「HarlowおよびLane」)を
参照のこと。代表的には、特異的または選択的反応は、バックグラウンドシグナ
ルまたはノイズの少なくとも2倍であり、そしてより代表的には、バックグラウ
ンドの10〜100倍を超える。
The phrase “specifically (or selectively) binds to an antibody” or “specifically (or selectively) immunoreacts” when referring to proteins or peptides refers to proteins and other organisms. A binding reaction that is determinant of the presence of this protein or an epitope derived from this protein in the presence of a heterogeneous population of the body. Thus, under designated immunoassay conditions, a specific antibody binds to a particular protein,
And does not bind in significant amounts to other proteins present in the sample. Antibodies raised against a multivalent antigenic polypeptide generally bind to the protein from which one or more epitopes were obtained. Specific binding to an antibody under such conditions may require an antibody that is selected for its specificity for a particular protein. Various immunoassay formats can be used to select antibodies specifically immunoreactive with a particular protein. For example, solid-phase ELISA immunoassays,
Western blot, or immunohistochemistry, is routinely used to select monoclonal antibodies specifically immunoreactive with the protein. For a description of immunoassay formats and conditions that can be used to determine specific immunoreactivity, see
Harlow and Lane (1988) Antibodies, A Labo.
rattro Manual, Cold Spring Harbor Pu
publications, New York "Harlow and Lane"). Typically, a specific or selective reaction will be at least twice background signal or noise, and more typically more than 10 to 100 times background.

【0040】 特定のポリヌクレオチド配列の「保存的に改変された変異」とは、同一かまた
は本質的に同一のアミノ酸配列をコードするこれらのポリヌクレオチドをいうか
、あるいはこのポリヌクレオチドが、アミノ酸配列をコードしない場合、本質的
に同一の配列をいう。遺伝暗号の縮重のために、多くの機能的に同一の核酸が、
任意の所定のポリペプチドをコードする。例えば、コドン、CGU、CGC、C
GA、CGG、AGA、およびAGGは全てアミノ酸のアルギニンをコードする
。従って、アルギニンが、コドンによって指定される全ての位置で、このコドン
は、コードされるポリペプチドを変化することなしに記述される対応するコドン
のいずれかに変化し得る。このような核酸の変異が、「サイレント変異」であり
、これは「保存的に改変された変異」の一種である。ポリペプチドをコードする
本明細書中に記載される全てのポリヌクレオチド配列はまた、他に記述される場
合を除き全ての可能なサイレント改変体を記載する。当業者は、核酸において各
コドン(AUGを除く、これは通常メチオニンに対する唯一のコドンである)が
改変され、標準的な技法によって機能的に同一の分子を生じ得ることを認識する
。従って、ポリペプチドをコードする核酸のそれぞれの「サイレント改変体」は
、それぞれに記載された配列に暗に含まれる。
A “conservatively modified mutation” of a particular polynucleotide sequence refers to those polynucleotides that encode the same or essentially the same amino acid sequence, or that the polynucleotide , Refer to essentially identical sequences. Due to the degeneracy of the genetic code, many functionally identical nucleic acids
Encodes any given polypeptide. For example, codons, CGU, CGC, C
GA, CGG, AGA, and AGG all encode the amino acid arginine. Thus, at every position where an arginine is specified by a codon, the codon can be changed to any of the corresponding codons described without changing the encoded polypeptide. Such nucleic acid mutations are “silent mutations”, which are a type of “conservatively modified mutations”. Every polynucleotide sequence described herein that encodes a polypeptide also describes every possible silent variation, unless otherwise stated. One skilled in the art will recognize that each codon (except for AUG, which is usually the only codon for methionine) in the nucleic acid can be modified to yield a functionally identical molecule by standard techniques. Accordingly, each "silent variant" of a nucleic acid which encodes a polypeptide is implicit in each described sequence.

【0041】 さらに、当業者は、コードされた配列において単一のアミノ酸または低い割合
のアミノ酸(代表的には5%未満、より代表的には1%未満)を変化するか、付
加するかまたは欠失する個々の置換、欠失または付加が、この変異が化学的に類
似したアミノ酸とのアミノ酸の置換を生じる場合、「保存的に改変された変異」
であることを認識する。機能的に類似したアミノ酸の保存的置換の表は、当該分
野で周知である。以下の5つのグループはそれぞれ、互いについて保存的置換で
あるアミノ酸を含む: 脂肪族:グリシン(G)、アラニン(A)、バリン(V)、ロイシン(L)、
イソロイシン(I); 芳香族:フェニルアラニン(F)、チロシン(Y)、トリプトファン(W); イオウ含有:メチオニン(M)、システイン(C); 塩基性:アルギニン(R)、リジン(K)、ヒスチジン(H); 酸性:アスパラギン酸(D)、グルタミン酸(E)、アスパラギン(A)、グ
ルタミン(Q)。 アミノ酸のさらなるグループ化については、Creighton(1984)P
roteins,W.H.Freeman and Companyもまた参照
のこと。さらに、コードされる配列における単一のアミノ酸または低い割合のア
ミノ酸を改変するか、付加するか、または欠失する個々の置換、欠失または付加
もまた、「保存的に改変された変異」である。
In addition, one skilled in the art will recognize that a single amino acid or a low percentage of amino acids (typically less than 5%, more typically less than 1%) in the encoded sequence will be altered, added, or A "conservatively modified mutation" is one in which the individual substitution, deletion or addition that is deleted results in a substitution of the amino acid with a chemically similar amino acid.
Recognize that Tables of conservative substitutions of functionally similar amino acids are well known in the art. The following five groups each contain amino acids that are conservative substitutions for one another: Aliphatics: Glycine (G), Alanine (A), Valine (V), Leucine (L),
Isoleucine (I); Aromatic: Phenylalanine (F), Tyrosine (Y), Tryptophan (W); Sulfur-containing: Methionine (M), Cysteine (C); Basic: Arginine (R), Lysine (K), Histidine (H); Acidic: aspartic acid (D), glutamic acid (E), asparagine (A), glutamine (Q). For further groupings of amino acids, see Creighton (1984) P
proteins, W.M. H. See also Freeman and Company. In addition, individual substitutions, deletions or additions that modify, add or delete a single amino acid or a low percentage of amino acids in the encoded sequence are also referred to as "conservatively modified mutations". is there.

【0042】 「部分配列」とは、それぞれより長い核酸の配列またはアミノ酸の配列(例え
ば、ポリペプチド)の一部を含む核酸の配列またはアミノ酸の配列をいう。
A “subsequence” refers to a nucleic acid sequence or amino acid sequence that includes a portion of a longer nucleic acid sequence or amino acid sequence (eg, a polypeptide), respectively.

【0043】 (好ましい実施態様の説明) 本発明は、遺伝子ワクチンベクター上に存在する場合に、免疫応答を直接的ま
たは間接的に(すなわち、ポリぺプチドをコードすることによって)調節し得る
ポリヌクレオチド配列を得るための方法を提供する。別の実施態様において、本
発明は、抗原の輸送および提示を最適化するための方法を提供する。本発明の方
法を使用して得られた、最適化された免疫調節ポリヌクレオチドは、特に、ワク
チン(遺伝子ワクチンを含む)と組合せての使用に適している。遺伝子ワクチン
の利点の1つは、免疫調節分子(例えば、サイトカイン、同時刺激分子、および
抗原の輸送および提示を改良する分子)をコードする遺伝子を、遺伝子ワクチン
ベクターに組み入れ得ることである。これは、遺伝子ワクチンによって発現され
た抗原に対して誘導される免疫応答を調節する機会を提供する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to polynucleotides that, when present on a gene vaccine vector, are capable of modulating an immune response either directly or indirectly (ie, by encoding a polypeptide). Provides a method for obtaining a sequence. In another embodiment, the invention provides a method for optimizing antigen transport and presentation. The optimized immunomodulatory polynucleotide obtained using the method of the present invention is particularly suitable for use in combination with vaccines (including genetic vaccines). One of the advantages of genetic vaccines is that genes encoding immunomodulatory molecules such as cytokines, costimulatory molecules, and molecules that improve antigen transport and presentation can be incorporated into genetic vaccine vectors. This provides an opportunity to modulate the immune response elicited against antigens expressed by the genetic vaccine.

【0044】 (A.組み換えライブラリーの作製) 本発明は、ポリヌクレオチドの組み換えライブラリーの作製することを包含し
、次いで、このライブラリーをスクリーニングして、所望の特性を提示するライ
ブラリーメンバーを同定する。任意の種々の方法を使用して、この組み換えライ
ブラリーを作製し得る。
A. Production of Recombinant Libraries The present invention involves producing a recombinant library of polynucleotides, and then screening this library to identify library members that exhibit desired properties. Identify. Any of a variety of methods can be used to make this recombinant library.

【0045】 組み換えに使用する基質核酸を、特定の適用に依存して変更し得る。例えば、
サイトカイン、ケモカイン、または他のアクセサリー分子をコードするポリヌク
レオチドは最適化されるべきであり、サイトカイン、ケモカイン、または他のア
クセサリー分子の全てもしくは部分をコードする核酸分子の異なる形態は、組み
換えの対象にされる。この方法は、開始基質として少なくとも2つの改変体形態
を必要とする。候補基質の改変体形態は、実質的な配列、すなわち相互に類似す
る二次構造を示し得るが、それらはまた、少なくとも2つの位置で異なるべきで
ある。形態間の初期多様性(initial diversity)は、天然の
バリエーションの結果であり得、例えば、異なる改変体形態(相同物)は、異な
る個体または生物体の系統(地理的な改変体を含む)から得られるか、あるいは
同じ生物体(例えば、対立遺伝子改変体)由来の関連する配列を構成する。ある
いは、初期多様性は誘導され得、例えば、第2の改変体形態は、第1改変体形態
の誤りがちの転写(例えば、誤りがちのPCR)により、もしくは校正活性を欠
くポリメラーゼの使用(Liao(1990)Gene 88:107−111
を参照のこと)によってか、または変異誘発株(変異誘発宿主細胞は以下でさら
に詳細に議論される)中での第1形態の複製によって生成され得る。基質間の初
期多様性は、再帰的配列組み換えの後の工程において大いに増大される。
[0045] The substrate nucleic acid used for recombination can vary depending on the particular application. For example,
Polynucleotides that encode cytokines, chemokines, or other accessory molecules should be optimized, and different forms of nucleic acid molecules that encode all or a portion of a cytokine, chemokine, or other accessory molecule may be subject to recombination. Is done. This method requires at least two variant forms as starting substrates. Variant forms of the candidate substrate may exhibit substantial sequences, ie, secondary structures similar to each other, but they should also differ in at least two positions. The initial diversity between forms may be the result of natural variation, for example, different variant forms (homologs) may be derived from different individuals or strains of organisms (including geographic variants). Obtained or constitute related sequences from the same organism (eg, allelic variants). Alternatively, early diversity can be induced, for example, the second variant form may be due to error-prone transcription (eg, error-prone PCR) of the first variant form, or the use of a polymerase lacking proofreading activity (Liao (1990) Gene 88: 107-111.
) Or by replication of a first form in a mutagenized strain (mutagenized host cells are discussed in further detail below). The initial diversity between substrates is greatly increased in subsequent steps of recursive sequence recombination.

【0046】 しばしば、改良が、組み換えの1ラウンドおよび選別の後に達成される。しか
し、再帰的配列組み換えを使用して、所望の特性はなおさらに改良され得る。配
列組み換えは、以下でさらに詳細に記載されるような、多くの異なる形式または
順列形式において達成され得る。これらの形式は、いくつかの共通の原理を共有
する。再帰的配列組み換えは、分子多様性を生ずるために、連続的な組み換えの
サイクルを必然的に伴う。すなわち、相互にある程度の配列同一性を示すが、変
異の存在が異なる核酸分子のファミリーを作製する。任意の所定のサイクルにお
いて、組み換えは、インビボまたはインビトロ、細胞内または細胞外で生じ得る
。さらに、組み換えから生じる多様性は、先行の変異誘発方法(例えば、誤りが
ちのPCRまたはカセット変異誘発)を組み換えのための基質または産物のいず
れかに適用することによって、任意のサイクルにおいて増大し得る。ある場合に
は、新しいまたは改良された特性または特徴は、例えば、種々の改変体形態の配
列(例えば、種々の個体もしくは生物体の株に由来するホモログ)、または同じ
生物体に由来する関連配列(例えば、対立遺伝子変異)を使用する場合、インビ
ボまたはインビトロ組み換えの1回のみのサイクルの後に達成され得る。
Often, improvements are achieved after one round of recombination and screening. However, using recursive sequence recombination, the desired properties can still be improved. Sequence recombination can be accomplished in many different or permuted formats, as described in further detail below. These forms share some common principles. Recursive sequence recombination involves successive cycles of recombination to generate molecular diversity. That is, a family of nucleic acid molecules that exhibit some degree of sequence identity to one another, but differ in the presence of mutations. In any given cycle, recombination can occur in vivo or in vitro, intracellularly or extracellularly. Furthermore, the diversity arising from recombination can be increased in any cycle by applying prior mutagenesis methods (eg, error-prone PCR or cassette mutagenesis) to either the substrate or the product for recombination. . In some cases, the new or improved property or characteristic may be, for example, a sequence of different variant forms (eg, homologs from different individuals or strains of organisms), or related sequences from the same organism. When using (eg, allelic variation), it can be achieved after only one cycle of in vivo or in vitro recombination.

【0047】 現在の好ましい実施態様において、組み換えライブラリーは、DNAシャッフ
リングを使用して調製される。シャッフリングおよびスクリーニングまたは選択
を使用して、個々の遺伝子、プラスミドもしくはウイルス全体、多重遺伝子クラ
スター、またはゲノム全体を「進化させる」(Stemmer(1995)Bi
o/Technology13:549−553)。組み換えおよびスクリーニ
ング/選別の繰り返しサイクルを行い、目的の核酸をさらに進化させ得る。この
ような技術は、ポリペプチド工学のための従来の方法に必要とされる、大規模な
分析およびコンピューター操作を必要としない。シャッフリングは、従来のペア
を成す(pair wise)組み換え事象と対照的に、最小の選別サイクル数
において多数の変異の組み換えを可能にする。従って、本明細書に記載される配
列組み換え技術は、変異のいずれかまたは全てにおける変異間の組み換えを提供
し、それにより、変異の種々の組合せが所望の結果に影響し得る様式を探索する
、非常に高速な方法を提供する点において特定の利点を提供する。しかしながら
、ある場合には、利用可能である構造的および/または機能的な情報は、(配列
組み換えに必要ではないが)技術の改変のための機会を提供する。
In a currently preferred embodiment, the recombinant library is prepared using DNA shuffling. Use shuffling and screening or selection to "evolve" individual genes, whole plasmids or viruses, multiple gene clusters, or whole genomes (Stemmer (1995) Bi)
o / Technology 13: 549-553). Repeat cycles of recombination and screening / sorting can be performed to further evolve the nucleic acid of interest. Such techniques do not require extensive analysis and computer manipulation required by conventional methods for polypeptide engineering. Shuffling allows for the recombination of a large number of mutations in a minimal number of selection cycles, in contrast to conventional pairwise recombination events. Thus, the sequence recombination techniques described herein provide for recombination between mutations in any or all of the mutations, thereby exploring the manner in which various combinations of mutations can affect a desired result, It offers certain advantages in providing a very fast method. However, in some cases, the structural and / or functional information available provides an opportunity (although not necessary for sequence recombination) to modify the technology.

【0048】 配列組み換え(しばしば、DNAシャッフリング、進化(evolution
)、または分子交配と呼ばれる)のための例示的な形式および例は、本発明者お
よび共同研究者によって以下に記載される:同時継続出願の1994年2月17
日に出願した米国特許出願第08/198,431号、1995年2月17日に
出願した同第PCT/US95/02126号、1995年4月18日に出願し
た同第08/425,684号、1995年10月30日に出願した同第08/
537,874号、1995年11月30日に出願した同第08/564,95
5号、1996年3月25日に出願した同第08/621,859号、1996
年3月25日に出願した同/第08/621,430号、1996年4月18日
に出願した同第PCT/US96/05480号、1996年5月20日に出願
した同第08/650,400号、1996年7月3日に出願した同第08/0
675,502号、1996年9月27日に出願した同第08/721,824
号、1997年9月26日に出願した同第PCT/US97/17300号、お
よび1997年12月17日に出願した同第PCT/US97/24239号;
Stemmer,Science 270:1510(1995);Stemm
erら,Gene 164:49−53(1995):Stemmer,Bio
/Technology 13:549−553(1995);Stemmer
,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.91:10747−1
0751(1994);Stemmer,Nature 370:389−39
1(1994);Crameriら,Nature Medicine 2(1
):1−3(1996);Crameriら,Nature Biotechn
ology 14:315−319(1996)、これらの各々は、全ての目的
のために、その全体において参考として援用される。
[0048] Sequence recombination (often DNA shuffling, evolution)
Illustrative formats and examples are described below by the present inventors and co-workers: co-pending application February 17, 1994.
U.S. patent application Ser. No. 08 / 198,431, filed on Feb. 17, 1995 PCT / US95 / 02126 filed on Feb. 17, 1995, and Ser. No. 08 / 425,684 filed on Apr. 18, 1995. No. 08 / filed on Oct. 30, 1995
No. 537,874, filed on Nov. 30, 1995, 08 / 564,955.
No. 5, No. 08 / 621,859, filed on March 25, 1996, 1996.
08 / 621,430 filed on March 25, 1996, PCT / US96 / 05480 filed on April 18, 1996, and 08/650 filed on May 20, 1996. No. 08/0, filed on Jul. 3, 1996.
No. 675,502, filed Sep. 27, 1996, Ser. No. 08 / 721,824.
No. PCT / US97 / 17300 filed on Sep. 26, 1997 and PCT / US97 / 24239 filed on Dec. 17, 1997;
Stemmer, Science 270: 1510 (1995);
er et al., Gene 164: 49-53 (1995): Stemmer, Bio.
/ Technology 13: 549-553 (1995); Stemmer.
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91: 10747-1
0751 (1994); Stemmer, Nature 370: 389-39.
1 (1994); Crameri et al., Nature Medicine 2 (1
): 1-3 (1996); Crameri et al., Nature Biotechn.
14: 315-319 (1996), each of which is incorporated by reference in its entirety for all purposes.

【0049】 シャッフリングのための基質として使用される、組み換えポリヌクレオチドお
よび/または核酸の多様性を得るための他の方法としては、例えば、相同組み換
え(PCT/US98/05223;公開第WO98/42727号);オリゴ
ヌクレオチド指向変異誘発(総説については、例えば、Smith,Ann.R
ev.Genet.19:423−426(1985);Botsteinおよ
びShortle,Science 229:1193−1201(1985)
;Carter,Biochem.J.237:1−7(1986);Kunk
el,「The efficiency of oligonucleotid
e directed mutagenesis」,Nucleic acid
s & Molecular Biology,EcksteinおよびLil
ley編,Springer Verlag,Berlin(1987)を参照
のこと)。これらの方法には、以下が含まれる:オリゴヌクレオチド指向変異誘
発(ZollerおよびSmith,Nucl.Acids Res 10:6
487−6500(1982),Methods in Enzymol.10
0:468−500(1983)、およびMethods in Enzymo
l.154:329−350(1987))、ホスホチオエート改変DNA変異
誘発(Taylorら,Nucl.Acids Res.13:8749−87
64(1985);Taylorら,Nucl.Acids Res.13:8
765−8787(1985);NakamayeおよびEckstein,N
ucl.Acids Res.14:9679−9698(1986);Say
ersら,Nucl.Acids Res.16:791−802(1988)
;Sayersら,Nucl.Acids Res.16:803−814(1
988))、ウラシルを含む鋳型を用いる変異誘発(Kunkel,Proc.
Nat’l.Acad.Sci.USA 82:488−492(1985)お
よびKunkelら,Methods in Enzymol.154:367
−382));ギャップ化二重鎖DNAを用いる変異誘発(Kramerら,N
ucl.Acids Res.12:9441−9456(1984);Kra
merおよびFritz,Methods in Enzymol.154:3
50−367(1987);Kramerら,Nucl.Acids Res.
16:7207(1988);およびFritzら,Nucl.Acids R
es.16:6987−6999(1988))。さらなる適切な方法としては
、ポイントミスマッチ修復(Kramerら,Cell 38:879−887
(1984))、修復欠損宿主株を用いる変異誘発(Carterら,Nucl
.Acids Res.13:4431−4443(1985);Carter
,Methods in Enzymol.154:382−403(1987
))、欠失変異誘発(EghtedarzadehおよびHenikoff,N
ucl.Acids Res.14:5115(1986))、制限選択および
制限精製(Wellsら,Phil.Trans.R.Soc.Lond.A
317:415−423(1986))、全遺伝子合成による変異誘発(Nam
biarら,Science 223:1299−1301(1984);Sa
kamarおよびKhorana,Nucl.Acids Res.14:63
61−6372(1988);Wellsら,Gene 34:315−323
(1985);およびGrundstromら,Nucl.Acids Res
.13:3305−3316(1985))。変異誘発のためのキットは、市販
されている(例えば、Bio−Rad,Amersham Internati
onal,Anglian Biotechnology)。
Other methods for obtaining diversity of recombinant polynucleotides and / or nucleic acids used as substrates for shuffling include, for example, homologous recombination (PCT / US98 / 05223; WO 98/42727). ); Oligonucleotide-directed mutagenesis (for review, see, eg, Smith, Ann. R.)
ev. Genet. 19: 423-426 (1985); Botstein and Shortle, Science 229: 1193-1201 (1985).
Carter, Biochem. J. 237: 1-7 (1986); Kunk
el, "The efficiency of oligocleotide.
e directed mutagenesis ", Nucleic acid
s & Molecular Biology, Eckstein and Lil
ed., Springer Verlag, Berlin (1987)). These methods include: Oligonucleotide-directed mutagenesis (Zoller and Smith, Nucl. Acids Res 10: 6).
487-6500 (1982), Methods in Enzymol. 10
0: 468-500 (1983), and Methods in Enzymo.
l. 154: 329-350 (1987)), phosphothioate modified DNA mutagenesis (Taylor et al., Nucl. Acids Res. 13: 8749-87).
64 (1985); Taylor et al., Nucl. Acids Res. 13: 8
765-8787 (1985); Nakamaye and Eckstein, N.
ucl. Acids Res. 14: 9679-9698 (1986); Say
ers et al., Nucl. Acids Res. 16: 791-802 (1988)
Sayers et al., Nucl. Acids Res. 16: 803-814 (1
988)), mutagenesis using a template containing uracil (Kunkel, Proc.
Nat'l. Acad. Sci. USA 82: 488-492 (1985) and Kunkel et al., Methods in Enzymol. 154: 367
-382)); Mutagenesis using gapped double-stranded DNA (Kramer et al., N.
ucl. Acids Res. 12: 9441-9456 (1984); Kra.
mer and Fritz, Methods in Enzymol. 154: 3
50-367 (1987); Kramer et al., Nucl. Acids Res.
16: 7207 (1988); and Fritz et al., Nucl. Acids R
es. 16: 6987-6999 (1988)). Further suitable methods include point mismatch repair (Kramer et al., Cell 38: 879-887).
(1984)), mutagenesis using repair-deficient host strains (Carter et al., Nucl.
. Acids Res. 13: 4431-4433 (1985); Carter.
, Methods in Enzymol. 154: 382-403 (1987)
)), Deletion mutagenesis (Eghteddarzadeh and Henikoff, N
ucl. Acids Res. 14: 5115 (1986)), restriction selection and restriction purification (Wells et al., Phil. Trans. R. Soc. London. A
317: 415-423 (1986)), Mutagenesis by whole gene synthesis (Nam
biar et al., Science 223: 1299-1301 (1984); Sa.
kamar and Khorana, Nucl. Acids Res. 14:63
61-6372 (1988); Wells et al., Gene 34: 315-323.
(1985); and Grundstrom et al., Nucl. Acids Res
. 13: 3305-3316 (1985)). Kits for mutagenesis are commercially available (e.g., Bio-Rad, Amersham International).
onal, Anglian Biotechnology).

【0050】 (B.スクリーニング方法) 組み換えサイクルは、通常、所望の特性または特徴を有する分子のスクリーニ
ングまたは選別の、少なくとも1回のサイクルを伴う。組み換えサイクルがイン
ビトロで行われた場合、組み換え産物(すなわち、組み換えセグメント)は、時
折、スクリーニング工程の前に細胞に導入される。組み換えセグメントはまた、
スクリーニングの前に適切なベクターまたは他の調節配列に連結され得る。ある
いは、インビトロで生成された組み換え産物は、時折、スクリーニングの前にウ
イルスとしてパッケージングされる。組み換えがインビボで行われた場合、組み
換え産物は、時折、組み換えが生じる細胞内においてスクリーニングされ得る。
他の適用において、組み換えセグメントは細胞から抽出され、そして必要に応じ
てスクリーニング前にウイルスとしてパッケージングされる。
B. Screening Methods A recombination cycle usually involves at least one cycle of screening or selecting for molecules having the desired properties or characteristics. If the recombination cycle is performed in vitro, the recombinant product (ie, the recombinant segment) is sometimes introduced into the cells prior to the screening step. The recombination segment also
Prior to screening, they may be ligated to a suitable vector or other regulatory sequence. Alternatively, recombinant products produced in vitro are sometimes packaged as viruses prior to screening. If the recombination is performed in vivo, the recombination products can sometimes be screened in the cells where the recombination occurs.
In other applications, the recombinant segments are extracted from the cells and optionally packaged as viruses prior to screening.

【0051】 スクリーニングまたは選択の性質は、どのような特性もしくは特徴が獲得され
るのか、または改良を求める特性もしくは特徴に依存し、そして多くの例が以下
で議論される。通常、特定の組み換えの産物(組み換えセグメント)が、開始基
質に対して新しいまたは改良された特性または特徴を獲得した分子的な基礎を理
解する必要はない。例えば、遺伝子ワクチンベクターは、各々が種々の意図され
る役割を有する多数の成分配列(例えば、コード配列、調節配列、標的配列、安
定性を供給する配列、免疫調節配列、抗原提示に影響する配列、および挿入に影
響する配列)を有し得る。これらの成分配列の各々を、同時に変更かつ組み換え
得る。次いで、スクリーニング/選択は、例えば、標的細胞におけるエピソーム
維持を増加する組み換えセグメントについてに行われ得、ベクターの任意の個々
の成分配列のいずれかに、このような改良に帰属する必要性を有さない。
The nature of the screening or selection depends on what property or feature is obtained or on the property or feature sought for improvement, and many examples are discussed below. Generally, it is not necessary to understand the molecular basis on which a particular recombinant product (recombinant segment) has acquired new or improved properties or characteristics relative to the starting substrate. For example, a gene vaccine vector contains a number of component sequences (eg, coding sequences, regulatory sequences, target sequences, sequences that provide stability, immunoregulatory sequences, sequences that affect antigen presentation, each having various intended roles). , And sequences that affect insertion). Each of these component sequences can be changed and recombined simultaneously. Screening / selection can then be performed, for example, on recombinant segments that increase episomal maintenance in the target cell, with the need to attribute such improvement to any of the individual component sequences of the vector. Absent.

【0052】 所望の特性のために使用される特定のスクリーニングプロトコルに依存して、
スクリーニングの開始ラウンドは、高いトランスフェクション効率および培養の
容易さに起因して、しばしば細菌細胞において行われ得る。後半のラウンド(お
よび細菌細胞におけるスクリーニングに受け入れられない他のスクリーニング型
)は、それらの意図される使用の環境に類似した環境で使用するために、組み換
えセグメントを最適化するように哺乳動物細胞で行われる。スクリーニングの最
終ラウンドは、意図される使用の正確な細胞型(例えば、ヒト抗原提示細胞)に
おいて行われ得る。ある場合には、この細胞は、例えば、患者における免疫原性
の問題を最小化するという意図で処置されるべき患者から入手され得る。
Depending on the particular screening protocol used for the desired property,
The initial round of screening can often be performed on bacterial cells due to high transfection efficiency and ease of culture. The latter round (and other screening types that are unacceptable for screening in bacterial cells) involves the use of mammalian cells to optimize recombinant segments for use in environments similar to those of their intended use. Done. The final round of screening can be performed on the correct cell type for the intended use (eg, human antigen presenting cells). In some cases, the cells may be obtained, for example, from a patient to be treated with the intent of minimizing immunogenicity issues in the patient.

【0053】 スクリーニングもしくは選択の工程は、遺伝子ワクチン接種に有用な、新しい
または改良された所望の特性の獲得について進化した組み換えセグメントの細分
化集団を同定する。スクリーニングに依存して、組み換えセグメントは、細胞の
成分、ウイルスの成分または遊離の形態として同定され得る。1回より多いのス
クリーニングもしくは選択ラウンドが、各組み換えのラウンドの後に行われ得る
The screening or selection process identifies a subpopulation of recombinant segments that have evolved to obtain new or improved desired properties useful for genetic vaccination. Depending on the screen, the recombinant segment may be identified as a component of a cell, a component of a virus or a free form. More than one screening or selection round may be performed after each round of recombination.

【0054】 特性においてさらなる改良が所望される場合、スクリーニング/選択の第1ラ
ウンドで生存する組み換えセグメントの少なくとも1つ、そして通常は集団は、
さらなる組み換えラウンドに供される。これらの組み換えセグメントは、相互に
、または最初の基質を提示する外因性のセグメントもしくはそれらのさらなる改
変体で組み換えられ得る。さらに、組み換えは、インビボまたはインビトロで続
けられ得る。先行のスクリーニング工程が、所望の組み換えセグメントを細胞の
成分として同定する場合、この成分はインビボでのさらなる組み換えに供され得
るか、またはインビトロでのさらなる組み換えに供され得るか、またはインビト
ロ組み換えのラウンドを行う前に単離され得る。反対に、先行のスクリーニング
工程が、裸形態またはウイルス成分として、所望の組み換えセグメントを同定す
る場合、これらのセグメントは、インビボ組み換えのラウンドを行うために細胞
に導入され得る。組み換えの第2ラウンドは、どう行われるかに関係なく、先行
のラウンドから得られた組み換えセグメントに存在する多様性よりも、さらなる
多様性を包含するさらなる組み換えセグメントを生成する。
If further improvements in properties are desired, at least one of the recombinant segments, and usually the population, that survives in the first round of screening / selection,
Provided for further recombination rounds. These recombinant segments can be recombined with each other or with an exogenous segment presenting an initial substrate or a further variant thereof. Furthermore, recombination can be continued in vivo or in vitro. If the previous screening step identifies the desired recombinant segment as a component of a cell, the component can be subjected to further recombination in vivo, or to further recombination in vitro, or a round of in vitro recombination. Can be isolated prior to performing. Conversely, if the previous screening step identified the desired recombinant segments, either as naked forms or as viral components, these segments could be introduced into cells to perform a round of in vivo recombination. The second round of recombination, regardless of how it is performed, produces additional recombination segments that include more diversity than exists in the recombination segments obtained from the previous round.

【0055】 組み換えの第2ラウンドに続いて、第1ラウンドについて上記に議論した原理
に従って、スクリーニング/選択のさらなるラウンドが行われ得る。スクリーニ
ング/選択のストリジェンシーをラウンド間で増強し得る。また、1以上の特性
の改良が所望される場合、または1以上の新しい特性を要求することが所望され
る場合、スクリーニングおよびスクリーニングされる特性の性質は、ラウンド間
で変更され得る。次いで、組み換えおよびスクリーニングのさらなるラウンドは
、組み換えセグメントが十分に進化して、所望の新しいまたは改良された特性ま
たは機能を得るまで行われ得る。
A second round of recombination may be followed by a further round of screening / selection according to the principles discussed above for the first round. Screening / selection stringency may be enhanced between rounds. Also, if improvement of one or more properties is desired, or if it is desired to require one or more new properties, the properties of the screened and screened properties may be changed between rounds. Further rounds of recombination and screening may then be performed until the recombination segment has evolved sufficiently to obtain the desired new or improved property or function.

【0056】 特定の適用のための種々のスクリーニング方法が、本明細書中に記載される。
いくつかの場合、スクリーニング工程は、複製可能な遺伝子パッケージの表面上
に提示されるタンパク質を有する融合物として、ライブラリーの組み換えポリヌ
クレオチドによってコードされる、組み換えペプチドまたはポリペプチドを発現
する工程を包含する。例えば、ファージ提示が使用され得る。例えば、Cwir
laら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:6378−6
482(1990);Devlinら,Science 249:404−40
6(1990),ScottおよびSmith,Science 249:38
6−388(1990);Ladnerら,米国特許第5,571,698号を
参照のこと。他の複製可能な遺伝子パッケージとしては、例えば、細菌、真核生
物ウイルス、酵母、および胞子が挙げられる。
Various screening methods for particular applications are described herein.
In some cases, the screening step involves expressing the recombinant peptide or polypeptide encoded by the recombinant polynucleotide in the library as a fusion with the protein displayed on the surface of a replicable genetic package. I do. For example, phage display can be used. For example, Cwirl
la et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 6378-6
482 (1990); Devlin et al., Science 249: 404-40.
6 (1990), Scott and Smith, Science 249: 38.
6-388 (1990); Ladner et al., U.S. Patent No. 5,571,698. Other replicable genetic packages include, for example, bacteria, eukaryotic viruses, yeast, and spores.

【0057】 提示ライブラリーのために、最も頻繁に使用される遺伝子パッケージは、バ
クテリオファージ、特に、糸状ファージ、そしてとりわけ、ファージM13、F
bおよびF1である。ほとんどの作業は、表示されるべきポリペプチドをコード
するライブラリーを、融合タンパク質を形成するこれらのファージのgIIIま
たはgVIIIのいずれかに挿入する工程を包含していた。例えば、Dower
,WO91/19818;Devlin,WO91/18989;MacCaf
ferty,WO92/01047(遺伝子III);Huse,WO92/0
6204;Kang,WO92/18619(遺伝子VIII)を参照のこと。
このような融合タンパク質は、通常必要はないが、ファージのコートタンパク質
由来のシグナル配列、提示されるべきポリペプチド、および遺伝子IIIタンパ
ク質もしくは遺伝子VIIIタンパク質のいずれかまたはそれらのフラグメント
含む。外因性のコード配列は、他の挿入部位が可能であるとしても、しばしば、
遺伝子IIIもしくは遺伝子VIIIのN末端にまたは近傍に挿入される。
For display libraries, the most frequently used genetic packages are bacteriophages, especially filamentous phage, and especially phage M13, F
b and F1. Most work involved inserting a library encoding the polypeptide to be displayed into either the gIII or gVIII of these phage to form a fusion protein. For example, Dower
Devlin, WO 91/18989; MacCaf.
ferty, WO92 / 01047 (gene III); Huse, WO92 / 0
6204; Kang, WO 92/18619 (gene VIII).
Such fusion proteins usually, but need not, include a signal sequence from the phage coat protein, the polypeptide to be displayed, and either the gene III protein or the gene VIII protein or fragments thereof. Exogenous coding sequences are often, even if other insertion sites are possible.
Inserted at or near the N-terminus of gene III or gene VIII.

【0058】 真核生物ウイルスは、類似の様式でポリペプチドを提示するために使用され得
る。例えば、モロニーマウス白血病ウイルスのgp70に融合されたヒトヘレグ
リン(heregulin)の提示が、Hanら、Proc.Natl.Aca
d.Sci.USA 92:9747−9751(1995)によって報告され
ている。胞子はまた、複製可能な遺伝子パッケージとして使用され得る。この場
合、ポリペプチドは、胞子の外面から提示される。例えば、B.subtili
s由来の胞子は、適切であると報告されている。これらの胞子のコートタンパク
質の配列は、Donovanら、J.Mol.Biol.196,1−10(1
987)によって提供される。細胞はまた、複製可能な遺伝子パッケージとして
使用され得る。提示されるべきポリペプチドは、細胞表面上に発現される細胞タ
ンパク質をコードする遺伝子に挿入される。好ましい細菌細胞としては、Sal
monella typhimurium,Bacillus subtili
s,Pseudomonas aeruginosa,Vibrio chol
erae,Klebsiella pneumonia,Neisseria
gonorrhoeae,Neisseria meningitidis,B
acteroides nodosus,Moraxella bovis、お
よび特に、Escherichia coliが挙げられる。外面タンパク質の
詳細は、Ladnerら、米国特許第5,571,698号によって議論され、
そして本明細書中に参考として援用される。例えば、E.coliのlamBタ
ンパク質が適している。
Eukaryotic viruses can be used to present polypeptides in a similar manner. For example, the presentation of human heregulin fused to the Moloney murine leukemia virus gp70 is described in Han et al., Proc. Natl. Aca
d. Sci. USA 92: 9747-9751 (1995). Spores can also be used as replicable genetic packages. In this case, the polypeptide is presented from the outer surface of the spore. For example, B. subtili
Spores from s are reported to be suitable. The sequence of the coat protein of these spores is described by Donovan et al. Mol. Biol. 196, 1-10 (1
987). Cells can also be used as replicable genetic packages. The polypeptide to be displayed is inserted into a gene encoding a cellular protein expressed on the cell surface. Preferred bacterial cells include Sal
monella typhimurium, Bacillus subtili
s, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio chol
erae, Klebsiella pneumonia, Neisseria
gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, B
acteroides nodosus, Moraxella bovis, and especially Escherichia coli. Details of outer surface proteins are discussed by Ladner et al., US Pat. No. 5,571,698,
And is incorporated herein by reference. For example, E. The lamB protein of E. coli is suitable.

【0059】 ファージまたは他の複製可能な遺伝子パッケージを使用する提示方法の基礎概
念は、スクリーニングされるべきポリペプチドをコードするDNAとこのポリペ
プチドとの物理的な会合の確立である。この物理的な会合は、複製可能な遺伝子
パッケージによって提供される。これは、ファージまたは他のパッケージのゲノ
ムを封入するキャプシドの部分としてポリペプチドを提示し、ここで、このポリ
ペプチドは、このゲノムによってコードされる。ポリペプチドとこれらの遺伝子
材料との物理的な会合の確立は、異なるポリペプチドを有する非常に多くのファ
ージの同時マススクリーニングを可能にする。標的(例えば、レセプター)に対
して親和性を有するポリペプチドを提示するファージは、この標的に結合し、そ
してこれらのファージは、標的に対する親和性スクリーニングによって向上され
る。これらのファージから提示されるポリペプチドの同一性は、これらの各々の
ゲノムから決定され得る。次いで、これらの方法を使用して所望の標的について
結合親和性を有することが同定されたポリペプチドは、従来の手段によって大量
に合成され得るか、またはペプチドもしくはポリペプチドをコードするポリヌク
レオチドが、遺伝子ワクチンの部分として使用され得る。
The basic concept of a display method using a phage or other replicable genetic package is the establishment of a physical association of the polypeptide encoding the DNA to be screened with the polypeptide. This physical association is provided by a replicable genetic package. This presents the polypeptide as part of a capsid enclosing the genome of a phage or other package, where the polypeptide is encoded by the genome. Establishing the physical association of polypeptides with these genetic materials allows for the simultaneous mass screening of a large number of phage with different polypeptides. Phage displaying polypeptides that have an affinity for the target (eg, receptor) bind to the target, and these phages are enhanced by affinity screening for the target. The identity of the polypeptides displayed from these phages can be determined from their respective genomes. The polypeptide identified using these methods as having binding affinity for the desired target can then be synthesized in large amounts by conventional means, or the polynucleotide encoding the peptide or polypeptide can be It can be used as part of a genetic vaccine.

【0060】 (C.改良された免疫調節配列の進化) サイトカインは、マクロファージの活性化およびTH1/TH2細胞の分化に劇
的に影響し得、その結果として感染疾患を生じる。さらに、最近の研究は、DN
A自身が、免疫系の細胞を活性化することによって、アジュバンドとして作用し
得ることを強く示唆する。特に、メチル化されていないCpGリッチDNA配列
は、TH1細胞の分化を増強、単球によるサイトカイン合成を活性化、およびB リンパ球の増殖を誘導することが示された。従って、本発明は、(a)DNA自
身の刺激特性を進化することによって、および(b)サイトカインをコードする
遺伝子および免疫系の調節に関与する関連分子を進化することによって、遺伝子
ワクチンの免疫調節特性を増強するための方法を提供する。次いで、これらの遺
伝子は、遺伝子ワクチンベクターに使用される。
C. Evolution of Improved Immune Regulatory Sequences Cytokines can dramatically affect macrophage activation and T H 1 / T H 2 cell differentiation, resulting in infectious disease. Furthermore, recent research has shown that DN
A strongly suggests that A itself can act as an adjuvant by activating cells of the immune system. In particular, CpG-rich DNA sequence that is not methylated, enhance the differentiation of T H 1 cells, activates cytokine synthesis by monocytes, and to induce the proliferation of B lymphocytes was shown. Accordingly, the present invention provides immunomodulation of genetic vaccines by (a) evolving the stimulatory properties of the DNA itself and (b) evolving genes encoding cytokines and related molecules involved in the regulation of the immune system. Methods for enhancing properties are provided. These genes are then used in a gene vaccine vector.

【0061】 特に関心のあるものは、INF−αおよびIL−12であり、これらは、Tヘ
ルパー1(TH1)細胞の表現型に対する免疫応答を歪め、その結果、病原体侵 入を中和する宿主の能力を改善する。抗原特異的なT細胞の活性化、分化、また
はアネルギーを阻害もしくは増強し得る、改良された免疫調節核酸を得る方法も
また提供される。これらの事象を調節する構造および機構についての限定された
情報のために、本発明の分子交配技術は、合理的な設計よりもさらにより迅速な
解法を提供する。
Of particular interest are INF-α and IL-12, which distort the immune response to the phenotype of T helper 1 (T H 1) cells, thus neutralizing pathogen invasion Improve the host's ability to Also provided are methods of obtaining improved immunomodulatory nucleic acids that can inhibit or enhance antigen-specific T cell activation, differentiation, or anergy. Because of the limited information on the structures and mechanisms that regulate these events, the hybridization techniques of the present invention provide a much faster solution than rational design.

【0062】 本発明の方法は、代表的に、DNAシャッフリングまたは組み換えポリヌクレ
オチドのライブラリーを作成するための他の方法の使用を含む。次いで、このラ
イブラリーはそのライブラリー中の組み換えポリヌクレオチドを同定するために
スクリーニングされ、遺伝子ワクチンベクターに含まれるかまたは遺伝子ワクチ
ンと共に投与される場合、ベクターによって誘導される免疫応答を増強し得るか
さもなければ変更し得る。いくつかの実施態様において、このスクリーニング工
程は、組み換えポリヌクレオチドを含む遺伝子ワクチンベクターを、哺乳動物細
胞に導入する工程、およびこの細胞、またはこの細胞を増殖することによって得
られた培養培地が、免疫応答を調節し得るか否かを決定する工程を包含し得る。
[0062] The methods of the invention typically involve the use of DNA shuffling or other methods to generate libraries of recombinant polynucleotides. This library is then screened to identify the recombinant polynucleotides in the library, and when included in or administered with a genetic vaccine, can enhance the immune response induced by the vector? Otherwise it can change. In some embodiments, the screening step comprises introducing a genetic vaccine vector comprising the recombinant polynucleotide into a mammalian cell, and wherein the cell, or the culture medium obtained by growing the cell, comprises Determining whether a response can be modulated can be included.

【0063】 ポリヌクレオチド組み換えにより得られた、最適化された組み換えベクターモ
ジュールは、遺伝子ワクチンベクターの成分としてだけではなく、ポリペプチド
(例えば、改変されたサトカインなど)の産生に有用であり、これらは、免疫応
答を増強またはシフトするために、哺乳動物に投与され得る。本発明のDNAシ
ャッフリング法を使用して得られたポリヌクレオチド配列は、遺伝子ワクチンの
成分として使用され得るか、またはそれ自体、治療薬もしくは予防薬として使用
されるサイトカインもしくは他の免疫調節ポリペプチドの産生のために使用され
得る。所望される場合、最適化された免疫調節ポリペプチドをコードするポリヌ
クレオチドの配列を決定し得、そして推定アミノ酸配列は、当業者に公知の方法
を使用してポリペプチドを産生するために使用され得る。
The optimized recombinant vector module obtained by polynucleotide recombination is useful not only as a component of a gene vaccine vector, but also for the production of polypeptides (eg, modified Satkine and the like). Can be administered to a mammal to enhance or shift the immune response. The polynucleotide sequence obtained using the DNA shuffling method of the present invention can be used as a component of a gene vaccine, or as such, for a cytokine or other immunomodulatory polypeptide used as a therapeutic or prophylactic agent. It can be used for production. If desired, the sequence of the polynucleotide encoding the optimized immunomodulatory polypeptide can be determined, and the deduced amino acid sequence is used to produce the polypeptide using methods known to those of skill in the art. obtain.

【0064】 (1.免疫刺激DNA配列) 本発明は、哺乳動物に導入した場合に、免疫刺激性であるポリヌクレオチドを
得る方法を提供する。2つの5’プリン(GpAまたはApA)および2つの3
’ピリミジン(TpCまたはTpT)に隣接された中央CpGを有する六量体を
含むオリゴヌクレオチドは、インビトロでサイトカイン合成およびB細胞増殖を
誘導し(Kriegら(1995)Nature 374:546;Klinm
anら(1996)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 93:2
879;Pisetsky(1996)Immunity 5:303−10)
、そしてインビボでアジュバンドとして作用する。免疫刺激配列(ISS)を含
むオリゴが挿入された遺伝子ワクチンベクターは、DNAワクチン接種の後に抗
原特異的な抗体応答を増強する能力を増大させる。インビトロにおける機能的な
活性のためのISSオリゴヌクレオチドの最小限の長さは、8つである(Kli
nmanら(前出))。3つのCGモチーフを有する20マーは、2つのCGモ
チーフを有する15マーよりもサイトカイン合成を有意にかつより効率的に誘導
することが見出された(前掲)。GGGGの四分子は、DNAの細胞表面への結
合(マクロファージはDNAに結合するレセプター、例えば、スカベンジャー(
scavenger)レセプターを発現する)に関与することが示唆された(P
isetskyら(前出))。
(1. Immunostimulatory DNA Sequence) The present invention provides a method for obtaining an immunostimulatory polynucleotide when introduced into a mammal. Two 5 'purines (GpA or ApA) and two 3'
Oligonucleotides containing a hexamer with a central CpG flanked by 'pyrimidines (TpC or TpT) induce cytokine synthesis and B cell proliferation in vitro (Krieg et al. (1995) Nature 374: 546; Klinm
(1996) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 2
879; Pisetsky (1996) Immunity 5: 303-10).
And acts as an adjuvant in vivo. Gene vaccine vectors into which oligos containing immunostimulatory sequences (ISS) have been inserted increase the ability to enhance antigen-specific antibody responses after DNA vaccination. The minimum length of an ISS oligonucleotide for functional activity in vitro is eight (Kli
nman et al. (supra)). The 20-mer with three CG motifs was found to induce cytokine synthesis significantly and more efficiently than the 15-mer with two CG motifs (supra). Four molecules of GGGG bind DNA to the cell surface (macrophages are receptors that bind DNA, such as scavengers).
scavenger receptor).
isetsky et al. (supra)).

【0065】 本発明に従って、ライブラリーは、組み換えランダムDNA(例えば、ヒト、
マウス、または他のゲノムDNAのフラグメント)、公知のISS、ポリA、C
、GまたはT配列を含むオリゴヌクレオチド、またはそれらの組み合わせに供す
ることによって生成される。相互に2つ以上のヌクレオチドが異なる、少なくと
も第1および第2の形態を含むDNAを組み換えて、組み換えポリヌクレオチド
のライブラリーを生成する。
In accordance with the present invention, the library comprises recombinant random DNA (eg, human,
Mouse, or other fragments of genomic DNA), known ISS, poly A, C
, G or T sequences, or a combination thereof. Recombining DNA containing at least the first and second forms that differ from each other by two or more nucleotides to produce a library of recombinant polynucleotides.

【0066】 次いで、このライブラリーを、免疫刺激特性を提示する組み換えポリヌクレオ
チドを同定するためにスクリーニングする。例えば、このライブラリーは、ライ
ブラリーの適切な細胞型への導入に基づいて、インビトロでサイトカイン産生の
誘導についてスクリーニングされ得る。この手順の略図を図5に示す。免疫刺激
活性の指標として使用され得るサイトカインのなかには、例えば、IL−2、I
L−4、IL−5、IL−6、IL−10、IL−12、IL−13、IL−1
5、およびIFN−γがある。IL−4/IFN−γ、IL−4/IL−2、I
L−5/IFN−γ、IL−5/IL−2、IL−13/IFN−γ、IL−1
3/IL−2の比率の変化についても試験し得る。別のスクリーニング方法は、
免疫応答に関与する細胞(例えば、B細胞、T細胞、単球/マクロファージ、全
PBLなど)の増殖を誘導する能力の決定である。他のスクリーニングは、表面
抗原(例えば、B7−1(CD80)、B7−2(CD86)、MHCクラスI
およびII、ならびにCD14)の発現レベルの変化に基づいて、APC活性化
の誘導を検出する工程を包含する。
[0066] The library is then screened to identify recombinant polynucleotides that exhibit immunostimulatory properties. For example, the library can be screened for induction of cytokine production in vitro based on the introduction of the library into the appropriate cell type. A schematic diagram of this procedure is shown in FIG. Some cytokines that can be used as indicators of immunostimulatory activity include, for example, IL-2, I
L-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-12, IL-13, IL-1
5, and IFN-γ. IL-4 / IFN-γ, IL-4 / IL-2, I
L-5 / IFN-γ, IL-5 / IL-2, IL-13 / IFN-γ, IL-1
Changes in the 3 / IL-2 ratio can also be tested. Another screening method is
Determination of the ability to induce proliferation of cells involved in the immune response (eg, B cells, T cells, monocytes / macrophages, whole PBL, etc.). Other screens include surface antigens (eg, B7-1 (CD80), B7-2 (CD86), MHC class I
And II, and detecting the induction of APC activation based on a change in the expression level of CD14).

【0067】 他の有用なスクリーニングは、T細胞増殖を誘導する組み換えポリヌクレオチ
ドを同定する工程を包含する。ISS配列はB細胞の活性化を誘導するために、
そしてT細胞によって発現される表面抗原とB細胞によって発現される表面抗原
との間のいくつかの相同性のために、T細胞に対して刺激活性を有するポリヌク
レオチドを入手し得る。
Another useful screen involves identifying a recombinant polynucleotide that induces T cell proliferation. The ISS sequence is used to induce B cell activation.
And, due to some homology between surface antigens expressed by T cells and surface antigens expressed by B cells, polynucleotides having stimulatory activity on T cells can be obtained.

【0068】 組み換えポリぺプチドのライブラリーはまた、改良されたCTLおよびインビ
ボでの抗体応答について、および感染、癌、アレルギーまたは自己免疫から改善
された保護についてスクリーニングされ得る。所望の特性を提示する組み換えポ
リヌクレオチドを細胞から回収し得、そしてさらなる改良が所望される場合、シ
ャッフリングおよびスクリーニングを繰り返し得る。最適化されたISS配列は
、実際のワクチンと別々でアジュバンドとして使用され得るか、または目的のD
NA配列は、遺伝子ワクチンベクターに融合され得る。
Libraries of recombinant polypeptides can also be screened for improved CTL and antibody responses in vivo and for improved protection from infection, cancer, allergy or autoimmunity. Recombinant polynucleotides displaying the desired properties can be recovered from the cells, and if further improvement is desired, the shuffling and screening can be repeated. The optimized ISS sequence can be used as an adjuvant separately from the actual vaccine, or
The NA sequence can be fused to a gene vaccine vector.

【0069】 (2.サイトカイン、ケモカイン、およびアクセサリー分子) 本発明はまた、免疫応答を指向し、阻害し、または増強する、最適化されたサ
イトカイン、サイトカインアンタゴニスト、ケモカイン、および他のアクセサリ
ー分子を得るための方法を提供する。例えば、本発明の方法は、哺乳動物に投与
した場合に、免疫応答を改善または変更する遺伝子ワクチンおよび他の試薬(例
えば、最適化されたサイトカインなど)を得るために使用され得る。これらの最
適化された免疫調節剤は、抗原非特異的な様式で、感染疾患、ならびに他の状態
(例えば、炎症疾患)を処置するために有用である。
2. The Cytokines, Chemokines, and Accessory Molecules The present invention also provides optimized cytokines, cytokine antagonists, chemokines, and other accessory molecules that direct, inhibit or enhance an immune response. Provide a way to: For example, the methods of the present invention can be used to obtain genetic vaccines and other reagents that improve or alter the immune response when administered to a mammal, such as optimized cytokines. These optimized immunomodulators are useful for treating infectious diseases, as well as other conditions, such as inflammatory diseases, in an antigen-nonspecific manner.

【0070】 例えば、本発明の方法は、標的アレルギーのための最適化された免疫調節分子
を開発するために使用され得る。この最適化された免疫調節分子は、単独で、ま
たはアレルギーを防止もしくは処置するための抗原特異的な遺伝子ワクチンと共
に使用され得る。アレルギーの特異的な免疫治療を達成し得る4つの基礎的な機
構が利用可能である。第1に、アレルゲン特異的なTH2細胞の減少を引き起こ す試薬を投与し得る。第2に、アレルゲン特異的なTH1細胞の増加を引き起こ す試薬を投与し得る。第3に、抑制性CD8+T細胞の増加を指向し得る。最後 は、アレルゲン特異的なT細胞のアネルギーを誘導することによってアレルギー
を処置し得る。本実施例において、サイトカインは、本発明の方法を使用して、
これらの免疫治療の目的の1つ以上を達成するのに効果的な試薬を得るために最
適化され得る。本発明の方法は、1つ以上の特性(例えば、改良された比活性、
標的細胞への導入後の改良された分泌)を有する抗アレルギーサイトカインを得
るために使用される。これらのサイトカインは、天然のサイトカインよりもより
少ない用量で効果的であり、そしてより少ない副作用を有する。特定の目的の標
的としては、インターフェロンα/γ、IL−10、IL−12、およびIL−
4およびIL−13のアンタゴニストが挙げられる。
For example, the methods of the present invention can be used to develop optimized immunomodulatory molecules for targeted allergy. The optimized immunomodulatory molecule can be used alone or with an antigen-specific genetic vaccine to prevent or treat allergy. Four basic mechanisms are available that can achieve specific immunotherapy of allergy. First, it may be administered reagents to provoked a decrease in allergen-specific T H 2 cells. Second, it may be administered reagents to provoked an increase in allergen-specific T H 1 cells. Third, it may direct the expansion of inhibitory CD8 + T cells. Finally, allergies can be treated by inducing allergen-specific T cell anergy. In this example, the cytokine is determined using the method of the invention,
It can be optimized to obtain reagents effective to achieve one or more of these immunotherapy goals. The method of the present invention may include one or more properties (eg, improved specific activity,
It is used to obtain anti-allergic cytokines with improved secretion after introduction into target cells). These cytokines are effective at lower doses than the natural cytokines and have fewer side effects. Specific targets of interest include interferon α / γ, IL-10, IL-12, and IL-
4 and IL-13 antagonists.

【0071】 免疫調製物質をコードする、最適化された免疫調製物質、または最適化された
組み換えポリヌクレオチドは、単独で、または他のアクセサリー分子と組合せて
投与され得る。最適濃度の適切な分子の封入は、所望の免疫応答を増強し得、そ
して/または特定の免疫応答型の誘導もしくは抑制を指示し得る。最適化された
分子をコードするポリヌクレオチドは、遺伝子ワクチンベクター中、またはポリ
ペプチドとして投与され得る遺伝子によってコードされる最適化された分子中に
含まれ得る。
[0071] The optimized immunomodulator, or the optimized recombinant polynucleotide encoding the immunomodulator, can be administered alone or in combination with other accessory molecules. The inclusion of optimal concentrations of appropriate molecules can enhance the desired immune response and / or indicate the induction or suppression of a particular type of immune response. A polynucleotide encoding the optimized molecule can be included in a genetic vaccine vector, or in an optimized molecule encoded by a gene that can be administered as a polypeptide.

【0072】 本発明の方法において、免疫調節物質をコードする組み換えポリヌクレオチド
のライブラリーを、基質核酸を組み換えプロトコル(例えば、DNAシャッフリ
ングまたは当業者に公知の他の方法)に供することによって作製する。この基質
核酸は、代表的に、目的の免疫調節物質をコードする核酸の2つ以上の形態であ
る。
In the methods of the invention, a library of recombinant polynucleotides encoding an immunomodulator is made by subjecting the substrate nucleic acid to a recombination protocol (eg, DNA shuffling or other methods known to those of skill in the art). The substrate nucleic acid is typically more than one form of the nucleic acid encoding the immunomodulator of interest.

【0073】 サイトカインは、本発明の方法を使用して改善され得る免疫調節物質である。
サイトカイン合成プロフィールは、ウイルス感染、細菌感染および寄生動物感染
を妨げる宿主の能力に重要な役割を果たし、そしてサイトカインは、遺伝子ワク
チンの効率および感染疾患の結果に劇的に影響し得る。いくつかのサイトカイン
、例えば、IL−1、IL−2、IL−3、IL−4、IL−5、IL−6、I
L−7、IL−8、IL−9、IL−10、IL−11、IL−12、IL−1
3、IL−14、IL−15、IL−16、IL−17、IL−18、G−CS
F、GM−CSF、IFN−α、IFN−γ、TGF−β、TNF−α、TNF
−β、IL−20(MDA−7)、およびflt−3リガンドは、インビボまた
はインビトロで免疫応答を刺激することが示されている。適切なサイトカインを
使用して増強され得る免疫機能としては、例えば、B細胞増殖、Ig合成、Ig
イソ型転換、T細胞増殖およびサイトカイン合成、TH1およびTH2細胞の分化
、CTLの活性化および増殖、単球/マクロファージ/樹状細胞による活性化お
よびサイトカイン産生、ならびに単球/マクロファージからの樹状細胞の分化が
挙げられる。
[0073] Cytokines are immunomodulators that can be improved using the methods of the present invention.
Cytokine synthesis profiles play an important role in the host's ability to prevent viral, bacterial and parasitic infections, and cytokines can dramatically affect the efficacy of genetic vaccines and the consequences of infectious diseases. Some cytokines such as IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, I
L-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-11, IL-12, IL-1
3, IL-14, IL-15, IL-16, IL-17, IL-18, G-CS
F, GM-CSF, IFN-α, IFN-γ, TGF-β, TNF-α, TNF
-Β, IL-20 (MDA-7), and flt-3 ligand have been shown to stimulate an immune response in vivo or in vitro. Immune functions that can be enhanced using appropriate cytokines include, for example, B cell proliferation, Ig synthesis, Ig
Isoform transformed, T cell proliferation and cytokine synthesis, T H 1 and T H 2 cell differentiation, activation and proliferation of CTL, monocyte / macrophage / dendritic cells by activation and cytokine production, as well as monocytes / macrophages Differentiation of dendritic cells.

【0074】 いくつかの実施態様において、本発明は、TH1またはTH2応答に対する免疫
応答を指示し得る最適化された免疫調節物質を得るための方法を提供する。この
様式で免疫応答の指示に影響する能力は、遺伝子ワクチンの開発に非常に重要で
ある。TH応答の型を変化することは、感染疾患の結果を基本的に変化し得る。 高頻度のTH1細胞は、一般的に、細胞内病原体による致死的な感染から保護す るのに対して、優性のTH2表現型は、しばしば、汎発性の慢性感染を生じる。 例えば、ヒトにおいて、TH1表現型は、らい病の類結核(耐性)形態で存在し 、一方、TH2表現型は、らい腫、多種類の杆菌からなる(感受性)病変におい て見出される(Yamamuraら、(1991)Science 254:2
77)。後期AIDS患者は、TH2表現型を有する。ファミリーメンバーにお ける研究は、髄膜炎菌性敗血症からの生存は、PBLのサイトカイン合成プロフ
ィールに依存し、高いIL−10合成は、致死的な結果の高い危険性に関連し、
そして高いTNF−αは、低い危険性に関連することを示す。同様の例が、マウ
スにおいて見出される。例えば、BALB/cマウスは、Leishmania
major感染に対して感受性であり;これらのマウスは、TH2表現型を有 する汎発性の胎児疾患を発症する。抗IL−4モノクローナル抗体またはIL−
12による処置は、TH1型応答を誘起し、治癒を生じる。抗インターフェロン γモノクローナル抗体は、この疾患を悪化させる。いくつかの適用について、免
疫応答を、TH2応答の方向に指向させることが好ましい。例えば、増大したの 粘膜性免疫(防御免疫を含む)が所望される場合、TH2応答の増強は、増大し た抗体産生、特にIgAを誘導し得る。
[0074] In some embodiments, the present invention provides a method for obtaining an optimized immune modulator may indicate an immune response against T H 1 or T H 2 response. The ability to influence the direction of the immune response in this manner is very important for the development of genetic vaccines. Changing the type of TH response can fundamentally change the outcome of an infectious disease. T H 1 cells frequently are generally whereas that protects from lethal infection with intracellular pathogens, T H 2 phenotype dominant often results in chronic infection with pandemic. For example, in humans, T H 1 phenotype is present in kind tuberculosis (resistant) form of leprosy, whereas, T H 2 phenotype, lepromatous consists many kinds of bacilli found Te (sensitive) lesion smell (Yamamura et al., (1991) Science 254: 2)
77). Late AIDS patients have a T H 2 phenotype. Studies on family members have shown that survival from meningococcal sepsis depends on the cytokine synthesis profile of PBL, and high IL-10 synthesis is associated with a high risk of lethal consequences.
And high TNF-α indicates that it is associated with low risk. A similar example is found in mice. For example, BALB / c mice are Leishmania
It is susceptible to major infection; these mice develop disseminated fetal diseases have a T H 2 phenotype. Anti-IL-4 monoclonal antibody or IL-
Treatment with 12 induces a T H 1-type response, resulting in healing. Anti-interferon gamma monoclonal antibodies exacerbate the disease. For some applications, the immune response, it is preferred to orient the direction of the T H 2 response. For example, if increased mucosal immunity (including protective immunity) is desired, enhancement of T H 2 responses increased antibody production, in particular to induce IgA.

【0075】 Tヘルパー(TH)細胞は、おそらく、免疫系の最も重要な調節因子である。 TH細胞は、それらのサイトカイン合成パターンに基づいて、2つのサブセット に分類される(MosmannおよびCoffman(1989)Adv.Im
munol.46:111)。TH1細胞は、高レベルのサイトカインIL−2 およびINF−γ、ならびに存在しないまたは最小レベルのIL−4、IL−5
およびIL−13を産生する。対照的に、TH2細胞は、高レベルのIL−4、 IL−5およびIL−13を産生し、そしてIL−2およびIFN−γの産生は
、最小であるかまたは欠損している。TH1細胞は、マクロファージ、樹状細胞 を活性化し、そしてCD8+細胞傷害性Tリンパ球およびナチュラルキラー(N K)細胞の細胞溶解活性を増強する(PaulおよびSeder(1994)C
ell 76:241)のに対して、TH2細胞は、B細胞に効率的な援助を提 供し、またIgEのアイソタイプスイッチおよびB細胞のIgE分泌細胞への分
化を誘導する、TH2細胞の能力に起因するアレルギー反応を媒介する(Pun nonenら(1993)Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA
90:3730)。
T helper (T H ) cells are probably the most important regulator of the immune system. T H cells are classified into two subsets based on their cytokine synthesis pattern (Mosmann and Coffman (1989) Adv. Im.
munol. 46: 111). T H 1 cells, cytokines IL-2 high-level and INF-gamma, as well as non-existent or minimum level IL-4, IL-5
And IL-13. In contrast, T H 2 cells produce high levels of IL-4, IL-5 and IL-13, and production of IL-2 and IFN-gamma is or are missing is minimal. T H 1 cells, macrophages, dendritic cells activated and CD8 + cytotoxic T lymphocytes and natural killer (N K) enhances the cytolytic activity of cells (Paul and Seder (1994) C
ell 76: 241) whereas, T H 2 cells, subjected Hisage efficient assistance to B cells and induces differentiation into IgE-secreting cells isotype switching, and B cell IgE, T H 2 cells (Pun nonen et al. (1993) Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA
90: 3730).

【0076】 改良されたサイトカイン、ケモカイン、および他のアクセサリー分子のスクリ
ーニング方法は、一般的に、それぞれのサイトカイン、ケモカイン、または他の
アクセサリー分子に対して感受性のある標的細胞について改良された比活性を示
す改変された分子の同定に基づく。組み換えサイトカイン、ケモカイン、または
アクセサリー分子の核酸のライブラリーは、ファージで発現され得るか、または
精製タンパク質としてであり、そして例えば、インビトロ細胞培養アッセイを使
用して試験され得る。重要なことに、DNAワクチンの成分として組み換え核酸
を分析する場合、それらの免疫刺激特性、トランスフェクトクション効率、およ
びベクターの安定性を改良する能力に関して、最適なDNA配列(そのタンパク
質産物の機能に加えて)を同定し得る。次いで、この同定された最適化された組
み換え核酸は、シャッフリングおよび選択の新しいラウンドに供され得る。
[0076] Improved screening methods for cytokines, chemokines, and other accessory molecules generally require improved specific activity for target cells that are sensitive to the respective cytokine, chemokine, or other accessory molecule. Based on the identity of the modified molecule shown. Libraries of nucleic acids of recombinant cytokines, chemokines, or accessory molecules can be expressed on phage or as purified proteins and tested using, for example, in vitro cell culture assays. Importantly, when analyzing recombinant nucleic acids as components of a DNA vaccine, the optimal DNA sequence (for the function of the protein product) in terms of their immunostimulatory properties, transfection efficiency, and the ability to improve vector stability. In addition) can be identified. The identified optimized recombinant nucleic acid can then be subjected to a new round of shuffling and selection.

【0077】 本発明の1つの実施態様において、サイトカインは、TH1細胞の分化を指示 するように進化される。免疫応答をTH1表現型に歪めるこれらの能力のために 、インターフェロンα(IFN−α)およびインターロイキン12(IL−12
)をコードする遺伝子が、遺伝子ワクチン接種においてアジュバンドとして作用
する最大の比活性および能力を得るための、組み換えおよび選別のための好まし
い基質である。IFN−αが、本発明の方法を使用して最適化するための特に好
ましい標的である。なぜなら、IFN−αは、免疫系、腫瘍細胞増殖およびウイ
ルス複製に影響を及ぼすからである。これらの活性に起因して、IFN−αは、
臨床的な診療に使用されるべき最初のサイトカインであった。今日、INF−α
は、広範な種々の適用(癌およびウイルス疾患のいくつかの型を含む)に使用さ
れる。IFN−αはまた、ヒトT細胞のTH1表現型への分化を効率的に指示す る(Parronchiら(1992)J.Immunol.149:2977
)。しかし、IFN−αは、ワクチン接種モデルにおいて入念に研究されてこな
かった。なぜなら、ヒトの系と対照的に、IFN−αは、マウスにおけるTH1 分化に影響を及ぼさないからである。この種差は、最近、IL−12のように、
IFN−αが、マウス細胞ではなくヒト細胞におけるSTAT4活性化を誘導し
、そしてSTAT4が、IL−12媒介性のTH1分化に必要とされることを示 すデータによって説明された(Thierfelderら(1996)Natu
re 382:171)。
In one embodiment of the invention, the cytokine is evolved to direct the differentiation of T H 1 cells. For their ability to distort the immune response to the T H 1 phenotype, interferon α (IFN-α) and interleukin-12 (IL-12
) Is a preferred substrate for recombination and selection to obtain maximum specific activity and ability to act as an adjuvant in genetic vaccination. IFN-α is a particularly preferred target for optimization using the method of the present invention. IFN-α affects the immune system, tumor cell proliferation and virus replication. Due to these activities, IFN-α
It was the first cytokine to be used in clinical practice. Today, INF-α
Is used in a wide variety of applications, including some types of cancer and viral diseases. IFN-alpha also that instructs the differentiation of T H 1 phenotype of human T cells efficiently (Parronchi et al (1992) J.Immunol.149: 2977
). However, IFN-α has not been carefully studied in vaccination models. This is because, in contrast to the human system, IFN-alpha is because no effect on the T H 1 differentiation in mice. This kind of difference, like IL-12 recently,
IFN-alpha is induced STAT4 activation in human cells but not mouse cells, and STAT4 has been described by indicate to the data that is required for T H 1 differentiation of IL-12-mediated (Thierfelder et al. (1996) Natu
re 382: 171).

【0078】 ファミリーDNAシャッフリングが、85%〜97%の相同性を有する哺乳動
物のINF−α遺伝子を基質として使用して、IFN−αを最適化するための好
ましい方法である。1026を超える異なる組み換え体が、これらの遺伝子におい
て、天然の多様性から生成され得る。組み換えインターフェロンの迅速な並列分
析を可能にするために、バクテリオファージ上の融合タンパク質として、それら
の発現および生物学的アッセイのための高スループット方法を使用し得る。改良
された有効性および選択性のプロフィールを有する組み換え体は、改良された活
性について選択的に繁殖される。IFN−αレセプターへの改良された結合を提
示する改変体は、TH1分化を指示する最適な能力を有する変異体についてのス クリーニングを使用する、さらなる分析に対して選択され得る。さらに詳細には
、インビトロのヒトTリンパ球培養物におけるIL−2およびIFN−γの産生
を誘導する、IFN−α変異体の能力が、サイトカイン特異的なELISAおよ
び細胞内サイトカイン染色およびフローサイトメトリーによって研究され得る。
[0078] Family DNA shuffling is a preferred method for optimizing IFN-α using a mammalian INF-α gene with 85% to 97% homology as a substrate. More than 10 26 different recombinants can be generated in these genes from natural diversity. High-throughput methods for their expression and biological assays can be used as fusion proteins on bacteriophage to enable rapid parallel analysis of recombinant interferons. Recombinants with improved efficacy and selectivity profiles are selectively propagated for improved activity. Variants presenting improved binding to IFN-alpha receptors, using the screening for mutants having an optimal ability to direct T H 1 differentiation, it may be selected for further analysis. More specifically, the ability of IFN-α mutants to induce the production of IL-2 and IFN-γ in human T lymphocyte cultures in vitro was demonstrated by cytokine-specific ELISA and intracellular cytokine staining and flow cytometry. Can be studied by

【0079】 IL−12は、おそらく、TH1応答を指示する最も強力なサイトカインであ り、そしてまたアジュバントとして作用して、遺伝子ワクチン接種に続いてTH 1応答を増強することが示された(Kimら(1997)J.Immunol.
158:816)。IL−12は、構造的および機能的の両方において特有のサ
イトカインである。IL−2は、現在までに公知の唯一のへテロダイマーサイト
カインであり、35kDの軽鎖(p35)および40kDの重鎖(p40)から
構成されている(Kobatyashiら(1989)J.Exp.Med.1
70:827;Sternら(1990)Proc.Nat’l.Acad.S
ci.USA 87:6808)。最近、Lieschkeら((1997)N
ature Biotech.15:35)は、p35遺伝子とp40遺伝子と
の間の融合が、別々に発現された2つの遺伝子に匹敵する活性を有する単一遺伝
子を生じることを示した。これらのデータは、IL−2遺伝子を1つの実体とし
てシャッフルすることが可能であることを示す。このことは、シャッフリングプ
ロトコルの設計に有用である。そのT細胞増殖促進活性のために、ほとんどの活
性IL−12遺伝子の選択において、正常ヒトの末梢血のT細胞を使用し得、ヒ
トT細胞に対して最も強力な活性を有するIL−12変異体の直接的な選択を可
能にする。IL−12変異体をCHO中で発現し得、そして例えば、この上清の
T細胞増殖を誘導する能力を決定する(図6)。上清中のIL−2濃度を、シャ
ッフルされたIL−2分子に融合されたタグを検出する特定のELISAに基づ
いて規格化し得る。
[0079] IL-12 is probably find it most potent cytokine der instructing T H 1 responses, and also acts as an adjuvant, it is shown to enhance T H 1 response following a genetic vaccination (Kim et al. (1997) J. Immunol.
158: 816). IL-12 is a unique cytokine, both structurally and functionally. IL-2 is the only heterodimeric cytokine known to date and is composed of a 35 kD light chain (p35) and a 40 kD heavy chain (p40) (Kobatashi et al. (1989) J. Exp. Med. .1
70: 827; Stern et al. (1990) Proc. Nat'l. Acad. S
ci. USA 87: 6808). Recently, Lieshke et al. ((1997) N
atature Biotech. 15:35) showed that a fusion between the p35 and p40 genes yielded a single gene with activity comparable to the two genes expressed separately. These data indicate that the IL-2 gene can be shuffled as one entity. This is useful for designing shuffling protocols. Due to its T cell proliferation promoting activity, normal human peripheral blood T cells can be used in the selection of most active IL-12 genes, and IL-12 mutations with the most potent activity on human T cells Allows direct selection of the body. The IL-12 variant can be expressed in CHO and, for example, determine the ability of the supernatant to induce T cell proliferation (FIG. 6). The IL-2 concentration in the supernatant can be normalized based on a specific ELISA that detects the tag fused to the shuffled IL-2 molecule.

【0080】 進化されたIFN−α遺伝子および/またはIL−12遺伝子の遺伝子ワクチ
ンベクターへの取り込みは、安全であることが期待される。IFN−αの安全性
が、膨大な臨床研究において、および毎日の病院の診療において証明されている
。腎細胞癌に罹患する患者の処置におけるIL−12のフェーズII試験は、い
くつかの予想外の有害な効果を生じた(Taharaら(1995)Human
Gene Therapy 6:1607)。しかし、遺伝子ワクチンの成分
としてのIL−12は、高い局所的な発現レベルを目標とするのに対して、循環
において認められたそのレベルは、全身性ボーラス投与後に認められたレベルと
比較して最小であった。さらに、IL−12の全身的な処置のいくつかの有害な
効果は、その異常な長い半減期(サルにおいては、48時間まで)に関連付けら
れるようである。DNAシャッフリングは、より短い半減期での選択を可能にし
得、その結果、高ボーラス投与量後でさえ毒性を減少する。
Incorporation of the evolved IFN-α gene and / or IL-12 gene into a gene vaccine vector is expected to be safe. The safety of IFN-α has been proven in vast clinical studies and in daily hospital practice. Phase II trials of IL-12 in the treatment of patients with renal cell carcinoma have produced some unexpected adverse effects (Tahara et al. (1995) Human
Gene Therapy 6: 1607). However, while IL-12 as a component of a genetic vaccine targets high local expression levels, its levels found in the circulation are lower than those seen after systemic bolus administration. Was minimal. In addition, some adverse effects of systemic treatment of IL-12 appear to be associated with its abnormally long half-life (up to 48 hours in monkeys). DNA shuffling may allow for shorter half-life selections, resulting in reduced toxicity even after high bolus doses.

【0081】 他の場合において、特に、改善された抗体産生が所望される場合、TH2応答 を誘導し得る遺伝子ワクチンが好ましい。例えば、IL−4は、TH2細胞(こ の細胞は、高レベルのIL−4、IL−5およびIL−13を産生し、そしてア
レルギー性免疫応答を媒介する)の分化を指示することが示された。遺伝子ワク
チンが、自己免疫疾患に対して予防的に免疫するために使用される場合、TH2 表現型に向かって歪められる免疫応答が好ましい。TH1応答はまた、ワクチン が、存在する自己免疫応答を処置および調節するために使用される場合に好まし
い。なぜなら、自己反応性T細胞は、一般的にTH1表現型であるからである( Liblauら(1995)Immuno.Today 16:34−38)。
IL−4はまた、IgE合成に誘導において最も強力なサイトカインである;I
L−4欠損マウスはIgEを産生し得ない。喘息およびアレルギーは、IL−4
産生細胞の増大した頻度に関連し、そして第5染色体上に(IL−3、IL−5
、IL−9、IL−13およびGM−CSFをコードする遺伝子に極めて隣接し
て)存在するIL−4をコードする遺伝子座と遺伝学的に関連がある。活性化さ
れたT細胞、好塩基球およびマスト細胞によって産生されるIL−4は、153
のアミノ酸および2つの潜在的なN−グリコシル化部位を有するタンパク質であ
る。ヒトIL−4は、マウスIL−4に対してわずか50%の同一性であり、そ
してIL−4活性は種特異的である。ヒトにおいて、IL−13は、IL−4の
活性と類似する活性を有するが、IgE合成の誘導において、IL−4よりも強
力ではない。IL−4は、TH2分化を指示することが公知の唯一のサイトカイ ンである。
[0081] In other cases, especially if the antibody production with improved are desired, genetic vaccine capable of inducing T H 2 response are preferred. For example, IL-4, the T H 2 cells (this cell, high levels of IL-4, IL-5 and IL-13 produced, and mediates the allergic immune response) to direct the differentiation of It has been shown. Gene vaccine, when used to prevent immune to autoimmune disease, the immune response is skewed toward the T H 2 phenotype are preferred. T H 1 response also, the vaccine is preferred when used to treat and modulate the autoimmune response that is present. This is because, autoreactive T cells, since it is generally T H 1 phenotype (Liblau et al. (1995) Immuno.Today 16: 34-38) .
IL-4 is also the most potent cytokine in inducing IgE synthesis;
L-4 deficient mice cannot produce IgE. Asthma and allergy are IL-4
Associated with an increased frequency of producer cells and on chromosome 5 (IL-3, IL-5
, IL-9, IL-13 and GM-CSF (generally adjacent to the gene encoding IL-4). IL-4 produced by activated T cells, basophils and mast cells is 153
Amino acid and two potential N-glycosylation sites. Human IL-4 is only 50% identical to mouse IL-4, and IL-4 activity is species-specific. In humans, IL-13 has activity similar to that of IL-4, but is less potent than IL-4 at inducing IgE synthesis. IL-4 is the only cytokine is known to direct the T H 2 differentiation.

【0082】 改善されたIL−2アゴニストはまた、TH2細胞の分化の指示に有用である のに対して、改良されたIL−4アンタゴニストは、TH1細胞の分化を指示し 得る。改良されたIL−4のアゴニストおよびアンタゴニストは、IL−4レセ
プターまたは可溶性のIL−4レセプターのシャッフリングによって産生され得
る。IL−4レセプターは、IL−4R α鎖(140kDの高親和性結合ユニ
ット)およびIL−2R γ鎖(これらのサイトカインレセプターは、共通のγ
鎖を共有する)からなる。IL−4R α鎖は、IL−4レセプターおよびIL
−13レセプター複合体によって共有される。IL−4およびIL−13の両方
は、IL−4R α鎖のリン酸化を誘導するが、形質転換体でのIL−4R α
鎖の単独の発現は、機能的なIL−4Rを十分に提供しない。可溶性IL−4レ
セプターは、現在、アレルギーの処置のために臨床的試験中である。本発明のD
NAシャッフリング方法を使用して、IL−4に対する親和性を改良した可溶性
IL−4レセプターを進化し得る。このようなレセプターは、喘息および他のT H 2細胞媒介性疾患(例えば、重篤なアレルギー)の処置に有用である。このシ ャッフリング反応は、ヒトおよび他の霊長類に由来する、活性化T細胞からのc
DNAライブラリーに存在する天然の多様性を利用し得る。代表的な実施態様に
おいて、シャッフルされたIL−4R α鎖ライブラリーは、ファージにおいて
発現され、そして改良された親和性を有するIL−4に結合する変異体を同定す
る。次いで、選択された変異体の生物学的活性を、細胞ベースアッセイを使用し
てアッセイする。
[0082] The improved IL-2 agonists alsoHWhile useful for indicating the differentiation of two cells, improved IL-4 antagonistsHIt can direct the differentiation of one cell. Improved IL-4 agonists and antagonists include IL-4 receptors.
May be produced by shuffling of the putter or soluble IL-4 receptor.
You. The IL-4 receptor is an IL-4R α chain (140 kD high affinity binding unit).
And IL-2R γ chains (these cytokine receptors share a common γ
Chains). IL-4R α-chain comprises IL-4 receptor and IL
It is shared by the -13 receptor complex. Both IL-4 and IL-13
Induces phosphorylation of the IL-4R α chain, but induces IL-4R α in transformants.
Expression of the chain alone does not adequately provide a functional IL-4R. Soluble IL-4
Scepters are currently in clinical trials for the treatment of allergies. D of the present invention
Soluble with improved affinity for IL-4 using the NA shuffling method
Can evolve the IL-4 receptor. Such receptors include asthma and other T H Useful for treating two-cell mediated diseases (eg, severe allergies). This shuffling reaction involves c from activated T cells from humans and other primates.
The natural diversity present in DNA libraries can be exploited. In an exemplary embodiment
In addition, the shuffled IL-4R α chain library is
Identify variants that bind to IL-4 that are expressed and have improved affinity
You. The biological activity of the selected variants is then determined using a cell-based assay.
Assay.

【0083】 IL−2およびIL−15はまた、遺伝子ワクチンにおける使用について特に
興味深い。IL−2は、活性化B細胞および活性化T細胞に対する増殖因子とし
て作用し、そしてこれはまたNK−細胞の機能を調節する。IL−2はTH1様 T細胞クローンによって優先的に生成される。従って、IL−2は遅延型過敏性
反応において主に機能すると考えられる。しかし、IL−2はまた、B細胞によ
る増殖およびIg合成に対して強力で直接的な効果を有する。IL−2の複合免
疫調節の特性は、IL−2欠損マウス(このマウスは若齢での高い死亡率、そし
て炎症性腸疾患の自発的発達を含む免疫機能において多重欠損を有する)の表現
型に反映される。IL−15は、ごく最近に同定された、複数の細胞型によって
生成されるサイトカインである。IL−15は、全てではないがいくらかの活性
をIL−2と共有する。IL−2およびIl−15の両方は、B細胞の増殖およ
び分化を誘導する。しかし、IL−2欠損マウスにおけるIL−15の産生が正
常であると仮定すると、これらのマウスは多重免疫欠損を有するので、IL−1
5がインビボでIL−2の機能と置換し得ないことが明らかである。IL−2は
、抗CD40 mAbの存在下で、IL−10に誘導されるヒトIg産生を相乗
的に増強することが示されているが、これはIL−4の効果を拮抗した。IL−
2はまた、精製されたB細胞によるIL−4依存性IgE合成を増強する。他方
で、IL−2は、インビトロおよびインビボの両方においてIL−4依存性のマ
ウスIgG1およびIgE合成を阻害することが示された。同様に、IL−2は
、分画されていないヒトPBMCによるIL−4依存性ヒトIgE合成を阻害し
たが、この効果はIFN−αまたはIFN−γの効果よりも有意に低かった。B
細胞およびT細胞の両方を活性化するそれらの能力に起因して、IL−2および
IL−15は、ワクチン接種において有用である。実際、IL−2は、タンパク
質としておよび遺伝子ワクチンの成分として、ワクチン接種の有効性を改善する
ことが示された。本発明のDNAシャッフリング方法の使用により、IL−2お
よびIL−15の比活性および/または発現レベル/動力学を改善することは、
野生型IL−2およびIL−15と比較して有利な効果を増加する。
[0083] IL-2 and IL-15 are also of particular interest for use in genetic vaccines. IL-2 acts as a growth factor for activated B cells and activated T cells, and it also regulates NK-cell function. IL-2 is preferentially produced by T H 1-like T cell clone. Thus, IL-2 appears to function primarily in delayed-type hypersensitivity reactions. However, IL-2 also has strong and direct effects on proliferation and Ig synthesis by B cells. The combined immunomodulatory properties of IL-2 are phenotypic in IL-2 deficient mice, which have high mortality at young age and multiple deficiencies in immune function, including spontaneous development of inflammatory bowel disease. Is reflected in IL-15 is a cytokine that is most recently identified and is produced by multiple cell types. IL-15 shares some, but not all, activity with IL-2. Both IL-2 and Il-15 induce B cell proliferation and differentiation. However, assuming normal production of IL-15 in IL-2 deficient mice, these mice have multiple immune deficiencies, and therefore, IL-1
It is clear that 5 cannot replace the function of IL-2 in vivo. IL-2 has been shown to synergistically enhance IL-10-induced human Ig production in the presence of anti-CD40 mAb, which antagonized the effects of IL-4. IL-
2 also enhances IL-4 dependent IgE synthesis by purified B cells. On the other hand, IL-2 has been shown to inhibit IL-4-dependent mouse IgG1 and IgE synthesis both in vitro and in vivo. Similarly, IL-2 inhibited IL-4 dependent human IgE synthesis by unfractionated human PBMC, but this effect was significantly lower than that of IFN-α or IFN-γ. B
Due to their ability to activate both cells and T cells, IL-2 and IL-15 are useful in vaccination. In fact, IL-2 has been shown to improve the efficacy of vaccination as a protein and as a component of a genetic vaccine. Improving the specific activity and / or the expression level / kinetics of IL-2 and IL-15 by using the DNA shuffling method of the present invention,
Increases beneficial effects compared to wild-type IL-2 and IL-15.

【0084】 本発明の方法に従った遺伝子ワクチンにおける最適化および使用について特に
興味深い別のサイトカインは、インターロイキン−6である。IL−6は、活性
化B細胞によって分泌されるIgレベルを増強するその能力のため、もともとは
B細胞分化因子またはB細胞刺激因子−2として記載された単核細胞由来のサイ
トカインである。IL−6はまた、IL−4誘導性IgE合成を増強することが
示されている。中和抗IL−6 mAbはIL−4誘導性IgE合成を完全にブ
ロックしたため、IL−6が、ヒトIgE合成について必須の因子であることも
また示唆された。IL−6欠損マウスは、IgAを産生する能力を損なっている
。B細胞の分化におけるその強力な活性のため、IL−6は、ワクチン接種に続
いて産生される特異的抗体のレベルを増強し得る。このことは、高い局所的濃度
が達成され得、それによって、トランスフェクトされた免疫原性抗原を発現する
細胞に隣接する細胞において最も強力な効果を提供するので、DNAワクチンの
成分として特に有用である。DNAシャッフリングによって得られる、改善され
た比活性および/または改善された発現レベルを有するIL−6は、野生型IL
−6よりも有益な効果を有する。
Another cytokine of particular interest for optimization and use in genetic vaccines according to the methods of the present invention is interleukin-6. IL-6 is a mononuclear cell-derived cytokine originally described as a B cell differentiation factor or B cell stimulating factor-2 due to its ability to enhance the level of Ig secreted by activated B cells. IL-6 has also been shown to enhance IL-4 induced IgE synthesis. The neutralizing anti-IL-6 mAb completely blocked IL-4 induced IgE synthesis, thus also suggesting that IL-6 is an essential factor for human IgE synthesis. IL-6 deficient mice have an impaired ability to produce IgA. Due to its strong activity in B cell differentiation, IL-6 can enhance the levels of specific antibodies produced following vaccination. This is particularly useful as a component of a DNA vaccine because a high local concentration can be achieved, thereby providing the most potent effect on cells adjacent to cells expressing the transfected immunogenic antigen. is there. IL-6 with improved specific activity and / or improved expression level, obtained by DNA shuffling,
It has a more beneficial effect than -6.

【0085】 インターロイキン−8は、本発明の方法に従って改変される場合、遺伝子ワク
チンにおいて有用なサイトカインの別の例である。IL−8は、もともとは単核
細胞由来の好中球走化性因子および活性化因子として同定された。続いて、IL
−8は、T細胞に対して走化性であること、および好塩基性細胞を活性化して、
これらの細胞からのヒスタミンおよびロイコトリエンの放出の増強を生じること
も示された。さらに、IL−8は、サイトカイン活性化内皮細胞単層への好中球
の接着を阻害し、そして好中球に媒介される損傷からこれらの細胞を保護する。
従って、内皮細胞に誘導されるIL−8は、血管壁付近に生じる炎症性事象を減
衰させることが示唆された。IL−8はまた、免疫グロブリン生成を調節し、そ
してインビトロで分画されていないヒトPBMCおよび精製B細胞の両方による
IL−4誘導性IgG4およびIgE合成を阻害する。この阻害効果は、IFN
−α、IFN−γまたはプロスタグランジンE2から独立していた。さらに、I
L−8は、アトピー患者由来のPBMCによる自発的なIgE合成を阻害した。
炎症性細胞を誘引するその能力に起因して、IL−8は、他の走化剤と同様に、
ワクチン(DNAワクチンを含む(アジュバントとして作用する))の機能的特
性を増強する際に有用である。IL−8の有益な効果は、標的細胞における改善
された比活性および/または改善された発現を有するIL−8を得るための、本
発明のDNAシャッフリング方法を使用することによって改善され得る。
[0085] Interleukin-8 is another example of a cytokine useful in a genetic vaccine when modified according to the methods of the present invention. IL-8 was originally identified as a neutrophil chemoattractant and activator from monocytes. Then, IL
-8 is chemotactic for T cells and activates basophil cells,
It has also been shown to result in enhanced release of histamine and leukotriene from these cells. In addition, IL-8 inhibits neutrophil adhesion to cytokine-activated endothelial cell monolayers and protects these cells from neutrophil-mediated damage.
Thus, it was suggested that endothelial cell-induced IL-8 attenuates inflammatory events occurring near the vessel wall. IL-8 also regulates immunoglobulin production and inhibits IL-4 induced IgG4 and IgE synthesis by both unfractionated human PBMC and purified B cells in vitro. The inhibitory effect of IFN
-Α, IFN-γ or prostaglandin E2. Furthermore, I
L-8 inhibited spontaneous IgE synthesis by PBMC from atopic patients.
Due to its ability to attract inflammatory cells, IL-8, like other chemotactic agents,
Useful in enhancing the functional properties of vaccines, including DNA vaccines (acting as adjuvants). The beneficial effects of IL-8 can be improved by using the DNA shuffling methods of the invention to obtain IL-8 with improved specific activity and / or improved expression in target cells.

【0086】 インターロイキン−5およびそのアンタゴニストはまた、本発明の方法を使用
して、遺伝子ワクチンにおける使用のために最適化され得る。IL−5は、TH 2型T細胞によって主に生成され、そして好酸球を誘導するその能力のために、
アレルギー性疾患の病因において重要な役割を果たすと考えられる。IL−5は
、マウスおよびヒトの両方において、好酸球分化因子および生存因子として作用
する。中和モノクローナル抗体の使用によってIL−5の活性をブロックするこ
とは、マウスモデルにおいて肺性好酸球増加症および過敏症を強力に阻害する。
そしてIL−5欠損マウスは、好酸球増加症を発症しない。これらのデータはま
た、IL−5アンタゴニストが、アレルギー性好酸球増加症の処置において治療
的能力を有し得ることを示唆する。
[0086] Interleukin-5 and its antagonists can also be optimized for use in genetic vaccines using the methods of the invention. IL-5, because of its ability to be mainly produced by T H 2 type T cells, and induces eosinophil,
It is thought to play an important role in the pathogenesis of allergic diseases. IL-5 acts as an eosinophil differentiation factor and survival factor in both mice and humans. Blocking the activity of IL-5 by using a neutralizing monoclonal antibody strongly inhibits pulmonary eosinophilia and hypersensitivity in a mouse model.
And IL-5 deficient mice do not develop eosinophilia. These data also suggest that IL-5 antagonists may have therapeutic potential in treating allergic eosinophilia.

【0087】 IL−5はまた、活性化されたマウスおよびヒトのB細胞増殖、および活性化
されたマウスおよびヒトのB細胞によるIg合成の両方を増強することが示され
ている。しかし、他の研究は、IL−5は、ヒトB細胞の増殖に全く効果を有さ
ないが、好酸球を活性化したということを示唆した。IL−5欠損マウスにおけ
る抗体応答は正常であったため、IL−5は明らかに、通常のB細胞の成熟また
は分化について重要ではない。しかしこれらのマウスは、そのCD5+B細胞に おいて発達性欠損を有する。このことは、マウスにおけるこのB細胞サブセット
の正常な分化のためにIL−5が必要とされることを示す。最適以下のIL−4
の濃度において、IL−5は、インビトロでヒトB細胞によるIgE合成を増強
することが示された。さらに、近年の研究は、ヒトB細胞におけるIL−5の効
果が、B細胞刺激の様式に依存することを示唆した。IL−5は、Moraxe
lla catarrhalisで刺激されたB細胞によるIgM合成を有意に
増強した。さらに、IL−5は、最適以下の濃度のIL−2と共同作用したが、
SAC活性化B細胞によるIg合成に全く効果を有さなかった。活性化されたヒ
トB細胞はまた、IL−5 mRNAを発現した。このことは、IL−5がまた
、オートクライン機構によるB細胞機能(IgE合成を含む)を調節し得ること
を示唆する。
[0087] IL-5 has also been shown to enhance both activated mouse and human B cell proliferation and Ig synthesis by activated mouse and human B cells. However, other studies suggested that IL-5 had no effect on human B cell proliferation, but activated eosinophils. Clearly, IL-5 is not critical for normal B cell maturation or differentiation, since the antibody response in IL-5 deficient mice was normal. However, these mice have a developmental defect in their CD5 + B cells. This indicates that IL-5 is required for normal differentiation of this B cell subset in mice. Suboptimal IL-4
At a concentration of IL-5, IL-5 was shown to enhance IgE synthesis by human B cells in vitro. Furthermore, recent studies have suggested that the effect of IL-5 on human B cells depends on the mode of B cell stimulation. IL-5 is Moraxe
Significantly enhanced IgM synthesis by B cells stimulated with lla catarrhalis. Furthermore, IL-5 synergized with suboptimal concentrations of IL-2,
It had no effect on Ig synthesis by SAC-activated B cells. Activated human B cells also expressed IL-5 mRNA. This suggests that IL-5 can also regulate B cell functions (including IgE synthesis) by the autocrine mechanism.

【0088】 本発明は、IL−5またはそのレセプターと効率良く結合し、そしてこれらを
中和するIL−5アンタゴニストを進化させる方法を提供する。これらのアンタ
ゴニストは、アレルギーの予防および処置に使用されるワクチンの成分として有
用である。例えば、ヒトおよび他の哺乳動物種由来のIL−5をコードする核酸
を、シャッフリングし、そして最初のスクリーニングのために、固定化されたI
L−5Rに対する結合についてスクリーニングする。次いで、最初のスクリーニ
ングアッセイにおいて所望の効果を示すポリペプチドを、最も高い生物学的活性
について、組換え野生型IL−5の存在下で培養されたIL−5依存性細胞株の
増殖の阻害のようなアッセイを使用してスクリーニングし得る。あるいは、シャ
ッフリングされたIL−5R α鎖を、Il−5に対する改良された結合につい
てスクリーニングする。
The present invention provides a method for evolving IL-5 antagonists that efficiently bind to and neutralize IL-5 or its receptor. These antagonists are useful as components of vaccines used for prevention and treatment of allergy. For example, nucleic acids encoding IL-5 from humans and other mammalian species can be shuffled and immobilized I for initial screening.
Screen for binding to L-5R. The polypeptides that exhibit the desired effect in the initial screening assay are then tested for inhibition of growth of an IL-5 dependent cell line cultured in the presence of recombinant wild type IL-5 for highest biological activity. Such assays can be used to screen. Alternatively, the shuffled IL-5R α-chain is screened for improved binding to Il-5.

【0089】 腫瘍壊死因子(αおよびβ)およびそれのレセプターはまた、遺伝子ワクチン
における改変および使用のための適切な標的である。TNF−α(腫瘍の壊死を
引き起こすその能力のために、最初はカケクチンと記載された)は、17kDa
タンパク質であり、これは、ヒトの身体のほとんど全ての細胞から、活性化後に
低量産生される。TNF−αは内因性発熱物質として作用し、そしていくつかの
前炎症性(proinflammatory)サイトカインの合成を誘導し、急
性期タンパク質の産生を刺激し、そして線維芽細胞の増殖を誘導する。TNF−
αは、内毒素性ショックの病因において主要な役割を果たす。膜結合形態のTN
F−α(mTNF−α)(これは、B細胞とT細胞との間の相互作用に関与する
)は、T細胞活性化の4時間以内に迅速に上方調節される。mTNF−αは、H
IVに感染した患者において観察されるポリクローナルB細胞活性化において役
割を果たす。mTNF−αまたはp55 TNF−αレセプターに特異的なモノ
クローナル抗体は、活性化されたCD4+T細胞クローンまたはそれらの膜に誘 導されたIgE合成を強力に阻害する。p55 TNF−αRを欠損するマウス
は、内毒素性ショックに抵抗性であり、そして可溶性TNF−αRは、NODマ
ウスにおける自己免疫真性糖尿病を予防する。第2相試行(phase II
trail)において得られた有望な結果の後、慢性関節リュウマチの処置にお
いて、TNF−αRを使用する第3相試行(phase III trail)
が、進行中である。
[0089] Tumor necrosis factors (α and β) and their receptors are also suitable targets for modification and use in genetic vaccines. TNF-α (originally described as cachectin due to its ability to cause tumor necrosis) is 17 kDa
It is a protein that is produced in low quantities after activation by almost all cells of the human body. TNF-α acts as an endogenous pyrogen and induces the synthesis of some proinflammatory cytokines, stimulates the production of acute phase proteins, and induces fibroblast proliferation. TNF-
α plays a major role in the pathogenesis of endotoxin shock. TN in membrane-bound form
F-α (mTNF-α), which is involved in the interaction between B cells and T cells, is rapidly upregulated within 4 hours of T cell activation. mTNF-α is H
Plays a role in polyclonal B cell activation observed in patients infected with IV. Monoclonal antibodies specific for the mTNF-α or p55 TNF-α receptors potently inhibit IgE synthesis induced on activated CD4 + T cell clones or their membranes. Mice deficient in p55 TNF-αR are resistant to endotoxin shock, and soluble TNF-αR prevents autoimmune diabetes mellitus in NOD mice. Phase II
After the encouraging results obtained in Trail, a Phase III trail using TNF-αR in the treatment of rheumatoid arthritis
Is in progress.

【0090】 本発明の方法を使用して、例えば、改良された親和性を有し、それによりTN
F活性に対するアンタゴニストとして作用し得る可溶性TNF−αRを進化させ
得る。TNF−αRをコードし、そして配列多様性(例えば、ヒトおよび他の霊
長類の活性化されたT細胞由来のcDNAライブラリーにおいて観察される天然
の多様性)を示す核酸を、シャッフリングする。シャッフリングされた核酸を、
改良された親和性を有するTNF−αに結合する変異体を選択した後に、例えば
、ファージ上で発現させる。所望ならば、改良された変異体を、生物学的活性を
使用するさらなるアッセイに供し得、そしてシャッフリングされた遺伝子を、1
回以上のシャフリングおよびスクリーニングに供し得る。
Using the methods of the present invention, for example, having improved affinity,
Soluble TNF-αR that can act as an antagonist to F activity can be evolved. Nucleic acids encoding TNF-αR and exhibiting sequence diversity (eg, the natural diversity observed in cDNA libraries from activated T cells of human and other primates) are shuffled. Shuffled nucleic acid,
After selecting a mutant that binds to TNF-α with improved affinity, it is expressed, for example, on a phage. If desired, the improved variants can be subjected to further assays using biological activity, and the shuffled genes can be
More than one round of shuffling and screening.

【0091】 本発明の方法への適用のための別の目的の標的はインターフェロン−γであり
、そしてこのサイトカインのアンタゴニストの進化である。IFN−γに対する
レセプターは、90kDの結合成分糖タンパク質、228アミノ酸の細胞外部分
(膜貫通領域)、および222アミノ酸の細胞内領域からなる。グリコシル化は
、機能的活性には必要とされない。単鎖は、高い親和性の結合(10-9〜10-1 0 M)を提供するが、シグナル伝達には十分ではない。レセプター成分は、リガ ンド結合により二量体化する。マウスIFN−γレセプターは、マウスのIFN
−γレセプターとアミノ酸レベルで53%同一である。ヒトレセプターおよびマ
ウスレセプターは、それぞれヒトIFN−γおよびマウスIFN−γとのみ結合
する。ワクシニアウイルス、牛痘ウイルスおよびラクダ痘ウイルスは、sIFN
−γRのホモログを有し、これらは、比較的低いアミノ酸配列類似性(約20%
)を有するが、インビトロでIFN−γを有効に中和し得る。これらのホモログ
は、ヒトIFN−γ、ウシIFN−γ、ラット(マウスではない)IFN−γに
結合し、そしてIFN−γアンタゴニストとしてインビボ活性を有し得る。8つ
全てのシステインが、ヒト、マウス、粘液種ウイルス、およびショープ線維腫ウ
イルス(ワクシニアウイルス中の6つ)のIFN−γRポリペプチドにおいて保
存される。このことは、類似する3−D構造を示す。100〜300pMのkD
を有するmIFN−γRの細胞外部分が、昆虫細胞において発現されている。m
sIFN−γレセプターによるNZB/Wマウス(ヒトSLEのマウスモデル)
の処置(1週間に3回、腹腔内(i.p.)につき、100mg)は、糸状体腎
炎の発症を阻害する。sIFN−γまたは抗IFN−γ mAbで処置された全
てのマウスが、処置の中断後4週間生存し、そして偽薬集団において50%が死
んだのに対して、IFN−γ処置されたマウスの78%が死んだ。
Another target of interest for application to the method of the invention is interferon-γ.
And the evolution of antagonists of this cytokine. For IFN-γ
The receptor is a 90 kD binding component glycoprotein, the extracellular portion of 228 amino acids.
(Transmembrane region), and an intracellular region of 222 amino acids. Glycosylation is
Not required for functional activity. Single chains have high affinity binding (10-9-10-1 0 M), but not sufficient for signal transduction. The receptor component dimerizes by ligand binding. Mouse IFN-γ receptor is a mouse IFN-γ receptor.
-53% identical at the amino acid level to the gamma receptor. Human receptor and
Mouse receptor binds only to human IFN-γ and mouse IFN-γ, respectively
I do. Vaccinia virus, cowpox virus and camelpox virus are sIFN
-ΓR homologs, which have relatively low amino acid sequence similarity (about 20%
), But can effectively neutralize IFN-γ in vitro. These homologs
Shows human IFN-γ, bovine IFN-γ, and rat (but not mouse) IFN-γ
Can bind and have in vivo activity as an IFN-γ antagonist. Eight
All cysteines are present in humans, mice, mucus species viruses, and
Ls (six in vaccinia virus) IFN-γR polypeptide
Be preserved. This indicates a similar 3-D structure. 100-300 pM kD
The extracellular portion of mIFN-γR with is expressed in insect cells. m
NZB / W mouse by sIFN-γ receptor (mouse model of human SLE)
Treatment (three times a week, 100 mg per intraperitoneal (ip)),
Inhibits the onset of flame. Total treated with sIFN-γ or anti-IFN-γ mAb
All mice survived 4 weeks after discontinuation of treatment and 50% died in placebo population
In contrast, 78% of IFN-γ treated mice died.

【0092】 本発明の方法を使用して、改良された親和性を有する可溶性IFN−γRレセ
プターポリペプチドを進化させ、そして改良された比活性および細胞の免疫応答
を活性化する改良された能力を有するIFN−γを進化させ得る。各々場合にお
いて、それぞれのポリペプチドをコードし、配列多様性(例えば、ヒトおよび他
の霊長類由来の活性化されたT細胞由来のcDNAライブラリーにおいて観察さ
れる)を示す核酸を、組換えに供し、そしてスクリーニングして、改良された活
性を有するポリペプチドをコードする組換え核酸を同定する。シャッフリングさ
れたIFN−γRの場合において、シャッフリングされた核酸のライブラリーを
ファージ上に発現させ得、これをスクリーニングして、改良された親和性を有す
るIFN−γに結合する変異体を同定する。IFN−γの場合において、シャッ
フリングされたライブラリーを、改良された比活性および免疫系の改良された活
性化について、例えば、アッセイとして単球/マクロファージの活性化を使用し
て分析する。進化したIFN−γ分子は、ワクチン接種の効率を(例えば、アジ
ュバントとして使用された場合に)改良し得る。
The methods of the present invention can be used to evolve soluble IFN-γR receptor polypeptides with improved affinity and improved specific activity and improved ability to activate cellular immune responses. IFN-γ can be evolved. In each case, nucleic acids encoding the respective polypeptides and exhibiting sequence diversity (eg, as observed in cDNA libraries derived from activated T cells from humans and other primates) are recombinantly transformed. Provided and screened to identify recombinant nucleic acids encoding polypeptides having improved activity. In the case of shuffled IFN-γR, a library of shuffled nucleic acids can be expressed on phage and screened to identify variants that bind to IFN-γ with improved affinity. In the case of IFN-γ, the shuffled library is analyzed for improved specific activity and improved activation of the immune system, for example, using monocyte / macrophage activation as an assay. Evolved IFN-γ molecules may improve the efficiency of vaccination (eg, when used as an adjuvant).

【0093】 本発明の方法を使用して得られる高親和性sIFN−γRポリペプチドを使用
して処置し得る疾患には、例えば、多発性硬化症、全身性エリテマトーデス(S
LE)、処置後の組織拒絶、および対宿主性移植片病が挙げられる。多発性硬化
症は、例えば、患者の脳におけるIFN−γ発現の増加、およびインビトロでの
患者のT細胞によるIFN−γ生成の増加により特徴付けられる。IFN−γ処
置は、(マウスにおけるEAEとは対照的に)この疾患を有意に悪化させること
が示されている。
Diseases that can be treated using the high affinity sIFN-γR polypeptides obtained using the methods of the invention include, for example, multiple sclerosis, systemic lupus erythematosus (S
LE), post-treatment tissue rejection, and graft versus host disease. Multiple sclerosis is, for example, characterized by increased IFN-γ expression in the patient's brain and increased IFN-γ production by the patient's T cells in vitro. IFN-γ treatment has been shown to significantly worsen the disease (as opposed to EAE in mice).

【0094】 トランスホーミング増殖因子(TGF)−βは、本発明の方法を使用して、遺
伝子ワクチンにおける使用のために最適化し得る別のサイトカインである。TG
F−βは、本質的に全ての細胞型に対して増殖調節活性を有し、そしてまた、免
疫系の細胞に対する複雑な調節効果を有することが示されている。TGF−βは
、B細胞およびT細胞の両方の増殖を阻害し、また、細胞傷害性T細胞およびN
K細胞の発生および分化を抑制する。TGF−βは、マウスB細胞およびヒトB
細胞の両方において、IgAの転換を指向することが示されている。TGF−β
はまた、マウスB細胞およびヒトB細胞において、生殖細胞系の転写を誘導する
ことが示されており、このことは、TGF−βが、IgA転換を特異的に誘導し
得るという結論を支持する。
[0094] Transforming growth factor (TGF) -β is another cytokine that can be optimized for use in genetic vaccines using the methods of the invention. TG
F-β has growth regulatory activity on essentially all cell types and has also been shown to have complex regulatory effects on cells of the immune system. TGF-β inhibits the proliferation of both B cells and T cells, and also inhibits cytotoxic T cells and N cells.
Inhibits the development and differentiation of K cells. TGF-β is expressed in mouse B cells and human B cells.
It has been shown to direct IgA conversion in both cells. TGF-β
Have also been shown to induce germline transcription in mouse and human B cells, supporting the conclusion that TGF-β can specifically induce IgA conversion. .

【0095】 そのIgA転換を指向する能力のために、TGF−βは、強力な粘膜性免疫の
誘導を意図するDNAワクチン(例えば、下痢に対するワクチン)の成分として
有用である。また、その強力な抗増殖効果のために、TGF−βは、治療的癌ワ
クチンの成分として有用である。改良された比活性および/または改良された発
現レベル/動力学を有するTGF−βは、野生型TGF−βと比較して増強され
た有益な効果を有する。
Because of its ability to direct IgA conversion, TGF-β is useful as a component of DNA vaccines (eg, vaccines against diarrhea) intended to induce strong mucosal immunity. Also, due to its strong antiproliferative effect, TGF-β is useful as a component of therapeutic cancer vaccines. TGF-β with improved specific activity and / or improved expression levels / kinetics has an enhanced beneficial effect compared to wild-type TGF-β.

【0096】 本発明の方法を使用して最適化し得るサイトカインには、顆粒球コロニー刺激
因子(G−CSF)および顆粒球/マクロファージコロニー刺激因子(GM−C
SF)もまた、挙げられ得る。これらのサイトカインは、骨髄幹細胞が顆粒球/
マクロファージへと分化するのを誘導する。G−CSFおよびGM−CSFの投
与は、骨髄(BM)移植および放射線療法からの回復を有意に改善し、感染、な
らびに患者が病院で過ごさなければならない時間を減少する。GM−CSFは、
DNAワクチン接種後の抗体産生を増強する。G−CSFは、175アミノ酸の
タンパク質であるが、GM−CSFは、127アミノ酸を有する。ヒトG−CS
Fは、マウスG−CSFに対して、アミノ酸レベルで73%同一である。そして
2つのタンパク質は、交差反応性を示す。G−CSFは、ホモダイマーレセプタ
ー(約200pMのkDを有する二量体、約2〜4nMのkDを有する単量体)
を有し、GM−CSFに対するレセプターは、3つのサブユニット複合体である
。G−CSF RをコードするcDNAでトランスフェクトされた細胞株は、G
−CSFに応答して増殖する。GM−CSFに依存性の細胞株が利用可能である
(例えば、TF−1)。G−CSFは非毒性であり、そして現在は薬物として非
常に良く機能する。しかし、この処置は高価である。より強力なG−CSFなら
ば、患者にとっての医療に対する費用を減少し得る。これらのサイトカインによ
る処置は、代表的には短い期間であり、そして患者は、免疫原性に関する問題の
可能性を減少させる同じ処置を二度と必要としないと考えられる。
The cytokines that can be optimized using the methods of the present invention include granulocyte colony stimulating factor (G-CSF) and granulocyte / macrophage colony stimulating factor (GM-C
SF) may also be mentioned. These cytokines are derived from bone marrow stem cells
Induces differentiation into macrophages. Administration of G-CSF and GM-CSF significantly improves recovery from bone marrow (BM) transplantation and radiation therapy, reducing infections and the time patients must spend in hospital. GM-CSF is
Enhances antibody production after DNA vaccination. G-CSF is a protein of 175 amino acids, whereas GM-CSF has 127 amino acids. Human G-CS
F is 73% identical at the amino acid level to mouse G-CSF. And the two proteins show cross-reactivity. G-CSF is a homodimer receptor (a dimer with a kD of about 200 pM, a monomer with a kD of about 2 to 4 nM)
And the receptor for GM-CSF is a three subunit complex. The cell line transfected with the cDNA encoding G-CSFR
-Proliferate in response to CSF. Cell lines that are dependent on GM-CSF are available (eg, TF-1). G-CSF is non-toxic and currently functions very well as a drug. However, this procedure is expensive. A stronger G-CSF may reduce the cost of medical care for the patient. Treatment with these cytokines is typically for a short period of time, and the patient will not need the same treatment again to reduce the likelihood of immunogenic problems.

【0097】 本発明の方法は、改良された比活性を有するG−CSFおよび/またはGM−
CSF)、ならびにG−CSFおよび/またはGM−CSF活性を有する他のポ
リペプチドの展開に有用である。配列多様性を有するG−CSFおよび/または
GM−CSF核酸(例えば、これらは、多様な種からのcDNAライブラリーか
ら得られる)を、シャッフリングされたG−CSFおよび/またはGM−CSF
遺伝子のライブラリーを作製するためにシャッフリングする。これらのライブラ
リーを、例えば、コロニーの選択、適切な宿主細胞(例えば、CHO細胞)への
プラスミドのトランスフェクション、およびレセプター陽性細胞株を使用する上
清のアッセイによってスクリーニングし得る。あるいは、レセプター陽性細胞株
を再び使用して、ファージディスプレイまたは関連技術を使用し得る。さらに別
のスクリーニング方法は、シャッフリングされた遺伝子をG−CSF/GM−C
SF依存性細胞株へトランスフェクトすることを含む。この細胞を、1ウェルあ
たり1つの細胞および/または大きなフラスコにおいて非常に低密度で増殖させ
、そして最も速く増殖する細胞を選択する。これらの細胞由来のシャッフリング
された遺伝子を単離する;所望であれば、これらの遺伝子を、シャッフリングお
よび選択のさらなるラウンドのために使用し得る。
The method of the present invention provides a G-CSF and / or GM-
CSF), and other polypeptides having G-CSF and / or GM-CSF activity. G-CSF and / or GM-CSF nucleic acids with sequence diversity (e.g., they are obtained from cDNA libraries from various species) are shuffled into G-CSF and / or GM-CSF.
Shuffle to create a library of genes. These libraries can be screened, for example, by selecting colonies, transfecting the plasmid into appropriate host cells (eg, CHO cells), and assaying the supernatant using a receptor positive cell line. Alternatively, phage display or related techniques may be used, again using the receptor positive cell line. Yet another screening method is to use the shuffled genes as G-CSF / GM-C
Transfecting into an SF-dependent cell line. The cells are grown at very low density, one cell per well and / or in a large flask, and the fastest growing cells are selected. Isolate the shuffled genes from these cells; if desired, these genes can be used for further rounds of shuffling and selection.

【0098】 線毛性神経栄養因子(CNTF)は、本発明の方法の適用についての別の適切
な標的である。CNTFは、200アミノ酸を有し、これはラットCNTFポリ
ペプチドとウサギCNTFポリペプチドとの間で80%の配列同一性を示す。C
NTFは、IL−6様の炎症性効果を有し、そして急性期タンパク質の合成を誘
導する。CNTFは、細胞質ゾルタンパク質であり、これは、IL−6/IL−
11/LIF腫瘍株(oncostain)Mファミリーに属し、そして細胞性
損傷によってか、または未知の放出機構によってかのいずれかで利用可能になっ
た後にのみ生物学的に活性になる。CNTFは、髄鞘形成シュヴァン細胞、星状
細胞、および坐骨神経によって発現される。構造的に、CNTFは、二量体タン
パク質であり、新規な逆平行配置のサブユニットを有する。各々のサブユニット
は、二重交差をする4つのヘリックスバンドル折り畳みを採用し、これらの2つ
のヘリックスは、二量体界面(dimer interface)に寄与する。
Lys−155変異体は活性を欠損し、そしていくつかのGlu−153変異体
は、5〜10倍高い生物学的活性を有する。CNTFのレセプターは、特定のC
NTFレセプター鎖、gp130、およびLIF−βレセプターからなる。CN
TFRα鎖は、GPIアンカーを有する代わりに膜貫通ドメイン部分を欠失する
。高濃度において、CNTFは、CNTFR非依存性応答を媒介し得る。可溶性
CNTFRはCNTFを結合し、その後LIFRに結合し得、そしてgp130
を通じてシグナル伝達を誘導し得る。CNTFは、いくつかの型のニューロンの
生存を増強し、そしてハンティングトン病の動物モデルにおいて(NGF、神経
栄養因子、およびニューロトロフィリン−3(neurotrophilin−
3)と対照的に)ニューロンを保護する。CNTFレセプターノックアウトマウ
スは、生まれた時に重篤のモーターニューロン欠損を有し、そしてCNTFノッ
クアウトマウスは、このような欠損を出生後に示す。CNTFはまた、マウスモ
デルにおいて肥満症を減少する。CNTFの発現の減少は、時に精神病患者にお
いて観察される。ALS(1年の発症率は約1/100000、5%は家族性、
6年以内に90%が死亡)を罹患する患者におけるフェーズI研究は、皮下に5
mg/kg/日より高い投薬をした後に有意な副作用(食欲不振、体重の減少、
単純ヘルペスウイルス(HSV1)の再活性化、咳、経口分泌物の増加を含む)
を見出した。CNTFに対する抗体は、ほとんど全ての患者において検出された
。従って、このことは、異なる免疫学的特性を有する代替のCNTFの必要性を
例示する。
Ciliary neurotrophic factor (CNTF) is another suitable target for application of the method of the invention. CNTF has 200 amino acids, which shows 80% sequence identity between rat CNTF polypeptide and rabbit CNTF polypeptide. C
NTF has an IL-6-like inflammatory effect and induces the synthesis of acute phase proteins. CNTF is a cytosolic protein that contains IL-6 / IL-
Belongs to the 11 / LIF oncostain M family and become biologically active only after being made available either by cellular damage or by an unknown release mechanism. CNTF is expressed by myelinating Schwann cells, astrocytes, and sciatic nerve. Structurally, CNTF is a dimeric protein and has a novel antiparallel arrangement of subunits. Each subunit employs a four-helix bundle fold with double crossings, and these two helices contribute to the dimer interface.
The Lys-155 mutant lacks activity, and some Glu-153 mutants have 5-10 fold higher biological activity. The receptor for CNTF is a specific C
Consists of the NTF receptor chain, gp130, and LIF-β receptor. CN
The TFRα chain lacks a transmembrane domain instead of having a GPI anchor. At high concentrations, CNTF can mediate a CNTFR-independent response. Soluble CNTFR can bind CNTF and then LIFR, and gp130
Can induce signal transduction. CNTF enhances the survival of some types of neurons, and in animal models of Huntington's disease (NGF, neurotrophic factor, and neurotrophilin-3).
Protect neurons (as opposed to 3). CNTF receptor knockout mice have severe motor neuron deficits at birth, and CNTF knockout mice show such deficits postnatally. CNTF also reduces obesity in a mouse model. Decreased expression of CNTF is sometimes observed in psychotic patients. ALS (Annual incidence rate is about 1/100000, 5% is familial,
Phase I study in patients suffering from 90% death within 6 years)
Significant side effects after an administration of more than mg / kg / day (anorexia, weight loss,
Reactivation of herpes simplex virus (HSV1), including coughing and increased oral secretions)
Was found. Antibodies to CNTF were detected in almost all patients. Thus, this illustrates the need for alternative CNTFs with different immunological properties.

【0099】 本発明の組換え方法およびスクリーニング方法を使用して、インビボで免疫原
性の減少を示す改変されたCNTFポリペプチドを入手し得る;より高い比活性
もまた、これらの方法を使用して入手可能である。シャッフリングは、CNTF
をコードする核酸を使用して行われる。好ましい実施態様において、IL−6/
LIF/(CNTF)ハイブリッドを、CNTFのレセプター結合部位に対して
コードする過剰のオリゴヌクレオチドを使用してシャッフリングすることによっ
て入手する。次いで、ファージディスプレイを使用して、IL−6/LIFレセ
プターに対する結合の欠失について試験し得る。この最初のスクリーニングに続
いて、CNTFレセプターへの高親和性結合について、および所望される場合は
CNTF応答性細胞株に使用する機能的アッセイについて試験する。シャッフリ
ングされたCNTFポリペプチドを試験して、哺乳動物への投与の際に縮小した
免疫原性を示すCNTFポリペプチドを同定し得る。
The recombinant and screening methods of the present invention can be used to obtain modified CNTF polypeptides that exhibit reduced immunogenicity in vivo; higher specific activities also use these methods. Available. Shuffling is CNTF
Using a nucleic acid that encodes In a preferred embodiment, IL-6 /
LIF / (CNTF) hybrids are obtained by shuffling with an excess of oligonucleotides encoding for the receptor binding site of CNTF. Phage display can then be used to test for loss of binding to the IL-6 / LIF receptor. Following this initial screen, we will test for high affinity binding to the CNTF receptor and, if desired, for functional assays to be used on CNTF-responsive cell lines. Shuffled CNTF polypeptides can be tested to identify CNTF polypeptides that exhibit reduced immunogenicity upon administration to a mammal.

【0100】 本発明の組換え方法およびスクリーニング方法における別の方法を使用して、
CNTFを最適化し得、これによってポリペプチドの分泌を改良する。CNTF
cDNAがhNGFのリーダー配列に作動可能に連結される場合、産生される
全CNTFの35〜40%のみが分泌される。
Using another method in the recombinant and screening methods of the present invention,
CNTF can be optimized, thereby improving secretion of the polypeptide. CNTF
When the cDNA is operably linked to the leader sequence of hNGF, only 35-40% of the total CNTF produced is secreted.

【0101】 発現ベクター(例えば、DNAワクチン)中のシャッフリングされた遺伝子、
または精製されたタンパク質のいずれかを使用する、最適化されたCNTFでの
処置のための標的疾患としては、肥満症、筋萎縮性側索硬化症(ALS、ルー・
ゲーリグ病)、糖尿病性ニューロパシー、発作、および脳の手術が挙げられる。
The shuffled genes in an expression vector (eg, a DNA vaccine)
Alternatively, targeted diseases for treatment with optimized CNTF using any of the purified proteins include obesity, amyotrophic lateral sclerosis (ALS, Lu
Gehrig's disease), diabetic neuropathy, seizures, and brain surgery.

【0102】 本発明の方法を使用して、ケモカインをコードするポリヌクレオチドをまた最
適化し得、そして遺伝子ワクチンベクターに組み込み得る。構造に基づいて、少
なくとも3つのクラスのケモカインが公知である:Cケモカイン(例えば、リン
ホタクチン(lymphotactin))、C−Cケモカイン(例えば、MC
P−1、MCP−2、MCP−3、MCP−4、MIP−1a、MIP−1b、
RANTES)、C−X−Cケモカイン(例えば、IL−8、SDF−1、EL
R、Mig、IP10)(PremackおよびSchall(1996)Na
ture Med.2:1174)。ケモカインは、免疫機能および炎症機能を
媒介する他の細胞を誘引し得、それによって、免疫応答を増強する。種々の型の
ケモカインにより誘引される細胞としては、例えば、リンパ球、単球および好中
球が挙げられる。一般に、C−X−Cケモカインは、単球ではなく、好中球に対
する化学誘引物質であり、C−Cケモカインは、好中球ではなく、単球およびリ
ンパ球を誘引し、Cケモカインはリンパ球を誘引する。
Using the methods of the present invention, polynucleotides encoding chemokines can also be optimized and incorporated into genetic vaccine vectors. Based on structure, at least three classes of chemokines are known: C chemokines (eg, lymphotoactin), CC chemokines (eg, MC)
P-1, MCP-2, MCP-3, MCP-4, MIP-1a, MIP-1b,
RANTES), CXC chemokines (eg, IL-8, SDF-1, EL
R, Mig, IP10) (Premac and Schall (1996) Na
cure Med. 2: 1174). Chemokines can attract other cells that mediate immune and inflammatory functions, thereby enhancing the immune response. Cells attracted by various types of chemokines include, for example, lymphocytes, monocytes and neutrophils. In general, C—X—C chemokines are chemoattractants for neutrophils, but not monocytes, C—C chemokines attract monocytes and lymphocytes, but not neutrophils, and C chemokines are lymphoid. Attract the ball.

【0103】 遺伝子ワクチンベクターはまた、表面結合アクセサリー分子(例えば、免疫応
答の調節および増強に関与する分子)をコードする最適化された組換えポリヌク
レオチドを含み得る。これらの分子(例えば、B7−1(CD80)、B7−2
(CD86)、CD40、CD40に対するリガンド、CTLA−4、CD28
およびCD150(SLAM)を含む)をDNAシャッフリングに供して、変更
および/または改良した活性を有する改変体を入手し得る。
[0103] Genetic vaccine vectors can also include optimized recombinant polynucleotides that encode surface-associated accessory molecules, such as molecules involved in regulating and enhancing the immune response. These molecules (eg, B7-1 (CD80), B7-2
(CD86), CD40, ligand for CD40, CTLA-4, CD28
And CD150 (including SLAM)) can be subjected to DNA shuffling to obtain variants with altered and / or improved activity.

【0104】 CD1分子をコードする最適化した組換えポリヌクレオチドはまた、特定の適
用のための遺伝子ワクチンベクターに有用である。CD1は、MHC分子に構造
的および機能的に関連付けられる非多型性分子である。重要なことに、CD1は
、MHC様の活性を有し、そして抗原提示分子として機能し得る(Porcel
li(1995)Adv.Immunol.59:1)。CD1は、非常に効率
的な抗原提示細胞である樹状細胞上で高度に発現される。CD1および目的の抗
原をコードするDNAワクチンベクターでの標的細胞の同時トランスフェクショ
ンは、免疫応答を追加免疫するようである。なぜなら、CD1細胞は、MHC分
子と対照的に、非近交系集団において限定された対立遺伝子多様性を提示し(P
orcelli、前出)、種々の遺伝的背景を有する個体の大きな集団は、1つ
のCD1対立遺伝子でワクチン接種され得るからである。CD1分子の機能的な
特性は、本発明のDNAシャッフリング方法によって改良され得る。
[0104] Optimized recombinant polynucleotides encoding the CD1 molecule are also useful in genetic vaccine vectors for certain applications. CD1 is a non-polymorphic molecule that is structurally and functionally related to MHC molecules. Importantly, CD1 has MHC-like activity and can function as an antigen presenting molecule (Porcel
li (1995) Adv. Immunol. 59: 1). CD1 is highly expressed on dendritic cells, which are very efficient antigen presenting cells. Co-transfection of target cells with a DNA vaccine vector encoding CD1 and the antigen of interest appears to boost the immune response. Because CD1 cells, in contrast to MHC molecules, display limited allelic diversity in outbred populations (P
orcelli, supra), because a large population of individuals with different genetic backgrounds can be vaccinated with one CD1 allele. The functional properties of the CD1 molecule can be improved by the DNA shuffling method of the present invention.

【0105】 最適化された組換えTAP遺伝子および/または遺伝子産物はまた、遺伝子ワ
クチンベクター中に含まれ得る。TAP遺伝子および種々の目的のためのそれら
の最適化は、以下で詳細に議論される。さらに、熱ショックタンパク質(HSP
)(例えば、HSP70)はまた、抗原の改良された提示およびプロセシングに
ついて展開され得る。HSP70は、CD8+T細胞の活性化を誘導するための アジュバントとして作用することが示され、そして特定の抗原ペプチドの免疫原
性を増強する(Blachereら(1997)J.Exp.Med.186:
1315−22)。HSP70が遺伝子ワクチンベクターによってコードされる
場合、抗原ペプチドの提示およびプロセシングを増強し、それによって、遺伝子
ワクチンの効力を改良するようである。DNAシャッフリングを使用して、熱シ
ョックタンパク質(例えば、HSP70)の特性(アジュバント活性を含む)を
さらに改良し得る。
[0105] The optimized recombinant TAP gene and / or gene product may also be included in a genetic vaccine vector. The TAP genes and their optimization for various purposes are discussed in detail below. Furthermore, heat shock proteins (HSP
) (Eg, HSP70) can also be deployed for improved presentation and processing of antigens. HSP70 has been shown to act as an adjuvant to induce CD8 + T cell activation and enhances the immunogenicity of certain antigenic peptides (Blachere et al. (1997) J. Exp. Med. 186:
1315-22). When HSP70 is encoded by a genetic vaccine vector, it appears to enhance presentation and processing of the antigenic peptide, thereby improving the efficacy of the genetic vaccine. DNA shuffling can be used to further improve the properties of heat shock proteins (eg, HSP70), including adjuvant activity.

【0106】 組換え的に産生したサイトカイン、ケモカイン、およびアクセサリー分子のポ
リぺプチド、ならびにこれらの分子のアンタゴニストを使用して、所定の刺激に
対する免疫応答の型に影響を及ぼし得る。しかし、ポリぺプチドの投与は時折欠
点を有する。その欠点としては、短い半減期、高価さ、保存の困難さ(4℃にて
保存しなければならない)、および多くの分量を必要とすることが挙げられる。
また、ボーラス注射は、時折副作用を引き起こし得る。組換えサイトカインまた
は他の分子をコードするポリヌクレオチドの投与は、これらの問題点のほとんど
または全てを克服する。例えば、高純度に調製され得るDNAは、安定であり、
温度耐性であり、非感染性であり、製造が容易である。さらに、サイトカインの
ポリヌクレオチド媒介性投与は、長期持続、一貫した発現、および一般に安全で
あると考えられるポリヌクレオチドの投与を提供し得る。
Recombinantly produced cytokines, chemokines, and accessory molecule polypeptides, and antagonists of these molecules, can be used to affect the type of immune response to a given stimulus. However, administration of polypeptides sometimes has drawbacks. Disadvantages include short half-life, high cost, difficulty in storage (must be stored at 4 ° C.), and the need for large quantities.
Also, bolus injections can occasionally cause side effects. Administration of a polynucleotide encoding a recombinant cytokine or other molecule overcomes most or all of these problems. For example, DNA that can be prepared with high purity is stable,
It is temperature resistant, non-infectious and easy to manufacture. In addition, polynucleotide-mediated administration of cytokines may provide for long-lasting, consistent expression, and administration of the polynucleotide, which is generally considered safe.

【0107】 サイトカイン、ケモカインおよびアクセサリー分子の機能は、重複性でかつ多
面発現性であるため、どのサイトカインの組み合わせがワクチン接種の後の抗原
特異的な免疫応答の誘導および増強に最も強力であるかを決定することは困難で
あり得る。さらに、サイトカインとアクセサリー分子との最も有用な組み合わせ
は、代表的に、ワクチン接種の後に所望される免疫応答の型に依存して異なる。
例えば、IL−4は、TH2細胞(この細胞は、高レベルのIL−4、IL−5 およびIL−13を産生し、アレルギー性の免疫応答を媒介する)の分化を指向
するが、INF−γおよびIL−12は、TH1細胞(この細胞は、高レベルの IL−2およびINF−γを産生する)の分化を指向し、そして遅延型の免疫応
答を媒介することが示されている。さらに、サイトカインとアクセサリー分子と
の最も有用な組み合わせもまた、ワクチン接種に使用される抗原に依存するよう
である。本発明は、最適化された遺伝子ワクチンカクテルを得るこの問題点に対
する解決策を提供する。サイトカイン、ケモカインおよびアクセサリー分子の種
々の組み合わせが、本明細書に記載される方法を使用してベクターに組み入れら
れる。次いで、これらのベクターを、インビボおよびインビトロでの免疫応答を
誘導するそれらの能力についてスクリーニングする。
Since the functions of cytokines, chemokines and accessory molecules are redundant and pleiotropic, which cytokine combination is most potent in inducing and enhancing an antigen-specific immune response after vaccination Can be difficult to determine. In addition, the most useful combinations of cytokines and accessory molecules typically vary depending on the type of immune response desired after vaccination.
For example, IL-4, the T H 2 cells (this cells produce high levels of IL-4, IL-5 and IL-13, mediate the allergic immune response) is directed differentiation, INF-gamma and IL-12 is T H 1 cells (the cells to produce IL-2 and INF-gamma high level) directed differentiation, and to mediate the immune response of delayed shows Have been. In addition, the most useful combinations of cytokines and accessory molecules also appear to depend on the antigen used for vaccination. The present invention provides a solution to this problem of obtaining an optimized genetic vaccine cocktail. Various combinations of cytokines, chemokines and accessory molecules are incorporated into vectors using the methods described herein. These vectors are then screened for their ability to induce an immune response in vivo and in vitro.

【0108】 遺伝子シャッフリングおよび組合せ分子生物学によって生成された、広範なベ
クターのライブラリーを、所望される場合、例えば、TH1表現形またはTH2表
現形への免疫応答を指示する最大能力についてスクリーニングする。種々のベク
ターのライブラリーを、進化された種々のプロモーター、(進化された)サイト
カイン、(進化された)サイトカインアンタゴニスト、(進化された)ケモカイ
ン、(進化された)アクセサリー分子および免疫刺激配列を構築することによっ
て生成し得る。これらの各々は、本明細書に記載される方法を用いて調製され得
る。トランスフェクションおよび発現を促進するDNA配列および化合物が、含
まれ得る。病原体が公知である場合、病原体由来の免疫原性抗原をコードする特
定のDNA配列をこれらのベクターに組込み得、病原体に対する防御免疫(遺伝
子ワクチンにおけるように)を提供し得る。
[0,108] were generated by gene shuffling and combinations molecular biology, if a library of wide variety of vectors, is desired, for example, the maximum ability to direct the immune response to T H 1 phenotype or T H 2 phenotype Screen for Libraries of different vectors are constructed with different promoters, (evolved) cytokines, (evolved) cytokine antagonists, (evolved) chemokines, (evolved) accessory molecules and immunostimulatory sequences. Can be generated. Each of these can be prepared using the methods described herein. DNA sequences and compounds that facilitate transfection and expression can be included. If the pathogen is known, specific DNA sequences encoding immunogenic antigens from the pathogen can be incorporated into these vectors and provide protective immunity to the pathogen (as in a genetic vaccine).

【0109】 最初のスクリーニングは、好ましくは、インビトロで実行される。例えば、こ
のライブラリーを、所望する免疫応答型の指標であるサイトカインを産生し得る
、T細胞の分化を誘導する能力について試験される細胞に導入し得る。TH1応 答については、例えば、このライブラリーをスクリーニングして、IL−2およ
びIFN−γを産生するT細胞を誘導し得る組換えポリヌクレオチドを同定する
。一方、IL−4、IL−5、およびIL−13のT細胞産生の導入についての
スクリーニングは、TH2応答を支持する組換えポリヌクレオチドを同定するた めに行われる。
The initial screening is preferably performed in vitro. For example, the library can be introduced into cells that will be tested for their ability to induce T cell differentiation, which can produce cytokines that are indicative of the type of immune response desired. The T H 1 responses, for example, by screening the library to identify a recombinant polynucleotide capable of inducing T cells producing IL-2 and IFN-gamma. On the other hand, IL-4, IL-5 , and IL-13 screening Introduction of T cell production is performed in order to identify recombinant polynucleotide which supports the T H 2 response.

【0110】 スクリーニングはまた、動物モデルを使用してインビボで行われる。例えば、
本発明の方法を使用して産生されたベクターを、致死感染に対して防御する能力
について試験し得る。他のスクリーニング方法は、Leishmania ma
jor寄生動物の、BALB/cマウス(nonhealer)の足蹠への注射
を含む。プラスミドのプールを、これらのマウスの静脈内、腹腔内または足蹠に
注射し、そして足蹠隆起の大きさを追跡する。さらに別のインビボスクリーニン
グの方法は、Nippostrongylus brasiliensisに感
染させた後のIgEレベルの検出を含む。高レベルはTH2応答を示し、一方、 IgEの低レベルはTH1応答を示す。
[0110] Screening is also performed in vivo using animal models. For example,
Vectors produced using the methods of the invention can be tested for their ability to protect against lethal infection. Another screening method is Leishmania ma.
Injection of the Jor parasite into the footpad of BALB / c mice (nonhealer). The pool of plasmids is injected intravenously, intraperitoneally or in the footpad of these mice, and the size of the footpad ridge is followed. Yet another method of in vivo screening involves the detection of IgE levels after infection with Nipponstrongylus brasiliensis. High level indicates T H 2 response, while low levels of IgE indicates the T H 1 responses.

【0111】 動物モデルでの首尾の良い結果は、ヒトにおいて確認し易い。インビトロスク
リーニングは、ヒトTH1表現型またはTH2表現型についてか、または他の所望
の免疫応答について試験するために行われ得る。ベクターはまた、ヒトにおいて
、感染に対する防御を誘導する能力について試験され得る。
[0111] Successful results in animal models are readily ascertainable in humans. In vitro screening can be performed to test for whether or other desired immune response human T H 1 phenotype or T H 2 phenotype. Vectors can also be tested in humans for their ability to induce protection against infection.

【0112】 免疫機能の原理は、広範な種々の感染に類似しているので、免疫刺激するDN
Aワクチンベクターが、病原体の侵入部位(例えば、肺または腸)に送達された
場合、多数の感染疾患の処置のみならず、感染の防御にも有用であり得るからで
ある。
Since the principle of immune function is similar to a wide variety of infections, immunostimulating DN
If the A vaccine vector is delivered to the site of pathogen entry (eg, lung or intestine), it may be useful not only in treating a number of infectious diseases, but also in protecting against infection.

【0113】 (3.細胞レセプターのアゴニストまたはアンタゴニスト) 本発明はまた、免疫応答の媒介に関与する細胞レセプターと相互作用し得るペ
プチドまたはポリぺプチドをコードする、最適化された組換えポリヌクレオチド
を得るための方法を提供する。この最適化された組換えポリヌクレオチドは、レ
セプターのアゴニストまたはアンタゴニストとして作用し得る。
3. Agonists or Antagonists of Cell Receptors The present invention also provides optimized recombinant polynucleotides that encode peptides or polypeptides that can interact with cellular receptors involved in mediating an immune response. Provide a way to get: The optimized recombinant polynucleotide can act as an agonist or antagonist of the receptor.

【0114】 サイトカインアンタゴニストを、遺伝子ワクチンカクテルの成分として使用し
得る。免疫抑制性のサイトカインをブロックすることは、単一の炎症誘発性のサ
イトカインを添加することよりはむしろ、より一般的な様式において、免疫応答
を増強するようである。なぜなら、いくつかの経路が同時に増強されるからであ
る。適切なアンタゴニストを選択することによって、所望の効果を達成するのに
最も効果的な応答を得るように、遺伝子ワクチンによって誘導される免疫応答を
変更し得る。適切ならば、任意のサイトカインに対するアンタゴニストが適切に
使用され得る:ブロックする目的のための特定のサイトカインとしては、例えば
、IL−4、IL−13、IL−10などが挙げられる。
[0114] Cytokine antagonists may be used as components of a genetic vaccine cocktail. Blocking immunosuppressive cytokines appears to enhance the immune response in a more general manner, rather than adding a single pro-inflammatory cytokine. Because several pathways are enhanced simultaneously. By selecting the appropriate antagonist, the immune response elicited by the genetic vaccine can be altered to obtain the most effective response to achieve the desired effect. Where appropriate, antagonists to any cytokine may be suitably used: specific cytokines for blocking purposes include, for example, IL-4, IL-13, IL-10, and the like.

【0115】 本発明は、それぞれのサイトカインの作用のブロックにおいて、より優れた有
効性を提示するサイトカインアンタゴニストを得る方法を提供する。改良したサ
イトカインアンタゴニストをコードするポリヌクレオチドを、ポリヌクレオチド
の組換えライブラリーを生成するために、遺伝子シャッフリングを使用して入手
し得、次いでこれらを、スクリーニングして、改良したアンタゴニストをコード
するポリヌクレオチドを同定する。DNAシャッフリングのための基質として、
例えば、それぞれのサイトカインに対するレセプターをコードするポリヌクレオ
チドを使用し得る。基質の少なくとも2つの形態が、組換え反応に存在し、各々
の形態は、少なくとも1つのヌクレオチド部位において相互に異なる。好ましい
実施態様において、このポリヌクレオチドの異なる形態は、異なる生物体由来の
相同なサイトカインレセプター遺伝子である。次いで、得られた組換えポリヌク
レオチドのライブラリーをスクリーニングして、所望の親和性および生物学的活
性を有するサイトカインアンタゴニストをコードするポリヌクレオチドを同定す
る。
The present invention provides methods for obtaining cytokine antagonists that exhibit greater efficacy in blocking the action of each cytokine. Polynucleotides encoding improved cytokine antagonists can be obtained using gene shuffling to generate a recombinant library of polynucleotides, which are then screened to obtain polynucleotides encoding improved antagonists Is identified. As a substrate for DNA shuffling,
For example, a polynucleotide encoding a receptor for each cytokine may be used. At least two forms of the substrate are present in the recombination reaction, each form being different from each other in at least one nucleotide position. In a preferred embodiment, the different forms of the polynucleotide are homologous cytokine receptor genes from different organisms. The resulting library of recombinant polynucleotides is then screened to identify polynucleotides that encode cytokine antagonists having the desired affinity and biological activity.

【0116】 遺伝子ワクチンカクテル中にサイトカインアンタゴニストを含むことによって
達成され得る効果の型の1つの例として、ならびに本発明のDNAシャッフリン
グ方法を使用してこの効果がどのように改良され得るのかの1つの例として、I
L−10について議論する。同様の理論的説明が、他のサイトカインのアンタゴ
ニストを入手および使用するために供され得る。インターロイキン10(IL−
10)は、おそらく、現在までに公知の最も強力な抗炎症性のサイトカインであ
る。IL−10は、炎症応答を増強する多数の経路を阻害する。IL−10の生
物学的活性としては、単球におけるMHCクラスII発現の阻害、単球/マクロ
ファージによるIL−1、IL−6、IL−12、TNF−αの産生の阻害、お
よびTリンパ球による増殖およびIL−2産生の阻害が挙げられる。免疫応答お
よび炎症応答の調節分子としてのIL−10の重要性は、IL−10欠損マウス
において明瞭に実証された。これらのマウスは、成長抑制性、貧血性であり、そ
して自然発症的に炎症性腸疾患を発症する(Kuhnら(1993)Cell
75:263)。さらに、IL−10欠損マウスにおいて、Listeria
monocytogenesに対する先天性免疫および後天性免疫が増大される
ことが示された(Daiら(1997)J.Immunol.158:2259
)。また、IL−10産生のレベルにおける遺伝的な相違が、meningoc
occal感染合併症が原因で死亡する患者の危険性に影響し得ることも示唆さ
れている。高いIL−10産生を有する家系は、meningococcal疾
患の致命的な結果の20倍に増大した危険性を有する(Westendropら
(1997)Lancet 349:170)。
One example of the types of effects that can be achieved by including a cytokine antagonist in a genetic vaccine cocktail, as well as one of how this effect can be improved using the DNA shuffling methods of the present invention As an example, I
L-10 will be discussed. Similar theoretical explanations can be provided for obtaining and using antagonists of other cytokines. Interleukin 10 (IL-
10) is probably the most potent anti-inflammatory cytokine known to date. IL-10 inhibits a number of pathways that enhance the inflammatory response. Biological activities of IL-10 include inhibition of MHC class II expression on monocytes, inhibition of production of IL-1, IL-6, IL-12, TNF-α by monocytes / macrophages, and T lymphocytes Growth and inhibition of IL-2 production. The importance of IL-10 as a modulator of immune and inflammatory responses was clearly demonstrated in IL-10 deficient mice. These mice are growth inhibitory, anemic, and develop inflammatory bowel disease spontaneously (Kuhn et al. (1993) Cell).
75: 263). Furthermore, in IL-10 deficient mice, Listeria
Innate and acquired immunity to monocytogenes has been shown to be increased (Dai et al. (1997) J. Immunol. 158: 2259).
). Also, genetic differences in the level of IL-10 production indicate that meningoc
It has also been suggested that it may affect the risk of patients dying from occal infection complications. Families with high IL-10 production have a 20-fold increased risk of fatal consequences of meningococcal disease (Westendrop et al. (1997) Lancet 349: 170).

【0117】 IL−10は、インビトロで正常および悪性のB細胞を活性化することが示さ
れているが、インビボでの正常なB細胞に対する主要な成長促進サイトカインで
はないようである。なぜなら、IL−10欠損マウスは、それらの循環において
、正常なレベルのB細胞リンパ球およびIgを有するからである。実際に、IL
−10が、単球のアクセサリー細胞機能の阻害を介してB細胞の機能を間接的に
下方制御し得る証拠が存在する。しかし、IL−10は、悪性のB細胞の増殖お
よび増大に役割を果たしているようである。抗IL−10モノクローナル抗体お
よびIL−10アンチセンスオリゴヌクレオチドが、インビトロでのEBVによ
るB細胞の形質転換を阻害することが示されている。さらに、B細胞リンパ腫が
EBVに付随し、そしてほとんどのEBV+リンパ腫が、高レベルのIL−10 を産生する。これらは、ヒト遺伝子およびEBVによってコードされるIL−1
0の相同物の両方に由来する。AIDSに関連したB細胞リンパ腫はまた、高レ
ベルのIL−10を分泌する。さらに、中/高グレードの非ホジキンリンパ腫の
診断の時点で検出可能な血清IL−10を有する患者が短命であることは、B細
胞悪性疾患の病原論において、IL−10の役割をさらに示唆する。
Although IL-10 has been shown to activate normal and malignant B cells in vitro, it does not appear to be the major growth promoting cytokine for normal B cells in vivo. This is because IL-10 deficient mice have normal levels of B cell lymphocytes and Igs in their circulation. In fact, IL
There is evidence that -10 can indirectly down regulate B cell function through inhibition of monocyte accessory cell function. However, IL-10 appears to play a role in the proliferation and expansion of malignant B cells. Anti-IL-10 monoclonal antibodies and IL-10 antisense oligonucleotides have been shown to inhibit EBV transformation of B cells in vitro. In addition, B-cell lymphomas are associated with EBV, and most EBV + lymphomas produce high levels of IL-10. These are human genes and IL-1 encoded by EBV.
It is derived from both 0 homologs. B-cell lymphomas associated with AIDS also secrete high levels of IL-10. Furthermore, the short-lived life of patients with detectable serum IL-10 at the time of diagnosis of medium / high grade non-Hodgkin's lymphoma further suggests a role for IL-10 in the pathogenesis of B-cell malignancies. .

【0118】 インビボでIL−10をアンタゴナイズすることは、いくつかの感染疾患およ
び悪性疾患において、ならびにワクチン接種において利点を有し得る。IL−1
0のブロック効果は、この応答の特異性に非依存的な免疫応答の増強である。こ
のことは、ワクチン接種において、および重篤な感染疾患の処置において有用で
ある。さらに、IL−10のアンタゴニストは、IL−10およびウイルスIL
−10の過剰発現を提示するB細胞悪性疾患の処置において有用である。これは
また、癌患者における一般的な抗腫瘍免疫応答を追加免疫することにおいて有用
であり得る。IL−10アンタゴニストを遺伝子治療ベクターに組み合わせるこ
とは、腫瘍細胞に対する最大の免疫応答を得るための、腫瘍細胞の遺伝子治療に
おいて有用であり得る。IL−10のシャッフリングが、改良された非活性を有
するIL−10を生じる場合、このIL−10分子は、自己免疫疾患および炎症
性腸疾患の処置において可能性を有する。改良された非活性を有するIL−10
はまた、記憶細胞によって認識されるベクターに対する免疫応答を減少する遺伝
子治療ベクターの成分として有用であり得、そしてそれらはまた、これらのベク
ターの免疫原性を減少し得る。
[0118] Antagonizing IL-10 in vivo may have advantages in some infectious and malignant diseases, and in vaccination. IL-1
A blocking effect of 0 is an enhancement of the immune response independent of the specificity of this response. This is useful in vaccination and in the treatment of severe infectious diseases. In addition, antagonists of IL-10 include IL-10 and viral IL
Useful in the treatment of B cell malignancies displaying -10 overexpression. This may also be useful in boosting a general anti-tumor immune response in cancer patients. Combining an IL-10 antagonist with a gene therapy vector may be useful in gene therapy of tumor cells to obtain a maximal immune response against the tumor cells. If shuffling of IL-10 results in IL-10 with improved inactivity, the IL-10 molecule has potential in the treatment of autoimmune and inflammatory bowel diseases. IL-10 with improved inactivity
Can also be useful as components of gene therapy vectors that reduce the immune response to vectors recognized by memory cells, and they can also reduce the immunogenicity of these vectors.

【0119】 IL−10のアンタゴニストは、可溶性形態のIL−10レセプターを産生す
ることによって作製される(sIL−10R;Tanら(1995)J.Bio
l.Chem.270:12906)。しかし、sIL−10Rは、560pM
のKdでIL−10に結合するが、野生型の表面結合レセプターは、35〜20
0pMの親和性を有する。結果的に、IL−10の生物学的機能の最大半減阻害
に、150モル濃度過剰のsIL−10Rが必要とされる。さらに、ウイルスI
L−10(エプスタイン−バーウイルスによってコードされるIL−10の相同
物)のsIL−10Rに対する親和性は、hIL−10の親和性よりも1000
倍以上低い。いくつかの局面(例えば、EBV関連B細胞悪性疾患を処置する場
合)において、ウイルスIL−10の機能もまたブロックし得る場合に有利であ
り得る。まとめて、この可溶形態のIL−10Rは、インビボでIL−10をア
ンタゴナイズすることに効果的ではないようである。
[0119] Antagonists of IL-10 are made by producing a soluble form of the IL-10 receptor (sIL-10R; Tan et al. (1995) J. Bio.
l. Chem. 270: 12906). However, sIL-10R has 560 pM
Binds to IL-10 with a Kd of 35-20
It has an affinity of 0 pM. Consequently, a half-maximal inhibition of IL-10 biological function requires a 150 molar excess of sIL-10R. In addition, virus I
The affinity of L-10 (a homolog of IL-10 encoded by the Epstein-Barr virus) for sIL-10R is 1000 times greater than that of hIL-10.
More than twice as low. In some aspects, such as when treating EBV-related B-cell malignancies, it may be advantageous if the function of viral IL-10 can also be blocked. Taken together, this soluble form of IL-10R does not appear to be effective in antagonizing IL-10 in vivo.

【0120】 インビボで機能するための十分な親和性、および拮抗活性を有するIL−10
のアンタゴニストを得るために、IL−10レセプターをコードするポリヌクレ
オチドを使用してDNAシャッフリングを実行し得る。正常な親和性よりもより
高親和性を有するIL−10レセプターは、IL−10のアンタゴニストとして
機能する。なぜなら、それが、機能的な野生型のIL−10Rへの結合に使用可
能なIL−10の量を、強く減少させるからである。好ましい実施態様において
、IL−10Rを、ヒトおよび他の哺乳動物種由来のIL−10Rをコードする
相同なcDNAを使用してシャッフリングする。ヒトおよびマウスのIL−10
レセプターの配列のアライメントを、改良された親和性を有するIL−10レセ
プターを進化させる場合の、ファミリーDNAシャッフリングの可能性を例証す
るために図14に示す。IL−10レセプター組換え体のファージライブラリー
を、シャッフリングされたIL−10Rの、ヒトもしくはウイルスのIL−10
への改良された結合についてスクリーニングし得る。野生型IL−10および/
またはウイルスIL−10を、高親和性について要求するために増加性濃度で添
加する。IL−10に結合したファージを、抗IL−10モノクローナル抗体を
使用して回収し得る。所望される場合、このシャッフリングを1回以上反復する
。その後、進化した可溶性IL−10Rを、IL−10/ウイルスIL−10の
生物学的活性を中和する能力についての機能的アッセイにおいて分析する。より
詳細には、進化した可溶性IL−10Rを、単球によるサイトカイン合成および
MHCクラスII発現、T細胞による増殖に対するIL−10の阻害効果をブロ
ックするその能力について検討し、そして抗CD40モノクローナル抗体により
活性化されたB細胞の増殖に対するIL−10の促進効果を阻害するその能力に
ついて検討する。
IL-10 with sufficient affinity to function in vivo, and antagonistic activity
DNA shuffling can be performed using a polynucleotide encoding the IL-10 receptor to obtain an antagonist of IL-10 receptors with higher affinity than normal affinity function as antagonists of IL-10. Because it strongly reduces the amount of IL-10 available for binding to functional wild-type IL-10R. In a preferred embodiment, IL-10R is shuffled using homologous cDNAs encoding IL-10R from humans and other mammalian species. Human and mouse IL-10
An alignment of the receptor sequences is shown in FIG. 14 to illustrate the potential of family DNA shuffling when evolving IL-10 receptors with improved affinity. A phage library of IL-10 receptor recombinants is shuffled with IL-10R, human or viral IL-10.
Can be screened for improved binding. Wild-type IL-10 and / or
Alternatively, viral IL-10 is added at increasing concentrations as required for high affinity. Phage bound to IL-10 can be recovered using an anti-IL-10 monoclonal antibody. If desired, repeat this shuffling one or more times. The evolved soluble IL-10R is then analyzed in a functional assay for its ability to neutralize the biological activity of IL-10 / viral IL-10. More specifically, the evolved soluble IL-10R was examined for its ability to block the inhibitory effect of IL-10 on cytokine synthesis and MHC class II expression by monocytes, proliferation by T cells, and by anti-CD40 monoclonal antibody The ability of IL-10 to inhibit the promoting effect of activated B cells on proliferation is examined.

【0121】 また、IL−10アンタゴニストを、IL−10を進化することにより生成し
て、野生型の親和性よりもより高親和性でIL−10Rに結合するが、レセプタ
ーを活性化しない改変体を入手し得る。このアプローチの利点は、改善された比
活性を有するIL−10分子を、同じ方法を用いて進化させ得ることである。好
ましい実施態様において、IL−10を、ヒトおよび他の哺乳動物種に由来する
IL−10をコードする相同cDNAを使用してシャッフリングする。さらに、
ウイルスIL−10をコードする遺伝子を、シャッフリングに含め得る。IL−
10組換え体のライブラリーを、ヒトIL−10レセプターに対する、改良され
た結合についてスクリーニングする。IL−10Rに結合されるライブラリーメ
ンバーを、抗IL−10Rモノクローナル抗体によって回収し得る。このスクリ
ーニングプロトコルは、アンタゴニスト性活性およびアゴニスト性活性を共に有
するIL−10分子を生じるようである。最初のスクリーニングがより高親和性
を要求するため、アゴニストの比率が、野生型のヒトIL−10と比較した場合
に、比活性を改良しているようである。変異体IL−10分子の機能的な特徴を
、超高親和性IL−10レセプターについて上記したアッセイ(単球によるサイ
トカイン合成およびMHCクラスIIの発現、B細胞およびT細胞の増殖)に類
似する生物学的アッセイにおいて決定する。アンタゴニスト性IL−4変異体が
以前に生成され、このことは、このアプローチの一般的な可能性を示す(Kru
seら(1992)EMBO J.11 3237−3244)。IL−4にお
ける1つのアミノ酸の変異は、IL−4Rα鎖に効率的に結合する分子を生じた
が、この分子は、IL−4様の最小のアゴニスト性活性を有する。
[0121] Variants that produce IL-10 antagonists by evolving IL-10 to bind to IL-10R with higher affinity than wild-type affinity but do not activate the receptor Can be obtained. The advantage of this approach is that IL-10 molecules with improved specific activity can be evolved using the same method. In a preferred embodiment, IL-10 is shuffled using homologous cDNAs encoding IL-10 from humans and other mammalian species. further,
The gene encoding viral IL-10 may be included in shuffling. IL-
A library of 10 recombinants is screened for improved binding to the human IL-10 receptor. Library members that bind to IL-10R can be recovered by anti-IL-10R monoclonal antibodies. This screening protocol appears to yield IL-10 molecules that have both antagonistic and agonistic activity. Because the initial screen requires higher affinity, the ratio of agonists appears to have improved specific activity when compared to wild-type human IL-10. The functional characteristics of the mutant IL-10 molecules are similar to those described above for the ultra-high affinity IL-10 receptor (cytokine synthesis and MHC class II expression by monocytes, B cell and T cell proliferation). Determined in a biological assay. Antagonistic IL-4 variants were previously generated, indicating the general potential of this approach (Kru
(1992) EMBO J. et al. 11 3237-3244). Mutation of one amino acid in IL-4 resulted in a molecule that efficiently binds to the IL-4Rα chain, but this molecule has minimal IL-4 like agonistic activity.

【0122】 IL−10アンタゴニストの別の例は、IL−20/mda−7であり、これ
は、206アミノ酸の分泌タンパク質である。このタンパク質は、元来mda−
7として特徴付けられ、これは、黒色腫細胞由来の腫瘍細胞増殖のネガティブな
調節因子である(Jiangら(1995)Oncogene 11:2477
;(1996)Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA 93:91
60)。IL−20/mda−7は、IL−10と構造的に関連しており、そし
てIL−10のいくつかの機能と拮抗する(13th European Im
munology Meeting、Amsterdam,22−25 199
7年6月の要約)。IL−10とは対照的に、IL−20/mda−7は、ヒト
単球上のCD80(B7−1)およびCD86(B7−2)の発現を増強し、そ
してTNF−αおよびIL−6の産生をアップレギュレートする。IL−20/
mda−7はまた、PHA活性化PBMCによりIFN−γの産生を増大する。
本発明は、IL−20/mda−7遺伝子の遺伝子ワクチンベクターへの取り込
みによって遺伝子ワクチンを改善する方法を提供する。本発明の方法は、改善さ
れたIL−10活性を拮抗させる能力を提示するIL−20/mda−7改変体
を得るために使用され得る。
Another example of an IL-10 antagonist is IL-20 / mda-7, which is a 206 amino acid secreted protein. This protein was originally mda-
7, which is a negative regulator of melanoma cell-derived tumor cell growth (Jiang et al. (1995) Oncogene 11: 2577).
(1996) Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 93:91
60). IL-20 / mda-7 is structurally related to IL-10 and antagonizes several functions of IL-10 (13th European Im
Munology Meeting, Amsterdam, 22-25 199
Summary of June 2007). In contrast to IL-10, IL-20 / mda-7 enhances expression of CD80 (B7-1) and CD86 (B7-2) on human monocytes, and TNF-α and IL-6 Is up-regulated. IL-20 /
mda-7 also increases IFN-γ production by PHA-activated PBMC.
The present invention provides a method for improving a gene vaccine by incorporating the IL-20 / mda-7 gene into a gene vaccine vector. The methods of the present invention can be used to obtain IL-20 / mda-7 variants that exhibit improved ability to antagonize IL-10 activity.

【0123】 サイトカインアンタゴニストをDNAワクチンまたは遺伝子治療用ベクターの
構成成分として使用する場合、最大の局所的効果が所望される。従って、サイト
カインアンタゴニストの可溶性形態に加え、アンタゴニストの膜貫通形態を生じ
得る。この可溶性形態は、精製されたポリペプチド形態において、例えば、静脈
内注射によって患者に与えられ得る。あるいは、サイトカインアンタゴニストを
コードするポリヌクレオチドは、遺伝子ワクチンの成分または遺伝子治療用ベク
ターの構成成分として使用され得る。この場合、可溶性形態または膜貫通形態の
いずれかか、あるいは両方が使用され得る。アンタゴニストの可溶性形態および
膜貫通形態は、同じベクターによってコードされる場合、標的細胞は両方の形態
を発現し、そして標的細胞の表面上およびそれらのすぐ近傍においてサイトカイ
ン機能の最大の阻害を生じる。
When a cytokine antagonist is used as a component of a DNA vaccine or gene therapy vector, maximum local effect is desired. Thus, in addition to the soluble form of the cytokine antagonist, transmembrane forms of the antagonist can result. This soluble form may be provided to the patient in a purified polypeptide form, for example, by intravenous injection. Alternatively, a polynucleotide encoding a cytokine antagonist can be used as a component of a gene vaccine or a component of a gene therapy vector. In this case, either the soluble form or the transmembrane form, or both, may be used. When the soluble and transmembrane forms of the antagonist are encoded by the same vector, the target cell expresses both forms and results in maximal inhibition of cytokine function on and in the immediate vicinity of the target cells.

【0124】 これらの方法を用いて得られたペプチドまたはポリペプチドは、天然のレセプ
ターのリガンド(例えば、レセプターを介した免疫系において効果を発揮するそ
れらの能力におけるサイトカインまたは他の同時に刺激される分子)に置換され
得る。サイトカインまたは他の同時に刺激される分子それ自体の投与の潜在的に
不利な点は、寛容を破壊すること(天然のサイトカインまたは他の分子を使用す
る場合)に起因して、あるいは関連するが明確に異なる分子を使用する場合、交
差反応免疫(体液性または細胞性)を誘導することによってのいずれかによって
、自己免疫反応が天然の分子に対して誘導され得ることである。本発明の方法の
使用を通じて、これらの潜在的な欠点を回避するアゴニストまたはアンタゴニス
トが得られ得る。例えば、交差反応免疫を天然の分子に誘導することなく、天然
の免疫調節因子の活性を模倣し得るか、または活性を拮抗し得るアゴニストとし
て、比較的小さなペプチドを使用し得る。現在の好ましい実施態様において、本
発明の方法を用いて得られる最適化されたアゴニストまたはアンタゴニストは、
約50以下のアミノ酸の長さであり、より好ましくは約30アミノ酸以下であり
、そして最も好ましくは約20アミノ酸以下の長さである。アゴニストまたはア
ンタゴニストペプチドは、好ましくは少なくとも約4アミノ酸の長さであり、そ
してより好ましくは少なくとも約8アミノ酸の長さである。模倣ペプチドのコー
ド配列に隣接するポリヌクレオチドはまた、模倣ペプチドの発現、立体配座、ま
たは活性を最適化するために、本発明の方法を用いて最適化され得る。
The peptides or polypeptides obtained using these methods may be ligands for natural receptors (eg, cytokines or other co-stimulated molecules in their ability to exert an effect on the receptor-mediated immune system). ). A potential disadvantage of the administration of cytokines or other co-stimulated molecules themselves is due to disruption of tolerance (when natural cytokines or other molecules are used) or is clearly related If different molecules are used, an autoimmune response can be induced against the native molecule, either by inducing cross-reactive immunity (humoral or cellular). Through the use of the method of the invention, agonists or antagonists that avoid these potential disadvantages can be obtained. For example, relatively small peptides can be used as agonists that can mimic or antagonize the activity of natural immunomodulators without inducing cross-reactive immunity to natural molecules. In a currently preferred embodiment, the optimized agonist or antagonist obtained using the method of the invention is
It is about 50 amino acids or less in length, more preferably about 30 amino acids or less, and most preferably about 20 amino acids or less. An agonist or antagonist peptide is preferably at least about 4 amino acids in length, and more preferably at least about 8 amino acids in length. Polynucleotides flanking the coding sequence of a mimetic peptide can also be optimized using the methods of the invention to optimize the expression, conformation, or activity of the mimetic peptide.

【0125】 最適化されたアゴニストペプチドもしくはアゴニストポリペプチド、またはア
ンタゴニストペプチドもしくはアンタゴニストポリペプチドは、組換えポリヌク
レオチドのライブリーを発生させ、そしてそのライブラリーをスクリーニングし
て、免疫応答を調節する増強された能力を提示するペプチドまたはポリペプチド
をコードする、アゴニストペプチドもしくはアゴニストポリペプチド、またはア
ンタゴニストペプチドもしくはアンタゴニストポリペプチドを同定することによ
って、得られる。このライブラリーは、DNAシャッフリングのような方法、ま
たは本明細書中に記載されるかもしくはさもなくば当業者に公知の他の方法を用
いて作製され得る。スクリーニングは、複製可能な遺伝子パッケージの集団の表
面上のライブラリーメンバーによりコードされるペプチドを発現し、そして目的
の標的(例えば、レセプター)に結合するライブラリーのメンバーを同定するこ
とによって、首尾よく行われる。
The optimized agonist peptide or agonist polypeptide, or antagonist peptide or antagonist polypeptide, generates a library of recombinant polynucleotides and screens the library to enhance the immune response. Obtained by identifying an agonist peptide or an agonist polypeptide, or an antagonist peptide or an antagonist polypeptide that encodes a peptide or polypeptide that exhibits the same ability. The library can be made using methods such as DNA shuffling, or other methods described herein or otherwise known to those of skill in the art. Screening is successful by expressing the peptides encoded by the library members on the surface of a population of replicable genetic packages and identifying members of the library that bind to a target of interest (eg, a receptor). Done.

【0126】 本発明の方法を使用して得られる最適化された組換えポリヌクレオチドは、い
くつかの方法において使用され得る。例えば、このポリヌクレオチドは、適切な
発現コントロール配列の制御下で遺伝子ワクチンベクター中に配置され得、その
結果、模倣ペプチドはベクターの哺乳動物への導入において発現される。所望さ
れる場合、このポリヌクレオチドは、模倣物の立体配座を保存するために、表面
タンパク質のコード配列(例えば、geneIIIまたはgeneVIII)を
組込んだベクター中に配置され得る。あるいは、模倣物をコードするポリヌクレ
オチドは、遺伝子ワクチンの抗原コード配列に直接挿入され得、「抗原上ミモト
ープ」構造に関するコード配列を形成し得る。抗原上ミモトープ構造をコードす
るポリヌクレオチドは、遺伝子ワクチン内において使用され得、またはそれ自体
をワクチンとして投与されるタンパク質を発現するために使用され得る。この型
の適用の一例として、模倣ペプチドのコード配列をB型肝炎の表面抗原(HBs
Ag)タンパク質の「M−ループ」をコードするポリヌクレトチドに導入する。
M−ループは、システイン残基により結合された6つのアミノ酸のペプチド配列
であり、これは、アミノ酸139−147(Sタンパク質配列内での番号)にお
いて見出される。天然のHBsAgタンパク質におけるM−ループは、モノクロ
ーナル抗体RFHB7によって認識される(Chenら、Proc.Nat’l
.Acad.Sci.USA,93:1997−2001(1996))。Ch
enらによれば、M−ループは、重複しない、そして少なくとも4つの他のHB
sAgエピトープから分離されるHBsAgのエピトープを形成する。
The optimized recombinant polynucleotide obtained using the method of the present invention can be used in several ways. For example, the polynucleotide can be placed in a genetic vaccine vector under the control of appropriate expression control sequences so that the mimetic peptide is expressed upon introduction of the vector into a mammal. If desired, the polynucleotide can be placed in a vector that incorporates a coding sequence for a surface protein (eg, geneIII or geneVIII) to preserve the conformation of the mimetic. Alternatively, the polynucleotide encoding the mimetic can be inserted directly into the antigen coding sequence of the genetic vaccine, forming a coding sequence for the "mimotope on antigen" structure. Polynucleotides encoding mimotope structures on antigen can be used in genetic vaccines or can be used to express proteins that are themselves administered as vaccines. As an example of this type of application, the coding sequence of a mimetic peptide can be expressed as a hepatitis B surface antigen (HBs
Ag) Introduction into the polynucleotide encoding the "M-loop" of the protein.
The M-loop is a peptide sequence of six amino acids linked by cysteine residues, which is found at amino acids 139-147 (number within the S protein sequence). The M-loop in the native HBsAg protein is recognized by the monoclonal antibody RFHB7 (Chen et al., Proc. Nat'l).
. Acad. Sci. USA, 93: 1997-2001 (1996)). Ch
According to En et al., the M-loop is non-overlapping and has at least four other HBs.
It forms an epitope of HBsAg that is separated from the sAg epitope.

【0127】 このタンパク質のこの親水性部分においてありそうなCys−Cysジスルフ
ィド結合のため、アミノ酸139−147は、環状構造でありそうである。従っ
て、この構造は、ミモトープ配列が配置される糸状ファージタンパク質pIII
およびpVIIIの領域において見出される構造と類似している。従って、本発
明の方法を用いて得られるミモトープをHBsAgアミノ酸配列のこの領域に挿
入し得る。
Amino acids 139-147 are likely to be cyclic structures due to the likely Cys-Cys disulfide bond in this hydrophilic portion of the protein. Thus, this structure is similar to the filamentous phage protein pIII in which the mimotope sequence is located.
And structures similar to those found in the region of pVIII. Thus, mimotopes obtained using the method of the invention can be inserted into this region of the HBsAg amino acid sequence.

【0128】 ケモカインレセプターCCR6は、本方法を使用して得られるペプチド模倣物
について適切な標的の例である。CCR6レセプターは、血液中に見出されそし
て抗原の取り込み部位に移動する未成熟樹状細胞(Dieuら、J.Exp.M
ed.188:373−386(1998))の、化学誘引に関与する7−膜貫
通ドメインタンパク質(Dieuら、Biochem.Biophys.Res
.Comm.236:212−217(1997)およびJ.Biol.Che
m.272:14893−14898(1997))である。CCR6は、ケモ
カインMIP−3αを結合し、そのためCCR6を活性化し得る模倣ペプチドが
、さらに化学誘引機能を所定の抗原に提供し、従って、抗原の抗原模倣融合もし
くはその抗原を発現するDNAベクターを用いた免疫後に樹状細胞による取り込
みを促進する。
The chemokine receptor CCR6 is an example of a suitable target for peptidomimetics obtained using this method. The CCR6 receptor is found in immature dendritic cells found in the blood and migrating to the site of antigen uptake (Dieu et al., J. Exp. M.
ed. 188: 373-386 (1998)), a 7-transmembrane domain protein involved in chemoattraction (Dieu et al., Biochem. Biophys. Res.
. Comm. 236: 212-217 (1997) and J. Am. Biol. Che
m. 272: 14893-14898 (1997)). CCR6 is a mimetic peptide that binds the chemokine MIP-3α, and thus can activate CCR6, further provides a chemoattractant function to a given antigen, thus using an antigen mimetic fusion of the antigen or a DNA vector expressing that antigen. Promotes uptake by dendritic cells after immunization.

【0129】 本発明のこの方法の別の適用は、マクロファージスカベンジャーレセプター(
MSR;Wlochら、Hum.Gene.Ther.9:1439−1447
(1998)を参照のこと)に対するアゴニストとして作用し得る分子を得るこ
とである。MSRは、種々の免疫調節因子の作用の媒介に関与する。これらの中
には、細菌性DNAがあり、これは、DNAワクチン化に使用されるプラスミド
、およびしばしば強力な免疫刺激因子であるオリゴヌクレオチドを含む。特定の
化学構造を有するオリゴヌクレオチド(例えば、ホスホチオ−オリゴヌクレオチ
ド)は、特に強力であるが、一方、細菌性DNAまたはプラスミドDNAは、効
果を発生するために比較的多い量において使用されなければならない。B細胞を
刺激するdG残基を含み、そして免疫刺激性CpGモチーフの活性を増大させる
オリゴヌクレオチドの能力、ならびにマクロファージを活性化するリポポリサッ
カライドの能力はまた、MSRによって媒介される。これらの活性のいくつかは
毒性である。これらの免疫調節因子の各々は、種々のポリアニオン性リガンドと
ともに、MSRと結合する。本発明の方法を使用して、高い親和性を有するMS
Rと結合するが毒性を欠く、1つ以上のこれらの免疫調節因子の模倣物が得られ
得る。このような模倣ペプチドは、免疫刺激因子またはアジュバンドとして有用
である。
[0129] Another application of this method of the invention is the use of macrophage scavenger receptors (
MSR; Wloch et al., Hum. Gene. Ther. 9: 1434-147
(See (1998)). MSRs are involved in mediating the action of various immune modulators. Among these are bacterial DNA, which includes plasmids used for DNA vaccination, and oligonucleotides, which are often potent immunostimulators. Oligonucleotides with a particular chemical structure (e.g., phosphothio-oligonucleotides) are particularly potent, whereas bacterial or plasmid DNA must be used in relatively large amounts to produce an effect. . The ability of oligonucleotides that contain dG residues to stimulate B cells and increase the activity of immunostimulatory CpG motifs, as well as lipopolysaccharides to activate macrophages, is also mediated by MSRs. Some of these activities are toxic. Each of these immunomodulators, along with various polyanionic ligands, bind to the MSR. MS with high affinity using the method of the invention
Mimics of one or more of these immunomodulators that bind R but lack toxicity can be obtained. Such mimetic peptides are useful as immunostimulators or adjuvants.

【0130】 MSRは、三量体の内在性膜糖タンパク質である。3つの細胞外C末端システ
インリッチ領域は、α−ヘリックスコイルおよびコラーゲン様トリプルヘリック
スから構成される線維性領域により膜貫通ドメインに連結される(Kodama
ら、Nature 343:531−535(1990))。従って、組換えポ
リヌクレオチドのライブラリーのスクリーニングは、細胞外レセプター構造を発
現し、そして人工的にそれをプラスチック表面に付着することによって、達成さ
れ得る。このライブラリーは、例えば、ファージ提示により発現され得、そして
高い親和性を有するレセプターに結合するライブラリーを同定するためにスクリ
ーニングされる。この方法によって同定される、最適化された組換えポリヌクレ
オチドは、抗原コード配列に組込まれ、免疫応答におけるそれらの調節効果を高
め得る。
MSRs are trimeric integral membrane glycoproteins. The three extracellular C-terminal cysteine-rich regions are linked to the transmembrane domain by a fibrous region composed of an α-helical coil and a collagen-like triple helix (Kodama).
Et al., Nature 343: 531-535 (1990)). Thus, screening of a library of recombinant polynucleotides can be accomplished by expressing the extracellular receptor structure and artificially attaching it to a plastic surface. The library can be expressed, for example, by phage display, and screened to identify libraries that bind to receptors with high affinity. Optimized recombinant polynucleotides identified by this method can be incorporated into antigen coding sequences and enhance their regulatory effect on the immune response.

【0131】 (4.抗原特異的T細胞の活性、分化、またはアネルギーを阻害あるいは増大
し得る同時刺激性分子) 発現される場合に、抗原特異的T細胞の活性、分化、またはアネルギーを阻害
あるいは増大し得る、最適化された組換えポリヌクレオチドを得る方法がまた、
提供される。T細胞活性化は、T細胞が抗原提示細胞(APC)(例えば、単球
、樹状細胞(DC)、ランゲルハンス細胞またはB細胞)の原形質膜上のMHC
分子の状況においてそれらの特異的抗原性ペプチドを認識する場合に、開始され
る。CD4+T細胞の活性化は、MHCクラスII分子の状況における抗原性ペ プチドのT細胞レセプター(TCR)による認識を必要とし、一方CD8+T細 胞は、MHCクラスI分子の状況においてペプチドを認識する。しかし、重要な
ことに、抗原性ペプチドの認識は、T細胞の増殖およびサイトカイン合成の誘導
に対して十分ではない。さらなる同時刺激性シグナル「第2のシグナル」が必要
である。同時刺激性シグナルは、CD28を介して媒介され、そのリガンドであ
るB7−1(CD80)またはB7−2(CD86)に結合する。代表的には、
抗原提示細胞において発現される。同時刺激性シグナルの非存在下において、T
細胞の活性化は起こらないか、またはT細胞をアネルギー性にする。CD28に
加えて、CTLA−4(CD152)はまた、B7−1およびB7−2について
のリガンドとして機能する。しかし、CD28とは対照的に、CTLA−4は、
T細胞に対するネガティブな調節シグナルを媒介し、そして/またはアネルギー
および寛容を誘導する(Walunasら(1994)Immunity 1:
405;Karandikarら、(1996)J.Exp.Med.184:
783)。
(4. Co-stimulatory molecules that can inhibit or increase the activity, differentiation, or anergy of antigen-specific T cells) When expressed, inhibit the activity, differentiation, or anergy of antigen-specific T cells or Methods for obtaining optimized recombinant polynucleotides that can be increased
Provided. T cell activation involves T cell activation by MHC on the plasma membrane of antigen presenting cells (APC) (eg, monocytes, dendritic cells (DC), Langerhans cells or B cells).
Triggered when it recognizes those specific antigenic peptides in the context of the molecule. Activation of CD4 + T cells requires recognition of antigenic peptides by the T cell receptor (TCR) in the context of MHC class II molecules, while CD8 + T cells recognize peptides in the context of MHC class I molecules. recognize. Importantly, however, recognition of antigenic peptides is not sufficient for T cell proliferation and induction of cytokine synthesis. An additional costimulatory signal "second signal" is needed. The costimulatory signal is mediated via CD28 and binds its ligand, B7-1 (CD80) or B7-2 (CD86). Typically,
It is expressed in antigen presenting cells. In the absence of a costimulatory signal, T
No cell activation occurs or the T cells become anergic. In addition to CD28, CTLA-4 (CD152) also functions as a ligand for B7-1 and B7-2. However, in contrast to CD28, CTLA-4 is
Mediates negative regulatory signals on T cells and / or induces anergy and tolerance (Walunas et al. (1994) Immunity 1:
405; Karandikar et al., (1996) J. Am. Exp. Med. 184:
783).

【0132】 B7−1およびB7−2は、それらがいくつかの免疫学的応答を調節し得、そ
してワクチン接種、アレルギー、自己免疫および癌における免疫調節において重
要であることと関係することが示されている。遺伝子治療およびB7−1および
/またはB7−2を発現する遺伝子ワクチンベクターはまた、上記の疾患の処置
において、そして遺伝子ワクチンの効力の改善において治療の可能性を有するこ
とが示されている。
B7-1 and B7-2 have been shown to be able to modulate some immunological responses and to be involved in vaccination, allergy, autoimmunity and important in immunomodulation in cancer Have been. Gene therapy and gene vaccine vectors expressing B7-1 and / or B7-2 have also been shown to have therapeutic potential in treating the above diseases and in improving the efficacy of gene vaccines.

【0133】 図10は、APCとCD4+T細胞との相互作用を図示するが、T細胞がMH CクラスI分子の状況において抗原性ペプチドを認識することを除いては、CD
+T細胞についても同じ原理は正しい。B7−1およびB7−2の両方が、C D28およびCTLA−4と結合する(これらの4つの分子の間の配列類似性が
、非常に限られている場合(20〜30%)でさえ)。あるリガンドとの結合に
のみ影響し、他のリガンドとの結合には影響しない、またはあるリガンドを通じ
て活性を改善するが、他のリガンドを通じては活性を減少させるB7−1および
B7−2中の変異体を得ることが所望される。さらに、B7分子のそのリガンド
に対する親和性が比較的低いようであるため、この分子の活性を改善/変化させ
る変異を見出すことがまた所望される。しかし、合理的な設計は、この分子の複
雑性のため、有用な変異体を予測し得ない。
FIG. 10 illustrates the interaction between APC and CD4 + T cells, except that T cells recognize antigenic peptides in the context of MHC class I molecules.
The same principle applies to the 8 + T cells is correct. Both B7-1 and B7-2 bind to CD28 and CTLA-4 (even if the sequence similarity between these four molecules is very limited (20-30%)) . Mutations in B7-1 and B7-2 that affect only binding to one ligand, do not affect binding to other ligands, or improve activity through one ligand but decrease activity through other ligands It is desired to have a body. Furthermore, because the affinity of the B7 molecule for its ligand appears to be relatively low, it is also desirable to find mutations that improve / change the activity of this molecule. However, rational design cannot predict useful variants due to the complexity of this molecule.

【0134】 本発明は、これらの困難を克服し、T細胞の活性化、分化、サイトカイン産生
、アネルギーおよび/または寛容を誘導する、変化した相対的能力を有する、機
能的に異なるB7分子を生成および同定し得る方法を提供する。本発明の方法の
使用を通じて、あるリガンドとの結合にのみ影響し、他のリガンドとの結合には
影響しない、またはあるリガンドを通じて活性を改善するが、他のリガンドを通
じては活性を減少させるB7−1およびB7−2中の変異を見出し得る。DNA
シャッフリングは、CD28およびCTLA−4との、変化した相対的結合能力
を有する新規のB7改変体の発見において、最も強力な方法であるようである。
改善された活性を有するCD28を通じて作用する(およびCTLA−4を通じ
て減少した活性を有する)B7改変体は、T細胞の活性化を誘導する能力が改善
されたと期待される。対照的に、改善された活性を有するCTLA−4を通じて
結合および作用する(ならびにCD28を通じて減少された活性を有する)B7
改変体は、T細胞機能の強力なネガティブ調節因子であり、そして寛容およびア
ネルギーを誘導すると期待される。
The present invention overcomes these difficulties and produces functionally distinct B7 molecules with altered relative ability to induce T cell activation, differentiation, cytokine production, anergy and / or tolerance. And methods that can be identified. Through the use of the method of the present invention, B7- which affects only binding to one ligand, does not affect binding to another ligand, or improves activity through one ligand but decreases activity through another ligand One and mutations in B7-2 can be found. DNA
Shuffling appears to be the most powerful method in discovering new B7 variants with altered relative binding ability to CD28 and CTLA-4.
B7 variants that act through CD28 with improved activity (and have reduced activity through CTLA-4) are expected to have improved ability to induce T cell activation. In contrast, B7 binds and acts through CTLA-4 with improved activity (and has reduced activity through CD28)
Variants are potent negative regulators of T cell function and are expected to induce tolerance and anergy.

【0135】 野生型B7分子と比較した場合、CD28およびCTLA−4を通じて作用す
る相対的能力を変化させるB7(例えば、B7−1/CD80およびB7−2/
CD86)改変体を、DNAシャッフリング方法または他の組換え方法を使用し
て生成する。好ましい実施態様において、組換え反応において使用される基質の
異なる形態は、様々な種由来のB7cDNAである。このようなcDNAは、当
業者に公知の方法(RT−PCRを含む)によって得られ得る。
B7 that alters its relative ability to act through CD28 and CTLA-4 (eg, B7-1 / CD80 and B7-2 /
CD86) variants are generated using DNA shuffling methods or other recombinant methods. In a preferred embodiment, the different forms of the substrate used in the recombination reaction are B7 cDNAs from different species. Such cDNA can be obtained by methods known to those skilled in the art (including RT-PCR).

【0136】 代表的には、これらの改変体B7分子をコードする遺伝子を、抗原をコードす
る遺伝子ワクチンベクターに組込み、その結果そのベクターを使用して、抗原特
異的T細胞応答を改変し得る。CD28を通じて効率的に作用するB7遺伝子を
保有するベクターは、例えば、保護的免疫応答を誘導する際に有用であるが、一
方、CTLA−4を通じて効率的に作用するB7遺伝子をコードする遺伝子を保
有するベクターは、例えば、アレルゲン性特異的T細胞または自己抗原特異的T
細胞の寛容およびアネルギーを誘導する際に有用である。腫瘍細胞または自己免
疫反応を誘導する細胞におけるようないくつかの状況において、抗原は、すでに
標的細胞の表面上に存在し得、そして改変体B7分子は、さらなる外因性抗原遺
伝子の非存在下においてトランスフェクトされ得る。図11は、T細胞活性化ま
たはT細胞アネルギーを誘導する能力を増大させたB7−1(CD80)改変体
および/またはB7−2(CD86)改変体を同定するために使用され得るスク
リーニングのプロトコルを図示する。そしてこのストラテジーの適用を、実施例
1により詳細に記載する。
Typically, the genes encoding these variant B7 molecules are incorporated into a genetic vaccine vector encoding the antigen, so that the vector can be used to modify an antigen-specific T cell response. Vectors carrying a B7 gene that acts efficiently through CD28 are useful, for example, in inducing a protective immune response, while carrying a gene encoding a B7 gene that acts efficiently through CTLA-4 Vectors that generate, for example, allergenic specific T cells or autoantigen specific T cells
Useful in inducing cellular tolerance and anergy. In some situations, such as in tumor cells or cells that induce an autoimmune response, the antigen may already be present on the surface of the target cell, and the variant B7 molecule may be present in the absence of an additional exogenous antigen gene. Can be transfected. FIG. 11 shows a screening protocol that can be used to identify B7-1 (CD80) and / or B7-2 (CD86) variants with increased ability to induce T cell activation or T cell anergy. Is illustrated. The application of this strategy is described in more detail in Example 1.

【0137】 改変体をスクリーニングするためのいくつかのアプローチが取られ得る。例え
ば、フローサイトメトリーに基づく選択系を使用し得る。B7−1分子およびB
7−2分子のライブラリーを、通常これらの分子(例えば、COS−7細胞、ま
たはB7リガンド結合に関してヒトの交差反応が制限されるかもしくはB7リガ
ンド結合に関してヒトと交差反応しない異なる種由来の任意の細胞株)を発現し
ない細胞にトランスフェクトする。細胞あたりのコピー数を分析するために、内
部マーカー遺伝子を組込み得る。可溶性CTLA−4分子およびCD−28分子
を生成させて、フローサイトメトリー実験において使用し得る。代表的には、こ
れらをIgG分子のFc部分と融合し、これらの分子の安定性を改善し、そして
van der Merweら(J.Exp.Med.185:393、199
7)によって記載されるように、標識化抗−IgG mAbによる容易な染色が
可能になる。次いで、B7分子のライブラリーを用いてトランスフェクトされた
細胞を、可溶性CTLA−4分子およびCD28分子で染色する。CTLA−4
/CD28結合比の増加または減少を示す細胞を分類する。次いで、プラスミド
を回収し、そしてシャッフルリングされたB7改変体コード配列を同定する。次
いで、これらの選択されたB7改変体を、新しいラウンドのシャッフリングおよ
び選択に供し得、そして/または以下に記載の機能的アッセイを使用して、それ
らをさらに分析し得る。
[0137] Several approaches to screening for variants can be taken. For example, a selection system based on flow cytometry may be used. B7-1 molecule and B
A library of 7-2 molecules is generally constructed of these molecules (eg, COS-7 cells, or any other species from a different species that has limited or no cross-reactivity with humans for B7 ligand binding. Cell line). An internal marker gene can be incorporated to analyze copy number per cell. Soluble CTLA-4 and CD-28 molecules can be generated and used in flow cytometry experiments. Typically, they are fused to the Fc portion of an IgG molecule, to improve the stability of these molecules, and to van der Merwe et al. (J. Exp. Med. 185: 393,199).
Easy staining with labeled anti-IgG mAb is possible, as described by 7). The cells transfected with the library of B7 molecules are then stained with soluble CTLA-4 and CD28 molecules. CTLA-4
Cells that show an increase or decrease in the / CD28 binding ratio are classified. The plasmid is then recovered and the shuffled B7 variant coding sequence is identified. These selected B7 variants may then be subjected to a new round of shuffling and selection and / or they may be further analyzed using the functional assays described below.

【0138】 B7改変体はまた、それらの機能的特性に基づいて直接選択され得る。インビ
ボでの研究について、B7分子はまた、マウス細胞における機能を進化させ得る
。変異体B7分子を含むプラスミドを有する細菌のコロニーを拾い、そしてプラ
スミドを単離する。次いで、これらのプラスミドを抗原提示細胞(例えば、樹状
細胞)にトランスフェクトし、そしてこれら変異体のT細胞を活性化する能力を
分析する。このアプローチの利点の1つは、結合親和性における仮定、または公
知のリガンドに対する特異性における仮定がなされず、そしておそらく、さらに
同定されるリガンドを通じた新規な活性を見出し得る。樹状細胞に加え、「第1
のT細胞シグナル」が、例えば、抗−CD3モノクローナル抗体によって誘導さ
れる場合、比較的トランスフェクトが容易な他の細胞(例えば、U937または
COS−7)が、スクリーニングする際に使用され得る。T細胞活性化を、当業
者に公知の方法(例えば、増殖の測定、サイトカイン産生、CTL活性またはI
L−2レセプター、CD69またはHLA−DR分子のような活性化抗原の発現
を含む)によって分析し得る。抗原特異的T細胞クローン(例えば、ハウスダス
トダニ抗原Der p Iに対して特異的なT細胞)の使用は、抗原特異的T細
胞の活性化の分析を可能にする(Ysselら、(1992)J.Immuno
l.148:738−745)。T細胞の分化を増大もしくは阻害し得るか、ま
たはCTL応答を増大もしくは阻害し得る変異体を同定する。同様に、例えば、
サイトカイン特異的ELISAまたはフローサイトメトリーにより測定されるよ
うなサイトカイン産生もしくは抗原活性の発現を誘導する能力を変化させた改変
体を同定し得る。
[0138] B7 variants can also be selected directly based on their functional properties. For in vivo studies, the B7 molecule may also evolve function in mouse cells. Pick a bacterial colony with the plasmid containing the mutant B7 molecule and isolate the plasmid. These plasmids are then transfected into antigen presenting cells (eg, dendritic cells) and the ability of these variants to activate T cells is analyzed. One of the advantages of this approach is that no assumptions are made in binding affinity, or in specificity for known ligands, and possibly new activities may be found through ligands that are further identified. In addition to dendritic cells,
If the "T cell signal of" is induced by, for example, an anti-CD3 monoclonal antibody, other cells that are relatively easy to transfect (e.g., U937 or COS-7) can be used in screening. T cell activation can be determined by methods known to those skilled in the art (eg, measuring proliferation, cytokine production, CTL activity or I
(Including expression of activating antigens such as the L-2 receptor, CD69 or HLA-DR molecule). The use of antigen-specific T cell clones (eg, T cells specific for the house dust mite antigen Der p I) allows analysis of antigen-specific T cell activation (Yssel et al., (1992)). J. Immuno
l. 148: 738-745). Variants that can increase or inhibit T cell differentiation or increase or inhibit CTL responses are identified. Similarly, for example,
Variants that have altered ability to induce cytokine production or expression of antigenic activity as measured by cytokine-specific ELISA or flow cytometry can be identified.

【0139】 B7改変体は、自己免疫疾患、アレルギー、癌、感染性疾患およびワクチン接
種において免疫応答を調節する際に有用である。改善された活性を有する(およ
びCTLA−4を通じて減少された活性を有する)CD28を通じて作用するB
7改変体は、T細胞の活性化を誘導する能力を改善させた。対照的に、改善され
た活性を有する(およびCD28を通じて減少した活性を有する)CTLA−4
を通じて結合しそして作用するB7改変体は、T細胞機能の強力なネガティブ調
節因子であり、寛容およびアネルギーを誘導する。従って、これらの改変体B7
分子をコードする遺伝子を、抗原をコードする遺伝子ワクチンベクターに組込む
ことによって、抗原特異的T細胞応答を改変することが可能である。CD28を
通じて効率的に作用するB7遺伝子を保有するベクターは、例えば、保護的免疫
応答の誘導において有用であるが、一方、CTLA−4を通じて効率的に作用す
るB7遺伝子をコードする遺伝子を保有するベクターは、例えば、アレルゲン性
特異的T細胞または自己抗原性特異的T細胞の寛容およびアネルギーの誘導にお
いて有用である。いくつかの状況(例えば、腫瘍細胞または自己免疫反応を誘導
する細胞において)において、抗原はすでに標的細胞の表面に存在し得、そして
改変体B7分子はさらなる外来の抗原遺伝子の非存在下においてトランスフェク
トされ得る。
[0139] B7 variants are useful in modulating the immune response in autoimmune diseases, allergies, cancer, infectious diseases and vaccinations. B acting through CD28 with improved activity (and with reduced activity through CTLA-4)
Seven variants have improved their ability to induce T cell activation. In contrast, CTLA-4 with improved activity (and with reduced activity through CD28)
B7 variants that bind and act through are potent negative regulators of T cell function and induce tolerance and anergy. Therefore, these variants B7
By incorporating the gene encoding the molecule into a genetic vaccine vector encoding the antigen, it is possible to modify the antigen-specific T cell response. Vectors carrying a B7 gene that acts efficiently through CD28 are useful, for example, in inducing a protective immune response, while vectors carrying a gene encoding a B7 gene that acts efficiently through CTLA-4 Is useful, for example, in inducing tolerance and anergy in allergenic or autoantigenic specific T cells. In some situations (eg, in tumor cells or cells that induce an autoimmune response), the antigen may already be present on the surface of the target cell, and the variant B7 molecule may be transfected in the absence of additional foreign antigen genes. Can be effected.

【0140】 本発明の方法はまた、TH1細胞またはTH2細胞いずれかの分化の指向におけ
る有効性を増大するB7改変体を得るために有用である。示差的な役割がTヘル
パー(TH)細胞の分化の調節においてB7−1分子およびB7−2分子につい て観察された(Freemanら(1995)Immunity 2:523;
Kuchrooら(1995)Cell 80:707)。TH細胞の分化は、 各特定の改変体により誘導されるサイトカイン産生プロファイルを分析すること
によって測定され得る。高いレベルのIL−4、IL−5および/またはIL−
13は、有効なTH2細胞の分化の指標であり、一方、高いレベルのIFN−γ またはIL−2産生は、TH1細胞の分化のマーカーとして使用され得る。TH
またはTH2細胞の分化を誘導する能力を変化させたB7改変体は、例えば、ア レルギー性疾患、悪性疾患、自己免疫疾患および感染性疾患の処置ならびにワク
チン接種において有用である。
[0140] The method of the present invention are also useful in order to obtain a B7 variants that increase the efficacy of oriented T H 1 cells or T H 2 cells or differentiation. Differential roles was observed with the B7-1 molecule and B7-2 molecules in the regulation of the differentiation of T-helper (T H) cells (Freeman et al. (1995) Immunity 2: 523;
Kuchro et al. (1995) Cell 80: 707). TH cell differentiation can be measured by analyzing the cytokine production profile induced by each particular variant. High levels of IL-4, IL-5 and / or IL-
13 is an index of differentiation of valid T H 2 cells, whereas, IFN-gamma or IL-2 production of high levels can be used as a marker for the differentiation of T H 1 cells. T H 1
Alternatively, B7 variants having altered ability to induce T H 2 cell differentiation are useful, for example, in the treatment and vaccination of allergic, malignant, autoimmune and infectious diseases.

【0141】 本発明によって、抗原特異的T細胞によるIL−10の産生を誘導する能力を
増強したB7改変体を得る方法がまた、提供される。上昇したIL−10の産生
は、調節性T細胞の特徴であり、これは抗原特異的CD4+T細胞の増殖を抑制 し得る(Grouxら(1997)Nature 389:737)。DNAシ
ャッフリングを上記のように行い、その後IL−10を誘導する増大された能力
を有するB7改変体をコードする組換え核酸を、例えば、細胞質内サイトカイン
染色を用いたELISAまたはフローサイトメトリーによって同定し得る。高い
レベルのIL−10の産生を誘導する改変体は、アレルギー性疾患および自己免
疫疾患の処置に有用である。
The present invention also provides a method of obtaining a B7 variant with enhanced ability to induce the production of IL-10 by antigen-specific T cells. Elevated IL-10 production is characteristic of regulatory T cells, which can suppress the proliferation of antigen-specific CD4 + T cells (Groux et al. (1997) Nature 389: 737). DNA shuffling was performed as described above, after which recombinant nucleic acids encoding B7 variants with increased ability to induce IL-10 were identified, for example, by ELISA using cytoplasmic cytokine staining or by flow cytometry. obtain. Variants that induce high levels of IL-10 production are useful for treating allergic and autoimmune diseases.

【0142】 (D.抗原の輸送および提示の最適化) 本発明はまた、遺伝子ワクチンおよび抗原性ペプチドの輸送および提示を改善
し得るアクセサリー分子を得る方法を提供する。組換えポリヌクレオチドのラリ
ブラリーを作製し、そしてスクリーニングして、野生型対照物と比較して改善さ
れた特性を有する分子をコードするポリヌクレオチドを同定する。このポリヌク
レオチドそれ自体が、遺伝子ワクチン中で使用され得るか、またはそのポリヌク
レオチドの遺伝子産物が、治療学的適用または予防学的適用のために使用され得
る。
D. Optimization of Antigen Transport and Presentation The present invention also provides gene vaccines and methods of obtaining accessory molecules that can improve the transport and presentation of antigenic peptides. A library of recombinant polynucleotides is generated and screened to identify polynucleotides that encode molecules having improved properties as compared to a wild-type control. The polynucleotide itself can be used in a genetic vaccine, or the gene product of the polynucleotide can be used for therapeutic or prophylactic applications.

【0143】 (1.プロテアソーム) 主な組織適合性複合体分子において提示されるクラスIペプチドは、細胞プロ
テアソームによって産生される。インターフェロン−γは、抗原提示を刺激し得
、そしてインターフェロンの作用機構の一部は、プロテアソームβ−サブユニッ
トLMP2およびLMP7の誘導に起因し得、これは、相同性β−サブユニット
Y(デルタ)およびX(イプシロン)を置換する。このような置換は、プロテア
ソームのペプチド切断特異性を変化させ、そしてクラスIエピトープの免疫原性
を増大させ得る。Y(デルタ)およびX(イプシロン)サブユニット、ならびに
最近発見された他のプロテアソームサブユニット(例えば、MECL−1ホモロ
グMC14)は、抗原提示において特定化されない細胞に特徴的である。従って
、LMP2、LMP7、MECL−1ならびに/または他のエピトープ提示特異
的サブユニットおよび潜在的インターフェロン誘導性サブユニットのDNA移入
による細胞への組込みは、エピトープの提示を増大させ得る。インターフェロン
誘導性サブユニットを含むプロテアソームにより産生されるペプチドは、TAP
分子によって小胞体へ輸送されるらしい。
1. Proteasome Class I peptides presented in the major histocompatibility complex molecules are produced by the cellular proteasome. Interferon-γ can stimulate antigen presentation, and part of the mechanism of action of interferon can be due to the induction of proteasome β-subunits LMP2 and LMP7, which is homologous β-subunit Y (delta) And X (epsilon). Such substitutions can alter the peptide cleavage specificity of the proteasome and increase the immunogenicity of class I epitopes. The Y (delta) and X (epsilon) subunits, as well as other recently discovered proteasome subunits (eg, MECL-1 homolog MC14), are characteristic of cells that are not specified in antigen presentation. Thus, incorporation of LMP2, LMP7, MECL-1 and / or other epitope-presenting specific subunits and potential interferon-inducible subunits into cells by DNA transfer can increase epitope presentation. Peptides produced by the proteasome containing the interferon-inducible subunit are identified as TAP
It seems to be transported to the endoplasmic reticulum by molecules.

【0144】 本発明は、MHCクラスIエピトープを特異的に加工する能力の増大または減
少を示すプロテアソームを得る方法を提供する。この方法に従って、DNAシャ
ッフリングを使用して、いくつかのタンパク質の免疫原性を増強し得る新規の特
異性を有し得るか、および/または一旦それらのサブユニットがプロテアソーム
に結合してサブユニットを活性を増大させ得るかのいずれかの進化したタンパク
質を得る。非特異的プロテアソームからクラスIエピトープ特異的プロテアソー
ムへの移行は、いくつかの状態(いくつかの、しかし全てではないインターフェ
ロン誘導性サブユニットが、プロテアソームと関連する)を通して進行し得るの
で、多くの異なるタンパク質分解性特異性が、潜在的に達成され得る。従って、
特異的LMP様サブユニットの進化は、エピトープの提示に関する機能が増強さ
れた新規のプロテアソーム組成物を生成し得る。
The present invention provides a method for obtaining a proteasome that exhibits increased or decreased ability to specifically process an MHC class I epitope. According to this method, DNA shuffling can be used to have novel specificities that can enhance the immunogenicity of some proteins, and / or once their subunits bind to the proteasome and Obtain any evolved protein that can increase activity. The transition from non-specific proteasomes to class I epitope-specific proteasomes can be many different, as some states (some but not all interferon-inducible subunits may be associated with the proteasome) Proteolytic specificity can potentially be achieved. Therefore,
The evolution of specific LMP-like subunits can generate novel proteasome compositions with enhanced functions for epitope presentation.

【0145】 本方法は、プロテアソーム成分をコードするポリヌクレオチドの2つ以上の形
態(ポリヌクレオチドの形態が、少なくとも1つのヌクレオチドにおいて異なる
)を基質として用いて、DNAシャッフリングを行う工程を含む。シャッフリン
グを、1つ以上の種々のプロテアソーム成分(例えば、LMP2、LMP7、M
ECL−1およびクラスIエピトープ提示に特異的に関与する他の個々のプロテ
アソーム成分を含む)のいずれかをコードするポリヌクレオチドを使用して本明
細書中の記載のように行う。適切な基質の例は、例えば、Stohwasser
ら(1997)Eur.J.Immunol.27:1182−1187および
Gaczynskaら(1996)J.Biol.Chem.271:1727
5−17280に記載される。好ましい実施態様において、異なる基質が異なる
種由来の、プロテアソーム成分をコードするポリヌクレオチドである、ファミリ
ーシャフリングが使用される。
The method includes performing DNA shuffling using two or more forms of a polynucleotide encoding a proteasome component (the form of the polynucleotide differs in at least one nucleotide) as a substrate. Shuffling is performed by using one or more of various proteasome components (eg, LMP2, LMP7, M
(Including ECL-1 and other individual proteasome components that are specifically involved in class I epitope presentation) using polynucleotides encoding as described herein. Examples of suitable substrates include, for example, Stohwasser
(1997) Eur. J. Immunol. 27: 1182-1187 and Gaczynska et al. (1996) J. Am. Biol. Chem. 271: 1727
5-17280. In a preferred embodiment, family shuffling is used, wherein the different substrates are polynucleotides encoding proteasome components from different species.

【0146】 組換え反応が完了した後、生じた組換えポリヌクレオチドのライブラリーをス
クリーニングし、クラスIエピトープ産生に対して所望の効果を有するプロテア
ソーム成分をコードするポリヌクレオチドを同定する。例えば、この組換えポリ
ヌクレオチドを、目的の特定の抗原もまたコードする遺伝子ワクチンベクターに
導入し得る。次いで、ライブラリーのベクターを、次いでスクリーニングされて
抗原特異的免疫原性の増大を示す細胞を同定した哺乳動物細胞に導入し得る。プ
ロテアソーム活性を分析する方法は、例えば、Groettrupら(1997
)Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA 94:8970−897
5およびGroettrupら(1997)Eur.J.Immunol.26
:863−869に記載される。
After the recombination reaction is completed, the resulting library of recombinant polynucleotides is screened to identify polynucleotides that encode proteasome components that have the desired effect on class I epitope production. For example, the recombinant polynucleotide can be introduced into a genetic vaccine vector that also encodes a particular antigen of interest. The vectors of the library can then be introduced into mammalian cells that have been subsequently screened to identify those cells that exhibit increased antigen-specific immunogenicity. Methods for analyzing proteasome activity are described, for example, in Groettrup et al. (1997)
) Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 94: 8970-897
5 and Groetrup et al. (1997) Eur. J. Immunol. 26
: 863-869.

【0147】 あるいは、プロテアソームに強く結合するが活性を減少させるかまたは活性が
ないタンパク質を進化させるために本発明の方法を使用し得る。従って、プロテ
アソーム活性を拮抗し、そしてクラスI分子を示す細胞の能力を減少させる。こ
のような分子は、遺伝子治療の結果として細胞中に発現される外因性タンパク質
のより低い免疫原性を所望し、そしてそうでなければ細胞が免疫系によって認識
され得るクラスI提示についてプロセス化される遺伝子治療プロトコルに適用さ
れ得る。このような高親和性低活性LMP様サブユニットは、非自己タンパク質
を発現する細胞が免疫応答から保護される必要がある他の治療用プロコトルにお
いてまた有用である、免疫抑制効果を実証する。
Alternatively, the methods of the invention can be used to evolve proteins that bind strongly to the proteasome but have reduced or no activity. Thus, it antagonizes proteasome activity and reduces the ability of cells to display class I molecules. Such molecules desire the lower immunogenicity of exogenous proteins expressed in cells as a result of gene therapy, and have been processed for Class I presentation that would otherwise allow the cells to be recognized by the immune system. To gene therapy protocols. Such high-affinity, low-activity LMP-like subunits demonstrate an immunosuppressive effect that is also useful in other therapeutic protocols where cells expressing non-self proteins need to be protected from the immune response.

【0148】 プロテアソームおよびTAP分子(以下で議論される)の特異性は、天然に同
時進化したのかもしれない。従って、クラスIプロセッシング系の2つの経路は
、機能的に一致することが重要であり得る。本発明のさらなる局面は、2つの遺
伝子ファミリーにおいて同時DNAシャッフリングを実行すること、続いて適切
な一致したタンパク質分解の特異性および輸送の特異性を発見するために2つの
ランダムな組み合わせを実行することを含む。
The specificity of the proteasome and the TAP molecule (discussed below) may have evolved naturally. Thus, it may be important that the two pathways of a class I processing system be functionally identical. A further aspect of the present invention is to perform simultaneous DNA shuffling in two gene families, followed by performing two random combinations to find the appropriate matched proteolytic and transport specificities including.

【0149】 (2.抗原輸送) 本発明は、抗原性ペプチドのサイトゾル区画から小胞体への輸送を改善し、そ
れによって、MHCクラスI分子の状況における細胞表面へ輸送する方法を提供
する。抗原性ペプチドの増強された発現は、増強された免疫応答を生じ、特にC
D8+細胞障害性リンパ球の活性化を改善する。このことは、DNAワクチンの 開発および遺伝子治療において有用である。
2. Antigen Transport The present invention provides methods for improving the transport of antigenic peptides from the cytosolic compartment to the endoplasmic reticulum, thereby transporting MHC class I molecules to the cell surface. Enhanced expression of an antigenic peptide results in an enhanced immune response, particularly
Improves the activation of D8 + cytotoxic lymphocytes. This is useful in DNA vaccine development and gene therapy.

【0150】 ある実施態様において、本発明は、改善された抗原提示を示す遺伝子を得るた
めの進化TAP遺伝子(抗原プロセッシングに関連するトランスポーター)を含
む。TAP遺伝子は、膜トランスロケーターのATP結合カセットファミリーの
メンバーである。これらのタンパク質は、抗原性ペプチドをMHCクラスI分子
に輸送し、そして細胞表面上のMHCクラスI分子の発現および安定性に関与す
る。2つのTAP遺伝子、TAP1およびTAP2は、今日までにクローン化さ
れている(Powisら(1996)Proc.Nat’l.Acad.Sci
.USA 89:1463−1467;Koopmanら(1997)Curr
.Opin.Immunol.9:80−88;Monaco(1995)J.
Leukocyte Biol.57:543−57)。TAP1およびTAP
2は、ヘテロダイマーを形成し、そしてこれらの遺伝子はペプチドを小胞体に輸
送するのに必要とされ、そこでそれらの遺伝子はMHCクラスI分子に結合する
。抗原性ペプチドの提示におけるTAP遺伝子産物の基本的な役割は、破壊され
たTAP遺伝子を有するマウスにおいて実証された。TAP1欠失マウスは、M
HCクラスIの表面の発現レベルを劇的に減少させ、そして胸腺におけるCD8 + T細胞の陽性選択は強く減少した。従って、TAP欠失マウスの末梢における CD8+Tリンパ球の数は、極度に低い。TAP遺伝子をこれらの細胞にトラン スフェクトして戻すと、MHCクラスI発現のレベルは回復する。
In one embodiment, the present invention provides a method for obtaining a gene that exhibits improved antigen presentation.
TAP gene (transporter related to antigen processing)
No. The TAP gene is a member of the ATP binding cassette family of membrane translocators.
Be a member. These proteins convert antigenic peptides into MHC class I molecules.
And is involved in the expression and stability of MHC class I molecules on the cell surface
You. Two TAP genes, TAP1 and TAP2, have been cloned to date.
(Powis et al. (1996) Proc. Nat'l. Acad. Sci.
. USA 89: 1463-1467; Koopman et al. (1997) Curr.
. Opin. Immunol. 9: 80-88; Monaco (1995) J. Mol.
Leukocyte Biol. 57: 543-57). TAP1 and TAP
2 form heterodimers, and these genes transfer peptides to the endoplasmic reticulum.
Required for delivery, where those genes bind to MHC class I molecules
. The basic role of the TAP gene product in the presentation of antigenic peptides has been disrupted
Demonstrated in mice with the TAP gene. TAP1-deficient mice have M
Dramatically reduces surface expression levels of HC class I and reduces CD8 in the thymus + Positive selection of T cells was strongly reduced. Thus, CD8 in the periphery of TAP-deficient mice+The number of T lymphocytes is extremely low. When the TAP gene is transfected back into these cells, the levels of MHC class I expression are restored.

【0151】 TAP遺伝子は、遺伝子シャッフリングについての良好な標的である。なぜな
らば、天然の多型性のためおよびいくつかの哺乳動物種(ヒト(Beckら(1
992)J.Mol.Biol.228:433−441;Genbankアク
セッション番号Y13582;Powisら、前出)、ゴリラTAP1(Lau
dら(1996)Human Immunol.50:91−102)、マウス
(Reiserら(1988)Proc.Nat’l.Acad.Sci.US
A 85:2255−2259;Marusinaら(1997)J.Immu
nol.158:5251−5256、TAP1:Genbankアクセッショ
ン番号U60018、U60019、U60020、U60021、U6002
2およびL76468−L67470;TAP2:Genbankアクセッショ
ン番号U60087、U60088、U6089、U60090、U60091
およびU60092)、ハムスター(TAP1、Genbankアクセッション
番号AF001154およびAF001157;TAP2、Genbankアク
セッション番号AF001156およびAF001155を含む)のこれらの遺
伝子がクローン化されそして配列決定されているからである。さらに、TAP遺
伝子における点変異は、ペプチド特異性およびペプチド提示の変化をもたらし得
ることが示されている。また、異なる種由来のTAP遺伝子における機能的差異
が観察された。例えば、rTAP2a対立遺伝子を含むヒトTAPおよびラット
TAPは、むしろ不規則であり、一方マウスTAPは、制限されそしてC末端の
小さい極性/疎水性アミノ酸もしくは正に荷電したアミノ酸を有するペプチドに
対して選択される。この選択性の根拠は未知である。
[0151] The TAP gene is a good target for gene shuffling. Because of natural polymorphisms and in some mammalian species (human (Beck et al. (1
992) J. Mol. Biol. 228: 433-441; Genbank accession number Y13582; Powis et al., Supra), gorilla TAP1 (Lau
d et al. (1996) Human Immunol. 50: 91-102), mouse (Reiser et al. (1988) Proc. Nat'l. Acad. Sci. US).
A 85: 2255-2259; Marusina et al. (1997) J. Am. Immu
nol. 158: 5251-5256, TAP1: Genbank accession numbers U60018, U60019, U60020, U60021, U6002
2 and L76468-L67470; TAP2: Genbank accession numbers U60087, U60088, U6089, U60090, U60091
And U60092), because these genes of hamsters (including TAP1, Genbank accession numbers AF001154 and AF001157; TAP2, Genbank accession numbers AF001156 and AF001155) have been cloned and sequenced. Furthermore, it has been shown that point mutations in the TAP gene can lead to changes in peptide specificity and peptide presentation. Also, functional differences in TAP genes from different species were observed. For example, human TAP and rat TAP containing the rTAP2a allele are rather irregular, while mouse TAP is selected for restricted and C-terminal small polar / hydrophobic amino acids or peptides with positively charged amino acids. Is done. The basis for this selectivity is unknown.

【0152】 本発明の方法は、少なくとも1つのヌクレオチドの位置が異なる少なくとも2
つの形態のTAP1および/またはTAP2ポリヌクレオチド配列を基質として
使用して、TAP1遺伝子およびTAP2遺伝子のDNAシャッフリングを実施
する工程を含む。好ましい実施態様において、いくつかの哺乳動物種由来のTA
P配列を、シャッフリングのための基質として使用する。この遺伝子の天然の多
型は、さらなる基質の多様性を提供し得る。所望する場合、シャッフリングおよ
びスクリーニングの1つのラウンドから得られた、最適化されたTAP遺伝子を
、最適化されたTAPをコードするポリヌクレオチドをさらに得るために、さら
なるシャッフリング/スクリーニングラウンドに供し得る。
The method of the present invention provides that at least two nucleotides differ by at least one nucleotide position.
Performing DNA shuffling of the TAP1 and TAP2 genes using the two forms of TAP1 and / or TAP2 polynucleotide sequences as substrates. In a preferred embodiment, TA from several mammalian species
The P sequence is used as a substrate for shuffling. Natural polymorphisms of this gene may provide additional substrate diversity. If desired, the optimized TAP gene obtained from one round of shuffling and screening may be subjected to further shuffling / screening rounds to further obtain a polynucleotide encoding the optimized TAP.

【0153】 組換えTAP遺伝子のライブラリーから最適化されたTAPをコードするポリ
ヌクレオチドを同定するために、この遺伝子を、同じプラスミド上に目的の標的
抗原として発現させ得る。この工程が抗原提示の程度を制限するならば、CD8 + CTLに対して増大した提示を生じる。TAPの変異体は選択的に作用し得、 発現レベルがさもなくば制限している特定の抗原ペプチドフラグメントの発現を
増加させるか、または通常決してRERに移動されず、そしてMHCクラスIと
の結合に利用されないペプチドの輸送を引き起こす。
Polypeptide encoding TAP optimized from a library of recombinant TAP genes
To identify nucleotides, place this gene on the same plasmid
It can be expressed as an antigen. If this step limits the extent of antigen presentation, CD8 + Produces increased presentation for CTL. Variants of TAP can act selectively to regulate the expression of certain antigenic peptide fragments whose expression levels would otherwise limit
Increases or is usually never transferred to the RER, and with MHC class I
Causes the transport of peptides that are not used for binding.

【0154】 癌治療における遺伝子治療用ベクターの状況において使用される場合、進化し
たTAP遺伝子は、腫瘍細胞上でのMHCクラスI分子の発現を増大させる手段
、および抗原性腫瘍特異的ペプチドの効率的提示を得る手段を提供する。従って
、進化したTAP遺伝子を含むベクターは、悪性細胞に対して強力な免疫応答を
誘導し得る。シャッフルされたTAP遺伝子を、レトロウイルスベクターまたは
エレクトロポレーションを使用して、低レベルのMHCクラスI分子を発現する
悪性細胞株に、トランスフェクトし得る。トランスフェクション効率を、TAP
遺伝子と同じベクターによってコードされるマーカー遺伝子(例えば、グリーン
蛍光性タンパク質)を使用してモニターし得る。次いで、効率的なTAP遺伝子
のマーカーとして、等しいレベルのグリーン蛍光性タンパク質を発現するが、最
も高いレベルのMHCクラスI分子を発現している細胞を、フローサイトメトリ
ーを使用して分類し、そして進化したTAP遺伝子を次いで、例えばPCRによ
って、または全部のベクターを回収することによって、これらの細胞から回収す
る。さらなる最適化が所望される場合、次いで、これらの配列をシャッフリング
、選択および回収の新しいラウンドに供し得る。
When used in the context of gene therapy vectors in cancer therapy, the evolved TAP gene is a means of increasing the expression of MHC class I molecules on tumor cells, and the efficient use of antigenic tumor-specific peptides Provides a means to obtain a presentation. Therefore, the vector containing the evolved TAP gene can induce a strong immune response against malignant cells. The shuffled TAP gene can be transfected into a malignant cell line that expresses low levels of MHC class I molecules using retroviral vectors or electroporation. Transfection efficiency is determined by TAP
It can be monitored using a marker gene (eg, green fluorescent protein) encoded by the same vector as the gene. Cells that express equal levels of green fluorescent protein but express the highest levels of MHC class I molecules as efficient TAP gene markers are then sorted using flow cytometry, and The evolved TAP gene is then recovered from these cells, for example, by PCR or by recovering the entire vector. If further optimization is desired, these sequences can then be subjected to a new round of shuffling, selection and recovery.

【0155】 TAP遺伝子の分子の進化は、所望の抗原の同時進化と組み合せ得る。所望の
抗原の同時進化は、DNAワクチン接種後の抗原性ペプチドの提示の効率をさら
に改善し得る。この抗原を、最適なTAP遺伝子が発現される場合、所望の抗原
性ペプチドの最適な提示を可能にする構造を含むために、遺伝子シャフリングを
使用して、進化させ得る。ある所定の抗原の抗原性ペプチドの提示について最適
なTAP遺伝子は、別の抗原の抗原性ペプチドの提示について最適なTAP遺伝
子と異なり得る。遺伝子シャッフリング技術は、理想的であり、そしておそらく
この型の問題を解決するための唯一の方法である。所望の抗原性ペプチドの提示
の効率を、特異的な細胞傷害性Tリンパ球を使用して、例えば当業者に公知の方
法を使用してサイトカイン産生またはTリンパ球のCTL活性を測定することに
よって、分析し得る。
The evolution of the molecule of the TAP gene can be combined with the co-evolution of the desired antigen. Co-evolution of the desired antigen may further improve the efficiency of presentation of the antigenic peptide after DNA vaccination. This antigen can be evolved using gene shuffling to include a structure that allows for optimal presentation of the desired antigenic peptide when the optimal TAP gene is expressed. The optimal TAP gene for the presentation of an antigenic peptide of one given antigen may be different from the optimal TAP gene for the presentation of an antigenic peptide of another antigen. Gene shuffling techniques are ideal and are probably the only way to solve this type of problem. The efficiency of presentation of the desired antigenic peptide can be determined using specific cytotoxic T lymphocytes, for example, by measuring cytokine production or T lymphocyte CTL activity using methods known to those of skill in the art. Can be analyzed.

【0156】 (3.細胞傷害性T細胞誘導配列および免疫原性アゴニスト配列) 特定のタンパク質は、他のタンパク質よりもMHCクラスIエピトープを保有
することがより可能である。なぜならば、それらはクラスIエピトープの提示の
ために必要なプロセッシングに関与する細胞機械によってより容易に使用される
からである。本発明は、クラスIエピトープの提示を導く種々の生合成工程およ
び分解工程を通過する際に、特に効率的である発現されたポリぺプチドを同定す
る方法、ならびに他のタンパク質由来のCTLエピトープの提示を増大させるこ
れらのポリペプチドの使用を提供する。
3. Cytotoxic T Cell Inducing Sequences and Immunogenic Agonist Sequences Certain proteins are more capable of possessing MHC class I epitopes than other proteins. Because they are more easily used by cellular machinery involved in the processing required for the presentation of class I epitopes. The present invention provides a method for identifying expressed polypeptides that is particularly efficient in passing through various biosynthetic and degradation steps that lead to the presentation of class I epitopes, as well as methods for identifying CTL epitopes from other proteins. Provided is the use of these polypeptides to increase presentation.

【0157】 1つの実施態様において、本発明は、細胞傷害性T細胞誘導配列(CTIS)
を提供し、これは、異種クラスIエピトープが由来する病原体に対するワクチン
接種の目的で、この異種エピトープを保有するために使用され得る。CTISの
1つの例は、B型肝炎表面抗原(HBsAg)から得られる。これは、特定の条
件下でタンパク質として送達される場合、それ自体のCTLエピトープについて
の有効なキャリアであることを示す。HBsAgを発現しているプラスミドを用
いたDNA免疫化はまた、高いレベルのCTL活性を誘導する。本発明は、より
短く切断されたHBsAgポリペプチドのフラグメントを提供し、これは、CT
L活性の誘導において非常に効率的に機能し、そしてHBsAgタンパク質を有
するかまたは全長のHBsAgポリペプチドをコードするプラスミドを有するよ
りも高いCTL誘導レベルを達成する。HBsAg由来のCTISの合成は、実
施例3に記載される;そしてCTISの図は、図1に示される。
[0157] In one embodiment, the present invention provides a cytotoxic T cell-inducing sequence (CTIS).
Which can be used to carry a heterologous class I epitope for the purpose of vaccination against the pathogen from which it is derived. One example of CTIS is obtained from hepatitis B surface antigen (HBsAg). This indicates that it is an effective carrier for its own CTL epitope when delivered as a protein under certain conditions. DNA immunization with a plasmid expressing HBsAg also induces high levels of CTL activity. The present invention provides shorter truncated fragments of the HBsAg polypeptide,
It functions very efficiently at inducing L activity and achieves higher levels of CTL induction than with HBsAg protein or with a plasmid encoding the full length HBsAg polypeptide. The synthesis of CTIS from HBsAg is described in Example 3; and a diagram of CTIS is shown in FIG.

【0158】 切断されたポリペプチドのER局所化は、CTLエピトープを含むペプチドの
適切なタンパク質分解による遊離の達成において重要であり得る(Cressw
ellおよびHughes(1997)Curr.Biol.7:R552−R
555;Craiuら(1997)Proc.Nat’l.Acad.Sci.
USA 94:10850−10855を参照のこと)。プレS2領域および膜
貫通領域は、強力な細胞傷害性免疫応答の誘導に関して重要であり得るTヘルパ
ーエピトープを提供する。切断されたCTISポリペプチドは、単純な構造を有
するため(図1を参照のこと)、任意の特定のタンパク質高次構造を維持する必
要がなく、1つ以上の異種クラスIエピトープ配列をポリペプチドのC末端に付
着することが可能である。次いで、このような配列はクラスIエピトープのプロ
ッセシング機構に対して利用可能である。ポリぺプチドの大きさは、ネイティブ
なHBsAg構造の通常の制約に対して問題ではない。故に、異種配列の長さ、
従って含まれるCTLエピトープの数は、変動する。このことを図2に概略的に
示す。複数でかつ異なるクラスI配列、または代替的に単一のCTL配列の異な
るバリエーションのいずれかを含む長い配列を含む能力は、DNAシャッフリン
グ方法論を適用することを可能にする。
ER localization of the cleaved polypeptide may be important in achieving proper proteolytic release of the peptide containing the CTL epitope (Cressw
ell and Hughes (1997) Curr. Biol. 7: R552-R
555; Craiu et al. (1997) Proc. Nat'l. Acad. Sci.
ScL USA 94: 10850-10855). The pre-S2 and transmembrane regions provide T helper epitopes that may be important for inducing a strong cytotoxic immune response. The truncated CTIS polypeptide has a simple structure (see FIG. 1), which eliminates the need to maintain any particular protein conformation and allows one or more heterologous class I epitope sequences to be added to the polypeptide. Can be attached to the C-terminus. Such sequences are then available to the processing mechanism for class I epitopes. The size of the polypeptide is not an issue for the usual constraints of the native HBsAg structure. Therefore, the length of the heterologous sequence,
Thus, the number of included CTL epitopes varies. This is shown schematically in FIG. The ability to include long sequences containing either multiple and different Class I sequences, or alternatively different variations of a single CTL sequence, allows one to apply DNA shuffling methodology.

【0159】 本発明はまた、天然のエピトープ配列を発現する細胞を特異的に溶解し得るC
TLを誘導する免疫原性アゴニスト配列(IAS)を得る方法を提供する。いく
つかの場合において、反応性は、CTL応答が天然のエピトープにより誘導され
る場合よりも大きい(実施例3および図3を参照のこと)。このようなIAS誘
導化CTLは、天然の配列によって誘導されるT細胞とは異なるT細胞レパート
リーから引き出され得る。このように、所定のエピトープに対する貧弱な応答性
は、より大きなプールからT細胞を補充することによって克服され得る。このよ
うなIASを発見するために、CTL誘導ペプチドの各位置におけるアミノ酸(
おそらくいわゆる固定(anchor)残基の位置を除く)は、通常の位置に存
在しない19アミノ酸の範囲にわたって変化し得る。DNAシャッフリング方法
論は、大きな範囲の配列可能性を走査するために使用され得る。
[0159] The present invention also relates to a C-cell that can specifically lyse cells expressing a native epitope sequence.
A method for obtaining an immunogenic agonist sequence (IAS) that induces TL is provided. In some cases, the reactivity is greater than when the CTL response is induced by the natural epitope (see Example 3 and FIG. 3). Such IAS derivatized CTLs can be drawn from a different T cell repertoire than T cells induced by the native sequence. Thus, poor responsiveness to a given epitope can be overcome by recruiting T cells from a larger pool. To discover such an IAS, the amino acid at each position of the CTL-derived peptide (
Perhaps except for the so-called anchor residue positions) can vary over a range of 19 amino acids that are not present at normal positions. DNA shuffling methodology can be used to scan a large range of sequence possibilities.

【0160】 本来のエピトープ配列の複数のコピーを含む合成遺伝子セグメントは、各コピ
ーが少数のヌクレオチドの変化を保有するように調製され得る。この遺伝子セグ
メントは、シャッフルされて、多様な範囲のCTLエピトープ配列を作製し得、
それらのいくつかは、IASとして機能すべきである。この過程は、図4に図示
される。
Synthetic gene segments containing multiple copies of the native epitope sequence can be prepared such that each copy carries a small number of nucleotide changes. This gene segment can be shuffled to create a diverse range of CTL epitope sequences,
Some of them should function as IAS. This process is illustrated in FIG.

【0161】 実際には、オリゴヌクレオチドは、代表的には、上記の設計に従って構築され
、そして酵素学的に重合されて、連結されたエピトープの合成遺伝子セグメント
を形成する。制限部位は、オリゴヌクレオチドの画分に組込まれ得、連結された
エピトープの所定の大きさの範囲の切断および選択を可能にする。これらの大部
分は、異なる配列を有し、従って潜在的なIASである。このエピトープ含有遺
伝子セグメントは、適切なクローニング方法によって、HBsAgのセグメント
のようにCTISと連結され得る。生じたプラスミド構築物は、DNAに基づく
免疫およびCTL誘導のために使用され得る。
In practice, oligonucleotides are typically constructed according to the above design and polymerized enzymatically to form a synthetic gene segment of the linked epitope. Restriction sites can be incorporated into a fraction of the oligonucleotide to allow for cleavage and selection of a given size range of the linked epitope. Most of these have different sequences and are therefore potential IAS. This epitope-containing gene segment can be linked to CTIS like a segment of HBsAg by a suitable cloning method. The resulting plasmid construct can be used for DNA-based immunization and CTL induction.

【0162】 (E.遺伝子ワクチンの薬学的組成物および投与の方法) 本発明の改善された免疫調節ポリヌクレオチドおよびポリペプチドは、それぞ
れの抗原が関与する種々の疾患および状態を処置および/または予防するために
有用である。例えば、本発明の方法に従って得られる試薬を使用する遺伝子ワク
チンは、感染性疾患(任意の細菌、真菌、ウイルスまたは哺乳動物の他の病原体
によって引き起こされる疾患を含む)の予防および治療の両方に有用である。本
発明を使用して得られる試薬はまた、自己免疫疾患(例えば、慢性関節リウマチ
、SLE、真性糖尿病、重症筋無力症、反応性関節炎、強直性脊椎炎、および多
発性硬化症を含む)の処置のために使用され得る。これらおよび他の炎症性状態
(IBD、乾癬、膵炎、および種々の免疫不全を含む)は、本発明の方法を用い
て得られるベクターおよび他の成分を含む遺伝子ワクチンを使用して処置され得
る。本発明の方法を用いて得られる遺伝子ワクチンベクターおよび他の試薬を使
用して、アレルギーおよび喘息を処置し得る。さらに、遺伝子ワクチンの使用は
、癌の治療および転移の予防のために非常に有望である。癌性細胞に対する免疫
応答の誘導によって、身体の免疫系に、癌の減少または除去をもたらし得る。
E. Pharmaceutical Compositions of Gene Vaccines and Methods of Administration The improved immunomodulatory polynucleotides and polypeptides of the present invention treat and / or prevent various diseases and conditions involving the respective antigens. Useful to For example, genetic vaccines using reagents obtained according to the methods of the invention are useful for both prevention and treatment of infectious diseases, including diseases caused by any bacteria, fungi, viruses or other pathogens of mammals. It is. The reagents obtained using the present invention may also be useful for treating autoimmune diseases, including, for example, rheumatoid arthritis, SLE, diabetes mellitus, myasthenia gravis, reactive arthritis, ankylosing spondylitis, and multiple sclerosis. Can be used for treatment. These and other inflammatory conditions, including IBD, psoriasis, pancreatitis, and various immunodeficiencies, can be treated using genetic vaccines containing vectors and other components obtained using the methods of the present invention. Genetic vaccine vectors and other reagents obtained using the methods of the invention can be used to treat allergies and asthma. Furthermore, the use of genetic vaccines has great promise for treating cancer and preventing metastasis. Induction of an immune response to cancerous cells can result in the body's immune system reducing or eliminating cancer.

【0163】 現在の好ましい実施態様において、本発明の使用により得られる試薬は、遺伝
子ワクチンベクターと共に使用される。ベクターおよび成分の選択はまた、アレ
ルギーまたは他の状態を治療する特定の目的のために最適化され得る。例えば、
特定の状態の処置に関連する抗原は、本明細書中に記載される方法に類似した組
換えおよび選択方法を用いて最適化され得る。このような方法、および種々の状
態に対して適切な抗原は、「抗原ライブラリー免疫」(TTC Attorne
y Docket番号18097−028710USとして、1999年2月1
0日に出願)と題される同時継続中の同一人に譲渡された米国特許出願番号第_
に記載される。組換え抗原性ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、プ
ロモーター(例えば、高活性プロモーターまたは組織特異的プロモーター)の制
御下に配置され得る。抗原性ポリペプチドを発現するために使用されるプロモー
ターは、本明細書中に記載される方法に類似した組換えおよび選択方法を用いて
、国際出願番号PCT/US97/17300号(国際公開番号WO 98/1
3487号)に記載されるように、それ自体最適化され得る。。本発明の方法を
使用して得られる試薬はまた、多成分遺伝子ワクチンと共に使用され得、これは
、所望の効果を達成するのに最も適するように免疫応答を調整し得る(例えば、
「遺伝子ワクチンベクター技術」(TTC Attorney Docket番
号18097−030100USとして、1999年2月10日に出願)と題さ
れる同時継続中の同一人に譲渡された米国特許出願番号第_を参照のこと)。特
定の標的細胞型(例えば、抗原提示細胞または抗原プロセッシング細胞)を標的
化する遺伝子ワクチンを使用することは、時々有利である;適切な標的方法は、
「遺伝子ワクチンベクターの標的化」(TTC Attorney Docke
t番号18097−030200USとして、1999年2月10日に出願)と
題される同時継続中の同一人に譲渡された米国特許出願番号第_に記載される。
[0163] In a presently preferred embodiment, the reagents obtained by use of the present invention are used with a gene vaccine vector. The choice of vector and components may also be optimized for the particular purpose of treating allergies or other conditions. For example,
Antigens associated with treatment of a particular condition can be optimized using recombination and selection methods similar to those described herein. Suitable antigens for such methods, and for various conditions, are described in "antigen library immunization" (TTC Attorne).
y Docket No. 18097-0228710US, February 1, 1999
Concurrently assigned U.S. Patent Application No.
It is described in. A polynucleotide encoding a recombinant antigenic polypeptide can be placed under the control of a promoter, such as a highly active promoter or a tissue-specific promoter. The promoter used to express the antigenic polypeptide can be prepared using recombination and selection methods similar to those described herein, International Application No. PCT / US97 / 17300 (International Publication No. 98/1
3487), which can itself be optimized. . Reagents obtained using the methods of the invention can also be used with multi-component genetic vaccines, which can modulate the immune response to be most suitable to achieve the desired effect (eg,
See co-pending and commonly assigned U.S. Patent Application No. _, entitled "Gene Vaccine Vector Technology" (filed February 10, 1999 as TTC Attorney Docket No. 18097-030100US). . It is sometimes advantageous to use genetic vaccines that target a particular target cell type (eg, antigen presenting or processing cells);
"Targeting Gene Vaccine Vectors" (TTC Attorney Docke)
No. _______________________________________Bounded as co-pending and commonly assigned U.S. Pat.

【0164】 本明細書中に記載されるように得られる最適化された組換えポリヌクレオチド
を含む遺伝子ワクチンベクターは、治療的または予防的免疫応答を誘導するため
に哺乳動物(ヒトを含む)に送達され得る。ワクチン送達ビヒクルは、個々の患
者への投与、代表的には、全身的投与(例えば、静脈内、腹腔内、筋肉内、皮下
、頭蓋内、肛門内、腟内、口腔、頬経路または吸入し得る)によりインビボで送
達され得るか、または局所的適用によって投与され得る。あるいは、ベクターは
、エキソビボで細胞(例えば、個々の患者から移植された細胞(例えば、リンパ
球、骨髄吸引液、組織生検))に、または一般的なドナーの造血幹細胞に送達さ
れ得、続いて、通常は、ベクターを組込んだ細胞について選択した後、細胞を患
者へ再移植する。
A genetic vaccine vector comprising an optimized recombinant polynucleotide obtained as described herein can be used in mammals (including humans) to induce a therapeutic or prophylactic immune response. Can be delivered. Vaccine delivery vehicles are intended for administration to individual patients, typically systemically (eg, intravenous, intraperitoneal, intramuscular, subcutaneous, intracranial, intraanal, intravaginal, buccal, buccal or by inhalation). Can be delivered in vivo, or can be administered by topical application. Alternatively, the vector can be delivered ex vivo to cells (eg, cells transplanted from individual patients (eg, lymphocytes, bone marrow aspirates, tissue biopsies)) or to common donor hematopoietic stem cells, Thus, usually after selecting for cells that have incorporated the vector, the cells are re-implanted into the patient.

【0165】 多くの送達方法は、当業者に周知である。このような方法として、例えば、リ
ポソームに基づく遺伝子送達(DebsおよびZhu(1993)WO 93/
24640;ManninoおよびGould−Fogerite(1988)
BioTechniques 6(7):682−691;Rose 米国特許
第5,279,833号;Brigham(1991)WO 91/06309
;ならびにFelgnerら(1987)Proc.Natl.Acad.Sc
i.USA 84:7413−7414)、ならびにウイルスベクターの使用(
例えば、アデノウイルスベクター(例えば、概説として、Bernsら(199
5)Ann.NY Acad.Sci.772:95−104;Aliら、(1
994)Gene Ther.1:367−384;およびHaddadaら(
1995)Curr.Top.Microbiol.Immunol.199(
Pt3):297−306を参照のこと)、パピローマウイルスベクター、レト
ロウイルスベクター(例えば、Buchscherら(1992)J.Viro
l.66(5)2731−2739;Johannら(1992)J.Viro
l.66(5)1635−1640(1992);Sommerfeltら(1
990)Virol.176:58−59;Wilsonら(1989)J.V
irol.63:2374−2378;Millerら、J.Virol.65
:2220−2224(1991);Wong−Staalら、PCT/US9
4/05700、ならびにRosenburgおよびFauci(1993)F
undametal Immunology、第3版、Paul編、Raven
Press,Ltd,New Yorkおよび本明細書中の参考文献、ならび
にYuら、Gene Therapy(1994)前出を参照のこと)、ならび
にアデノ随伴ウイルスベクター(Westら(1987)Virology 1
60:38−47;Carterら(1989)米国特許第4,797,368
号;Carterら WO93/24641(1993);Kotin(199
4)Human Gene Therapy 5:793−801;Muzyc
zka(1994)J.Clin.Invest.94:1351およびAAV
ベクターの概要についてSamulski(前出)を参照のこと;また、Leb
kowski、米国特許第5,173,414号;Tratschinら(19
85)Mol.Cell.Biol.5(11):3251−3260;Tra
tschinら(1984)Mol.Cell.Biol.4:2072−20
81;HermonatおよびMuzyczka(1984)Proc.Nat
l.Acad.Sci.USA、81:6466−6470;McLaughl
inら(1988)ならびにSamulskiら(1989)J.Virol.
、63:03822−2828も参照のこと)などが挙げられる。
[0165] Many delivery methods are well known to those of skill in the art. Such methods include, for example, liposome-based gene delivery (Debs and Zhu (1993) WO 93 /
24640; Mannino and Gould-Fogerite (1988)
BioTechniques 6 (7): 682-691; Rose U.S. Patent No. 5,279,833; Brightham (1991) WO 91/06309.
And Felgner et al. (1987) Proc. Natl. Acad. Sc
i. USA 84: 7413-7414), as well as the use of viral vectors (
For example, adenoviral vectors (eg, as reviewed in Berns et al. (199)
5) Ann. NY Acad. Sci. 772: 95-104; Ali et al., (1.
994) Gene Ther. 1: 367-384; and Haddada et al. (
1995) Curr. Top. Microbiol. Immunol. 199 (
Pt3): 297-306), papillomavirus vectors, retroviral vectors (see, eg, Buchscher et al. (1992) J. Viro.
l. 66 (5) 2731-2739; Johan et al. (1992) J. Am. Viro
l. 66 (5) 1635-1640 (1992); Sommerfeld et al. (1
990) Virol. 176: 58-59; Wilson et al. (1989) J. Am. V
irol. 63: 2374-2378; Miller et al. Virol. 65
: 2220-2224 (1991); Wong-Stal et al., PCT / US9.
4/05700, and Rosenburg and Fauci (1993) F
unmetal Immunology, 3rd edition, Paul edition, Raven
Press, Ltd., New York and references herein, and Yu et al., Gene Therapy (1994) supra), and adeno-associated virus vectors (West et al. (1987) Virology 1).
60: 38-47; Carter et al. (1989) U.S. Pat. No. 4,797,368.
No .; Carter et al., WO 93/24641 (1993); Kotin (199).
4) Human Gene Therapy 5: 793-801; Muzyc
zka (1994) J. Mol. Clin. Invest. 94: 1351 and AAV
See Samulski (supra) for an overview of vectors;
kowski, U.S. Pat. No. 5,173,414; Tratschin et al. (19
85) Mol. Cell. Biol. 5 (11): 3251-3260; Tra
tschin et al. (1984) Mol. Cell. Biol. 4: 2072-20
81; Hermonat and Muzyczka (1984) Proc. Nat
l. Acad. Sci. USA, 81: 6466-6470; McLaughl.
(1988) and Samulski et al. (1989) J. Am. Virol.
, 63: 03822-2828).

【0166】 遺伝子ワクチンを含む「裸の」DNAおよび/またはRNAは、組織(例えば
、筋肉)へ直接導入され得る。例えば、USPN 5,580,859を参照の
こと。他の方法(例えば、「微粒子銃」または粒子媒介形質転換(例えば、Sa
nfordら、USPN 4,945,050;USPN 5,036,006
を参照のこと))はまた、本発明に従って遺伝子ワクチンを哺乳動物の細胞へ導
入するのに適している。これらの方法は、インビボでのDNAの哺乳動物への導
入のために有用なだけでなく、哺乳動物へ再導入するための細胞のエキソビボ改
変のためにも有用である。遺伝子ワクチンを送達する他の方法について、必要な
場合、所望のレベルの免疫調節を維持するためにワクチン投与を繰り返す。
“Naked” DNA and / or RNA, including genetic vaccines, can be introduced directly into tissues (eg, muscle). See, for example, USPN 5,580,859. Other methods (eg, “bombardment” or particle-mediated transformation (eg, Sa)
nford et al., USPN 4,945,050; USPN 5,036,006.
)) Are also suitable for introducing genetic vaccines into mammalian cells according to the invention. These methods are useful not only for the introduction of DNA into mammals in vivo, but also for ex vivo modification of cells for reintroduction into mammals. For other methods of delivering genetic vaccines, repeat the vaccine administration, if necessary, to maintain the desired level of immunomodulation.

【0167】 遺伝子ワクチンベクター(例えば、アデノウイルス、リポソーム、パピローマ
ウイルス、レトロウイルスなど)は、インビボでの細胞の形質導入のために哺乳
動物に直接投与され得る。本発明の方法を使用して得られる遺伝子ワクチンは、
予防的および/または治療的処置のために、任意の適切な様式(非経口(例えば
、皮下、筋肉内、皮内、または静脈内)、局所的、経口、直腸、鞘内、頬(例え
ば、舌下)、あるいは局所投与(例えば、エアロゾルまたは経皮的)を含む)に
おいて投与のための薬学的組成物として処方され得る。例えば、毛髪を除去する
薬剤の使用による皮膚の前処置は、経皮的送達において有用であり得る。このよ
うなパッケージされた核酸を投与するのに適切な方法が利用可能であり、そして
当業者に周知である。そして、特定の組成物を投与するために1つ以上の経路が
使用され得るが、特定の経路は、しばしば別の経路よりもより即時のそしてより
有効な反応を提供する。
Gene vaccine vectors (eg, adenovirus, liposomes, papillomavirus, retrovirus, etc.) can be directly administered to mammals for transduction of cells in vivo. The genetic vaccine obtained using the method of the present invention comprises:
For prophylactic and / or therapeutic treatments, any suitable mode (parenteral (eg, subcutaneous, intramuscular, intradermal, or intravenous), topical, oral, rectal, intrathecal, buccal (eg, (Sublingual), or in topical administration (including, for example, aerosol or transdermal), and may be formulated as pharmaceutical compositions for administration. For example, pre-treatment of the skin with the use of a hair removal agent may be useful in transdermal delivery. Suitable methods for administering such packaged nucleic acids are available and are well known to those skilled in the art. And although more than one route may be used to administer a particular composition, certain routes often provide a more immediate and more effective response than another route.

【0168】 薬学的に受容可能なキャリアは、投与される特定の組成物、およびその組成物
を投与するために使用される特定の方法によって、一部決定される。従って、本
発明の薬学的組成物の、広範な適切な処方物が存在する。種々の水溶性キャリア
(例えば、緩衝化生理食塩水など)が使用され得る。これらの溶液は、滅菌され
、そして所望されない物質は一般的には含まれていない。これらの組成物は、従
来の周知の滅菌技術によって滅菌され得る。この組成物は、およその生理学的条
件に対して必要とされるため、薬学的に受容可能な補助物質(例えば、pH調整
剤および緩衝剤、毒性調整剤など(例えば、酢酸ナトリウム、塩化ナトリウム、
塩化カリウム、塩化カルシウム、乳酸ナトリウムなど))を含み得る。これらの
処方物における遺伝子ワクチンベクターの濃度は、非常に広範であり得、そして
選択された特定の投与の様式および患者の必要性に従って、主に液量、粘性、体
重などに基づいて選択される。
Pharmaceutically acceptable carriers are determined in part by the particular composition being administered, as well as by the particular method used to administer the composition. Accordingly, there is a wide range of suitable formulations of the pharmaceutical compositions of the present invention. A variety of water-soluble carriers can be used, such as, for example, buffered saline. These solutions are sterile and generally free of undesirable matter. These compositions may be sterilized by conventional, well-known sterilization techniques. Since the composition is required for approximate physiological conditions, pharmaceutically acceptable auxiliary substances such as pH and buffering agents, toxicity modifiers and the like (eg, sodium acetate, sodium chloride,
Potassium chloride, calcium chloride, sodium lactate, etc.)). The concentration of the gene vaccine vector in these formulations can vary widely, and is chosen primarily based on fluid volume, viscosity, body weight, etc., according to the particular mode of administration chosen and the needs of the patient. .

【0169】 経口投与に適する処方物は、(a)液体溶液(例えば、有効量のパッケージさ
れた核酸を希釈溶液(例えば、水、生理食塩水またはPEG400)に懸濁した
もの);(b)液体、固体、顆粒またはゼラチンとしてあらかじめ決められた量
の活性成分をそれぞれ含むカプセル、袋(sachet)、錠剤;(c)適切な
液体中の懸濁物;および(d)適切な乳濁液、からなり得る。錠剤の形態は、ラ
クトース、スクロース、マンニトール、ソルビトール、リン酸カルシウム、コー
ンスターチ、ポテトスターチ、トラガカント、微結晶性セルロース、アカシア、
ゼラチン、コロイド状二酸化ケイ素、クロスカメルロース(croscarme
llose)ナトリウム、タルク、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸、
および他の賦形剤、着色料、充填剤、結合剤、希釈剤、緩衝剤、膨潤剤、防腐剤
、矯味矯臭剤、色素、崩壊剤、および薬学的に適合性のキャリアの1つ以上を含
み得る。活性成分に加えて、当該分野で公知のキャリアを含む、不活性基材(例
えば、ゼラチンおよびグリセリンまたはスクロースならびにアカシア乳濁液、ゲ
ルなど)中に活性成分を含む錠剤と同様にロゼンジ形態は、香料中に活性成分、
通常は、スクロースおよびアカシアまたはトラガカントを含み得る。経口的投与
される場合、遺伝子ワクチンは消化から保護されなければならないことが認識さ
れる。このことは、代表的には、ワクチンベクターと、ベクターに酸および酵素
的な加水分解に対する耐性を与える組成物との複合体化によるか、またはベクタ
ーをリポソームのような適切な耐性キャリア中にパッケージングすることによる
かのいずれかで、達成される。ベクターを消化から保護する手段は、当該分野に
おいて周知である。この薬学的組成物は、例えばリポソームにおいて、または活
性成分の徐放性を提供するための処方物においてカプセル化され得る。
Formulations suitable for oral administration include: (a) a liquid solution (eg, an effective amount of a packaged nucleic acid suspended in a dilute solution (eg, water, saline or PEG 400)); (b) Capsules, sachets, tablets each containing a predetermined amount of active ingredient as a liquid, solid, granule or gelatin; (c) a suspension in a suitable liquid; and (d) a suitable emulsion, Can consist of Tablet forms include lactose, sucrose, mannitol, sorbitol, calcium phosphate, corn starch, potato starch, tragacanth, microcrystalline cellulose, acacia,
Gelatin, colloidal silicon dioxide, croscarmellose
llose) sodium, talc, magnesium stearate, stearic acid,
And one or more of other excipients, colorants, fillers, binders, diluents, buffers, swelling agents, preservatives, flavoring agents, pigments, disintegrants, and pharmaceutically compatible carriers. May be included. A lozenge form as well as a tablet comprising the active ingredient in an inert substrate (e.g., gelatin and glycerin or sucrose and acacia emulsions, gels, and the like), in addition to the active ingredient, are known in the art. Active ingredients in fragrances,
Usually it can include sucrose and acacia or tragacanth. It is recognized that when administered orally, a genetic vaccine must be protected from digestion. This is typically by conjugation of the vaccine vector with a composition that renders the vector resistant to acid and enzymatic hydrolysis, or packaging the vector in a suitable resistant carrier such as a liposome. Achieved by either Means of protecting vectors from digestion are well-known in the art. The pharmaceutical composition can be encapsulated, for example, in liposomes or in a formulation to provide sustained release of the active ingredient.

【0170】 パッケージされた核酸は、単独でまたは他の適切な成分と共に、吸入を介して
投与されるエアロゾル処方物(例えば、それらは「霧状」であり得る)に作製さ
れ得る。エアロゾル処方物は、受容可能な加圧された噴霧剤(例えば、ジクロロ
ジフルオロメタン、プロパン、窒素など)中に置かれ得る。
The packaged nucleic acids, alone or with other suitable components, can be made into aerosol formulations to be administered via inhalation (eg, they can be “nebulized”). Aerosol formulations can be placed into an acceptable pressurized propellant (eg, dichlorodifluoromethane, propane, nitrogen, etc.).

【0171】 直腸投与に適切な処方物は、例えば、座薬の基材と共にパッケージングされた
核酸からなる座薬を含む。適切な座薬の基材は、天然のもしくは合成トリグリセ
リドまたはパラフィン炭化水素を含む。さらに、パッケージングされた核酸と基
材(例えば、液体トリグリセリド、ポリエチレングリコール、およびパラフィン
炭化水素を含む)との組み合わせからなるゼラチン直腸カプセルを使用すること
がまた、可能である。
Formulations suitable for rectal administration include, for example, suppositories, which consist of the nucleic acid packaged with a suppository base. Suitable suppository bases include natural or synthetic triglycerides or paraffin hydrocarbons. In addition, it is also possible to use gelatin rectal capsules consisting of a combination of the packaged nucleic acids and a substrate, including, for example, liquid triglycerides, polyethylene glycols, and paraffin hydrocarbons.

【0172】 非経口投与(例えば、関節内(intraarticular)(関節内(i
n the joints)、静脈内、筋肉内、皮内、腹腔内、および皮下経路
による)に適切な処方物は、抗酸化剤、緩衝剤、静菌薬、および意図されたレシ
ピエントの血液と等張である処方物にする溶質を含み得る水溶性および非水溶性
の等張性滅菌注射溶液、ならびに懸濁剤、溶解剤、濃厚剤、安定剤および保存剤
を含み得る水溶性および非水溶性滅菌懸濁液が挙げられる。本発明の実施におい
て、組成物は、例えば、静脈注入、経口的、局所的、腹腔内、嚢内または鞘内に
よって投与され得る。非経口投与および静脈内投与が好ましい投与の方法である
。パッケージされた核酸の処方物は、単位用量または複数用量で密封された、ア
ンプルおよびバイアルのような容器で提供され得る。
Parenteral administration (eg, intraarticular (i.
Formulations suitable for (the joints), intravenous, intramuscular, intradermal, intraperitoneal, and subcutaneous routes) include antioxidants, buffers, bacteriostats, and blood of the intended recipient, and the like. Aqueous and non-aqueous isotonic sterile injectable solutions that may contain solutes that make up the formulation that is tonic, and water-soluble and water-insoluble that may contain suspending agents, dissolving agents, thickening agents, stabilizers and preservatives. Sterile suspensions are included. In the practice of the present invention, the compositions may be administered, for example, by intravenous infusion, oral, topical, intraperitoneal, intracapsular or intrathecal. Parenteral administration and intravenous administration are preferred methods of administration. The packaged nucleic acid formulation may be presented in unit-dose or multi-dose sealed containers, such as ampules and vials.

【0173】 注射溶液および懸濁液は、滅菌した粉末、顆粒および先に記載された種類の錠
剤から調製され得る。パッケージされた核酸によって形質導入された細胞はまた
、静脈内にまたは非経口的に投与され得る。
Injection solutions and suspensions can be prepared from sterile powders, granules and tablets of the kind previously described. Cells transduced by the packaged nucleic acid can also be administered intravenously or parenterally.

【0174】 患者に投与する用量は、本発明の状況において、患者において経時的に有益な
治療学的応答をもたらすのに十分であるべきである。用量は、使用される特定の
ベクターの有効性および患者の状態、ならびに処置されるべき患者の体重または
血管表面積によって決定される。用量の大きさは、特定のベクターまたは特定の
患者における形質転換された細胞型の投与に伴う任意の有害な副作用の存在、特
性、および程度によってもまた、決定される。
The dose administered to a patient, in the context of the present invention, should be sufficient to result in a beneficial therapeutic response in the patient over time. The dose will be determined by the effectiveness of the particular vector used and the condition of the patient, as well as the weight or vascular surface area of the patient to be treated. The size of the dose will also be determined by the existence, nature, and extent of any adverse side-effects that accompany the administration of the particular vector or transformed cell type in the particular patient.

【0175】 感染および他の状態の処置または予防において投与されるベクターの有効量の
決定において、医者はベクターの毒性、疾患の進行、および抗ベクター抗体の産
生(もしあれば)を評価する。一般に、ベクター由来の裸の核酸の等用量は、代
表的には70キログラムの患者に対し、約1μg〜1mgであり、そしてその核
酸を送達するために使用されるベクターの用量は、等量の治療用核酸を生ずるよ
うに計算される。投与は単回量または分割した量を通じて達成され得る。
In determining the effective amount of a vector to be administered in the treatment or prevention of infections and other conditions, a physician will evaluate the toxicity of the vector, the progression of the disease, and the production of anti-vector antibodies, if any. Generally, an equivalent dose of naked nucleic acid from a vector is typically about 1 μg to 1 mg for a 70 kilogram patient, and the dose of vector used to deliver the nucleic acid is an equivalent Calculated to yield therapeutic nucleic acid. Administration can be accomplished in single or divided doses.

【0176】 治療的適用において、組成物は、疾患(例えば、感染性疾患または自己免疫疾
患)に罹患している患者に、疾患およびその合併症を治癒するかまたは少なくと
も部分的には静止させるのに十分な量で投与される。これを達成するために十分
な量は、「治療的有効用量」として定義される。この使用のための有効量は、疾
患の重篤度および患者の一般的健康状態に依存する。この組成物の単回投与また
は複数投与は、患者が必要とし、そして寛容する用量および頻度に依存して投与
され得る。いずれかの状況において、この組成物は、患者を有効的に処置するた
めに、十分な量の本発明のタンパク質を提供するべきである。
In therapeutic applications, the compositions will cure or at least partially arrest the disease and its complications in a patient suffering from the disease (eg, an infectious disease or an autoimmune disease). Is administered in a sufficient amount. An amount sufficient to accomplish this is defined as "therapeutically effective dose." The effective amount for this use will depend on the severity of the disease and the general health of the patient. Single or multiple administrations of the composition can be administered depending on the dosage and frequency as required and tolerated by the patient. In any situation, the composition should provide a sufficient amount of the protein of the invention to effectively treat the patient.

【0177】 予防的適用において、組成物は、感染性疾患または他の状態の確立に対しての
保護を補助し得る免疫応答を誘導するために、ヒトまたは他の哺乳動物に投与さ
れる。
In prophylactic applications, the compositions are administered to humans or other mammals to induce an immune response that can help protect against the establishment of an infectious disease or other condition.

【0178】 本発明によって提供される遺伝子ワクチンベクターの毒性および治療学的有効
性は、細胞培養物または実験動物中で標準的な薬学的手順を使用して決定される
。本明細書中に示される方法およびそうでなければ当業者に公知の方法を使用し
て、LD50(集団の50%までに致死的な用量)およびED50(集団の50%に
おける治療学的有効な用量)を決定し得る。
The toxicity and therapeutic efficacy of the gene vaccine vectors provided by the present invention are determined using standard pharmaceutical procedures in cell culture or experimental animals. LD 50 (the dose lethal to 50% of the population) and ED 50 (therapeutic in 50% of the population) using the methods presented herein and those otherwise known to those skilled in the art. Effective dose) can be determined.

【0179】 静脈注射のための代表的な薬学的組成物は、一日一患者あたり約0.1〜10
mgである。特に薬物を隔離された部位に投与され、そして血流には投与されな
い場合(例えば、体腔または器官の管腔)、一患者一日あたり0.1〜約100
mgの投与量が使用され得る。続いて、より高い投与量が局所的投与において可
能である。非経口的投与可能な組成物を調製する実際の方法は、当業者に公知で
つかまたは明白であり、そしてRemington’s Pharmaceut
ical Science、第15版、Mack Publishing Co
mpany、Easton、Pennsylvania(1980)のような刊
行物により詳細に記載される。
A typical pharmaceutical composition for intravenous injection is about 0.1 to 10 per patient per day
mg. Especially when the drug is administered to an isolated site and not to the bloodstream (e.g., a body cavity or lumen of an organ), from 0.1 to about 100 per patient per day.
A dose of mg may be used. Subsequently, higher dosages are possible with topical administration. Actual methods of preparing parenterally administrable compositions are known or apparent to those skilled in the art, and are provided by Remington's Pharmaceut.
ical Science, 15th Edition, Mack Publishing Co.
mpany, Easton, Pennsylvania (1980).

【0180】 本発明の多価抗原性ポリペプチドおよびこのポリペプチドを発現する遺伝子ワ
クチンは、袋、ディスペンサー装置、および遺伝子ワクチンを哺乳動物に投与す
るためのキットにパッケージングされ得る。例えば、1つ以上の単位用量形態を
含む袋またはディスペンサー装置が提供される。代表的には、化合物の投与のた
めの説明書に、この化合物が示された状態の処置に適切である標識における適切
な指示とともに、パッケージングとともに提供する。例えば、この標識は、パッ
ケージング内の活性成分が特定の感染性疾患、自己免疫障害、腫瘍の処置のため
に有用であるか、あるいは哺乳動物の免疫応答によって媒介されるか、または強
力に感受性である他の疾患もしくは状態の予防または処置のために有用であるこ
とを示し得る。
A multivalent antigenic polypeptide of the invention and a gene vaccine expressing the polypeptide can be packaged in a bag, a dispenser device, and a kit for administering the gene vaccine to a mammal. For example, a bag or dispenser device containing one or more unit dosage forms is provided. Typically, instructions for administration of the compound are provided with the packaging, along with appropriate instructions in labels that are appropriate for treatment of the indicated condition, where the compound is indicated. For example, the label may be useful if the active ingredient in the packaging is useful for the treatment of certain infectious diseases, autoimmune disorders, tumors, or is mediated by a mammalian immune response, or is strongly sensitive May be useful for the prevention or treatment of other diseases or conditions that are:

【0181】 (実施例) 以下の実施例は、例証するために提供されるが、本発明を限定するためではな
い。
EXAMPLES The following examples are provided to illustrate, but not to limit the invention.

【0182】 (実施例1) (DNAシャッフリングによるB7−1(CD80)および/またはB7−2
(CD86)のリガンド特異性の変化) この実施例は、変化させた生物学的活性を有するB7−1ポリペプチドおよび
B7−2ポリペプチドを得るために、本発明のDNAシャッフリング方法の使用
を記載する。
Example 1 B7-1 (CD80) and / or B7-2 by DNA Shuffling
This example describes the use of the DNA shuffling method of the present invention to obtain B7-1 and B7-2 polypeptides having altered biological activity. I do.

【0183】 (DNAシャッフリング) DNAシャッフリングを用いて、野生型B7分子と比較した場合、CD28お
よびCTLA−4を通じて作用する変化させた相対能力を有するB7(B7−1
/CD80およびB7−2/CD86)改変体のライブラリーを生成する。代表
的には、様々な種由来のB7 cDNAを、RT−PCRにより生成し、そして
これらの配列をファミリーDNAシャッフリングを用いてシャッフリングする。
ヒト、アカゲザル(rhesus monkey)およびウサギB7−1ヌクレ
オチド配列のアラインメントを図15に示す。これは、ファミリーDNAシャッ
フリングがB7分子を進化させる場合に実行可能なアプローチであることを実証
する。
DNA Shuffling Using DNA shuffling, B7 (B7-1) with altered relative ability to act through CD28 and CTLA-4 when compared to wild-type B7 molecules.
/ CD80 and B7-2 / CD86) variants of the variants are generated. Typically, B7 cDNAs from various species are generated by RT-PCR and these sequences are shuffled using family DNA shuffling.
An alignment of the human, rhesus monkey and rabbit B7-1 nucleotide sequences is shown in FIG. This demonstrates that family DNA shuffling is a viable approach when evolving B7 molecules.

【0184】 (B7改変体のスクリーニング) 次いで、このライブラリーをスクリーニングし、自己免疫疾患、アレルギー、
癌、感染性疾患およびワクチン接種において免疫応答を調節するのに有用である
それらの改変体を同定する。この改変体をスクリーニングするための任意のいく
つかのアプローチが使用され得る。
(Screening of B7 variant) Next, this library was screened for autoimmune diseases, allergies,
Identify those variants that are useful for modulating the immune response in cancer, infectious diseases and vaccination. Any of several approaches to screening for this variant may be used.

【0185】 (A.フローサイトメトリーに基づく選択系) B7−1分子およびB7−2分子のライブラリーを、これらの分子を通常発現
しない細胞(例えば、COS−7細胞、またはB7リガンド結合に関してヒトと
限られた交差反応を有するかもしくは全く交差反応を有さない、異なる種由来の
任意の細胞株)にトランスフェクトする。細胞あたりのコピー数を分析するため
に、内部マーカー遺伝子を組込み得る。
A. Selection Systems Based on Flow Cytometry A library of B7-1 and B7-2 molecules is used to identify cells that do not normally express these molecules (eg, COS-7 cells, or humans for B7 ligand binding). (Any cell line from a different species with limited or no cross-reactivity). An internal marker gene can be incorporated to analyze copy number per cell.

【0186】 フローサイトメトリー実験を容易にするために、可溶性CTLA−4分子およ
びCD28分子を産生する。代表的には、これらの可溶性ポリペプチドをIgG
分子のFc領域と融合して、この分子の安定性を改善し、そして標識化抗IgG
モノクローナル抗体による染色を容易にし得る(van der Merweら
(1997)J.Exp.Med.185:393)に記載されるように)。B
7分子のライブラリーを用いてトランスフェクトされた細胞を、次いで、可溶性
CTLA−4分子およびCD28分子で染色する。CTLA−4/CD28結合
比の増大または減少を示す細胞を分類する。次いで、このプラスミドを回収し、
そしてシャッフルした配列を同定する。次いで、これらの選択されたB7改変体
をシャッフリングおよび選択の新たなラウンドに供し得、そして以下に記載の機
能的アッセイを用いてさらに分析し得る。
To facilitate flow cytometry experiments, soluble CTLA-4 and CD28 molecules are produced. Typically, these soluble polypeptides are converted to IgG
Fused with the Fc region of a molecule to improve the stability of the molecule and to provide labeled anti-IgG
Staining with monoclonal antibodies may be facilitated (as described in van der Merwe et al. (1997) J. Exp. Med. 185: 393). B
Cells transfected with the library of seven molecules are then stained with soluble CTLA-4 and CD28 molecules. Cells that show an increase or decrease in CTLA-4 / CD28 binding ratio are classified. The plasmid was then recovered,
Then, the shuffled sequence is identified. These selected B7 variants may then be subjected to a new round of shuffling and selection and further analyzed using the functional assays described below.

【0187】 (B.機能的特性に基づく選択) B7分子の変異体を含むプラスミドを含む細菌のコロニーを拾い、そしてその
プラスミドを単離する。次いで、これらのプラスミドを抗原提示細胞(例えば、
樹状細胞)にトランスフェクトし、そしてこれらの変異体のT細胞を活性化する
能力を分析する。このアプローチの利点の1つは、既知のリガンドに対する結合
親和性または特異性に関して仮定をしないことであり、そしてなお同定されるべ
きリガンドを通じておそらく新しい活性が見出され得る。
B. Selection Based on Functional Properties Pick a bacterial colony containing a plasmid containing a variant of the B7 molecule and isolate the plasmid. These plasmids are then transferred to antigen presenting cells (eg,
Dendritic cells) and analyze the ability of these mutants to activate T cells. One of the advantages of this approach is that it makes no assumptions about the binding affinity or specificity for a known ligand, and perhaps new activities can be found through the ligand to be identified.

【0188】 T細胞の活性化を、増殖、サイトカイン産生、CTL活性またはIL−2レセ
プター、CD69、もしくはHLA−DR分子のような活性化抗原の発現を測定
することによって分析し得る。抗原特異的T細胞クローン(例えば、ハウスダス
トダニ抗原Der pIに対する特異的T細胞)の使用により、抗原特異的T細
胞活性化の分析が可能である。T細胞の増殖を促進もしくは阻害し得るか、また
はCTL応答を増大もしくは阻害し得る変異体を同定する。同様に、例えばサイ
トカイン特異的ELISAまたはフローサイトメトリーによって測定されるよう
なサイトカイン産生または抗原活性化の発現を誘導する、変化させた能力を有す
る改変体を、選択し得る。増殖に基づくアッセイを用いて得られた結果を図13
に示す。
T cell activation can be analyzed by measuring proliferation, cytokine production, CTL activity or expression of an activating antigen, such as an IL-2 receptor, CD69, or HLA-DR molecule. The use of antigen-specific T cell clones (eg, specific T cells for the house dust mite antigen Der pI) allows analysis of antigen-specific T cell activation. Mutants that can promote or inhibit T cell proliferation or increase or inhibit CTL responses are identified. Similarly, variants with altered ability to induce the expression of cytokine production or antigen activation as measured, for example, by a cytokine-specific ELISA or flow cytometry may be selected. The results obtained using the proliferation-based assay are shown in FIG.
Shown in

【0189】 (C.TH1細胞分化またはTH2細胞分化のいずれかを指向する能力) Tヘルパー細胞の分化の調節におけるB7−1分子およびB7−2分子の差示
的な役割が同定されたので(Freemanら(1995)Immunity
2:523;Kuchrooら(1995)Cell 80:707)、TH1 細胞分化またはTH2細胞分化のいずれかを指向する際に最も有効なB7改変体 についてスクリーニングし得る。TH細胞の分化を、各特定の改変体によって誘 導されるサイトカイン産生のプロファイルを分析することによって測定し得る。
高いレベルのIL−4、IL−5および/またはIL−13は、効率的なTH2 細胞分化の指標であり、一方、高いレベルのIFN−γまたはIL−2の産生は
、TH1細胞の分化のマーカーとして使用され得る。TH1またはTH2細胞の分 化を誘導する能力を変化させたB7改変体は、アレルギー性疾患、悪性疾患、自
己免疫疾患および感染性疾患の処置ならびにワクチン接種において有用であるよ
うである。
[0189] A Differential roles of B7-1 molecules, and B7-2 molecules in the regulation of differentiation (C.T H 1 ability to direct either cell differentiation or T H 2 cell differentiation) T helper cell identification (Freeman et al. (1995) Immunity
2: 523; Kuchroo et al (1995) Cell 80: 707) , can be screened for the most effective B7 variants when directed to any of the T H 1 cell differentiation or T H 2 cell differentiation. TH cell differentiation can be measured by analyzing the profile of cytokine production induced by each particular variant.
The high levels of IL-4, IL-5 and / or IL-13, an indicator of efficient T H 2 cell differentiation, whereas a high level of production of IFN-gamma or IL-2 is, T H 1 It can be used as a marker of cell differentiation. B7 variants with varying ability to induce partial reduction of T H 1 or T H 2 cells appears to be useful in the treatment and vaccination of allergic diseases, malignancies, autoimmune diseases and infectious diseases .

【0190】 (D.増強されたIL−10の産生) IL−10の産生の上昇は、調節性T細胞に特徴的である。これは、抗原特異
的CD4+T細胞の増殖を抑制し得る(Grouxら(1997)Nature 389:737)。従って、B7改変体をスクリーニングし、抗原特異的T細
胞によりIL−10の産生を誘導する、増大された能力を有する改変体を同定し
得る。IL−10の産生を、例えば、細胞質内サイトカイン染色を用いてELI
SAまたはフローサイトメトリーによって測定し得る。高いレベルのIL−10
の産生を誘導する改変体は、アレルギー性疾患および自己免疫疾患の処置に有用
である。
D. Enhanced IL-10 Production Increased production of IL-10 is characteristic of regulatory T cells. This may suppress the proliferation of antigen-specific CD4 + T cells (Groux et al. (1997) Nature 389: 737). Accordingly, B7 variants can be screened to identify variants with increased ability to induce IL-10 production by antigen-specific T cells. Production of IL-10 can be determined by ELISA using, for example, cytoplasmic cytokine staining.
It can be measured by SA or flow cytometry. High levels of IL-10
Variants that induce the production of are useful for treating allergic and autoimmune diseases.

【0191】 (実施例2) (特異的活性の改善および/または発現レベルの改善のためのサイトカインの
進化) この実施例は、遺伝子ワクチンを哺乳動物細胞にトランスフェクトする場合に
特異的活性の改善および/または発現レベルの改善のためにサイトカインを進化
させる方法を記載する。IL−12はTH1応答を指向する最も強力なサイトカ インであり、これは遺伝子ワクチン接種の効力を改善する。進化したIL−12
分子は、遺伝子ワクチンの成分として有用である。IL−12は、35kDの軽
鎖(p35)および40kDの重鎖(p40)からなるヘテロダイマーサイトカ
インである(Kobayashiら(1989)J.Exp.Med.170:
827;Sternら(1990)Proc.Nat’l.Acad.Sci.
USA 87:6808)。最近、Lieschkeら(Nature Bio
technol.(1997)15:35)は、p35遺伝子とp40遺伝子と
の間の融合により、別々に発現された2つの遺伝子の活性に匹敵する活性を有す
る単一の遺伝子を生じることを実証した。従って、IL−12遺伝子を、両方の
サブユニットをコードする遺伝子全体としてシャッフルする。これはシャッフリ
ングプロコトルを設計する際に有益である。また、IL−12のサブユニットを
同じ発現ベクターにおいて別々に発現し得、あるいはそのサブユニットを別々に
発現し、そして2つのベクターの同時トランスフェクトを使用してスクリーニン
グし得る。これは、さらなるシャッフリング戦略を提供する。
Example 2 Evolution of Cytokines for Improved Specific Activity and / or Improved Expression Levels This example demonstrates improved specific activity when transfecting a genetic vaccine into mammalian cells. Methods for evolving cytokines for improved expression levels are described. IL-12 is the most potent cytokine that directs T H 1 responses, which improves the efficacy of genetic vaccination. Advanced IL-12
The molecule is useful as a component of a genetic vaccine. IL-12 is a heterodimeric cytokine consisting of a 35 kD light chain (p35) and a 40 kD heavy chain (p40) (Kobayashi et al. (1989) J. Exp. Med. 170:
827; Stern et al. (1990) Proc. Nat'l. Acad. Sci.
USA 87: 6808). Recently, Lieshke et al. (Nature Bio
technology. (1997) 15:35) demonstrated that a fusion between the p35 and p40 genes yielded a single gene with activity comparable to that of two separately expressed genes. Thus, the IL-12 gene is shuffled as a whole encoding both subunits. This is useful when designing shuffling protocols. Also, the subunits of IL-12 can be expressed separately in the same expression vector, or the subunits can be expressed separately and screened using co-transfection of the two vectors. This provides an additional shuffling strategy.

【0192】 IL−12は、アレルギー性応答の調節においていくつかの役割を果たす。例
えば、IL−12は、TH1細胞の分化を誘導し、そしてTH2の応答をダウンレ
ギュレートする。IL−12は、IgE合成をインビボおよびインビトロの両方
において阻害し、そしてまたIFN−γの産生を誘導する。従って、哺乳動物へ
の投与においてこれらの機能をより良く実行し得る、最適化されたIL−12を
得ることが所望される。
[0192] IL-12 plays several roles in regulating allergic responses. For example, IL-12 induces the differentiation of T H 1 cells, and down-regulate responses of T H 2. IL-12 inhibits IgE synthesis both in vivo and in vitro, and also induces IFN-γ production. Accordingly, it is desirable to have optimized IL-12 that can better perform these functions in mammalian administration.

【0193】 ヒトおよび非ヒト霊長類由来のサイトカイン遺伝子(IL−12遺伝子を含む
)は、一般に93−99%相同であり(Villingerら(1995)J.
Immunol.155:3946−3954)、これは、ファミリーシャッフ
リングについての良好な開始点を提供する。シャッフルされたIL−12遺伝子
のライブラリーは、ヒト、アカゲザル、ネコ、イヌ、ウシ、ブタ、およびヤギ由
来のp35サブユニットおよびp40サブユニットをシャッフリングすることに
より得られ、これをベクターに組込んだ。そしてこれらの形質導入体の上清を図
6に示されるように生物学的活性について分析する。そのT細胞の増殖促進活性
のため、最も活性的なIL−12遺伝子の選択において正常なヒト末梢血T細胞
を使用することが可能であり、これによってヒトT細胞において最も強力な活性
を有するIL−12変異体を直接選択することが可能である。
[0193] Cytokine genes from human and non-human primates, including the IL-12 gene, are generally 93-99% homologous (Villinger et al. (1995) J. Am.
Immunol. 155: 3946-3954), which provides a good starting point for family shuffling. A library of shuffled IL-12 genes was obtained by shuffling the p35 and p40 subunits from humans, rhesus monkeys, cats, dogs, cows, pigs, and goats, and incorporated this into a vector. . The supernatants of these transductants are then analyzed for biological activity as shown in FIG. Due to its T cell proliferation-promoting activity, it is possible to use normal human peripheral blood T cells in the selection of the most active IL-12 gene, whereby the IL having the most potent activity in human T cells It is possible to select -12 mutants directly.

【0194】 図7に示されるように、機能的スクリーニングアッセイを、首尾良く達成そて
いる。このアッセイにおいて、COS−7細胞を最初にIL−12サブユニット
をコードするベクターを用いてトランスフェクトした。トランスフェクションの
48時間後、これらの培養物の上清が活性化されたヒト末梢血T細胞の増殖を誘
導する能力について研究した。図8は、このアッセイにおいて誘導されたT細胞
の増殖レベルの一貫性を示す。これは、このアッセイを使用してT細胞活性化を
誘導する異なる能力を有する上清の間での活性を区別し得ることを示す。換言す
れば、このアッセイは、トランスフェクトされた細胞の培養物の上清中の改善さ
れたIL−12様活性についてスクリーニングする手段を提供する。ポリヌクレ
オチドをコードする最適化されたIL−12を有するベクターを、ヒトT細胞活
性化を誘導する能力について試験した。結果(図9に示される)は、シャッフル
されたIL−12は、T細胞活性化を誘導する能力を、野生型IL−12と比較
して有意に増加させることを示す。
As shown in FIG. 7, a functional screening assay has been successfully accomplished. In this assay, COS-7 cells were first transfected with a vector encoding the IL-12 subunit. 48 hours after transfection, the supernatants of these cultures were studied for their ability to induce the proliferation of activated human peripheral blood T cells. FIG. 8 shows the consistency of T cell proliferation levels induced in this assay. This indicates that this assay can be used to distinguish activity between supernatants with different abilities to induce T cell activation. In other words, this assay provides a means of screening for improved IL-12-like activity in culture supernatants of transfected cells. Vectors with optimized IL-12 encoding polynucleotides were tested for their ability to induce human T cell activation. The results (shown in FIG. 9) show that shuffled IL-12 significantly increases the ability to induce T cell activation compared to wild-type IL-12.

【0195】 図6は、進化したサイトカイン遺伝子をスクリーニングするための一般的な戦
略を例証する。IL−12について特異的な例が与えられるが、各サイトカイン
に感受性である細胞型を使用する場合、類似のアプローチを全てのサイトカイン
に適用する。例えば、GM−CSFを、GM−CSF感受性細胞株TF−1をス
クリーニングする際に用いることによって、同じアプローチによって進化し得る
。さらに、この実施例においてベクターをCHO細胞にトランスフェクトするが
、インビトロでトランスフェクトし得る任意の哺乳動物細胞を、宿主細胞として
用い得る。CHO細胞に加えて、他の良好な宿主細胞には、細胞株WI−26、
COS−1、COS−7、293、U937および新鮮に単離されたヒト抗原提
示細胞(例えば、単球,B細胞および樹状細胞)が挙げられる。
FIG. 6 illustrates a general strategy for screening evolved cytokine genes. Although a specific example is given for IL-12, a similar approach applies to all cytokines when using cell types that are sensitive to each cytokine. For example, GM-CSF can be evolved by the same approach by using it in screening GM-CSF sensitive cell line TF-1. Furthermore, although the vector is transfected into CHO cells in this example, any mammalian cell that can be transfected in vitro can be used as a host cell. In addition to CHO cells, other good host cells include cell line WI-26,
COS-1, COS-7, 293, U937 and freshly isolated human antigen presenting cells (eg, monocytes, B cells and dendritic cells).

【0196】 (実施例3) (B型肝炎の表面抗原由来の細胞傷害性T細胞誘導配列および強力な免疫原性
アゴニストT細胞エピトープ) この実施例は、T細胞エピトープを効率的に提示し得るポリヌクレオチド配列
の調製、および強力な免疫原性アゴニストT細胞エピトープを発見するためのD
NAシャッフリングの適用についての戦略を記載する。
Example 3 Cytotoxic T Cell Inducing Sequences from Hepatitis B Surface Antigen and Potent Immunogenic Agonist T Cell Epitopes This example can efficiently present T cell epitopes Preparation of polynucleotide sequences and D to identify potent immunogenic agonist T cell epitopes
Describes the strategy for applying NA shuffling.

【0197】 HBsAgポリペプチド(PreS2およびS領域)を、アミノ酸103位(
PreS2イニシエーターメチオニンを始めとして数えて)で終止コドンの導入
によって切断し、システインコドンTGTを終止コドンTGAに変換した。切断
されたタンパク質のアミノ酸配列は従って:
The HBsAg polypeptide (PreS2 and S region) was modified at amino acid position 103 (
The cysteine codon TGT was converted to the stop codon TGA by introduction of a stop codon (counting from the PreS2 initiator methionine). The amino acid sequence of the cleaved protein is thus:

【0198】[0198]

【化1】 であった。ここで、アミノ酸について標準的な単一文字コードを用いている。P
reS2およびS領域で始めのメチオニン残基に下線を付ける。そしてマウスL d 制限CTLエピトープには二重下線を付ける;アスタリスク(*)は、人工的に
導入された終止コドンを表す。
Embedded imageMet. Here, the standard single letter code for amino acids is used. P
The first methionine residue in the reS2 and S regions is underlined. And mouse L d Restricted CTL epitopes are double underlined; asterisk (*) Artificially
Represents the introduced stop codon.

【0199】 この切断されたポリペプチドに似た構造を図1に示す。タンパク質の生合成の
間、HBsAgポリペプチドのN末端領域は、小胞体(ER)の膜を介して輸送
される。S領域の最初の部分は、このポリペプチドをERへを閉じ込める膜貫通
構造である。ポリペプチドの残りのC末端領域は、細胞質区画に位置し、ここで
、この領域は細胞のエピトーププロセシング機構によりアクセスされ得る。この
構造は、細胞傷害性T細胞誘導配列(CTIS)として呼ばれるものを形成する
A structure resembling this cleaved polypeptide is shown in FIG. During protein biosynthesis, the N-terminal region of the HBsAg polypeptide is transported across the membrane of the endoplasmic reticulum (ER). The first part of the S region is a transmembrane structure that confines the polypeptide to the ER. The remaining C-terminal region of the polypeptide is located in the cytoplasmic compartment, where this region can be accessed by the epitope processing machinery of the cell. This structure forms what is referred to as a cytotoxic T cell guidance sequence (CTIS).

【0200】 CTISは、好ましくは免疫原性アゴニスト配列(IAS)とともに使用され
る。IASの例として、HBsAg由来の各12アミノ酸位のLd制限クラスI エピトープをエピトープのDNA配列中のアラニンをコードするコドンと置換し
た。この結果は、いくつかの場合において、CTL応答が天然のエピトープによ
り誘導される場合よりも、この反応性が高い活性であることを実証する。
[0200] CTIs are preferably used with immunogenic agonist sequences (IAS). Examples of IAS, was replaced with a codon encoding alanine in the DNA sequence of an epitope of L d restricted class I epitopes of the 12 amino acid positions from HBsAg. This result demonstrates that in some cases this reactivity is more active than when the CTL response is induced by the natural epitope.

【0201】 (実施例4) (最適化された免疫調節分子を使用する、肥満症、食欲不振および悪液質の処
置) 本発明の方法を使用して得られる最適化された免疫調節分子は、ワクチン接種
における使用に加えて、広範な適用における使用を見出す。例えば、特定の肥満
症の形態が、免疫系の機能不全と関連することの証拠、および免疫応答を調節す
る分子(例えば、サイトカイン)が肥満症を誘導または阻害し得る証拠が増大し
ている。本発明は、肥満症、食欲不振および悪液質の処置のために免疫調節分子
を最適化する方法を提供する。
Example 4 Treatment of Obesity, Anorexia and Cachexia Using Optimized Immunomodulatory Molecules Optimized immunomodulatory molecules obtained using the methods of the present invention Find use in a wide range of applications in addition to its use in vaccination. For example, there is increasing evidence that certain forms of obesity are associated with dysfunction of the immune system, and that molecules that modulate the immune response (eg, cytokines) can induce or inhibit obesity. The present invention provides methods for optimizing immunomodulatory molecules for the treatment of obesity, anorexia and cachexia.

【0202】 レプチンおよび毛様体(ciliary)神経栄養因子(CNTF)は、肥満
症の発生において役割を果たすことが示されているサイトカインの例である。先
天性レプチン不全は、ヒトにおいて重症早発型肥満症(severe earl
y−onset obesity)を生じ(Montagueら(1997)N
ature 387:903−908)、そしてCNTFは、レプチン不全およ
びレプチン耐性に関連する肥満症および糖尿病を修復することを示している(G
loaguenら(1997)Proc.Nat‘l.Acad.Sci.US
A 94:6456−6461)。CNTFおよび/またはレプチンのアンタゴ
ニストは、食欲不振および/または悪液質の処置に有効であり得る。
Leptin and ciliary neurotrophic factor (CNTF) are examples of cytokines that have been shown to play a role in the development of obesity. Congenital leptin deficiency is severe early obesity in humans.
y-onset obesity) (Montague et al. (1997) N
atature 387: 903-908), and has shown that CNTF repairs obesity and diabetes associated with leptin deficiency and leptin resistance (G
loaguen et al. (1997) Proc. Nat'l. Acad. Sci. US
A 94: 6456-6461). Antagonists of CNTF and / or leptin may be effective in treating anorexia and / or cachexia.

【0203】 本発明の方法を、改善された特異的活性を有するレプチンおよび/またはCN
TF分子を生成するために使用する。この方法はまた、インビボで免疫原性の減
少を提示する改善されたサイトカインを得るために有用である;免疫原性は、特
にCNTFと関連する。なぜならば、野生型CNTFは高度に抗原性であり、こ
れは、ヒトに投与した場合、高いレベルの抗CNTF抗体の産生を生じるからで
ある。本発明の方法を使用して調製された、改善されたサイトカイン分子をポリ
ペプチドとして投与するか、または改善されたレプチンおよび/またはCNTF
ポリペプチドをコードするシャッフルされた核酸を、遺伝子ワクチンベクターに
おいて使用する。本発明はまた、増大されたレベルのレプチンおよび/またはC
NTFの産生を誘導するベクターを発生させる方法を提供する。
[0203] The method of the present invention may be applied to leptin and / or CN with improved specific activity.
Used to generate TF molecules. This method is also useful for obtaining improved cytokines that exhibit reduced immunogenicity in vivo; immunogenicity is particularly associated with CNTF. Because wild-type CNTF is highly antigenic, it results in high levels of production of anti-CNTF antibodies when administered to humans. Administering an improved cytokine molecule prepared as a polypeptide using the method of the invention as a polypeptide or improved leptin and / or CNTF
The shuffled nucleic acid encoding the polypeptide is used in a gene vaccine vector. The present invention also provides for increased levels of leptin and / or C
Methods for generating a vector that induces the production of NTF are provided.

【0204】 本発明の方法をまた、食欲不振、悪液質、および関連した障害の処置に有用で
ある薬剤を得るために使用し得る。この実施態様において、レプチンおよび/ま
たはCNTFのアンタゴニストを、DNAシャッフリング方法を用いて進化させ
る。例えば、レプチンレセプターを、レプチンについて増大された親和性を有す
る可溶性形態を得るために進化させ得る。マウスにおけるレプチンについてのレ
セプターは、視床下部(Mercerら(1996)FEBS Lett.38
7:113)、エネルギーの平衡の維持に関与すると知られている領域、および
脈絡叢および軟髄膜(ここで、血液/脳関門の一部を形成する)において見出さ
れる。
The methods of the present invention may also be used to obtain an agent that is useful in treating anorexia, cachexia, and related disorders. In this embodiment, leptin and / or CNTF antagonists are evolved using DNA shuffling methods. For example, the leptin receptor can be evolved to obtain a soluble form with increased affinity for leptin. The receptor for leptin in mice is the hypothalamus (Mercer et al. (1996) FEBS Lett. 38
7: 113), in areas known to be involved in maintaining energy balance, and in the choroid plexus and leptomeninges, where they form part of the blood / brain barrier.

【0205】 本明細書中に記載の実施例および実施態様は、例証的な目的のためのみである
こと、そして、それらに照らした種々の改変または変化は、当業者に示唆され、
そして本願の精神および範囲、ならびに添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれ
ることが理解される。本明細書中で引用された全ての刊行物、特許および特許出
願は、全ての目的のために本明細書中で参考として援用される。
The examples and embodiments described herein are for illustrative purposes only, and various modifications or changes in light thereof will be suggested to those skilled in the art,
It is understood that the spirit and scope of the present application fall within the scope of the appended claims. All publications, patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference for all purposes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、HBsAgポリペプチド(PreS2およびS領域)から得られる細
胞傷害性T細胞誘導配列(CTIS)の例を示す。
FIG. 1 shows an example of a cytotoxic T cell induction sequence (CTIS) obtained from an HBsAg polypeptide (PreS2 and S region).

【図2】 図2は、細胞質部分に付着した異種エピトープを有するCTISを示す。FIG. 2 shows a CTIS with a heterologous epitope attached to the cytoplasmic part.

【図3】 図3は、実施例3に記載されるように免疫原性アゴニスト配列(IAS)の誘
導を示す。特異的殺傷(パーセント)は、5つのエフェクター:標的(E:T)
比について示される。
FIG. 3 shows the induction of an immunogenic agonist sequence (IAS) as described in Example 3. Specific killing (percent) is based on 5 effectors: target (E: T)
Shown for the ratio.

【図4】 図4は、免疫原性アゴニスト配列(IAS)を調製するための方法を示す。目
的のポリペプチドをコードする核酸の野生型(WT)および変異化形態が、構築
され、そしてDNAシャッフリングに供され、潜在的なアゴニスト配列を含むポ
リエピトープ領域をコードする核酸を得る。
FIG. 4 shows a method for preparing an immunogenic agonist sequence (IAS). Wild type (WT) and mutated forms of the nucleic acid encoding the polypeptide of interest are constructed and subjected to DNA shuffling to obtain a nucleic acid encoding a polyepitope region containing a potential agonist sequence.

【図5】 図5は、DNAシャッフリングによって免疫刺激性配列を改良するための模式
図を示す。
FIG. 5 shows a schematic diagram for improving immunostimulatory sequences by DNA shuffling.

【図6】 図6は、ヒトIL−12遺伝子の組換えライブラリーがスクリーニングされ、
T細胞増殖を誘導する増大された能力を有する組換えIL−12をコードするシ
ャッフリングされたIL−12遺伝子を同定し得る手順の図解である。
FIG. 6 shows that a recombinant library of human IL-12 gene was screened,
FIG. 4 is an illustration of a procedure by which a shuffled IL-12 gene encoding a recombinant IL-12 with increased ability to induce T cell proliferation can be identified.

【図7】 図7は、本発明の方法を用いて得られるIL−12の改変体をコードするベク
ターに関する高処理能機能アッセイの結果を示す。
FIG. 7 shows the results of a high-throughput functional assay for a vector encoding a variant of IL-12 obtained using the method of the present invention.

【図8】 図8は、IL−12改変体をコードする個々のベクターによるT細胞のトラン
スフェクションの際のT細胞増殖の誘導を示す。
FIG. 8 shows the induction of T cell proliferation upon transfection of T cells with individual vectors encoding IL-12 variants.

【図9】 図9は、本発明の方法を用いて得られるシャッフリングされたIL−12キメ
ラが、ヒトT細胞を活性化する改良された能力を示すことを実証する実験の結果
を示す。
FIG. 9 shows the results of experiments demonstrating that shuffled IL-12 chimeras obtained using the methods of the present invention exhibit improved ability to activate human T cells.

【図10】 図10は、どのようにしてT細胞活性化またはアネルギーが、異なるB7−1
(CD80)および/またはB7−2(CD86)改変体をコードする遺伝子ワ
クチンベクターにより誘導され得るかのモデルを示す。
FIG. 10 shows how T cell activation or anergy differs in B7-1
1 shows a model of whether a gene vaccine vector encoding (CD80) and / or B7-2 (CD86) variants can be induced.

【図11】 図11は、T細胞活性化またはアネルギーを誘導する改良された能力を有する
CD80/CD86改変体を得るために、DNAシャッフリングを用いる方法を
示す。
FIG. 11 shows a method using DNA shuffling to obtain CD80 / CD86 variants with improved ability to induce T cell activation or anergy.

【図12】 図12は、B7の変化した機能に関するスクリーニングアッセイにおいて得ら
れた結果を示す。
FIG. 12 shows the results obtained in a screening assay for altered function of B7.

【図13】 図13は、シャッフリングされたB7キメラが、強力なT細胞活性化を提供す
ることを実証する実験結果を提供する。
FIG. 13 provides experimental results demonstrating that shuffled B7 chimeras provide potent T cell activation.

【図14A】 図14Aは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14A depicts an alignment of nucleotide sequences for human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図14B】 図14Bは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14B depicts an alignment of nucleotide sequences for human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図14C】 図14Cは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14C depicts an alignment of the nucleotide sequences for the human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図14D】 図14Dは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14D depicts an alignment of the nucleotide sequences for human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図14E】 図14Eは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14E shows an alignment of nucleotide sequences for human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図14F】 図14Fは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14F depicts an alignment of nucleotide sequences for human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図14G】 図14Gは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14G depicts an alignment of nucleotide sequences for human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図14H】 図14Hは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14H depicts an alignment of nucleotide sequences for human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図14I】 図14Iは、ヒトIL−10レセプター配列およびマウスIL−10レセプタ
ー配列に関するヌクレオチド配列のアラインメントを表す。
FIG. 14I depicts an alignment of nucleotide sequences for human and mouse IL-10 receptor sequences.

【図15A】 図15Aは、ヒト、アカゲザル、およびウサギ由来のB7−1(CD80)遺
伝子のヌクレオチド配列のアラインメントを示す。
FIG. 15A shows an alignment of the nucleotide sequence of the B7-1 (CD80) gene from human, rhesus monkey, and rabbit.

【図15B】 図15Bは、ヒト、アカゲザル、およびウサギ由来のB7−1(CD80)遺
伝子のヌクレオチド配列のアラインメントを示す。
FIG. 15B shows an alignment of the nucleotide sequence of the B7-1 (CD80) gene from humans, rhesus monkeys, and rabbits.

【図15C】 図15Cは、ヒト、アカゲザル、およびウサギ由来のB7−1(CD80)遺
伝子のヌクレオチド配列のアラインメントを示す。
FIG. 15C shows an alignment of the nucleotide sequence of the B7-1 (CD80) gene from humans, rhesus monkeys, and rabbits.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/50 G01N 33/566 33/566 A61K 45/00 // A61K 45/00 C07K 14/02 C07K 14/02 14/705 14/705 C12N 15/00 ZNAA (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,UZ,VN,YU,ZW (71)出願人 3410 Central Expressw ay, Santa Clara, Ca lifornia 95051 U.S.A. (72)発明者 ステマー, ウィレム ピー. シー. アメリカ合衆国 カリフォルニア 95030, ロス ガトス, キャシー コート 108 (72)発明者 ウォーレン, ロバート ジェラルド フランス国 エフ−75015 パリ, リュ ルクールブ, 332 (72)発明者 ハワード, ラッセル アメリカ合衆国 カリフォルニア, ロス アルトス ヒルズ, ビスケイノ ロー ド 12700──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 33/50 G01N 33/566 33/566 A61K 45/00 // A61K 45/00 C07K 14/02 C07K 14 / 02 14/705 14/705 C12N 15/00 ZNAA (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC , NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP , KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW (71) Applicant 3410 Central Expressway, Santa Clara, California 95051 U.S.A. S. A. (72) Inventor Stemmer, Willem P. C. United States California 95030, Los Gatos, Cathy Court 108 (72) Inventor Warren, Robert Gerald France F-75015 Paris, L'Ercourb, 332 (72) Inventor Howard, Russell United States California, Los Altos Hills, Biscaino Road 12700

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 免疫応答に対して調節効果を有するポリヌクレオチドか、ま
たは免疫応答に対して調節効果を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオ
チドを得るための方法であって、該免疫応答は、遺伝子ワクチンベクターによっ
て誘導され、該方法は: 組換えポリヌクレオチドのライブラリーを作製する工程;および 該ライブラリーをスクリーニングし、遺伝子ワクチンベクターによって誘導さ
れる免疫応答に対する調節効果を有する最適化された組換えポリヌクレオチドか
、または調節効果を有するポリペプチドをコードする最適化された組換えポリヌ
クレオチドを同定する工程; を含み、 ここで、該最適化された組換えポリヌクレオチドまたは該組換えポリヌクレオ
チドによってコードされる該ポリペプチドが、該ライブラリーを作製した非組換
えポリヌクレオチドと比較して免疫応答を調節する増強された能力を示す、 方法。
1. A method for obtaining a polynucleotide having a regulatory effect on an immune response or a polynucleotide encoding a polypeptide having a regulatory effect on an immune response, wherein the immune response comprises a gene Induced by a vaccine vector, the method comprises: creating a library of recombinant polynucleotides; and screening the library to optimize recombination with a modulating effect on the immune response induced by the genetic vaccine vector Identifying a polynucleotide or an optimized recombinant polynucleotide encoding a polypeptide having a regulatory effect, wherein the optimized recombinant polynucleotide or encoded by the recombinant polynucleotide. The polypeptide is the library Compared to non-recombinant polynucleotides to produce a show an increased ability to modulate the immune response, methods.
【請求項2】 前記最適化された組換えポリヌクレオチドが、遺伝子ワクチ
ンベクターに組み込まれる、請求項1に記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein said optimized recombinant polynucleotide is incorporated into a gene vaccine vector.
【請求項3】 前記最適化された組換えポリヌクレオチド、または該最適化
された組換えポリヌクレオチドによってコードされるポリペプチドが、遺伝子ワ
クチンベクターと組み合わせて投与される、請求項1に記載の方法。
3. The method of claim 1, wherein said optimized recombinant polynucleotide, or a polypeptide encoded by said optimized recombinant polynucleotide, is administered in combination with a gene vaccine vector. .
【請求項4】 前記組換えポリヌクレオチドのライブラリーが、DNAシャ
ッフリング、誤りがちのPCR、オリゴヌクレオチド特異的突然変異誘発、ウラ
シル媒介突然変異誘発、および修復欠失宿主突然変異誘発からなる群から選択さ
れるプロセスによって作製される、請求項1に記載の方法。
4. The library of recombinant polynucleotides is selected from the group consisting of DNA shuffling, error-prone PCR, oligonucleotide-directed mutagenesis, uracil-mediated mutagenesis, and repair-deficient host mutagenesis. The method of claim 1, wherein the method is made by a process performed.
【請求項5】 請求項1に記載の方法であって、ここで免疫応答に対する調
節効果を有する前記ポリヌクレオチドが、以下: (1)免疫応答の調節に関与する、少なくとも第1および第2の形態の核酸か
、または免疫応答の調節に関与する分子をコードする、少なくとも第1および第
2の形態の核酸を組み換える組換えポリヌクレオチドのライブラリーを作製する
工程であって、ここで該第1および第2の形態が、2つ以上のヌクレオチドにお
いてお互いに異なる工程;および (2)該ライブラリーをスクリーニングし、該ライブラリーを作製した該核酸
の形態よりも免疫応答を調節する増強された能力を、組換えポリヌクレオチド自
身によってか、または該コードされた分子を通じてのいずれかで示す、少なくと
も1つの最適化された組換えポリヌクレオチドを同定する工程、 によって得られる、方法。
5. The method of claim 1, wherein said polynucleotide having a modulating effect on an immune response comprises: (1) at least a first and a second, involved in modulating an immune response. Creating a library of recombinant polynucleotides that recombines at least the first and second forms of nucleic acids, which encodes the nucleic acids of the form, or molecules involved in the regulation of an immune response, wherein the library comprises The first and second forms differ from each other in two or more nucleotides; and (2) the library is screened and the library is enhanced to modulate an immune response more than the form of the nucleic acid from which it was made At least one optimized recombination, which demonstrates the ability, either by the recombinant polynucleotide itself or through the encoded molecule; Identifying a polynucleotide obtained by the method.
【請求項6】 請求項5に記載の方法であって、ここで前記方法が、さらに
以下の工程: (3)さらなる形態の前記核酸と少なくとも1つの最適化された組換えポリヌ
クレオチドを組み換えてさらなる組換えポリヌクレオチドのライブラリーを作製
する工程であって、ここで該核酸は、前記第1および第2の形態と同じかまたは
異なる工程; (4)該さらなるライブラリーをスクリーニングし、該ライブラリーを作製し
た該核酸の形態よりも免疫応答を調節する増強された能力を示す少なくとも1つ
のさらに最適化された組換えポリヌクレオチドを同定する工程;および (5)必要な場合、該さらに最適化された組換えポリヌクレオチドが、該ライ
ブラリーを作製した該核酸の形態よりも免疫応答を調節するさらに増強された能
力を示すまで、工程(3)および(4)を繰り返す工程、 を含む、方法。
6. The method of claim 5, wherein the method further comprises: (3) recombining a further form of the nucleic acid with at least one optimized recombinant polynucleotide. Creating a further library of recombinant polynucleotides, wherein said nucleic acid is the same or different from said first and second forms; (4) screening said further library and Identifying at least one further optimized recombinant polynucleotide that exhibits an enhanced ability to modulate an immune response over the form of the nucleic acid that generated the rally; and (5) if necessary, the further optimization Until the modified recombinant polynucleotide exhibits a further enhanced ability to modulate an immune response than the nucleic acid form from which the library was made. Repeating steps (3) and (4).
【請求項7】 前記最適化された組換えポリヌクレオチドが、免疫応答を媒
介することに関与する細胞レセプターと相互作用し得るペプチドまたはポリペプ
チドをコードし、ここで該ペプチドまたはポリペプチドが、該レセプターのアゴ
ニストまたはアンタゴニストとして作用する、請求項1に記載の方法。
7. The optimized recombinant polynucleotide encodes a peptide or polypeptide capable of interacting with a cellular receptor involved in mediating an immune response, wherein the peptide or polypeptide is 2. The method of claim 1, which acts as an agonist or antagonist of the receptor.
【請求項8】 前記細胞レセプターが、マクロファージスカベンジャーレセ
プターである、請求項7に記載の方法。
8. The method of claim 7, wherein said cell receptor is a macrophage scavenger receptor.
【請求項9】 前記細胞レセプターが、サイトカインレセプターおよびケモ
カインレセプターからなる群から選択される、請求項7に記載の方法。
9. The method of claim 7, wherein said cellular receptor is selected from the group consisting of a cytokine receptor and a chemokine receptor.
【請求項10】 前記ケモカインレセプターが、CCR6である、請求項9
に記載の方法。
10. The method of claim 9, wherein said chemokine receptor is CCR6.
The method described in.
【請求項11】 前記ペプチドまたはポリペプチドが、前記レセプターに関
する天然のリガンドの活性を模倣するが、該天然のリガンドに対する免疫反応性
を誘導しない、請求項7に記載の方法。
11. The method of claim 7, wherein said peptide or polypeptide mimics the activity of a natural ligand for said receptor, but does not induce immunoreactivity to said natural ligand.
【請求項12】 請求項7に記載の方法であって、ここで前記ライブラリー
が以下: 前記コードされたペプチドまたはポリペプチドが、複製可能な遺伝子パッケー
ジの表面上に提示されたタンパク質との融合物として生成されるように前記組換
えポリヌクレオチドを発現する、工程; 該複製可能な遺伝子パッケージと、前記レセプターを提示する複数の細胞を接
触させる工程;および 該レセプターによって媒介される免疫応答の調節を示す細胞を同定する工程、
によってスクリーニングされる、方法。
12. The method of claim 7, wherein the library comprises: fusion of the encoded peptide or polypeptide with a protein displayed on the surface of a replicable genetic package. Expressing the recombinant polynucleotide so as to be produced as a product; contacting the replicable gene package with a plurality of cells presenting the receptor; and modulating an immune response mediated by the receptor Identifying cells showing
Screening method.
【請求項13】 前記該複製可能な遺伝子パッケージが、バクテリオファー
ジ、細胞、胞子、およびウィルスからなる群から選択される、請求項12に記載
の方法。
13. The method of claim 12, wherein said replicable genetic package is selected from the group consisting of bacteriophages, cells, spores, and viruses.
【請求項14】 前記該複製可能な遺伝子パッケージが、M13バクテリオ
ファージであり、そして前記タンパク質が遺伝子IIIまたは遺伝子VIIによ
ってコードされる、請求項13に記載の方法。
14. The method of claim 13, wherein said replicable genetic package is an M13 bacteriophage, and wherein said protein is encoded by gene III or gene VII.
【請求項15】 前記方法が、前記最適化された組換えポリヌクレオチドを
遺伝子ワクチンベクターに導入する工程、および該ベクターを哺乳動物に投与す
る工程をさらに含み、ここで前記ペプチドまたはポリペプチドが発現され、そし
て前記レセプターのアゴニストまたはアンタゴニストとして作用する、請求項7
に記載の方法。
15. The method further comprising introducing the optimized recombinant polynucleotide into a gene vaccine vector, and administering the vector to a mammal, wherein the peptide or polypeptide is expressed. And acting as an agonist or antagonist of the receptor.
The method described in.
【請求項16】 前記方法が、前記最適化された組換えポリヌクレオチドに
よってコードされる前記ペプチドまたはポリペプチドを生成する工程、および該
ペプチドまたはポリペプチドが、遺伝子ワクチンベクターと組み合わせて哺乳動
物に導入される工程をさらに含む、請求項7に記載の方法。
16. The method, wherein the method produces the peptide or polypeptide encoded by the optimized recombinant polynucleotide, and wherein the peptide or polypeptide is introduced into a mammal in combination with a genetic vaccine vector. The method of claim 7, further comprising the step of:
【請求項17】 前記最適化された組換えポリヌクレオチドが、遺伝子ワク
チンベクターの抗原をコードするヌクレオチド配列へ挿入される、請求項7に記
載の方法。
17. The method of claim 7, wherein said optimized recombinant polynucleotide is inserted into a nucleotide sequence encoding an antigen of a genetic vaccine vector.
【請求項18】 前記最適化された組換えポリヌクレオチドが、同時刺激因
子をコードする、請求項1に記載の方法。
18. The method of claim 1, wherein said optimized recombinant polynucleotide encodes a costimulator.
【請求項19】 前記同時刺激因子がサイトカインである、請求項18に記
載の方法。
19. The method of claim 18, wherein said costimulator is a cytokine.
【請求項20】 前記最適化された組換えポリヌクレオチドがサイトカイン
アンタゴニストをコードする、請求項1に記載の方法。
20. The method of claim 1, wherein said optimized recombinant polynucleotide encodes a cytokine antagonist.
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