JP2014207910A - 多価ワクチン - Google Patents
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Abstract
Description
11/990,222,2008年2月8日出願;これは下記の出願の米国出願である:
国際特許出願No.PCT/US2006/032907,2006年8月23日出願;
これは米国を指定し、U.S.Provisional Application No
.60/710,154,2005年8月23日出願およびU.S.Provision
al Application No.60/739,413,2005年11月25日
出願に基づく優先権を主張する;これらの出願の内容全体を本明細書に援用する。
ば多価HIVワクチン、およびそれを使用する方法に関する。本発明はさらに、遺伝子ア
ルゴリズムを用いてたとえばワクチン接種療法に使用するのに適切な多価抗原セットを作
製する方法に関する。
とができる免疫応答、あるいは最小限でも、感染が起きた場合には自然感染に対する免疫
応答が欠損しているにもかかわらずウイルス複製を抑制してウイルスを排除する(Nabel,
Vaccine 20: 1945-1947 (2002))か、または重感染から保護する(Altfeld et al, Nature
420: 434-439 (2002))ことができる免疫応答を、好ましい状態で誘発する。最適化された
ベクター、免疫化プロトコル、およびアジュバント(Nabel, Vaccine 20: 1945-1947 (200
2))をもち、広域の循環ウイルスに対して交差反応性応答を刺激することができる抗原と
組み合わせた、有効なワクチンが求められている(Gaschen et al, Science 296: 2354-23
60 (2002), Korber et al, Br. Med. Bull. 58: 19-42 (2001))。インフルエンザワクチ
ン学者がここ数十年直面している問題は、HIV−1が課す難題を際立たせている:ヒト
インフルエンザ株が毎年次第に生じている抗原変異分岐は約1〜2%であるが、それでも
なおワクチン抗原は年毎に交差反応性B細胞応答を誘発することができない場合がしばし
ばあり、同時期の株を継続的にモニターしてワクチンを数年毎に更新する必要がある(Kor
ber et al, Br. Med. Bull. 58: 19-42 (2001))。これに対し、共循環している個々のH
IV−1株が比較的保存されているタンパク質において互いに20%以上異なり、エンベ
ロープタンパク質においては最高35%異なる可能性がある(Gaschen et al, Science 29
6: 2354-2360 (2002), Korber et al, Br. Med. Bull. 58: 19-42 (2001))。
能性のある分類体系を提供する。ある地域ではグローバルな多様性が繰り返され、大部分
の既知のHIV−1サブタイプまたはクレード(分岐群、clade)が共循環する(た
とえば、コンゴ共和国(Mokili & Korber, J. Neurovirol 11(Suppl. 1): 66-75 (2005))
;他は2つのサブタイプおよびそれらの組換え体が優性であり(たとえば、ウガンダ(Baru
gahare et al, J. Virol. 79: 4132-4139 (2005))、他は単一サブタイプが優性である(
たとえば、南アフリカ(Williamson et al, AIDS Res. Hum. Retroviruses 19: 133-144 (
2003))。主に単一サブタイプを伴う地域ですら、流行疫学は広範なクレード内多様性に
対処しなければならない(Williamson et al, AIDS Res. Hum. Retroviruses 19: 133-44
(2003))けれども、国外旅行が地理的相異をさらに不明瞭にすると予想できるので、すべ
ての国がグローバルワクチンの利益を受けるであろう。
全HIV−1変異体[HIV−1主(M)グループ]について最適化した、Tリンパ球応
答に注目した多価ワクチン抗原セットの設計を提供する。細胞傷害性Tリンパ球(CTL
)は、ヒト白血球抗原(HLA)分子が感染細胞表面に提示するウイルスタンパク質フラ
グメント(エピトープ)により、感染したウイルス産生宿主細胞を認識して、それらを直
接殺す。ヘルパーT細胞応答は、サイトカインの放出により免疫応答の多様な面を制御す
る。両方ともHIV−1ワクチンにとって重要であると思われる:CTL応答は疾患の進
行速度を低下させることが示唆されており(Oxenius et al, J. Infect. Dis. 189: 1199-
208 (2004));ヒト以外の霊長類においてワクチンが誘発する細胞性免疫応答は、病原性
SIVまたはSHIVを抑制して、攻撃後の疾患の可能性を低下させ(Barouch et al, Sc
ience 290: 486-92 (2000));CD8+ T細胞を実験的に枯渇させると、SIV感染し
たアカゲザル(rhesus macaques)においてウイルス血症が増大する(Sch
mitz et al, Science 283: 857-60 (1999))。さらに、疾患の進行に伴ってCTL回避変
異が生じる(Barouch et al, J. Virol. 77: 7367-75 (2003))ので、潜在的回避経路を遮
断するワクチン刺激による記憶応答は有用な可能性がある。
の主要なターゲットである;免疫防御にはB細胞応答とT細胞応答の両方が必要であると
思われる(Moore and Burton, Nat. Med. 10: 769-71 (2004))ので、抗体応答を誘発する
ためにはエンベロープワクチン抗原を個別に最適化することも必要であろう。これに対し
T細胞指向型ワクチン成分はより保存されたタンパク質をターゲティングすることができ
るけれども、最も保存されたHIV−1タンパク質ですら変異が問題になるのに十分なほ
ど多様である。人工的な中枢配列ワクチン法(たとえば、あらゆるアミノ酸が複数の配列
中にみられるコンセンサス配列、または祖先配列(ancestral sequenc
e)の最大可能性再構築体(Gaschen et al, Science 296: 2354-60 (2002), Gao et al,
J. Virol. 79: 1154-63 (2005), Doria-Rose et al, J. Virol. 79: 11214-24 (2005), W
eaver et al, J. Virol., in press))が有望である;それにもかかわらず、中枢化した株
ですら提供するHIV−1変異体適応範囲は限られており、またコンセンサスベースの試
薬は多くのオートロガスT細胞応答を検出できない(Altfeld et al, J. Virol. 77: 7330
-40 (2003))。
くのT細胞エピトープは1以上の位置においてHIV−1株間で異なるので、いずれか単
一ワクチン抗原に対する潜在的応答には限界がある。特定の変異の結果として回避が起き
るかどうかは、個々のエピトープ/T細胞の組合せによるが、ある変化はサブタイプ間の
交差反応性に広範に影響を及ぼす(Norris et al, AIDS Res. Hum. Retroviruses 20: 315
-25 (2004))。多数の変異体を多価ワクチンに組み込むことによって、より広範な循環変
異体に対する応答が可能になり、共通の回避変異体に対する免疫系を初回抗原刺激するこ
ともできる(Jones et al, J. Exp. Med. 200: 1243-56 (2004))。1つのT細胞受容体か
らの回避が、他の受容体に対して感受性である変異体を作り出す可能性があり(Allen et
al, J. Virol. 79: 12952-60 (2005), Feeney et al, J. Immunol. 174: 7524-30 (2005)
)、したがってエピトープ変異体に対するポリクローナル応答を刺激することは有益とな
る可能性がある(Killian et al, Aids 19: 887-96 (2005))。プロセシングを阻害する回
避変異(Milicic et al, J. Immunol. 175: 4618-26 (2005))またはHLA結合を阻害する
回避変異(Ammaranond et al, AIDS Res. Hum. Retroviruses 21: 395-7 (2005))は異なる
特異性をもつT細胞によって直接対抗することはできないが、オーバーラップするエピト
ープに対する応答がこれらの回避経路のうちあるものすら遮断する可能性がある。
遺伝子)を含む多価ワクチンに関する。候補ワクチン抗原は、最大数の潜在的T細胞エピ
トープを入力ウイルスタンパク質セット中に含むように最適化した、κ個の複合タンパク
質のカクテルであることができる(κはカクテル中の配列変異体の個数である)。これら
のモザイクは天然配列から作製される:それらは天然タンパク質に類似し、最大共通形の
潜在的エピトープを含む。CD8+エピトープは連続的であり、一般にアミノ酸9個の長
さであるので、モザイクのセットを天然配列中のノナマー(9−mer)の“適応範囲(
coverage)”によりスコアリングすることができる(類似長さのフラグメントも
十分に表示される)。少なくとも3回見いだされない9−Merは除外することができる
。この方法によって、著しく多価であるけれども重要な利点をもつ多重ペプチドワクチン
により達成される多様性適応範囲のレベルが示される:これにより、無傷のタンパク質ま
たは遺伝子としてワクチンを送達することが可能になり、低頻度エピトープまたは循環株
とは無関係な非天然エピトープが除外され、それの無傷タンパク質抗原は自然感染の場合
と同様にプロセシングされやすい。
(たとえばHIVワクチン)、およびそれを使用する方法に関する。本発明はさらに、ワ
クチンとして使用するのに適切な多価抗原セットを設計するための遺伝子アルゴリズムの
使用を伴う方法に関する。
する合成ウイルスタンパク質を含む多価抗原セットが、良好なワクチン候補を構成すると
いう認識から得られた。本発明は、そのような多価抗原セットを、入力として供給した天
然タンパク質配列の任意セットのフラグメントのモザイクブレンドとして作製するための
“遺伝子アルゴリズム”方法を提供する。HIVに関しては、タンパク質GagおよびN
efがそのような抗原の理想的な候補である。適応範囲を拡大するために、Polおよび
/またはEnvも使用できる。本発明はさらに、これらのタンパク質について最適化した
セットを提供する。
列を入力データセットとして使用し、したがって“アラインメント非依存型”であるとい
う長所をもつ。これにより、自然界で見出されるタンパク質に類似する人工的モザイクタ
ンパク質を作製する−小動物モデルにおけるコンセンサス抗原の成功は、これが良好に作
動することを示唆する。9merは本明細書に記載する試験の焦点であるが、意図するタ
ーゲットに応じて種々の長さのペプチドを選択できる。本発明方法によれば、自然界に存
在しないかまたはきわめて希有な9mer(たとえば)は除外することができる−これは
、コンセンサス配列と対比した[後者は自然界に見出されていないある9mer(たとえ
ば)を含む可能性があるので]、またその株にユニークなある9mer(たとえば)をほ
ぼ常に含む天然株と対比した、改良点である。遺伝子アルゴリズムに使用するフィットネ
スの定義は、最大“フィット”多価カクテルはその集団内のすべての9merの最良適応
範囲(最高の完全一致画分)を与えるモザイク株の組合せであり、かつその集団内に存在
しないかまたは希有である9merは無いという拘束を受けることである。
とができる−これにより、T細胞からみたサブタイプ特異的または領域特異的ワクチンの
長所を評価するために現時データを利用できる。たとえば、比較したオプションには下記
のものが含まれる:
1)Mグループ、BクレードおよびCクレードに基づく最適多価モザイクセット。提示
した質問は、クレード内適応範囲がクレード間またはグローバルよりどのくらい良好であ
るかということであった;
2)種々の抗原数:1、3、4、6;
3)“典型的な”株を単に例示するために、ワクチンプロトコルに現在用いられている
天然株(Merck,VRC);
4)集団内の9merの最良適応範囲を与えるように選択した天然株;
5)コンセンサスのセット:A+B+C;
6)多価抗原中の1つの“特定”株、1つの祖先+3つのモザイク株、1つのコンセン
サス+3つのモザイク株を含む、最適化されたカクテル;
7)完全に一致した9merの適応範囲を8/9、7/9および6/9、またはそれ未
満一致するものと比較した。
バーするための最良セットではない可能性があるので、これはコンピューター処理にとっ
て難しい問題である。
用でき、かつ他の変異性病原体にも適用できることは、本明細書の開示内容を読むことに
より認識されるであろう。たとえば、本発明方法は高度に変異性のウイルスであるC型肝
炎にも適用できる。
技術により医薬的に許容できるキャリヤーおよび/またはアジュバントを配合して、組成
物にすることができる。適切な投与経路には、全身(たとえば筋肉内または皮下)、経口
、膣内、直腸内および鼻内が含まれる。
。これらの免疫原は、周知の組換えDNA技術により合成することもできる。
本発明の免疫原をコードする核酸を、たとえばコード配列が裸のDNAとして投与され
るDNAワクチンの成分として使用でき、あるいは、たとえば免疫原をコードするミニ遺
伝子がウイルスベクター中に存在してもよい。コード配列を、たとえばマイコバクテリウ
ム属(mycobacterium,)中、組換えキメラアデノウイルス中、または組換
え弱毒水疱性口内炎ウイルス中で発現させることができる。コード配列は、たとえば下記
の中に存在してもよい:複製型もしくは非複製型アデノウイルスベクター、アデノ随伴ウ
イルスベクター、弱毒化した結核菌(mycobacterium tuberculo
sis)ベクター、カルメット−ゲラン杆菌(Bacillus Calmette G
uerin(BCG))ベクター、ワクシニアまたは改良ワクシニア・アンカラ(Mod
ified Vaccinia Ankara(MVA))ベクター、他のポックスウイ
ルスベクター、組換えポリオその他の腸内ウイルスベクター、サルモネラ属(Salmo
nella)種の細菌ベクター、赤痢菌属(Shigella)種の細菌ベクター、ベネ
ズエラウマ脳炎ウイルス(Venezuelean Equine Encephali
tis Virus(VEE))ベクター、セムリキ森林ウイルス(Semliki F
orest Virus)ベクター、またはタバコモザイクウイルス(Tobacco
Mosaic Virus)ベクター。コード配列は、たとえばCMVプロモーターなど
の活性プロモーターを含むDNAプラスミドとして発現させることもできる。他の生存ベ
クターを用いて本発明の配列を発現させることもできる。本発明の免疫原は、患者自身の
細胞において、好ましくはヒト細胞における発現を最適化するコドンおよびプロモーター
を用いて、これらの細胞に免疫原をコードする核酸を導入することにより誘導できる。D
NAワクチンを製造および使用する方法の例は、U.S.Pat.No.5,580,8
59、5,589,466、および5,703,055に開示されている。コドン最適化
の方法の例は、Haas et al, Current Biology 6:315-324 (1996)およびAndre et al, J.
Virol. 72(2):1497-1503 (1998)に記載されている。
個に投与する)ことができるのは認識されるであろう。適切なアジュバントの例には、T
RL−9アゴニスト、TRL−4アゴニスト、ならびにTRL−7、8および9アゴニス
トの組合せ(およびミョウバン)が含まれる。アジュバントは油性および水性エマルジョ
ンの形をとることができる。スクアレンアジュバントも使用できる。
配列を、医薬的に許容できる送達システム中に含む。これらの組成物をウイルス感染症(
たとえばHIV感染症)の予防および/または治療のために使用できる。前記に指摘した
ように、本発明の組成物はアジュバント、乳化剤、医薬的に許容できるキャリヤー、また
はワクチン組成物中に日常的に供給される他の成分を用いて配合できる。最適配合物は当
業者が容易に設計でき、即時放出および/または持続放出のための配合物、ならびに全身
性免疫の誘導および/または局所粘膜免疫の誘導のための配合物を含むことができる(た
とえば、鼻内、膣内、または直腸内投与のための配合物を設計できる)。前記のように本
発明組成物は、皮下、鼻内、経口、筋肉内、または他の非経口もしくは腸内経路を含めた
いずれか好都合な経路で投与できる。免疫原を1回量または多数回量で投与できる。最適
免疫化計画は当業者が容易に決定でき、患者、組成物、および目的とする効果に伴って異
なる可能性がある。
に従って発現させた免疫原の直接使用を共に考慮する。たとえば、免疫原をコードするミ
ニ遺伝子を初回抗原刺激および/または追加抗原刺激として使用できる。
びそれらのコード配列に相補的な核酸)のいずれかおよびすべてを含む。
本明細書に詳細に記載するのは、地域流行をターゲティングした単一BまたはCサブタ
イプ、およびグローバルに循環しているすべてのHIV−1変異体[HIV−1主(M)
グループ]について最適化したワクチン抗原セットである。後記の実施例1に記載する試
験において、目標は特にT細胞応答のための多価ワクチンの設計にある。HIV−1特異
的T細胞は、HIV−1特異的ワクチン応答に重要であると思われる:CTL応答はヒト
における疾患進行速度の低下と相関し(Oxenius et al, J. Infect. Dis. 189:1199-1208
(2004))、ヒト以外の霊長類ワクチン接種モデルにおけるCTL応答の重要性は十分に確
立されている。ワクチンにより誘発された細胞性免疫応答は、病原性SIVまたはSHI
Vの抑制を補助し、病原性ウイルスによる攻撃後の疾患の可能性を低下させる(Barouch e
t al, Science 290:486-492 (2000))。CD8+ T細胞を一時的に枯渇させると、SI
V感染したアカゲザルにおいてウイルス血症が増大する(Schmitz et al, Science 283: 8
57-60 (1999))。さらに、疾患の進行に伴ってCTL回避変異が生じ、これはCTL応答
がインビボでのウイルス複製の束縛を補助することを指摘する(Barouch et al, J. Virol
. 77: 7367-75 (2003))ので、潜在的回避経路を遮断するワクチン刺激による記憶応答は
有用な可能性がある。変異性が高いエンベロープ(Env)はHIVに対する抗体を中和
するための主要なターゲットであり、ワクチン抗原はこれらの抗体応答の誘発にも適合さ
せる必要がある(Moore and Burton, Nat. Med. 10: 769-71 (2004))が、T細胞ワクチン
成分は、より保存されたタンパク質をターゲティングして、交差反応する可能性がより大
きい応答を始動させることができる。しかし、最も保存されたHIV−1タンパク質です
ら変異が問題になるのに十分なほど多様である。本質的に株間の“相異を断ち切る”人工
的な中枢配列ワクチン法であるコンセンサス配列および祖先配列(Gaschen et al, Scienc
e 296: 2354-60 (2002), Gao et al, J. Virol. 79: 1154-63 (2005), Doria-Rose et al
, J. Virol. 79: 11214-24 (2005))は有望性を示し、天然株ワクチンと比較して増強され
た交差反応性をもつ応答を刺激する(Gao et al, J. Virol. 79:1154-1163 (2005)) (Liao
et al. and Weaver et al., 提出済み)。それにもかかわらず、中枢株ですらHIV多様
性スペクトルをカバーするのはごく限られた程度であり、コンセンサスベースのペプチド
試薬は多くのオートロガスCD8+ T細胞応答を検出できない(Altfeld et al, J. Vir
ol. 77: 7330-40 (2003))。
いて1以上のアミノ酸がHIV−1株間で異なるので、いずれか1つのワクチン抗原に対
する応答の潜在的有効性には限界がある。特定の変異がT細胞の交差反応性を低下させる
かどうかはエピトープおよびT細胞によるけれども、ある変化がクレード間の交差反応性
に広範に影響を及ぼす可能性がある(Norris et al, AIDS Res. Hum. Retroviruses 20: 3
15-25 (2004))。より多くの変異体を多価ワクチンに組み込むことによって、より広域の
循環変異体に対する応答が可能になる。それは共通の回避変異体に対する免疫系を初回抗
原刺激することもできる(Jones et al, J. Exp. Med. 200: 1243-56 (2004));1つのT
細胞受容体からの回避が他の受容体に対して感受性である変異体を形成する可能性があり
(Lee et al, J. Exp. Med. 200:1455-1466 (2004))、したがってエピトープ変異体に対す
るポリクローナル応答を刺激することは有益となる可能性がある(Killian et al, Aids 1
9: 887-96 (2005))。プロセシングを阻害する手段(Milicic et al, J. Immunol. 175: 46
18-26 (2005))またはHLA結合を阻害する手段(Ammaranond et al, AIDS Res. Hum. Ret
roviruses 21: 395-7 (2005))を伴う免疫回避はエピトープ提示を妨げ、そのような場合
、異なる特異性をもつT細胞によってその回避変異体に対抗することはできない。しかし
、オーバーラップするエピトープを認識するT細胞の存在は、場合によりこれらの回避経
路ですら遮断する可能性がある。
できる。
実施例1
実験の詳細
HIV−1配列データ。一人当たり1つの配列を含む2005のHIV配列データベー
ス(http://hiv.lanl.gov)からの基準アラインメントを用い、これに南アフリカ、ダーバ
ンから最近入手できる追加のCサブタイプGagおよびNef配列(GenBank a
ccession numbers AY856956−AY857186)(Kiepiela
et al, Nature 432:769-75 (2004))を補足した。このセットは、全世界からの551のG
agおよび1,131のNef Mグループ配列を含んでいた;Mグループの多様性を調
べるために、純粋なサブタイプ配列と共に組換え配列を含めた。18A、102B、22
8Cおよび6Gサブタイプ配列(Gag)、ならびに62A、454B、284Cおよび
13Gサブタイプ配列(Nef)を含むこれらのアラインメントのサブセットを、単一ク
レード内および単一クレード間の最適化および比較のために用いた。
ために用いられる、生物学的方法(進化、集団、選択、組換え)のコンピューター類似法
である(Holland, Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory An
alysis with Applicatins to Biology, Control, and Artificial Intelligence, (M.I.T
. Press, Cambridge, MA (1992)))。特定の入力に対する解を、“フィットネス”(最適
性)基準に従ったランダムな改変および選択のプロセスにより“進化”させる。GAには
多くの種類がある;“定常状態−共進化的多集団(steady−state co−e
volutionary multi−population)”GAを実行した。“定
常状態”は、新たな全集団を一度にではなく、一度に1つの新たな候補解を作製すること
を表わす;“共進化的”は、一緒に作業する幾つかの別個の集団を同時に進化させて完全
解を作成することを表わす。入力はアラインしていない天然配列のセットである;候補解
はκ個の擬似天然“モザイク”配列のセットであり、それらのそれぞれが天然配列の鎖状
セクション(concatenating section)により形成されている。フ
ィットネス基準は集団適応範囲(population coverage)であり、こ
れはカクテル中にある入力配列中のすべての9−アミノ酸配列フラグメント(潜在的エピ
トープ)の集団と定義される。
した天然配列間での2点組換えにより作製する。入力する天然配列はアラインしていない
ので、“相同”クロスオーバーを用いる:両配列中の短い一致ストリング(matchi
ng string)を探索することにより各配列のクロスオーバー点を選択する;典型
的なエピトープ長さがc=9である場合、c−1=8のストリングを用いた。これにより
、組換え配列は天然タンパク質に確実に類似する:異なる株に由来する配列のセクション
間の境界は継ぎ目がなく、境界にまたがる局部配列は常に自然界で見出されるものであり
、モザイクが大きな挿入/欠失または自然界に無い組合せのアミノ酸を取り込むのは阻止
される。モザイク構築の結果、モザイク配列長さは天然配列長さの分布内にある:組換え
は同一領域においてのみ許容され、反復領域の再重複を阻止するために過剰な長さに対す
るエクスプリシット・ソフトウェア(explicit software)禁止によっ
て強化される(そのような再重複エピトープの“枠内”挿入は、自然界に無い9−mer
を生成することなく適応範囲を拡大するための他の方法を提供することができるが、それ
らを組み込むと“自然界に無い”タンパク質が作製されるであろう)。最初は、カクテル
は各集団からランダムに選択した1つの“ウイナー(winner)”を含む。集団内の
いずれかの個々の配列についてのフィットネススコアは、その配列−プラス−他の集団か
らの現時ウイナーからなるカクテルについての適応範囲値である。したがって、ある集団
内のいずれかの配列の個々のフィットネスは、他の集団内に見出される最良配列に動的に
依存する。
”配列を選択する。第1の親は、“2トーナメント(2−tournament)”選択
を用いて選択される:現時集団から2配列をランダムに抜き出し、スコアリングし、より
良いものを選択する。これにより、その集団内でのそれらのフィットネスランクに反比例
する確率をもつ親が、すべての個々のフィットネスを実際に計算する必要なしに選択され
る。第2の親は、同じ方法で選択される(50%の時間)か、あるいは天然配列セットか
らランダムに選択される。次いで、親間の2点相同クロスオーバーを用いて“子”配列を
作製する。その天然集団内できわめて稀であった9−mer(見出されたのが3回未満)
を含む子はいずれも直ちに棄却される。棄却されなければ、この新たな配列をスコアリン
グし、そのフィットネスを同じ集団からランダムに選択した4配列と比較する。ランダム
に選択した4配列のいずれかがこの新たな配列のものより低いスコアをもつ場合、それを
この集団においてこの新たな配列で置き換える。現時集団の“ウイナー”より良いスコア
を与える配列に遭遇した場合は常に、その配列が現時集団のためのウイナーとなり、した
がって以後はこのカクテル内で他の集団内の配列を評価するために用いられる。次いでそ
のような最適化サイクルを数回(一般に10回)各集団に適用し、このプロセスは進化が
止む(すなわち、特定数の世代について改良がなされなくなる)までその集団全体に循環
し続ける。この時点で、新たに作製したランダム出発集団を用いて操作全体を再開し、そ
れ以上の改良が見られなくなるまでこの再開を続ける。GAをn=50または500の各
データセットについて実施した;それ以上の改良が生じなくなるまで12〜24時間、2
GHz Pentiumプロセッサーで各操作を続けた。κ=1、3、4または6のモ
ザイク配列を含むカクテルを作製した。
み込むことも可能であり、その固定株を最適に補充するためにカクテルの他のエレメント
を進化させるであろう。これらの解は最適以下であったので、それらは本明細書に含まれ
ていない。追加プログラムは、入力ファイルから、組み合わせると最良の集団適応範囲を
提供するκ個の最良天然株を選択する。
団適応範囲スコアを計算し、モザイク配列ワクチンとの直接比較を行なって、集団9−m
erとの同一性、ならびに8/9および7/9アミノ酸の類似性を追跡した。天然株に基
づいた、可能性のあるワクチン候補には、単一株(たとえば、南アフリカのためのワクチ
ンに関する単一C株(Williamson et al, AIDS Res. Hum. Retroviruses 19:133-44 (2003
)))、または天然株の組合せ(たとえば、サブタイプA、BおよびCのそれぞれ1つ(Kong
et al, J. Virol. 77:12764-72 (2003))が含まれる。現在まで、潜在的T細胞エピトー
プ適応範囲を最大にするために天然株ワクチン候補を系統的に選択することはなされてい
ない;未選択ワクチン候補から期待できるものの代表例となるワクチン候補を文献より抜
き出した。無傷の天然株のみを用いて適応範囲の上限も決定した:データセットのうち最
良適応範囲をもつ単一配列を選択することによって最適天然配列カクテルを作製し、次い
で一定のκになるまで最大補充配列を連続的に追加した。この比較には、中枢合成ワクチ
ンの概念を表わすために、種々のサイズの最適天然配列カクテルおよびコンセンサス配列
が単独でまたは組み合わせて含まれていた(Gaschen et al, Science 296:2354-60 (2002)
)。最後に、固定配列オプションをGAに使用し、コンセンサス−プラス−モザイクと組
合せて比較;これらのスコアは、一定のκについて含まれる全モザイク組合せと本質的に
同等であった(データは示していない)。これらの分析を実施するために用いたコードは
、ftp://ftp-t10/pub/btk/mosaicsにおいて入手できる。
タンパク質の変異。保存されたHIV−1タンパク質において、大部分の位置は本質的
に非変異性であり、最も変異性である位置はかなりの頻度で生じる2〜3個のアミノ酸を
もつにすぎず、かつ変異性の位置は保存された位置の間に一般に十分に分散している。し
たがって、CD8+ T細胞エピトープ(8〜12個のアミノ酸、一般に9個)の境界内
で、集団多様性の大部分はごく少数の変異体でカバーできる。図1は、Gag、Nefお
よびEnvを変異体数の増加について比較し、最良適応範囲を提供する変異体を逐次追加
した、9−mer(9個の連続アミノ酸の長さ)の集団適応範囲の上限を示す。保存領域
では、2〜4の変異体で高度の集団適応範囲が達成される。これに対し、Envのような
変異性領域では、8つの変異体を用いてすら限られた集団適応範囲が可能であるにすぎな
い。新たな各追加はより希有なものであるので、各追加の相対的有益性は変異体数が増加
するのに伴って漸減する。
実際には、高頻度9−merにはしばしば矛盾がある:局部共変異のため、1つの9−m
erに対する最適アミノ酸はオーバーラップする9−merに対するものと異なる可能性
がある。集団適応範囲を最適化するモザイクタンパク質セットを設計するためには、各ア
ミノ酸の相対的有益性は近接する変異体との組合せにおいて評価されなければならない。
たとえば、アラニン(Ala)とグルタミン酸(Glu)がそれぞれ隣接位置に頻繁に生
じる場合があるかもしれないが、Ala−Glu組合せが自然界では決して見られなけれ
ば、それをワクチンから除外すべきである。幾つかの最適化方法を調べた:欲張りアルゴ
リズム(greedy algorithm)、半自動化した適合性9merアセンブリ
ー方法、アラインメントベースの遺伝子アルゴリズム(GA)、およびアラインメント非
依存型GA。
GAは、アラインしていないタンパク質配列のセットから、ワクチン抗原特異的な非防御
応答を誘導する可能性のある希有または自然界に無いエピトープ長さのフラグメント(組
換え破断点に導入される可能性がある)を確実に除外して、ユーザーが特定した数のモザ
イク配列を作製する。これらの候補ワクチン配列は、天然配列に類似するが、相同破断点
で組換えたデータベース配列の頻度重み付きフラグメントから組み立てられる(図2);
それらは入力集団について9−merの最大適応範囲に近づく。
ンパク質領域に注目した初期設計:i)比較的低い変異性、ii)自然感染における高レ
ベルの認識、iii)高密度の既知エピトープ、およびiv)感染に際しての早期応答、
または感染患者における良好な転帰と関連するCD8+ T細胞応答のいずれか。最初に
、種々のHIVタンパク質について、モザイクにより達成される9−mer適応範囲レベ
ルの評価を行なった(図3)。各タンパク質について、Mグループ、またはBおよびCサ
ブタイプ単独のいずれかを用いて4モザイクのセットを作製した;適応範囲をCサブタイ
プについてスコアリングした。幾つかの結果が注目される:i)サブタイプ内での最適化
はサブタイプ内−最良適応範囲を提供するが、サブタイプ間適応範囲より実質的に貧弱で
ある-それにもかかわらず、Bサブタイプ最適化したモザイクは、単一天然Bサブタイプ
タンパク質より良好なCサブタイプ適応範囲を提供する(Kong et al, J. Virol. 77:127
64-72 (2003));ii)PolおよびGagは広域の交差反応性応答を誘発するための最
大力価をもち、これに対しRev、Tat、およびVpuは高度に変異性であるEnvタ
ンパク質よりさらに少ない保存9−merをもつ;iii)Mグループ最適化したモザイ
クセットのサブタイプ内適応範囲は、特に、より保存されたタンパク質について、サブタ
イプ内最適化したセットの適応範囲に近づいた。
識される頻度が最も高いHIVタンパク質であり(Frahm et al, J. Virol. 78:2187-200
(2004))、自然感染に際して最も早く応答するためのターゲットである(Lichterfeld et a
l, Aids 18:1383-92 (2004))。全体としてそれは変異性である(図3)が、それの中央領
域はGagと同程度に保存されている(図1)。ワクチンに組み込むのに最適なタンパク
質が何であるかはまだ明らかでなく、モザイクは最も変異性のタンパク質ですら潜在的適
応範囲を最大化するように設計できる(図3)けれども、グローバルな適応範囲が得られ
る見込みは保存タンパク質についての方が良好である。Gag、PolおよびEnvを含
むワクチンにRev、TatおよびNefを追加することによりアンゲザルにおけるワク
チン防御が改良されることは立証された(Hel et al, J. Immunol. 176:85-96 (2006))が
、これは同種攻撃に関してであり、この場合は変異性は問題でなかった。循環ウイルス集
団における調節タンパク質の著しい変異性は、交差反応性応答を排除する可能性がある;
保存性という点で、Pol、Gag(特にp24)およびNef中央領域(HXB2の位
置65−149)は有望な潜在免疫原である(図1,3)。しかし、Polは自然感染に
際して認識される頻度が低い(Frahm et al, J. Virol. 78:2187-200 (2004))ので、それ
は初期の免疫原設計に際して組み込まなかった。組み込んだNefの保存部分はHIV−
1中で最も高度に認識されたペプチドを含む(Frahm et al, J. Virol. 78:2187-200 (200
4))が、タンパク質フラグメントであるので、Nefの免疫阻害機能は行なえないであろ
う(たとえば、HLAクラスIのダウンレギュレーション(Blagoveshchenskaya, Cell 11
1:853-66 (2002)))。GagおよびNefは両方とも、十分に解明されたオーバーラップ
CD8+およびCD4+ T細胞エピトープと共に密に充填されており、多様なHLA分
子により提示され(http://www.hiv.lanl.gov//content/immunology/maps/maps.html)、G
ag特異的CD8+(Masemola et al, J. Virol. 78:3233-43 (2004))およびCD4+(Ox
enius et al, J. Infect. Dis. 189:1199-208 (2004))T細胞応答は、感染個体における
低いウイルス設定値に関連があるとされている(Masemola et al, J. Virol. 78:3233-43
(2004))。
ブタイプC配列を用いて限定した試験を行なった。サブタイプCのGagデータを同規模
サイズの3セットに分けた−2つの南アフリカセット(Kiepiela et al, Nature 432:769-
75 (2004))、および南アフリカ以外の1つのサブタイプCセット。各セットについて独立
してモザイクを最適化し、得られたモザイクを3セットすべてに対して試験した。9−m
erの適応範囲は同等のトレーニングセットおよび試験セットについてわずかに良好であ
った(77〜79%の9/9適応範囲)が、トレーニングセットおよび試験セットが2つ
の異なる南アフリカデータセットである場合(73〜75%)、またはいずれか一方の南
アフリカデータセットおよび南アフリカ以外のCサブタイプ配列である場合(74〜76
%)には、本質的に同等であった。したがって、国間および国内の適応範囲はクレード内
適応範囲とほぼ等しく、この例では国特異的Cサブタイプモザイク設計に利点はみられな
かった。
のワクチン設計方法についてサブタイプ内およびサブタイプ間の交差反応性を評価するた
めに、それらが天然Mグループ配列について備えている適応範囲の計算を行なった。ワク
チン抗原内の9−merが完全に一致した天然配列内の全9−merの画分を計算し、エ
ピトープ内の単一(時には二重)置換が交差反応性を保持する可能性があるので、同様に
8/9または7/9の一致アミノ酸をもつものを計算した。図4は、種々の方法で設計し
たカクテルについて、GagおよびNef中央領域の9−mer当たりのMグループ適応
範囲を示す:a)ワクチン抗原として用いられているA、BおよびCサブタイプからの3
つの非最適天然株(Kong et al, J. Virol. 77:12764-72 (2003));b)最良Mグループ適
応範囲を与えるようにコンピューターで選択した3つの天然株;c)Mグループ、Bサブ
タイプおよびCサブタイプコンセンサス配列;ならびにd、e、f)3、4および6モザ
イクタンパク質。多重株のカクテル、すなわちκ=3、κ=4、およびκ=6のセットに
ついて、モザイクは明らかに最良の性能を示し、適応範囲はκ個の株の上限に近づく。そ
れらに続くのは、最適選択した天然株、コンセンサスタンパク質カクテル、最後に非最適
−天然株であった。より多数の抗原が可能であればより大きい適応範囲が得られるが、各
追加についての利得はκが増加するのに伴って低下する(図1および4)。
について全適応範囲をまとめ、サブタイプ内最適化をMグループ最適化と比較する。単一
モザイクの性能は、最良単一天然株またはコンセンサス配列に匹敵する。単一コンセンサ
ス配列は最良単一天然株より性能が劣るが、最適化した天然配列カクテルはコンセンサス
カクテルより良好な性能をもつ:コンセンサス配列は相互に天然株の場合より類似するの
で、若干リダンダントである。しかし、2モザイク変異体を組み込んだだけで、適応範囲
が顕著に拡大し、4および6モザイクタンパク質は天然株またはコンセンサス株の多価カ
クテルより漸次良好な適応範囲を与える。サブタイプ内最適化したモザイクは最良の性能
を示す−4モザイク抗原は80〜85%の9−merが完全に一致する−しかし、これら
のセットのサブタイプ間適応範囲は50〜60%に劇的に低下する。これに対し、全Mグ
ループを用いて最適化したモザイクタンパク質は、個々のサブタイプについて約75〜8
0%の適応範囲を与え、これはMグループ全体の適応範囲に匹敵する(図5および6)。
不完全な8/9一致を許容すれば、Mグループ最適化モザイクおよびサブタイプ内最適化
モザイクは両方とも90%の適応範囲に近づく。
い(たとえばワクチン特異的免疫優性応答を誘導することにより)ので、ワクチン構築体
中の9−merの頻度分布を、それらが作製された天然配列と比較して調べた。κ=6の
カクテル中の大部分の追加エピトープは、κ=4のカクテルと比較して低頻度である(<
0.1,図7)。これらのエピトープは、適応範囲を拡大するけれども、比較的希有であ
り、したがってそれらが誘導する応答はより共通の、したがってより有用なエピトープに
対するワクチン応答から遠ざかる可能性がある。天然配列カクテルは実際には、中等度に
低い頻度のエピトープの発生率がモザイクより少ない;モザイクは適応範囲の最適化に伴
って若干のより低頻度の9−merを付け加えている。他方、モザイクはユニークまたは
きわめて希有な9−merを除外し、これに対し天然株は一般に他の配列中に存在しない
9−merを含む。たとえば天然MグループGag配列は、配列当たり中央値35(0〜
148の範囲)のユニーク9−merをもっていた。HLA−アンカーモチーフの保持率
も調べ、アンカーモチーフの頻度は4モザイクと3つの天然株との間で同等であることが
見出された。天然抗原は実際に抗原当たりのモチーフ数の増加を示した;これはおそらく
株特異的モチーフを含むことによるものであろう(図8)。
)が増加することと合わせて、ワクチン接種点希釈(vaccination−poin
t dilution)および試薬開発費についての関心から、最初は、GagおよびN
ef中央領域にわたる、サブタイプB、サブタイプCおよびMグループについて最適化し
た4配列(κ=4)に限定したモザイクたんぱく質を作製することになった(これらの配
列は図9に含まれる;EnvおよびPolについてのモザイクセットを図10に示す)。
種々の4配列Gag−Nefモザイクの合成および初期の抗原性試験が現在行なわれてい
る。最初のモザイクワクチンにおいてターゲティングしたのはGagおよびNefタンパ
ク質中央領域だけである;これらは卓越したグローバル集団適応範囲を提供するのに十分
なほど保存されており、自然応答に関して前記の望ましい特性をもつ(Bansal et al, Aid
s 19:241-50 (2005))。さらに、感染に対する自然CTL応答を検出するためにBサブタ
イプp24変異体をElispotペプチド混合物に含有させると、検出される応答の回
数および大きさが共に増大し、これは最も保存されたタンパク質ですらその変異体を組み
込むのは有用であろうという考えを支持する。最後に、アカゲザルに与えた多価HIV−
1ワクチンにおけるタンパク質カクテルは、各抗原に対する強い応答の発生を妨げず(Sea
man et al, J. Virol. 79:2956-63 (2005))、抗原カクテルはネズミモデルにおいてアン
タゴニスト応答を生じなかった(Singh et al, J. Immunol. 169:6779-86 (2002));これ
は、これらの抗原混合物がT細胞ワクチンに適切であることを指摘する。
変異性タンパク質がもつ9−merの適応範囲は限られる。たとえば、A、BおよびCク
レードからそれぞれ1つ選択した3つのMグループ天然タンパク質であって、ワクチン設
計について現在試験中のもの(Seaman et al, J. Virol. 79:2956-63 (2005))は、Mグル
ープタンパク質中の9−merのわずか39%が完全に一致し、65%が少なくとも8/
9一致する。これに対し、3つのMグループEnvのモザイクは、47%の9−merが
完全に一致し、70%は少なくとも8/9一致する。多価モザイク抗原を設計するために
書かれたコードが入手可能であり、これをいずれかの変異性タンパク質の入力セットに容
易に適用していずれかの目的数の抗原につき最適化することができる。このコードは、κ
個の天然株の最適組合せを選択することもでき、多価ワクチンのための天然抗原の妥当な
選択が可能になる。表1に含まれるのは、現時データベースアラインメントのGagおよ
びNef集団適応範囲のついての最良天然株である。
種々の遺伝子、サブタイプセット、および配列数について得られる最良9−mer適応範
囲をもつ天然配列カクテル
natural sequence:天然配列
group:グループ
central regeon:中央領域。
回避経路を遮断し、これにより感染個体における疾患の進行を最小限に抑えるための、T
細胞ワクチン成分の設計に注目する。HIV−1ワクチン設計のために本発明において開
発した多価モザイクタンパク質方法は、いずれかの変異性タンパク質、他の病原体、およ
び他の免疫学的問題に適用できる。たとえば、最少数の変異ペプチドをT細胞応答アッセ
イに装入すると、著しい経費をかけずに感受性を顕著に高めることができる:κ個のモザ
イクタンパク質のセットは、κ個の抗原について可能な最大適応範囲を提供する。
びタンパク質方法が先に提唱された(Gaschen et al, Science 296:2354-2360 (2002))。
免疫原として人工遺伝子を使用することについての概念証明(proof−of−con
cept)が、野生型HIV−1株に対するTおよびB細胞応答の両方をグループMコン
センサス免疫原で誘導することにより立証された(Gaschen et al, Science 296:2354-236
0 (2002), Gao et al, J. Virol. 79:1154-63 (2005), Doria-Rose et al, J. Virol. 79
:11214-24 (2005), Weaver et al, J. Virol., in press))。モザイクタンパク質設計は
、ポリクローナルワクチンのための試薬を共最適化し、希有CD8+ T細胞エピトープ
を排除し、そして集団レベルでのそれらの頻度に基づいて回避経路に関与する可能性のあ
る変異体を組み込むことにより、コンセンサスまたは天然免疫原設計を改良する。
の数を最大化する。鎖状エピトープ(concatenated epitope)のセ
ットをポリエピトープ擬似タンパク質状に連結する(Hanke et al, Vaccine 16:426-35 (1
998))のではなく、天然タンパク質に類似する多数の抗原を使用するという決定を行なっ
た;それは、天然類似ワクチン抗原のインビボプロセシングは自然感染に際してのプロセ
シングにいっそう近似し、オーバーラップするエピトープの適応範囲の拡大も可能にする
であろうという理由からであった。T細胞モザイク抗原の使用は、強い多価免疫応答に関
して最良であろう;ワクチン設計の他の領域における改良、および多様性をカバーするた
めにモザイク抗原を組み込む最良な方法の組合せは、最終的に、HIV−1に対して有効
な交差反応性ワクチン誘導型の免疫応答を可能にすることができる。
グループMコンセンサスエンベロープおよび3価モザイクエンベロープ(両方ともin
silicoモデリングにより設計され、野生型エンベロープより優れていると推定さ
れる)を、4アーム免疫原性臨床試験において、1価野生型エンベロープおよび3価野生
型伝播エンベロープと比較する。モザイク抗原は、現時Los Alamosデータベー
スに基づいて設計された;これは、2000を超える個体からグローバルにサンプリング
された、主としてCHAVIデータベースからの伝播ウイルスの配列の大きなセットをも
つ、より多くの全長エンベロープを含むセットである。
潜在T細胞エピトープの適応範囲提供に関してグローバルデータベース中の最良選択であ
る単一の伝播ウイルスを使用する。データベースをBクレードエンベロープの方へバイア
スさせ、したがってこの単一の最良急性EnvはBクレード代表である。サンプリングに
際してのグローバル配列収集に固有なバイアスを補償しかつ循環パンデミック株をより良
く反映させるために、1つのA、1つのBおよび1つのCサブタイプの伝播ウイルス配列
を3価セットに組み込むものとして提案する。AおよびC天然配列は、データベースの潜
在的エピトープ適応範囲を提供する最良Bクレード配列を最適状態に補充するものである
。ワクチン抗原は、入手可能なSGA配列決定された急性サンプルから選択され、それぞ
れ伝播ウイルスを代表する。したがって、この試験は主としてT細胞試験ではあるが、伝
播エンベロープワクチンが中和抗体を誘発する能力に関しても重要な追加データを提供す
る。
下記の4アーム試験を提案する:
1)Con S(各クレードのコンセンサスの十分に研究されたコンセンサス、200
2のデータベースに基づく;Con Sは動物モデルにおいて徹底的に試験されており、
ほぼ単一モザイクに匹敵する理論的適応範囲をもつ);
2)合わせてデータベース中の9アミノ酸長さの配列の最適グローバル適応範囲を提供
するように設計した、3モザイクMグループ抗原セット。そのような9−merは、その
データベースの潜在的エピトープ適応範囲を表わす。非天然9−merはモザイク中に除
外され、希有変異体は最小限に抑えられる;
3)SGA配列を入手できる急性感染患者からサンプリングされた配列から選択した最
適単一最良天然タンパク質;これらの配列は生存可能な伝播配列に相当するはずである。
(2)の場合と同様に、この配列はデータベースの最適9−mer適応範囲を提供するも
のとなるように選択されるであろう。Bクレードは配列データベースについてのサンプリ
ングにおいて現時優性であるので、最良データベース適応範囲をもつ配列はBクレード配
列であろう;
4)合わせて最良グローバル適応範囲を提供する急性感染症SGA配列からの最良天然
株(注釈:BおよびCはMグループサンプリングより優性であるので、コードはそれぞれ
のうちの1つを2つの最良として自然に選択する。したがって、このバイアスに対抗しか
つグローバルな流行をより良く反映させるために、第3の補充配列を急性SGA Aクレ
ードセットから強制的に選択されるようにした);
5)陰性対照緩衝液/生理食塩水。
列すべてと組み合わせた−これには合計2020の配列が含まれる:
728 Bクレード
599 Cクレード
693 他のすべてのクレード、循環組換え形、およびユニーク組換え配列。これをM
グループワクチン設計に用いた。
他のクレードの“潜在的エピトープ”(9−mer)の適応範囲がやはり優れている。
配列
Mコンセンサス
モザイクおよび天然配列を各ワクチンにつき左の最初の赤い棒について最適化した(全
体)。この“全体(total)”は、全配列、すなわちデータベース+CHAVIを表
わす。“B”はBクレードであるサブセット、“C”はCクレードであるサブセット、“
N”はBまたはCではない残りのMグループ配列(他のすべてのクレードおよび組換え配
列)である。Bは最大共通であるので、単一最良天然配列はもちろんBであり、したがっ
てBはNat.1について最良適応範囲をもつ。Con Sは、予想通りすべてのクレー
ドについてはるかに均一な適応範囲を提供し、Bクレード以外のすべてのグループについ
てより良好な適応範囲を提供する(注釈:Con Sアカゲザル試験において、天然Bは
最適化となるように選択されず、Con SはBクレード内ですら、使用されているBワ
クチン株より良好な適応範囲をもっていた;これは、不均一Bに対して検出された応答の
数に反映されていた。この相異は、最適適応範囲を提供する急性感染症からの天然Bクレ
ード配列となるように天然Bを選択したことである)。Nat.3は、良好な広域適応範
囲を与え、Mos.3はより良好である(図11を参照)。
することはできず、あるいは特定の実際に変異性である領域を補って無傷タンパク質を作
製することは不可能である。試験した他のすべてのHIVタンパク質について、3回未満
見られた9−merを除外することが可能であった。それでもなお、3つの最良天然En
vは、3Envモザイクと比較して2倍を超える数の希有9−mer変異体を含む。
140DCFI中に含まれないごく少数の保存9−merを含む。ConSは単一モザイ
クよりわずかに低い適応範囲を提供するが、ConSはアカゲザルにおいてきわめて良好
に作動することが既に知られているので、良い陽性対照として用いられる。1、2および
3モザイクは漸次、より良好な適応範囲を与え、Nat.3はMos.3ほど良好ではな
い。
の上方の2プロットはアラインメント非依存型である)。各位置は、1つがタンパク質上
を移動するのに伴ってそれが開始する9−merを表わす。上方境界(黒い破線)は、各
位置から出発する3つの最大共通9−merの頻度の和である;それは3つのタンパク質
による適応範囲について達成できる最大限界を表わす;オーバーラップする9−merに
ついての特定位置に矛盾のある可能性があるので、これは実際にはかなり達成不可能であ
るが、3モザイク組合せはそれをきわめて近接して達成する。灰色で示した“全9−me
r”が変動する理由は、アラインメントに際しての挿入および欠失のためである。
再ソーティングした4配列すべてを示す;この場合、そのワクチンによって最も良好にカ
バーされる9−merを出発させる位置を左へ移動させる。厳密一致の線は、4プロット
すべてにおいて基準点に対して左にある。Mos.3(赤色)が最大に近づくだけでなく
、交差反応性の潜在性をもつ橙色および黄色の近一致も、他と比較してこのワクチンカク
テルにおいて改良される。
ゆるアミノ酸をマッピングする。ピクセルの列は配列であり、カラムはアラインメント位
置である。白色パッチはアラインメントを維持するための挿入である。あるアミノ酸を含
むすべての9−merを考慮する。そのアミノ酸を含むあらゆる9−merがワクチンカ
クテルにおいて完全に一致する場合、そのピクセルは黄色であり、したがって黄色は良で
ある。1つがオフである場合は淡橙色、2つがオフである場合はより濃い橙色....9
−mer一致を含まないものは黒色で表わされる。注釈:3モザイクについては他のワク
チンと比較して多数の黄色。単一最良天然配列はBクレードであるので、Nat.1のB
クレードについては最も黄色い大きなパッチがある。すべての濃いビットに注目:これら
の領域において、データベース中の配列はワクチン中のいずれの9−merとも異なるの
で、交差反応性は幾らか限定されるであろう。
9−merを選択したのは、それが最適CD8+ T細胞エピトープの最大共通のサイ
ズだからである。それらは8〜12の範囲にわたり、最適CD4+ T細胞エピトープは
これより大きいかまたは小さい可能性すらある。分かるように、9−merの適応範囲は
9−mer適応範囲について最適化した際に最良であるが、異なるサイズに対して最適化
した場合には9−merについての適応範囲はごくわずかに低下する。すべての長さ8〜
12について同じことが当てはまり、ピーク適応範囲は選択したサイズについてであるが
、その適応範囲は解に関する限り他の長さについても優れている。9−merと12−m
erの対比を図16に示す;12は妥当と考えられる最大極限値である。適応範囲は、9
もしくは12について最適化した9−mer、または9もしくは12について最適化した
12−merについて、ほぼ同一である;それは最適化のために選択した長さについて他
より1〜2%高い。当然、12−merは一般に9−merより少ない同一性をもつ;そ
れらはより長いので完全一致を見出すのがより困難だからである。これにつきHIVタン
パク質に関してより包括的な試験を行なって、12−merについては9−merにおい
て最適化した場合に逆の場合より損失が一貫して大きく、他のタンパク質においてはこの
差は最高4〜5%となる可能性があることが示された。したがって、Envについては9
−merの選択は問題がより少ない。以上のすべてを考慮して、9−merを選択した;
これは最大共通の最適CTLエピトープ長さであり、かつ9−merの最適適応範囲は他
の長さについて近接する最適適応範囲を提供するからである。
ワクチンカクテル用の天然株源としてすべてのデータベース配列の使用をまず探索し、
次いでそれと、本質的に伝播ウイルスである急性SGA配列だけの限定したグループから
の選択との比較を行なった。急性感染症配列に限定することにより、本質的に全データベ
ースに匹敵する適応範囲を得ることができた。これらは他の明らかな利点をもつので、そ
れらを天然配列として使用する。
うに、現時のMグループEnv 一人当たり1配列のデータセットはBクレード感染症が
優性であり、Cクレードがこれに近接して続く。したがって、(データベース+CHAV
I)データセットにおいて9−merをカバーするワクチン設計プログラムにより選択さ
れる単一最良最適天然配列はBである。もしデータベース中のいずれかの配列から1つを
抜き出すと、YU−2が最良単一配列として現れる。他のクレードをより良好に提示する
ために、最良のBを固定し、次いでYU−2に補充するために次の最良配列を追加した:
これは(理論的に)Cクレード配列DU467である。次いでこれら2つを固定し、第3
の補充抗原を選択した(最初の2つを固定せずにプログラムに第3を選択させると、理論
的にB/C組換え配列を見出すので、Aを選択するように強制しなければならない。AB
Cセットの強制はグローバル適応範囲を改良し、かつ配列間のB&Cクレードサンプリン
グのバイアスに部分的に対抗すると考えられる)。
配列ほど系統樹の中央にあり、したがって他の循環株にいっそう類似する傾向があるので
、これは意外ではない。しかし、この試験には、急性感染に際してサンプリングしてSG
Aにより配列決定した、より同時代のエンベロープタンパク質を用いるのが好ましい;こ
れらの配列は伝播ウイルスを厳密に反映するからである。この拘束を考えると、天然配列
のカクテルにモザイクとの比較に際して成功する最良の機会が与えられるように、9−m
er適応範囲について最適化するのがやはり望ましい。これを行なうと、急性SGA配列
のうちから選択した3価カクテルを全データベースから選択した3価抗原と比較した際、
適応範囲の損失がきわめて小さいことが分かった(両方の場合とも、全データベースの適
応範囲について最適化する)。したがって、抗原カクテルを伝播ウイルスに限定すること
により適応範囲が損なわれることはない。この代替法は幾つかの利点をもつ。最も重要な
ことは、これにより、T細胞応答適応範囲の幅の比較に注目した一次エンドポイントを損
なうことなく、二次的な目的エンドポイントとして、天然カクテルに用いた急性感染症ウ
イルスから産生された抗体の交差反応力価をコンセンサスまたはモザイクに関して決定で
きることである。CHAVI試験から配列決定したB(113)およびC(40)クレー
ド急性サンプルの大きなセットを入手でき、最適組合せを選択するための大きなデータセ
ットが得られる。Aクレードから補充配列を選択してBおよびCを3価ワクチンに完成す
るために、幾つかの急性配列が得られた。
すべてについての下位領域分析も行なって、より多くの配列決定が必要かどうかの指標を
得た。幸い、入手可能な全長配列のひとつが、BおよびC急性配列に対する優れた補充配
列となった;これは、本質的に他のいずかと同様に良好である。この比較により、この時
点でより多くの配列決定をする特別な必要はないことが示された。これはそのような限定
したAベースラインで選択するのに適切であると考えられる;A配列は選択したBおよび
Cクレード株に補充することが必要であるにすぎず、選択する多くのBおよびCがあった
からである。Nat.3カクテルが由来する2人の患者は下記のものである。Nat.1
は最初の人そのものである。
患者の性別=M
リスク因子=PPD
サンプルの国籍=米国
サンプルの市=カリフォルニア州ロングビーチ
患者のコホート=CA−UCSF
患者の健康状態=急性
ウイルス負荷=2,800,000
感染国=米国
サンプルの日付=03/26/98
C患者0393
Fiebig病期=4
感染国=マラウイ
サンプルの日付=17−Jul−2003
ウイルス負荷=12,048,485
患者の性別=F
CD4カウント=618(サンプルの配列決定後、13日目に測定)
患者の年齢=23
STD=GUD、PID
図17および18は、急性SGA配列から選択する際の適応範囲の最小損失、および3
患者のエンベロープ配列それぞれのハイライタープロットを示す;これは、各患者のコン
センサスが最大共通株と同等であり、したがって急性伝播ウイルスの優れた推定値である
ことを示す。
多くの国に多重クレードの流行があり、かつ人々は旅行するので、もし可能であれば、
これらのような探索方法でグローバルHIVワクチンを得ることを試みるのが重要である
と考えられる。クレード内(intra−clade)適応範囲はクレード内で(wit
hin−clade)最適化したワクチンによって確実に取得できるが、そのような方法
の結果としてクレード間適応範囲の著しい損失が生じるであろう。多価モザイクは実質的
にいかなるクレードまたは組換え体のウイルスにも対抗するのに十分な幅を提供できるで
あろうと期待する。サブタイプ特異的設計と対比したEnv Mグループ特異的設計の適
応範囲に関する妥協点と利点を図19に示す。
この概念証明試験は、Envを試験抗原として用いた応答の幅の相異を調べるために十
分に確立されている。その理由は、一部は本明細書に記載した理論的考察によるものであ
り(ENVは最良天然株と比較してモザイク中に2倍多い保存9merをもち、希有変異
体は半数にすぎない)、一部はこれまでの動物試験によるものである。アカゲザルにおい
て天然と対比したコンセンサスについてのEnv試験は、応答幅において著しく有意な増
大を示した:Envタンパク質当たり3〜4倍多いエピトープが認められた(Santra et a
l, in press, PNAS)。Envモザイクは、マウス試験ではよりいっそう顕著な利点を示し
た(同等数の天然抗原より最高10倍;VRCと共同で原稿を作成中)。先行するこの研
究に基づいて、Envに対する応答の幅を試験する小規模なヒト試験から開始するのは理
にかなっている。最終的に、Envについて得た概念証明をより保存されたタンパク質、
たとえば最大幅の保護を提供できる可能性があるGagに適用することを期待する。Ga
gは優れた全Mグループ適応範囲を与える。4モザイクワクチンカクテル法を用いて、G
agおよびNefの試験がアカゲザルにおいて進行中である(実施例3を参照)。現時デ
ータベースに対比したアカゲザル4モザイクGagワクチンおよび提唱したヒトEnv
3モザイクワクチンの適応範囲比較は、図20にある。Gagワクチンの方に交差反応性
について大きな理論的力価があるが、Envの方が動物モデルで現在まで多くの進歩がな
されているので、Envは前進を正当化するための最良の根拠をもつ。前記の3モザイク
Env配列および実施例3に用いた配列を図21に示す。
使用するDNAは全gp160 Envの形であろう。gp160はPCMVRプラス
ミド(Gary Nabel)中にあり、すべてのVRC DNA免疫化試験に用いる同
一プラスミドであろう。用量は4mgと予想される。下記のDNA構築体を使用する:
・DNA最適野生型Env伝播/創始env(WT Env)
・DNAグループMコンセンサスEnv(ConS Env)
・DNA3価最適野生型伝播/創始Env(WT Tri Env)
・DNA3価モザイクEnv
NYVAC
NYVAC(vP866)は組換えポックスウイルスベクターであり、これは野生型ウ
イルスと対比して18の遺伝子欠失をもつ。NYVACベクターはSanofi−Pas
teurからライセンスを受け、第三契約者が製造し、CEF支持細胞上で増殖させる。
NYVAC中で発現したEnv構築体は、gp140C(Env全体において、膜貫通ド
メインおよび細胞質ドメインを欠失し、gp41/gp120開裂部位が変異したもの)
であるか、または完全gp160であろう。構築体設計の選択は、gp140と対比して
gp160形を含むNYVACを作成する能力に依存するであろう。NYVACの用量は
約1x10 7 TCID50と予想される。下記のNYVAC構築体を使用する:
・NYVAC WT Env
・NYVAC ConS Env
・NYVAC3価天然Env
・NYVAC3価モザイクEnv
ワクチン接種は筋肉内注射により行なわれるであろう。
天然配列 Mosaic: モザイク
参加者:
健康、HIV−1非感染ボランティア、年齢18〜50歳:
80人のワクチン被接種者
16人の対照レシピエント
96人の合計参加者
設計:
ランダム化、プラセボ対照付き、二重盲検試験
参加者当たりの期間:
約12か月
推定全試験期間:
約18か月。
プラスミドDNAワクチンおよび組換えワクシニア(rVV)の構築。GagおよびN
ef、グループMコンセンサスGagおよびNef CON−Sのアミノ酸配列を、最適
遺伝子発現のための方法を用いてヌクレオチド配列に変換することにより、モザイクga
gおよびnef遺伝子、グループMコンセンサスgagおよびnef遺伝子を作製した。
DNAワクチンとして使用するために、モザイクgagおよびnef遺伝子、グループM
コンセンサスgagおよびnef遺伝子を、WLV0001−AM DNAワクチンベク
ター内へサブクローニングした。アカゲザルの免疫化のために、内毒素を含まないプラス
ミドDNA調製物をPuresyn,Inc.(ペンシルベニア州モールバーン)が製造
した。追加免疫化のために、個々のモザイクgagおよびnef遺伝子、グループMコン
センサスgagおよびnef遺伝子を発現する組換えワクシニアウイルスを作製した。使
用した方法は先に記載されている(Liao et al, Virology 353:268-282 (2006); Earl, Bi
oTechniques 23:1094-1097 (1997))。
NAベクタープラスミド(グループ1、6匹のサル)、または各5mgのグループM g
agおよびnefプラスミドDNA(グループ2、12匹のサル)、または各1.25m
gの4モザイクgagおよび4 nefプラスミドDNA(グループ3、12匹のサル)
のいずれかで、0および30日目に筋肉内免疫化した。初回免疫化免疫原を発現する対応
するrVV(109pfu/サル)で、2回目のDNA免疫化による免疫化の5か月後に
、サルを追加免疫化する。
ン作用をもつので、この試験に用いた配列においてはGagおよびNefのミリストイル
化を変異させた。
Claims (9)
- 図21または図22に示す少なくとも1つのアミノ酸配列を含む、ポリペプチドまたは
タンパク質。 - 請求項1に記載のポリペプチドまたはタンパク質をコードする核酸。
- 図22に示す少なくとも1つのヌクレオチド配列を含む核酸。
- 請求項2または3に記載の核酸を含むベクター。
- ベクターがウイルスベクターである、請求項3に記載のベクター。
- 請求項1に記載の少なくとも1つのポリペプチドまたはタンパク質およびキャリヤーを
含む組成物。 - 請求項2または3に記載の少なくとも1つの核酸およびキャリヤーを含む組成物。
- 哺乳動物において免疫応答を誘導する方法であって、哺乳動物にその誘導を生じるのに
十分な量の請求項1に記載の少なくとも1つのポリペプチドまたはタンパク質を投与する
ことを含む方法。 - 哺乳動物において免疫応答を誘導する方法であって、その誘導を生じるのに十分な量の
請求項2または3に記載の少なくとも1つの核酸をその哺乳動物に投与することを含む方
法。
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