JP4302513B2 - 抗原性b型hivポリペプチドおよび/または抗原性c型hivポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、それらのポリペプチドおよびそれらの使用 - Google Patents

抗原性b型hivポリペプチドおよび/または抗原性c型hivポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、それらのポリペプチドおよびそれらの使用 Download PDF

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Description

(発明の分野)
抗原性HIVポリペプチド(例えば、表Cにおいて示される抗原性ポリペプチド)をコードするポリヌクレオチドが記載される。そして免疫原性組成物の処方およびこれらの使用を含む、これらのポリヌクレオチドおよびポリペプチド産物の使用が、記載される。
(発明の背景)
後天性免疫不全症候群(AIDS)は、現代の医学が直面している最も大きな健康の脅威の1つとして認識される。現在もなお、この疾患についての療法は存在しない。
1983年〜1984年においては、3つのグループが、AIDSの推測される病因学的な因子を別々に同定した。例えば、Barre−Sinoussiら(1983)Science 220:868−871;Montagnierら、Human T−Cell Leukemia Viruses(Gallo,EssexおよびGross編、1984);Vilmerら(1984)、The Lancet 1:753;Popovicら(1984)、Science 224:497−500;Levyら、(1984)、Science 225:840−842を参照のこと。これらの単離物は、リンパ節腫脹症関連ウイルス(LAV)、ヒトT細胞リンパ球向性ウイルスIII型(HTLV−III)、またはAIDS関連レトロウイルス(ARV)と、様々に呼ばれた。これらの単離物の全てが、同じウイルスの株であり、そして後にまとめて、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)と呼ばれた。関連するAIDSを引き起こすウイルスの単離物を用いて、最初にHIVと呼ばれた株が、現在HIV−1であり、そして関連するウイルスが、HIV−2と呼ばれている。例えば、Guyaderら(1987)Nature 326:622−669;Brun−Vezinetら(1986)Science 233:343−346;Clavelら(1986)Nature 324:691−695を参照のこと。
多くの情報が、HIVウイルスについては蓄積されているが、しかし、有効なワクチンは今日までには同定されていない。HIVによってコードされるenv遺伝子およびGag遺伝子産物を含むワクチンの開発のためのいくつかの標的が、試験されている。Gag遺伝子産物として、Gag−ポリメラーゼおよびGag−プロテアーゼが挙げられるが、これらに限定されない。Env遺伝子産物として、単量体のgp120ポリペプチド、オリゴマーの(oligomeric)gp140ポリペプチドおよびgp160ポリペプチドが挙げられるが、これらに限定されない。
Haasら(Current Biology 6(3):315−324、1996)は、HIV−1による選択的なコドン使用が、ウイルスのタンパク質合成の実質的にわずかな非効率性を説明するようであることを示唆した。Andreら(J.Virol.72(2):1497−1503、1988)は、改変されたコドン使用を有する合成gp120配列を使用するDNAのワクチン接種によって誘発される、増大された免疫応答を記載した。Schneiderら(J.Virol.71(7):4892−4903、1997)は、Gagコード配列およびGagプロテアーゼコード配列のコード配列内に配置された阻害(または不安定性)エレメント(INS)の不活化を議論している。
HIV−1のGagタンパク質は、ウイルス様の粒子のアセンブリに必要である。HIV−1のGagタンパク質は、アセンブリ、粒子の放出後のビリオンの成熟、およびウイルスの複製における初期の侵入後の工程を含む、ウイルスの生存周期の多くの段階に関連している。HIV−1のGagタンパク質の役割は多数あり、そして複雑である(Freed,E.O.、Virology 251:1−15、1998)。
Wolfら、(1996年10月3日に公開された、PCT国際出願WO96/30523;1991年10月2日に公開された、欧州特許出願公開番号第0 449 116 A1号)は、非感染性のレトロウイルス様の粒子キャリアとして作用するように、特に、免疫学的に重要なエピトープの提示のために、変更されたHIV−1のpr55 Gagの使用を記載した。Wangら(Virology 200:524−534、1994)は、ビリオンへのHIV Gag−β−ガラクトシダーゼ融合タンパク質のアセンブリを研究するための系を記載している。彼らは、HIV Gag−β−ガラクトシダーゼ融合タンパク質をコードする配列の構築、HIV Gagタンパク質の存在下でのこのような配列の発現、およびウイルス粒子へのこれらのタンパク質のアセンブリを記載する。
Shiverら(1998年8月13日に公開されたPCT国際出願WO98/34640号)は、HIV Gagをコードする合成DNA分子、およびHIV Gagの改変を産生するための、HIV−1(CAM1)Gagコード配列の変更を記載した。合成分子のコドンは、計画された宿主細胞によって好まれるコドンであった。
最近、免疫原性の組成物中でのHIV Envポリペプチドの使用が記載されている。(異なるHIV env改変体をそれぞれ発現する少なくとも4つの異なる組換えウイルスの混合物を含む免疫原性の組成物を記載している、1998年12月8日に発行されたHurwitzらの米国特許第5,846,546号;および、HIV−1 gp120タンパク質のエピトープに対応するペプチドを記載している、1998年11月24日に発行された、Vahlneらの米国特許第5,840,313号を参照のこと)。さらに、1999年3月2日に発行された、Siaらの米国特許第5,876,731号は、配列GPGRを含有しているHIV−1単離物のV3ループタンパク質のB細胞エピトープのアミノ酸配列に対して直接連結されたGagのT細胞エピトープのアミノ酸配列を含有しているHIVに対する候補のワクチンを記載している。
(発明の要旨)
本明細書中に記載されるものは、新規のHIV配列、これらの新規配列によってコードされるポリペプチド、ならびにこれらおよび他のHIV配列から生成される合成発現カセットである。1つの局面において、本発明は、改良されたHIV発現カセットに関する。第2の局面において、本発明は、本発明の発現カセットを用いて被験体における免疫応答の発生に関する。さらなる局面において、本発明は、本発明の発現カセットおよび本発明の発現カセットによってコードされるポリペプチドを用いた被験体における免疫応答の発生に関する。別の局面において、本発明は、被験体におけるHIVに対する抗体および/または細胞性免疫応答を強力な中和を誘導するための増強されたワクチン技術に関する。
特定の実施形態において、本発明は、HIVポリペプチド(Env、Gag、Pol、Prot、Vpr、Vpu、Vif、Nef、Tat、Revならびに/またはそれらのフラグメントが挙げられるが、これらに限定されない)をコードする、単離された野生型のポリヌクレオチドおよび/または発現カセットに関する。さらに、本発明また、HIVポリペプチドの発現の改善、およびウイルス様粒子の産生に関する。HIVポリペプチド(例えば、Gag−,pol−,プロテアーゼ(prot)−、逆転写酵素、インテグラーゼ、RNAseH、Tat、Rev、Nef、Vpr、Vpu、Vifおよび/またはEnvを含有するポリペプチド)をコードする合成発現カセットが記載され、この発現カセットの使用も記載される。免疫応答を発生させるこれらの遺伝子の能力に悪影響を与えることなしに、遺伝子産物の活性を低減するかまたは取り除くためのこれらの遺伝子のいくつかのおける変異が記載されている。例示的な合成ポリヌクレオチドとしては、B型抗原を含むポリペプチドをコードする少なくとも1つのポリヌクレオチドを含む合成ポリヌクレオチド、およびC型抗原を含むポリペプチドをコードする少なくとも1つのポリヌクレオチドを含む合成ポリヌクレオチドが挙げられるがこれらに限定されず、ここで、この合成ポリヌクレオチド配列は、以下から選択されるがこれらに限定されることがない配列を含む:
Figure 0004302513
Figure 0004302513

従って、本発明の1つの局面は、発現カセットおよびこの中に含まれるポリヌクレオチドに関する。この発現カセットは、代表的には、発現カセット骨格に挿入されたHIVポリペプチドコード配列を含む。1つの実施形態において、発現カセットは、1以上のポリペプチドをコードするポリヌクレオチド配列を含み、ここで、このポリヌクレオチド配列は、本明細書中で教示される配列に対して、約85%と100%との間、およびこの間の任意の整数値(例えば、少なくとも約85%、好ましくは約90%、最も好ましくは約95%、およびより好ましくは約98%)の配列同一性を有する配列を含む。
本発明のHIVポリペプチドをコードするポリヌクレオチドはまた、さらなるポリペプチドをコードする配列を含み得る。ポリペプチドをコードするこのようなさらなるポリヌクレオチドは、例えば、他のウイルスタンパク質(例えば、B型肝炎またはC型肝炎あるいは他のHIVのタンパク質)についてのコード配列(例えば、HIV Gagポリペプチドをコードするポリヌクレオチド配列、HIV Envポリペプチドをコードするポリヌクレオチド配列および/またはvif、vpr、tat、rev、vpuおよびnefのうちの1以上をコードするポリヌクレオチド);サイトカインまたは他の導入遺伝子を含み得る。
1つの実施形態において、HIV Polポリペプチドをコードする配列は、逆転写酵素およびインテグラ−ゼに対応するコード領域の欠失によって改変され得る。このポリメラーゼポリペプチドにおけるこのような欠失はまた、作製され得、その結果、このポリヌクレオチド配列は、ヘルパーT細胞およびCTLのエピトープを保存する。目的の他の抗原は、同様にポリメラーゼに挿入され得る。
別の実施形態において、発現ベクターは、B型抗原を含むポリペプチドをコードする少なくとも1つのポリヌクレオチドを含む合成ポリヌクレオチド、およびC型抗原を含むポリペプチドをコードする少なくとも1つのポリヌクレオチドを含む合成ポリヌクレオチドを含み、ここで、上記の合成ポリヌクレオチド配列は、以下:
Figure 0004302513
Figure 0004302513
から選択されるがこれらに限定されることはないコード配列を含み、ここで、これらのポリペプチドをコードするポリヌクレオチド配列は、本明細書中で教示される配列に対して、約85%〜100%の間、およびこの間の任意の整数値(例えば、少なくとも約85%、好ましくは約90%、より好ましくは約95%、そしてより好ましくは約98%)の配列同一性を有する配列を含む。
本発明のHIVポリペプチドをコードするネイティブなポリヌクレオチド配列および合成ポリヌクレオチド配列は、代表的には、本明細書中に教示される配列と、約85%〜100%の間、およびこの間の任意の整数値(例えば、少なくとも約85%、好ましくは、約90%、より好ましくは、約95%、そしてより好ましくは、約98%)の配列同一性を有する。さらに、特定の実施形態において、本発明のHIVポリペプチドをコードするポリヌクレオチド配列は、本明細書中に教示される配列と、100%の配列同一性を示す。
本発明のポリヌクレオチドは、組換え技術、合成技術またはそれらの組み合わせによって生成され得る。
本発明は、さらに、選択した宿主細胞における使用のための組換え発現系を包含し、ここで、この組換え発現系は、本発明の1つ以上のポリヌクレオチドおよび発現カセットを用いる。このような系において、ポリヌクレオチド配列は、選択した宿主細胞における発現と適合性のコントロールエレメントに作動可能に連結される。多数の発現コントロールエレメントが、当該分野で公知であり、これらとしては、以下が挙げられるがこれらに限定されない:転写プロモーター、転写エンハンサーエレメント、転写終止シグナル、ポリアデニル化配列、翻訳の開始を最適化するための配列、および翻訳終止配列。例示的な転写プロモーターとしては、CMV、CMV+イントロンA、SV40、RSV、HIV−Ltr、MMLV−ltrおよびメタロチオネインから誘導されるものが挙げられるが、これらに限定されない。
別の局面において、本発明は、1つ以上の発現カセットを含む細胞を含み、ここで、ポリヌクレオチド配列は、選択された細胞における発現と適合性の制御エレメントに作動可能に連結される。1つの実施形態において、このような細胞は、哺乳動物細胞である。例示的な哺乳動物細胞としては、BHK細胞、VERO細胞、HT1080細胞、293細胞、RD細胞、COS−7細胞およびCHO細胞が挙げられるがこれらに限定されない。本発明の実施において有用であり得る他の細胞、細胞型、組織型などとしては、以下から得られるものが挙げられるがこれらに限定されない:昆虫(例えば、Trichoplusia ni(Tn5)およびSf9)、細菌、酵母、植物、抗原提示細胞(例えば、マクロファージ、単球、樹状細胞、B細胞、T細胞、幹細胞およびそれらの前駆細胞)、一次細胞、不死化細胞、腫瘍誘導細胞。
さらなる局面において、本発明は、免疫学的応答を発生するための組成物を包含し、ここで、この組成物は、代表的には、本発明の少なくとも1つの発現カセットを含有し、そして例えば、発現カセット(例えば、Pol誘導体化ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを有する1つ以上の発現カセット、Gag誘導体化ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを有する1つ以上の発現カセット、付随ポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(例えば、ネイティブもしくは合成の、vpu、vpr、nef、vif、tat、rev)を有する1つ以上の発現カセット、および/またはEnv誘導体化ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを有する1つ以上の発現カセット)の組み合わせを含有し得る。このような組成物は、さらに、アジュバント(単数または複数)を含有し得る。これらの組成物はまた、1つ以上のHIVポリペプチドを含有し得る。このHIVポリペプチドは、組成物中の発現カセットによってコードされるポリペプチドに対応し得るか、または発現カセットによってコードされるポリペプチドとは異なり得る。発現カセット(または、本発明のポリヌクレオチド)およびポリペプチドの両方を含有する組成物において、本発明の種々の発現カセットが混合され得、そして/または本明細書中に記載される種々のHIVポリペプチドと適合され得る。
別の局面において、本発明は、被験体の免疫化の方法を包含する。本方法において、上記の組成物のいずれかは、被験体中の発現カセットの発現に適合性である条件下で、被験体中にある。1つの実施形態において、発現カセット(または、本発明のポリヌクレオチド)は、遺伝子送達ベクターを使用して導入され得る。この遺伝子送達ベクターは、例えば、非ウイルスベクター、またはウイルスベクターであり得る。例示的なウイルスベクターとしては、真核層状開始系(eucaryotic layered vector initiation system)、Sindbisウイルス(または他のαウイルス)由来ベクター、レトロウイルスベクターおよびレンチウイルスベクターが挙げられるがこれらに限定されない。他の例示的なベクターとしては、pCMVKm2、pCMV6a、pCMV−link、およびpCMVPLEdhfrが挙げられるが、これらに限定されない。免疫学的応答を生じるために有用な組成物はまた、特定のキャリア(例えば、PLG微粒子またはCTAB−PLG微粒子)を使用して送達され得る。さらに、このような組成物は、例えば、金粒子またはタングステン粒子、および例えば、遺伝子銃を使用して被験体に送達されるコーティングされた粒子上にコーティングされ得る。これらの組成物はまた、リポソームとして処方され得る。この方法の1つの実施形態において、被験体は、哺乳動物であり、そして例えば、ヒトであり得る。
さらなる局面において、本発明は、被験体において免疫応答を生じる方法を包含する。本明細書中に記載される任意の発現カセットは、適切な細胞において発現されて、本発明のポリヌクレオチドによってコードされるHIVポリペプチドの発現を提供し得る。次いで、ポリペプチドは単離(例えば、実質的な精製)され、免疫応答を誘発するのに十分な量で被験体に投与される。特定の実施形態において、本方法は、本明細書中に記載される遺伝子送達技術のいずれかを使用して、本発明の1つ以上の発現カセットまたはポリヌクレオチドを投与する工程を包含する。他の実施形態において、本方法は、本発明の1つ以上の発現カセットまたはポリヌクレオチドおよび1つ以上のポリペプチドを同時投与する工程を包含し、ここで、これらのポリペプチドは、これらのポリヌクレオチドから発現され得るか、または他のHIVポリペプチドであり得る。他の実施形態において、本方法は、本発明の複数の発現カセットまたはポリヌクレオチドを同時投与する工程を包含し得る。なおさらなる実施形態において、本方法は、複数のポリペプチド、例えば、本発明のポリヌクレオチドから発現されるポリペプチドおよび/または他のHIVポリペプチドを同時投与する工程を包含する。
本発明はさらに、被験体において免疫応答を生じる方法を包含し、ここで、被験体の細胞は、選択されたポリヌクレオチドの発現および目的のポリペプチド(例えば、本発明の任意の発現カセットによってコードされる)の産生が可能な条件下で、上記の発現カセットまたは本発明のポリヌクレオチドのいずれかを用いてトランスフェクトされる。この方法によって、ポリペプチドに対する免疫応答が、被験体で誘発される。細胞のトランスフェクションは、エキソビボで行われ得、そしてトランスフェクトされた細胞は、被験体に再導入される。あるいは、またはさらに、細胞は被験体においてインビボでトランスフェクトされ得る。この免疫応答は、体液性および/または細胞媒介性(細胞性)であり得る。さらなる実施形態において、この方法はまた、被験体への発現カセットの導入前、導入時および/または導入後に、HIVポリペプチドを投与する工程を包含し得る。
本発明のポリヌクレオチドは、単独または組み合わせて使用され得る。HIV誘導体化ポリペプチドをコードする本発明のポリヌクレオチドは、種々の方法において発現され得る。これらの方法としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:プロモーターから発現される単一の遺伝子産物(またはそれらの一部分)をコードするポリヌクレオチド;1つより多い遺伝子産物(またはそれらの一部分)をコードする複数のポリヌクレオチド(例えば、ポリシストロニックコード配列);単一のポリタンパク質を産生するための複数のポリヌクレオチドインフレーム;およびポリタンパク質がポリタンパク質を含む1つ以上のポリペプチドの間にタンパク質切断部位を有する、単一のポリタンパク質を産生するための複数のポリヌクレオチドインフレーム。
1つの局面において、本発明は、2つ以上の免疫原性HIVポリペプチドをコードする合成ポリヌクレオチドを含み、ここで、これらのポリペプチドのうち少なくとも2つは、異なるHIVサブタイプ(例えば、HIVサブタイプBおよびHIVサブタイプC)由来である。さらに、他のHIVサブタイプ(例えば、A型、B型、C型、D型、E型、F型、G型、O型など)が用いられ得る。
HIVポリペプチドは、任意のHIVポリペプチド由来の抗原またはエピトープをコードし得、そのHIVポリペプチドとしては、以下:Gag、Env、Pol、Tat、Rev、Nef、Vpr、Vpu、Vifおよびこれらの組み合わせから選択されるHIVポリペプチドが挙げられるがこれらに限定されない。抗原およびエピトープを含む他のHIVポリペプチドが本明細書中に記載される(例えば、表Aを参照のこと)。1つの実施形態において、合成ポリヌクレオチドは、Tatポリペプチド、RevポリペプチドおよびNefポリペプチドをコードする。別の実施形態において、合成ポリヌクレオチドは、Vifポリペプチド、VprポリペプチドおよびVpuポリペプチドをコードする。
合成ポリヌクレオチドによりコードされるHIVポリペプチドは、例えば、合成ポリヌクレオチドによりコードされる遺伝子産物の活性または機能を(野生型と比較して)減少、減衰、不活化、排除するか、またはそれを非機能的にするポリペプチドの活性または機能に影響する1つ以上の変異を有する。例えば、合成ポリヌクレオチドは、Polを含むHIVポリペプチドをコードする。これらの変異は、例えば、プロテアーゼ機能を減少または排除する変異、逆転写酵素のプライマーグリップ領域の触媒中心を欠損させる変異、インテグラーゼのDNA結合ドメインの触媒中心を不活化する変異からなる群より選択され得る。別の例において、合成ポリヌクレオチドは、Envを含むHIVポリペプチドをコードし得る。これらの変異としては、例えば、切断部位における変異またはグリコシル化部位における変異が挙げられ得る。別の例において、合成ポリヌクレオチドは、Tatを含むHIVポリペプチドをコードし得る。これらの変異としては、例えば、トランス活性化ドメインにおける変異が挙げられる。別の例において、合成ポリヌクレオチドは、Revを含むHIVポリペプチドをコードし得る。これらの変異としては、例えば、RNA結合−核局在化領域における変異または活性化ドメインにおける変異が挙げられ得る。別の例において、合成ポリヌクレオチドは、Nefを含むHIVポリペプチドを含み得る。これらの変異としては、例えば、ミリストイル化シグナルの変異、オリゴマー化における変異、感染性に影響する変異、およびCD4のダウンレギュレーションに影響する変異が挙げられる。なおさらなる例において、合成ポリヌクレオチドは、vif、vpr、および/またはvpuを含むHIVポリペプチドをコードし得る。これらのポリペプチドもまた変異を含み得る。
本発明のさらなる局面において、合成ポリヌクレオチドは、さらなる抗原性ポリペプチドまたは抗原性ポリペプチド由来のエピトープをコードする配列を含み得る。
本発明はまた、上記合成ポリヌクレオチドを含む発現カセットを含む。これらの発現カセットは、組換え発現系において用いられ得る。発現カセットにおいて使用される制御エレメントとしては、転写プロモーター、転写エンハンサーエレメント、転写終結シグナル、ポリアデニル化配列、翻訳開始の最適化のための配列、および翻訳終結配列が挙げられるが、これらに限定されない。例示的な転写プロモーターとしては、CMV、CMV+イントロンA、SV40、RSV、HIV−Ltr、MMLV−ltrおよびメタロチオネインから誘導されるものが挙げられるが、これらに限定されない。
別の局面において、本発明は、上記の合成ポリヌクレオチドを含む細胞を含み、ここで、代表的な発現カセットは、合成ポリヌクレオチドを含む。例示的な細胞としては、哺乳動物細胞(例えば、BHK細胞、VERO細胞、HT1080細胞、293細胞、RD細胞、COS−7細胞およびCHO細胞)、昆虫細胞(例えば、Trichoplusia ni(Tn5)昆虫細胞およびSf9昆虫細胞)、細菌細胞、酵母細胞、植物細胞、抗原提示細胞(例えば、マクロファージ、単球、樹状細胞、B細胞、T細胞、幹細胞およびそれらの前駆細胞)、一次細胞、不死化細胞、および腫瘍誘導細胞が挙げられるが、これらに限定されない。
別の局面において、本発明は、異なるサブタイプ由来の2つ以上のHIVポリペプチドを含むポリペプチドを産生する方法を含み、ここで、この方法は、例えば、ポリペプチドを産生するための条件下で、ポリペプチドをコードする発現カセットを含む細胞をインキューベートする工程を包含する。
別の局面において、本発明は、例えば、異なるサブタイプ由来の2つ以上のHIVポリペプチドを含むポリペプチドをコードする遺伝子送達ベクターが発現カセットを含む哺乳動物被験体における使用のための遺伝子送達ベクターを含む。この発現カセットは、代表的に、被験体における発現に適合性の制御配列に作動可能に連結された合成ポリヌクレオチド配列を含む。本発明はまた、被験体のDNA免疫の方法を含む。代表的にこの方法は、被験体において発現カセットの発現に適合する条件下で、被験体に本発明の遺伝子送達ベクターを導入する工程を包含する。例示的な遺伝子送達ベクターとしては、非ウイルスベクター、粒子状キャリア、およびウイルスベクター(例えば、レトロウイルスベクターまたはレンチウイルスベクター)が挙げられるが、これらに限定されない。これらの遺伝子送達ベクターは、例えば、金またはタングステンの粒子上にコーティングされ得、そしてこのコーティングされた粒子は、遺伝子銃を用いて被験体に送達され得るか、またはこのベクターは、リポソーム調製物中にカプセル化され得る。被験体は、哺乳動物(例えば、ヒト)であり得る。
別の局面において、本発明は、被験体における免疫応答を発生させる方法を含む。代表的には、この方法は、ポリヌクレオチドの発現および異なるサブタイプ由来の2つ以上のHIVポリペプチドを含むポリペプチドの産生を可能にし、それによりポリペプチドの免疫学的応答を誘発する条件下で、(例えば、上記のような)遺伝子送達ベクターを用いて被験体の細胞を、トランスフェクトする工程を包含する。例示的な遺伝子送達ベクターとしては、非ウイルスベクター、粒子キャリア、およびウイルスベクター(例えば、レトロウイルスベクターまたはレンチウイルスベクター)が挙げられるが、これらに限定されない。これらの遺伝子送達ベクターは、金またはタングステンの粒子上にコーティングされ、そしてこのコーティングされた粒子は、遺伝子銃を用いて被験体に送達され得るか、またはこのベクターは、リポソーム調製物中にカプセル化され得る。被験体は、哺乳動物(例えば、ヒト)であり得る。被験体の細胞は、エキソビボでトランスフェクトされ得、そしてトランスフェクトされた細胞は、被験体に再導入され得る。あるいは、トランスフェクションは、被験体においてインビボでなされ得る。発生される免疫応答は、例えば、体液性免疫応答および/または細胞性免疫応答であり得る。
遺伝子送達ベクターが、例えば、筋内、経粘膜、鼻腔内、皮下、経皮、皮内、経皮、経膣、直腸内、経口または静脈内に投与され得る。
本発明のこれらおよび他の実施形態は、本明細書中の開示の点から、当業者が容易に想到することである。
(発明の詳細な説明)
本発明の実施は、他に述べない限り、当業者の範囲内である、化学、生化学、分子生物学、免疫学および薬理学の従来の方法を用いる。このような技術は、文献に十分に説明されている。例えば、Remington’s Pharmaceutical Sciences,第18版(Easton,Pennsylvania:Mack Publishing Company,1990);Methods In Enzymology(S.ColowickおよびN.Kaplan編、Academic Press,Inc.);およびHandbook of Experimental Immunology,第I−IV巻(D.M.WeirおよびC.C.Blackwell編、1986,Blackwell Scientific Publications);Sambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual(第2版、1989);Short Protocols in Molecular Biology,第4版(Ausubelら編、1999,John Wiley&Sons);Molecular Biology Techniques:An Intensive Laboratory Course,(Reamら編、1998,Academic Press);PCR(Introduction to Biotechniques Series)、第2版(Newton&Graham編、1997、Springer Verlag)を参照のこと。
本明細書中で用いられる場合、単数形「a」、「an」、および「the」は、他でその内容が明らかに指示しない限り、複数の言及を含む。従って、例えば、「抗体」との言及は、2以上のこのような因子の混合物を含む。
(1.定義)
本発明を記載する際に、以下の用語が用いられ、そして以下に示すように定義されることが意図される。
本明細書中で用いられる場合、「合成」配列とは、HIVポリペプチドをコードするポリヌクレオチドをいい、その発現は、本明細書中で記載されるように、例えば、コドン置換、変化した活性、および/または阻害配列の不活化によって、改変されている。本明細書中で用いられる場合、「野生型」配列または「ネイティブ」配列は、本質的に、天然において見出されるような、ポリペプチドをコードする配列(例えば、HIV単離物(例えば、SF162、SF2、AF110965、AF110967、AF110968、AF110975、8_5_TV1_C.ZA、8_2_TV1_C.ZAまたは12−5_1_TV2_C.ZA)において見出されるようなGag、Pol、Vif、Vpr、Tat、Rev、Vpu、Envおよび/またはNefをコードする配列)をいう。HIVゲノムの種々の領域は、8_5_TV1_C.ZA(図1A〜1D)に対する番号付けを用いて、表Aに示される。従って、用語「Pol」は、以下のポリペプチドの1つ以上をいう:ポリメラーゼ(p6Pol);プロテアーゼ(prot);逆転写酵素(p66RTまたはRT);RNAseH(p15RNAseH);および/またはインテグラーゼ(p31 IntまたはInt)。任意の選択されたHIV単離物についての遺伝子領域の同定は、本明細書中に提示される技術、および当該分野で公知の情報に基づいて、例えば、8_5_TV1_C.ZA(図1A〜1D)に対する整列または他の公知のHIV単離物(例えば、遺伝子領域(例えば、SF2、GenBank受諾番号K02007;SF162、GenBank受諾番号M38428)を有するサブタイプB単離物、ならびに遺伝子領域(例えば、GenBank受諾番号AF110965およびGenBank受諾番号AF110975)を有するサブタイプC単離物)に対する整列を行うことにより、当業者により実施され得る。
本明細書中で用いられる場合、用語「ウイルス様粒子」または「VLP」とは、以下でさらに議論されるいくつかのウイルスのいずれかに由来する非複製ウイルスシェルをいう。VLPは、一般に、1つ以上のウイルスタンパク質(例えば、これらに限定されないが、キャプシドタンパク質、コートタンパク質、シェルタンパク質、表面タンパク質、および/またはエンベロープタンパク質として言及されるタンパク質、あるいはこれらのタンパク質に由来する粒子形成ポリペプチド)から構成される。VLPは、適切な発現系におけるタンパク質の組換え発現の際に、同時に形成し得る。特定のVLPを産生する方法は、当該分野で公知であり、そして以下でさらに完全に議論される。ウイルスタンパク質の組換え発現の後のVLPの存在は、電子顕微鏡検査、X線結晶学などによるような、当該分野で公知の従来技術を用いて検出され得る。例えば、Bakerら、Biophys.J.(1991)60:1445−1456;Hagenseeら、J.Virol.(1994)68:4503−4505を参照のこと。例えば、VLPは、密度勾配遠心分離により単離され得、そして/または特徴的な密度バンドにより同定され得る。あるいは、低温電子顕微鏡検査が、問題のVLP調製のガラス化された水性サンプルに対して行われ得、そしてイメージが適切な露出条件下で記録される。
特定のウイルスタンパク質に由来する「粒子形成ポリペプチド」は、全長またはほぼ全長のウイルスタンパク質、ならびにそのフラグメント、またはVLP形成を好む条件下でVLPを形成する能力を有する内部欠失を有するウイルスタンパク質を意味する。従って、ポリペプチドは、全長配列、フラグメント、短縮型配列および部分配列、ならびに参照分子のアナログおよび前駆体形態を含み得る。従って、この用語は、ポリペプチドがVLPを形成する能力を保持する限り、配列に対する欠失、付加および置換を意図する。従って、この用語は、特定のポリペプチドの天然の改変体を含む。なぜならば、コートタンパク質のバリエーションは、頻繁に、ウイルス単離物の間で生じるからである。この用語はまた、タンパク質がVLPを形成する能力を保持する限り、参照タンパク質で天然では生じない欠失、付加および置換を含む。好ましい置換は、天然で保存的である置換(すなわち、それらの側鎖に関係するアミノ酸のファミリー内で生じる置換)である。詳細には、アミノ酸は、一般に、以下の4つのファミリーに分けられる:(1)酸性−−アスパラギン酸およびグルタミン酸;(2)塩基性−−リジン、アルギニン、ヒスチジン;(3)非極性−−アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン;および(4)非荷電極性−−グリシン、アスパラギン、グルタミン、システイン、セリン、スレオニン、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、およびチロシンは、時折、芳香族アミノ酸として分類される。
用語「HIVポリペプチド」とは、ネイティブHIVポリペプチド(例えば、Gag、Env、Prot、Pol、RT、Int、vif、vpr、vpu、tat、rev、nefおよび/またはこれらの組み合わせ)に対する配列相同性を示し、そして/または機能的である、任意のアミノ酸配列をいう。HIVポリペプチドにより示され得る機能の非制限的例としては、(例えば、体液性免疫応答および/または細胞性免疫応答を生じるための)免疫原としての使用、診断における使用(例えば、ELISAまたは他の免疫アッセイにおける使用のための適切な抗体により結合される)、および/または野生型HIVポリペプチドまたは合成HIVポリペプチドと関連する1つ以上の生物学的活性を示すポリペプチドが挙げられる。例えば、本明細書中で用いられる場合、用語「Gagポリペプチド」とは、1つ以上の抗Gag抗体により結合され;体液性免疫応答および/または細胞性免疫応答を惹起し;および/または粒子を形成する能力を示す、ポリペプチドを言及し得る。
用語「HIVポリペプチド」とは、ネイティブHIVポリペプチド(例えば、Gag、Env、Prot、Pol、RT、Int、vif、vpr、vpu、tat、rev、nefおよび/またはその組み合わせ)に対して配列相同性を示す任意のアミノ酸配列および/または機能的な任意のアミノ酸配列をいう。HIVポリペプチドによって示され得る機能の非制限的な例としては、免疫原としての使用(例えば、体液性および/または細胞性の免疫応答を生成すること)、診断剤における使用(例えば、ELISAまたは他の免疫アッセイにおける使用のために適切な抗体により結合している)および/または野生型もしくは合成のHIVポリペプチドと関連する1つ以上の生物学的活性を示すポリペプチドが挙げられる。例えば、本明細書中で使用される場合、用語「Gagポリペプチド」は、1つ以上の抗Gag抗体によって結合されており;体液性および/または細胞性の免疫応答を惹起し;そして/または粒子を形成する能力を示す、ポリペプチドをいい得る。
「抗原」とは、体液性および/または細胞性の抗原特異的応答を生じるように宿主免疫系を刺激する、1以上のエピトープを含む分子(線状、立体構造(conformational)のいずれか、またはその両方)をいう。この用語は、用語「免疫原」と交換可能に使用される。通常、B細胞エピトープは、少なくとも約5個のアミノ酸を含むが、3〜4アミノ酸程度の少なさであり得る。T細胞エピトープ(例えば、CTLエピトープ)は、少なくとも約7〜9個のアミノ酸を含み、そしてヘルパーT細胞エピトープは、少なくとも約12〜20個のアミノ酸を含む。通常、エピトープは、約7と15との間のアミノ酸(例えば、9、10、12、または15個のアミノ酸)を含む。用語「抗原」は、サブユニット抗原(すなわち、抗原が天然で関係している生物全体から分離されそして別個である、抗原)、ならびに殺傷されたか、弱毒化されたか、または不活性化された、細菌、ウイルス、真菌、寄生生物、または他の微生物の両方を示す。抗体(例えば、抗イディオタイプ抗体)、またはそのフラグメントおよび合成ペプチドミモトープ(これは、抗原または抗原決定基を模倣し得る)もまた、本明細書中で使用される抗原の定義の下に捕捉される。同様に、例えば、遺伝子治療およびDNA免疫適用において、インビボで抗原または抗原決定基を発現するオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドもまた、本明細書中の抗原の定義内に含まれる。
本発明の目的のために、抗原は、以下により十分に記載されるように、いくつかの既知のウイルス、細菌、寄生生物および真菌のいずれかに由来し得る。この用語はまた、種々の腫瘍抗原のいずれかを意図する。さらに、本発明の目的のために、「抗原」は、タンパク質が本明細書中に定義されるような免疫学的応答を誘発する能力を維持する限り、ネイティブな配列に対する改変(例えば、欠失、付加および置換)(一般に天然で保存される)を含むタンパク質をいう。これらの改変は、部位特異的変異誘発を通してのように故意であってもよく、または抗原を産生する宿主の変異を通してのように偶然であってもよい。
抗原または組成物に対する「免疫学的応答」は、目的の組成物中に存在する抗原に対する体液性および/または細胞性の免疫応答の被験体における発生である。本発明の目的のために、「体液性免疫応答」とは、抗体分子により媒介される免疫応答をいい、一方、「細胞性免疫応答」は、Tリンパ球および/または他の白血球により媒介される免疫応答である。細胞性免疫の1つの重要な局面は、細胞傷害性T細胞(「CTL」)による抗原特異的応答に関する。CTLは、主要組織適合遺伝子複合体(MHC)によりコードされるタンパク質と結合して存在しそして細胞表面上に発現される、ペプチド抗原に対する特異性を有する。CTLは、細胞内微生物の破壊またはこのような微生物に感染した細胞の溶解の誘導および促進を補助する。細胞性免疫の別の局面は、ヘルパーT細胞による抗原特異的応答に関する。ヘルパーT細胞は、それらの表面上にMHCと結合したペプチド抗原を提示する細胞に対する非特異的エフェクター細胞の機能を刺激し、そしてこの細胞に対する活性に焦点を当てることを補助するように作用する。「細胞性免疫応答」はまた、サイトカイン、ケモカイン、ならびに活性化T細胞および/または他の白血球(CD4+T細胞およびCD8+T細胞に由来するものを含む)により産生される他のこのような分子の産生をいう。
細胞性免疫応答を誘発する組成物またはワクチンは、細胞表面でMHC分子と結合している抗原の提示により、脊椎動物被験体を感作するように働き得る。この細胞媒介性免疫応答は、その細胞の表面に抗原を提示する細胞に、またはその付近に指向される。さらに、抗原特異的Tリンパ球は、免疫された宿主の将来的な防御を可能にするように生成され得る。
特定の抗原が細胞媒介性免疫学的応答を刺激する能力は、多くのアッセイによって(例えば、リンパ増殖(lymphoproliferation)(リンパ球活性化)アッセイ、CTL細胞傷害性細胞アッセイによってか、または感作された被験体における抗原に特異的なTリンパ球についてアッセイをすることによって)決定され得る。このようなアッセイは、当該分野において周知である。例えば、Ericksonら、J.Immunol.(1993)151:4189〜4199;Doeら、Eur.J.Immunol.(1994)24:2369〜2376を参照のこと。細胞媒介性免疫応答を測定する最近の方法は、細胞内サイトカインまたはT細胞集団によるサイトカイン分泌の測定、またはエピトープ特異的T細胞の測定(例えば、テトラマー技術による)を含む(McMichael,A.J.、およびO’Callaghan,C.A.、J.Exp.Med.187(9)1367〜1371、1998;Mcheyzer−Williams,M.G.ら、Immunol.Rev.150:5〜21、1996;Lalvani,A.ら、J.Exp.Med.186:859〜865、1997)により総説される)。
従って、本明細書中で使用される免疫学的応答は、CTLの産生、および/またはヘルパーT細胞の産生もしくは活性化を刺激するものであり得る。目的の抗原はまた、抗体媒介性免疫応答を誘発し得る。従って、免疫学的応答は、以下の効果のうちの1以上を含み得る:B細胞による抗体の産生;ならびに/あるいは目的の組成物またはワクチン中に存在する抗原に対して特異的なサプレッサーT細胞および/またはγδT細胞の活性化。これらの応答は、感染性を中和し、そして/あるいは抗体−補体、または抗体依存性細胞傷害性(ADCC)を媒介して、免疫された宿主に対する防御を提供するように働き得る。このような応答は、当該分野において周知である、標準的な免疫アッセイおよび中和アッセイを使用して決定され得る。
「免疫原性組成物」は、被験体への組成物の投与が、目的の抗原性分子に対する被験体における体液性免疫応答/細胞性免疫応答の発生を生じる、抗原性分子を含む組成物である。免疫原性組成物は、例えば、注射、吸入、経口、鼻腔内、および粘膜(例えば、直腸内または膣内)投与によって、レシピエント被験体に直接導入され得る。
「サブユニットワクチン」とは、目的の病原体由来(例えば、ウイルス、細菌、寄生生物または真菌由来)の抗原に由来するかまたはそれに相同である、1以上の選択された抗原(しかし、全ての抗原ではない)を含むワクチン組成物を意味する。このような組成物は、インタクトな病原体細胞もしくは病原性粒子、またはこのような細胞もしくは粒子の溶解物を実質的に含まない。従って、「サブユニットワクチン」は、病原体から少なくとも部分的に精製された(好ましくは、実質的に精製された)免疫原性ポリペプチドまたはそのアナログから調製され得る。従って、サブユニットワクチンに含まれる抗原を入手する方法は、標準的な精製技術、組換え産生、または合成産生を含み得る。
「実質的に精製される(た)」とは、一般に、物質(化合物、ポリヌクレオチド、タンパク質、ポリペプチド、ポリペプチド組成物)が、存在するサンプルの主要な割合を含むように、その物質を単離することをいう。代表的には、サンプル中に、実質的に精製された成分は、このサンプルの50%、好ましくは80〜85%、より好ましくは90〜95%を含む。目的のポリヌクレオチドおよびポリペプチドを精製するための技術は、当該分野において周知であり、そして例えば、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、および密度に従う沈降が挙げられる。
「コード配列」または選択されたポリペプチドを「コードする」配列は、適切な調節配列(または「制御エレメント」)の制御下に置かれた場合、インビボで転写され(DNAの場合)、そしてポリペプチドに翻訳される(mRNAの場合)核酸分子である。コード配列の境界は、5’(アミノ)末端の開始コドンおよび3’(カルボキシ)末端の翻訳終止コドンによって決定される。コード配列には、ウイルス由来のcDNA、原核生物または真核生物のmRNA、ウイルスまたは原核生物DNA由来のゲノムDNA配列、および合成DNA配列さえも含まれ得るが、これらに限定されない。終止コドンのような転写終結配列は、コード配列に対して3’に位置され得る。
代表的な「制御エレメント」には、転写プロモーター、転写エンハンサーエレメント、転写終結シグナル、ポリアデニル化配列(翻訳終止コドンに対して3’に位置する)、翻訳の開始の最適化のための配列(コード配列に対して5’に位置する)、および翻訳終結配列が含まれるが、これらに限定されない。例えば、本明細書中に記載される配列および/またはベクターはまた、転写および/または終結を最適化し得る1つ以上のさらなる配列を含み得、これらとしては、コドン最適化野生型リーダーのATGの前(5’)に位置するKozak配列(例えば、GCCACC)、または任意の他の適切なリーダー配列(例えば、tpa1、tpa2、wtLnat(ネイティブ野生型リーダー))またはコード配列の後(3’)に位置する終結配列(例えば、TAA、または好ましくはTAAA)が挙げられるが、これらに限定されない。
「ポリヌクレオチドコード配列」または選択されたポリペプチドを「コード」する配列は、核酸分子であり、これは、適切な調節配列(または「制御エレメント」)の制御下で配置される場合、インビボで(DNAの場合に)転写され、そして(mRNAの場合に)ポリペプチドに翻訳される。コード配列の境界は、開始コドン(例えば、5’末端またはその付近)および翻訳終止コドン(例えば、3’末端またはその付近)によって決定される。例示的なコード配列は、本発明の改変されたウイルスのポリペプチドコード配列である。本発明のポリヌクレオチド配列のコード領域は、当業者によって同定可能であり、そして例えば、ポリヌクレオチドの3つ全てのフレームの翻訳を実行すること、およびコードされたポリペプチド(例えば、nef由来のポリペプチドをコードする本発明の合成nefポリヌクレオチド)に対応するフレームを同定することによって、容易に同定され得る。転写終結配列は、コード配列の3’に位置され得る。代表的な「制御エレメント」としては、転写レギュレーター(例えば、プロモーター、転写エンハンサーエレメント、転写終結シグナル、およびポリアデニル化配列);および転写レギュレーター(例えば、翻訳の開始を最適化するための配列(例えば、Shine−Dalgarno(リボソーム結合部位)配列、Kozak配列(すなわち、例えば、コード配列の5’に配置される、翻訳の最適化のための配列)、リーダー配列、翻訳開始コドン(例えば、ATG)、および翻訳終結配列)が挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態において、1つ以上の翻訳調節配列または翻訳開始配列(例えば、リーダー配列)が、野生型翻訳開始配列(すなわち、そのネイティブ状態におけるコード領域の翻訳を調節する配列)に由来する。本明細書中に記載される方法を用いて改変されている野生型リーダー配列もまた、本発明における使用が見出される。プロモーターは、誘導性プロモーター(ここで、プロモーターに作動可能に連結したポリヌクレオチド配列の発現は、分析物、補因子、調節タンパク質などによって誘導される)、抑制プロモーター(ここで、プロモーターに作動可能に連結したポリヌクレオチド配列の発現は、分析物、補因子、調節タンパク質などによって誘導される)、および構成的プロモーターを含み得る。
「核酸」分子には、原核生物配列、真核生物mRNA、真核生物mRNA由来のcDNA、真核生物(例えば、哺乳動物)DNA由来のゲノムDNA配列、および合成DNA配列さえも含まれ得るが、これらに限定されない。その用語はまた、DNAおよびRNAの公知の塩基アナログのいずれかを含む配列を捕捉する。
「作動可能に連結した」は、エレメントの配置をいい、ここで、そのように記載された成分は、それらの通常の機能を行うように構成されている。従って、コード配列に作動可能に連結した所定のプロモーターは、その適切な酵素が存在する場合、コード配列の発現をもたらし得る。そのプロモーターは、その発現を指向するように機能する限り、コード配列と連続している必要はない。従って、例えば、転写はされるが翻訳はされない介在配列が、プロモーター配列とコード配列との間に存在し得、そしてプロモーター配列はなお、コード配列に「作動可能に連結」していると考えられ得る。
本明細書において、核酸分子を記載するために使用される「組換え」は、その起源または操作により、(1)天然において結合しているポリヌクレオチドの全てまたは一部と結合していない;および/または(2)天然において結合している以外のポリヌクレオチドに連結している、ゲノム、cDNA、半合成または合成の起源のポリヌクレオチドを意味する。タンパク質またはポリペプチドに関して使用される用語「組換え」は、組換えポリヌクレオチドの発現によって生成されるポリペプチドを意味する。「組換え宿主細胞」、「宿主細胞」、「細胞」、「細胞株」、「細胞培養物」、および単細胞部分として培養された原核生物微生物または真核生物細胞株を示すそのような他の用語は、互換的に使用され、そして組換えベクターまたはその他の移入DNAのためのレシピエントとして使用され得るか、または使用されている細胞のことをいい、そしてトランスフェクトされている元の細胞の子孫を含む。単一の親細胞の子孫は、偶発的な変異または意図的な変異に起因して、必ずしも、形態学上、または元の親に相補的なゲノムDNAもしくは全DNAにおいて完全に同一でなくてもよいことが理解される。関連する特性(例えば、所望のペプチドをコードするヌクレオチド配列の存在)によって特徴づけられるべき親に充分に類似している親細胞の子孫は、この定義によって意図される子孫に含まれ、そして上記の用語によって包含される。
アミノ酸配列「類似性」を決定するための技術は、当該分野で周知である。一般に、「類似性」は、アミノ酸が同一であるか、または類似の化学的および/または物理的特性(例えば、電荷または疎水性)を有する適切な部位での2つ以上のポリペプチドの正確なアミノ酸 対 アミノ酸の比較を意味する。次いで、いわゆる「パーセント同一性」は、比較したポリペプチド配列間で決定され得る。核酸およびアミノ酸配列の同一性を決定するための技術もまた、当該分野で周知であり、その遺伝子に対するmRNAのヌクレオチド配列を決定する(通常、cDNA中間体を介して)こと、およびそれによりコードされるアミノ酸配列を決定すること、およびこれを第2のアミノ酸配列と比較することを包含する。一般に、「同一性」は、2つのポリヌクレオチド配列またはポリペプチド配列の、それぞれの、正確なヌクレオチド対ヌクレオチドまたはアミノ酸対アミノ酸の対応をいう。
2つ以上のポリヌクレオチド配列は、それらの「パーセント同一性」を決定することによって比較され得る。2つ以上のアミノ酸配列は、同様に、「パーセント同一性」を決定することによって比較され得る。2つの配列のパーセント同一性(核酸またはペプチド配列が一般に記載されているか否か)は、一般に、より短い配列の長さによって除算され、そして100を積算された2つの整列された配列間の正確な整合の数として記載される。核酸配列についてのおよその整列は、SmithおよびWaterman,Advances in Applied Mathematics 2:482−489(1981)の局所的な相同性アルゴリズムによって提供される。このアルゴリズムは、Dayhoff,Atlas of Protein Sequences and Structure,M.O.Dayhoff編、5補遺、3:353−358、National Biomedical Research Foundation,Washington,D.C.,USAによって開発され、そしてGriskov、Nucl.Acids.Res.14(6):6745−6763(1986)によって正規化された、スコア付けマトリックスを使用して、ペプチド配列を用いて使用するために拡張され得る。核酸配列およびペプチド配列についてのこのアルゴリズムの実行は、それらのBestFitユーティリティーアプリケーションにおいてGenetics Computer Group(Madison,WI)によって提供される。この方法についてのデフォルトパラメーターは、Wisconsin Sequence Analysis Package Program Manual,Version 8(1995)(Genetics Computer Group、Madison,WIより入手可能)に記載される。配列間のパーセント同一性または類似性を計算するための他の等しく適切なプログラムは、当該分野で一般に公知である。
例えば、特定のヌクレオチド配列の、参照配列に対するパーセント同一性は、SmithおよびWatermanの相同性アルゴリズムを、デフォルトスコア付け表および6ヌクレオチド位置のギャップペナルティーを用いて使用して決定され得る。本発明の状況においてパーセント同一性を確立するための別の方法は、John F.CollinsおよびShane S.Sturrokによって開発され、そしてIntelliGenetics,Inc.(Mountain View、CA)によって頒布されているUniversity of Edinburghに著作権の帰属するプログラムのMPSRCHパッケージを使用することである。このパッケージソフトから、Smith−Watermanアルゴリズムが、スコア付表(例えば、12のギャップオープンペナルティ、1のギャップ拡張ペナルティ、および6のギャップ)について使用されるデフォルトパラメーターが使用される場合に、利用され得る。作成されたデータから、「マッチ」値は、「配列同一性」を反映する。配列間のパーセント同一性または類似性を計算するための他の適切なプログラム(例えば、整列プログラムBLAST(これはデフォルトパラメーターでも使用され得る))は、一般に、当該分野で公知である。例えば、BLASTNおよびBLASTPは、以下のデフォルトパラメーターでも使用され得る:遺伝子コード=標準;フィルター=なし;鎖=両方;カットオフ=60;予想=10;マトリックス=BLOSUM62;記載=50配列;選別=高スコア;データベース=非縮重、GenBank+EMBL+DDBJ+PDB+GenBank CDS translations+Swiss protein+Spupdate+PIR。これらのプログラムの詳細は、以下のインターネットアドレスで見出され得る:http://www.ncbi.nlm.gov/cgi−bin/BLAST。
当業者は、所定の配列について使用するための適切な検索パラメータを容易に決定し得、例示的な好ましいSmith Watermanベースのパラメータが上記される。例えば、検索パラメータは、問題の配列のサイズに基づいて変化し得る。従って、本発明のポリヌクレオチド配列について、本明細書中に開示されるポリヌクレオチド配列の長さは、選択されたデータベースに対して検索され、そして本質的に同じ長さの配列と比較されて%同一性を決定する。例えば、本発明の代表的な実施形態は、X個の連続するヌクレオチドを含む単離されたポリヌクレオチドを含み、ここで、(i)X個の連続するヌクレオチドは、本明細書中に記載される配列(例えば、表C)の1つ以上のY個の連続したヌクレオチドまたはそのフラグメントに関して、少なくともほぼ選択されたレベルの%同一性を有し、そして(ii)X=Yの検索目的について、Yは、規定された長さ(例えば、15ヌクレオチドの長さから、選択された全長配列に存在するヌクレオチドの数まで)の選択された参照のポリヌクレオチドである。
本発明の配列は、例えば、約15ヌクレオチドから本明細書中に記載される全長配列(例えば、図を参照のこと)に存在するヌクレオチドの数まで(上記範囲内の全ての整数値を含む)の配列フラグメントを含み得る。例えば、本発明のポリヌクレオチド配列のフラグメントは、30〜60ヌクレオチド、60〜120ヌクレオチド、120〜240ヌクレオチド、240〜480ヌクレオチド、480〜1000ヌクレオチド、およびこれらの間の全ての整数値であり得る。
本発明の合成の発現カセット(および精製したポリヌクレオチド)には、本明細書に開示される合成の発現カセット配列および/またはポリヌクレオチド配列に対して(例えば、本発明の配列)、本発明の配列が、(例えば、配列のデータベースに対する)問い合わせ配列として使用された場合に、約80%〜100%の、80〜85%より大きい、好ましくは、90〜92%より大きい、より好ましくは、95%より大きい、そして最も好ましくは、98%より大きい100%までの配列同一性(これらの記載の範囲に入る全ての整数値を含む)有する関連するポリヌクレオチド配列が含まれる。
2つの核酸フラグメントは、本明細書に記載される場合、「選択的にハイブリダイズ」すると考えられる。2つの核酸分子間の配列同一性の程度は、このような分子間のハイブリダイゼーション事象の効率および強度に影響を及ぼす。部分的に同一の核酸配列は、少なくとも部分的に、完全に同一な配列が標的分子にハイブリダイズすることを阻害する。完全に同一な配列のハイブリダイゼーションの阻害は、当該分野で周知のハイブリダイゼーションアッセイ(例えば、サザンブロット、ノーザンブロット、溶液ハイブリダイゼーションなど、Sambrookら、前出、またはAusubelら、前出を参照)を使用して評価され得る。このようなアッセイは、例えば、低ストリンジェントから高ストリンジェントまでの種々の条件を使用して、種々の程度の選択性を使用して行われ得る。低ストリンジェンシー条件が利用される場合、非特異的結合の不在は、非特異的な結合事象の非存在下で、二次プローブが標的にハイブリダイズしないように、部分的な程度の配列同一性すら欠損する二次プローブ(例えば、標的分子と約30%よりも少ない配列同一性を有するプローブ)を使用することによって評価され得る。
ハイブリダイゼーションに基づく検出システムが利用される場合、標的核酸配列に対して相補的な核酸プローブが選択され、次いで適切な条件の選択により、そのプローブおよび標的配列が、互いに、「選択的にハイブリダイズする」か、または結合して、互いにハイブリッド分子を形成する。「中程度のストリンジェント」な条件下で標的配列に選択的にハイブリダイズし得る核酸分子は、代表的には、選択された核酸プローブの配列と少なくとも約70%の配列同一性を有する少なくとも約10〜14個のヌクレオチド長の標的核酸配列の検出を可能にする条件下でハイブリダイズする。ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は、代表的には、選択された核酸プローブの配列と約90〜95%より大きな配列同一性を有する少なくとも約10〜14個のヌクレオチド長の標的核酸配列の検出を可能にする。プローブと標的が特定の程度の配列同一性を有するプローブ/標的ハイブリダイゼーションのために有用なハイブリダイゼーション条件は、当該分野で公知なように決定され得る(例えば、Nucleic Acid Hybridization:A Practical Approach、B.D.HamesおよびS.J.Higgins編、(1985)Oxford;Washigton,DC;IRL Pressを参照のこと)。
ハイブリダイゼーションについてのストリンジェンシー条件に関して、多くの等価な条件を利用して、特定のストリンジェンシーを、例えば、以下の因子を変えることで確立し得ることは、当該分野で周知である:プローブおよび標的配列の長さおよび性質、種々の配列の塩基組成、塩および他のハイブリダイゼーション溶液組成物の濃度、ハイブリダイゼーション溶液中にブロッキング因子(例えば、ホルムアミド、硫酸デキストランおよびポリエチレングリコール)が存在するかしないか、ハイブリダイゼーション反応温度および時間のパラメータ、ならびに洗浄条件の変更。特定のセットのハイブリダイゼーション条件の選択は、当該分野の標準的方法に従って選択される(例えば、Sambrookら、前出、またはAusubelら、前出を参照のこと)。
第1のポリヌクレオチドが、第2のポリヌクレオチド、そのcDNA、それらの相補体の領域と同じかもしくは実質的に同じ塩基対配列を有する場合、または第1のポリヌクレオチドが、上記のような配列同一性を示す場合に、第1のポリヌクレオチドは、第2のポリヌクレオチドに「由来」する。
第1のポリペプチドが、(i)第2のポリヌクレオチドに由来する第1のポリヌクレオチドによってコードされる場合、または(ii)第1のポリペプチドが、上記のような配列同一性を第2のポリペプチドに対して示す場合に、第1のポリペプチドは、第2のポリペプチドに「由来」する。
ウイルスポリペプチドが、(i)ウイルスのポリヌクレオチド(ウイルス性ポリヌクレオチド)のオープンリーディングフレームによってコードされる場合、または(ii)ウイルスのポリペプチドが、上記のような配列同一性をウイルスのポリペプチドに対し示す場合に、一般に、ウイルスポリペプチドは、ウイルスの特定のポリペプチド(ウイルス性ポリペプチド)に「由来」する。
「コードされる」とは、ポリペプチド配列をコードする核酸配列を参照し、ここでこのポリペプチド配列またはその一部は、この核酸配列によりコードされるポリペプチドに由来する、少なくとも3〜5個のアミノ酸、より好ましくは少なくとも8〜10個のアミノ酸、そしてさらにより好ましくは少なくとも15〜20個のアミノ酸の配列を含む。免疫学的にこの配列によってコードされるポリペプチドと同一視され得るポリペプチド配列もまた含まれる。さらに、ポリタンパク質は、ポリペプチドまたはペプチド産物をコードする、2つ以上のポリヌクレオチド配列をインフレーム融合することによって構築され得る。さらに、ポリシストロン(polycistronic)コード配列は、互いに隣接するポリペプチド産物をコードする2つ以上のポリヌクレオチド配列を、典型的には1つのプロモーターの制御下に、配置することで産生され得、ここで各ポリペプチドコード配列は、内部リボソーム結合部位に対する配列を含むよう改変され得る。
「精製されたポリヌクレオチド」とは、目的のポリヌクレオチドと自然の状態で関連するタンパク質が実質的に除かれた(例えば、そのタンパク質の約50%未満、好ましくは約70%未満、そしてより好ましくは約90%未満を含む)、目的のポリヌクレオチドまたはそのフラグメントをいう。目的のポリヌクレオチドを精製する技術は、当該分野で周知であり、例えば、ポリヌクレオチドを含む細胞を、カオトロピック剤で破壊し、そしてポリヌクレオチドおよびタンパク質を、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィーおよび密度に依存した沈殿法により分離する工程を含む。
「核酸免疫化」とは、1つ以上の選択された抗原をコードする核酸分子を、宿主細胞に、抗原またはエピトープのインビボ発現のため導入することを意味する。核酸分子は、レシピエント被験体中に直接導入(例えば、注射、吸入、経口投与、鼻腔内投与および粘膜投与などによる)され得るか、または宿主から取り出された細胞中にエキソビボ導入され得る。後者の場合に、形質転換された細胞は、被験体中に再導入され、免疫応答が、この核酸分子によってコードされる抗原に対して生じ得る。
「遺伝子移入」または「遺伝子送達」とは、目的のDNAを宿主細胞に正確に挿入する方法またはシステムをいう。このような方法は、組みこまれていない移入DNAの一過性の発現、染色体外複製および移入レプリコン(例えば、エピソーム)の発現、または移入遺伝子物質の宿主細胞ゲノムDNA中への組みこみを生じ得る。遺伝子送達発現ベクターとしては、アルファウイルス、ポックスウイルスおよびワクシニアウイルス由来のベクターが挙げられるが、これらに限定されない。免疫化に用いる場合、このような遺伝子送達発現ベクターは、ワクチンまたはワクチンベクターと呼ばれ得る。
「Tリンパ球」または「T細胞」は、抗体を産生しないリンパ球であり、免疫系の細胞性媒介アームの一部を構成する。T細胞は、骨髄から胸腺に遊走する未成熟なリンパ球から生じ、これらは、胸腺ホルモンの指令のもとで成熟過程を経ていく。ここで成熟リンパ球は、急速に分裂して、非常に多数に増加する。成熟しているT細胞は、特定の抗原を認識および結合する能力に基づいて、免疫応答性になる。抗原がリンパ球表面レセプター結合した場合、免疫応答性T細胞の活性化は、誘発される。
用語「トランスフェクション」は、外来DNAの、細胞による取り込みをいうために使用される。外因性DNAが細胞膜の内側に導入された場合、細胞は、「トランスフェクト」されている。多くのトランスフェクション技術は、当該分野で一般に公知である。例えば、Grahamら(1973)Virology,52:456,Sambrookら(1989)Molecular Cloning,a laboratory manual,Cold Spring Harbor Laboratories,New York,Davisら(1986)Basic Methods in Molecular Biology,Elsevier、およびChuら(1981)Gene 13:197を参照のこと。このような技術を用いて、1つ以上の外来DNA部分を、適切な宿主細胞中に導入し得る。この用語は、遺伝子物質の安定な取り込みおよび一過性の取り込みの両方をいい、そしてペプチド結合DNAまたは抗体結合DNAの取り込みを含む。
「ベクター」は、遺伝配列を、標的細胞へ移入し得る(例えば、ウイルスベクター、非ウイルスベクター、粒子性キャリアおよびリポソーム)。典型的には、「ベクター構築物」、「発現ベクター」および「遺伝子移入ベクター」は、目的の遺伝子発現を指向し得る任意の核酸構築物を意味し、これらは、遺伝子配列を、標的細胞に移入し得る。従って、この用語は、クローニングビヒクルおよび発現ビヒクル、ならびにウイルスベクターを含む。
「自殺遺伝子」(例えば、薬物感受性遺伝子)の標的細胞への移入は、正常細胞に対して比較的無毒である化合物または組成物に対して、細胞を感受性にする。Moolten,F.L.(1994)Cancer Gene Ther.1:279−287。自殺遺伝子の例は、単純疱疹ウイルスのチミジンキナーゼ(HSV−tk)、シトクロムP450(Manomeら(1996)Gene Therapy 3:513−520)、ヒトデオキシシチジンキナーゼ(Manomeら(1996)Nature Medicine 2(5):567−573)および細菌性酵素シトシンデアミナーゼ(Dongら(1996)Human Gene Therapy 7:713−720)である。これらの遺伝子を発現する細胞は、比較的無毒のプロドラッグであるガンシクロビル(HSV−tk)、シクロホスファミド(シトクロムP450 2B1)、シトシンアラビノシド(ヒトデオキシシチジンキナーゼ)または5−フルオロシトシン(細菌性シトシンデアミナーゼ)の影響に対し、感受性にされる。Culverら(1992)Science 256:1550−1552,Huberら(1994)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91:8302−8306。
「選択マーカー」または「レポーターマーカー」とは、遺伝子移入ベクターに含まれるヌクレオチド配列をいい、これらは治療的活性を持たないが、むしろ遺伝子移入ベクターの、より単純な調製、製造、特徴づけまたは試験を可能にするために含まれる。
「特異的結合因子」とは、分子の特異的結合対のメンバーをいい、ここでこれらの分子の1つは、第2の分子に対し、化学的および/または物理的手段を介して、特異的に結合する。特異的結合因子の1つの例は、選択された抗原に対して指向された抗体である。
「被験体」とは、脊椎動物の亜門のいずれかのメンバー(ヒトおよび他の霊長類(非ヒト霊長類(例えば、アカゲザル、マカク、チンパンジーおよび他の類人猿、ならびに猿種など)を含む);家畜(例えば、ウシ、ヒツジ、ブタ、ヤギおよびウマ);家庭向けの哺乳動物(例えば、イヌおよびネコ);実験動物(マウス、ラットおよびモルモットなどのげっ歯類を含む);鳥(家庭向けの鳥、野生の鳥および狩猟鳥を含む(例えば、ニワトリ、シチメンチョウおよび他の家禽の鳥、アヒル、ダチョウなど))を含むが、これらに限定されない)を意味する。この用語は、特定の年齢を示さない。従って、成体および新生仔の個体の両方が意図され、含まれる。これら全ての脊椎動物の免疫系は、同様に機能するので、上記の系は、上記脊椎動物種のいずれかにおける使用が意図される。
「薬学的に受容可能」または「薬理学的に受容可能」は、生物学的にもそれ以外でも所望される物質を意味する。すなわち、この物質は、処方物または組成物で個体に投与され得て、任意の所望されない生物学的影響を引き起こすことも、有害な様式で、含まれる組成物成分のいずれかと相互作用することもない。
「生理学的pH」または「生理学的範囲にあるpH」とは、約7.0〜8.0に含まれる範囲にあるpHを意味し、より典型的には、約7.2〜7.6に含まれる範囲にある。
本明細書で使用される場合、「処置」とは、以下のいずれかをいう:(i)従来のワクチンにおけるような、感染または再感染の予防、(ii)症状の軽減または除去、および(iii)該当する病原体の実質的除去または完全な除去。処置は、予防的に(感染前に)または治療的に(感染後に)もたらされ得る。
「同時投与」とは、1つより多い組成物または分子の投与を意味する。従って、同時投与は、同じ投与経路または異なる投与経路を介した、同時投与または連続投与(任意の順番で)を含む。同時投与レジメンの非限定的な例としては、核酸およびペプチドの同時投与;異なる核酸(例えば、本明細書に記載されるような異なる発現カセットおよび/または異なる遺伝子送達ベクター)の同時投与;および異なるポリペプチドの同時投与(例えば、異なるHIVポリペプチドおよび/または異なるアジュバント)が挙げられる。この用語はまた、同時投与される分子または組成物のうちの1つを複数回投与することを含む(例えば、本明細書に記載される1つ以上の発現カセットの複数回投与後の、ポリペプチド含有組成物の1回以上の投与)。分子または組成物が連続して送達される場合に、各投与間の時間は、本明細書の教示を考慮することで、当業者により容易に決定され得る。
「レンチウイルスベクター」および「組換えレンチウイルスベクター」とは、目的の核酸分子を運ぶ核酸構築物をいい、そして特定の実施形態において、目的の核酸分子の発現を指向し得る。レンチウイルスベクターは、少なくとも1つの転写プロモーター/エンハンサーもしくは遺伝子座規定エレメント、または遺伝子発現を他の手段(例えば、選択的スプライシング、核RNA輸出、メッセンジャーの翻訳後修飾またはタンパク質の転写後修飾)により制御する他のエレメントを含む。このようなベクター構築物はまた、パッケージングシグナル、長い末端反復配列(LTRS)またはその一部、ならびに使用するレトロウイルスに適した正および負のプライマー鎖結合部位を(これらがまだ、レトロウイルスベクターに存在していない場合)含まなければならない。必要に応じて、組換えレンチウイルスベクターはまた、ポリアデニル化を指向するシグナル、選択マーカー(例えば、Neo、TK、ハイグロマイシン、プレオマイシン、ヒスチジノールまたはDHFR)、ならびに1つ以上の制限酵素認識部位および翻訳終結配列を含み得る。例として、このようなベクターは、典型的に、5’LTR、tRNA結合部位、パッケージングシグナル、第2鎖DNA合成の起点および3’LTRまたはその一部を含む。
「レンチウイルスベクター粒子」とは、本発明の範囲内で使用される場合、少なくとも1つの目的の遺伝子を保持するレンチウイルスをいう。このレトロウイルスはまた、選択マーカーを含み得る。この組換えレンチウイルスは、その遺伝物質(RNA)をDNAに逆転写し得、そして感染の際にこの遺伝物質を宿主細胞のDNAに組み込み得る。レンチウイルスベクター粒子は、レンチウイルスエンベロープ、非レンチウイルスエンベロープ(例えば、両性(ampho)エンベロープまたはVSV−Gエンベロープ)またはキメラエンベロープを有し得る。
「核酸発現ベクター」または「発現カセット」とは、目的の配列または遺伝子の発現を指向し得る構築物をいう。核酸発現ベクターは、目的の配列または遺伝子に作動可能に連結されたプロモーターを含む。他の制御エレメントも同様に存在し得る。本明細書中に記載される発現カセットは、プラスミド構築物内に含まれ得る。この発現カセットの成分に加えて、このプラスミド構築物はまた、細菌複製起点、1以上の選択マーカー、プラスミド構築物が一本鎖DNAとして存在することを可能にするシグナル(例えば、M13複製起点)、マルチクローニング部位および「哺乳動物」複製起点(例えば、SV40またはアデノウイルスの複製起点)を含み得る。
「パッケージング細胞」とは、組換えレトロウイルスベクターを欠く感染性組換えレトロウイルスの産生のために必要なエレメントを含む細胞をいう。代表的には、このようなパッケージング細胞は、Gag、polおよびenvタンパク質をコードする、タンパク質を発現し得る1以上の発現カセットを含む。
「プロデューサー細胞」または「ベクター産生細胞」とは、組換えレトロウイルスベクター粒子の産生のために必要な全てのエレメントを含む細胞をいう。
(2.本発明を実行する様式)
本発明を詳細に記載する前に、本発明は、特定の処方またはプロセスパラメーターに限定されず、このようなものは、当然変動し得ることが理解されるべきである。本明細書中で使用される専門用語は、本発明の特定の実施形態のみを記載する目的のためであり、限定することを意図しないこともまた、理解されるべきである。
本明細書中に記載の方法および材料に類似するかまたは等価である多くの方法および材料が、本発明の実行において使用され得るが、好ましい材料および方法が、本明細書中に記載される。
(2.1.HIVゲノム)
HIVゲノムおよび種々のポリペプチドコード領域を、表Aに示す。ヌクレオチド位置は、8_5_TV1_C.ZA(図1;HIV C型単離株)に対して与えられる。しかし、本発明の開示の教示の観点から、例えば、配列比較プログラム(例えば、本明細書中に記載されるBLASTなど)または構造的特徴の同定およびアラインメント(例えば、種々の領域を同定し得る、本明細書中に記載される「ALB」プログラムのようなプログラム)を使用して、他のHIV株または改変体(例えば、単離株HIVIIIb、HIVSF2、HIV−1SF162、HIV−1SF170、HIVLAV、HIVLAI、HIVMN、HIV−1CM235、HIV−1US4)、種々のサブタイプ由来の他のHIV−1株(例えば、サブタイプA〜G、およびO)、HIV−2株および種々のサブタイプ(例えば、HIV−2UC1およびHIV−2UC2)、ならびにサル免疫不全ウイルス(SIV)(これらおよび他の関連のウイルスの記載について、例えば、Virology、第三版(W.K.Joklik編、1988);Fundamental Virology、第二版(B.N.FieldsおよびD.M.Knipe編、1991);Virology、第三版(Fields,BN、DM Knipe、PM Howley、編者、1996、Lippincott−Raven、Philadelphia,PA)を参照のこと)中の対応する領域を決定する方法は、当業者に容易に明らかである。
(表A:8_5_TV1_C.ZAに関するHIVゲノム領域)
Figure 0004302513
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当業者が、表Aに示される任意の配列を整列させて、任意の特定のHIV遺伝子の相対的な位置を容易に決定し得ることは、容易に明らかである。例えば、本明細書中に記載されるアラインメントプログラムの1つ(例えば、BLAST)を使用して、他のHIVゲノム配列を、8_5_TV1_C.ZAと共に整列させて(表A)、遺伝子の位置を決定し得る。ポリペプチド配列も同様に整列し得る。例えば、図2A〜2Cは、種々の株由来のEnvポリペプチド配列の、SF−162に対するアラインメントを示す。共有に係るWO/39303に詳細に記載されるように、Envポリペプチド(例えば、gp120、gp140およびgp160)は、βシートを形成する4つのアンチパラレルβ鎖(β−2、β−3、β−20およびβ−21)からなる「架橋(bridging)シート」を含む。1つの対のβ鎖(β−2およびβ−3)からの突出は、2つのループ(V1およびV2)である。SF−162に対して、このβ−2シートは、ほぼアミノ酸残基113(Cys)〜アミノ酸残基117(Thr)を占めるが、β−3は、ほぼアミノ酸残基192(Ser)〜アミノ酸残基194(Ile)を占める。この「V1/V2領域」は、SF−162に対して、ほぼアミノ酸残基120(Cys)〜アミノ酸残基189(Cys)を占める。β鎖の第二の対(β−20およびβ−21)からの突出は、「小ループ」構造であり、本明細書中で「架橋シート小ループ」とも称される。小ループおよび架橋シート小ループの両方の位置は、本明細書中およびWO/39303の教示に従って、HXB−2に対して決定され得る。図2A〜2Cにおいて、矢印によって、βシート領域からの欠失配列のおおよその部位もまた示される。「」は、本明細書の教示に従って変異され得るN−グリコシル化部位を示す。
(2.2.0 合成発現カセット)
本発明の1つの局面は、例えば、対応する野生型配列と比較して改善された発現を有する、HIV−1コード配列ならびに関連の配列の作製である。
(2.2.1 HIV−1核酸コード配列の改変)
本発明の1つの局面は、対応する野生型配列と比較して改善された発現を有する、HIV−1コード配列ならびに関連の配列の作製である。
第1に、得られる核酸コード配列が、高度に発現されるヒト遺伝子に見出されるコドン使用法に互換性があるように、HIV−1コドン使用法パターンを改変した。HIVコドン使用法は、コドントリプレットのヌクレオチドAまたはTの高い含量を反映する。HIV−1コドン使用法の効果は、DNA配列における高いAT含量であり、減少した翻訳能力およびmRNAの不安定性をもたらす。比較すると、高度に発現されるヒトコドンは、ヌクレオチドGまたはCを好む。HIVコード配列は、高度に発現されるヒト遺伝子において見出されるコドン使用法に互換性があるように改変された。
第2に、例えば、Gagコード配列のコード配列内に位置する、阻害性(または不安定性)エレメント(INS)が存在する。RREは、HIVコードRev−タンパク質と相互作用して、INSの発現下方調節の影響を克服する二次RNA構造である。RREおよびRevの転写後活性化機構を克服するために、不安定性エレメントは、コードされるタンパク質のリーディングフレームを変更しない複数の点変異を導入することによって不活化され得る。
第3に、いくつかの遺伝子に関して、このコード配列は、ポリヌクレオチドコード配列が不活性または非機能的である遺伝子産物(例えば、不活性化ポリメラーゼ遺伝子産物、不活性化プロテアーゼ遺伝子産物、不活性化tat遺伝子産物、不活性化rev遺伝子産物、不活性化nef遺伝子産物、不活性化vif遺伝子産物、不活性化vpr遺伝子産物、および/または不活性化vpu遺伝子産物)をコードするように変更される。実施例1は、いくつかの例示的な変異を記載する。実施例8は、変異Tat抗原、変異Rev抗原および変異Nef抗原の機能的な分析に関する情報を示す。
合成コード配列は、例えば、Midland Certified Reagent Company(Midland,Texas)のような企業による、当該分野で公知の方法によって構築される。
Gagポリペプチドコード配列の改変は、多数の哺乳動物細胞株(および他の型の細胞株であって、昆虫細胞が挙げられるが、これに限定されない)の野生型コード配列に対して改善された発現を生じる。
Gag含有ポリペプチドをコードするいくつかの例示的なポリヌクレオチド配列は、gagCpolInaTatRevNef.opt_B、GagProtInaRTmutTatRevNef.opt_B、GagTatRevNef.Opt_B、GagComplPolmutInaTatRevNef_C、GagProtInaRTmutTatRevNef_C、GagRTmutTatRevNef_C、およびGagTatRevNef_Cである。
同様に、本発明はまた、合成Envコードポリヌクレオチドおよび改変Envタンパク質(例えば、WO 00/39303、WO 00/39302、WO 00/39304、WO 02/04493に記載されるもの)を含む。
得られた核酸コード配列が、高度に発現されるヒト遺伝子において見出されたコドン使用法に匹敵されるように、Envのコドン使用法パターンを、Gagに関して上述したように改変した。本発明の支持において実施された実施例は、合成Env配列が、天然のEnv配列と比較して高いレベルのタンパク質を産生し得ることを示す。
Envポリペプチドコード配列の改変は、多数の哺乳動物細胞株(および他の型の細胞株であって、昆虫細胞が挙げられるが、これに限定されない)の野生型コード配列と比較して改善された発現を生じる。類似のEnvポリペプチドコード配列(Gagについて上述したものを含む)が、種々の単離物からの改善された発現について得られ、改変され、そして試験され得る。
Envのさらなる改変としては、その中に変異および/または欠失を有するEnvポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを生成することが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、超可変領域(V1および/またはV2)は、本明細書中に記載されるように欠失され得る。さらに、例えば、Env内の架橋シート領域および/またはN−グリコシル化部位に対する他の改変はまた、本明細書の教示に従って実施され得る。(図2A〜C、ならびにWO 00/39303、WO 00/39302、WO 00/39304、WO 02/04493を参照のこと)。これらの改変の種々の組み合わせを使用して、本明細書中に記載されるような合成発現カセットを作製し得る。
本発明はまた、合成Pol配列を含む発現カセットを含む。上記のように、「Pol」としては、ポリメラーゼ、プロテアーゼ、逆転写酵素および/またはインテグラーゼを含有する配列を含むタンパク質−コード領域が挙げられるが、これらに限定されない(Wanら(1996)Biochem.J.316:569〜573;Kohlら(1988)PNAS USA 85:4686〜4690;Krausslichら(1988)J.Virol.62:4393〜4397;Coffin,「Retroviridae and their Replication」Virology,1437〜1500頁(Raven,New York,1990);Patelら(1995)Biochemistry 34:5351〜5363)。従って、本明細書中に例示される合成発現カセットは、1以上のこれらの領域、および生じるアミノ酸配列に対する1以上の変化を含む。Pol誘導体化ポリペプチドをコードする、いくつかの例示的なポリヌクレオチド配列は、表Cに示される。
生じる核酸コード配列が、高度に発現されるヒト遺伝子において見出されたコドン使用法に匹敵するように、Polのコドン使用法パターンを、GagおよびEnvに関して上述したように改変した。
構築物は、種々の方法で改変され得る。例えば、この発現構築物は、インテグラーゼポリペプチドの最初の6アミノ酸をコードする配列を含み得る。この6アミノ酸領域は、HIVプロテアーゼによって認識される切断認識部位を提供すると考えられる(例えば、McCornackら(1997)FEBS Letts 414:84〜88を参照のこと)。構築物は、1つ以上の導入遺伝子の挿入のための、マルチクローニングサイト(MCS)を、代表的にはこの構築物の3’末端に含み得る。さらに、RTにおいて触媒中心から誘導された触媒中心エピトープをコードするカセットは、代表的に、インテグラーゼの6アミノ酸をコードする配列を3’末端に含んだ。このカセットは、RTのIle178〜セリン191をコードし、そしてこの十分に保存された領域を、可能なCTLエピトープとして維持するために添加され得る。さらに、これらの構築物は、リーディングフレームを保存する挿入変位を含む(例えば、Parkら(1991)J.Virol.65:5111を参照のこと)。
特定の実施形態において、RTの触媒中心および/またはプライマーグリップ領域が、改変される。RTの触媒中心およびプライマーグリップ領域は、例えば、Patelら(1995)Biochem.34:5351およびPalaniappanら(1997)J.Biol.Chem.272(17):11157に記載されている。例えば、p66RTの183位〜185位(AF110975に対して番号付けられた)においてアミノ酸YMDDをコードする野生型配列は、アミノ酸「AP」をコードする配列と置換され得る。さらに、プライマーグリップ領域(アミノ酸WMGY、p66RTの残基229〜232(AF110975に対して番号付けられた))が、アミノ酸「PI」をコードする配列で置換され得る。
Pol配列に対して、コドン使用法の変化は、代表的に、−1までのフレームシフトの領域に制限されており、そして再度、Gagリーディングフレームの末端において開始する;しかし、フレームシフト翻訳領域内の領域も同様に改変され得る。最後に、プロテアーゼポリペプチドコード配列のコード配列内に位置する阻害(すなわち、不安定性)エレメント(INS)も同様に、変更され得る。
本発明の支持によって実験を実施して、合成Pol配列がネイティブPol配列と比較してより高レベルのタンパク質を産生し得たことを示し得る。Polポリペプチドコード配列の改変は、多くの哺乳動物細胞株(および他の型の細胞株であって、昆虫細胞が挙げられるがこれらに限定されない)において、野生型コード配列と比較して、改善された発現を生じる。類似のPolポリペプチドコード配列(GagおよびEnvに関して上記したものを含む)が、得られ、改変され、そして種々の単離物からの改善された発現について試験され得る。
本発明はまた、Gag、EnvおよびPol以外のHIV遺伝子由来の合成配列を含有する、発現カセットを含み、これらには、Gag、Env、Pol内の領域、ならびにtat、rev、nef、vif、vpr、およびvpuが挙げられるが、これらに限定されない。さらに、本発明は、少なくとも2つの抗原性ポリペプチドを含む合成ポリヌクレオチドおよび/または発現カセットを含み、ここで、この抗原性ペプチドは、少なくとも2つの異なるHIV型(例えば、A型、B型、C型、D型、E型、F型、G型、O型など)から選択される。本発明の合成ポリヌクレオチド配列(B型抗原を含むポリペプチドをコードする、少なくとも1つのポリヌクレオチド、およびC型抗原を含むポリペプチドをコードする、少なくとも1つのポリヌクレオチドを含む)は、例えば、以下の配列から選択され得る:
Figure 0004302513
Figure 0004302513
このような配列は、例えば、それらの全体、または特定のエピトープをコードする配列において用いられ得るか、あるいは抗原が、本明細書の教示および当該分野で公知の情報に従って、合成コード配列から選択され得る。例えば、ポリヌクレオチドによりコードされるポリペプチド配列は、全長配列内に抗原性ペプチドフラグメントを予想するためにコンピューター分析に供され得る。次いで、対応するポリヌクレオチドコードフラグメントは、本発明の構築物において用いられ得る。このような分析に有用な例示的アルゴリズムは、以下が挙げられるが、これらに限定されない。
(AMPHI)このプログラムは、T細胞エピトープを予想するために用いられている(Gaoら(1989)J.Immunol.143:3007;Robertsら(1996)AIDS Res Hum Retrovir 12:593;Quakyiら(1992)Scand J Immunol補遺11:9)。AMPHIアルゴリズムは、DNASTAR,Inc.(Madison,WI,USA)のProteanパッケージにおいて利用可能である。
(ANTIGENIC INDEX)このアルゴリズムは、抗原性決定因子を予想するのに有用である(JamesonおよびWolf(1998)CABIOS 4:181:186;Sherman,KEら、Hepatology 1996年4月;23(4):688−94;Kasturi,KNら、J Exp Med 1995年3月1;181(3):1027−36;van Kampen Vら、Mol Immunol 1994年10月;31(15):1133−40;Ferroni Pら、J.Clin Microbiol 1993年6月;31(6):1586−91;Beattie Jら、Eur J Biochem 1992年11月15日;210(1):59−66;Jones GLら、Mol Biochem Parasitol 1991年9月;48(1):1−9)。
(HYDROPHILICITY)アミノ酸配列からの抗原性決定因子を決定するために有用な1つのアルゴリズムが、HoppおよびWoods(1981)PNAS USA 78:3824−3828により開示された。
上記のアルゴリズムのデフォルトパラメーターを使用して、抗原部位を決定し得る。さらに、上記の分析の2つ以上の結果を合わせて、特に好ましいフラグメントを同定し得る。
他の株から得られた配列を、本明細書の開示に従う類似の様式で、操作し得る。上記のように、生じる核酸コード配列が、高度に発現されたヒト遺伝子において見出されたコドン使用頻度に匹敵するように、Gag、EnvおよびPolに関して上述したように、コドン使用頻度パターンを改変する。代表的に、これらの合成配列は、ネイティブ配列と比較してより高レベルにタンパク質を産生し得、そして野生型ポリペプチドコード配列の改変は、多数の哺乳動物細胞株(および他の型の細胞株であって、昆虫細胞が挙げられるが、これに限定されない)の野生型コード配列と比較して改善された発現を生じる。さらに、核酸配列もまた改変されて、遺伝子の1つ以上の領域に変異を導入し得、例えば、遺伝子産物の機能を変更し得(例えば、その遺伝子産物を非機能的にし得る)、そして/または改変部位(例えば、Nefにおけるミリストイル化部位)を除去し得る。
B型抗原を含むポリペプチドをコードする少なくとも1つのポリペプチド、およびC型抗原を含むポリペプチドをコードする少なくとも1つのポリヌクレオチドを含む、合成発現カセットは、例えば、以下を含むがこれらに限定されない、本明細書中に例示されるHIV B型コード配列およびHIV C型コード配列由来であり得る:
Figure 0004302513
Gag−完全(Gag−complete)は、例えば、Gagおよびpolを含むインフレームポリタンパク質をいい、ここで、Gagのp6位が存在する。
本発明のいくつかの局面において使用され得る、さらなる配列は、WO 00/39302、WO 00/39303、WO 00/39304、WO 02/04493に記載されている。
(2.2.2 HIV核酸コード配列を含む配列のさらなる改変)
本明細書中に記載される、HIVポリペプチドコード発現カセットはまた、例えば、1つ以上の導入遺伝子をコードする、1つ以上のさらなる配列を含み得る。本発明の実施において有用なさらなる配列(例えば、導入遺伝子)としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:さらなるウイルスエピトープ/抗原{HCV抗原(例えば、E1、E2;Houghton,M.ら、米国特許第5,714,596号(1998年2月3日発行);Houghton,M.ら、米国特許第5,712,088号(1998年1月27日発行);Houghton,M.ら、米国特許第5,683,864号(1997年11月4日発行);Weiner,A.J.ら、米国特許第5,728,520号(1998年3月17日発行);Weiner,A.J.ら、米国特許第5,766,845号(1998年6月16日発行);Weiner,A.J.ら、米国特許第5,670,152号(1997年9月23日発行))、HIV抗原(例えば、1以上のHIV単離物由来のもの)を含むがこれらに限定されない}をコードするさらなる配列;および腫瘍抗原/エピトープをコードする配列。さらなる配列はまた、非ウイルス供給源に由来し得る(例えば、インターロイキン−2(IL−2)、幹細胞因子(SCF)、インターロイキン3(IL−3)、インターロイキン6(IL−6)、インターロイキン12(IL−12)、G−CSF、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)、インターロイキン−1α(IL−1I)、インターロイキン−11(IL−11)、MIP−1I、腫瘍壊死因子(TNF)、白血病抑制因子(LIF)、c−kitリガンド、トロンボポエチン(TPO)およびflt3リガンドのようなサイトカイン(例えば、Genzyme(Framingham,MA)、Genentech(South San Francisco,CA)、Amgen(Thousand Oaks,CA)、R&D Systems and Immunex(Seattle,WA)のようないくつかの販売元から市販されている)をコードする配列)。さらなる配列は、以下に記載されている。また、Gagおよび他のコード配列の、互いに対する向きのバリエーションは、以下に記載されている。
HIVポリペプチドコード配列は、他のHIV単離物から得られ得る。例えば、Myersら、Los Alamos Database,Los Alamos National Laboratory,Los Alamos,New Mexico(1992);Myersら、Human Retroviruses and Aids,1997,Los Alamos,New Mexico:Los Alamos National Laboratoryを参照のこと。合成発現カセットは、このようなコード配列を出発物質として使用して、本明細書の教示に従って、作製され得る。
さらに、本発明の合成発現カセットは、本明細書中に開示される合成発現カセット配列によってコードされるポリペプチドに対して、85%より大きい配列同一性、好ましくは90%より大きい配列同一性、より好ましくは95%より大きい配列同一性、そして最も好ましくは98%より大きい配列同一性を有する、関連するポリペプチド配列を含む。
例示の発現カセットおよび改変体は、実施例1に記載される。
(2.2.3 HIV−1ポリペプチドおよび関連するポリペプチドをコードする、合成配列の発現)
本発明の合成HIVコード配列(発現カセット)は、発現のレベルを評価するため、およびGag含有構築物の場合には、VLPの産生を評価するために、多数の異なる発現ベクターにクローニングされ得る。HIVポリペプチドに対する合成DNAフラグメントは、真核生物発現ベクター(一過性発現ベクター、CMVプロモーターに基づく哺乳動物ベクター、およびバキュロウイルス発現系において使用するためのシャトルベクターが挙げられる)にクローニングされ得る。対応する野生型配列もまた、同じベクターにクローニングされ得る。
次いで、これらのベクターは、いくつかの異なる細胞型(種々の哺乳動物細胞株(例えば、A.T.C.C.から入手可能な細胞株である、293、RD、COS−7、およびCHO)が挙げられる)にトランスフェクトされ得る。次いで、細胞株は、適切な条件下で培養され、そして任意の適切なポリペプチド産物のレベルが、上清中で評価され得る(表Aを参照のこと)。例えば、p24は、Gag発現を評価するために使用され得る;gp160、gp140またはgp120は、Env発現を評価するために使用され得る;p6polは、Pol発現を評価するために使用され得る;protは、プロテアーゼを評価するために使用され得る;p15は、RNAseHを評価するために使用され得る;p31は、インテグラーゼを評価するために使用され得る;そして他の適切なポリペプチドは、Vif、Vpr、Tat、Rev、VpuおよびNefを評価するために使用され得る。さらに、改変されたポリペプチドがまた使用され得、例えば、他のEnvポリペプチドとしては、例えば、ネイティブgp160、オリゴマーgp140、モノマーgp120、ならびにこれらのポリペプチドの改変配列および/または合成配列が挙げられるが、これらに限定されない。これらのアッセイの結果は、合成HIVポリペプチドコード配列の発現が、対応する野生型配列より有意に高いことを実証する。
さらに、ウエスタンブロット分析を使用して、合成発現カセットを含む細胞が、ネイティブ発現カセットを含む細胞より高い細胞あたりの濃度で、予測されたタンパク質を産生することを示し得る。HIVタンパク質は、細胞溶解物と上清との両方において見られ得る。本発明の合成発現カセットでトランスフェクトされた細胞については、産生のレベルは、細胞上清において有意により高い。
合成発現カセットでトランスフェクトされた哺乳動物細胞からの上清画分を使用して、これらのカセットが、野生型配列と比較して、HIVタンパク質の優れた産生(そしてGagの場合には、VLPの産生)を提供することを示し得る。
これらのHIV含有ポリペプチドの、哺乳動物細胞株における効率的な発現は、以下の利点を提供する:ポリペプチドは、バキュロウイルス夾雑物を含まない;FDAによって認可された、確立された方法による産生;増加した純度;より高い収率(ネイティブコード配列と比較して);およびCHO細胞におけるSub HIV含有ポリペプチドの産生(これは、本発明の構築物を使用して得られる増加した発現の非存在下では実行不可能である)の新規方法。例示的な哺乳動物細胞株としては、BHK、VERO、HT1080、293、293T、RD、COS−7、CHO、Jurkat、HUT、SUPT、C8166、MOLT4/クローン8、MT−2、MT−4、H9、PM1、CEM、およびCEMX174(このような細胞株は、例えば、A.T.C.C.から入手可能である)が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の合成Gag発現カセットはまた、昆虫細胞にトランスフェクトされる場合に、高レベルの発現およびVLP産生を示す。本明細書中に記載される合成発現カセットはまた、昆虫細胞において高レベルの発現を示す。さらに、より高い全タンパク質収率に加えて、合成ポリペプチドからの最終生成物は、一貫して、ネイティブの配列からの最終生成物より低い量の夾雑バキュロウイルスタンパク質を含む。
さらに、本発明の合成発現カセットはまた、酵母ベクターに導入され得、このベクターは次に、酵母細胞(Saccharomyces cerevisea;Rosenberg,S.およびTekamp−Olson,P.,米国再発行特許発明第35,749号(1998年3月17日発行)に記載されるようなベクターを使用する)に形質転換され得、そしてそのような酵母細胞によって効率的に発現され得る。
哺乳動物ベクターおよび昆虫ベクターに加えて、本発明の合成発現カセットは、選択された発現制御エレメントを使用して、種々の発現ベクターに組み込まれ得る。任意の所定の細胞に適切なベクターおよび制御エレメントは、本明細書の教示、および発現ベクターについて当該分野において公知の情報を考慮して、当業者によって選択され得る。
例えば、合成発現カセットは、所望のコード配列に作動可能に連結された制御エレメントを含むベクターに挿入され得、これによって、選択された細胞型における遺伝子の発現が可能となる。例えば、哺乳動物細胞発現のための代表的なプロモーターとしては、とりわけ、SV40初期プロモーター、CMVプロモーター(例えば、CMV前初期プロモーター(CMVプロモーターはイントロンAを含み得る))、RSV、HIV−Ltr、マウス乳腺癌ウイルスLTRプロモーター(MMLV−ltr)、アデノウイルスの主要後期プロモーター(Ad MLP)、および単純疱疹ウイルスプロモーターが挙げられる。他の非ウイルスプロモーター(例えば、マウスメタロチオネイン遺伝子由来のプロモーター)もまた、哺乳動物発現のために用途を見出す。代表的に、転写終結配列およびポリアデニル化配列もまた存在し、翻訳終止コドンに対して3’に位置する。好ましくは、翻訳の開始の最適化のための配列もまた存在し、コード配列に対して5’に位置する。転写終結シグナル/ポリアデニル化シグナルの例としては、Sambrookら、前出に記載されるようなSV40由来のシグナル、およびウシ成長ホルモンターミネーター配列が挙げられる。スプライスドナー部位およびアクセプター部位を含むイントロンもまた、本発明と共に使用するための構築物中に設計され得る(Chapmanら,Nuc.Acids Res.(1991)19:3979−3986)。
エンハンサーエレメントもまた、本明細書中において使用されて、哺乳動物構築物の発現レベルを増加させ得る。例としては、Dijkemaら,EMBO J.(1985)4:761に記載されるようなSV40初期遺伝子エンハンサー、Gormanら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1982b)79:6777に記載されるようなラウス肉腫ウイルスの長末端反復(LTR)由来のエンハンサー/プロモーター、およびBoshartら,Cell(1985)41:521に記載されるようなヒトCMV由来のエレメント(例えば、CMVイントロンA配列に含まれるエレメント(Chapmanら,Nuc.Acids Res.(1991)19:3979−3986))が挙げられる。
所望の合成ポリペプチドをコードする配列は、多数の市販のベクターにクローニングされて、このポリペプチドの、適切な宿主系における発現を生じさせ得る。これらの系としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:バキュロウイルス発現{Reilly,P.R.ら,BACULOVIRUS EXPRESSION VECTORS:A LABORATORY MANUAL(1992);Beamesら,Biotechniques 11:378(1991);Pharmingen;Clontech,Palo Alto,CA)}、ワクシニア発現{Earl,P.L.ら,「Expression of proteins in mammalian cells using vaccinia」Current Protocols in Molecular Biology.(F.M.Ausubelら編),Greene Publishing Associates & Wiley Interscience,New York(1991);Moss,B.ら,米国特許第5,135,855号(1992年8月4日発行)}、細菌における発現{Ausubel,F.M.ら,CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY,John Wiley and Sons,Inc.,Media PA;Clontech}、酵母における発現{Rosenberg,S.およびTekamp−Olson,P.,米国再発行特許発明第35,749号(1998年3月17日発行);Shuster,J.R.,米国特許第5,629,203号(1997年5月13日発行);Gellissen,G.ら,Antonie Van Leeuwenhoek,62(1−2):79−93(1992);Romanos,M.A.ら,Yeast 8(6):423−488(1992);Goeddel,D.V.,Methods in Enzymology 185(1990);Guthrie,C.,およびG.R.Fink,Methods in Enzymology 194(1991)}、哺乳動物細胞における発現{Clontech;Gibco−BRL,Ground Island,NY;例えば、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞株(Haynes,J.ら,Nuc.Acid.Res.11:687−706(1983);1983,Lau,Y.F.ら,Mol.Cell.Biol.4:1469−1475(1984);Kaufman,R.J.,「Selection and coamplification of heterologous genes in mammalian cells」、Methods in Enzymology,第185巻,537−566頁、Academic Press,Inc.,San Diego CA(1991)}、および植物細胞における発現{植物クローニングベクター、Clontech Laboratories,Inc.,Palo Alto,CA、およびPharmacia LKB Biotechnology,Inc.,Pistcataway,NJ;Hood,E.ら,J Bacteriol.168:1291−1301(1986);Nagel,R.ら,FEMS Microbiol.Lett.67:325(1990);Anら,「Binary Vectors」、およびPlant Molecular Biology Manual A3:1−19(1988);Miki,B.L.A.ら,249−265頁における他のもの、ならびにPlant DNA Infectious Agents(Hohn,T.ら編)Springer−Verlag,Wien,Austria,(1987);Plant Molecular Biology:Essential Techniques,P.G.JonesおよびJ.M.Sutton,New York,J.Wiley,1997;Miglani,Gurbachan Dictionary of Plant Genetics and Molecular Biology,New York,Food Products Press,1998;Henry,R.J.,Practical Applications of Plant Molecular Biology,New York,Chapman & Hall,1997における他のもの}。
本発明にはまた、コード配列、および適切な宿主におけるコード領域の発現を可能にする発現制御エレメントを含む発現ベクターが含まれる。これらの制御エレメントは、一般に、プロモーター、翻訳開始コドン、ならびに翻訳終止配列および転写終結配列、ならびにベクターに挿入物を導入するための挿入部位を含む。翻訳制御エレメントは、M.Kozakによって概説されている(例えば、Kozak,M.,Mamm.Genome 7(8):563−574,1996;Kozak,M.,Biochimie 76(9):815−821,1994;Kozak,M.,J Cell Biol 108(2):229−241,1989;Kozak,M.,およびShatkin,A.J.,Methods Enzymol 60:360−375,1979)。
酵母系における発現は、工業的生産の利点を有する。ワクシニアおよびCHO細胞株による組換えタンパク質の産生は、哺乳動物発現系であるという利点を有する。さらに、ワクシニアウイルスの発現は、以下を含むいくつかの利点を有する:(i)その広範な宿主範囲;(ii)組換えタンパク質の正確な転写後修飾、プロセシング、折り畳み、輸送、分泌およびアセンブリ;(iii)比較的可溶性の組換えタンパク質の高レベルな発現;ならびに(iv)外来DNAに適合する大きな能力。
合成HIVポリペプチドをコードする発現カセットから組換え的に発現されたポリペプチドは、典型的に、溶解された細胞および培養培地から単離される。精製は、当該分野で公知の方法(塩分画、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過、サイズ排除クロマトグラフィー、サイズ分画およびアフィニティークロマトグラフィーを含む)によって、実施され得る。免疫親和性クロマトグラフィーは、例えば、HIV抗原に基づいて作製された抗体を使用して、用いられ得る。
哺乳動物細胞を使用して本発明のタンパク質を発現させる利点としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:産生のスケールアップのための十分に確立されたプロトコル;VLPを生成する能力;細胞株が優良製造プロセス(GMP)基準を満たすように適合されること;哺乳動物細胞の培養条件が当該分野で公知であること。
合成HIV1ポリヌクレオチドは、本明細書中に記載されており、例えば、図を参照のこと。本明細書中に記載される本発明の異なる実施形態の様々な形態は、組み合わされてもよい。
例示的な発現アッセイが実施例2に記載される。ウエスタンブロット分析についての例示的な条件は、実施例3に示される。
(2.3.0 ウイルス様粒子の生成およびパッケージング細胞株を作製するための本発明の構築物の使用)
ヒト免疫不全ウイルス1型(HIV−1)の群特異的抗原(Gag)は、発芽によって種々の真核生物細胞から放出される非感染性ウイルス様粒子(VLP)に自己構築する(Freed,E.O.,Virology 251:1−15,1998による総説)。本発明のGag含有合成発現カセットは、種々の異なる細胞型(哺乳動物細胞が挙げられるが、これに限定されない)を使用するHIV−Gagウイルス様粒子(VLP)の生成を提供する。
ウイルス粒子は、宿主の免疫系に対する、この粒子に捕捉または結合された抗原の適切な提示のためのマトリクスとして、使用され得る。
(2.3.1 本発明の合成発現カセットを使用するVLP生成)
本発明のGag含有合成発現カセットは、ネイティブのGagコード配列と比較して、Gagタンパク質およびVLPの両方の優れた生成を提供し得る。さらに、VLP生成の電子顕微鏡評価を使用して、推定サイズの遊離の発芽している未成熟ウイルス粒子は、この合成発現カセットを含む細胞によって生成されることが示され得る。
ウイルス様粒子の生成のために、ネイティブのGagコード配列ではなく、本発明の合成発現カセットを使用することは、いくつかの利点を提供する。第1に、VLPは、増大した量で生成され得、これによりこのVLPの単離および精製がより容易になり得る。第2に、VLPは、この合成発現カセットを使用して種々の細胞型で生成され得、特に、哺乳動物細胞株(例えば、CHO細胞)は、VLP生成のために使用され得る。CHO細胞を使用する生成は、以下を提供する:(i)VLP形成;(ii)正確なミリストイル化および発芽;(iii)非哺乳動物細胞混入物(例えば、昆虫ウイルスおよび/または細胞)の非存在;および(iv)精製の容易さ。本発明の合成発現カセットはまた、哺乳動物細胞株以外の細胞型における発現を増大するために有用である。例えば、この合成発現カセットをコードするバキュロウイルスベクターで昆虫細胞を感染することにより、高レベルのGagタンパク質の全収率およびより高いレベルのVLP生成が生じる(野生型コード配列と比較して)。さらに、バキュロウイルスGag合成発現カセットに感染した昆虫由来の最終産物は、野生型コード配列を使用した場合の最終産物より少ない量の混入昆虫タンパク質を一貫して含む。
VLPは、目的の粒子形成ポリペプチドが適切な宿主細胞において組換え発現される場合に、自然に形成され得る。従って、本発明の合成発現カセットを使用して生成されるVLPは、組換え技術を使用して簡便に調製される。下記のように、本発明のGagポリペプチドコード合成発現カセットは、目的の他のポリペプチドコード配列(例えば、HIVプロテアーゼ、HIVポリメラーゼ、Env;合成Env)を含み得る。このような合成発現カセットの発現は、Gagポリペプチドを含むVLPならびに目的のポリペプチドを生じる。
一旦、所望の粒子形成ポリペプチドのコード配列が単離または合成されると、これらのコード配列は、発現に適切な任意のベクターまたはレプリコンにクローニングされ得る。多数のクローニングベクターが、当業者に公知であり、適切なクローニングベクターの選択が可能である。一般的には、Sambrookら(前出)を参照のこと。次いで、このベクターは、適切な宿主細胞を形質転換するために使用される。適切な組換え発現系としては、細菌発現系、哺乳動物発現系、バキュロウイルス/昆虫発現系、ワクシニア発現系、セムリキ森林熱ウイルス(SFV)発現系、アルファウイルス(例えば、シンドビスウイルス、ベネズエラウマ脳脊髄炎(VEE)ウイルス)発現系、哺乳動物発現系、酵母発現系およびゼノプス発現系が挙げられるが、これらに限定されず、これらは当該分野で周知である。特に好ましい発現系は、哺乳動物細胞株系、ワクシニア系、シンドビス系、真核生物に移植した(layered)ベクター開始系(例えば、米国特許第6,015,686号、米国特許第5,814,482号、米国特許第6,015,694号、同第5,789,245、EP 1029068A2、WO 9918226A2/A3、EP 00907746A2、WO 9738087A2)、昆虫系、および酵母系である。
本発明の発現カセットについての合成DNAフラグメント(例えば、Pol、Gag、Env、Tat、Rev、Nef、Vif、Vprおよび/またはVpu)は、以下の真核生物発現ベクター中にクローニングされ得る:一過性発現アッセイおよびDNA免疫研究のためのpCMVKm2、pCMVKm2ベクターは、pCMV6a(Chapmanら、Nuc,Acids.Res.(1991)19:3979−3986)に由来し、そしてカナマイシン選択マーカー、ColE1複製起点、CMVプロモーターエンハンサー、およびイントロンAを含み、その後ろに以下に記載される合成配列のための挿入部位を含み、その後ろにウシ成長ホルモン由来のポリアデニル化シグナルを含む−−pCMVKm2ベクターは、pCMV−linkベクターと、ポリリンカー部位がpCMVKm2に挿入されてpCMV−linkが作製されるという点でのみ異なる;チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞における発現のためのpESN2dhfrおよびpCMVPLEdhfr;およびpAcC13、バキュロウイルス発現系において使用するためのシャトルベクター(pAcC13は、Munemitsu S.ら、Mol Cell Biol.10(11):5977−5982、1990に記載されるpAcC12に由来する)。
簡単に述べると、pCMVPLEdhfrの構築は、以下の通りである。
DHFRカセットを構築するために、EMCV IRES(内部リボソーム侵入部位)リーダーを、pCite−4a+(Novagen、Inc.、Milwaukee、WI)からPCR増幅し、そしてXba−NcoフラグメントとしてpET23d(Novagen、Inc.、Milwaukee、WI)に挿入し、pET−EMCVを獲得した。dhfr遺伝子を、pESN2dhrfからPCR増幅して翻訳終止コドンの代わりにGly−Gly−Gly−Serスペーサーを有する産物を獲得し、そしてNco−BamH1フラグメントとして挿入し、pET−E−DHFRを獲得した。次に、希釈したneo遺伝子をpSV2Neo(Clontech、Palo Alto、CA)誘導体からPCR増幅し、そしてpET−E−DHFRの特有のBamH1部位に挿入し、pET−E−DHFR/Neo(m2)を獲得した。最後に、pCDNA3(Invitrogen、Inc.、Carlsbad、CA)由来のウシ成長ホルモンターミネーターを、neo遺伝子の下流に挿入し、pET−E−DHFR/Neo(m2)BGHtを獲得した。EMCV−dhfr/neo選択マーカーカセットフラグメントを、pET−E−DHFR/Neo(m2)BGHtの切断により調製した。
1つのベクター構築物において、CMVエンハンサー/プロモーターおよびイントロンAを、pCMV6a(Chapmanら、Nuc.Acids.Res.(1991)19:3979−3986)からHindIII−Sal1フラグメントとしてpUC19(New England Biolabs、Inc.、Beverly、MA)に移した。Nde1部位からSa1部位まで、pUC19のベクター骨格を欠失させた。上記のDHFRカセットを、EMCV IRESが、CMVプロモーターの後にくるように、この構築物に加えた。このベクターはまた、amp遺伝子およびSV40複製起点を含んだ。
多数の哺乳動物細胞株が当該分野で公知であり、そしてAmerican Type Culture Collection(A.T.C.C.)から入手可能な不死化細胞株を含み、この不死化細胞株としては、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞、HeLa細胞、新生ハムスター腎臓(BHK)細胞、サル腎臓細胞(COS)などが挙げられるが、これらに限定されない。同様に、細菌宿主(例えば、E.coli、Bacillus subtilisおよびStreptococcus spp.)は、本発明の発現構築物を用いる用途を見出す。本発明において有用な酵母宿主としては、特に、Saccharomyces cerevisiae、Candida albicans、Candida maltosa、Hansenula polymorpha、Kluyveromyces fragilis、Kluyveromyces lactis、Pichia guillerimondii、Pichia pastoris、Schizosaccharomyces pombeおよびYarrowia lipolyticaが挙げられる。バキュロウイルス発現ベクターと共に使用するための昆虫細胞としては、特に、Aedes aegypti、Autographa californica、Bombyx mori、Drosophila melanogaster、Spodoptera frugiperdaおよびTrichoplusia ni.が挙げられる。例えば、SummersおよびSmith,Texas Agricultural Experiment Station Bulletin No.1555(1987)を参照のこと。
ウイルスベクター(例えば、ポックスファミリーのウイルス(ワクシニアウイルスおよび鳥類ポックスウイルスを含む)由来のベクター)は、真核生物細胞における粒子の生成のために使用され得る。さらに、ワクシニアベースの感染/トランスフェクション系はまた、Tomeiら、J.Virol.(1993)67:4017−4026およびSelbyら、J.Gen.Virol.(1993)74:1103−1113に記載されるように、本発明を伴う用途を見出す。この系において、細胞を、始めに、バクテリオファージT7 RNAポリメラーゼをコードするワクシニアウイルス組換え体で、インビトロで感染させる。このポリメラーゼは、T7プロモーターを保有するテンプレートを転写するのみであるという点で、優れた特異性を示す。感染後、細胞を、T7プロモーターにより駆動される目的のDNAでトランスフェクトする。ワクシニアウイルス組換え体由来の細胞質において発現されるポリメラーゼは、このトランスフェクトされたDNAをRNAに転写し、このRNAは次いで、宿主翻訳機構によりタンパク質に翻訳される。あるいは、T7は、精製タンパク質として添加され得るか、または「前駆体」系の場合には酵素として添加される(StudierおよびMoffatt、J.Mol.Biol.(1986)189:113−130)。この方法は、多量のRNAおよびその翻訳産物の高レベルの一過性の細胞質生成を提供する。
選択された発現系および宿主に依存して、VLPは、粒子形成ポリペプチドが発現されてVLPが形成され得る条件下で、発現ベクターにより形質転換された宿主細胞を増殖することにより生成される。適切な増殖条件の選択は、当業者の範囲内である。VLPが細胞内で形成される場合、この細胞は、細胞を溶解するがVLPを実質的にインタクトなまま保つ、化学的手段、物理的手段または機械的手段を使用して破壊される。このような方法は、当業者に公知であり、そして例えば、Protein Purification Applications:A Practical Approach(E.L.V.HarrisおよびS.Angal編、1990)に記載される。
次いで、この粒子は、それらの完全性を保存する方法(例えば、勾配遠心分離(例えば、塩化セシウム(CsCl)スクロース勾配、ペレット化など))(例えば、Kirnbauerら、J.Virol.(1993)67:6929−6936を参照のこと)、ならびに標準的な精製技術(例えば、イオン交換クロマトグラフィーおよびゲル濾過クロマトグラフィーが挙げられる)を使用して、単離される(または実質的に精製される)。
本発明の合成発現カセットを含む細胞により生成されるVLPは、被験体に投与された場合に免疫応答を引き起こすために、使用され得る。本発明の1つの利点は、VLPが、以前には不可能であったレベルで、合成発現カセットを有する哺乳動物細胞により生成され得るということである。上記のように、このVLPは、Gagポリペプチド(例えば、Gag−プロテアーゼ、Gag−ポリメラーゼ、Env、合成Envなど)に加えて、種々の抗原を含み得る。本発明の合成発現カセットを使用して生成される、精製VLPは、通常はワクチン組成物の形態で、脊椎動物被験体に投与され得る。組み合わせワクチンもまた使用され得、ここで、このようなワクチンは、例えば、アジュバントサブユニットタンパク質(例えば、Env)を含む。投与は、単独で処方されたVLPまたは他の抗原と共に処方されたVLPを使用して、行われ得る。さらに、このVLPは、DNA免疫(以下を参照のこと)および/または他のワクチンの送達のための合成発現カセットの送達の前か、これと同時か、またはこれに続いて投与され得る。また、VLP投与の部位は、投与されている他のワクチン組成物と同じであっても異なっていてもよい。遺伝子送達は、多数の方法によって達成され得、この方法としては、DNA、アルファウイルスベクター、ポックスウイルスベクターおよびワクシニアウイルスベクターでの免疫が挙げられるが、これらに限定されない。
VLP免疫刺激(または、ワクチン)組成物は、種々の賦形剤、アジュバント、キャリア、補助物質、調節剤などを含み得る。免疫刺激組成物は、免疫学的応答を開始するのに十分な量のVLP/抗原を含む。適切な有効量は、当業者によって決定され得る。このような量は、慣用的な試験により決定され得る比較的広い範囲内に含まれ、一般に、約0.1μg〜約1000μg、より好ましくは約1μg〜約300μgの程度のVLP/抗原の量である。
キャリアが必要に応じて存在し、ここでこのキャリアは、組成物を受ける個体に対して有害な抗体の生成をそれ自体は引き起こさない分子である。適切なキャリアは、典型的には、ゆっくりと代謝される大きな高分子(例えば、タンパク質、多糖類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、高分子アミノ酸、アミノ酸コポリマー、脂質凝集体(例えば、油滴またはリポソーム)、および不活性なウイルス粒子)である。粒子性キャリアの例としては、ポリメチルメタクリレートポリマーから誘導されるキャリア、ならびにポリ(ラクチド)およびポリ(ラクチド−co−グリコリド)(PLGとして公知)から誘導される微粒子が挙げられる。例えば、Jefferyら、Pharm.Res.(1993)10:362−368;McGee JPら、J Microencapsul.14(2):197−210,1997;O’Hagan DTら、Vaccine 11(2):149−54,1993を参照のこと。このようなキャリアは、当業者に周知である。さらに、これらのキャリアは、免疫刺激因子(「アジュバント」)として機能し得る。さらに、抗原は、細菌毒素(例えば、ジフテリア、テタヌス、コレラなど由来の毒素)、およびE.coli由来の毒素に結合され得る。
アジュバントはまた、組成物の効力を増大するために使用され得る。このようなアジュバントとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:(1)アルミニウム塩(ミョウバン)(例えば、水酸化アルミニウム、リン酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなど);(2)水中油型エマルジョン処方物(ムラミルペプチド(以下を参照のこと)または細菌細胞壁成分のような他の特定の免疫刺激因子を含むかまたは含まない)(例えば、(a)MF59(国際公開番号WO90/14837)(これは5% スクアレン、0.5% Tween 80および0.5% Span 85を含み(必要に応じて種々の量のMTP−PEを含む(以下を参照のこと)が、必要ではない)、Model 110Yマイクロフルイダイザー(Microfluidics,Newton,MA)のようなマイクロフルイダイザーを使用してサブミクロンの粒子に処方される)、(b)SAF(これは、10% スクアレン、0.4% Tween 80、5% プルロニックブロックポリマー(pluronic−blocked Polymer)L121、およびthr−MDP(以下を参照のこと)を含み、サブミクロンエマルジョンに微小流体化されるか、または大きな粒子サイズのエマルジョンを作製するためにボルテックスされるかのいずれかである)、および(c)RibiTMアジュバント系(RAS)(Ribi Immunochem,Hamilton,MT)(これは2% スクアレン、0.2% Tween 80、およびモノホスホリルリピドA(MPL)、トレハロースジミコレート(TDM)および細胞壁骨格(CWS)からなる群から選択される1つ以上の細菌細胞壁成分(好ましくは、MPL+CWS(DetoxTM)を含む));(3)StimulonTM(Cambridge Bioscience,Worcester,MA)のようなサポニンアジュバントが使用され得るか、またはこれから作製された粒子(例えば、ISCOM(免疫刺激複合体)が使用され得る;(4)完全フロイントアジュバント(CFA)および不完全フロイントアジュバント(IFA);(5)サイトカイン(例えば、インターロイキン(IL−1、IL−2など)、マクロファージコロニー刺激因子(M−CSF)、腫瘍壊死因子(TNF)など;(6)免疫刺激性CpGモチーフをコードするオリゴヌクレオチドまたはポリマー分子(Davis,H.L.ら、J.Immunology 160:870−876,1998;Sato,Y.ら、Science 273:352−354,1996)、または抗原/オリゴヌクレオチドの複合体{ポリマー分子は、二本鎖および一本鎖のRNAおよびDNA、それらの骨格修飾(例えば、メチルホスホネート結合)を含む;あるいは(7)細菌ADP−リボシル化毒素(例えば、コレラ毒素(CT)、百日咳毒素(PT)もしくはE.coli熱不安定性毒素(LT)、特に、LT−K63(ここでリジンが、63位の野生型アミノ酸と置換される)、LT−R72(ここでアルギニンが、72位の野生型アミノ酸と置換される)、CT−S109(ここでセリンが、109位の野生型アミノ酸と置換される)、およびPT−K9/G129(ここでリジンが、9位の野生型アミノ酸と置換され、グリシンが129位で置換される))の無毒化変異体(例えば、国際公開番号WO93/13202およびWO92/19265を参照のこと);および(8)免疫刺激因子として働き、組成物の効力を増大する他の物質。さらに、このようなポリマー分子は、代替のポリマー骨格構造(例えば、ポリビニル骨格(Pitha,Biochem Biophys Acta,204:39,1970a;Pitha,Biopolymers,9:965,1970b)、およびモルホリノ骨格(Summerton,J.ら、米国特許第5,142,047号、08/25/92発行;Summerton,J.ら、米国特許第5,185,444号、02/09/93発行)(これらに限定されない))を含む。種々の他の電荷および無電荷のポリヌクレオチドアナログが報告されている。多数の骨格修飾が当該分野で公知であり、この修飾には、無電荷結合(例えば、メチルホスホネート、ホスホトリエステル、ホスホアミデートおよびカルバメート)および電荷結合(例えば、ホスホロチオエートおよびホスホロジチオエート)が挙げられるが、これらに限定されない。};ならびに(7)免疫刺激因子として働いてVLP免疫刺激(またはワクチン)組成物の効力を増大する他の物質。ミョウバン、CpGオリゴヌクレオチドおよびMF59が好ましい。
ムラミルペプチドとしては、N−アセチル−ムラミル−L−トレオニル−D−イソグルタミン(thr−MDP)、N−アセチル−ノルムラミル−L−アラニル−D−イソグルタミン(nor−MDP)、N−アセチルムラミル−L−アラニル−D−イソグルタミル−L−アラニン−2−(1’−2’−ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ヒドロキシホスホリルオキシ)−エチルアミン(MTP−PE)などが挙げられるが、これらに限定されない。
VLP組成物を用いる投薬処置は、単回用量スケジュールまたは複数用量スケジュールであり得る。複数用量スケジュールは、ワクチン接種の一次過程に、1〜10の別個の用量が用いられ、続いて他の用量が後の時間間隔(これは、免疫応答を維持および/または強化するように選択される、例えば、第2の用量について1〜4ヶ月)で与えられ、そして必要に応じて、数ヶ月後に引き続く用量(単数または複数)が与えられる、スケジュールである。投薬レジメンはまた、少なくとも部分的に、被験体の要求によって決定され、そしてこれは、医師の判断に依存する。
疾患の予防が所望される場合、抗原保有VLPは一般に、目的の病原体の一次感染の前に投与される。処置(例えば、症状および再発の減少)が所望される場合、VLP組成物は一般に、一次感染の後に投与される。
(2.3.2 パッケージング細胞株を作製するための本発明の合成発現カセットの使用)
多数のウイルスベースの系は、哺乳動物宿主細胞に対する遺伝子移入ベクターとして使用するために開発されてきた。例えば、レトロウイルス(特に、レンチウイルスベクター)は、遺伝子送達系に好都合なプラットフォームを提供する。目的のコード配列(例えば、遺伝子治療の用途に有用な配列)は、遺伝子送達ベクターに挿入され得、当該分野で公知の技術を使用してレトロウイルス粒子中にパッケージングされる。次いで、組換えウイルスが単離され、そしてインビボまたはエキソビボのいずれかで、被験体の細胞に送達され得る。多数のレトロウイルス系は、例えば、以下に記載される:米国特許第5,219,740号;Millerら(1989)BioTechniques 7:980;Miller,A.D.(1990)Human Gene Therapy 1:5;Scarpaら(1991)Virology 180:849;Burnsら(1993)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:8033;Boris−Lawrieら、(1993) Cur.Opin.Genet.Develop.3:102;GB 2200651;EP 0415731;EP 0345242;WO 89/02468;WO 89/05349;WO 89/09271;WO 90/02806;WO 90/07936;WO 90/07936;WO 94/03622;WO 93/25698;WO 93/25234;WO 93/11230;WO 93/10218;WO 91/02805;U.S.5,219,740;U.S.4,405,712;U.S.4,861,719;U.S.4,980,289およびU.S.4,777,127;米国出願番号07/800,921;およびVile(1993)Cancer Res 53:3860−3864;Vile(1993)Cancer Res 53:962−967;Ram(1993)Cancer Res 53:83−88;Takamiya(1992)J Neurosci Res 33:493−503;Baba(1993)J Neurosurg 79:729−735;Mann(1983)Cell 33:153;Cane(1984)Proc Natl Acad Sci USA 81:6349;ならびにMiller(1990)Human Gene Therapy 1。
他の実施形態において、遺伝子移入ベクターは、サイトカインまたは他の免疫調節性分子をコードするように構築され得る。例えば、ネイティブのIL−2およびγ−インターフェロンをコードする核酸配列は、それぞれ、米国特許第4,738,927号および同第5,326,859号に記載される様にして、得られ得、一方、これらのタンパク質の有用なムテインは、米国特許第4,853,332号に記載されるようにして得られ得る。mCSFの短い形態および長い形態をコードする核酸配列は、それぞれ、米国特許第4,847,201号および同第4,879,227号に記載されるようにして得られ得る。本発明の特定の局面において、サイトカインを発現するレトロウイルスベクターまたは免疫調節性遺伝子は、本明細書中(例えば、本発明のパッケージング細胞株を使用する)および国際出願番号PCT US 94/02951(表題「Compositions and Methods for Cancer Immunotherapy」)に記載されるようにして、生成され得る。
本明細書中で使用するために適切な免疫調節性分子の例としては、以下が挙げられる:IL−1およびIL−2(Karupiahら、(1990)J.Immunology 144:290−298,Weberら、(1987)J.Exp.Med.166:1716−1733,Gansbacherら、(1990)J.Exp.Med.172:1217−1224および米国特許第4,738,927号);IL−3およびIL−4(Tepperら、(1989)Cell 57:503−512,Golumbekら、(1991)Science 254:713−716および米国特許第5,017,691);IL−5およびIL−6(Brakenhofら(1987)J.Immunol.139:4116−4121および国際公開番号WO90/06370号);IL−7(米国特許第4,965,195号);IL−8、IL−9、IL−10、IL−11、IL−12およびIL−13(Cytokine Bulletin,Summer 1994);IL−14およびIL−15;α−インターフェロン(Finterら、(1991)Drugs 42:749−765,米国特許第4,892,743号および同第4,966,843号、国際公開番号WO85/02862,Nagataら(1980)Nature 284:316−320,Famillettiら(1981)Methods in Enz.78:387−394,Twuら(1989)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:2046−2050,およびFaktorら、(1990)Oncogene 5:867−872);β−インターフェロン(Seifら、(1991)J.Virol.65:664−671);γ−インターフェロン(Radfordら(1991)The American Society of Hepatology 20082015,Watanabeら(1989)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:9456−9460,Gansbacherら(1990)Cancer Research 50:7820−7825,Maioら、(1989)Can.Immunol.Immunother.30:34−42、ならびに米国特許第4,762,791号および同第4,727,138号);G−CSF(米国特許第4,999,291号および同第4,810,643号);GM−CSF(国際公開番号WO85/04188)。
免疫調節性因子はまた、これらの分子に対するアゴニスト、アンタゴニストまたはリガンドであり得る。例えば、可溶性形態のレセプターは、しばしば、変異形態の因子自体と同様に、これらの型の因子に対するアンタゴニストとして挙動し得る。
上記の基質をコードする核酸分子、および本発明での使用に有利である他の核酸分子は、種々の供給源(例えば、American Type Culture Collectionのような寄託所を含む)から、またはBritish Bio−Technology Limited(Cowley,Oxford England)のような商業的供給源から容易に得られ得る。代表的な例としては、BBG12(127個のアミノ酸の成熟タンパク質をコードするGM−CSF遺伝子を含む)、BBG6(これは、γインターフェロンをコードする配列を含む)、A.T.C.C.寄託番号39656(これは、TNFをコードする配列を含む)、A.T.C.C.寄託番号20663(これは,αインターフェロンをコードする配列を含む)、A.T.C.C.寄託番号31902、31902および39517(これは、βインターフェロンをコードする配列を含む)、A.T.C.C.寄託番号67024(これは、インターロイキン1bをコードする配列を含む)、A.T.C.C.寄託番号39405、39452、39516、39626および39673(これは、インターロイキン2をコードする配列を含む)、A.T.C.C.寄託番号59399、59398および67326(これは、インターロイキン3をコードする配列を含む)、A.T.C.C.寄託番号57592(これは、インターロイキン4をコードする配列を含む)、A.T.C.C.寄託番号59394および59395(これは、インターロイキン5をコードする配列を含む)、ならびにA.T.C.C.寄託番号67153(これは、インターロイキン6をコードする配列を含む)が挙げられる。
サイトカイン遺伝子または免疫調節遺伝子を含むプラスミド(国際公開番号WO94/02951およびWO96/21015)は、適切な制限酵素で消化され得、そして目的の特定の遺伝子を含むDNAフラグメントは、標準的な分子生物学的技術(例えば、Sambrookら、前出、またはAusbelら(編)Current Protocols in Molecular Biology、Greene Publishing and Wiley−Interscience)を使用して、遺伝子伝達ベクターに挿入され得る。
上記の分子をコードするポリヌクレオチド配列は、例えば、遺伝子を発現する細胞からcDNAおよびゲノムライブラリーをスクリーニングすることによって、またはこれを含むことが公知のベクターから遺伝子を誘導することによって組換え方法を用いて得られ得る。例えば、変更された細胞産物をコードする配列を含むプラスミドは、A.T.C.C.のような寄託所からまたは商業的供給源から得られ得る。目的のヌクレオチド配列を含むプラスミドは、適切な制限酵素で消化され得、そしてこのヌクレオチド配列を含むDNAフラグメントは、標準的な分子生物学的技術を使用して遺伝子導入ベクターに挿入され得る。
あるいは、本発明による使用のためのcDNA配列は、標準的な技術(例えば、フェノール抽出およびcDNAまたはゲノムDNAのPCR)を使用して、配列を発現するか、または含む細胞から得られ得る。例えば、Sambrookら、前出(DNAを得るためおよびDNAを単離するために使用される技術の記載)を参照のこと。簡潔には、目的の遺伝子を発現する細胞由来のmRNAは、オリゴ−dTまたはランダムプライマーを使用して、逆転写酵素で逆転写され得る。次いで、この単鎖cDNAは、所望の配列のいずれかの側の配列に相補的なオリゴヌクレオチドプライマーを使用して、PCRによって増幅され得る(米国特許第4,683,202号、同第4,683,195号、および同第4,800,159号を参照のこと、またPCR Technology:Principles and Applications for DNA Amplification,Erlich(編),Stockton Press,1989を参照のこと)。
目的のヌクレオチド配列はまた、DNA合成器(例えば、Applied Biosystems Model 392 DNA Synthesizer(ABI、Foster City,Californiaから市販されている))を使用して、クローン化ではなく合成により生成され得る。このヌクレオチド配列は、所望される発現産物の適切なコドンを用いて設計され得る。完全な配列が、標準的な方法によって調製されたオーバーラップオリゴヌクレオチドから組み立てられ、そして完全なコード配列に組み立てられる。例えば、Edge(1981)Nature 292:756;Nambairら(1984)Science 223:1299;Jayら(1984)J.Biol.Chem.259:6311を参照のこと。
本発明の合成発現カセットは、レトロウイルスベクターを用いる使用のためのパッケージング細胞株の構築において使用され得る。
1つの型のレトロウイルス、マウスの白血病ウイルス、または「MLV」は、遺伝子治療適用のために広範に利用されている(一般に、Mannら(Cell 33:153,1993)、CaneおよびMulligan(Proc,Nat’l.Acad.Sci.USA 81:6349,1984)、ならびにMillerら,Human Gene Therapy 1:5−14,1990を参照のこと)。
レンチウイルスベクターは、代表的に、5’レンチウイルスLTR、tRNA結合部位、パーケージングシグナル、1個以上の目的の遺伝子に作動可能に連結したプロモーター、第2のDNA鎖合成の起点、および3’レンチウイルスLTRを含み、ここで、このレンチウイルスベクターは、核輸送エレメントを含む。この核輸送エレメントは、目的のコード配列(例えば、本発明の合成Gagまたは合成Envの発現カセット)の上流(5’)または下流(3’)のいずれかに配置され得る。特定の実施形態において、核輸送エレメントは、RREではない。一実施形態において、パッケージングシグナルは、伸長されたパッケージングシグナルである。他の実施形態において、このプロモーターは、組織特異的なプロモーターであるか、あるいはCMVのようなプロモーターである。他の実施形態において、このレンチウイルスベクターは、内部リボソーム導入部位(entry site)をさらに含む。
広範な種々のレンチウイルスは、本発明の脈絡内で利用され得、例えば、HIV、HIV−1、HIV−2、FIVおよびSIVからなる群から選択されるレンチウイルスが挙げられる。
本発明のなお別の局面において、宿主細胞(例えば、パッケージング細胞株)(本明細書中に記載される発現カセットのいずれかを含む)が、提供される。例えば、一局面内において、パッケージング細胞株(合成Gagポリメラーゼをコードする配列、および核輸送エレメントを含む発現カセットを含む)が、提供され、ここで、このプロモーターは、Gagポリメラーゼをコードする配列に作動可能に連結される。パッケージング細胞株は、プロモーターおよびtat、rev、またはエンベロープをコードする配列をさらに含み得、ここで、このプロモーターは、tat、rev、Envをコードする配列、またはこれらのタンパク質の改変バージョンをコードする配列に作動可能に連結される。このパッケージング細胞株は、他のHIV遺伝子コード配列のいずれか1つ以上をコードする配列をさらに含み得る。
一実施形態において、発現カセット(例えば、合成Gagポリメラーゼを保有する)は、安定に組み込まれる。このパッケージング細胞株は、レンチウイルスベクターの導入により、代表的に粒子を生成する。この合成発現カセットのプロモーター調節発現は、誘導性であり得る。代表的に、このパッケージング細胞株は、レンチウイルスベクターの導入により、複製コンピテントウイルスを本質的に含まない粒子を生成する。
パッケージング細胞株(合成Gagポリメラーゼ遺伝子の発現を指向する発現カセットを含むか、または本明細書中に記載される合成Env遺伝子の発現を指向する発現カセットを含む)が、提供される。(他の改変Env配列の記載に関して、Andre,S.ら、Journal of Virology 72(2):1497−1503、1998;Haas,J.ら、Current Biology 6(3):315−324、1996もまた参照のこと)。レンチウイルスベクターは、ベクター産生細胞株を生成するためにパッケージング細胞株に導入される。
上記のように、レンチウイルスベクターは、目的の選択された遺伝子または配列を保有または発現するように設計され得る。レンチウイルスベクターは、広範の種々のレンチウイルスから容易に構築され得る(RNA Tumor Viruses,第2版,Cold Spring Harbor Laboratory、1985を参照のこと)。レンチウイルスの代表的な例としては、HIV、HIV−1、HIV−2、FIVおよびSIVが挙げられる。このようなレンチウイルスは、患者の単離物から、あるいはより好ましくは、American Type Culture Collectionのような寄託所または収集機関から得られるか、あるいは、利用可能な技術を使用して公知の供給源から単離されるかのいずれかであり得る。
レンチウイルス遺伝子送達ベクター(またはビヒクル)の部分は、異なるウイルス由来であり得る。例えば、所定の組換えレンチウイルスベクターにおいて、LTRは、HIV、SIV由来のパッケージングシグナル、およびHrV−2由来の第2の鎖合成の起点由来であり得る。レンチウイルスベクター構築物は、5’レンチウイルスLTR、tRNA結合部位、パッケージングシグナル、1以上の異種配列、第2のDNA鎖合成の起点、および3’LTRを含み得、ここで、このレンチウイルスベクターは、RREではない核輸送エレメントを含む。
簡潔には、長い末端反復配列(「LTR」)は、U5、RおよびU3と命名された3つのエレメントに分けられる。これらのエレメントは、レトロウイルスの生物学的な活性に寄与する種々のシグナルを含み、これには、例えば、U3内に配置されるプロモーターエレメントおよびエンハンサーエレメントが挙げられる。LTRは、このゲノムのいずれかの末端でのそれらの正確な複製に起因して、プロウイルス(組み込まれたDNA形態)において容易に同定され得る。本明細書中で使用される場合、5’LTRは、5’プロモーターエレメントおよび十分なLTR配列を含み、逆転写およびこのベクターのDNA形態の組み込みを可能にすることが理解されるべきである。この3’LTRは、ポリアデニル化シグナル、および十分なLTR配列を含み、逆転写およびこのベクターのDNA形態の組み込みを可能にすることが理解されるべきである。
tRNA結合部位および第2のDNA鎖合成の起点はまた、レトロウイルスが生物学的に活性となるのに重要であり、そして当業者によって容易に同定され得る。例えば、レトロウイルスtRNAは、Watson−Crick塩基対によってtRNA結合部位に結合し、そしてウイルス粒子中にこのレトロウイルスゲノムを運搬する。次いでこのtRNAは、逆転写酵素によってDNA合成のためのプライマーとして利用される。このtRNA結合部位は、5’LTRからすぐ下流のその位置に基づいて容易に同定され得る。同様に、第2のDNA鎖合成の起点は、その名前から暗示されるように、レトロウイルスの第2のDNA鎖合成のために重要である。この領域(この領域は、ポリプリントラクト(tract)とも呼ばれる)は、3’LTRのすぐ上流に位置する。
5’LTRおよび3’LTR、tRNA結合部位、および第2のDNA鎖合成の起点に加えて、組換えレトロウイルスベクター構築物はまた、パッケージングシグナル、および目的の1つ以上の遺伝子またはコード配列を含み得る。さらに、このレンチウイルスベクターは、核輸送エレメント(好ましい実施形態において、RREではない)を有する。適切な核輸送エレメントの代表的な例としては、ラウス肉腫ウイルスのエレメント(Ogertら、J ViroL 70、3834−3843、1996)、ラウス肉腫ウイルスのエレメント(Liu & Mertz、Genes & Dev.、9、1766−1789、1995)およびシミアンレトロウイルスI型のゲノムのエレメント(Zolotukhinら、J Virol.68、7944−7952、1994)が挙げられる。他の潜在的なエレメントとしては、ヒストン遺伝子のエレメント(Kedes、Annu.Rev.Biochem.48、837−870、1970)、α−インターフェロン遺伝子(Nagataら、Nature 287、401−408、1980)、β−アドレナリン作用性レセプター遺伝子(Koilkaら、Nature 329、75−79、1987)、ならびにc−Jun遺伝子(Hattorieら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85、9148−9152、1988)が挙げられる。
組換えレンチウイルスベクター構築物は、代表的に、Gagポリメラーゼコード配列およびEnvコード配列の両方を欠失している。組換えレンチウイルスベクターは、代表的に、20個未満、好ましくは、15個、より好ましくは、10個、そして最も好ましくは、8個の連続したヌクレオチド(Gagポリメラーゼ遺伝子およびEnv遺伝子中に見出される)を含む。本発明の1つの利点は、合成Gagポリメラーゼ発現カセット(これは,組換えレトロウイルスベクター構築のためにパッケージング細胞株を構築するために使用され得る)が、野生型Gagポリメラーゼ配列に対してほとんど相同性を有さず、従って、合成配列と野生型配列との間の相同組換えの可能性をかなり減少または排除するということである。
レンチウイルスベクターはまた、目的の1個以上の遺伝子または配列の発現を駆動する組織特異的プロモーターを含み得る。
レンチウイルスベクター構築物は、目的の1個を超える遺伝子が発現されるように生成され得る。これは、ジシストロンカセットまたはオリゴシストロンカセット(例えば、このコード領域は、80個以下のヌクレオチドによって分離される(一般的に、Levinら、Gene 108:167−174、1991を参照のこと))の使用を介して、または内部リボソーム導入部位(IRES)の使用を介して達成され得る。
上記の組換えレトロウイルスベクター構築物と共に使用するのに適したパッケージング細胞株は、本明細書中で提供される開示から容易に調製され得る。簡潔には、このパッケージング細胞株が由来する親の細胞株は、種々の哺乳動物の細胞株から選択され得、これには、例えば、293細胞、RD細胞、COS−7細胞、CHO細胞、BHK細胞、VERO細胞、HT1080細胞、および骨髄腫細胞が挙げられる。
パッケージング細胞株の生成のために適切な宿主細胞の選択後、1個以上の発現カセットが、欠失されているベクター成分をイントランスで(in trans)補充または供給するために、細胞株中に導入される。
適切な合成HIVポリヌクレオチド配列の代表的な例は、本発明の発現カセットにおける使用について、本明細書中に記載される。上記のように、ネイティブのコード配列および/または合成のコード配列もまた、これらの発現カセットにおいて利用され得る。
上記の発現カセットを利用することにより、広範な種々のパッケージング細胞株が産生され得る。例えば、一局面において、パッケージング細胞株(合成Gagポリメラーゼをコードする配列、および核輸送エレメントを含む発現カセットを含む)が、提供され、ここで、このプロモーターは、Gagポリメラーゼをコードする配列に作動可能に連結される。他の局面において、パッケージング細胞株(プロモーター、およびtat、rev、Env、もしくは他のHIV抗原、またはそれら由来のエピトープをコードする配列を含む)が、提供され、ここで、このプロモーターは、tat、rev、Env、またはHIV抗原もしくはエピトープをコードする配列に作動可能に連結される。さらなる実施形態において、このパッケージング細胞株は、tat、rev、nef、vif、vpuまたはvprのうちいずれか1個以上をコードする配列を含み得る。例えば、このパッケージング細胞株は、tat、rev、nef、vif、vpuまたはvpr単独のみ、tat、revとnef、nefとvif、nefとvpu、nefとvpr、vifとvpu、vifとvpr、vpuとvpr、nef、vifとvpu、nef、vifとvpr、nef、vpuとvpr、vif、vpuとvpr、またはnef、vif、vpuとvprの4つ全てなどを含み得る。
1つの実施形態において、この発現カセットは、安定に集積される。別の実施形態において、このパッケージング細胞株は、レンチウイルスベクターの導入により、粒子を生成する。さらなる実施形態において、このプロモーターは、誘導性である。本発明の特定の好ましい実施形態において、このパッケージング細胞株は、レンチウイルスベクターの導入により、複製コンピテントウイルスを含まない粒子を生成する。
改変されたコード配列を含む合成カセットは、選択された細胞株にトランスフェクトされる。(i)代表的に、HIVコード配列の組み込まれた安定なコピーを保有し、そして(ii)これらのポリペプチドの受容可能なレベルを発現する、トランスフェクトされた細胞が選択される(発現は、本発明の開示の教示を考慮して、当該分野で公知の方法により評価され得る)。この細胞株がVLPを産生する能力もまた、実証され得る。
目的の配列は、上記のように適切なウイルスベクター中に構築される。次いで、この不完全なウイルスは、パッケージング細胞株にトランスフェクトされる。このパッケージング細胞株は、ウイルス様粒子を産生するのに必要なウイルス性機能を提供し、この粒子に目的の配列を含む不完全なウイルスゲノムをパッケージングする。次いで、これらのVLPが単離され、そして例えば、遺伝子送達または遺伝子治療に使用され得る。
さらに、このようなパッケージング細胞株はまた、VLPのみを産生するために使用され得、このVLPは、例えば、他の抗原と共に投与するためのアジュバンドとして、またはワクチン組成物に使用され得る。また、パッケージング細胞株中の、ポリペプチド(例えば、抗原)をコードする選択された目的の配列の同時発現はまた、結果として、この選択されたポリペプチドのVLP中への包理および/またはこの選択されたポリペプチドのVLPとの結合を生じ得る。
本発明の異なる実施形態の種々の形態(例えば、合成構築物)が、組み合わせられ得る。
(2.4.0 DNA免疫および遺伝子送達)
種々のHIVポリペプチド抗原、特にHIV抗原は、本発明の粒子中で使用され得る。HIV抗原は、DNA免疫構築物中に含まれ得、この構築物は、例えば、合成Env発現カセット、合成Gag発現カセット、合成pol誘導ポリペプチド発現カセット、1つ以上の補助的遺伝子もしくは調節遺伝子(例えば、tat、rev、nef、vif、vpu、vpr)をコードする配列を含む合成発現カセット、および/またはインフレームで、ポリペプチド抗原(合成または野生型)のコード配列に融合される合成Gag発現カセットを含み、この構築物の発現により、目的の抗原を提示するVLPが得られる。
本発明の実施に使用される特定の目的のHIV抗原としては、pol、tat、rev、nef、vif、vpu、vprおよび他のHIV−I(HTLV−III、LAV、ARVなどとしてもまた知られている)抗原またはそれら由来のエピトープ(例えば、gp120、gp41、gp160(ネイティブおよび改変体の両方)のような抗原が挙げられるが、これらに限定されない);Gag;ならびに種々の単離体由来のpol(多様なサブタイプ由来のHIVIIIb、HIVSF2、HIV−1SF162、HIV−1SF170、HIVLAV、HIVLAI、HIVMN、HIV−1CM235、HIV−1US4、種々のサブタイプ(例えば、サブタイプA〜G、およびO)由来の他のHIV−1株、HIV−2株および種々のサブタイプ(例えば、HIV−2UC1およびHIV−2UC2)が挙げられるが、これらに限定されない)。例えば、Myersら、Los Alamos Database、Los Alamos National Laboratory、Los Alamos、New Mexico;Myersら、Human Retroviruses and Aids、1990、Los Alamos、New Mexico;Los Alamos National Laboratoryを参照のこと。これらの抗原は、合成(本明細書中で記載されるような)または野生型であり得る。
効力を評価するために、本発明の合成発現カセットを使用したDNA免疫は、例えば、以下のように実施され得る。マウスは、tat/rev/nefの合成発現カセットで免疫される。他のマウスは、tat/rev/nefの野生型発現カセットで免疫される。プラスミドDNAを用いたマウスの免疫は、代表的には、この合成発現カセットがネイティブな発現カセットに対して免疫原性の明瞭な改良を提供することを示す。また、第2のブースト免疫は、例えば、約2週間後に、第2の免疫応答を誘導する。さらに、CTLアッセイの結果は、代表的には、DNA免疫による細胞毒性Tリンパ球(CTL)応答の誘導について、合成発現カセットの増強した効力を示す。
中和抗体の評価およびHIVに対する細胞性免疫応答に指向される例示的な霊長類の研究が、以下に記載される。
本発明は、広範の種々の抗原に対する免疫応答を増強し、そしてこれにより、感染、特にHIV感染を処置または予防するために使用され得ることが容易に明らかである。
(2.4.1 本発明の合成発現カセットの送達)
上記の分子をコードするポリヌクレオチド配列は、組換え方法を使用して、例えば、この遺伝子を発現する細胞からのcDNAライブラリーおよびゲノムライブラリーをスクリーニングすることによって、または遺伝子を含むことが知られているベクターから遺伝子を誘導することによって、得られ得る。さらに、所望の遺伝子は、標準的な技術(例えば、cDNAまたはゲノムDNAのフェノール抽出およびPCR)を使用して、この遺伝子を含む細胞および組織から直接的に単離され得る。DNAを得るためおよび単離するために使用される技術の記載について、例えば、Sambrookら、前出を参照のこと。目的の遺伝子はまた、クローン化ではなく、合成により産生され得る。このヌクレオチド配列は、所望される特定のアミノ酸配列について、適切なコドンで設計され得る。一般に、配列が発現される、意図される宿主に対して、好ましいコドンを選択する。完全な配列は、標準的な方法によって調製されるオーバーラップオリゴヌクレオチドから組み立てられ、そして完全なコード配列へと組み立てられる。例えば、Edge、Nature(1981)292:756;Nambairら、Science(1984)223:1299;Jayら、J.Biol.Chem.(1984)259:6311;Stemmer、W.P.C.、(1995)Gene 164:49〜53を参照のこと。
次に、所望の抗原をコードする遺伝子配列は、本発明の合成発現カセットを含むベクターに挿入され得る。1つの実施形態において、選択される抗原をコードするポリヌクレオチドは、発現ベクター(例えば、第一のベクターにおけるEnvコードポリヌクレオチド、第二のベクターにおけるGagコードポリヌクレオチド、第三のベクターにおけるPol誘導化ポリペプチドコードポリヌクレオチド、さらなるベクターにおけるtatコードポリヌクレオチド、revコードポリヌクレオチド、nefコードポリヌクレオチド、vifコードポリヌクレオチド、vpuコードポリヌクレオチド、vprコードポリヌクレオチド、など)に別個クローン化される。特定の実施形態において、抗原は、合成Gagコード配列に挿入されるかまたは隣接し、その結果、結合された配列が発現される場合に、Gagポリペプチドおよび目的の抗原(例えば、Env(ネイティブまたは改変体)またはHIV由来の他の抗原(ネイティブまたは改変体))を含むVLPの産物を生じる。挿入は、コード配列内またはコード配列のいずれかの末端(発現されたGagポリペプチドの5’アミノ末端;または発現されたGagポリペプチドの3’カルボキシ末端)で作製され得る(Wagner,Rら、Arch Virol.127:117−137、1992;Wagner,R.ら、Virology 200:162−175、1994;Wu,X.ら、J.Virol.69(6):3389−3398、1995;Wang,C−T.ら、Virology 200:524−534、1994;Chazal,N.ら、Virology 68(1):111−122、1994;Griffiths,J.C.ら、J.Virol.67(6):3191−3198、1993;Reicin,A.S.ら、J.Virol.69(2):642−650、1995)。
p55Gagのコード配列の50%までは、ウイルス様粒子への組み立ておよび発現効率に影響を与えることなく欠失され得る(Borsetti,A.ら、J.Virol.72(11):9313−9317、1998;Gamier,L.ら、J Virol 72(6):4667−4677、1998;Zhang,Y.ら、J Virol 72(3):1782−1789、1998;Wang,C.ら、J Virol 72(10):7950−7959、1998)。本発明の一実施形態において、合成Gag発現カセットを高レベルで発現する免疫原性は、異なる構造または非構造のHIV抗原、マルチエピトープカセット、またはサイトカイン配列をGag配列の欠失領域に挿入することによって増加され得る。このような欠失は、本発明の教示および当業者に利用可能な情報に従って作製され得る。異種ポリペプチドに融合された全長配列を使用するのに対する、本アプローチの1つの可能な利点は、発現産物のより高い発現効率/分泌効率であり得る。
配列が、Gagのアミノ末端に付加される場合、ポリヌクレオチドは、ミリスチン部分のGag含有ポリペプチドへの付加のためのシグナルをコードする、5’末端のコード配列(例えば、Met−Glyをコードする配列)を含み得る。
Gag含有ポリペプチド構築物がVLPを形成する能力は、本明細書の教示に従って実験的に決定され得る。
合成発現カセットはまた、コード配列に作動可能に連結された制御エレメントを含み得、これは、目的の種においてインビボで遺伝子の発現を可能にする。例えば、哺乳動物細胞発現の代表的なプロモーターとしては、SV40初期プロモーター、CMVプロモーター(例えば、CMV極初期プロモーター)、マウス乳腺ガンウイルスLTRプロモーター、アデノウイルス主要後期プロモーター(Ad MLP)、および単純疱疹ウイルスプロモーターなどが挙げられる。他の非ウイルスプロモーター(例えば、マウスメタロチオネイン(metallothionein)遺伝子)に由来するプロモーター)はまた、哺乳動物発現についての使用を見出す。代表的には、転写終止およびポリアデニル化配列もまた存在し、翻訳終止コドンの3’側に位置する。好ましくは、翻訳の開始の最適化のための配列(コード配列の5’側に配置する)もまた存在する。転写ターミネーター/ポリアデニル化シグナルの例としては、上記Sambrookらに記載される、SV40由来のもの、ならびにウシ成長ホルモンターミネーター配列が挙げられる。
エンハンサーエレメントはまた、哺乳動物構築物の発現レベルを増加するために本明細書中で使用され得る。例としては、SV40初期遺伝子エンハンサー(Dijkemaら、EMBO J.(1985)4:761に記載される)、Rous Sarcomaウイルスの長い末端反復(LTR)から誘導されるエンハンサー/プロモーター(Gormanら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1982b)79:6777に記載される)およびヒトCMVに由来するエレメント(Boshartら、Cell(1985)41:521に記載される)(例えば、CMVイントロンA配列に含まれるエレメント)が挙げられる。
さらに、キメラ抗原−コード遺伝子配列を含み、例えば、1つより多くのウイルス単離体に由来する、例えば、目的の複数抗原/エピトープをコードする、プラスミドが構築され得る。
代表的には、抗原コード配列は、合成コード配列に先行するか、または後に続き、キメラ性転写単位は、目的の抗原および合成コード配列の両方をコードする単一のオープンリーディングフレームを有する。あるいは、マルチシストロン性カセット(例えば、二シストロン性カセット)が、EMCV IRESなどを使用して単一のmRNAからの複数の抗原の発現を可能にするように構築され得る(実施例7)。
本発明の1つの実施形態において、核酸免疫組成物は、例えば、以下:Gag発現カセットを含む第1の発現ベクター、Env発現カセットを含む第2の発現ベクター、およびPol発現カセットを含む第3の発現ベクター、または1つ以上のPolのコード領域(例えば、Prot、RT、RNase、Int)を含み得、ここでさらなる抗原コード配列は、Pol発現と関連し得、このような抗原は、例えば、アクセサリー遺伝子(例えば、vpr、vpu、vif)、調節遺伝子(例えば、nef、tat、rev)、またはPol配列の一部(例えば、Prot、RT、RNase、Int)から得られ得る。別の実施形態において、核酸免疫組成物は、例えば、本発明の合成ポリヌクレオチド配列のいずれかを含む発現カセットを含み得る。別の実施形態において、核酸免疫組成物は、例えば、多くのHIV遺伝子(またはこのような遺伝子に由来する配列)のコード配列を含む発現カセットを含み得、ここでこのコード配列は、インフレームであり、そして単一のプロモーターの制御下にある(例えば、Gag−Env構築物、Tat−Rev−Nef構築物、P2Pol−tat−rev−nef構築物など)。本発明の合成コード配列は、コード配列産物(すなわち、HIVポリペプチド)に依存して任意の数の組み合わせで組み合わされ得、例えば、このコード配列産物に対して免疫応答が惹起されることが所望される。さらに別の実施形態において、複数のHIV由来のポリペプチドの合成コード配列は、単一のプロモーターの制御下のポリシストロン性メッセージに構築され得、ここでIRESは、各コードされたポリペプチドのコード配列の近傍に配置される。
本発明の例示的な合成ポリヌクレオチドおよび/または発現カセットは、例えば、以下を含み得る:Tat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC);p2Pol(TypeB)Tat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC);p2Pol(TypeC)Tat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC);GagcomplPol Tat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC)(ここで、GagcomplPolは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);p2PolTat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC)(ここで、p2Polは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);PolTat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC)(ここで、Polは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);ProtRTTat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC)(ここで、ProtRTは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);ProtTat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC)(ここで、Protは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);ならびにGagTat(TypeB)Rev(TypeB)Nef(TypeB)Tat(TypeC)Rev(TypeC)Nef(TypeC)(ここで、Gagは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る)。
さらに、本発明の合成ポリヌクレオチドおよび/または発現カセットは、例えば、以下を含み得る:Vif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC);p2Pol(TypeB)Vif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC);p2Pol(TypeC)Vif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC);GagcomplPolVif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC)(ここで、GagcomplPolは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);p2PolVif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC)(ここで、p2Polは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);PolVif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC)(ここで、Polは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);ProtRTVif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC)(ここで、ProtRTは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);ProtVif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC)(ここで、Protは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る);ならびにGagVif(TypeB)Vpr(TypeB)Vpu(TypeB)Vif(TypeC)Vpr(TypeC)Vpu(TypeC)(ここで、Gagは、例えば、任意のサブタイプ由来であり得るか、あるいは種々のサブタイプ由来のコンセンサス配列に基づき得る)。
1つの一般的な実施形態において、本発明の合成ポリヌクレオチドおよび発現カセットは、例えば、以下を含み得る:Intのタンデム反復(ここで、遺伝子産物コード配列の少なくとも2つは、異なったHIV型(例えば、A−G、O)由来である);Tat−Rev−Nef(ここで、遺伝子産物コード配列の少なくとも2つは、異なったHIV型(例えば、A−G、O)由来である);Tat−Rev−Nefコード配列のタンデム反復(ここで、遺伝子産物コード配列の少なくとも2つは、異なったHIV型(例えば、A−G、O)由来である);Vif−Vpr−Vpu(ここで、遺伝子産物コード配列の少なくとも2つは、異なったHIV型(例えば、A−G、O)由来である);Vif−Vpr−Vpuコード配列のタンデム反復(ここで、遺伝子産物コード配列の少なくとも2つは、異なったHIV型(例えば、A−G、O)由来である);およびTat−Rev−Nef−Vif−Vpr−Vpu(ここで、遺伝子産物コード配列の少なくとも2つは、異なったHIV型(例えば、A−G、O)由来である);ならびにTat−Rev−Nef−Vif−Vpr−Vpuコード配列のタンデム反復(ここで、遺伝子産物コード配列の少なくとも2つは、異なったHIV型(例えば、A−G、O)由来である)。
このような合成ポリヌクレオチドコード配列(例えば、本明細書中で上述されるような)は、機能的遺伝子産物をコードし得るか、または(野生型と比較して)減少、減弱、不活性化、除去、または合成ポリヌクレオチドにコードされる遺伝子産物に非機能的な活性を与えるように変異され得る。合成ポリヌクレオチド内のコード配列の順序は、変動され得る。最適な順序は、例えば、標的細胞型における産物の所望の発現レベルを得ることに基づいて実験的に決定され得る。
一旦完成すると、この構築物は、標準の遺伝子送達プロトコルを使用して核酸免疫のために使用される。遺伝子送達方法は、当該分野で公知である。例えば、米国特許第5,399,346号、同第5,580,859号、同第5,589,466号を参照のこと。遺伝子は、脊椎動物被験体に直接送達され得るか、あるいは被験体に由来する細胞にエキソビボで送達され得、そしてこの細胞は、被験体に再移植される。
多くのウイルスベースの系が、哺乳動物細胞への遺伝子送達のために開発されている。例えば、レトロウイルスは、遺伝子送達系のための便利な基盤を提供する。選択された配列は、ベクターに挿入され得、そして当該分野で公知の技術を使用して、レトロウイルス粒子中にパッケージングされ得る。次いで、組換えウイルスは単離され得、そしてインビボまたはエキソビボのいずれかで、被験体の細胞に送達され得る。多くのレトロウイルス系が、記載されてきた(米国特許第5,219,740号;MillerおよびRosman、BioTechniques(1989)7:980−990;Miller,A.D.,Human Gene Therapy(1990)1:5−14;Scarpaら、Virology(1991)180:849−852;Burnsら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1993)90:8033−8037;ならびにBoris−LawrieおよびTemin,Cur.Opin.Genet.Develop.(1993)3:102−109)。
多くのアデノウイルスベクターがまた、記載されてきた。宿主ゲノムに組込むレトロウイルスとは違い、アデノウイルスは、染色体外に存在し、それ故、挿入突然変異誘発に関連する危険性を最小化する(Haj−AhmadおよびGraham,J.Virol.(1986)57:267−274;Bettら、J.Virol.(1993)67:5911−5921;Mitterederら、Human Gene Therapy(1994)5:717−729;Sethら、J.Virol.(1994)68:933−940;Barrら、Gene Therapy(1994)1:51−58;Berkner,K.L.BioTechniques(1988)6:616−629;ならびにRichら、Human Gene Therapy(1993)4:461−476)。
さらに、種々のアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクター系が、遺伝子送達のために開発されている。AAVベクターは、当該分野で周知の技術を使用して容易に構築され得る。例えば、米国特許第5,173,414号および同第5,139,941号;国際公開第WO92/01070号(1992年1月23日に公開された)およびWO93/03769号(1993年3月4日に公開された);Lebkowskiら、Molec.Cell.Biol.(1988)8:3988−3996;Vincentら、Vaccines 90(1990)(Cold Spring Harbor Laboratory Press);Carter,B.J.Current Opinion in Biotechnology(1992)3:533−539;Muzyczka,N.Current Topics in Microbiol.and Immunol.(1992)158:97−129;Kotin,R.M.Human Gene Therapy(1994)5:793−801;ShellingおよびSmith,Gene Therapy(1994)1:165−169;ならびにZhouら、J.Exp.Med.(1994)179:1867−1875を参照のこと。
本発明のポリヌクレオチドを送達するために有用な別のベクター系は、Small,Jr.,P.A.ら(1997年10月14日に発行された米国特許第5,676,950号)によって記載される、腸内投与される組換えポックスウイルスワクチンである。
目的の抗原をコードする核酸分子を送達するための用途が見出されるさらなるウイルスベクターとしては、ポックスファミリーのウイルス(ワクシニアウイルスおよび鳥類ポックスウイルスを含む)に由来する抗原が挙げられる。例として、遺伝子を発現するワクシニアウイルス組換体は、以下のように構築され得る。特定の合成HIVポリペプチドコード配列をコードするDNAは、適切なベクターにまず挿入され、その結果、このDNAは、ワクシニアプロモーターの近傍に存在し、そしてワクシニアDNA配列(例えば、チミジンキナーゼ(TK)をコードする配列)に隣接する。このベクターは、次いで、ワクシニアで同時に感染される細胞をトランスフェクトするために使用される。相同組換えは、ワクシニアプロモーターおよび目的のコード配列をコードする遺伝子をウイルスゲノムに挿入するように作用する。得られたTK組換体は、細胞を5−ブロモデオキシウリジンの存在下で培養し、そして5−ブロモデオキシウリジンに耐性のウイルスプラークを選び取ることによって選択され得る。
あるいは、アビポックスウイルス(例えば、鶏痘ウイルスおよびカナリア痘ウイルス)は、遺伝子を送達するためにもまた使用され得る。組換えアビポックスウイルス(哺乳動物病原由来の免疫原を発現する)は、非鳥類種に投与される場合、保護免疫を付与することが公知である。アビポックスベクターの使用は、特に、ヒトおよび他の哺乳動物種において望ましい。なぜなら、アビポックス属のメンバーは、感受性の鳥類種においてのみ、生産的に複製し得、従って、哺乳動物細胞では感染性ではない。組換えアビポックスウイルスを産生するための方法は、当該分野で公知であり、そしてワクシニアウイルスの産生に関して上記されるような遺伝的組換えを使用する。例えば、WO91/12882号;WO89/03429号;およびWO92/03545号を参照のこと。
分子結合体ベクター(例えば、Michaelら、J.Biol.Chem.(1993)268:6866−6869およびWagnerら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1992)89:6099−6103に記載される、アデノウイルスキメラベクター)もまた、遺伝子送達のために使用され得る。
アルファウイルス属のメンバー(例えば、シンドビウイルス、セムリキ森林ウイルス、およびベネズエラウマ脳髄膜炎ウイルス由来のベクターであるが、これらに限定されない)はまた、本発明のポリヌクレオチドを(例えば、合成Gag−ポリペプチドコード発現カセット)送達するためのウイルスベクターとしての用途を見出す。本発明の方法の実施のために有用なシンドビスウイルス由来ベクターの記載については、Dubenskyら、J.Virol.(1996)70:508−519;および国際公開第WO95/07995号およびWO96/17072号;ならびにDubensky,Jr.,T.W.ら、米国特許第5,843,723号(1998年12月1日に発行された)、およびDubensky,Jr.,T.W.,同第5,789,245号(1998年8月4日に発行された)を参照のこと。好ましい発現系としては、真核生物階層(layered)ベクター開始系(例えば、米国特許第6,015,686号、同第5,814,482号、同第6,015,694号、同第5,789,245号、EP1029068A2号、WO9918226A2/A3号、EP00907746A2号、WO9738087A2号)が挙げられるがこれらに限定されない。
ワクシニアベースの感染/トランスフェクション系は、宿主細胞中で目的のコード配列の誘導性の一過性の発現を提供するために便利に使用され得る。この系において、細胞は、バクテリオファージT7 RNAポリメラーゼをコードするワクシニアウイルス組換体を用いてインビトロでまず感染される。このポリメラーゼは、これがT7プロモーターを保持するテンプレートだけを転写するという点で優れた特異性を示す。感染後、細胞は、目的のポリヌクレオチドで感染され、このポリヌクレオチドは、T7プロモーターによって駆動される。ワクシニアウイルス組換体から、細胞質において発現されるポリメラーゼは、トランスフェクトされたDNAをRNAに転写し、このRNAは、次いで、宿主翻訳機構によってタンパク質へと翻訳される。この方法は、多量のRNAおよびその翻訳産物の、高レベルな一過性の細胞質産生を提供する。例えば、Elroy−SteinおよびMoss,Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1990)87:6743−6747;Fuerstら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1986)83:8122−8126を参照のこと。
ワクシニアウイルス組換体またはアビポックスウイルス組換体での感染あるいは他のウイルスベクターを使用する遺伝子の送達に対する、代替的アプローチとして、宿主細胞への導入後に高レベルの発現を誘導する増幅系が、使用され得る。具体的には、T7 RNAポリメラーゼについてのコード領域に先行するT7 RNAポリメラーゼプロモーターが、遺伝子操作され得る。このテンプレート由来のRNAの翻訳によって、T7 RNAポリメラーゼが産生され、このT7 RNAポリメラーゼが、次いで、テンプレートをより転写する。同時に、T7プロモーターの制御下で発現されるcDNAが存在する。従って、増幅テンプレートRNAの翻訳から産生されるT7 RNAポリメラーゼのいくらかは、所望の遺伝子の転写を導く。いくらかのT7 RNAポリメラーゼが、増幅を開始するために必要とされるので、T7 RNAポリメラーゼは、テンプレートと共に細胞中に導入され、転写反応を開始し得る。このポリメラーゼは、タンパク質として、またはRNAポリメラーゼをコードするプラスミド上に導入され得る。T7系および細胞を形質転換するためのこれらの用途のさらなる考察については、例えば、国際公開第WO94/26911号;StudierおよびMoffatt,J.Mol.Biol.(1986)189:113−130;DengおよびWolff,Gene(1994)143:245−249;Gaoら、Biochem.Biophys.Res.Commun.(1994)200:1201−1206;GaoおよびHuang,Nuc.Acids Res.(1993)21:2867−2872;Chenら、Nuc.Acids Res.(1994)22:2114−2120;ならびに米国特許第5,135,855号を参照のこと。
本発明の発現カセットの送達はまた、CMV由来のエレメントを含む真核生物発現ベクターを使用して達成され得、このようなベクターとしては、以下:pCMVKm2、pCMV−link pCMVPLEdhfr、およびpCMV6a(全て上記される)が挙げられるがこれらに限定されない。
目的の合成発現カセットはまた、ウイルスベクターなしに送達され得る。例えば、合成発現カセットは、被験体または被験体由来の細胞へと送達される前に、リポソーム中にパッケージングされ得る。脂質カプセル化は、一般的に、リポソームを使用して達成され得、このリポソームは、核酸を安定に結合または閉じ込め、そして保持し得る。濃縮DNAの脂質調製物に対する比は、変化し得るが、一般的に、約1:1(mg DNA:μモル脂質)であるか、または脂質がより多い。核酸の送達のためのキャリアとしてのリポソームの使用の概説については、HugおよびSleight,Biochim.Biophys.Acta.(1991)1097:1−17;Straubingerら、Methods of Enzymology(1983),第101巻,512頁〜527頁を参照のこと。
本発明における使用のためのリポソーム調製物としては、カチオン性(正に荷電した)調製物、アニオン性(負に荷電した)調製物、および中性調製物が挙げられ、カチオン性リポソームが特に好ましい。カチオン性リポソームは、プラスミドDNA(Felgnerら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1987)84:7413−7416);mRNA(Maloneら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1989)86:6077−6081);および機能的形態の精製された転写因子(Debsら、J.Biol.Chem.(1990)265:10189−10192)の細胞内送達を媒介することが示されている。
カチオン性リポソームは、容易に入手できる。例えば、N[1−2,3−ジオレイルオキシ)プロピル]−N,N,N−トリエチルアンモニウム(DOTMA)リポソームは、GIBCO BRL,Grand Island,NYから、Lipofectinの商標名で入手可能である(Felgnerら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1987)84:7413−7416もまた参照のこと)。他の市販の脂質としては、(DDAB/DOPE)およびDOTAP/DOPE(Boerhinger)が挙げられる。他のカチオン性リポソームは、当該分野で周知の技術を使用して、容易に入手可能な材料から調製され得る。例えば、Szokaら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1978)75:4194−4198;DOTAP(1,2−ビス(オレオイルオキシ)−3−(トリメチルアンモニオ)プロパン)リポソームの合成の記載については、PCT公開第WO90/11092号を参照のこと。
同様に、アニオン性リポソームおよび中性リポソームは、例えば、Avanti Polar Lipids(Birmingham,AL)から容易に入手可能であるか、または容易に入手可能な材料を使用して容易に調製され得る。このような材料としては、とりわけ、ホスファチジルコリン、コレステロール、ホスファチジルエタノールアミン、ジオレイルホスファチジルコリン(DOPC)、ジオレイルホスファチジルグリセロール(DOPG)、ジオレイルホスファチジルエタノールアミン(DOPE)が挙げられる。これらの材料はまた、DOTMA出発材料およびDOTAP出発材料と適切な比で混合され得る。これらの材料を使用してリポソームを作製する方法は、当該分野で周知である。
リポソームは、多層小胞(MLV)、小さな単層小胞(SUV)、または大きな単層小胞(LUV)を含み得る。種々のリポソーム−核酸複合体は、当該分野で公知の方法を使用して調製される。例えば、Straubingerら、METHODS OF IMMUNOLOGY(1983),第101巻,512頁〜527頁;Szokaら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1978)75:4194−4198;Papahadjopoulosら、Biochim.Biophys.Acta(1975)394:483;Wilsonら、Cell(1979)17:77);DeamerおよびBangham,Biochim.Biophys.Acta(1976)443:629;Ostroら、Biochem.Biophys.Res.Commun.(1977)76:836;Fraleyら、Proc.Natl.Acad,Sci.USA(1979)76:3348);EnochおよびStrittmatter,Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1979)76:145);Fraleyら、J.Biol.Chem.(1980)255:10431;SzokaおよびPapahadjopoulos,Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1978)75:145;ならびにSchaefer−Ridderら、Science(1982)215:166を参照のこと。
DNAおよび/またはタンパク質抗原はまた、Papahadjopoulosら、Biochem.Biophys.Acta.(1975)394:483−491によって記載されるものに類似する渦巻型脂質組成物で送達され得る。米国特許第4,663,161号および同第4,871,488号もまた参照のこと。
目的の合成発現カセットはまた、粒子状キャリアに被包され得るか、それに吸着され得るか、またはそれと結合され得る。このようなキャリアは、複数コピーの選択された抗原を免疫系に示し、局所的なリンパ節中で、抗原の捕捉および保持を促進する。粒子は、マクロファージによって食作用され得、そしてサイトカイン放出を介して抗原提示を強化し得る。粒子状キャリアの例としては、ポリメタクリル酸メチルポリマーに由来するキャリアならびにポリ(ラクチド)およびポリ(ラクチド−コ−グリコリド)(PLGとして公知)に由来する微粒子が挙げられる。例えば、Jefferyら、Pharm.Res.(1993)10:362−368;McGee JPら、J Microencapsul.14(2):197−210,1997;O’Hagan DTら、Vaccine 11(2):149−54,1993を参照のこと。適切な微粒子はまた、荷電界面活性剤(例えば、アニオン性界面活性剤またはカチオン性界面活性剤)の存在下で製造され、正味の負電荷または正味の正電荷を有する表面を有する微粒子を得ることができる。例えば、アニオン性界面活性剤(例えば、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)を用いて製造された巨大粒子(すなわち、CTAB−PLG微粒子))は、例えばDNAのような負に荷電した巨大粒子を吸着する。(例えば、国際出願番号PCT/US99/17308を参照のこと)。
さらに、他の粒子状系およびポリマーは、目的の遺伝子のインビボまたはエキソビボでの送達のために使用され得る。例えば、ポリマー(例えば、ポリリジン、ポリアルギニン、ポリオルニチン、スペルミン、スペルミジン、およびこれらの分子の結合体)は、目的の核酸を移入するために有用である。同様に、DEAEデキストラン媒介性トランスフェクション、リン酸カルシウム沈殿、他の不溶性無機酸塩(例えば、リン酸ストロンチウム、ケイ酸アルミニウム(ベントナイトおよびカオリンを含む)、酸化クロム、ケイ酸マグネシウム、タルクなどを使用する沈殿)は、本方法に関する用途を見出す。遺伝子移入に有用な送達系の概説については、例えば、Felgner,P.L.,Advanced Drug Delivery Reviews(1990)5:163−187を参照のこと。ペプトイド(1998年11月3日に発行された、Zuckerman,R.N.ら、米国特許第5,831,005号)もまた、本発明の構築物の送達のために使用され得る。
さらに、粒子状キャリア(例えば、金およびタングステン)を使用する遺伝子銃を使用する(biolistic)送達系は、本発明の合成発現カセットを送達するために特に有用である。粒子は、送達されるべき合成発現カセットでコーティングされ、「遺伝子銃」からのガンパワー放電を使用して、一般的に還元雰囲気下で高速度まで加速される。従って、このような技術の記載および有用な装置については、例えば、米国特許第4,945,050号;同第5,036,006号;同第5,100,792号;同第5,179,022号;同第5,371,015号;および同第5,478,744号を参照のこと。また、針無し注射系も使用され得る(Davis,H.L.ら、Vaccine 12:1503−1509,1994;Bioject,Inc.,Portland,OR)。
本発明の合成発現カセットを保有する組換えベクターは、脊椎動物被験体への送達のための組成物中に処方される。これらの組成物は、予防的(感染を予防するため)または治療的(感染後に疾患を治療するため)のいずれかであり得る。この組成物は、「治療有効量」の目的の遺伝子を含み、それによって、ある量の抗原がインビボで産生され、その結果、免疫応答は抗原が投与される個体中で惹起される。正確な必要量は、他の因子の中でも、処置される被験体;処置される被験体の年齢および一般的状態;抗体を合成する被験体の能力;所望される保護の程度;処置される状態の重篤度;選択された特定の抗原およびその投与様式、に依存して変化する。適切な有効量は、当業者によって容易に決定され得る。従って、「治療有効量」は、慣用的な試行によって決定され得る、比較的広い範囲に入る。
組成物は、一般的に、1つ以上の「薬学的に受容可能な賦形剤またはビヒクル」(例えば、水、生理的食塩水、グリセロール、ポリエチレングリコール、ヒアルロン酸、エタノールなど)を含む。さらに、補助物質(例えば、湿潤剤または乳化剤、pH緩衝物質など)は、このようなビヒクル中に存在し得る。核酸の取り込みおよび/または発現の特定の促進剤(例えば、ブピバカイン、心臓毒およびスクロースが挙げられるがこれらに限定されない)はまた、組成物中に含まれ得るかまたは同時投与され得る。
一旦処方されると、本発明の処方物は、(例えば、上記されるように)被験体に直接投与され得るか、あるいは、例えば、上記される方法を使用して、被験体に由来する細胞にエキソビボで送達され得る。例えば、エキソビボ送達および形質転換された細胞を被験体に再移植するための方法は、当該分野で公知であり、そしてこれには、例えば、デキストラン媒介性トランスフェクション、リン酸カルシウム沈殿、ポリブレン媒介性トランスフェクション、リポフェクタミン媒介性トランスフェクションおよびLT−1媒介性トランスフェクション、プロトプラスト融合、エレクトロポレーション、ポリヌクレオチド(対応する抗原を含むかまたは含まない)のリポソーム中での被包化、ならびにDNAの核への直接的微量注入が挙げられ得る。
合成発現カセット組成物のインビボでの直接の送達は、一般的に、上記されるように、ウイルスベクターを使用してかまたは使用せずに、従来のシリンジまたは遺伝子銃(例えば、Accell(登録商標)遺伝子送達系(PowderJect Technologies,Inc.,Oxford,England))のいずれかを使用する注入によって達成される。この構築物は、皮下的、表皮的、皮内的、粘膜内的(例えば、鼻内的、直腸的および膣的)、腹腔内的、静脈内的、経口的または筋内的のいずれかで注射され得る。DNAの表皮細胞への送達が、特に好ましい。なぜならこの投与様式は、皮膚関連リンパ細胞への接近を提供し、そしてレシピエントにおけるDNAの一過性の存在を提供するからである。投与の他の様式としては、経口投与および肺投与、坐剤、針無し注射、経皮的(transcutaneous)適用および経皮的(transdermal)適用が挙げられる。投薬処置は、単一用量スケジュールまたは複数用量スケジュールであり得る。核酸の投与は、ペプチドまたは他の物質の投与ともまた組み合わされ得る。
例示的な免疫原性研究は、実施例4、5、6、9、10、11、および12において示される。
(2.4.2 本発明の合成発現カセットのエキソビボ送達)
1つの実施形態において、T細胞および関連する細胞型(抗原提示細胞(例えば、マクロファージ、単球、リンパ球、樹状細胞、B細胞、T細胞、幹細胞、およびこれらの前駆細胞を含むがこれらに限定されない)は、本発明の合成発現カセットのエキソビボ送達に使用され得る。T細胞は、当業者に公知の種々の手順によって、末梢血リンパ球(PBL)から単離され得る。例えば、T細胞集団は、PBLの集団からアクセサリー細胞およびB細胞を除去することによって「富化」され得る。特に、T細胞富化は、抗MHCクラスIIモノクローナル抗体を使用する非T細胞の除去によって達成され得る。同様に、他の抗体は、非T細胞の特定の集団を枯渇させるために使用され得る。例えば、抗Ig抗体分子は、B細胞を枯渇させるために使用され得、そして抗MacI抗体分子は、マクロファージを枯渇させるために使用され得る。
T細胞は、当業者に公知の技術によって多くの異なる部分集団にさらに分画され得る。2つの主要な部分集団は、これらの細胞表面マーカーCD4およびCD8の差示的な発現に基づいて、単離され得る。例えば、上記のようなT細胞の富化の後、CD4細胞は、CD4に特異的な抗体を使用して富化され得る(Coliganら(上述)を参照のこと)。抗体は、磁気ビーズのような固体支持体と結合され得る。逆に、CD8+細胞は、CD4に特異的な抗体(CD4細胞を除去するため)の使用によって濃縮され得るか、または固体支持体に結合されたCD8抗体の使用によって単離され得る。HIV−1感染患者由来のCD4リンパ球は、Wilsonら、(1995)J.Infect.Dis.172:88によって記載される形質導入の前または後に、エキソビボで増殖され得る。
T細胞の精製の後、当業者に公知の種々の遺伝的改変の方法は、本明細書中に記載されるように構築された、非ウイルスベースの遺伝子移送ベクターまたはウイルスベースの遺伝子移入ベクターを使用して実施され得る。例えば、1つのこのようなアプローチは、ベクター産生細胞に由来する培養物のベクター含有上清を用いて精製されたT細胞の導入を包含する。第2のアプローチは、精製されたT細胞との、照射された単層のベクター産生細胞の同時培養を包含する。第3のアプローチは、類似する同時培養アプローチを含むが、精製されたT細胞は、種々のサイトカインで前刺激され、そして照射されたベクター産生細胞との同時培養の前に48時間培養される。このような導入の前の前刺激は、効率的な遺伝子移入を増大させる(Noltaら、(1992)Exp.Hematol.20:1065)。増殖のためのこれらの培養物の刺激はまた、患者への再注入のための細胞集団の増加を提供する。同時培養の後、T細胞は、ベクター産生細胞単層から回収され、増殖され、そして液体窒素で凍結される。
遺伝子移入ベクター(本発明の1つ以上の合成発現カセット(単離されたT細胞への送達のための適切な制御エレメントを伴う)を含む)は、公知の方法を使用して、そして本明細書の指針に従って、構築され得る。
選択マーカーはまた、遺伝子移入ベクターの構築において使用され得る。例えば、遺伝子移入ベクターで形質導入された哺乳動物細胞に、細胞傷害性剤に対する耐性を与えるマーカーが、使用され得る。細胞傷害性剤は、ネオマイシン、アミノ配糖体、テトラサイクリン、クロラムフェニコール、スルホンアミド、アクチノマイシン、ネトロプシン(netropsin)、ジスタマイシンA、アントラサイクリン、またはピラジンアミドであり得るが、これらに限定されない。例えば、ネオマイシンホスホトランスフェラーゼIIは、ネオマイシンアナログであるゲネチシン(geneticin)(G418)に対する耐性を付与する。
T細胞はまた、少なくとも1種類の増殖因子を含有する培地において維持され得、その後選択される。種々の増殖因子は、当該分野で公知であり、これらは特定の細胞型の増殖を維持する。このような増殖因子の例は、サイトカインマイトジェン(例えば、rIL−2、IL−10、IL−12、およびIL−15)であり、これらは、リンパ球の増殖および活性化を促進する。特定の細胞型は、ホルモン(ヒト絨毛性ゴナドトロピン(hCG)およびヒト成長ホルモンを含む)のような他の増殖因子によって刺激される。特定の細胞集団に対する適切な増殖因子の選択は、当業者によって容易に達成される。
例えば、白血球(例えば、分化した前駆細胞および幹細胞)は、種々の増殖因子によって刺激される。より具体的には、活性化Tおよび活性化マクロファージによって産生される、IL−3、IL−4、IL−5、IL−6、IL−9、GM−CSF、M−CSF、およびG−CSFは、骨髄性幹細胞を刺激し、この骨髄性幹細胞は、次いで、多能性幹細胞、顆粒球−単球前駆細胞、好酸球前駆細胞、好塩基球前駆細胞、骨髄巨核球、および赤血球前駆細胞に分化する。分化は、GM−CSF、IL−3、IL−6、IL−11、およびEPOのような増殖因子によって調節される。
多能性幹細胞は、次いで、リンパ球幹細胞、骨髄間質細胞、T細胞前駆細胞、B細胞前駆細胞、胸腺細胞、T細胞、T細胞、およびB細胞に分化する。この分化は、IL−3、IL−4、IL−6、IL−7、GM−CSF、M−CSF、G−CSF、IL−2、およびIL−5のような増殖因子によって調節される。
顆粒球−単球前駆細胞は、単球、マクロファージ、および好中球に分化する。このような分化は、増殖因子であるGM−CSF、M−CSF、およびIL−8によって調節される。好酸球前駆細胞は、好酸球に分化する。このプロセスは、GM−CSFおよびIL−5によって調節される。
好塩基球前駆細胞の肥満細胞および好塩基球への分化は、GM−CSF、IL−4、およびIL−9によって調節される。骨髄巨核球は、GM−CSF、EPO、およびIL−6に応答して、血小板を産生する。赤血球前駆細胞は、EPOに応答して赤血球に分化する。
従って、CD−3結合因子による活性化の間、T細胞はまた、マイトジェン(例えば、IL−2のようなサイトカイン)と接触され得る。特に好ましい実施形態において、IL−2は、約50〜100μg/mlの濃度でT細胞の集団に添加される。CD−3結合因子を用いる活性化を、2〜4日間実施し得る。
いったん適切に活性化されると、T細胞へのベクターのトランスフェクションを可能にする条件下で、T細胞を適切な遺伝子移入ベクターと接触させることによって、T細胞は遺伝的に改変される。T細胞集団の細胞密度が約0.1×10と5×10との間、好ましくは約0.5×10と2×10との間である場合、遺伝的改変が実施される。多くの適切なウイルスベースおよび非ウイルスベースの遺伝子移入ベクターが、本明細書中で使用について記載されている。
形質導入後に公知の技術を用いて、形質導入細胞を、非形質導入細胞から選択する。例えば、形質導入に用いられる遺伝子移入ベクターが細胞傷害性剤に対する耐性を付与する選択マーカーを含む場合、細胞は適切な細胞傷害性剤に接触され得、これにより非形質導入細胞は、形質導入細胞からネガティブに選択され得る。選択マーカーが細胞表面マーカーである場合、細胞は特定の細胞表面マーカーに特異的な結合因子と接触され得、これにより、形質導入された細胞は、この集団からポジティブに選択され得る。この選択工程はまた、蛍光活性化細胞分類(FACS)技術を包含し得(例えば、FACSを使用して、特定の細胞表面マーカーを含む集団から細胞を選択する場合)、またはこの選択工程は、標的細胞捕捉および/またはバックグラウンド除去のための回収可能な支持体としての、磁気的に応答性の粒子の使用を包含し得る。
より好ましくは、形質導入細胞のポジティブ選択を、FACSセルソーター(例えば、FACSVantageTM Cell Sorter、Becton Dickinson Immunocytometry Systems、San Jose、CA)を用いて実施して、選択可能な細胞表面マーカーを発現する形質導入された細胞を分類および回収し得る。形質導入に続いて、細胞を、特定の細胞表面マーカーに対する蛍光標識抗体分子で染色する。それぞれの細胞に結合した抗体の量は、細胞を含有する液滴をセルソーターに通すことによって測定され得る。染色した細胞を含む液滴に電磁気的電荷を与えることによって、形質導入細胞を他の細胞から分離し得る。次いで、ポジティブに選択された細胞を、滅菌回収容器内に回収する。これらの細胞分類手順は、例えば、FACSVantageTM Training Manual(節3−11〜3−28および10−1〜10−17を特に参照する)に詳細に記載されている。
形質導入細胞のポジティブ選択はまた、発現または特定の細胞表面マーカーに基づく細胞の磁気的分離を用いて実施され得る。このような分離技術において、ポジティブに選択される細胞は、まず特異的結合因子(例えば、細胞表面マーカーと特異的に相互作用する抗体または試薬)と接触される。次いで、細胞は、回収可能な粒子(例えば、磁気的に応答性の粒子)と接触される。この粒子は、(陽性細胞に結合した)特異的結合因子と結合する試薬と結合されている。次いで、細胞結合因子−粒子複合体を、非標識細胞から物理的に分離し得る(例えば、磁場を用いて)。磁気的に応答性の粒子を用いる場合、標識細胞は、磁場を用いて容器内に保持され得る一方、ネガティブ細胞は除去される。これらおよび類似の分離手順は、当業者に公知である。
選択された形質導入細胞におけるベクターの発現を、当業者に公知の多くのアッセイによって評価し得る。例えば、ウエスタンブロット分析またはノーザン分析を、目的の挿入ヌクレオチド配列の特性に依存して使用し得る。一旦発現が確立され、そして形質導入されたT細胞が選択された合成発現カセットの存在について試験されると、末梢血流を介した患者への注入の準備ができる。
本発明は、初代哺乳動物細胞のエキソビボ集団の遺伝的改変のためのキットを含む。このキットは代表的に、1以上の容器に含まれる少なくとも1つの選択マーカーおよび少なくとも1つの合成発現カセットをコードする遺伝子移入ベクター、付属の試薬またはハードウェア、ならびにキットの使用についての取扱説明書を含む。
(2.4.3.さらなる送達レジメン)
本明細書中に記載される任意のポリヌクレオチド(例えば、発現カセット)またはポリペプチド(上記のいずれかの方法によって送達される)はまた、他のDNA送達系および/またはタンパク質送達系と組み合わせて使用され得る。非限定的な例としては、これらの分子の同時投与(例えば、1以上の分子が「プライム」工程で送達され、その後1以上の分子が「ブースト」工程によって送達される、プライム−ブースト法)が挙げられる。特定の実施形態において、1以上の核酸含有組成物の送達の後に、1以上の核酸含有組成物および/または1以上のポリペプチド含有組成物(例えば、HIV抗原を含むポリペプチド)が送達される。他の実施形態において、(同じかまたは異なる核酸分子の)複数の核酸「プライマー」の後に、(同じかまたは異なるポリペプチドの)複数のポリペプチド「ブースト」が送達され得る。他の例としては、複数の核酸投与および複数のポリペプチド投与が挙げられる。
同時投与を含む任意の方法において、種々の組成物は、任意の順序で送達され得る。従って、複数の異なる組成物または分子の送達を含む実施形態において、これらの核酸は、ポリペプチドよりも前に全てが送達される必要はない。例えば、プライミング工程は、1つ以上のポリペプチドの送達を含み得、そしてブースト工程は、1つ以上の核酸および/または1つ以上のポリペプチドの送達を含む。複数のポリペプチドが投与され、その後、複数の核酸が投与され得るか、またはポリペプチドおよび核酸の投与が任意の順序で実施され得る。本明細書中に記載される任意の実施形態において、核酸分子は、ポリペプチドの全てまたはいくつかをコードし得るか、あるいは全くコードしなくてもよい。従って、本明細書中に記載される1つ以上の核酸分子(例えば、発現カセット)および/または本明細書中に記載される1つ以上のポリペプチドは、任意の順序で、かつ任意の投与経路で同時投与され得る。従って、本明細書中に記載されるポリヌクレオチドおよび/またはポリペプチドの任意の組み合わせが、免疫反応を誘発するために使用され得る。
(3.0 改善されたHIV−1 Gag発現カセットおよびPol発現カセット)
いずれの特定のモデルにも理論にも仮説にも拘束されることを望まないが、以下の情報は、本発明のより完全な理解を提供するために示される。
世界保健機構(WHO)は、HIV−1に感染した世界中の人の数が、3610万人を超えると概算した。従って、安全かつ有効なHIVワクチンの開発が、現時点で不可欠である。最近の研究により、感染患者においてHIV−1複製を制御することにおけるCTLの重要性が実証された。さらに、複数のHIV抗原とのCTL反応性は、ウイルス複製の有効な制御に必要である。本発明を支持して実施された実験は、中和抗体の誘導のためのEnvに加えて、HIV−1 GagおよびPolをワクチンに含めることが有用であることを示唆する。
HIV−1ワクチン候補の効力を増大させるため、Gag単独またはGag+Polのいずれかについて、コドン改変されたGag発現カセットおよびPol発現カセットを設計した。発現および効力における潜在的な差異を評価するために、これらの構築物の発現を分析し、そして免疫原性研究をマウスにおいて実施した。
GagおよびPolをコードするいくつかの発現カセットを設計した。これらのカセットとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:Gagプロテアーゼ、フレームシフトしたGagPolΔインテグラーゼ(gagFSpol)およびインフレームのGagPolΔインテグラーゼ(gagpol)。減弱(Att)または非機能的プロテアーゼ(Ina)を有する、インフレームのGagPolΔインテグラーゼのバージョンもまた設計した。これらの核酸配列を、高度に発現されるヒト遺伝子のコドン用法に対応するようにコドン改変した。マウスを滴定したDNA用量で免疫し、そして体液性免疫応答および細胞性免疫応答をELISAおよび細胞内サイトカイン染色によって評価した(実施例10)。
マウスにおける免疫応答は、インビトロでの相対的発現レベルと相関することが観察されている。アカゲザルにおけるワクチン研究は、インビボでの免疫応答および発現レベルをさらに扱う。
(4.0 HIVに対する強力な中和抗体および細胞性免疫応答の誘導のための増強されたワクチン技術)
いずれの特定のモデルにも理論にも仮説にも拘束されることを望まないが、以下の情報は、本発明のより完全な理解を提供するために示される。
HIV感染に対する保護は、おそらく、ウイルスチャレンジに曝露された、ワクチン接種された個体中に予め存在する、強力かつ広く反応性の中和抗体を必要とする。細胞性免疫応答は、感染した個体におけるウイルス血症を制御するために所望されるが、感染に対する保護は、これらの応答の誘導に排他的に依存するワクチンアプローチについては実証されていない。この理由のために、本発明を支持して実施された実験は、初代HIV単離体(例えば、R5サブタイプB(HIV−1SF162)株およびサブタイプC(HIV−1TVI)株)由来の新規V欠失エンベロープ抗原を使用する、プライム−ブーストアプローチを使用する。これらの抗原を、増強されたDNA[ポリアクチド(polyactide)co−グリコリド(PLG)微粒子処方物もしくはエレクトロポレーション]またはアルファウイルスレプリコン粒子ベースのワクチンアプローチ、その後のMF59アジュバント中のEnvタンパク質でのブースター免疫によって送達した。電気的透過化による、プラスミドにコードされた遺伝子のインビボの効果的な発現が記載されている(例えば、Zucchelliら(2000)J.Virol.74:11598−11607;Bangaら(1998)Trends Biotechnol.10:408−412;Hellerら(1996)Febs Lett.389:225−228;Mathiesenら、(1999)Gene Ther.4:508−514;Mirら(1999)Proc.Nat’l Acad Sci.USA 8:4262−4267;Nishiら(1996)Cancer Res.5:1050−1055を参照のこと)。SF162株由来のネイティブおよびV欠失の両方のモノマー性形態(gp120)およびオリゴマー性形態(o−gp140)のタンパク質を、ブースターとして試験した。全てのタンパク質調製物を高度に精製し、そして生物物理学的方法論および免疫化学的方法論によって広範に特徴付けた。ウサギおよび霊長類の免疫原性研究の結果は、中和抗体応答は、親の非V2欠失SF162ウイルスに対して構成的に誘導され得るが、異種HIV株に対する応答の誘導は、この免疫原のV2ループの欠失によって改善されたことを示した。さらに、これらのプライム−ブーストワクチンレジメンを使用して、強力なHIV抗原特異的CD4+T細胞応答およびCD8+T細胞応答もまた実証した。
これらの発見に基づいて、V2欠失エンベロープDNAおよびタンパク質ワクチンは、臨床的評価に対する進歩について選択された。免疫のための類似のアプローチは、例えば、本発明の合成HIVポリヌクレオチドを、対応するHIV誘導ポリペプチドブーストまたは異種HIV誘導ポリペプチドブーストと共に使用することによって使用され得る。
本発明のこの局面の1実施形態を、以下に一般的に記載し得る。抗原を、ワクチン組成物のために選択する。Envポリペプチドを、代表的に、免疫応答を誘導するために使用される第一の抗原性組成物において使用する。さらに、Gagポリペプチドを、代表的に、免疫応答を誘導するために使用される第二の抗原性組成物において使用する。この第二の抗原性組成物は、HIV由来のポリペプチド配列(Pol配列、Tat配列、Rev配列、Nef配列、Vif配列、Vpr配列および/またはVpu配列を含むが、これらに限定されない)をさらに含み得る。DNAプライムワクチン接種を、代表的に、第一および第二の抗原性組成物を用いて実施する。1以上の抗原性組成物を用いるさらなるDNAワクチン接種もまた、選択された時間間隔で含まれ得る。このプライムの後に、代表的に、少なくとも1回のブーストが行われる。このブーストとしては、例えば、アジュバント化(adjuvant)したHIV由来のポリペプチド(例えば、DNAワクチン接種のために使用されるポリペプチドに対応する)、ウイルスベクターによってコードされる、HIV由来ポリペプチド(例えば、DNAワクチン接種のために使用されるポリペプチドに対応する)のコード配列、さらなるDNAワクチン接種および/または上記の組み合わせが挙げられ得る。1実施形態において、DNAプライムは、第一の抗原性組成物(例えば、エンベロープポリペプチドをコードするDNA構築物)および第二の抗原性組成物(例えば、Gagポリペプチド、Polポリペプチド、Tatポリペプチド、NefポリペプチドおよびRevポリペプチドをコードするDNA構築物)と共に投与される。プライムにおいて使用するためのDNA構築物は、例えば、ポリペプチド配列をコードするポリヌクレオチドに作動可能に連結されたCMVプロモーターを含み得る。このDNAプライムの後に、ブースト(例えば、アジュバント化したエンベロープポリペプチドブーストおよびウイルスベクターブースト(ここで、このウイルスベクターは、例えば、Gagポリペプチド、Polポリペプチド、Tatポリペプチド、NefポリペプチドおよびRevポリペプチドをコードする))が行われる。あるいは(またはさらに)、このブーストは、アジュバント化したGagポリペプチド、Polポリペプチド、Tatポリペプチド、NefポリペプチドおよびRevポリペプチドのブースト、ならびにウイルスベクターブースト(ここで、ウイルスベクターは、例えば、エンベロープポリペプチドをコードする)であり得る。このブーストは、DNAプライムにコードされた全てのポリペプチド抗原を含み得るが;これは必須でない。さらに、異なるポリペプチド抗原を、最初のワクチン接種に対してブーストにおいて使用し得るが、逆もまた行われ得る。さらに、最初のワクチン接種は、DNA構築物ではなくウイルスベクターであり得る。
HIVエンベロープワクチン設計において考慮され得るいくつかの因子は、以下のとおりである。エンベロープベースのワクチンは、非ヒト霊長類モデルにおいて、感染に対する保護を実証している。受動的抗体研究は、ウイルスチャレンジストックに対して、中和抗体の存在下でHIV感染に対する保護を実証している。Envを排除するワクチンは、一般に、より低い保護効力を付与する。本発明を支持して実施された実験は、SF2 lab株由来のモノマー性gp120タンパク質が、HIV−1 lab株の中和および霊長類モデルにおけるウイルスチャレンジに対する保護を提供したことを実証している。Thai Eフィールド株由来の初代gp120タンパク質は、サブタイプ交差的な(cross−subtype)lab株の中和を提供した。初代サブタイプBオリゴマー性o−gp140タンパク質は、サブタイプB初代(フィールド)単離体の部分的中和を提供した。初代サブタイプBのo−gp140ΔV2 DNAプライム+タンパク質ブーストは、多様なサブタイプB初代単離体の強力な中和、および霊長類モデルにおけるウイルスチャレンジに対する保護を提供した。初代サブタイプCのo−gp140およびo−gp140ΔV2は、おそらく、サブタイプBについて記載された結果と類似の結果を提供する。
強力で広範に反応性である中和抗体の誘導のためのワクチンストラテジーは、保存された中和エピトープを露出するエンベロープポリペプチド構造(例えば、可変領域の欠失および脱グリコシル化、エンベロープタンパク質−レセプター複合体、結晶構造に基づく合理的設計(例えば、β−シート欠失)ならびにgp−41融合ドメインベースの免疫原)の構築によって補助され得る。
エンベロープタンパク質産生のための安定なCHO細胞株が、最適化したエンベロープポリペプチドコード配列(gp120、o−gp140、gp120ΔV2、o−gp140ΔV2、gp120ΔV1V2、o−gp140ΔV1V2が挙げられるが、これらに限定されない)を使用して開発されている。
さらに、以下のプライム−ブーストレジメン(例えば、上記のレジメン)は、感染した被験体におけるウイルス負荷を低減すること、そしておそらくHIV関連疾患の進行を(未処置の被験体と比較して)遅延または予防することを助けるために有利なようである。
例示的な抗原性組成物および免疫原性研究を、実施例9、10、11および12に示す。
(実験)
本発明を実施するための特定の実施形態の例を以下に示す。これらの実施例は、例示の目的のみのために提供され、本発明の範囲を限定することを決して意図しない。
使用される数値(例えば、量、温度など)に関する正確性を確証するための努力が成されているが、ある程度の実験的誤差および偏差が、当然、許容されるべきである。
(実施例1)
(合成発現カセットの作製)
(A.合成ポリヌクレオチドの作製)
本発明のポリヌクレオチド配列を、その遺伝子産物の発現を最大化するために操作した。以下の工程の順序は、変化し得る。
第1に、HIV−1のコドン用法パターンを、得られる核酸コード配列が高度に発現されるヒト遺伝子において見出されるコドン用法に適合するように改変した。HIVコドン用法は、高含有量のヌクレオチドAまたはTのコドントリプレットを反映する。HIV−1コドン用法の効果は、DNA配列における高いAT含有量であり、これにより、RNAのAU含有量が高くなり、mRNAの翻訳能力が減少し、不安定になる。対照的に、高度に発現するヒトコドンは、ヌクレオチドGまたはCを好む。野生型配列を、高度に発現するヒト遺伝子において見出されるコドン用法に適合するように改変した。
第二に、いくつかの遺伝子についての非機能的改変体を作製した。以下の表(表B)において、いくつかのHIV遺伝子の活性に影響を与える変異を開示する。
Figure 0004302513
Figure 0004302513
これらの変異のいくつかを含む構築物が、本明細書中に記載される。Vif、vprおよびvpuの合成構築物が記載される。関連する遺伝子産物の機能を低減または排除することは、本明細書の教示を考慮して、上記の表に示される教示を使用して達成され得る。
本発明の1実施形態において、Gagポリメラーゼ配列の全長コード領域は、合成の最適化されたGag発現カセットによって発現されるウイルス様粒子についてのエピトープの数を増加させるために、合成Gag配列に含まれる。合成HIV−1 Gagポリメラーゼは、(構造タンパク質およびプロテアーゼに加えて)潜在的に欠失した機能的酵素である逆転写酵素(RT)およびインテグラーゼ(INT)を発現するので、RT機能およびINT機能を不活化することが重要である。RTおよびINTのリーディングフレームにおけるいくつかのインフレーム欠失は、RT活性およびINT活性に関して、触媒的に非機能的な酵素を達成するために作製され得る。
Figure 0004302513
さらに選択されたB細胞エピトープおよび/またはT細胞エピトープが、RTコード配列またはINTコード配列の欠失の内側のGag−ポリメラーゼ構造に付加され、RTおよびINTの機能的改変により欠失される任意のエピトープと置き換えられ、そして増強され得る。代替的に、選択された、RTおよびINT由来のB細胞エピトープおよびT細胞エピトープ(CTLエピトープを含む)は、上記で記載した合成Gagカセットまたは合成GagProtカセットの発現により形成される最小のVLP中に含まれ得る(既知のHIV B細胞エピトープおよびT細胞エピトープについての記載については、HIV Molecular Immunology Database CTL Search Interface;Los Alamos Sequence Compendia,1987〜1997;Internet address:http://hiv−web.lanl.gov/immunology/index.html.を参照のこと)。
別の局面において、本発明はEnvコード配列を含み、このEnvコード配列は以下のHIV−コードポリペプチド:gp160、gp140、およびgp120(例えば、HIV−1SF2(「SF2」)Envポリペプチドの記載については米国特許第5,792,459号を参照のこと)をコードするポリヌクレオチド配列を含むが、これに限定されない。これらのポリペプチド間の関連を、図3(図中で:ポリペプチドは線で表わし、アミノ末端およびカルボキシ末端はgp160ライン上に示され;白丸はオリゴマー形成ドメインを表わし;白四角は膜貫通型架橋ドメイン(TM)を表わし;そして「c」は切断部位の位置を表わし、gp140.mutにおいて、「X」は、切断部位がすでに切断部位として機能しないように改変されていることを示す)に概略的に示す。このポリペプチドgp160は、gp120およびgp41のコード配列含む。このポリペプチドgp41は、オリゴマー形成ドメイン(OD)および膜貫通型架橋ドメイン(TM)を含む、いくつかのドメインから構成される。天然のエンベロープにおいて、オリゴマー形成ドメインは、gp41トリマー(およびそれ自体)との共有的な相互作用を介して、3つのgp41ポリペプチドがトリマー構造を形成するための非共有結合に必要とされ、gp120ポリペプチドはまた、トリマー構造内で組織化される。1つの切断部位は、およそgp120のポリペプチド配列とgp41に対応する配列ポリペプチド配列との間に存在する。この切断部位は、改変されて、その部位での切断を妨害し得る。生じたgp140配列ポリペプチドは、gp41の膜貫通型架橋ドメインが欠失している、gp160の短縮形態に一致する。このgp140ポリペプチドは、gp41部分内のオリゴマー形成ドメインの存在の利点により、単量体およびオリゴマー(例えば、トリマー)の両形態で存在し得る。切断部位が改変されて切断を防止し、そしてgp41の膜貫通部分が欠失している状況において、生じたポリペプチド生成物は、所望の「変異」gp140(たとえば、gp140.mut)である。当業者に明らかであるように、切断部位は、様々な方法で改変され得る。(WO 00/39302も参照のこと)。
野生型HIVコード配列(例えば、Gag、Env、Pol、tat、rev、nef、vpr、vpu、vifなど)は、既知のあらゆるHIV単離物から選択され得、そしてこれらの配列を操作して、本発明の教示に従うそれらの遺伝子産物の発現を最大にする。野生型コード領域は、おそらく以下の一つ以上の方法で改変される。1つの実施形態において、Env、特にV1および/またはV2の超可変領域をコードする配列が欠失された。他の実施形態において、改変は、例えば、Env内の切断部位をコードする配列中に誘導され、オリゴマーgp140が酵素的に切断されてgp120モノマーとなるのを抑制する(例えば、Earlら、(1990)PNAS USA 87:648〜652;Earlら、(1991)J.Virol.65:31〜41を参照のこと)。さらに他の実施形態において、超可変領域が欠失され、N−グリコシル化部位は除去され、そして/または切断部位が改変された。上記で考察したように、異なる改変が、異なる遺伝子のコード配列内に誘導され得る(例えば、表Bを参照のこと)。例えば、Tatコード配列は、本明細書の教示に従って改変され、例えば、遺伝子産物のトランス活性化ドメイン(例えば、22位のグリシン残基とシステイン残基との置き換え、Caputoら、(1996)Gene Therapy 3:235)に影響を及ぼした。
本発明の合成コード配列を作製するために、遺伝子カセットは目的の全コード配列を含むように設計される。合成遺伝子カセットは、オリゴヌクレオチド合成およびPCR増幅によって構築され、遺伝子フラグメントを生成する。プライマーは、サブクローニングに便利な制限部位を提供するように選択される。次いで、生じたフラグメントをライゲーションし、次いで、適切なベクターにクローニングされる所望の全配列を作製する。最終的な合成配列は、(i)制限エンドヌクレアーゼ消化および分析によってスクリーニングされ、(ii)所望の配列が得られることを確かめるためにDNA配列決定に供され、そして(iii)SDS−PAGEおよびウエスタンブロットにより、発現タンパク質の同定および整合性を確認した。合成コード配列は、Chiron Corp.(Emeryville,CA)でか、またはMidland Certified Reagent Company(Midland,Texas)により構築される。
本発明の合成配列に対する同一%は、例えば、Smith−Waterman検索アルゴリズム(Time Logic,Incline Village,NV)を用いて、以下の例示的なパラメータ:重量マトリックス=nuc4×4hb;ギャップオープニングペナルティ(gap opening penalty)=20、ギャップエクステンションペナルティ(gap extention penalty)=5、報告義務のある閾値(reporting threshold)=1;アライメント閾値(alignment threshold)=20で決定され得る。
本発明の異なる実施形態(例えば、構成)の、様々な形態が合わせられ得る。
本発明の合成ポリヌクレオチドの例示的な実施形態は、表Cに表される配列を含むが、これらに限定されない。
Figure 0004302513
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(B. 本発明の合成ポリヌクレオチドを含む発現カセットの作製)
本発明の合成DNAフラグメントは、以下の発現ベクターにクローニングされる:一時的な発現アッセイおよびDNA免疫研究のためのpCMVKm2(pCMVKm2ベクターは、pCMV6a(Chapmanら、Nuc.Acids Res.(1991)19:3979〜3986)から誘導され、そしてカナマイシン選択マーカー、ColE1複製起点、CMVプロモーターエンハンサーおよびイントロンA、次いで、下記に記載される合成配列のための挿入部位、次いで、ウシ成長ホルモン由来のポリアデニル化シグナルを含む−−pCMVKm2ベクターは、pCMV−linkを生成するためにポリリンカー部位がpCMVKm2に挿入されたという点においてのみ、pCMV−linkベクターとは異なる);チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞における発現のためのpESN2dhfrおよびpCMVPLEdhfr(pCMVIIIとしても公知である);およびバキュロウイルス発現系において用いるためのpAcC13シャトルベクター(pAcC13は、Munemitsu S.ら、Mol Cell Biol.10(11):5977〜5982、1990に記載されるpAcC12由来であった)。これらのベクターの説明については、共有に係るWO 00/39302、WO 00/39303、WO s00/39304、WO 02/04493も参照のこと。
簡単に、pCMVPLEdhfr(pCMVIII)の構築を下記に示した。DHFRカセットを構築するために、EMCV IRES(内部リボソーム侵入部位(internal ribosome entry site))リーダーを、pCite−4a+(Novagen、Inc.、Milwaukee、WI)からPCR増幅し、そしてXba−NcoフラグメントとしてpET−23d(Novagen Inc.、Milwaukee、WI)に挿入し、pET−EMCVを得た。dhfr遺伝子を、pESN2dhfrからPCR増幅し、翻訳終止コドンに代わってGly−Gly−Gly−Serスペーサーを有する産物を得、そしてNco−BamH1フラグメントとして挿入され、pET−E−DHFRを得た。次に、弱められたneo遺伝子を、pSV2Neo(Clontech、Palo Alto、CA)誘導体からPCR増幅し、そしてpET−E−DHFRの独自のBamH1部位に挿入し、pET−E−DHFR/Neo(m2)を得た。次いで、pCDNA3(Invitrogen、Inc.、Carlsbad、CA)由来のウシ成長ホルモンターミネーターを、neo遺伝子の下流に挿入し、pET−E−DHFR/Neo(m2)BGHtを得た。EMCV−dhfr/neo選択マーカーカセットフラグメントを、pET−E−DHFR/Neo(m2)BGHtの切断により調製した。CMVエンハンサー/プロモーター+イントロンAを、HindIII−SalIフラグメントとして、pCMV6a(Chapmanら、Nuc.Acids Res(1991)19:3979〜3986)からpUC19(New England Biolabs、Inc.、Beverly、MA)に移した。Nde1部位からSap1部位までを、pUC19のベクター骨格から欠失させた。上記に記載したDHFRカセットを、EMCV IRESがCMVプロモーターの次に来て最終構築体を作製するように、この構築物に加えた。このベクターはまた、amp遺伝子およびSV40複製起点を含んだ。
本発明の発現ベクターは、本明細書中に開示される(例えば、図で示される)一つ以上の合成コード配列を含む。発現カセットが1つより多くのコード配列を含む場合、コード配列はすべてインフレームであって、1つのポリタンパク質を生成し得るか;あるいは、1つより多いポリペプチドコード配列は、ポリシストロンのメッセージを含み得、ここで例えば、IRESは、それぞれのポリペプチドコード配列に対して、5’に位置する。
(実施例2)
(合成コード配列についての発現アッセイ)
野生型配列は、合成HIV由来の配列がクローニングされたベクターと同じ特徴を有する発現ベクターにクローニングされる。
野生型(任意の公知の単離体)および対応する合成配列を有する様々なベクターについての発現効率を、以下のように評価する。いくつかの哺乳動物細胞株(293、RD、COS−7、およびCHO;全てAmerican Type Culture Collection、10801 University Boulevard、Manassas、VA 20110−2209から入手される)由来の細胞を、トランスフェクション試薬LT1(PanVera Corporation、545 Science Dr.、Madison、WI)中の2μgのDNAを用いてトランスフェクトする。これらの細胞を、縮小(reduced)血清培地(Opti−MEM、Gibco−BRL、Gaithersburg、MD)中で5時間インキューベートする。次いで、培地を以下のように標準培地と入れ換える;293細胞(IMDM 10%ウシ胎仔血清、2%グルタミン(BioWhittaker,Walkersville,MD));RD細胞およびCOS−7細胞(D−MEM、10%ウシ胎仔血清、2%グルタミン(Opti−MEM、Gibco−BRL、Gaithersburg、MD));ならびにCHO細胞、Ham’s F−12、10%ウシ胎仔血清、2%グルタミン(Opti−MEM、Gibco−BRL、Gaithersburg、MD)。これらの細胞を、48時間か60時間のいずれかの時間にわたりインキューベートする。上清を収集して、0.45μmシリンジフィルターを通して濾過し、そして必要に応じて−20℃で保存する。
上清を、HIV抗原に対する適切なモノクローナル抗体(例えば、HIVコア抗原に対するマウスモノクローナル)でコーティングした96ウェルプレートを用いたCoulter p24−アッセイ(Coulter Corporation、Hialeah、FL、US)を用いて評価する。最適なHIV抗原は、コーティングされたウェルに結合し、HIVに対するビオチン化抗体は、この結合した抗原を認識する。結合体化ストレプトアビジン(strepavidin)−セイヨウワサビペルオキシダーゼはビオチンと反応する。ペルオキシダーゼとTMB基質との反応により、発色する。反応を、4N HSOの添加により停止させる。色の強度は、サンプル中のHIV抗原の量に、直接的に比例する。
チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞をまた、製造業者の指導書に従って、Mirus TransIT−LT1ポリアミントランスフェクション試薬(Pan Vera)を用いて、本明細書中に記載される合成HIVポリペプチドをコードするプラスミドDNA(例えば、pESN2dhfrまたはpCMVIIIベクター骨格)でトランスフェクトし、そして96時間インキューベートする。96時間後、培地を選択培地(250μg/mlのG418を含む特別なF12)に換え、細胞を1:5に分け、さらに48時間インキューベートする。コロニーの形成が開始するまで培地を5〜7日ごとに入れ換え、コロニーが形成されるときにコロニーを拾い、96ウェルにプレートにプレーティングし、そしてCapture ELISAによりスクリーニングする。ポジティブクローンを24ウェルプレートに広げ、上に記載のように、Capture ELISAによってHIVタンパク質産生について数回スクリーニングする。24ウェルプレート内がコンフルーエンシーに達した後、ポジティブクローンをT25フラスコ(Corning、Corning、NY)に広げる。コンフルーエンシー後、これらを数回スクリーニングし、ポジティブクローンをT75フラスコに広げる。
ポジティブT75クローンをLN2中で凍結し、最も発現の高いクローンを、様々な濃度の0〜5μMメトトレキセート(MTX)で増幅させ、100mm培養皿中にプレートする。プレートをコロニー形成についてスクリーニングし、そして全てのポジティブクローズド(closed)を、上記に記載のように再び広げる。クローンを広げ、捕捉ELISAによって各工程で増幅およびスクリーニングする。ポジティブクローンを、各メトトレキセートレベルで凍結する。最も多く生成されるクローンを、より大きなバイオリアクターにスケールアップするように低血清懸濁培地条件に広げ、そして適応させるように、灌流バイオリアクター(3L、100L)中で増殖させる。
本発明を支持して実施された実施例からのデータは、多様な細胞株において発現する場合、合成HIV発現カセットが、ネイティブの(野生型)配列に対して、それらのタンパク質産物の生成の劇的な増加を提供し、そして、所望のHIVポリペプチドを発現する、安定にトランスフェクトされたCHO細胞株が生成され得ることを示す。CHO細胞を用いたHIVポリペプチドの生成は、(i)正しいグリコシル化形パターンおよびタンパク質高次構造(MAbのパネルへの結合により決定される場合);(ii)CD4レセプター分子への正しい結合;(iii)非哺乳動物細胞混入の非存在(例えば、昆虫ウイルスおよび/または昆虫細胞);および(iv)容易な精製を提供する。
(実施例3)
(発現のウエスタンブロット分析)
本明細書中に記載されるHIV発現カセットをトランスフェクトした細胞のウエスタンブロット分析を、共有に係るWO 00/39302に記載されるように本質的に実施する。簡単に言えば、ヒト293細胞を、実施例2に記載されるように、ネイティブまたは合成のHIV発現カセットを含む、pCMV6aのベースのベクターでトランスフェクトする。細胞を、トランスフェクション後、60時間培養する。上清を記載したように調製する。細胞溶解物を、以下のように調製する。細胞を、リン酸緩衝化生理食塩水で1回洗浄し、界面活性剤[0.1M Tris−HCl(pH7.5)中の1% NP40(Sigma Chemical Co.St.Louis,MO)]で溶解し、そして溶解物を新しいチューブに移す。SDS−ポリアクリルアミドゲル(前もって調製した(pre−cast)8〜16%;Novex、San Diego、CA)に、20μlの上清または12.5μlの細胞溶解液を充填する。タンパク質スタンダードもまた、充填する(5μl、広いサイズ範囲のスタンダード;BioRad Laboratories,Hercules,CA)。電気泳動を行い、BioRad Transfer Chamber(BioRad Laboratories,Hercules,CA)を用いて、製造業者(Millipore)によって推奨される転写緩衝液を用いて、100ボルトで90分間、転写を実施し、タンパク質をImmobilon P膜(Millipore Corp.,Bedford,MA)に転写させる。この膜を、HIV−1−ポジティブヒト患者血清にさらし、そしてo−フェニレンジアミンジヒドロクロリド(OPD;Sigma)を用いて免疫染色する。
イムノブロッティング分析の結果を用いて、合成HIV発現カセットを含む細胞が、ネイティブな発現カセットを含む細胞よりも、1細胞当り高い濃度で、期待されるHIV−ポリペプチドを生成することを示す。
(実施例4)
合成HIV発現カセットのインビボ免疫原性
A.免疫
合成HIV発現カセットの免疫原性を評価するために、マウス研究を実施し得る。プラスミドDNA(例えば、本発明の合成配列を含む発現カセットを有するpCMVKM2)を、100μlの総注射容量において以下の最終濃度まで希釈する:20μg、2μg、0.2μgおよび0.02μg。希釈DNAの起こり得るネガティブな希釈効果を克服するために、各サンプル中の総DNA濃度を、ベクター(pCMVKM2)単独を使用して、20μgまで上昇させる。コントロールとして、ネイティブな対応するポリペプチドをコードする発現カセットを含むプラスミドDNAを、同様に扱う。4匹のBalb/cマウス(Charles River,Boston,MA)の12群に、種々の投薬量を使用して筋肉内免疫する(50μl/肢、前脛骨筋中に筋肉内注射)。
B.体液性免疫応答
体液性免疫応答を、マウス血清の適切な抗HIV抗体ELISA(酵素結合免疫吸着アッセイ)を用いて、免疫後0および4週目(群5〜12)、そしてさらにそれぞれ免疫後6および8週目、2回目の免疫後2および4週目(群1〜4)に検査する。
血清の抗体価を抗HIV抗体ELISAにより決定する。簡潔には、免疫マウス由来の血清を、適切なHIVタンパク質(例えば、GagについてはHIV p55)に対する抗体についてスクリーニングした。ELISAマイクロタイタープレートを、1ウェルあたり0.2μgのHIVタンパク質で一晩コートし、4回洗浄する;続いて、ブロッキングを、PBS−0.2%Tween(Sigma)で2時間行う。ブロッキング溶液の除去後、100μlの希釈マウス血清を加える。血清を1/25希釈で試験し、その後3倍系列希釈で試験する。マイクロタイタープレートを4回洗浄し、そしてペルオキシダーゼ結合抗マウスIgG二次抗体(Pierce,Rockford,IL)とともにインキューベートする。ELISAプレートを洗浄し、そして100μlの3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン(TMB;Pierce)を1ウェルあたりに加えた。各ウェルの光学密度を15分後に測定する。報告した力価は、最大半値光学密度(O.D.)を与えた血清の希釈率の逆数である。
プラスミド−DNAでのマウス免疫の結果を使用して、合成発現カセットが、ネイティブな発現カセットと比較して、免疫原性の向上を提供することを示す。また、2回目のブースト免疫は、2週間後に二次免疫応答を誘導する(群1〜3)。
C.細胞性免疫応答
特異的細胞傷害性Tリンパ球(CTL)の頻度を、ペプチドをパルスしたBalb/cマウスCD4細胞の標準的なクロム放出アッセイにより評価する。HIVタンパク質発現ワクシニアウイルスに感染したCD−8細胞を、ポジティブコントロールとして使用する(vv−タンパク質)。簡潔には、脾臓細胞(エフェクター細胞、E)を、(上記のように免疫した)BALB/cマウスから得る。細胞を培養し、再刺激し、そして例えば(Doe,B.およびWalker,C.M.,AIDS 10(7):793−794,1996に)記載されたGagペプチドでパルスした標的細胞に対するCTL活性についてアッセイする。細胞傷害活性を、標準的な51Cr放出アッセイにおいて測定する。標的(T)細胞をエフェクター(E)細胞とともに種々のE:T比で4時間培養し、そして二連のウェルからの平均cpmを使用して特異的51Cr放出(%)を算出する。
細胞傷害性T細胞(CTL)活性を、本明細書中で記載したHIV DNA構築物で免疫したマウスから回収した脾細胞において測定する。DNA免疫動物由来のエフェクター細胞は、CTL応答を示す、HIVペプチドでパルスしたSV−BALB(MHCが一致した)標的細胞の特異的溶解を示す。ペプチドでパルスされ、そしてMHCが一致しないマウス系統(MC57)に由来する標的細胞は、溶解されない。CTLアッセイの結果を使用して、DNA免疫による、細胞傷害性Tリンパ球(CTL)応答の誘導についての合成HIV発現カセットの増加した効力を示す。
(実施例5)
(合成HIV発現カセットのインビボ免疫原性)
(A.一般的免疫化方法)
合成HIV発現カセットの免疫原性を評価するために、モルモット、ウサギ、マウス、アカゲザル(rhesus macaque)およびヒヒを用いる研究が実施される。これらの研究は、代表的には以下のように構成される:DNA免疫化単独(単回または複数回);タンパク質免疫化(追加免疫)をともなうDNA免疫化;シンドビス粒子免疫化をともなうDNA免疫化;シンドビス粒子単独による免疫化。
(B.モルモット)
実験は、モルモットにおいて以下のように実施され得る。各々が6匹のモルモットを含む群は、0、4、および12週に、本明細書に記載される1つ以上の配列を含む発現カセットをコードするプラスミドDNAで、筋肉内または粘膜により免疫化する。次いで、動物は、約18週に、プラスミドブーストの配列(単数または複数)によりコードされるHIVタンパク質および/またはその他のHIVタンパク質の単回投与量(筋肉内、皮内または粘膜による)で追加免疫される。抗体力価(幾何平均力価)を、第3のDNA免疫化の2週間後および上記タンパク質追加免疫2週間後に測定する。これらの結果を用いて、免疫応答を生成する合成構築物の有用性、およびDNA免疫化後の免疫応答を増大するタンパク質追加免疫を提供する利点を証明する。
(C.ウサギ)
実験は、ウサギにおいて以下のように実施され得る。ウサギを、本明細書に記載のHIVタンパク質をコードするプラスミドDNAで、筋肉内、粘膜により、または皮内で免疫化する(Biojectニードルレスシリンジを用いる)。この核酸免疫化は、初期免疫化の後、タンパク質追加免疫をともなう。代表的には、本発明の合成HIVポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含む構築物は、高度に免疫原性であり、そしてウサギにおいてわずか2回の免疫化後に実質的な抗原結合抗体応答を生成する。
(D.体液性免疫応答)
任意の免疫化動物モデルにおいて、体液性免疫応答は、免疫化後の種々の時点で、抗HIV抗体ELISA(酵素結合イムノソルベント検定法)で、免疫化動物からの血清標本中でチェックされる。血清の抗体力価は、上記のように抗HIV抗体ELISAにより決定される。要約すれば、免疫化動物からの血清は、動物を免疫化するために用いられた、上記DNAによりコードされたHIVポリペプチド/タンパク質(単数または複数)、および/またはポリペプチドに対して惹起された抗体についてスクリーニングされる。ELISAマイクロタイタープレートのウェルは、選択されたHIVポリペプチド/タンパク質で一晩コートされ、そして4回洗浄される;次いで、ブロッキングが、PBS−0.2%Tween(Sigma)で2時間行われる。ブロッキング溶液を除去した後、100μlの希釈されたマウス血清を添加する。その後、血清を、1/25希釈で、かつ系列3倍希釈によって試験する。マイクロタイタープレートを、4回洗浄し、そして二次の、ペルオキシダーゼ連結抗マウスIgG抗体(Pierce、Rockford、IL)とインキューベートする。ELISAプレートを洗浄し、そしてウェルあたり100μlの3、3’、5、5’−テトラメチルベンジジン(TMB;Pierce)を添加した。各ウェルの吸光度を15分後に測定する。力価は、代表的には、最大の半分の吸光度(O.D.)を与えた血清の希釈の逆数として報告される。
細胞性免疫応答もまた評価され得る。
(実施例6)
(本発明の合成HIVポリヌクレオチドを含む発現カセットを用いる、ヒヒおよびアカゲザルのDNA免疫化)
(A.ヒヒ)
4匹のヒヒを、3回(0、4および8週)、本明細書に記載の遺伝子送達ヒビクルを用い、両側で大腿四頭筋肉中に筋肉内に、または粘膜により免疫化する。各免疫化の後2週間で動物から採血し、そしてHIV抗体ELISAを、単離された血漿を用いて実施する。このELISAは、二次抗体複合体が、1:500の希釈で用いた、抗ヒトIgG、g鎖特異的ペルオキシダーゼ複合体(Sigma Chemical Co.,St.Louis、MD63178)であることを除いて、本質的に上記のように実施する。50μg/mlの酵母抽出物を、血漿サンプルと抗体複合体の希釈物に添加しても良く、ヒヒ中にある既存の酵母抗体に起因する非特異的バックグラウンドを低減する。リンパ球増殖応答は、第4の免疫化後2週(14週目)にヒヒで観察され、そしてHIVポリペプチドでの追加免疫(44週および76週)後に実質的に高められる。このような増殖結果は、Tヘルパー細胞機能の誘導の指標である。
(B.アカゲザル)
本発明のポリヌクレオチドをコードする、合成のコドン改変HIVポリペプチドの改良された能力は、発現プラスミド中に構築されるとき、アカゲザルで確認され得る。代表的には、アカゲザルは、改変HIVポリヌクレオチドの2または3の1mg投与量の後、検出可能なHIV特異的CTLを有する。要するに、これらの結果は、合成HIV DNAは、非ヒト霊長類で免疫原性であることを証明する。中和抗体もまた検出され得る。
(実施例7)
(単一シストロン構築物および複数シストロン構築物の同時トランスフェクション)
本発明は、複数シストロン、単一シストロン発現カセットでの同時トランスフェクション、および1つ以上の複数シストロン発現カセットでの同時トランスフェクション、またはそれらの組合せを含む。
このような構築物は、種々の組合せで、一過性トランスフェクション研究のために293T細胞中にトランスフェクトされ得る。
例えば、2シストロン構築物が構築され得、ここで、異なるHIVポリペプチドのコード配列が、単一CMVプロモーターの制御下にあり、そして、この2つのコード配列の間に、IRES(内部リボソーム侵入部位(EMCV IRES);Kozak、M.、Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 27(45):385〜402、1992;Witherell、G.W.ら、Virology 214:660〜663、1995)配列が、第1のHIVコード配列の後、かつ第2のHIVコード配列の前に導入される。
細胞培養物から回収された上清液が、HIVタンパク質の存在について試験され、そしてトランスフェクトされた細胞中で適切なタンパク質が発現されていることを示す(例えば、Envコード配列が存在すれば、対応するEnvタンパク質が検出される;Gagコード配列が存在すれば、対応するGagタンパク質が検出される、など)。
これらの細胞株によるキメラVLPの産生は、電子顕微鏡分析を用いて測定され得る(例えば、同時所有されるWO 00/39302を参照のこと)。
(実施例8)
(HIV−1ワクチンのアクセサリー遺伝子成分:変異したTat、RevおよびNef型C抗原の機能分析)
HIV調節遺伝子およびアクセサリー遺伝子は、それらのウイルス病原性における役割、高度に保存されたCTLエピトープの高い割合、およびウイルス生活環におけるそれらの初期発現に起因して、HIVワクチンの成分として増加した注目を受けている。これら遺伝子の種々の所望されない性質のため、ワクチン成分としてそれらの安全性および適切性に関する疑問がもたれた。本発明を支持するために実施された実験は、候補HIV−1サブタイプC tat、revおよびnef変異体を、効率的発現および潜在的に有害な機能の不活性化について分析した。他のHIVサブタイプアクセサリー遺伝子は、同様に評価され得る。
South African HIV−1サブタイプCのコンセンサスTat、RevおよびNefタンパク質をコードする、配列改変された変異体tat、rev、およびnef遺伝子は、重複合成オリゴヌクレオチドおよびPCRを基礎にした部位特異的変異誘発を用いて構築された。個々のコンセンサス配列に緊密に似る単離物の野生型遺伝子の構築物もまた、PCRにより作製された。これら構築物のインビトロ発現は、ウェスタンブロッティングにより分析した。Tat変異体のトランス活性化活性およびRev変異体の核RNA搬出活性は、種々の細胞株のトランスフェクションの後、レポーター−遺伝子を基礎にする機能性アッセイを用いて調査した。
すべての構築物のインビトロ発現は、Tat、Rev、またはNef発現プラスミドでのマウスのDNAワクチン接種により生成される抗原特異的マウス血清を用いるウェスタンブロッティングにより証明した。これら配列改変遺伝子の発現レベルは、野生型遺伝子より有意に高かった。
サブタイプBおよびC Tat cDNAは変異されて、TatC22、TatC37、およびTatC22/37を得た。Tat活性は、3つの細胞株(RD、HeLaおよび293)においてアッセイする。サブタイプCコンセンサスTatのバックグラウンドにおいて、C22における単一変異は、LTR依存性CAT発現を不活性化するには不十分であった。対照的に、この活性は、単一変異C37、または二重変異C22C37を用いるRD、293およびHeLa細胞中で有意に損傷された(表Bを参照のこと)。対応する結果が、サブタイプB株由来のTat変異体について得られた。
例示の結果が、293細胞中のLTR−CATプラスミドに関するTat変異体のトランス活性化活性について図4中に提示されている。3つの独立のアッセイを、各構築物について実施した(図4、説明文(1)、(2)、(3))。
サブタイプC構築物であるTatC22ProtRTTatRevNefおよびProtRTTatC22RevNefは、TatC22単独と比較したとき、減少したTat活性を示し、これは、多分、融合タンパク質により引き起こされた構造的変化に起因する。
Rev構築物には、機能の損失を試験するために、ネイティブまたは変異したRevを含むレポータープラスミドを用いるCATアッセイを用いた。図5に示されるように、野生型Revと比較して、二重変異をもつサブタイプC Rev、M5M10(表Bを参照のこと)のmRNA搬出機能は、有意により低かった。バックグラウンドレベルは、「偽」データ、およびRevなしのpDM128レポータープラスミドデータに示されている。2つの独立したアッセイを、各構築物について実施した(図5、説明文(1)、(2))。
Nef特異的機能を測定するためのアッセイもまた実施され得る(Nef変異は、表B中に記載されている)。例えば、FACS分析を用いて、細胞表面上のMHC1およびCD4の存在を捜す。細胞を、Nef発現の存在下および不在下(コントロール)、ならびにネイティブnefタンパク質および変異nefタンパク質をコードする本発明の合成ポリヌクレオチドを用いアッセイする。MHC1およびCD4発現のダウンレギュレーションは、nef遺伝子産物が機能的でないこと、すなわち、nefが非機能的であれば、ダウンレギュレーションはないことを示す。
これらのデータは、複数成分HIV−1サブタイプCワクチンの一部を形成し得るtatおよびrevDNA免疫原の損傷した機能を示す。他グループによって先に公開されたデータとは対照的に、このC22変異は、Tatのトランス活性化機能を十分に不活性化しなかった。C37変異は、サブタイプCおよびサブタイプB Tatタンパク質の不活性化に必要であるようであった。
(実施例9)
(種々のHIVポリペプチドをコードするプラスミドの免疫原性の評価)
上記のように、本明細書に記載の任意のポリヌクレオチドまたは発現カセットの免疫原性は、容易に評価される。以下の表(表D)は、ウサギにおけるエレクトロポレーションを用いる、個々のサブタイプのワクチンおよび混合されたサブタイプのワクチンの両方の、サブタイプBおよびCエンベローププラスミドの免疫原性の比較を含む例示の手順である。このような方法は、任意の他のHIVポリペプチドに等しく適用可能であることが明らかである。
Figure 0004302513
Figure 0004302513
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MF59Cアジュバントは、4℃で10mLアリコート中に貯蔵された、10mMクエン酸pH6中に、5%スクアレン、0.5%tween80、0.5%スパン85を含む微小流動化されたエマルジョンである。
免疫原は、種々の群中の動物への投与のために、以下の表(表E)に記載のように調製される。濃度は、この表中に記載される濃度から、例えば、用いられている配列および/またはタンパク質に依存して変動され得る。
Figure 0004302513
免疫化(表F)および採血(表G)スケジュールは以下のようである:
Figure 0004302513
(実施例10)
(GagおよびPol構築物を用いるマウス免疫化研究)
細胞性免疫応答および体液性免疫応答を、以下の構築物について(本質的に実施例4に記載のように)評価した:Gag、GagProtease(+FS)(GP1、最適化されたプロテアーゼコドンおよびINSの不活性化;GP2、プロテアーゼINSの不活性化のみ)、フレームシフトをもつGagPolΔインテグラーゼ(gagFSpol)、およびGagPolΔインテグラーゼインフレーム(GagPol)(図91を参照のこと)。GagPolΔインテグラーゼインフレームの複数のバージョンもまた、弱力化(GagPolAtt)または非機能的プロテアーゼ(GagPolIna)とともに設計した。
インビトロ発現データは、Gag単独、GagProtease(+FS)、GagFSpolおよびGagPolInaを用いてp55Gagおよびp66RTの匹敵する発現を示した。完全に機能的または弱力化したプロテアーゼ(GagPolまたはGagPolAtt)をもつ構築物は、おそらくは、プロテアーゼの細胞傷害性効果に起因してp55Gagおよびp66RTの発現においてより効率的でなかった。
pCMVベクター中のGag対GP1およびGag対GP2を用いるマウスのDNA免疫化は、前脛骨筋中の筋肉内で実施した。マウスを研究の開始時(0週)および4週間後に免疫化した。採血を0、4、および6週で実施した。DNA投与量は以下のようであった:20μg、2μg、0.2μg、および0.02μg。
pCMVベクター中のGag対gagFSpolを用いるマウスのDNA免疫化は、前脛骨筋中の筋肉内で実施した。マウスを、研究の開始時(0週)に免疫化し、そして4週間後にGag(rVVgag)をコードする組換えワクシニアウイルスで抗原投与した。採血を0および4週で実施した。DNA投与量は以下のようであった:20μg、2μg、0.2μg、および0.02μg。
pCMVベクター中のGag対gagFSpolおよびGag対gagpolを用いるマウスのDNA免疫化は、前脛骨筋中の筋肉内で実施した。マウスを、研究の開始時(0週)に免疫化し、そして抗原投与4週間後にGag(rVVgag)をコードする組換えワクシニアウイルスで抗原投与した。採血を0および4週で実施した。DNA投与量は以下のようであった:2μg、0.2μg、0.02μgおよび0.002μg。
Gagに対する細胞性免疫応答は、すべての試験された改変体、例えば、Gag、GagProtease、gagFSpolおよびGagPolInaについて比較し、すべてが同等の能力を有していた。
Gagに対する体液性免疫応答もまた、GP2および特にGP1を除いて同等であった。体液性免疫応答は、機能的または弱力化プロテアーゼを含む構築物でより弱く、これは、過剰活性プロテアーゼによって引き起こされるp55Gagのより効率的でない分泌に起因し得る。
本発明を支持するために実施されたインビトロおよびインビボ実験は、Gagの発現および免疫原性は、すべての構築物で同等であったことを示唆する。例外は、完全に機能的であるか、または弱力化プロテアーゼをもつGagPolインフレームであった。これはプロテアーゼの細胞傷害性効果の結果であり得る。マウスにおける免疫応答は、インビトロの発現の相対的レベルと相関した。
(実施例11)
(C型誘導エンベロープポリペプチドを使用しての中和抗体のタンパク質発現、免疫原性および産生)
サブタイプCの主要な単離物TV1、(これは南アフリカの個体から回収された)由来のエンベロープ(Env)ワクチンを、以下のようにウサギで試験した。遺伝子カセットを設計し、gp120(表面抗原)、gp140(表面抗原および膜貫通タンパク質gp41の外側ドメイン)、および可変ループ領域(V2およびV1V2)の欠失を有するか、有さないHIV−1エンベロープポリタンパク質の全長(gp120およびgp41)のgp160形態を発現する。全ての遺伝子を、Rev非依存様式で、コード化糖タンパク質の発現を増強するように配列改変し、次いで、これらを、上記のようにDNAワクチンおよびタンパク質生産適用のためのpCMVベースのプラスミドへとクローン化した。これらの配列を本明細書中に記載されるようにコドン最適化した。簡潔に述べると、全ての改変されたエンベロープ遺伝子を、カイロンpCMV連結ベクター、好ましくはEcoRI/XhoI部位へとクローン化した。
(A.タンパク質発現)
TV1 Env抗原の全長(gp160)、短縮型gp140(Env外側ドメインのみ)およびgp120のネイティブバージョンを、本明細書中に記載の発現カセットから生産した。gp140コード配列を、293T細胞へと一過性にトランスフェクトした。遺伝子産物の発現レベルを、組織内抗原捕獲ELISAによって評価した。TV001c8.2、TV001c8.5およびTV002c12.1のネイティブ配列から構築されたエンベロープ遺伝子は、インビトロで正しいタンパク質を発現し、gpl40TV001c8.2は、最も高い発現レベルを示した。さらに、TV1由来クローン8.2から発現したEnvタンパク質は、CD4レセプタータンパク質を結合することを見出した(これは、発現タンパク質のこの特性が、機能的コンホメーションにおいて維持されることを示す)。発現したTV1 gp160タンパク質結果のレセプター結合特性/機能をまた、細胞融合アッセイによって確認した。
合計発現は、ネイティブgp140遺伝子カセットと比較して、合成gp140構築物では約10倍増加した。改変したgp120改変体およびgp140改変体の両方は、上清中に高い量のタンパク質を分泌した。さらに、gp140のV2欠失形態およびV1V2は、インタクトなgp140よりも約2倍のより多いタンパク質を発現した。全体で、合成gp140遺伝子改変体の発現レベルは、ネイティブな配列を有するgp140遺伝子と比較して10〜26倍に増加した。
つまり、試験された各合成構築物は、ネイティブなコード配列を使用する構築物に対し、10倍以上増加した発現のレベルを示した。さらに、全ての発現タンパク質は、予測された分子量であり、そしてCD4に結合することが示された。安定なCHO細胞株を誘導し、そして小スケールのタンパク質精製方法を使用して、ワクチン研究のために、少量のこれらのタンパク質の欠失していない形態およびV欠失オリゴマー形態(o−gp140)の各々を生成した。
(B.TV100ウイルス単離物およびTV002ウイルス単離物の中和特性)
一過性発現実験は、TV100ウイルス単離物およびTV002ウイルス単離物由来のエンベロープ遺伝子が、所望のタンパク質産物を発現することを示した。18人の感染した南アフリカ個体(サブタイプBおよびC)由来の血清を使用して、これらの2つのウイルス株の相対的中和感受性は、以下の通りであった。TV2株は、1:10の血清希釈で、18/18の血清によって中和され、1:50希釈では16/18;1:250希釈では15/18で中和された。比較すると、TV1単離物は、1:10希釈で15/18:1:50希釈で6/18のみ中和され;そして1:250希釈で検体のひとつも中和されなかった。さらに、TV001患者の血清は、試験された全ての希釈物でTV002単離物に対して中和活性を示した。対照的に、TV002は、1:10の血清希釈でのみTV001の中和を示した。これらの結果は、TV001単離物が、TV002よりもその感染した宿主において、より広範でかつ強力は中和抗体応答を誘導し得ることを示唆する。
(C.ウサギ研究における改変TV1 Env DNAおよびタンパク質抗原の免疫原性)
TV1 Env DNA(合成発現カセットを含む)およびタンパク質ワクチンを、以下の表Hに示されるように投与した。
Figure 0004302513
1群あたり4匹のウサギの7つの群を、指定されたプラスミドDNAおよびオリゴマーのEnvタンパク質抗原を用いて免疫した。DNAの3回用量(1回の免疫あたり1匹の動物に1mgのDNA)を、ニードル注射によって筋内に投与し、次いで0週目、4週目および20週目にエレクトロポレーションした。MF59アジュバント中の100μgのEnvタンパク質の単回用量をまた、20週で筋内の別の部位に与えた。
DNA免疫は、サブタイプCの配列改変遺伝子(TV1)(gpl60、gpl60dV2、gpl60dVlV2、gpl40、gpl40dV2およびgpl40dVlV2)ならびにサブタイプB SF162の配列改変gpl40dV2を使用した。DNA免疫は、ニードル注射によって筋内経路を介して、筋細胞および常在性抗原提示抗原細胞のトランスフェクションを促進するためのエレクトロポレーションを使用して、0週、4週および20週で行った。
単回のEnvタンパク質追加免疫(MF59アジュバント中)を、別の部位で筋内注射によって20週目に与えた。抗体力価を、各々の後免疫に次いで、ELISAによって評価した。血清検体を、0週目、4週目、6週目、8週目、12週目、22週目、および24週目に回収した。血清抗体力価を、ELISAで測定した。96ウェルプレートを、1μg/mlの濃度のタンパク質でコートした。血清サンプルを、系列的に3倍希釈した。ヤギの抗ウサギペルオキシダーゼ結合体(1:20,000)を検出のために使用した。TMBを基体として使用し、そして抗体力価を、450nmで0.6ODで読み取った。
PBMC増殖R5 HIV−1株に対する中和抗体応答を、2つの異なる研究所における2つの異なるアッセイ(Chironにおける5.25レポーター細胞株ベースのアッセイおよびDuke大学におけるDavid MontefioriのPBMCベースのアッセイ)を使用して、免疫したウサギから収集した血清においてモニターした。結果を、図94、図95、および図96に示す。このChironアッセイを、基本的に以下のように実施した。PBMC増殖CサブタイプTV001株およびPBMC増殖CサブタイプTV002株に対する中和抗体応答を、5.25細胞株を用いる組織内レポーター細胞株アッセイを使用して測定した。この細胞は、その細胞膜上にCD4レセプター/コレセプター、CCR5レセプター/コレセプター、CXCR4レセプター/コレセプターおよびBONZOレセプター/コレセプターを有する。親のCEM細胞株は、急性リンパ芽球性白血病に罹患した4歳の白人の(Caucasian)女性に由来した。この細胞をヒトB細胞株721.174と融合して、CEMx174を作製した。CCR5遺伝子(約1.1kb)を、pBABE puroレトロウイルスベクターのBamH−I(5’)およびSal−I(3’)にクローニングし、続いてCEMx174に導入した後、LTR−GFPをこの細胞にトランスフェクトした。この細胞の緑色蛍光タンパク質(GFP)を、フローサイトメーター(FACScan)によって検出した。ウイルス中和アッセイのために、力価決定した50ulのウイルスおよび50ulの希釈免疫血清または免疫前血清を、室温で1時間インキューベートした。24ウェルプレートにプレートした、10細胞/ml細胞を有するウェルに、この混合物を添加し、そして37℃で5〜7日間インキューベートした。次いで、この細胞を、PBSで洗浄した後、2%ホルムアルデヒドで固定した。Cellquestソフトウエアを使用して、Becton Dickinson FACScanにて各サンプルについて15,000事象(細胞)を収集した。示したデータは、3連のウェルの平均であった。以下の式:ウイルス阻害%=(ウイルスコントロール−実験)/(ウイルスコントロール−細胞コントロール)×100、を使用して、ウイルスコントロールと比較した中和%を算出した。採血前に観察されたすべてのウイルス阻害を、各個々の動物について差し引いている。>50%の値を陽性と見なし、グレーで強調する。
図95において、「#」は、動物が、採血前血清において高いレベルのウイルス阻害(>20%ウイルス阻害)(これは、観察した阻害の大きさ、およびいくつかの場合、有意な中和抗体活性(<50%阻害)の存在について、その血清を陽性または陰性としてスコア付けする本発明者らの能力に影響した)を有したことを示す。
図96に示すデータについて、単回のタンパク質追加免疫の後(3回目の後(post−third))収集した血清サンプルを、ウイルスで1:8希釈(細胞添加後1:24)において3連でスクリーニングした。示した値は、対応する採血前コントロールサンプルにおけるp24合成に対する、p24合成の減少%である。0値は、陰性の値が測定されたか、または値が測定されなかったことを示す。NV(有効でない(not valid))は、免疫前血清におけるウイルス阻害に起因する。p24が、少なくとも80%低減された場合、中和を陽性と見なした;これらのサンプルを、ダークグレーで強調する。より明るいグレーの陰影を付けたサンプルは、p24の合成において少なくとも50%の減少を示した。
図92は、プレートをモノマーのgp120.TV1タンパク質でコートした際のELISAデータを示す。このタンパク質は、免疫に使用したCサブタイプ遺伝子に相同である。全ての免疫群が、2回目のDNA免疫の後、高い抗体価を生じた。gp140形態のDNAで免疫した群は、1回目のDNA免疫および2回目のDNA免疫の両方の後、gp160形態を使用した群と比べて相対的に高い幾何平均抗体価を有する。gp140.TV1遺伝子およびgp140dV1V2.TV1遺伝子の両方は、2回目のDNA免疫の2週間後において高い抗体価(約10)を生じた;gp140dV2.TV1プラスミドは、この時点および他のすべての時点で最高の抗体力価(>10)を生じた。gp120.TV1タンパク質に対する結合抗体価は、約10の力価を示す異種gp140dV2.SF162遺伝子で免疫した群よりも、同種gp140dV2.TV1遺伝子で免疫した群について高かった。2回目のDNA免疫の後、全ての群が、8週目までに抗体価におけるいくらかの下落を示した。20週目でのDNA+タンパク質追加免疫の後、全ての群が、2回目のDNA免疫の後に以前に観察した力価より高い力価に到達した(0.5〜1.0対数増加を観察した)。タンパク質追加免疫の後、gp140dV2.TV1 DNAまたはgp160dV2.TV1 DNAによって初回抗原刺激されたかに関わらず、o−gp140dV2.TV1タンパク質を受けた全ての動物は、最高の抗体価を示した。
結合抗体価をまた、オリゴマーCサブタイプo−gp140dV2.TV1タンパク質またはBサブタイプo−gp140dV2.SF162タンパク質のいずれかでコートしたELISAプレートを使用して測定した(図93)。全てのTV1 Env免疫群について、オリゴマータンパク質であるo−gp140dV2.TV1を使用して測定した抗体価は、モノマー(非V2欠失)タンパク質であるgp120.TV1を使用して測定した抗体価より高かった。実際、これらの群について、異種のBサブタイプo−gp140dV2.SF162タンパク質を用いて観察した力価は、CサブタイプTV1gp120を用いて測定された力価と同等であるか、またはそれよりも高かった。それにもかかわらず、Cサブタイプ抗原で免疫した全ての群は、Bサブタイプgp140dV2.SF162に結合する力価よりも高い、Cサブタイプgp140dV2.TV1タンパク質に結合する力価を示した。逆に、gp140dV2.SF162免疫原で免疫した群は、オリゴマーBサブタイプタンパク質を用いると、そのCサブタイプ対応物より高い抗体価を示した。概して、3つのアッセイはすべて、高い抗体交差反応性抗体が、CサブタイプTV1ベースのDNA免疫原およびタンパク質免疫原によって産生されることを示した。
これらの結果は、CサブタイプTV1由来のEnv DNA抗原およびタンパク質抗原が、免疫原性であり、免疫されたウサギにおいて高い力価の抗体を誘導すること、ならびにBサブタイプR5ウイルス株およびCサブタイプR5ウイルス株の両方に対する中和抗体の実質的な証拠であることを示す。特に、gp140dV2.TV1抗原は、BサブタイプSF162EnvDV2株およびCサブタイプTV2株に対する一貫した中和反応を誘導している。従って、TV1ベースのEnv DNA抗原およびタンパク質ベースの抗原は、免疫原性であり、そしてCサブタイプHIV−1 Env抗原およびBサブタイプHIV−1 Env抗原の両方に反応性である高力価抗体応答を誘導する。2回のみのDNA免疫後、いくつかの群で中和感受性BサブタイプR5 HIV−1SF162DV2に対する中和抗体応答を観察した。Envタンパク質での単回の追加免疫の後、TV1 EnvのV2欠失形態を受けた群のウサギの大多数が、密接に関連するCサブタイプTV2初代株に対する中和活性を示した。
(実施例12)
(Rhesus Macaquesにおける免疫学的応答)
表Iに示すように構成された免疫研究において、細胞性免疫応答および体液性免疫応答を、3群のrhesus macaques(各群は、4匹の動物で構成された)において評価した。免疫組成物についての投与経路は、いずれの場合においてもエレクトロポレーションであった。抗体価を、2回目の免疫の2週間後について表Iに示す。
Figure 0004302513
Figure 0004302513
pCMVgag=pCMVKm2.GagMod Type C Botswana
pCMVenv=pCMVLink.gp140env.dV2.TV1(Type C)
pCMVpol=pCMVKm2.p2Pol.mut。Ina Type C Botswana
pCMVgag−pol=pCMVKm2.gagCpol.mut,Ina Type C Botswana。
1回目の免疫の前0週において、免疫前血清を得た。0週目において、1回目の免疫を実施した。4週目において2回目の免疫を実施した。1回目の採血を、2回目の免疫の2週後(すなわち、6週目)に実施した。3回目の免疫を8週目に、そして4回目の免疫を、16週目に実施した。動物2A、動物3A、動物3Bおよび動物3Dは、以前(おおよそ4年以上前)に、gagプラスミドDNAまたはgagVLP(サブタイプB)でワクチン接種されている。
バルクCTL、51Cr放出アッセイ、およびフロー細胞サイトメトリー法を使用して、表Jおよび表K中のデータを得た。gag特異的T細胞およびpol特異的T細胞を検出するために使用した試薬は、以下であった:(i)「gagCpol」抗原(n=377)に広がる合成重複ペプチド(代表的には、このペプチドは、11マーまでの重複を有する15マーのプールであり、このプールは、以下:プール1、n=1〜82、プール2、n=83〜164、プール3、n=165〜271、プール4、n=272〜377であり、従ってプール1およびプール2は、「gag」特異的であり、そしてプール3およびプール4は、「pol」特異的である)、ならびに(ii)組換えワクシニアウイルス(rVV)(例えば、rVVgag965、rVVp2Pol975(p2p7gag975を含む)、およびVVwr親ウイルス)。
2回目の免疫の後に、血液中のGag特異的IFNγ+CD8+T細胞、Gag特異的IFNγ+CD4+T細胞、Pol特異的IFNγ+CD8+T細胞、およびPol特異的IFNγ+CD4+T細胞を、上の表Iに記載の各動物について決定した。結果を、表Jおよび表Kに示した。表Kに示すpol特異的活性のうちいくらかは、p2p7gagに対して惹起された可能性がある。
Figure 0004302513
?=vVVp2Polに対して陽性であり得る。
Figure 0004302513
これらの結果は、本発明の構築物が、選択されたHIVポリペプチド抗原に対する特異的細胞応答および体液性応答を生成可能であることを支持する。
本発明の好ましい実施形態はいくらか詳細に記載されているが、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、明らかな改変がなされ得ることが、理解される。
図1A〜図1Dは、C型HIV 8_5_TV1_C.ZA(配列番号1;本明細書中でTV1と称される)のヌクレオチド配列を示す。種々の領域を表Aに示す。 図2A〜図2Cは、種々のHIV単離物(SF162、配列番号2;TV1.8_2、配列番号3;TV1.8_5,配列番号4;TV2.12−5/1、配列番号5;コンセンサス配列、配列番号6)由来のEnvポリペプチドのアライメントを示す。これらの矢印の間の領域は、削除および/または短縮され得る、βシート領域および/または架橋(bridging)シート領域における(TV1クローンおよびTV2クローン、両方ともC型HIVの単離体の)領域を示す。この「*」は、(TV1クローンおよびTV2クローンの)N連結グリコシル化部位、改変(例えば、欠失および/または変異)され得る1つ以上の部位を記載する。 図2Aのつづき。 図2Bのつづき。 図3は、HIV Envポリペプチドの以下:gp160、gp140、gp120およびgp41の形態間の関係を示す概念図を示す。 図4は、293細胞におけるLTR−CATプラスミドの発現に対するTat変異体の転写活性に関する例示的データを示す。 図5は、CAT発現によってモニタリングされるRev変異体の輸送(export)活性に関する例示的データを示す。 図6(シート1およびシート2)は、構築物gagCpolInaTatRevNef.opt_Bの配列(配列番号9)を示す。 図6(シート1およびシート2)は、構築物gagCpolInaTatRevNef.opt_Bの配列(配列番号9)を示す。 図7(シート1およびシート2)は、構築物GagProtInaRTmutTatRevNef.opt_Bの配列(配列番号10)を示す。 図7(シート1およびシート2)は、構築物GagProtInaRTmutTatRevNef.opt_Bの配列(配列番号10)を示す。 図8は、構築物GagTatRevNef.opt_Bの配列(配列番号11)を示す。 図9(シート1およびシート2)は、構築物GagComplPolmutInaTatRevNef_Cの配列(配列番号12)を示す。 図9(シート1およびシート2)は、構築物GagComplPolmutInaTatRevNef_Cの配列(配列番号12)を示す。 図10(シート1およびシート2)は、構築物GagProtInaRTmutTatRevNef_Cの配列(配列番号13)を示す。 図10(シート1およびシート2)は、構築物GagProtInaRTmutTatRevNef_Cの配列(配列番号13)を示す。 図11(シート1およびシート2)は、構築物GagRTmutTatRevNef_Cの配列(配列番号14)を示す。 図11(シート1およびシート2)は、構築物GagRTmutTatRevNef_Cの配列(配列番号14)を示す。 図12は、構築物GagTatRevNef_Cの配列(配列番号15)を示す。 図13は、構築物int.opt.mut.SF2の配列(配列番号16)を示す。 図14は、構築物int.opt.SF2の配列(配列番号17)を示す。 図15は、構築物int.opt.mut_Cの配列(配列番号18)を示す。 図16は、構築物int.opt_Cの配列(配列番号19)を示す。 図17は、構築物nef.D125G.−myr.opt.SF162の配列(配列番号20)を示す。 図18は、構築物nef.D107G.−myr18.opt.SF162の配列(配列番号21)を示す。 図19は、構築物nef.opt.D125G.SF162の配列(配列番号22)を示す。 図20は、構築物nef.opt.SF162の配列(配列番号23)を示す。 図21は、構築物Nef_TV1_C_ZAoptの配列(配列番号24)を示す。 図22は、構築物Nef_TV2_C_ZAoptの配列(配列番号25)を示す。 図23は、構築物NefD124G_TV1_C_ZAoptの配列(配列番号26)を示す。 図24は、構築物NefD124G_TV2_C_ZAoptの配列(配列番号27)を示す。 図25は、構築物NefD124G_Myr−TV1_C_ZAoptの配列(配列番号28)を示す。 図26は、構築物nef.D106G.−myr19.opt_Cの配列(配列番号29)を示す。 図27は、構築物p15RnaseH.opt.SF2の配列(配列番号30)を表す。 図28は、構築物p15RnaseH.opt_Cの配列(配列番号31)を表す。 図29は、構築物2pPol.opt.YMWM.SF2の配列(配列番号32)を表す。 図30は、構築物p2PolInaopt.YM.SF2の配列(配列番号33)を表す。 図31は、構築物p2Polopt.SF2の配列(配列番号34)を表す。 図32は、構築物p2PolTatRevNef.opt.native_Bの配列(配列番号35)を表す。 図33のシート1およびシート2は、構築物p2PolTatRevNef.opt_Bの配列(配列番号36)を表す。 図33のシート1およびシート2は、構築物p2PolTatRevNef.opt_Bの配列(配列番号36)を表す。 図34は、構築物p2Pol.opt.YMWM_Cの配列(配列番号37)を表す。 図35は、構築物p2Polopt.YM_Cの配列(配列番号38)を表す。 図36は、構築物p2Polopt_Cの配列(配列番号39)を表す。 図37は、構築物p2PolTatRevNef opt Cの配列(配列番号40)を表す。 図38は、構築物p2PolTatRevNef.opt.native_Cの配列(配列番号41)を表す。 図39は、構築物p2PolTatRevNef.opt_Cの配列(配列番号42)を表す。 図40は、構築物pol.opt.SF2の配列(配列番号43)を表す。 図41は、構築物Pol_TV1_C_ZAoptの配列(配列番号44)を表す。 図42は、構築物Pol_TV2_C_ZAoptの配列(配列番号45)を表す。 図43は、構築物prot.opt.SF2の配列(配列番号46)を表す。 図44は、構築物protIna.opt.SF2の配列(配列番号47)を表す。 図45は、構築物protInaRT.YM.opt.SF2の配列(配列番号48)を表す。 図46は、構築物protInaRT.YMWM.opt.SF2の配列(配列番号49)を表す。 図47は、構築物ProtInaRTmut.SF2の配列(配列番号50)を表す。 図48は、構築物protRT.opt.SF2の配列(配列番号51)を表す。 図49は、構築物ProtRT.TatRevNef.opt_Bの配列(配列番号52)を表す。 図50は、構築物ProtRTTatRevNef.opt_Bの配列(配列番号53)を表す。 図51は、構築物protInaRT.YM.opt_Cの配列(配列番号54)を表す。 図52は、構築物protInaRT.YMWM.opt_Cの配列(配列番号55)を表す。 図53は、構築物ProtRT.TatRevNef.opt_Cの配列(配列番号56)を表す。 図54は、構築物rev.exon1_2.M5−10.opt.SF162の配列(配列番号57)を表す。 図55は、構築物rev.exon1_2.opt.SF162の配列(配列番号58)を表す。 図56は、構築物rev.exon1_2.M5−10opt_Cの配列(配列番号59)を表す。 図57は、構築物revexon1_2.TV1 C ZAoptの配列(配列番号60)を表す。 図58は、構築物RT.opt.SF2(変異体)の配列(配列番号61)を表す。 図59は、構築物RT.opt.SF2(ネイティブ)の配列(配列番号62)を表す。 図60は、構築物RTmut.SF2の配列(配列番号63)を表す。 図61は、構築物tat.exon1_2.opt.C22−37.SF2の配列(配列番号64)を表す。 図62は、構築物tat.exon1_2.opt.C37.SF2の配列(配列番号65)を表す。 図63は、構築物tat.exon1_2.opt.C22−37_Cの配列(配列番号66)を表す。 図64は、構築物tat.exon1_2.opt.C37_Cの配列(配列番号67)を表す。 図65は、構築物TAT_CYS22_SF162_OPTの配列(配列番号68)を表す。 図66は、構築物tat_sf162_optの配列(配列番号69)を表す。 図67は、構築物TatC22Exon1_2_TV1_C_ZAoptの配列(配列番号70)を表す。 図68は、構築物TatExon1_2_TV1_C_ZAoptの配列(配列番号71)を表す。 図69は、構築物TatRevNef.opt.native.SF162の配列(配列番号72)を表す。 図70は、構築物TatRevNef.opt.SF162の配列(配列番号73)を表す。 図71は、構築物TatRevNefGag Bの配列(配列番号74)を表す。 図72のシート1および2は、構築物TatRevNefgagCpolIna Bの配列(配列番号75)を表す。 図72のシート1および2は、構築物TatRevNefgagCpolIna Bの配列(配列番号75)を表す。 図73のシート1および2は、構築物TatRevNefGagProtInaRTmut Bの配列(配列番号76)を表す。 図73のシート1および2は、構築物TatRevNefGagProtInaRTmut Bの配列(配列番号76)を表す。 図74は、構築物TatRevNefp2Pol.opt_Bの配列(配列番号77)を表す。 図75は、構築物TatRevNefprotRTopt Bの配列(配列番号78)を表す。 図76は、構築物TatRevNef.opt.native_ZAの配列(配列番号79)を表す。 図77は、構築物TatRevNef.opt_ZAの配列(配列番号80)を表す。 図78は、構築物TatRevNefGag Cの配列(配列番号81)を表す。 図79のシート1およびシート2は、構築物TatRevNefgagCpolIna Cの配列(配列番号82)を表す。 図79のシート1およびシート2は、構築物TatRevNefgagCpolIna Cの配列(配列番号82)を表す。 図80のシート1およびシート2は、構築物TatRevNefGagProtInaRTmut Cの配列(配列番号83)を表す。 図80のシート1およびシート2は、構築物TatRevNefGagProtInaRTmut Cの配列(配列番号83)を表す。 図81は、構築物TatRevNefProtRT opt Cの配列(配列番号84)を表す。 図82は、構築物vif.opt.SF2の配列(配列番号85)を表す。 図83は、構築物vpr.opt.SF2の配列(配列番号86)を表す。 図84は、構築物vpu.opt.SF162の配列(配列番号87)を表す。 図85は、構築物Vif_TV1_C_ZAoptの配列(配列番号88)を表す。 図86は、構築物Vif_TV2_C_ZAoptの配列(配列番号89)を表す。 図87は、構築物Vpr_TV1_C_ZAoptの配列(配列番号90)を表す。 図88は、構築物Vpr_TV2_C_ZAoptの配列(配列番号91)を表す。 図89は、構築物Vpu_TV1_C_ZAoptの配列(配列番号92)を表す。 図90は、構築物Vpu_TV2_C_ZAoptの配列(配列番号93)を表す。 図91は、HIV−1のゲノム構成および有用なサブゲノムフラグメントの概要を表す。 図92は、HIVエンベロープDNA構築物およびタンパク質での免疫後の、免疫したウサギからの抗体力価データを表す。 図93は、三回のDNA免疫および一回のタンパク質ブーストの後に収集されたウサギ血清におけるサブタイプBエンベロープタンパク質およびサブタイプCエンベロープタンパク質に対するELISA力価の比較を表す。 図94は、DNAプライムタンパク質ブーストレジメンにおいて、サブタイプC TV1 Envで免疫したウサギにおけるサブタイプB SF162 EnvdV2株に対する抗体応答の中和のデータを表す。 図95は、一回のタンパク質ブースト後の、5.25レポーター細胞アッセイにおける、サブタイプC初代株、TV1およびTV2に対する抗体応答の中和のデータを表す。 図96は、一回のタンパク質ブースト後の、サブタイプC、TV1およびDu174、ならびにサブタイプB、SF162に対する抗体応答の中和のデータ(Duke PBMCアッセイにより測定される)を表す。

Claims (53)

  1. つ以上の免疫原性HIV−1ポリペプチドをコードする合成ポリヌクレオチドであって、該ポリペプチドの少なくとも2つは、異なるHIV−1サブタイプ由来であり、ここで、該合成ポリヌクレオチドは、配列番号9〜配列番号93のうちの一つに記載のポリヌクレオチド配列を含む、合成ポリヌクレオチド。
  2. 前記HIV−1サブタイプがサブタイプBおよびサブタイプCである、請求項1に記載の合成ポリヌクレオチド。
  3. 前記HIVポリペプチドが、Gag、Env、Pol、Tat、Rev、Nef、Vpr、Vpu、Vifおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の合成ポリヌクレオチド。
  4. 前記ポリヌクレオチドがTat、RevおよびNefをコードする、請求項1に記載の合成ポリヌクレオチド。
  5. 前記ポリヌクレオチドがVif、VprおよびVpuをコードする、請求項1に記載の合成ポリヌクレオチド。
  6. 前記HIV−1ポリペプチドの1つ以上が1つ以上の突然変異を含む、請求項1に記載の合成ポリヌクレオチド。
  7. 前記HIV−1ポリペプチドがvif、vprまたはvpuを含む、請求項6に記載の合成ポリヌクレオチド。
  8. さらなる抗原性ポリペプチドをコードする配列をさらに含む、請求項1に記載の合成ポリヌクレオチド。
  9. 請求項1〜8のいずれかの合成ポリヌクレオチドを含む、発現カセット。
  10. 選択された宿主細胞における使用のための組換え発現系であって、該組換え発現系は、請求項9に記載の発現カセットを含み、ここで前記ポリヌクレオチド配列は、該選択された宿主細胞における発現に適合する制御エレメントに作動可能に連結される、組換え発現系。
  11. 請求項10に記載の組換え発現系であって、前記制御エレメントが、転写プロモーター、転写エンハンサーエレメント、転写終結シグナル、ポリアデニル化配列、翻訳開始の最適化のための配列、および翻訳終結配列からなる群から選択される、組換え発現系。
  12. 前記転写プロモーターが、CMV、CMV+イントロンA、SV40、RSV、HIV−Ltr、MMLV−ltr、およびメタロチオネインからなる群から選択される、請求項11に記載の組換え発現系。
  13. 前記ポリヌクレオチド配列が、前記選択された細胞における発現に適合する制御エレメントと作動可能に連結される、請求項9に記載の発現カセットを含む細胞。
  14. 前記細胞が哺乳動物細胞である、請求項13に記載の細胞。
  15. 前記細胞が、BHK細胞、VERO細胞、HT1080細胞、293細胞、RD細胞、COS−7細胞、およびCHO細胞からなる群から選択される、請求項14に記載の細胞。
  16. 前記細胞がCHO細胞である、請求項15に記載の細胞。
  17. 前記細胞が昆虫細胞である、請求項13に記載の細胞。
  18. 前記細胞が、Trichoplusia ni(Tn5)昆虫細胞またはSf9昆虫細胞のいずれかである、請求項17に記載の細胞。
  19. 前記細胞が細菌細胞である、請求項13に記載の細胞。
  20. 前記細胞が酵母細胞である、請求項13に記載の細胞。
  21. 前記細胞が植物細胞である、請求項13に記載の細胞。
  22. 前記細胞が抗原提示細胞である、請求項13に記載の細胞。
  23. 前記抗原提示細胞が、マクロファージ、単球、樹状細胞、B細胞、T細胞、幹細胞、これらの細胞の前駆体細胞からなる群から選択される、リンパ系細胞である、請求項22に記載の細胞。
  24. 前記細胞が始原細胞である、請求項13に記載の細胞。
  25. 前記細胞が不死化細胞である、請求項13に記載の細胞。
  26. 前記細胞が腫瘍由来細胞である、請求項13に記載の細胞。
  27. 異なるサブタイプ由来の2つ以上のHIV−1ポリペプチドを含むポリペプチドを産生するための方法であって、該方法が、該ポリペプチドを産生するための条件下で、請求項13に記載の細胞をインキューベートする工程を包含する、方法。
  28. 哺乳動物被験体における使用のための遺伝子送達ベクターであって、該ベクターは、該被験体における使用に適切な遺伝子送達ベクターを含み、ここで、該ベクターは、請求項9に記載の発現カセットを含み、ここで、該ポリヌクレオチドの配列が該被験体での発現に適合する制御エレメントに作動可能に連結される、遺伝子送達ベクター。
  29. 被験体のDNA免疫に適した組成物であって、該組成物は、請求項28に記載の遺伝子送達ベクターを含み、ここで、該遺伝子送達ベクターを含む組成物は、該被験体における前記発現カセットの発現に適合する条件下での導入に適している、組成物。
  30. 前記遺伝子送達ベクターが非ウイルスベクターである、請求項29に記載の組成物。
  31. 前記ベクターを含む組成物が、特定のキャリアを用いた送達に適している、請求項29に記載の組成物。
  32. 前記ベクターを含む組成物が、金粒子またはタングステン粒子上にコーティングされ、該コーティングされた粒子が、遺伝子銃を使用した送達に適している、請求項31に記載の組成物。
  33. 前記ベクターがリポソーム調製物中にカプセル化される、請求項29に記載の組成物。
  34. 前記ベクターがウイルスベクターである、請求項29に記載の組成物。
  35. 前記ウイルスベクターがレトロウイルスベクターである、請求項34に記載の組成物。
  36. 前記ウイルスベクターがレンチウイルスベクターである、請求項35に記載の組成物。
  37. 前記被験体が哺乳動物である、請求項29に記載の組成物。
  38. 前記哺乳動物がヒトである、請求項37に記載の組成物。
  39. 被験体における免疫応答を生成する組成物であって、該組成物は請求項28に記載の遺伝子送達ベクターを含み、ここで、該遺伝子送達ベクターを含む該組成物は、前記ポリヌクレオチドの発現および前記ポリペプチドの産生を可能にする条件下で細胞をトランスフェクトするのに適しており、それによって該ポリペプチドに対する免疫応答を誘発する、組成物。
  40. 前記ベクターが非ウイルスベクターである、請求項39に記載の組成物。
  41. 前記ベクターを含む組成物が、粒子状キャリアを使用する送達に適している、請求項39に記載の組成物。
  42. 前記ベクターを含む組成物が、金粒子またはタングステン粒子にコーティングされ、該コーティングされた粒子が、遺伝子銃を使用する送達に適している、請求項39に記載の組成物。
  43. 前記ベクターが、リポソーム調製物中にカプセル化される、請求項39に記載の組成物。
  44. 前記ベクターがウイルスベクターである、請求項39に記載の組成物。
  45. 前記ウイルスベクターがレトロウイルスベクターである、請求項44に記載の組成物。
  46. 前記ウイルスベクターがレンチウイルスベクターである、請求項44に記載の組成物。
  47. 前記被験体が哺乳動物である、請求項39に記載の組成物。
  48. 前記哺乳動物がヒトである、請求項39に記載の組成物。
  49. 前記組成物は、エキソビボでトランスフェクトするのに適しており、前記トランスフェクトされた細胞が前記被験体に再導入されることを意図される、請求項39に記載の組成物。
  50. 前記組成物は、前記被験体においてインビボでトランスフェクトするのに適している、請求項39に記載の組成物。
  51. 前記免疫応答が体液性免疫応答である、請求項39に記載の組成物。
  52. 前記免疫応答が細胞性免疫応答である、請求項39に記載の組成物。
  53. 前記遺伝子送達ベクターが、筋内投与、粘膜内投与、鼻内投与、皮下投与、皮内投与、経皮投与、膣内投与、直腸内投与、口内投与または静脈内投与に適している、請求項39に記載の組成物。
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