JPH05507205A - Hiv−1の分子クローンとその使用法 - Google Patents

Hiv−1の分子クローンとその使用法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 HIV−1の分子クローンとその使用法発明の背景 HIV−1は後天性免疫不全症候群(エイズンの病因成分であると同定されてい る〔(バレーシヌーシッ他、5cfence 220,868−871,198 8:ボブビック他+ 5cience 224,497−500.1984;ガ ロー他、5cience 224,5DO−50L 1984)、) 感染した患者は、通常接触後数カ月以内に抗体を形成しくサルンガドハラン他、 5cfence 224,506−508.1984)、これは免疫学的な基盤 に立つ試験法の開発を可能にした。そしてその試験法は感染した患者からの血液 資料の殆どを同定できる。これは診断において大いに便利であり、そして血液銀 行からの試料を最大限に安全にするのに重要である。
HI V −1の重要な一面はその遺伝的多様性である(バーン他、Proc、 Nat 1.Aead、Se t。
U、S、A、82.4818−4817..1985)。
これは特に外層膜の糖タンパク質の遺伝子において明白である(スターシッチ他 、Ce1l 45,687−648.1986;アリシン他、Ce1l 46. 68−74.1988;ガーゴ他、Virology 164゜581−586 .1988)。外層膜の糖タンパク質はウィルス粒子と感染した細胞の表面上に 存在するので、免疫系の第一次の攻撃目標の強力な一つであり、それは中和抗体 と細胞障害性T細胞の標的を含む。この多様性は患者からの抗体により認識され るH I V−1のいろいろの株からの抗原のアビリティにおける相違、韮びに 罹病した危険のある個体集団中に存在するウィルス株の混合物に対して防御にな るであろう免疫応答を抽出するためにウィルスのいろいろの株からのタンパク質 のアビリティにおける相違も誘導するかも知れない。
若干数のいろいろの系統のHIV−1の生理的に活性な完全な分子クローンが得 られ、配列決定された。しかし、これらのクローンは、米国の比較的不完全型の HIV−1単離体であるウィルス遺伝型を表しているように見える。更に、非構 造的ウィルスタンパク質の翻訳読み取り枠の幾つかが完全ではない。更にこれら のクローンから誘導されたウィルスは、マクロファージ中で生長しない。多くの HIV−1野生単離物と対照的に、マクロファージに効率的に感染しないために 、これらのクローンはチンパンジー中でよく複製しない。この後者の能力は、動 物系における候補ワクチンを試験するのに重要である。更に、マクロファージに 感染する能力は引き出された免疫応答の可能な防御効能を評価するのに重要であ る。とういのは、マクロファージへの感染性の中和は、今までよ(研究されてい るT細胞の中和とは異なるだろうからである。
中和抗体(ロバートーグロフ他、Nature 316.72−74.1985 .ワイス他、Nature816,69−72.1985)は、細胞障害性T細 胞応答を持つものとして、感染した患者で示された(ウォーカー他、Natur e 828,845−848.1988)。これらは防御的であるようには見え ないが、もしそれらが感染前に存在するならば、それらは特に関連するウィルス による感染を防止したであるように見える。これは、[短尾サル(macaqu e)Jが、不活性化したシミアン免疫不全ウィルス(SIV)を使用する免疫化 により、同類の生ウィルスの感染から保護され得るということの発見により支持 される(マーフィーコープ他、5cience 246.12913−1297 ゜1989)。チンパンジーも、ある種のウィルスに対する中和抗体の事前投与 により同種の生ウィルスによる感染に対して受動的に保護された(エミニ他r  J 、 V i rol、64.8674−3678.1989)。
しかし、検討された少なくとも数種の中和抗体がv3領域(スターシッチ他、C e1l 45,687−648.1986)と呼ばれるエンベロープ(マツシタ 他。
J、Virol、62.2107−2114.1988;ラッシェ他r Pro c、Natl、Acad、Scf。
U、S、A、85.8198−8202.1988.スキナー他、AIDS R es、Hum、Retroviruses 4,187−197.1988)上 のいろいろな領域の認識に依存しているということは問題がある。
ウィルスのいろいろの突然変異性の問題に対する少なくとも部分的解決法は、基 本型のHIV−1株を同定することであり、この基本型はDNA配列データによ りまたは血清学的反応により罹病した危険のある個人集団に存在する株に最も類 似しているからである。混合ワクチンカクテル中にそのような基本型の株を限定 数人れることは、所与の個人集団中に殆ど元々存在するウィルスに対して防御的 である免疫応答を引き出すことになるであろう。そのような混合物は、感染個人 中の抗体の診断における最大に可能な感度も提供するに違いない。
ある地域の高度に代表的な単離物の構成成分は、診断試験とワクチンにおける最 大に可能な感度を提供する。
組換えDNA技術による分子クローンからのウィルスタンパク質の生産は、その ようなタンパク質を提供するための好ましいそして最も安全な手段である。基本 型HIV−1株の分子クローンは、そのような組換えタンパク質を生成できる材 料として役立てることができる。組換えDNAの使用は、生ウィルスの存在の如 何なる可能性をも回避し、遺伝的に変換したウィルス遺伝子生産物の機会を提供 する。生理学的に活性のあるクローンの使用は、遺伝子生産物が機能的であり、 従ってそれらの潜在的可能性を最大にすることを保証する。
感染性のクローンは、換言すれば、受容細胞中へのトランスフェクションの後完 全なウィルスを生産できるそれらは、幾つかの理由で望ましい。
一つの理由は、遺伝子産物が当然機能的であり;このことがin vivoで何 が起きているかについてその能力を最大にする。二番目の理由は、遺伝子的に変 異した完全なウィルスを得るのが容易であるということである。その結果、多様 性の生理学的結果を容易に検定できるということである。例えば、抗体により中 和されるウィルスのアビリティへのエンベロープ遺伝子における変化の影響を容 易にアドレスできるからである。この技術を使用して、エンベロープ遺伝子にお け゛る一点変異が中和抗体に対する耐性を付与することを示した(ライツ他。
Ce1l 54,57−68.1988)。E番目の理由は、クローナルウィル ス集団が、候補ワクチン、特に同じ分子的にクローンしたウィルスの構成分を含 有するそれらを服薬した動物におけるウィルスに挑戦するための最大に可能な定 義を提供するからである。
発明の概要 本発明の一つの目的は、アメリカ合衆国に発生する典型的な単離HIV−1を表 すだろう抗HIV−1ワクチンのためのワクチン成分を提供することである。
本発明の別の目的は、HIV−1の検出のための診断試験法を提供することであ る。
本発明のいろいろな目的と利点は、図面と下記の本発明の説明から明瞭になるで あろう。
図面の簡単な説明 図1は、3MN−PH1クローンの構造と制限地図を示している。
図2は、MN−PH1エンベロープクローンの制限地図を示している。
図8は、1MN−3TIクローンの制限地図と構造を示している。
図4は、λBA−Lクローンの構造を示している。
図5は、クローンBA−L 1の制限地図を示している。
発明の詳細な説明 本発明ハ、HIV−1ウィルス株、MN−8TIとBA−Lに関するものであっ て、この株は、依然に知られていた株より米国内でより典型的なHIV−1株で ある。
局部的単離物は、ワクチン用と血液銀行試料のような生理学的試料中のウィルス の検出用により良い材料を提供する。
本発明は、MN−3TIまたはBA−Lのenvタンパク質をコードしているD NA断片(図5と8中に示したDNA配列はそのような2例である。)に、およ び上述の断片に相補的であるヌクレオチド配列に、並びにこれらのクローンに含 まれる他の遺伝子とヌクレオチド配列に関する。本発明は、MN−ST1env タンパク質またはBA−Lenvタンパク質の独特な部分をコードしているDN A断片にも関すi〔「独特な部分jは少な(とも5個(または6個)のアミノ酸 または該当する少な(とも15個(または18個のヌクレオチド)を含む。
本発明は更にHIV−1ウイルス株MN−3TIとBA−Lそれら自身にも関す る。本発明のHIV−1ウイルスは生理学的に活性がありそして既知の方法を使 用する当業者により容易に単離できる。
本発明の上述のDNA断片は、組換え的に生産されるウィルスタンパク質の生成 のための宿主細胞の形質転換において次に使用するDNA構成中に組み込むこと ができる。本発明のDNA構成は、enVタンパク質をコードしているDNA断 片とMN−3TI (またはBA−L)のフランキング(flanking)領 域またはそれらの部分とベクターからなる。その構成は更に、enVタンパク質 をコードしている第二のDNA断片とenVタンパク質をコードしている第一の DNA断片にenV遺伝子を作動するようにリンクしているrev二応答領域の 両方をコードしていてよい。revタンパク質は、真核細胞におけるenvタン パク質の効果的な発現を容易にする。本発明において使用するための適肖なベク ターは、pSP72. λEMBL8とSP65gptに限定されない。
本発明が関連する宿主細胞は、上述のDNA構成により安定に形質転換される。
その細胞は、形質転換する構成中にコードしたウィルスタンパク質が発現される ような条件下で形質転換される。
宿主細胞は、(細菌のような)原核、(酵母を含むカビのような)低級真核また は(哺乳動物のような)高級真核であってよい。宿主細胞は、構造中にコードし であるウィルスタンパク質の発現を可能にする方法で細胞を培養することにより 組換え的に形成したMN−3TI(またはBA−L)タンパク質を生成するのに 使用できる。組換え的に生成したタンパク質は、標準のタンパク質分離プロトコ ールを使用して宿主細胞から容易に単離HIV−1株、MN−3TIとB A  −L G!比較的典型的であるアメリカ合衆国の遺伝型であるので、非感染性の MN−STIまたはBA−Lタンパク質(例えばenVタンパク質)、ペプチド またはMN−8TIまたは3人−Lタンパク質の独特な部分(例えば、envタ ンパク質の独特な部分)、そして全体の不活性化したMN−STIまたはBA− Lすらも、中和能力のある抗体または感染した細胞を殺滅することのできるT細 胞を生成するために、霊長目の動物のような哺乳動物における免疫源として使用 できる。
タンパク質は、ウィルスから単離できるかまたはクローンしたエンベロープ遺伝 子から組換え的に製造できる。
従って本発明のウィルスとウィルスタンパク質は、ワクチンまたはその構成分の いずれとしても、またはHIV−1で既に感染した個人の免疫学的治療における 薬剤としても価値がある。
ワクチンについては通常であるように、MN−STIまたはBA−Lの非感染性 の抗原部分、例えば、envタンパク質を医薬的に許容できる担体中にいれて哺 乳動物に投与できる。本発明は、MN−3TIまたはBA−Lのいずれかの非感 染性の部分からなるワクチンとMN−STIとBA−Lの両方の非感染性抗原部 分からなるワクチンに関する。本発明のワクチンは、免疫応答を促進することで 既知の免疫学的補助剤の有効量を含有できる。
ウィルスタンパク質またはポリペプチドは、抗原タンパク質に対する免疫応答を 誘導し、かくしてHIV−1感染に対して防御するのに充分な量でワクチン中に 存在する。防御的抗体は、約2ないし8週間間隔の2−3回の連続的投薬により 、通常量も良く誘導される。この連続投与は、患者中の循環する抗体濃度が低下 する場合は繰り返してよい。
感染性のHI V−1(MN)クローン、MN−3TIから誘導されるウィルス も、候補HIV〜1ワクチンを投与したチンパンジーにおけるまたは候補ワクチ ンを投与した個人からのヒト抗血清でのff1n vitroにおける再現性挑 戦実験のためにも使用できる。候補ワクチンは、チンパンジーのような試験動物 に、本発明の感染性のMN−STIウィルスの前にまたはと同時投与できる。ワ クチンの効果は、試験哺乳動物中のHIV−1感染の存在または不存在を検出す ることにより決定できる。
並列比較試験は、更に、第二列の組の試験哺乳動物にウィルスだけを投与して試 験哺乳動物の2組中に発生した感染数を比較することにより、実施できる。
別の方法としては候補ワクチンは、患者にワクチンを投与し次いで患者からの血 液細胞に感染するMN−3T1のアビリティを試験することにより評価できる。
本発明は生理学的試料中のHIV−1ウイルスの検出にも関係する。HI V− 1ウイルスの検出のためには、ウィルス、ウィルスゲノム中にコードしたタンパ ク質、またはHIV−1に対する抗体の存在が、測定される。
当業者が認識できるように、いろいろの型の試験を検出のために使用できる。そ のような試験法は、ELIZAとRIAを含むがそれだけに限定はされない。
本発明の一つの生物検定では、envタンパク質の全体または独特な部分を表面 に塗布し、生理学的試料と接触させる。タンパク質と血清中のそれらの特異的抗 体の間で形成されて得られた複合体の存在は、当技術で通常使用される既知のい ずれかの技術、例えば、蛍光抗体分光法または比色定量法により検出できる。
下記の限定を意図しない実施例により、本発明を更に詳細に説明する。
完全なHI V−1(MN)ゲノムを表す並べ替えた環状の組み込んでないウィ ルスDNAを、HIV−1(MN)を生産するH9細胞の全DNAからのλgt WES。
λBDNAのEcoR1部位中に、標準的技術によりりローンした〔サムプルツ ク他、t989.r分子クローニング(Molecular Cloning) 、 コールド・スプリング・ハーバ−・ラボラトリ・プレス発行にューヨーク、 コールド・スプリング・ハーイ(−在)〕。このクローンを1MN−PH1と命 名する、そしてその構造と制限地図を図1に示す。クローンをM13mp18と Ml 8mp 19にサブクローンし、そして図2に示した全クローンのDNA 配列は、塩基配列決定法(dideoxy chain terminati。
n methd)(サンガー他* Proc、Natl。
Acad、Scf、U、S、A、74.5468−5467、 1977)によ り得られた。エンベロープタンパク質のアミノ酸配列(表1を参照)はDNA配 列から推定した。クローンした組み込んでないウィルスDNAの制限地図(図1 を参照)は、λPHIのDNA配列からも得られ、エンベロープ(env)遺伝 子を市販のプラスミドpSP72 (プロメガ・バイオロジカル・リサーチ・プ ロダクト(ライシコンシン州、マジスン)製)中にサブクローンするために、ウ ィルスタンパク質の推定したアミノ酸配列と一緒に使用した。このプラスミド( pMN−PHI env)は、エンベロープタンパク質のコーディング領域に加 えて、revタンパク質のコーディング領域(ファインバーブ他、Ce1l 4 6.807−817.1986)およびrev一応答領域を含cquir、Im mune、Defic、5yndr。
1.441−452.1988);というのは両者とも真核細胞中のエンベロー プタンパク質の能率的な発現に必要であるからである。
か(して、このプラスミドはエンベロープタンパク質の生産に要求される全ての 要素を含み、次いで適当な発現ベクターと受容細胞中への導入の全てが分子生物 学者に既知の標準の技術により行われる。
MN−3TIクローン 感染性の分子クローン、λMN−3T1?t、HIV−1(MN)で感染し、短 時間(1ケ月)培地中に維持した末梢血液リンパ球からの精製したDNAからの 組み込まれたプロウィルスをクローニングすることにより得られる。組み込まれ たプロウィルスDNAを、15−20キロ塩基(kb)のDNA断片の収率が最 高になる条件で部分的に切断する。これをλEMBL8のMAの相補的BamH 1部位に、図3に示すようにして、クローニングした。図8は、クローンλMN −3TIの制限地図も示している。表[1に示した、全クローンのDNA配列は 、塩基配列決定法(dideoxy chain termination m ethd)(サンガー他、Proc、Nat1.Acad、Sci、U、S、A 、74.5468−5487.1977)により得られた。
アミノ酸配列は、DNA配列から予測した(表trを参照)。このクローンは標 準法により受容細胞中ヘトランスフェクションできる。トランスフェクシヨンの 後、クローンしたプロウィルスDNAを生理的に活性のウィルス粒子に発現し、 これはウィルスストック源として利用できる。
プロウィルスDNA (その制限地図を図2に示しである。)を、EamHIに よる切断によりλフアージベクターから外し、プラスミドSPθ5gpt(ファ インバーブ他、Ce1l 46,807−817.t988)中に挿入する。こ のプラスミドpMN−3TIは、SV40複製起点を含む。従って、付着複製起 点と相互作用するSV4 Q遺伝子生産物を生産するC08−1細胞(グルラマ ン、Y、Ce1l 28,175−182゜1981)中へのトランスフェクシ ョンは、複製能力のある感染性ウィルスの大量の同時的生産を伴う瞬時的な多数 のプラスミド複製をもたらす(ファインバーブ他。
Ce1l 46,807−817.1986)、これは遺伝子的に同質のウィル スの便利な生産源並びに標準法を使用する所望の変異を導入する方法を提供する 。
エンベロープ遺伝子をλフアージクローンから切出し、1MN−PH1について 上述したのと同じにしてプラスミド中にクローンした。
このクローン(pMN−3TI env)は、それが生理学的に活性のクローン したプロウィルスから誘導されている以外は、上述のλpMN−PH1envと 同様である。pMN−PH1envと同様にして、pMN−3Tlenvは周知 技術によりHI V −1(MN) ノzンベローブタンパク質を生産するため に、適当なベクターと宿主中に配置できる。
BA−Lクローン HIV−1(BA−L)ゲノムを表す組み込んでないウィルスDNAのHfnd lll断片を、HIV−1(BA−L)で感染し、HIV−1(BA−L)を生 産する末梢血液マクロファージの全DNAからのλファージCharon28D NA中へ、標準技術によりクローンした。陽性のクローンは、HIV−1エンベ ロープのfiN線標識したプローブを使用するハイブリッド形成により選択した 。λBA−Llと命名したこのクローンは、エンベロープタンパク質のための全 遺伝子を含有していることが見出された。その構造を図4に示す。挿入物をプラ スミド(pBluescr ipt、StratageこのクローンをpBA− Llと命名する。
表IIIに示したエンベロープタンパク質のアミノ酸配列を、DNA配列から推 定した。制限地図は、適当な発現ベクター中へのenv遺伝子のクローニングの ための適当な制限酵素を決定するために、BA−Ll (図5に示した)のDN A配列からも′得た。
0.4KbのEco R1−H1ndlII断片と2゜8KbのHindlll −Xbal断片は一緒にクローンすると全env遺伝子を構成する。このプラス ミドは、エンベロープタンパク質のためのコーディング領域に加えて、revタ ンパク質とrev応答領域を含むenvタンパク質の部分とをコードしている領 域を含む。両者とも真核細胞中のエンベロープタンパク質の能率的な発現に必要 である(ファインバーブ他、Ce1l 48゜807−817.1986.ディ トン他、J、Acquir、Immune、Defc、5yndr、1,441 −452.1988)。 かくして、このプラスミドはエンベロープタンパク質 の生産に要求される全てのHIV−1遺伝子的要素を含み、次いで適当な発現ベ クターと受容細胞中への導入の全てが分子生物学者に既知の標準の技術により行 われる。
寄託に関する記述 λMN−STIクローンとBA−Lプラスミドクローンは、ブダペスト条約によ り、1990年9月13日にアメリカ合衆国、メリーランド20852.ロツク ヴイレ、12301 バークローン ドライブ在のATTCに寄託された。2M N−3TIクローンはATCC受託番号ATCC40889を付与されそしてB A−LプラスミドクローンはATCC受託番号ATCC40890を与えられた 。
***** 上述の刊行物は、ここに引用により包含される。上述の発明は、明瞭にするのと 理解のために詳細に記述されたが、当業者はこの開示を読めば、本発明の真の範 囲から早離することなしに、形式と詳細におけるいろいろの変形ができることを 理解するであろう。
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Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.受容細胞中へのトランスフェクションの後、ATCC40889の同定特性 を有するヒト免疫不全ウイルス1型(HIV−1)ウイルス株MN−ST1の活 性培養物を産出できる分子クローンの実質的に純粋な製剤。
  2. 2.ATCC40890の同定特性を有する(HIV−1)ウィルス株BA−L のエンベロープとrevをコードしている配列を含むDNAの実質的に純粋な製 剤。
  3. 3.MN−ST1のエンベロープ(env)タンパク質をコードしているDNA 断片。
  4. 4.表IIIに記載の配列を持つ請求項8記載のDNA断片。
  5. 5.BA−Lのenvタンパク質をコードしているDNA断片。
  6. 6.表IIIに記載の配列を持つ請求項5記載のDNA配列。
  7. 7.精製したMN−STlenvタンパク質。
  8. 8.表IIに記載した配列を持つ請求項7記載のタンパク質。
  9. 9.精製したBA−Lタンパク質。
  10. 10.表IIIに示した配列を持つ請求項9記載のタンパク質。
  11. 11.i)請求項3記載のDNA断片;およびii)ベクター からなるDNA構造。
  12. 12.更に、revタンパク質をコードしているDNA断片とrev−応答領域 からなる請求項11記載のDNA構造。
  13. 13.i)請求項5記載のDNA断片;およびii)ベクター からなるDNA構造。
  14. 14.更に、revタンパク質をコードしているDNA断片とrev−応答領域 からなる請求項13記載のDNA構造。
  15. 15.組換え的に生産されるMN−STlenvタンパク質。
  16. 16.組換え的に生産されるBA−Lenvタンパク質。
  17. 17.請求項11または13に記載の上記組換えDNA構成でもって、上記組換 えDNA分子中にコードしてあるウイルスタンパク質の発現をさせるように、安 定に形質転換してある宿主細胞。
  18. 18.組換えHIV−1ウイルス株MN−ST1タンパク質を製造する方法であ って、上記ウイルスタンパク質を発現させて単離するように、請求項17記載の 上記の宿主細胞を培養することからなる方法。
  19. 19.HIV−1感染に対する哺乳動物用のワクチンであって、上記感染に対す る免疫化を誘導するのに充分な量の請求項1記載の上記MN−ST1ウイルス株 の非感染性抗原部分、および医薬的に許容できる担体からなるワクチン。
  20. 20.HIV−1感染に対する哺乳動物用のワクチンであって、上記感染に対す る免疫化を誘導するのに充分な量の請求項2記載の上記BA−Lウイルス株の非 感染性抗原部分、および医薬的に許容できる担体からなるワクチン。
  21. 21.更に助剤を含有する請求項19または請求項20記載のワクチン。
  22. 22.HIV−1感染に対する哺乳動物用のワクチンであって、上記感染に対す る免疫化を誘導するのに充分な量のMN−ST1ウイルス株envタンパク質の 少なくとも5個のアミノ酸、および医薬的に許容できる担体からなるワクチン。
  23. 23.HIV−1感染に対する哺乳動物用のワクチンであって、上記感染に対す る免疫化を誘導するのに充分な量のBA−Lウイルス株envタンパク質の少な くとも5個のアミノ酸、および医薬的に許容できる担体からなるワクチン。
  24. 24.上記タンパク質が組換え的に生産されたタンパク質である請求項22また は23記載のワクチン。
  25. 25.HIV−1感染に対する候補ワクチンを試験する方法であって、上記ワク チンと請求項1記載のMN−ST1ウイルス株を試験哺乳動物に投与し、次いで 上記感染の存在または不存在を検出する段階からなる方法。
  26. 26.HIV−1活性に影響を与える能力について医薬をスクリーニングする方 法であって、請求項17記載の宿主細胞を、上記ウイルスの上記活性が影響され 得るような条件下で上記医薬と接触させることからなる方法。
  27. 27.生理学的試料中のHIV−1の検出のための生物検定法であって: i)MN−ST1またはBA−LウイルスからのenVタンパク質の少なくとも 5個のアミノ酸で表面を塗布し; ii)上記表面を上記試料で接触せしめ;次いでiii)上記タンパク質と上記 試料中に存在する上記タンパク質に特異的な抗体との間で形成した複合体の存在 または不存在を検出する段階からなる方法。
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