KR960008674B1 - 베리셀라-죠스터 바이러스, 이의 생산방법 및 이를 함유하는 백신 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 pAM2의 작제를 나타내는 개요도이다.
제2도는 pAM3의 작제를 나타내는 개요도이다.
제3도는 pPK-3의 작제를 나타내는 개요도이다.
제4도는 pPK-4의 작제를 나타내는 개요도이다.
제5도는 재조합 베리셀라-죠스터 바이러스(VZV)의 생산에 관한 개요도이다.
본 발명은 수도(chickenpox) 뿐만 아니라 그외 사람 병원균에 의해 유발되는 질환 모두에 있어 백신으로 작용할 수 있는 재조합 베리셀라-죠스터 바이러스(Varicella-zoster virus : VZV)의 생산에 관한 것이다.
수두는 헤르페스바이러스(herpesvirus) 속의 일종인 베리셀라-죠스터 바이러스(VZV)에 의해 유발된다. 이 질환은 이전에 VZV에 대해 면역되지 않은 사람에게서 발생된다. VZV-특이적 항체는 발병직후 형성될 수 있고, 회복기에는 감소하지만 수년간 검출할 수 있는 정도로 잔존하여 질환에 대한 면역성과 관련된다. 수두는 전염성이 매우 강한 것으로 전인구의 90% 이상이 20세 이전에 VZV에 노출된다. 대부분 또는 모든 경우에 있어서, VZV는 후근신경절세포에 잠복한다. 세포 면역성의 약화로, VZV는 잠복상태로부터 재활성화될 수 있고 특이적 항체의 존재하에서 조차도 대상포진(Zoster)을 유발한다. 이 질환은 20년간 이상 면역억제된 사람에게 발병율이 높다.
1974년 다카하시(Takahashi)에 의해, 수두에 걸린 유아의 소포로부터 VZV의 OKa 균주를 분리하는 방법이 보고되었다. 이후, 이균주를 기니아 피그 배아 세포 및 사람의 이배체 섬유아세포에 통과시킴으로써 약화시켰다. 약화된 VZV/OKa 변종을 청소년 수천명을 대상으로 임상적으로 시험하였다. 이로써 VZ 비리온 표면과 반응성인 높은 수준의 항체를 유도할 수 있다. 또한, 상기 균주는 유아 및 면역-절충(immune-compromised)된 개체에게서 수두를 예방하는 보호효능을 나타낸다. 이러한 VZV 균주는 면역-절충된 환자에 대해 안전하게 사용될 수 있는, 유일하게 이용가능한 바이러스성 백신이어서, VZV를 광범위한 적용을 위해 다양한 용도를 갖도록 하는 것이 필요하다.
엡스타인-바르 바이러스(Epstein-Barr virus : EBV)는 감염성 단핵증의 병인균(etiologici agent)이다. EB 비리온은 3가지 주요 표면 당단백질, 즉 gp350(350, 000달톤 당단백질), gp220, 및 gp85를 갖는다. gp350 및 gp220 폴리펩타이드는 바이러스성 단일 유전자의 산물이다. 이들 두 당단백질은 시험관내 EBV감염도를 중화시킬 수 있는 형체의 생성을 유도시킬 수 있다. 그러므로, gp350 유전자 및 이의 산물은 재조합 DNA 기술을 이용하여 EBV-유도된 질환에 대한 백신을 제조하는데 유용하다. 또한, 사람에게 VZV-유도된 질환 및 EBV-유도된 질환 모두에 대하여, 또는 VZV-유도된 질환 및 그외의 질환 모두에 대하여 동시에 예방 접종하는 것이 바람지가다.
B형 간염 바이러스(HBV)는 연간 수십만의 희생자를 내는 간경화 및 간세포성 종양을 포함하는 여러 종류의 사람 간질환을 일으키는 감염원이다. HB 비리온은 코어 단백질(core protein)과 외피 또는 표면(S) 단백질의 두가지 구조 단백질 그룹으로 구성되어 있다. S단백질은 비리온의 주요 표면 단백질, 즉 데인(Dane) 입자인 것외에도, 또한 오스트레일리아 항원의 단독 구성성분, 또는 22nm 입자이다. S단백질은 혈청형에 따라 389 내지 400개의 아미노산을 암호화하는 대형 개방 판독 프레임(open reading fram; ORF)의 해독산물이다.
이 ORF는 3개 영역으로 구분되며, 이들 각각은 생체내에서 해독개시 부위로서 작용할 수 있는 ATG 코돈으로 시작된다. 이들 영역은 유전자내에서 각기 5'-3' 방향으로 preS-1(108 내지 119개의 아미노산), preS-2(55개의 아미노산, 및 S(226개의 아미노산)라 명명한다. 이 ORF로부터 유도된 6가지 단백질 산물의 조성은 하기와 같다 :
1) gp42(42,000달톤 당단백질)=preS-1/preS-2/S(preS-1이 preS-2와 인접하고, preS-2가 S와 인접함을 의미)
2) p30(p=단백질)=preS-1/preS-2/S
3) gp36=preS-2/S(두개의 글리코실화 부위)
4) gp33=preS-2/S(한개의 글리코실화 부위)
5) gp27=S(한개의 글리코실화 부위)
6) p24=S(또는 HB 표면 항원, 즉 HBsAg)
HBs+, 상승된 혈청중의 간 효소 농도 등과 같은 정량적 마커(marker)로 관찰된 바와 같이, 침팬지(chimpanzee)는 사람이외에 HBV에 전적으로 감염되기 쉬운 유일한 종족이다. 침팬지에 3가지 투여량의 정제된 HBsAg입자(p24 함유)를 예방 접총시키고 감염성 HBV 다량으로 감염시킨다. 예방 접종을 하지 않은 동물은 급성 HBV 감염증세를 나타내는 반면에, HBsAg-예방 접종된 동물은 어떠한 감염증세도 나타내지 않았다. 따라서, 이러한 실험 시스템에서 gp27 및 p24로 구성된 HBsAg 입자(S 영역만을 함유)보호면역성을 유발하기에 충분하다. 이러한 연구를 기점으로, 다수의 제조업자들은 HBsAg 입자로 구성된 HB 백신을 생산하였다.
최근 자료에 의하면, preS-1 및 preS-2 영역이 HBV 감염에 대한 면역성에 중요한 역할을 하는 것으로 제안되었다. preS-1에 대한 항체(preS-1의 아미노산 잔기 10 내지 32개로 구성된 펩타이드에 의한 명역반응으로 유도) 및 preS-2에 대한 항체(preS-2의 아미노산 잔기 1 내지 26개로 구성된 펩타이드에 의한 면역반응으로 유도) 둘다는 시험관내에서 사람 간종양 세포에 대한 HBV의 결합을 차단할 수 있으며; 항-HBs(preS-1 또는 preS-2가 결실된 HBsAg로 예방 접종된 환자의 혈청)는 이러한 결합을 차단하는 능력이 없다. 이러한 시험관내에 반응이 생체내 감염과 유사하다면, pre-S(즉, 서로 완전히 연결된 preS-1 및 preS-2) 영역 HBV간 세포 수용체에 대한 HBV 결합부위를 나타낼 수 있으며, 항-pre-S는 HBV의 부착 및 감염개시를 차단할 수 있게 된다. 또한, 급성 HBV 감염의 회복기에 항-pre-S의 역가가 상승되는 것으로 밝혀졌으며, 이는 회복에 있어서의 이들 항체의 역할을 나타낸다. 최종적으로, 108개의 아미노산 pre-S 폴리펩타이드(1 내지 16개의 preS-2 잔기의 인접한 27 내지 119개의 preS-1 잔기)로 예방 접종된 침팬지는 HBV 감염으로부터 어느 정도 보호될 수 있음을 나타낸다. 요약하면, 이러한 실험적 관찰로서 pre-S 영역이 기존 HB 백신에 유용하게 부가될 수 있는 것으로 추정되며, 이렇게 함으로써 preS-1/preS-2/S를 암호화하는 대형 ORF의 발현문제가 중요시 된다.
본 발명의 목적은 천연적으로 생성되는 VZV 게놈(genome)을 변형시켜 이형(heterologuous) DNA, 즉 비-VZV 유도된 DNA를 함유하는 재조합 바이러스를 생성하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 다른 사람 병원균의 면역원성 폴리펩타이드를 암호화하는 이형 DNA를 이용하는 것이다. 또다른 목적은 이러한 이형DNA를 VZV 게놈의 일부로서 발현시키는 방법을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 목적은 사람에게 새로이 도입된 DNA에 의해 암호화된 이형 폴리펩타이드에 대한 면역반응이 유발되도록 사람을 예방 접종하는 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 이러한 목적 및 기타 목적들은 하기 설명으로 명백해질 것이다.
VZV 게놈은 또다른 사람 병원균의 면역원성 폴리펩타이드를 암호화하는 이형 DNA를 도입함으로써 변형시켰따. 이러한 이형 폴리펩타이드는 재조합 바이러스에 의해 감염된 세포에서 발현된다. 임상실험에서 VZV 백신 균주는 유아의 수두를 방지할 수 있기 때문에, 이형 유전물질을 함유하는 재조합 VZV는 수두뿐만 아니라 이형 병원균에 대한 백신으로 유용하다.
VZV 백신 균주의 안전성 및 효능이 건강한 어린이를 대상으로 한 임상실험으로 측정된 것 이외에도, VZV의 백신 균주는 면역-절충된 개체의 임상실험에서도 안전하고 효능이 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 개체에 대해 백신으로서 다른 약독화된 생 바이러스를 사용하는 것은 바람직하지 못하며, 따라서 본 발명에서 기술되는 바와 같은 VZV 및 이의 재조합 유도체의 사용으로 상당한 잇점이 제공된다.
이형 면역원성 폴리펩타이드는 다음 세가지 중요한 이유로 인해, 재조합-유도된 아단위 백신 형태로 보다는 재조합 생 VZV 형태로 존재하는 것이 유리하다. 첫째, 면역 시스템에 복제성 구조로서 존재하는 폴리펩타이드는 종종 비복제성, 즉 아단위 구조로서 존재할 때보다 더 장기 지속적 면연성을 유도할 수 있다. 둘째, 복제 구조상에 존재하는 경우에는 아단위 구조로 존재할 때보다 더욱 효과적으로 세포-조절 면역성을 유도할 수 있다. 마지막으로, 이형 폴리펩타이드가 사람 세포내에서 발현되는 한, 이러한 폴리펩타이드는 이형 병원균에 의해 자연적으로 감염된 사람에게서 발현될때 일어나는 것과 가장 유사한 해독후 변형을 거치게 된다. 이와 반대로, 이형 폴리펩타이드가 원핵 또는 진핵 세포에서 재조합-유도된 생성물로서 발현될 경우의 해독후 변형은 상기 폴리펩타이드가 자연적인 사람 감염기 동안 발현될때 나타나는 그러한 변형과는 때때로 다르다. 또한, 재조합 VZV의 일부로서의 이형 폴리펩타이드 발현은 백신으로서 약독화된 이형 병원생균을 사용함으로써 나타날 수 있는 어떠한 위험도 방지할 수 있다. 이는, 상기 약동화된 이형 병원생균이 이론상으로 더욱 감염력이 강하게 되어, 병리적 형태로 역전할 가능성을 갖기 때문에, 유리하다.
생 재조합 VZV 게놈은 하기와 같이 유도될 수 있다 :
EBV gp350 유전자 암호화 서열에 대해 5' 위치에 천연발생적 VZV 프로모터(promotor) 서열을 갖는 DNA 클론(clone)을 하기와 같이 제작한다 : 완전한 VZV gp I 유전자(5' 플랭킹 서열 전체 포함)를 함유하는 VZV 플라스미드를 SfaN1으로 분해하고 평활말단화하여 VZV gp I 프로모터 및 gp I 1차 해독산물의 처음 34개의 아미노산을 함유하는 0.9kbp 단편을 수득한다. gp350 유전자를 함유하는 EBV 플라스미드를 BamH I 및 Xho II로 분해하여 처음 21개의 아미노산만을 제외한 완전한 gp350 암호화 서열을 함유하는 4.3kbp 단편을 수득한다. VZV gp I의 34번 내지 36번 아미노산 및 EBV gp350의 21번 내지 22번 아미노산을 암호화하는 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide)를 합성한다. 0.9kbp DNA를 pUC 19내로 클로닝하고, BamH I으로 분해한 후 4.3kbp 단편과 연결시킨다. 수득된 벡터(pAM 2)를 Sph I, BamH I 및 ShaN I으로 분해하고 생성된 0.9 및 7.0kbp 단편을 합성 올리고뉴클레오타이드와 연결시켜 pAM 3을 수득한다. 티미딘 키나제(tk) 유전자를 함유하는 VZV 플라스미드(pPk-1)를 Acc I 및 Taq I으로 분해하여 완전한 tk 암호화 영역을 함유하는 1.5kbp 단편을 수득하고 이것을 pUC 13에 클로닝한다. tk DNA 클론(pPK-2)을 Sph I으로 분해하고 평활말단화한다. 또다른 방법으로, tk 유전자를 함유하는 VZV 플라스미드(pPK-1)을 Nsi I으로 분해하고 평활말단화한다. pAM 3을 Sph I 및 Sma I 으로 분해하고 평활단말화한 후, (pPK-2의 평활말단화된 Sph I 부위 또는 pPK-1의 평활말단화된 Nsi I 부위에 클로닝시킨다. 이렇게 하여, VZV gp I 프로모터와 EBV gp350 암호화 서열의 양끝에 비필수 VZV tk 유전자-함유 DNA 단편(tk 카셋트)을 생성시킨다.
상기에서 설명한 완전한 길이의 VZV 게놈성 DNA 및 tk 카셋트를 사람의 이배체 섬유아세포의 MRC-5 세포균주에 동시에 형질감염시킨다. 이러한 형질감염에 의해 형성된 플라크는 모노클로날(monoclonal)항체를 사용하여 EBV gp350 존재에 대해 스크리닝한다. 재조합 VZV는 EBV gp350을 발현하는 것으로 밝혀졌으며, 이 재조합체는 세포와 독립된 양상으로 통행할 수 있고 반복된 세포-연합성 통행에 대해서도 안정하다. EBV gp350 및 VZV tk DNA 탐침을 사용한 DNA 하이브리드화 분석으로, 재조합 VZV의 구조를 더 확인한다.
데인(Dane) 입자는 preS-1/preS-2/S ORF를 분리하기 위한 HBV 핵산 공급원으로 사용된다. HB 비리온에 원래 존재하는 니크(nicked) 및 갭(gapped) 형태로부터 HBV 게놈의 공유적으로 폐환된 환상의 이본쇄 DNA를 작제하기 위해 내인성 폴리머라제 반응을 이용한다. 복원된(repaired) DNA를 분리하고 EcoR I으로 분해한다. 이. 콜라이(E. coli) 클로닝 벡터 pBR 322 또한 EcoR I으로 분해하고, HBV DNA에 연결시켜 이.콜라이를 형질전환시키는데 사용한다. 환상으로 순서가 뒤바뀐 HBV 게놈(여기에서 EcoR I 부위는 완전한 preS-1/preS-2/S 암호화 영역을 0.4kbp의 5' 영역 및 0.8kbp의 3' 영역으로 분할한다)을 함유하는 재조합 플라스미드를 선별한다. 이들 두 영역은 전체 유전자의 궁극적인 재조립을 위해 서브클로닝(subcloning)한다. 3' 영역에서 pUC 19를 EcoR I 및 BamH I으로 분해하고 암호화 영역(region)의 마지막 5개 뉴클레오타이드, 종료코돈, HindIII 부위, 및 BamH I 말단으로 이루어진 합성 올리고뉴클레오타이드로 연결한다. 0.8kbp EcoR I-Acc I 단편으로 이루어진 preS-1/preS-2/S 유전자의 3' 분획을 상기 벡터에 클로닝시킨다. pUC 18을 HindIII 및 EcoR I으로 분해하고, 72bp 합성 올리뉴클레오타이드에 연결시켜, BamH I 부위 상부에서 말단 ATG 및 10bp 비해독 리더 서열을 거쳐 HindIII 화합성 말단까지의 완전한 ORF를 재구성한다. 이어서, 5' 영역의 0.3kbp BamH I-EcoR I 단편을 상기 올리고뉴콜레오타이드-연결된 클로닝 벡터에 연결시킨다. 5' pUC 18 및 3' pUC 19 클론을 이. 클라이에서 증식시킴으로써 증폭시키고 암호화 영역을 분리된 플라스미드로부터 HindIII-EcoR I 단편으로서 분해한다. 5' 및 3' 단편을 연결시키고, HindIII로 분해한 후 평활말단화시키고, 평활말단을 갖는 완전한 ORF를 미리 BamH I으로 분해하여 평활말단화시킨 pUC 18에 클로닝시킨다.
완전한 VZV gp I 유전자를 함유하는 VZV 플라스미드를 Ava I으로 분해하고 제조용 아가로즈겔 전기 영동으로 3.7kbp 단편을 정제한다. 4개의 올리고뉴클레오타이드를 합성하고 하이브리드화한후 연결하여 55bp Ava I-Xba I 링커(linker)를 형성한다. 이 링커를 3.7kbp 단편에 연결시키고 혼합체를 EcoRV로 분해한 후, 0.9kbp 단편(gp I 프로모터 함유)을 제조용 아가로스겔 전기영동에 의해 분리하고 평활말단화한 후 preS-1/preS-2/S를 함유하는 pUC 18 벡터의 Sma I 부위내로 클로닝시킨다. 이 벡터(VZV gp I 프로모터 및 preS-1/preS-2/S 암호화 영역 함유)를 Sac I 및 Pst I으로 분해하고, 평활말단화한 후 pPK-1의 평활말단화된 Nsi I 부위에 클로닝시킨다. 이렇게 하여, VZV gp I 프로모터 및 preS-1/preS-2/S 암호화 서열의 양끝에 비필수 VZV tk 유전자를 함유하는 DNA 단편(tk 카셋트)을 생성시킨다.
상기에서 설명한 완전한 길이의 VZV 게놈성 DNA 및 tk 카셋트를 MRC-5 세포상에 동시에 형질감염시킨다. 이 형질감염으로 형성된 플라크를 모노클로날 항체를 사용하여 HBV S단백질의 존재에 대해 선별한다. 재조합 VZV는 HBV 단백질을 발현하는 것으로 밝혀졌다; 이 재조합체는 세포와 독립적 양식으로 통행할 수 있으며 반복된 세포-연합성 통행에 대하여도 안정하다. 적당한 DNA 탐침을 이용한 DNA 하이브리드화 분석법으로 재조합 VZV의 구조를 더 확인한다.
EBV gp350 유전자는 VZV 게놈에 삽입될 수 있는 비-VZV DNA 서열의 한 예일 뿐이다. 항상 그렇진 않으나 대개의 경우, 이러한 서열로는 바이러스 및 세균을 포함하는 사람 병원균의 표면 상에 있는 단백질을 암호화하는 서열이 가장 유용하다. EBV gp350 서열을 VZV 게놈내로 재조합시키기 위한 다른 DNA 서열에 비해 EBV gp350 자체를 독특하게 하는 고유특성을 갖지 않는다. 즉, 비-VZV DNA로서 EBV gp350 유전자를 VZV 게놈내로 삽입하는 원리는 HBV의 preS-1/preS-2/S ORF(이들로만 제한되는 것은 아니다)를 포함하는 어떠한 비-VZV DNA 서열에도 확장될 수 있다는 것은 본 분야의 숙련가에게 명백하다. 또한 VZV의 게놈은 매우 크기 때문에, 대형 비-VZV DNA 서열을 수용할 수 있다. 비-VZV DNA가 단일의 완전한 유전자 또는 하나 이상의 유전자를 갖단지 간에, 외래 유전자는 발현되거나, 또는 하나 이상의 유전자가 첨가되었을 경우에라도 다수의 외래 유전자는 발현될 것이다. 따라서, 비-VZV DNA로서의 EBV gp350 유전자를 VZV 게놈내에 삽입시키는 원리는 하나 이상의 유전자를 삽입하는 경우에도 적용될 수 있음이 본 분야의 기술자에게 명백하다.
VZV gp I 프로모터는 바이러스 감염과정중에 생리학적으로 매우 활성이 있다. 암호화 서열이 상이한 유전자로부터 프로모터와 접해 있더라도 발현될 수 있음은 공지되어 있기 때문에, VZV 게놈은 비-VZV 유전자의 합성을 지시하는데 유용한 프로모터와 접해 있는 다수의 유전자를 함유한다. 또한, 포유동물 세포로부터 유도된 다수의 프로모터 서열은 외래 유전자의 발현지시에 매유 효과적인 것으로 설명되고 있으며 이러한 프로모터에는 메탈로티오네인(methallothionein), 레트로바이러스성(retroviral) 긴 말단 반복, 및 원숭이 바이러스 40의 프로모터가 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 프로모터는 그의 기원(origin)으로 규정되는 것이 아니라, 그의 유전자 전사 지시에서의 유용성으로 규정된다. 그러므로, 발현 카셋트에서 프로모터의 선택은 VZV에 의해 감염된 세포내에서 유전자 전사를 지시할 수 있는 진핵성, 원핵성 또는 바이러스성 프로모터에까지 확장될 수 있는 것으로 본 분야의 기술자에게 명백하다.
tk 유전자가 VZV의 복제 및 안전성에 비필수적인 것으로 입증되어 왔다. 이것은 생존 tk VZV의 선별능에 의해 입증된다. 그러므로 비-VZV DNA에 대한 삽입위치로서 tk를 사용하는 것은, 특히 VZV 복제시의 이의 비필수적 특성면에서 유용하다. 완전한 VZV 게놈성 DNA 서열의 유용성을 고려하여 다른 비필수 영역도 규정되어 사용할 수 있다. 그러므로, 비-VZV DNA의 삽입위치의 선택은 VZV 게놈내의 어떠한 필수적 영역까지 확장될 수 있음이 본 분야의 기술자에게 명백하다.
백시니아(vaccinia) 바이러스를 외래 단백질 예를 들어, B형 간염의 발현용 벡터의 사용함이 제안되어 왔다. 면역-절충된 개체에게 백시니아 바이러스를 이용할 경우 빈번히 심각한 질병률 및 사망률이 초래되는 것으로 인지되어 있다. 반면에, 베리셀라-죠스터 바이러스의 약독화된 균주를 외래 단백질 발현용 벡터로 사용하면 면역-절충된 개체에 대한 백신으로서 유용하므로, 수두에 대해서 뿐만 아니라 질환의 원인물질이 벡터에 의해 발현되는 외래 단백질을 암호화하는 질환에 대하여 면역된다. 백신은 피하 및 근육내를 포함하는 여러 경로를 통해 투여될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 외래 단백질의 예로는 EBV, B형 간염 바이러스, 사람 면역결핍 바이러스(HIV), 호흡계 합포체성 바이러스, 단순 포진 바이러스(herpes simplex virus)1형 및 2형, 및 사이토메칼로 바이러스(cytomegalovirus)에 의해 발현된 단백질이 있다. 본 발명의 벡터는 포유동물, 예를 들어 칼리트릭스 야쿠스(Callithrix jacchus) 및 사람에게 수용개체 당 102내지 104PFU 투여량으로 보호성 항체를 형성하도록 유도한다.
하기의 실시예는 본 발명을 설명하는 것이지, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 하기 실시예에서 언급되는 각각의 참조문헌의 설명은 본 명세서에서 참고로 인용하였다.
[실시예 1]
EBV gp350을 암호화하는 발현 카셋트를 함유하는 변형된 VZV tk 유전자의 작제
VZV gp I 당단백질은 VZV 비리온에 함유된 주요 구조적 당단백질중 하나[참조 : Ellis et al., J. Virology, 53 : 81(1985)]이며, VZV gp I 프로모터에 의한 전사율은 비교적 높다. 완전한 gp I 유전자 양끝에 위치하는 VZV의 Sac I G 단편[참조 : Davison et at., J. Gen. Virol, 64 : 1181(1983)]을, pBR 322를 BamH I으로 분해하고, DNA 폴리머라제 I의 클라나우 단편을 평활말단화한 후 Sac I에 대한 제한 부위를 함유하는 옥타머 올리고뉴클레오타이드(Collaborative Research)와 연결시키고 Sac I을 분해시켜 제조한 변형된 pBR 322(pRES)내로 클로닝한다. 생성된 플라스미드(pVSGO-12)를 SfaN1으로 분해하고 프로모터 서열 상부 및 VZV gp I의 처음 34개 아미노산을 암호화하는 영역을 함유하는 0.9kbp 단편을 제조용 아가로스겔상에서 전기 영동하는 정제시킨다(제1A도). 0.9kbp 단편을 T4 DNA 폴리머라제로 평활말단화하고 pUC 19[참조 : Yanisch-Perran et al., Gene 33 : 103(1985)]의 Hinc II 부위에 클로닝시켜 pAM 1을 제작한다. EBV gp350 및 gp220에 대한 구조 유전자는 동일하며 플라스미드 B68'[참조 : Hummel et al., J. Virology 49 : 413(1984)]의 BanmHI-L 게놈성 DNA 단편내에 모두 함유되어 있다. BamHI-L을 함유하는 B 68' 플라스미드를 BamHI으로 분해하고 5.0kbp BamHI-L 단편을 제조용 아가로스겔상에서 전기 영동하여 정제시킨다. 그런 다음 이 단편을 Xho II 분해하고, gp350의 암호화 영역의 처음 63bp를 제외하고 전사성 말단 서열을 포함하는 전체구조 유전자를 함유하는 4.3kbp 단편을 제조용 아가로스겔상에서 전기영동하여 정제시킨다(제1B도). pAM 1을 BamHI으로 분해하고, 4.3kbp 단편과 연결시킨다. 생성된 플라스미드(pAM 2, 제1C도)를 SphI 및 BamHI으로 분해하고, 0.9kbp 및 7.0kbp 단편을 제조용 아가로스겔상에서 전기영동시켜 정제한다(제2A도). 0.9kbp 단편을 StaN1으로 분해하고 제조용 아가로스겔상에서 전기 영동시켜 정제하여 또 다른 0.9kbp 단편을 제조한다.
하기 서열을 함유하는 올리고뉴클레오타이드 링커를 합성한다(제2B도);
5'-TGCGATACGATGAA
TATGCTACTTCTAG-5'
상기 링커는 SfaN1 및 BamHI 5' 돌출부를 함유하며 VZV gpI 유전자의 34번 내지 36번 아미노산, 이어서 EBV gp 350의 21번 내지 22번 아미노산을 암호화하는 서열을 나타낸다. 링커, 0.9kbp 단편, 및 7.0kbp 단편을 함께 연결한다. 수득된 플라스키드(pAM 3, 제2C도)를 SphI 및 Sma I으로 분해하고 3.7kbp단편을 제조용 아가로즈겔상에서 전기 영동하여 정제한 후 이어서 T4 DNA 폴리머라제로 평활말단화한다(제3A도).
완전한 tk 유전자 양끝에 있는 VZV의 Sac I H 단편[참조 : Davison et al, J. Gen. Virol, 64 : 1181(1983)]을 pRES에 클로닝시킨다. 생성된 플라스미드(pPK-1)를 Acc I 및 Taq I 으로 분해하여 tk에 대한 전체 암호화 영역을 함유하는 1.5kbp 단편을 제작한다(제3B도). 이 단편을 제조용 아가로즈겔상에서 전기 영동하여 정제하고, T4, DNA 폴리머라제로 평활말단화한 후 pUC 13[참조 : Pharmacia Inc., 1984 Catalg# 27-4954-01]의 Sma I 부위에 클로닝한다. 생성된 플라스미드(pPK-2, 제3C도)를 Sph I(tk 암호화 서열내를 두번 분해한다)으로 분해하고, T4 DNA 폴리머라제로 평활말단화한 후, 3.7kbp 단편으로 연결시키다. 생성된 플라스미드(pPK-3, 제3D도)는 VZV tk 유전자내에 VZV gpI/EBV gp350 발현 카셋트를 함유한다. pPK-3은 실시예 3에서 설명되는 바와 같이, EBV gp350을 발현시키는 재조합 VZV를 제작하는데 이용되며, 여기에는 하기와 같은 특정적 구조가 포함된다 : (1) VZV DNA 및 재조합 플라스미드 사이에 동형 재조합을 일으키기 위한 VZV tk 플랭킹 서열, (2) 바이러스의 복제기간 중 EBV gp350의 고수준 발현을 지시하기 위한 VZV gpI 프로모터, (3) gp350을 조면 소포체내에 삽입시키고 감염 세포의 원형질막 상에서 발현시키기 위한 VZV gpI 리더 서열, (4) EBV gp350 단백질을 발현시키기 위한 gp350 암호화 영역, (5) gp350막 앵커(anchor), 해독 말단 및 폴리-A 부가 서열.
[실시예 2]
EBV gp350을 암호화하는 발현 카셋트를 함유하는 또다른 변형된 VZV tk 유전자의 작제
pAM 3(실시예 1)을 Sph I 및 Sma I으로 분해하고 3.7kbp 단편을 제조용 아가로즈겔상에서 전기 영동하여 정제한 후, 이어서 T4 DNA 폴라머라제로 평활말단화한다(제4도).
pPk-1(실시예 1)을 NsiI으로 분해하고 T4 DNA 폴라머라제로 평활말단화한 후 pAM 3의 3.7kbp 단편에 연결시킨다. 생성된 플라스미드(pPK-4)는 VZV tk 유전자내에 VZV gp1/EBV gp350 발현 카셋트를 함유한다. pPK-4를 실시예 3에서 설명되는 바와 같이 EBV gp350을 발현시키는 재조합 VZV를 제작하는데 이용되며 하기의 사항을 제외하고는 pPk-3(실시예 1)에서의 동일한 특징적 구조를 포함한다: 전체 VZV Sac I H 단편, pPK-3과 비교하여 3.7kbp 증가된 5' 플랭킹 서열 및 0.6kbp 증가된 3' 플랭킹 서열로 확장된 tk 플랭킹 서열.
[실시예 3]
EBMA를 발현시키는 VZV 재조합 바이러스의 제조
2×HBA(274mM NaCl, 10mM KCl, 1.4mM Na2HPO4, 12mM 텍스트로스, 42mM 헤페스, pH 6.9) 200㎕중의 VZV/Oka 게놈성 DNA 및 pPK-3 또는 pPk-4 각각 1㎍을 멸균 증류수(최종 용적 380㎕)와 함께 12×75mm 튜브에 가한다. 2M 인산칼슘 20㎕, 10mM 헤페스(pH 5.5)를 가하고 23℃에서 30분 동안 방치하여 DNA를 공동 침전시킨다. 이 침전물을 전날 35mm 조직 배양판에 세포수 3×105개로 조정된 MRC-5 세포가 도포된 성장 배지[Dulbecco's Modified Eagle's 배지(DMEM)+10% 태아 송아지 혈정] 1.5ml에 가하고 37℃의 CO2배양기에서 4시간 동안 배양시킨다(제5도).
배지를 제거하고 세포를 성장 배지 1ml로 세척한 후, 1×HBS 중의 15% 글리세롤을 3분 동안 세포에 처리한다. 세포를 다시 한번 성장 배지로 세척하고 성장 배지 1.5ml 중, 37℃의 CO2배양기내에서 24시간 동안 배양시킨다. 이어서, 세포를 트립신으로 처리한 후 각 평판당 성장 배지 4ml가 함유된 2×60mm 평판에 통과시키고 바이러스성 플라크가 관찰될때까지 37℃ CO2배양기에서 배양시킨다. 5 내지 10일 경과후, 세포병리성의 존재로 간주되는 복제성 바이러스를 함유하는 세포를 트립신 처리하고 MRC-5 세포의 80-90% 융합성 단층상에 세포 함유물을 통과시킨다. 2일 경과후, 바이러스성 플라크가 명확해지면 성장 배지를 EBV gp350에 특이적인 모노클로날 항체(McAb)[참조 : Cl. 4, Thorley-Lawson et al, Proc, Nat. Acad. Sci. USA, 77 : 5307(1980)] 10㎍/ml를 함유하는 신선한 성장 배지로 대치하고 37℃에서 1시간 동안 배양시킨다. 세포를 DMEM으로 3회 세척하고, 토끼 항-마우스 면역 글로불린을 하기 과정에 따라 커플링시킨, 사람의 적혈구를 함유하는 성정 배지의 존재하에 37℃에서 1시간 동안 배양시킨다 : 사람의 적혈구(AB양성형)를 23℃의 150mM NaCl 중에서 5회 세척한다. 토끼의 항-마우스 IgG(1mg/ml) 2ml를 가볍게 와동시키면서 세척되고 패킹된 (packed) 적혈구 1ml에 가한다. 0.033%(w/v) 염화크롬 2ml(pH 5.0)를 계속 혼합하면서 적혈구에 적가한다. 세포를 23℃에서 7분 동안 진탕시키고, 4℃의 식염 용액중에 5회 세척한 후, 4℃의 행크(Hank) 평형 염용액(HBSS)중에서 1회 세척하고, 사용할 때에는 HBSS 50ml 중에 1 : 10으로 희석되도록 재현탁시킨다. 배양한지 1시간 경과후, 바이러스에 감염된 세포를 DMEM을 3회 이상 세척하고, VZV 플라크상에 적혈구 로제트(rosettes)가 형성되었는지를 가시적으로 관찰하여 선별한다. 이러한 로제트는 gp350을 발현시키는 세포에 대한 표시이다.
플라크의 약 10%는 CL4 McAb를 사용했을때 로제트-양성이다. 2L10 및 BMA-17로 지정된 다른 두개의 gp350 특이적 McAb 및 하나의 항-EBV+폴리클로날 사람 혈청 또한 정상 사람 혈청에서는 일어나지 않는 로제트의 형성을 유도한다. gp350에 대한 항체는 VZV/Oka 단독으로 형질가염에 의해 생성된 플라크상에서의 로제트 형성을 유도시키지 못한다. A형 간염 바이러스 VPI에 대해 지시된 McAc는 재조합 VZV 플라크상에 로제트 형성을 유도할 수 없기 때문에, 이것은 gp350의 발현을 검출하는 본 검정의 특성을 의미한다. 감염된 세포를 4℃의 DMEM 중에서 2분 동안 초음파 처리하고 초음파 처리된 상등액을 0.22㎛ 필터에 통과시켜 세포-비함유 바이러스 생성시킨다. EBV gp350을 발현시키는 재조합 VZV는 세포-비함유 감염성 바이러스로서 통행할 수 있고 이러한 클론은 0.01%(w/v) 5-브로모-2'-데옥시 우리딘의 존재하에서 통행할 수 있으며, 이것은 tk 유전자내에 재조합되었음을 의미한다. 또한 재조합 VZV는, 상기 언급한 3개의 항-gp350 McAb와의 결합에 의해 판정할 수 있듯이 30회 이상 통행시 동안 이의 EBV gp350 발현능을 상실함 없이 세포-연합형으로 통행하게 된다.
재조합 VZV 또는 모 VZV/Oka으로 감염된 MRC-5세포로부터 용해질(lysate)을 제조하고 6% 폴리아크릴아미드 겔에서 전기 영동시킨 후 니트로 셀룰로즈에 웨스턴(Western) 블롯팅한다. 항-EBV+플리클로날 사람 혈청을 사용한 결과, gp350 및 gp220이 모 VZV-감염세포 추출물에 존재하는 것이 아니라 재조합 VZV-감염세포 추출물에 존재하는 것으로 밝혀졌다. gp350 및 gp220을 동반하는 이들 당단백질은 gp350에 대한 진핵성 발현 플라스미드로 안정하게 형질 감염된 마우스 L세포내에서 생성된다. 그런 다음 재조합 바이러스 및 모 바이러스의 VZV 게놈성 DNA를 서던(Southern)블롯팅 분석으로 특성을 조사한다. 정제된 바이러스성 DNA 20㎍을 Bg1 II, Hpa I, Kpn I, 또는 Sa1 II으로 분해한 후 0.8% 아가로즈 겔상에서 전기영동하고, 니트로셀룰로즈에 옮긴후 니크-해독(nick-translation)에 의해 α[32P]dCTP로 표지시킨 gp350 유전자로부터의 DNA로 탐침시킨다. 재조합 VZV를 함유하는 레인(lane)에 존재하는 DNA 단편만이 gp350 탐침에 하이 브리드화되며, 이것은 gp350 유전자가 VZV게놈내에 연결되어 있음을 입중해준다.
[실시예 4]
HBV preS-1/preS-2/S를 암호화하는 발현 카셋트를 함유하는 VZV tk 유전자 작제
정립된 기술[참조 : Landers et al, J. Virology 23 : 368(1977)]을 이용하여 감염된 개체의 혈장으로부터 데인 입자(서브 타입 ayw)를 정제해 낸다. HBV 게놈성 DNA는 비리온내에 니크화된 갭(gapped)상태로 존재한다[참조 : Hruska et al., J. Virology 21 : 666(1977)]. 분자 클로닝에 사용할 상기 DNA를 제조하기 위해, 내인성 폴리머라제 반응을 이용하여 공유적으로 폐환된 이본쇄 환상 DNA를 제조한다[참조 : Landers et al, J. Virology 23 : 368(1977)]. DNA를 나트륨 도데실 설페이트 및 프로테이나제 K를 함유하는 완충액중에서 배양하고 페놀 : 클로로포름 : 이소아밀 알콜(25 : 24 :1)로 추출한 후 에탄올 침전법을 농축시켜 탈단백시킨다. 이와 같이 정제된 DNA를 EcoRI으로 분해한다. 이. 콜라이 클로닝 백터 pBR 322도 EcoRI으로 분해하고 분해된 HBV DNA에 연결시킨 후 이. 콜라이를 형질전환시키는데 이용한다. 독특한 EcoRI 부위 주위에서 뒤바뀐 환 방향으로 HBV게놈을 함유하는 재조합 플라스미드를 분리하면, 완전한 preS-1/preS-2/S 암호화 영역이 0.4kgbp의 5'영역 및 0.8kbp의 3' 영역으로 분리된다[참조 : Galibert et al, Nature 281646(1979)]. 이들 두 영역은 전체 유전자의 최종적인 재조립을 위해 서브클로닝 시킨다. pUC 19를 EcoRI및 BamHI으로 분해한 다음, 암호화 영역의 최종 5개의 뉴클레오타이드, 종결 코돈, Hind III부위, 및 BamHI 말단으로 구성된 합성 올리고뉴클레오 타이드에 연결시킨다. 상기 올리고뉴클레오타이드의 구조는 하기와 같다 :
0.8kbp EcoR-AccI 단편으로 구성된 preS-1/preS-2/S 유전자의 3' 분획을 상기 벡터(pUC 19/DSD) 내로 클로닝시킨다. pUC 18[참조 : Yanishc-Perran et al., Gene 33 : 103(1985)]을 Hind III 및 EcoRI으로 분해하고, 72bp 합성 올리고뉴클레오타이드에 연결시켜 말단 ATG 상부 BamHI 부위로부터 10bp 비해 독 리더 서열을 통해 HindIII 친화성 말단까지의 완전한 ORF를 재구성한다. 상기 올리고뉴클레오타이드의 구조는 하기와 같다.
(* 천연 서열 T 보다 C를 함유한다 : 상기 변화로 암호화 되는 아미노산 변화없이 HinfI 부위가 파괴된다). 그런다음, 5' 영역의 0.4kbp BamHI-EcoRI 단편을 상기의 올리고뉴클레오타이드가 연결된 클로닝 벡터(pUC 19/DSD)에 연결시킨다. 5' pUC 18 및 pUC 19 클론을 이. 클라이드 내에서 성장시켜 증폭 시키고, 암호화 영역을 분리된 플라스미드로부터 Hind III-EcoRI 단편으로서 분리해낸다. 이들 단편을 연결하고 NindIII로 분해한 후, DNA 폴리머라제 I의 PolI 단편으로 평활말단화하고 평활말단을 갖는 완전한 ORF를 pUC 18(BamHII으로 분해하여 DNA 폴리머라제 I의 Poll 단편으로 평활말단화시킴)내로 클로닝시킨다(pUC 18/PSSC).
VZV gpI 프로모터를 함유하는 단편을 유도해내기 위해, pVSGO-12를 AvaI으로 분해하고, 3.7kbp 단편을 제조용 아가로스겔상에서 전기 영동시켜 정제한다. 이 단편을 VZV gpI의 ATG 해독 개시 코돈 5' 인접한 0.05kbp를 제외한 VZV gpI 프로모터 서열을 함유한다. 하기의 서열을 갖는 4개의 올리고뉴클레오 타이드를 합성한다:
올리고뉴클레오타이드 #1 및 #2를 올리고뉴클레오타이드 #3 및 #4와 같이 하이브리드화시킨다. 그런 다음 두쌍을 서로 연결시켜 AvaI 및 XbaI 5' 돌출부를 함유하는 55bp 링커를 제작하는데, 이것은 VZV gpI의 암호화 서열에 5' 인접한 VZVgpI 프로모터 서열을 나타낸다. 이 55bp 링커를 pVSGO-12의 3.7kbp 단편에 연결시키고, 혼합체를 EcoRV로 분해한 후 0.9kbp 단편을 제조용 아가로스겔상에서 전기 영동하여 정제하고 이이서 T4 DNA 폴리머라제로 평활말단화한다.
그런다음 정제된 0.9kbp 단편을 pUC 18PSSC의 SmaI 부위에 클로닝시킨다. 이 벡터(VZV gpI 프로모터 및 preS-1/preS-2/S 암호화 영역을 함유)를 SacI 및 PstI으로 분해한 후, T4 DNA 폴리머라제로 평활말단화하고, pPK-1의 평활 말단화된(T4 DNA 폴리머라제에 의해)NsiI 부위에 클로닝시켜 pPK-5를 제조한다. 이 플라스미드(pPK-5)는 HBV preS1/preS2/S를 발현하는 베로(vero) 세포주를 생성하는데 사용되며 이것은 하기의 특정 구조를 함유한다 : 1) VZV gpI 프로모터 및 RNA 캡 부위 : 2) HBV preS1/preS2/S에 대한 완전한 단백질 암호화 서열; 및 3) 전사 말단 서열 및 폴리 A 부가물.
[실시예 5]
HBV preS-1/preS-2/S를 발현하는 재조합 VZV의 제조
실시예 3에서 기술한 바와 같이 pPK-5 및 VZV/Oka 게놈성 DNA 각각 1㎍을 공침전시키고 MRC-5세포에 가한다. 실시예 3에서 설명한 바와 같이 특이 항체 및 사람 적혈구 지시자를 이용하여 HBV preS-1/preS-2/S의 제조를 위해 재조합 VZV에 감염된 세포를 스크리닝한 결과 플라크의 약 10%가 HBV preS-1/preS-2/S에 대하여 양성으로 나타났다.
HBV S단백질에 대한 항체는 VZV/Oka 단독의 형질 감염에 의해 생성된 플라크상에 로제트 형성을 유도할 수 없다. A형 간염 바이러스 VPI에 대해 지시된 McAb는 재조합 VZV 플라크상에 로제트 형성을 유도할 수 없으므로 이것은 preS-1/preS-2/S 발현을 검출하기 위한 본 검정의 특이성을 나타낸다. 감염된 세포를 4℃에서 DMEM 중에서 2분 동안 초음파 처리하고, 초음파 처리된 상등액은 0.22㎛ 필터에 통과 시켜 세포-비함유 바이러스를 생성시킨다. HBV preS-1/preS-2S를 발현시키는 재조합 VZV는 세포-비함유 감염성 바이러스로서 통행할 수 있으며, 이러한 클론은 0.01% (w/v) 5-브로모-2-데옥시우리딘의 존재하에서도 통행할 수 있는데 이것은 tk 유전자내에서의 재조합을 의미한다. 발현성은 배양 용해질 중의
반응성에 의한 HbsAg 검출에 의해 추가로 확인된다.
재조합 VZV 또는 모 VZV/Oka에 감염된 MRC-5 세포로부터 용해질을 제조하고, 6% 폴리아크릴아미드 겔 내에서 전기영동시키고 니트로셀룰로즈에 웨스턴 블롯팅한다.
항-HBV S 단백질 뿐만 아니라 항-preS 혈청을 사용하는 경우, preS-/preS-2/S 단백질이 모 VZV 감염 세포의 추출물에서가 아니라 재조합 VZV 감염 세포 추출물에 존재하는 것으로 밝혀졌다. S 단백질을 동반하는 이들 단백질은 HBV데인 입자에서 유래된다. 그런 다음, 재조합 바이러스 및 모바이러스로부터의 VZV 게놈성 DNA를 서던 블롯 분석을 통하여 특성을 조사한다. 정제된 바이러스 DNA 20㎍을 BglII, Hpa I, KpnI 또는 Sal I으로 분해하고 0.8% 아가로즈겔상에서 전기 영동한 후 니트로셀룰로즈에 옮기고 니크-해독에 의해 α[32P]dCTP로 표지시킨 HBV preS-1/preS2/S 유전자로부터의 DNA로 탐침화한다. 재조합 VZV를 함유하는 레인에 존재하는 DNA 단편만이 gp350 탐침과 하이브리드화 되는데, 이는 VZV 게놈내에 HBV preS1/preS2/S 유전자가 연결되었음을 나타낸다.
[실시예 6]
감염된 세포를 초음파 처리하여 실시예 3에 따라 생성된 세포-비함유 바이러스를 칼리트릭스 야쿠스(Callithrix iacchus) 멍키 4집단에게 동물당 107PFU의 투여 수준으로 피하 투여 한다. 식염 위약을 또다른 칼리트릭스 야쿠스 멍키 4집단(대조)에 피하 투여한다. 30일 경과후, 양 집단에게 EBV 108PFU을 주입한다. 주입 후 6개월간 관찰한 결과 대주군의 멍키는 모두 증세를 보였으나 실험군의 멍키는 EBV 복제의 증세가 전혀 보이지 않았다. 이러한 결과는 EBV 주입 이전에 실험군내에 면역 반응이 전개되었음을 입증해 준다.
Claims (12)
- 베리셀라-죠스터 바이러스(VZV) 게놈의 비필수 유전자 또는 영역내에, 사람 병원균의 면역원성 단백질을 암호화 하는 서열을 함유하는 비-VZV 바이러스성 DNA를 삽입시킴으로써 변형시킨 VZV를 생산하는 방법.
- VZV 게놈의 비필수 유전자 또는 영역내에 존재하는 DNA와 상결성이 있는 서열에 연결되어 있는 비-VZV DNA와 VZV를 함유하는 배지를 세포 단층에 적용시킴을 특징으로 하여, VZV 게놈의 비필수 유전자 또는 영역내에, 사람 병원균의 면역원성 단백질을 암호화하는 서열을 함유하는 비-VZV 바이러스성 DNA를 삽입시킴으로써 변형시킨 VZV를 생산하는 방법.
- 제2항에 있어서, 비필수 영여이 티미딘 키나제 유전자인 방법.
- 제1항의 VZV를 함유하는 백신.
- 제2항에 따라 생산된 VZV를 함유하는 백신.
- 제2항에 있어서, 비-VZV DNA가 비-VZV DNA의 전사 지시에 적합한 프로모터 서열에 인접한 폴리펩타이드에 대한 암호화 서열을 함유하는, VZV의 생산방법.
- 제2항에 있어서, 비-VZV DNA가 하나 이상의 암호화 서열을 함유하며, 각각의 서열이 상이한 폴리펩타이드를 암호화하고 인접한 비-VZV DNA의 전사 지시에 적합한 프로모터 서열에 인접해 있는, VZV의 생산방법.
- 제2항에 있어서, 암호화 서열이 엡스타인-바르 바이러스(Epstein-Barr Virus ) gp350을 지정하는, VZV의 생산방법.
- 제2항에 있어서, 암호화 서열이 HBV preS1/preS2/S를 지정하는, VZV의 생산방법.
- 제6항에 있어서, 프로모터 서열이 VZV로부터 유도되는, VZV의 생산방법.
- 제10항에 있어서, 프로모터 서열이 VZV gp1 유전자로부터는 유도되는, VZV의 생산방법.
- 제4항에 있어서, 수두 및 하나 이상의 다른 병원균에 대해 면역화시키기 위한 백신.
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