RU2552609C1 - Method of obtaining system of directed delivery of protein molecules (oncolytic proteins) into tumour cells based on activated lymphocytes - Google Patents

Method of obtaining system of directed delivery of protein molecules (oncolytic proteins) into tumour cells based on activated lymphocytes Download PDF

Info

Publication number
RU2552609C1
RU2552609C1 RU2013147802/10A RU2013147802A RU2552609C1 RU 2552609 C1 RU2552609 C1 RU 2552609C1 RU 2013147802/10 A RU2013147802/10 A RU 2013147802/10A RU 2013147802 A RU2013147802 A RU 2013147802A RU 2552609 C1 RU2552609 C1 RU 2552609C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
apoptin
tumor
cells
protein
tumour cells
Prior art date
Application number
RU2013147802/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013147802A (en
Inventor
Степан Петрович Чумаков
Юлия Евгеньевна Кравченко
Юрий Николаевич Лежнин
Елена Ивановна Фролова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биотехнологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук (ИМБ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биотехнологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук (ИМБ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биотехнологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук (ИМБ РАН)
Priority to RU2013147802/10A priority Critical patent/RU2552609C1/en
Publication of RU2013147802A publication Critical patent/RU2013147802A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2552609C1 publication Critical patent/RU2552609C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to the field of biotechnology, in particular to the lentiviral delivery of apoptin into tumour cells, and can be used in medicine. The method includes obtaining a lentiviral construct, expressing modified apoptin, fused with a sectretory signal of lactotransferrin and a transduction signal (ST-CTP-apoptin), with the further obtaining of recombinant lentiviral particles, defective by replication and carrying the modified apoptin, which are later introduced into T-lymphocytes (TILs), obtained in the surgical ablation of the tumour or in the process of obtaining a biopsy, possessing the ability to penetrate into tumour cells. After that, obtained TILs are autotransplanted to the said patient.
EFFECT: invention makes it possible to increase the ability of apoptin to penetrate into tumour cells and produce an oncolytic effect with respect to all the tumour cells.
2 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области медицины и биотехнологии.The invention relates to the field of medicine and biotechnology.

Современные методы противораковой терапии основаны на применении комплексного подхода с использованием сочетания средств, нацеленных на те или иные особенности биологических свойств опухолевых клеток. По мере углубления знаний об опухолевых клетках и выяснения наиболее универсальных механизмов, отличающих раковые клетки от нормальных, появляется возможность для разработки более эффективных, специфичных и безвредных для организма средств биологической терапии. В отличие от недостаточно специфично действующих химиотерапевтических средств, биологические методы терапии призваны использовать природные активности и механизмы для выявления и уничтожения раковых клеток.Modern methods of anti-cancer therapy are based on the application of an integrated approach using a combination of agents aimed at certain features of the biological properties of tumor cells. As knowledge of tumor cells is deepened and the most universal mechanisms that distinguish cancer cells from normal are clarified, it becomes possible to develop more effective, specific and harmless biological therapy agents for the body. In contrast to insufficiently specific chemotherapeutic agents, biological methods of therapy are called upon to use natural activities and mechanisms to detect and destroy cancer cells.

В настоящее время все большее внимание исследователей привлекают перспективы использования подходов к терапии злокачественных новообразований, основанных на использовании биомолекул - белков, обладающих избирательным ингибирующим или даже токсическим действием в отношении опухолевых клеток, при этом не оказывая аналогичных эффектов на нормальные клетки. К подобным подходам можно отнести также использование специально разработанных антител против опухолеспецифичных эпитопов, которые подавляют опухолевый рост либо за счет блокирования рецепторов, необходимых для активной пролиферации опухоли, либо путем прямого цитотоксического влияния токсина, ковалентно соединенного с антителом. Другой группой белковых молекул, обладающих не меньшим потенциалом применения в терапии, являются онколитические белки - молекулы, которые при попадании в опухолевую клетку инициируют каскад проапоптотических сигналов, зависимый от патологических сигнальных путей, характерных для трансформированных клеток, но не для нормальных.Currently, researchers are attracting more and more attention to the prospects of using approaches to the treatment of malignant neoplasms based on the use of biomolecules - proteins that have a selective inhibitory or even toxic effect on tumor cells, while not exerting similar effects on normal cells. Such approaches can also include the use of specially designed antibodies against tumor-specific epitopes that inhibit tumor growth either by blocking the receptors necessary for active proliferation of the tumor, or by direct cytotoxic effect of the toxin covalently coupled to the antibody. Another group of protein molecules that have no less potential for use in therapy are oncolytic proteins - molecules that, when introduced into a tumor cell, initiate a cascade of proapoptotic signals, depending on pathological signaling pathways that are characteristic of transformed cells, but not normal.

Главное преимущество белковых молекул по сравнению с традиционно используемыми цитотоксическими химическими соединениями состоит в том, что механизм их действия нацелен на фундаментальные особенности раковых клеток, что обеспечивает исключительно высокую избирательность их действия, в сочетании с низкой токсичностью для организма и отсутствием побочных эффектов. За счет этого, сильный кумулятивный эффект от воздействия нескольких препаратов на опухоль может быть достигнут без осложнений, обычно наблюдаемых при противораковой терапии.The main advantage of protein molecules compared to traditionally used cytotoxic chemical compounds is that their mechanism of action is aimed at the fundamental features of cancer cells, which provides extremely high selectivity of their action, combined with low toxicity to the body and the absence of side effects. Due to this, a strong cumulative effect from the effects of several drugs on the tumor can be achieved without the complications commonly observed with anticancer therapy.

В последнее время все больше работ описывают инактивацию опухолевого супрессора р53 как одну из основных причин возникновения рака. Как известно, р53 - это ключевой компонет, ответственный за запуск защитных сигнальных путей в ответ на повреждения ДНК в клетках млекопитающих. Накопление повреждений в генетическом аппарате клетки ведет к активации белка р53, результатом чего является остановка клеточного цикла и репликации ДНК, при сильных повреждениях происходит программируемая клеточная смерть или апоптоз. Таким образом работает механизм, способный предупреждать и удалять потенциально онкогенные клетки, а мутация или потеря р53 гена ведет к накоплению множества повреждений ДНК, перерождению клетки и, в конце концов, к раку. Примерно в 50% всех злокачественных опухолей обнаруживается мутация именно гена р53. Поэтому большое научное и прикладное значение имеют исследования, посвященные поиску альтернативных, р53-независимых путей апоптоза. Недавно было установлено, что таким механизмом обладает апоптоз, индуцируемый Апоптином.Recently, more and more works describe the inactivation of the tumor suppressor p53 as one of the main causes of cancer. As you know, p53 is a key component responsible for triggering protective signaling pathways in response to DNA damage in mammalian cells. Accumulation of damage in the cell’s genetic apparatus leads to the activation of the p53 protein, which results in stopping the cell cycle and DNA replication, with severe damage, programmed cell death or apoptosis occurs. Thus, a mechanism works that can prevent and remove potentially oncogenic cells, and mutation or loss of the p53 gene leads to the accumulation of many DNA damage, degeneration of the cell and, ultimately, to cancer. In about 50% of all malignant tumors, the p53 gene mutation is detected. Therefore, studies devoted to the search for alternative, p53-independent apoptotic pathways are of great scientific and applied value. Recently it was found that apoptosis induced by Apoptin has such a mechanism.

Апоптин (продукт гена VP3 генома вируса инфекционной анемии кур) - пролин-богатый белок с молекулярной массой 13,6 кДа, состоящий из 121 аминокислотного остатка.Apoptin (a product of the VP3 gene of the chicken infectious anemia virus genome) is a proline-rich protein with a molecular weight of 13.6 kDa, consisting of 121 amino acid residues.

Больший интерес вызывает способность апоптина селективно индуцировать апоптоз трансформированных клеток птиц и млекопитающих, при этом не воздействуя на нормальные, нетрансформированные клетки. Исходя из полученных данных можно говорить о 70 различных опухолевых линиях, которые оказываются чувствительны к апоптину. Апоптин имеет область ядерной локализации, расположенную в С-концевом регионе белка между 80-121 аминокислотными остатками, и область ядерного экспорта, расположенную в Ν-концевом регионе, между 33 и 46 аминокислотными остатками. Во многих исследованиях показано, что ядерная локализация апоптина в опухолевых клетках необходима для индукции апоптоза, тогда как в нормальных клетках белок локализуется преимущественно в цитоплазме, где он нестабилен и быстро деградирует.Of great interest is the ability of apoptin to selectively induce apoptosis of transformed cells of birds and mammals, while not affecting normal, non-transformed cells. Based on the data obtained, we can speak of 70 different tumor lines that are sensitive to apoptin. Apoptin has a nuclear localization region located in the C-terminal region of the protein between 80-121 amino acid residues, and a nuclear export region located in the Ν-terminal region, between 33 and 46 amino acid residues. Many studies have shown that nuclear localization of apoptin in tumor cells is necessary for the induction of apoptosis, whereas in normal cells, the protein is localized mainly in the cytoplasm, where it is unstable and rapidly degrades.

Как уже упоминалось, VP3 способен вызывать гибель только раковых клеток, при этом, не оказывая влияния на нормальные. Такую избирательность можно объяснить нуклео-цитоплазматическим переносом. Экспериментальные данные показали, что ядерный экспорт апоптина в нормальных клетках определяется уникальной сигнальной последовательностью (последовательность ядерного экспорта) с которой взаимодействует экспортин CRM1, осуществляя, таким образом, постоянный вывод белка из ядра. В раковых клетках обратного переноса не происходит, из-за фосфорилирования 108 треонина (108 Thr) в последовательности ядерного экспорта, которое блокирует данное взаимодействие с CRM1. Таким образом, фософрилирование Thr-108, как кажется, может являться одним из ключевых событий, необходимых для накопления апоптина в ядре и апоптин-индуцированного апоптоза. Дальнейшее, более подробное изучение этого явления показало, что фосфорилирование апоптина не является обязательным условием его опухоле-специфичного накопления в ядре. Так, замена 107 и 108 треонина на остатки аланина, и дальнейшая проверка субклеточной локализации мутантного апоптина в клетках MCF-7 и нормальных клетках не выявила каких-либо изменений. Данный белок все также накапливался в ядрах опухолевых клеток и в дальнейшем приводил к апоптозу. Это говорит о существовании других механизмов накопления апоптина в ядрах опухолевых клеток.As already mentioned, VP3 is capable of causing the death of only cancer cells, while not affecting normal cells. This selectivity can be explained by nucleo-cytoplasmic transfer. Experimental data showed that the nuclear export of apoptin in normal cells is determined by a unique signal sequence (nuclear export sequence) with which CRT1 exportin interacts, thus ensuring the constant removal of protein from the nucleus. The reverse transfer does not occur in cancer cells due to the phosphorylation of 108 threonine (108 Thr) in the nuclear export sequence, which blocks this interaction with CRM1. Thus, Thr-108 phosphosylation seems to be one of the key events necessary for the accumulation of apoptin in the nucleus and apoptin-induced apoptosis. A further, more detailed study of this phenomenon showed that apoptin phosphorylation is not a prerequisite for its tumor-specific accumulation in the nucleus. Thus, the replacement of 107 and 108 threonine with alanine residues, and further verification of the subcellular localization of mutant apoptin in MCF-7 cells and normal cells did not reveal any changes. This protein still accumulated in the nuclei of tumor cells and subsequently led to apoptosis. This suggests the existence of other mechanisms of apoptin accumulation in the nuclei of tumor cells.

Медицинское применение онколитических белков, в том числе и апоптина, пока осложнено низкой эффективностью используемых способов доставки биологических препаратов в участки расположения опухоли. Еще одной проблемой является доставка белка непосредственно в опухолевую клетку, ведь в отличие от малых химических молекул, белки лишены способности проникать через плазматическую мембрану. Существенным ограничением также является иммуногенность белков и быстрое образование антител, которые, со временем, могут полностью нейтрализовать активность онколитического белка. Для того чтобы онколитические белки стали эффективным средством противоопухолевой терапии, нужно найти пути эффективного решения этих проблем: определить модификации структуры белка, необходимые для его беспрепятственного прохождения через плазматическую мембрану и разработать принципиально новые средства направленной доставки таких терапевтических агентов к опухолевым клеткам. Такие способы доставки должны, с одной стороны, защитить белок от действия антител, а с другой - приблизить высвобождение активного белка к месту расположения опухолевой клетки.The medical use of oncolytic proteins, including apoptin, has so far been complicated by the low efficiency of the used methods of delivering biological preparations to the tumor sites. Another problem is the delivery of protein directly to the tumor cell, because unlike small chemical molecules, proteins lack the ability to penetrate through the plasma membrane. A significant limitation is the immunogenicity of proteins and the rapid formation of antibodies, which, over time, can completely neutralize the activity of the oncolytic protein. In order for oncolytic proteins to become an effective means of antitumor therapy, it is necessary to find ways to effectively solve these problems: to determine modifications of the protein structure necessary for its unhindered passage through the plasma membrane and to develop fundamentally new means of targeted delivery of such therapeutic agents to tumor cells. Such delivery methods should, on the one hand, protect the protein from the action of antibodies, and on the other hand, bring the release of the active protein closer to the location of the tumor cell.

В настоящее время предпринимаются попытки адаптировать апоптин, как наиболее перспективный онколитический белок, для клинического применения.Currently, attempts are being made to adapt apoptin, as the most promising oncolytic protein, for clinical use.

Обладая высокой избирательностью действия в отношении опухолевых клеток, апоптин имеет хорошие перспективы для применения в терапии онкологических заболеваний. Для того чтобы обеспечить доставку апоптина в клетки опухоли, необходимо либо ввести в эти клетки генетический конструкт, экспрессирующий апоптин, либо модифицировать структуру апоптина, придав ему способность проникать в опухолевые клетки через плазматическую мембрану. Указанный первый способ доставки используется в противоопухолевой терапии при помощи онколитических вирусов, в то время как второй способ доставки позволяет использовать апоптин самыми различными способами: как традиционно, вводя синтетический рекомбинантный апоптин, так и с использованием биологических средств доставки.Possessing high selectivity of action against tumor cells, apoptin has good prospects for use in the treatment of cancer. In order to ensure the delivery of apoptin to tumor cells, it is necessary to either introduce a genetic construct expressing apoptin into these cells or modify the structure of apoptin, giving it the ability to penetrate into tumor cells through the plasma membrane. The indicated first delivery method is used in anticancer therapy using oncolytic viruses, while the second delivery method allows apoptin to be used in a variety of ways: both traditionally, by introducing synthetic recombinant apoptin, and using biological delivery vehicles.

Медицинские перспективы применения апоптина и онколитических белков, в целом, зависят от разработки средств доставки рекомбинантных белков в опухоль. Парентеральное введение синтезированного белка не позволит создать локальную высокую концентрацию в опухоли и несет риск иммунизации пациента к вводимому белку или развития аллергических реакций. Провести инъекцию непосредственно в опухоль возможно далеко не всегда, кроме того, такая инъекция может вызвать целый ряд осложнений. Оптимальным вариантом применения онколитических белков было бы присутствие в опухоли клеток-продуцентов этих белков. В этом случае воздействие было бы продолжительным, а концентрация препарата - максимальной в области опухоли. Для достижения этой цели обычно используют рекомбинантные вирусные векторы, собранные на основе лентивируса или аденовируса.Medical prospects for the use of apoptin and oncolytic proteins, in general, depend on the development of means for the delivery of recombinant proteins to the tumor. Parenteral administration of the synthesized protein will not allow creating a local high concentration in the tumor and carries the risk of immunizing the patient with the introduced protein or the development of allergic reactions. It is far from always possible to inject directly into the tumor, in addition, such an injection can cause a number of complications. The optimal use of oncolytic proteins would be the presence in the tumor of producer cells of these proteins. In this case, the effect would be long, and the concentration of the drug - maximum in the tumor area. To achieve this, recombinant viral vectors assembled on the basis of lentivirus or adenovirus are usually used.

Векторы на основе лентивируса описаны, например, в Ye Feng и др., Construction of three recombinant lentiviruses containing apoptin driven by survivin promoter of different lengths and comparison of their tumor suppressing efficency in vitro, Journal of Third Military Medical University, 2012-01. Лентивирусные векторы позволят ввести и конститутивно экспрессировать рекомбинантный апоптин в клетках опухоли и окружающих ее тканях. Такая экспрессия будет более длительной, при этом опасности иммунизации против вируса практически не возникает, поскольку он не способен реплицироваться. Однако характер интеграции вирусной ДНК в геном несет риск его повреждения и, как следствие, дополнительной малигнизации опухоли.Lentivirus-based vectors are described, for example, in Ye Feng et al., Construction of three recombinant lentiviruses containing apoptin driven by survivin promoter of different lengths and comparison of their tumor suppressing efficency in vitro, Journal of Third Military Medical University, 2012-01. Lentiviral vectors will allow the introduction and constitutive expression of recombinant apoptin in tumor cells and surrounding tissues. Such expression will be longer, while the risk of immunization against the virus practically does not arise, since it is not able to replicate. However, the nature of the integration of viral DNA into the genome carries the risk of damage to it and, as a consequence, additional malignancy of the tumor.

Известен патент RU 2252255, описывающий рекомбинантные аденовирусные вектора, содержащие апоптин, для лечения рака, которые получают путем котрансфекции в хелперную клеточную линию 911 адапторных плазмид p.AMb-VP3 (в случае экспрессии белка VP3) или плазмид pMAb-VP2 (в случае экспрессии белка VP2) и плазмидной ДНК JM17. Плазмиды pAMb-VP3 несут ген апоптина в ориентации 5′-3′, экспрессия которого осуществляется под контролем аденовирусного главного позднего промотора. Плазмидная ДНК JM17 содержит полную ДНК аденовируса за исключением области Е1 и Е3. Плазмиды pMAb-VP2 несут ген апоптина, с 2 точечными мутациями в пределах кодирующей области.Patent RU 2252255 is known, which describes recombinant adenoviral vectors containing apoptin for the treatment of cancer, which are obtained by cotransfection into the helper cell line 911 of the adapter plasmids p.AMb-VP3 (in the case of expression of the VP3 protein) or plasmids pMAb-VP2 (in the case of protein expression VP2) and plasmid DNA JM17. Plasmids pAMb-VP3 carry the apoptin gene in the 5′-3 ′ orientation, the expression of which is carried out under the control of the adenovirus major late promoter. Plasmid DNA JM17 contains complete adenovirus DNA with the exception of the E1 and E3 regions. The pMAb-VP2 plasmids carry the apoptin gene, with 2 point mutations within the coding region.

Вектор доставки генов, способный индуцировать апоптоз в клетке, включающий фрагмент ДНК, кодирующий белок, обладающий апоптиноподобной активностью, при этом апоптоз индуцируется в раковых клетках и в меньшей степени или вообще не происходит в нормальных диплоидных нетрансформированных/незлокачественных клетках, причем вектор доставки генов является независимо инфицирующим вектором и представляет собой аденовирус.A gene delivery vector capable of inducing apoptosis in a cell, including a DNA fragment encoding a protein having apoptin-like activity, while apoptosis is induced in cancer cells and to a lesser or no extent in normal diploid non-transformed / non-cancerous cells, the gene delivery vector being independently infectious vector and is an adenovirus.

Существенным недостатком этого метода является постепенно возникающая иммунизация пациента к конкретному аденовирусному штамму.A significant drawback of this method is the gradual immunization of the patient to a specific adenovirus strain.

Известен патент RU 2492238 С1, который относится к рекомбинантной плазмидной ДНК pGEM-Puro-DS-Apo, несущей синтетический ген апоптина размером 363 п.н. с определенной нуклеотидной последовательностью, фланкированный фрагментами генома вируса осповакцины, имеющей размер 6298 п.н., молекулярную массу 4.19 мДа, и рекомбинантным штаммам вируса осповакцины, продуцирующим апоптин вируса анемии цыплят. При использовании этого метода будет наблюдаться также постепенно возникающая иммунизация пациента.The patent RU 2492238 C1 is known, which relates to recombinant plasmid DNA pGEM-Puro-DS-Apo carrying a synthetic apoptin gene of 363 bp in size. with a specific nucleotide sequence flanked by fragments of the genome of smallpox vaccine virus having a size of 6298 bp, a molecular weight of 4.19 mDa, and recombinant strains of smallpox vaccine virus producing apoptin of the chicken anemia virus. When using this method, gradual immunization of the patient will also be observed.

Описанные недостатки обуславливают необходимость разработки нового, невирусного, способа доставки и экспрессии рекомбинантных белков в опухолиThe described disadvantages necessitate the development of a new, non-viral, method for the delivery and expression of recombinant proteins in the tumor

Известен патент US 5656465, касающийся способов доставки генов in vivo. Описано использование неинтегральных вирусных векторов, имеющих низкую репликативную эффективность для вставки гена в клетку, такую как лимфоцит или опухолевая клетка, является привилегированной системой для того, чтобы преобразовать такие клетки для использования в терапии соматической клетки или генотерапии. Гены вставляются в клетки-мишени, в частности в клетку-мишень, представляющую собой лимфоциты, проникающие в опухолевые ткани. Отмечается, что интерес представляют гены, кодирующие TNF, TGF-α, TGF-β, гемоглобин, интерлейкин-1 и тому подобное, а также биологически активные мутеины этих белков. Не упомянута возможность направленной доставки апоптина.Known US patent 5656465, relating to methods of gene delivery in vivo. The use of non-integral viral vectors having low replicative efficacy for inserting a gene into a cell, such as a lymphocyte or tumor cell, has been described, is the preferred system for converting such cells for use in somatic cell therapy or gene therapy. Genes are inserted into target cells, in particular into a target cell, which is lymphocytes that penetrate into tumor tissue. It is noted that the genes encoding TNF, TGF-α, TGF-β, hemoglobin, interleukin-1 and the like, as well as biologically active muteins of these proteins are of interest. The possibility of targeted apoptin delivery is not mentioned.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового средства направленной доставки апоптина к опухолевым клеткам, которое позволяет, с одной стороны, защитить белок от действия антител, а с другой - приблизить высвобождение активного белка к месту расположения опухолевой клетки.The objective of the present invention is to develop a new means of targeted delivery of apoptin to tumor cells, which allows, on the one hand, to protect the protein from the action of antibodies, and on the other hand, to bring the release of the active protein closer to the location of the tumor cell.

Технический результат: повышение способности апоптина проникать в опухолевые клетки и оказывать онколитический эффект в отношении всех клеток опухоли. Такая терапия может быть использована в сочетании с другими противоопухолевыми препаратами, что позволит сократить продолжительность лечения и снизить побочные эффекты.Effect: increase the ability of apoptin to penetrate into tumor cells and have an oncolytic effect in relation to all tumor cells. Such therapy can be used in combination with other antitumor drugs, which will reduce the duration of treatment and reduce side effects.

Задача решается способом получения системы направленной доставки апоптина в опухолевые ткани. Способ характеризуюется тем, что модифицируют апоптин путем слияния с секреторным сигналом лактотрансферрина и трансдукторным сигналом (ST-CTP-апоптин), получают лентивирусный конструкт, экспрессирующий ST-CTP-апоптин, указанный конструкт используется для получения рекомбинантных лентивирусных частиц, дефектных по репликации и несущих модифицированный апоптин, которые затем вводятся в аутотрансплантированные лимфоциты, проникающие в опухолевые ткани.The problem is solved by a method of obtaining a system for the directed delivery of apoptin into tumor tissues. The method is characterized in that apoptin is modified by fusion with the secretory signal of lactotransferrin and transduction signal (ST-CTP-apoptin), a lentiviral construct expressing ST-CTP-apoptin is obtained, this construct is used to produce recombinant lentiviral particles defective in replication and bearing modified apoptin, which are then introduced into autotransplanted lymphocytes that penetrate into the tumor tissue.

В качестве средства доставки и продуцента онколитических белков предложены аутотрансплантированные лимфоциты, проникающие в опухолевые ткани (TIL, tumor infiltrating lymphocytes). Лимфоциты могут быть получены в ходе хирургического удаления опухоли или в процессе получения биопсии. Также могут быть использованы выделенные из периферической крови лимфоциты, активированные путем культивации в присутствие интерлейкина-2. Такая культивация повышает тропизм лимфоцитов к опухоли, и, после введения обратно в кровоток, существенная часть лимфоцитов локализуется в опухолевой ткани.Autotransplanted lymphocytes penetrating into tumor tissues (TIL, tumor infiltrating lymphocytes) are proposed as a means of delivery and producer of oncolytic proteins. Lymphocytes can be obtained during surgical removal of the tumor or in the process of obtaining a biopsy. Lymphocytes isolated from peripheral blood activated by culturing in the presence of interleukin-2 can also be used. Such cultivation increases the tropism of lymphocytes to the tumor, and, after being introduced back into the bloodstream, a substantial part of the lymphocytes is localized in the tumor tissue.

Основное отличие предлагаемого изобретения - использование онкотоксических лимфоцитов в качестве носителя и продуцента апоптина - является новым и не описанным в литературе. Такой подход позволит сочетать онколитическое действие апоптина с противоопухолевым эффектом клеточной и иммунотерапии злокачественных новообразований. Отличие от известного решения также в том, что в нем описаны конструкты неинтегрирующиеся в геном вектора, в то время как заявленный лентивирусный конструкт интегрируется.The main difference of the invention is the use of oncotoxic lymphocytes as a carrier and producer of apoptin - is new and not described in the literature. Such an approach will allow combining the oncolytic effect of apoptin with the antitumor effect of cell and immunotherapy of malignant neoplasms. The difference from the known solution is also that it describes constructs that do not integrate into the genome of the vector, while the claimed lentiviral construct is integrated.

Для решения задачи были разработаны сигнальные пептиды, обеспечивающие секрецию экспрессируемого онколитического белка из клетки и последующее проникновение внутрь окружающих клеток за счет белкового домена, обеспечивающего проникновение через плазматическую мембрану. В изобретении использовано свойство цитотоксических лимфоцитов проникать и накапливаться в опухоли. Экспрессия секретируемого онколитического белка лимфоцитом позволит высвобождать активные терапевтические молекулы непосредственно по месту расположения раковых клеток и снизить вероятность нейтрализации активного белка антителами.To solve the problem, signal peptides were developed that secreted the expression of the expressed oncolytic protein from the cell and subsequent penetration into the surrounding cells due to the protein domain, which allows penetration through the plasma membrane. The invention uses the property of cytotoxic lymphocytes to penetrate and accumulate in the tumor. Expression of the secreted oncolytic protein by lymphocyte will allow the release of active therapeutic molecules directly at the location of the cancer cells and reduce the likelihood of neutralization of the active protein with antibodies.

Возможность осуществления изобретения продемонстрирована ниже представленными примерами.The possibility of carrying out the invention is demonstrated by the following examples.

Пример 1. Определение оптимального варианта рекомбинантного апоптина, обладающего максимальной онколитической активностьюExample 1. Determination of the optimal variant of recombinant apoptin with maximum oncolytic activity

В кДНК апоптина методом ПЦР интегрированы домен цитоплазматической трансдукции (СТР) и секреторный сигнал, и полученная последовательность клонирована в лентивирусный вектор. Создана серия конструктов, содержащих различные варианты СТР-домена (4 варианта, фрагмент ТАТ-белка ВИЧ (PTD-домен) и 3 синтетических пептида), и различные варианты ST-пептида (5 вариантов, 3 из которых синтетические, полученные на основании предсказаний НММ-алгоритма определения эффективности трансдукторного пептида, а 2 варианта взяты из естественных секретируемых белков, цистатина С и лактотрансферрина). Серия полученных конструктов введена в клетки-продуценты, и из них произведен отбор наиболее эффективного варианта. Для этого фильтрованной средой, в которой культивировались продуценты, обработаны клетки опухолевых линий SAOS2 и RKO, и проведена сравнительная оценка цитотоксичности каждого варианта белка. Такой подход позволяет определить функциональную активность белка в условиях, приближенным к реальным. В качестве контрольных конструкций, а также для визуальной оценки эффективности секреции и захвата модифицированного белка, получен набор продуцентов, секретирующих флуоресцентный белок, слитый с тестируемыми СТР- и ST-доменами.The cytoplasmic transduction domain (CTP) and secretory signal are integrated into apoptin cDNA by PCR, and the resulting sequence is cloned into a lentiviral vector. A series of constructs was created containing various variants of the STR domain (4 variants, a fragment of the HIV TAT protein (PTD domain) and 3 synthetic peptides), and various variants of the ST peptide (5 variants, 3 of which are synthetic, based on the predictions of the NMM -algorithm for determining the effectiveness of a transducting peptide, and 2 variants are taken from naturally occurring proteins, cystatin C and lactotransferrin). A series of obtained constructs was introduced into producer cells, and the most effective variant was selected from them. For this, the filtered medium in which the producers were cultured treated cells of the SAOS2 and RKO tumor lines, and a comparative assessment of the cytotoxicity of each protein variant was performed. This approach allows us to determine the functional activity of the protein under conditions close to real ones. As a control construct, as well as for visual assessment of the efficiency of secretion and uptake of a modified protein, a set of producers secreting a fluorescent protein fused to the tested STR and ST domains was obtained.

Была создана серия генно-инженерных конструкций, направленных на экспрессию различных вариантов онколитического белка апоптина и красного флуоресцентного белка tagRFP. Были созданы конструкции, экспрессирующие «дикий» апоптин (wt-apoptin), апоптин, слитый с сигналами секреции (ST-apoptin), полученными из белков лактоферрина, цистатина С, а также тремя синтетическими ST-сигналами, полученными на основании предсказаний НММ-алгоритма определения эффективности секреторного пептида. Также получены конструкции, экспрессирующие апоптин, слитый с сигналами цитоплазматической трансдукции - один вариант, представляющий собой фрагмент ТАТ-белка ВИЧ (PTD-домен), и три синтетических пептида. Помимо конструкций, экспрессирующих апоптин, слитый по отдельности с сигналами секреции и цитоплазматической трансдукции (5 и 4 штуки, соответственно), были получены экспрессорные векторы, содержащие все варианты апоптина, слитого и с секреторным, и с трансдуктивным сигналом одновременно.A series of genetic engineering constructs was created aimed at the expression of various variants of the oncolytic protein apoptin and red fluorescent tagRFP protein. Designs expressing wild apoptin (wt-apoptin), apoptin fused to secretion signals (ST-apoptin) derived from lactoferrin proteins, cystatin C, as well as three synthetic ST signals obtained based on the predictions of the NMM algorithm were created determining the effectiveness of the secretory peptide. Also, constructs expressing apoptin fused to cytoplasmic transduction signals were obtained — one variant representing a fragment of the HIV TAT protein (PTD domain) and three synthetic peptides. In addition to constructs expressing apoptin fused separately with secretion and cytoplasmic transduction signals (5 and 4 pieces, respectively), expressor vectors containing all variants of apoptin fused with both secretory and transduction signals simultaneously were obtained.

Все апоптин-экспрессирующие конструкции были введены методом лентивирусной трансфекции в культуры опухолевых клеток линий SAOS2 и RKO, и проведена сравнительная оценка цитотоксичности каждого варианта белка. Для этого у полученных рекомбинантных лентивирусов, после проведения концентрирования с полиэтиленгликолем, был определен титр (методом ОТ-ПЦР в реальном времени), а затем, после инфекции клеточных культур равным количеством вирусных частиц, было определено, в каком случае цитотоксичность максимальна. Фактически, различные варианты апоптина демонстрировали цитотоксичность, меньшую чем «дикий» апоптин (что и ожидалось), однако некоторые варианты, в том числе апоптин, слитый с секреторным сигналом лактотрансферрина и трансдукторным сигналом PTD, показали практически не изменившийся уровень цитотоксичности.All apoptin-expressing constructs were introduced by the method of lentiviral transfection into the tumor cell cultures of the SAOS2 and RKO lines, and a comparative assessment of the cytotoxicity of each protein variant was performed. For this, the obtained recombinant lentiviruses, after concentration with polyethylene glycol, had a titer determined (by real-time RT-PCR method), and then, after infection of cell cultures with an equal number of viral particles, it was determined in which case cytotoxicity is maximal. In fact, various variants of apoptin showed less cytotoxicity than wild apoptin (as expected), but some variants, including apoptin fused with the secretory signal of lactotransferrin and the transducer signal of PTD, showed a practically unchanged level of cytotoxicity.

В параллели с этими опытами, клетки линий SAOS2 и RKO были трансфицированы tagRFP-содержащими конструкциями. После проведения селекции и сортинга, в результате которого 90-95% клеток в культуре стали tagRFP-экспрессирующими, клетки были смешаны в пропорции 1/1 с нетрансфицированными SAOS2 и RKO, соответственно. После ко-культивирования в течение 24 часов, сравнительная флуоресценция двух популяций ко-культивированных клеток была изменена на цитометре. На основании усиления характерной флуоресценции tagRFP в нетрансфицированных клеках были сделаны выводы об эффективности той или иной пары секреторного и трансдукторного пептидов. В результате экспериментов выяснилось, что наибольшей эффективностью из протестированных вариантов обладает пара секреторного сигнала лактотрансферрина и трансдукторного сигнала PTD.In parallel with these experiments, cells of the SAOS2 and RKO lines were transfected with tagRFP-containing constructs. After selection and sorting, as a result of which 90-95% of the cells in the culture became tagRFP-expressing, the cells were mixed in a 1/1 ratio with untransfected SAOS2 and RKO, respectively. After co-culturing for 24 hours, the comparative fluorescence of two populations of co-cultured cells was changed on a cytometer. Based on the enhancement of the characteristic fluorescence of tagRFP in untransfected adhesives, conclusions were drawn on the effectiveness of a particular pair of secretory and transductor peptides. As a result of the experiments, it turned out that the pair of secretory signal of lactotransferrin and transduction signal PTD has the highest efficiency among the tested options.

Последовательность апоптина с секреторными и трансдукторными пептидами SEQ ID NO 1 представлена на фиг. 1. Пример экспрессирующей конструкции, содержащей апоптин с сигнальным пептидом, представлен на фиг. 2.The sequence of apoptin with secretory and transductor peptides of SEQ ID NO 1 is shown in FIG. 1. An example of an expression construct containing apoptin with a signal peptide is shown in FIG. 2.

Таким образом, была определена наиболее эффективная структура, с помощью которой онкотоксические белки могут быть введены в опухолевые клетки- ST-CTP-апоптин. Экспрессия ST-CTP-апоптина в небольшой части клеток опухоли, или клеток ткани, соседствующей с ней, приводит к долговременному присутствию высоких концентраций апоптина в межклеточном пространстве опухоли.Thus, the most effective structure was determined by which oncotoxic proteins can be introduced into tumor cells - ST-CTP-apoptin. The expression of ST-CTP-apoptin in a small part of the tumor cells, or cells of the tissue adjacent to it, leads to the long-term presence of high concentrations of apoptin in the intercellular space of the tumor.

Пример 2. Культивирование и активация лимфоцитов на модельных животных, линии бестимусных мышейExample 2. Cultivation and activation of lymphocytes in model animals, lines of athymic mice

Гомозиготам бестимусных мышей была привита опухоль, параллельно, у гетерозиготных животных той же линии из периферической крови были выделены клетки мононуклеарной фракции. Лимфоциты были трансдуцированы лентивирусным экспрессором tagRFP, и подвергнуты культивации в различных активирующих условиях (фитогемагглютинин, IL-2, IL-4, GM-CSF, лектины). После наработки достаточного количества активированных лимфоцитов, они были введены бестимусным мышам с привитыми опухолями. Затем, удаленная опухоль была проанализирована на проточном цитометре, с целью определения количества содержащихся в ней флуоресцентных лимфоцитов.A tumor was implanted in homozygotes of athymic mice; in parallel, cells of a mononuclear fraction were isolated from peripheral blood in heterozygous animals of the same line. Lymphocytes were transduced with the tagRFP lentiviral expressor and cultured under various activating conditions (phytohemagglutinin, IL-2, IL-4, GM-CSF, lectins). After accumulating a sufficient number of activated lymphocytes, they were introduced into athymic mice with inoculated tumors. Then, the removed tumor was analyzed on a flow cytometer in order to determine the amount of fluorescent lymphocytes contained in it.

Пример 3. Сравнительное исследование противоопухолевой эффективностиExample 3. Comparative study of antitumor efficacy

Лентивирусный конструкт, экспрессирующий ST-CTP-апоптин, был введен в лимфоциты параллельно с контрольным лентивирусным конструктом. Клетки были подвергнуты идентичным условиям культивации и введены животным с привитыми опухолями. Противоопухолевая эффективность ST-CTP-апоптина оценена in vivo по измерению динамики развития опухолей у мышей, получивших апоптин-экспрессирующие и контрольные лимфоциты, экспрессирующие флуоресцентный белок. Введение лимфоцитов, экспрессирующих апоптин обуславливает значительно более высокую эффективность данного метода в отношении панели опухолевых клеток человека, культивируемых на бестимусных мышах.A lentiviral construct expressing ST-CTP apoptin was introduced into the lymphocytes in parallel with the control lentiviral construct. Cells were subjected to identical cultivation conditions and introduced into animals with inoculated tumors. The antitumor efficacy of ST-CTP-apoptin was evaluated in vivo by measuring the dynamics of tumor development in mice that received apoptin-expressing and control lymphocytes expressing fluorescent protein. The introduction of lymphocytes expressing apoptin leads to a significantly higher efficiency of this method with respect to the panel of human tumor cells cultured in athymic mice.

Claims (1)

Способ получения системы направленной доставки апоптина в опухолевые ткани, включающий получение лентивирусного конструкта, экспрессирующего модифицированный апоптин, отличающийся тем, что модифицированный апоптин представляет собой апоптин, слитый с секреторным сигналом лактотрансферрина и трансдукторным сигналом (ST-CTP-апоптин) и имеющий последовательность SEQ ID NO 1, представленную на фиг. 1, получают лентивирусный конструкт, экспрессирующий ST-CTP-апоптин, имеющий расположение элементов, указанное на фиг. 2, с последующим получением рекомбинантных лентивирусных частиц, дефектных по репликации и несущих модифицированный апоптин, которые затем вводятся в Т-лимфоциты (TILs), полученные при хирургическом удалении опухоли или в процессе получения биопсии, которые обладают способностью проникать в опухолевые ткани, с последующей аутотрансплантацией указанных лимфоцитов указанному пациенту. A method of obtaining a system for the targeted delivery of apoptin into tumor tissues, comprising obtaining a lentiviral construct expressing modified apoptin, characterized in that the modified apoptin is apoptin fused to the secretory signal of lactotransferrin and transduction signal (ST-CTP-apoptin) and having the sequence SEQ ID NO 1 shown in FIG. 1, a lentiviral construct expressing ST-CTP apoptin having the element arrangement shown in FIG. 2, followed by production of recombinant lentiviral particles defective in replication and carrying modified apoptin, which are then introduced into T-lymphocytes (TILs) obtained by surgical removal of the tumor or in the process of obtaining a biopsy that have the ability to penetrate into tumor tissue, followed by autotransplantation specified lymphocytes to a specified patient.
RU2013147802/10A 2013-10-28 2013-10-28 Method of obtaining system of directed delivery of protein molecules (oncolytic proteins) into tumour cells based on activated lymphocytes RU2552609C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013147802/10A RU2552609C1 (en) 2013-10-28 2013-10-28 Method of obtaining system of directed delivery of protein molecules (oncolytic proteins) into tumour cells based on activated lymphocytes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013147802/10A RU2552609C1 (en) 2013-10-28 2013-10-28 Method of obtaining system of directed delivery of protein molecules (oncolytic proteins) into tumour cells based on activated lymphocytes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013147802A RU2013147802A (en) 2015-05-20
RU2552609C1 true RU2552609C1 (en) 2015-06-10

Family

ID=53283531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013147802/10A RU2552609C1 (en) 2013-10-28 2013-10-28 Method of obtaining system of directed delivery of protein molecules (oncolytic proteins) into tumour cells based on activated lymphocytes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2552609C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771323C2 (en) * 2015-06-22 2022-04-29 Селлис Аг Cellular system for targeted delivery of a pharmaceutically active substance or label

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305708C2 (en) * 2001-10-02 2007-09-10 Энститю Клейтон Де Ля Решерш Recombinant lentiviral vector, host cell transduced with lentiviral vector, methods for transduction and uses thereof
RU2007107369A (en) * 2004-07-29 2008-09-10 ДОМПЕ ФА.Р.МА С.п.А. (IT) Tumor-migrating cells constructed using the mediated gene transfer Adenovirus to generate a ligand (TRAIL) that induces apoptosis involving a necrosis factor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305708C2 (en) * 2001-10-02 2007-09-10 Энститю Клейтон Де Ля Решерш Recombinant lentiviral vector, host cell transduced with lentiviral vector, methods for transduction and uses thereof
RU2007107369A (en) * 2004-07-29 2008-09-10 ДОМПЕ ФА.Р.МА С.п.А. (IT) Tumor-migrating cells constructed using the mediated gene transfer Adenovirus to generate a ligand (TRAIL) that induces apoptosis involving a necrosis factor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MA J. et al., Systemic delivery of lentivirus-mediated secretable TAT-apoptin eradicates hepatocellular carcinoma xenografts in nude mice, Int. J. of oncology, 2012, v. 41, is.3, p. 1013-1020. *
PARK T.S. et al., Treating cancer with genetically engineered T-cells, Trensd Biotechnol., 2011, v.29, n.11, p. 550-557 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771323C2 (en) * 2015-06-22 2022-04-29 Селлис Аг Cellular system for targeted delivery of a pharmaceutically active substance or label
US11464879B2 (en) 2015-06-22 2022-10-11 Cellis Ag Cellular targeted active ingredient delivery system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013147802A (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107868791B (en) Preparation method and application of reinforced Slit2CAR-T and CAR-NK cells
WO2019154391A1 (en) Chimeric antigen receptor, nkg2d car-nk cell expressing chimeric antigen receptor, preparation method therefor and use thereof
CN107557337B (en) anti-ROR1 safe chimeric antigen receptor modified immune cell and application thereof
CN111606999B (en) Replicative oncolytic adenovirus with functions of activating immune co-stimulatory signaling pathway and blocking immune checkpoint and application thereof
CN113896801B (en) Chimeric antigen receptor cell targeting human Claudin18.2 and NKG2DL, and preparation method and application thereof
CN113416260B (en) Claudin18.2-targeted specific chimeric antigen receptor cell and preparation method and application thereof
CN106317228A (en) Chimeric antigen receptor molecule and application thereof
JP2023014163A (en) Tumor-targeting synthetic adenoviruses and uses thereof
CN110157686B (en) Replication type oncolytic adenovirus activated by immune checkpoint and immune co-stimulation and construction method and application thereof
CN112912389A (en) Oncolytic virus or antigen presenting cell mediated cancer therapy using type I interferon and CD40 ligand
CN112500497A (en) CLTX-NKG2D bispecific chimeric antigen receptor cell and preparation method and application thereof
WO2020019983A1 (en) Genetically engineered cell used for treating tumour
CN115212299A (en) Application of CAR-T and CAR-M combination in preparation of antitumor drugs
CN111978412B (en) Armed targeting TGF-beta specific chimeric antigen receptor cell and preparation method and application thereof
RU2552609C1 (en) Method of obtaining system of directed delivery of protein molecules (oncolytic proteins) into tumour cells based on activated lymphocytes
CN108624607A (en) Target the Chimeric antigen receptor of mesothelin and method and purposes to its dual modification
CN108392492B (en) Application of LDLR overexpression in NK cell adoptive therapy
CN110699371A (en) Fc gamma RIIa-based chimeric gene and application thereof
CN115819614A (en) Preparation and application of chimeric antigen receptor immune cells based on IL34
CN109836500A (en) It is a kind of to target the single-chain antibody of DR5, Chimeric antigen receptor T cell and its preparation method and application
CN114729021A (en) Amino acid sequences capable of destroying cells and related nucleotide sequences and related uses
KR20180059547A (en) Antitumor composition
CN114907485A (en) Chimeric antigen receptor with endogenous protein molecule replacing single domain antibody
CN111499766A (en) Immune effector cell aiming at chronic lymphocytic leukemia, preparation method and application thereof
CN111500632A (en) Construction and application of oncolytic adenovirus expressing ST13 and TRAI L