WO1996001429A1 - Method of identifying and producing antigen peptides and use thereof as vaccines - Google Patents

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WO1996001429A1
WO1996001429A1 PCT/EP1995/002593 EP9502593W WO9601429A1 WO 1996001429 A1 WO1996001429 A1 WO 1996001429A1 EP 9502593 W EP9502593 W EP 9502593W WO 9601429 A1 WO9601429 A1 WO 9601429A1
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Gabriele Niedermann
Klaus Eichmann
Bernhard Maier
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MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
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    • G01N33/6803General methods of protein analysis not limited to specific proteins or families of proteins

Definitions

  • the invention relates to in vitro methods for identifying and producing antigenic peptides and peptide mixtures which simulate the in vivo processing of foreign or proprietary protein and the use of the antigenic peptides identified by the method according to the invention, for example for identifying vaccine components against pathogens or tumor cells or of competitive or antagonistic peptides in autoimmune diseases. Furthermore, the invention relates to the use of peptides and peptide mixtures as vaccines and an enzyme reactor for the production of peptide mixtures.
  • MHC antigens major histocompatibility complex antigens
  • the processed foreign or proprietary proteins presented as peptides by the MHC molecules are recognized by two different types of lymphocytes with different functions in the immune system, the so-called cytotoxic T-lymphocytes and the helper T-lymphocytes.
  • Cytotoxic T-lymphocytes play an important role in the defense against both intracellular viral and bacterial infections and against degenerate cancer cells. They recognize antigens in the form of small peptides that are bound to class I MHC antigens on the surface of infected or degenerate cells. The peptides recognized by the defending CTLs are in the cell while of the normal cell cycle through continuous, proteolytic degradation of the antigen proteins.
  • Helper T lymphocytes also play a central role in the body's defense. For example, they perform a function in the proliferation and differentiation of antigen-recognizing B cells. Helper T cells recognize peptides presented by MHC class II molecules located on antigen presenting cells. The peptides recognized by the T helper cells are mainly exogenous, i.e. non-body or extracellular origin.
  • proteaso A very important role in the generation of antigenic peptides in a cell, which are presented by MHC class I molecules, is played by multienzyme complexes called proteaso (AL Goldberg and KL Rock, Proteolysis, proteasomes and antigen presentation, Nature 357 (1992) , 375). These proteasomes can be isolated from the cytosol of cells.
  • the assembly of the antigenic peptides with MHC class I molecules takes place in the endoplasmic reticulum (ER) after the peptides have been transported through the ER membrane. Participants in the transport of the peptides into the ER and the assembly with MHC class I molecules are members of the "ABC transporter” protein family (Higgins, ABC transporters: from microorganisms to man. Annu. Rev. Cell Biol. 8 (1992), 67), called “Transporter for Antigen Presentation” (TAP) (JJ Monaco, A molecular model of MHC class-I-restricted antigen processing, Immunol. Today 13
  • the assembly of the peptides with the MHC molecules is a selective process and requires that the peptide is preferably of a certain size (9 ⁇ 1 amino acids) (HG Rammenee, K. Falk and O. Rotzschke, Peptides naturally presented by MHC class I molecules Annu. Rev. Immuol. 11 (1993), 213). Furthermore, certain "anchor amino acids" must bind molecules in MHC class I molecules. Individual, allele-specific anchor motifs were determined for various MHC molecules (HG Rammenee, K. Falk and 0. Rotzschke, MHC molecules as peptide receptors. Curr. Opin. Immunol. 5 (1993), 35; KRO Falk, S. Stevanovic, G. Jung, HG.
  • the processing route of the antigenic peptides presented by the MHC class II molecules is broadly similar to that of the molecules presented by MHC class I molecules. Particularities result particularly from the fact that the mostly exogenous proteins go through the endocytic degradation pathway, must have a length of about 12 amino acids for the presentation and in special compartments, the so-called compartments for peptide loading (CPL) with MHC Class II molecules associate after this early have passed through the endosomal processing route and the peptide loading-preventing invariant chain has been degraded (Schmid & Jackson, Nature 369 (1994), 103-104 and references cited therein; Germain and Margulies, Annu. Rev. Immunol. 11 (1993), 403 -450).
  • CPL compartments for peptide loading
  • NPP naturally processed and presented peptides
  • the object of the present invention was therefore to provide a method with which these rare antigenic peptides bound to MHC molecules can be identified.
  • Another object underlying the present invention was to produce antigenic peptides or peptide mixtures containing antigenic peptides in a simple manner and to use them for the production of peptide vaccines.
  • a first aspect of the present invention relates to a method for producing and identifying antigenic peptides and peptide mixtures, which comprises the following steps:
  • step (b) association of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (a) with suitable MHC molecules;
  • step (e) Determination of the amino acid sequence of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (d).
  • a second aspect of the present invention relates to a method for producing and identifying antigenic peptides and peptide mixtures, which comprises the following steps:
  • step (c) testing the fractions obtained for antigenic activity, preferably in a T cell assay, and (d) optionally determining the amino acid sequence of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (b).
  • Antigenic peptide is understood here to mean a peptide that is recognized by the immune system and is therefore in particular able to elicit a cellular immune response or an antibody reaction.
  • a peptide size that allows association with MHC molecules is preferably about 9 ⁇ 1 amino acids for MHC class I molecules, while preferably about 12 ⁇ 1 to 25 + 1 amino acids for MHC class II molecules.
  • Cellular processing mechanisms are understood here to be those which are exerted by cytosolic multienzyme complexes (proteases) and further, sometimes not yet shown, enzymes / enzyme complexes and, if appropriate, the subsequent processing ("trimming") in microsomes.
  • the MHC molecule-peptide complexes can preferably be isolated from microsome or CLP lysates. According to the second aspect of the present invention, however, an association of the proteolytically generated peptides with MHC molecules, isolation of the MHC molecule-peptide complexes and exclusive elution of the peptides is not necessary, since antigenic peptides or peptide fractions of the proteolytically generated peptide mixture are also in one T cell assay can be tested for their antigenic effectiveness.
  • the stoichiometric ratio between endogenous peptides and antigenic peptides must be manipulated so that the antigenic peptides are in a large excess for transport into the ER and for binding to MHC molecules. This will achieved by adding exogenous protein or polypeptide in step (a). At the same time, the amount of endogenous peptides that are already bound to MHC molecules in the ER should be small. This means that more free MHC molecules are available for the antigenic peptides.
  • the method described here can greatly enrich specific exogenous, e.g. peptide epitopes derived from a pathogen can be achieved.
  • this also makes it possible to identify subdominant peptide epitopes which, under normal physiological conditions, reach the cell surface in too low a concentration in MHC-bound form in order to induce specific CTL precursor cells for expansion and differentiation.
  • Dominant epitopes often represent proteins or protein segments which are formed in large quantities by the pathogen (e.g. envelope proteins of viruses), but which are not necessarily under such a high functional selection pressure that they cannot be changed within certain limits. This leads to e.g. in the case of infection with human immunodeficiency virus (HIV), most of the immune responses to protein segments are made, which are very variable.
  • the dominant epitopes cover the subdominant epitopes in quantity in the MHC-bound presentation. The concentration of the subdominant epitopes on the cell surface is so low that it is not sufficient as a signal to differentiate the T cells into CTLs.
  • the method according to the invention can thus advantageously be used to identify and produce viral antigenic peptides which can be used for prophylaxis and immunotherapy against such viruses.
  • the method according to the invention makes it possible to isolate antigenic peptides from cellular MHC molecules in amounts which are several orders of magnitude above the amounts which can be achieved using methods known in the prior art.
  • Antigenic peptides can be obtained directly from complete microsome lysates, cell lysates or from affinity-purified, loaded MHC molecules.
  • the MHC molecules are MHC class I molecules.
  • Suitable MHC molecules are those molecules which have a suitable conformation in order to be able to present the antigenic peptides.
  • the proteolytic degradation of the proteins or polypeptides takes place by proteasomes from cultivated cells, in particular human cells.
  • proteasomes are particularly preferred if the peptides from the degradative degradation of the proteins or polypeptides are to be presented by MHC class I molecules.
  • the proteasomes are preferably according to the Boes et al. , J. Exp. Med. 17 (1994), 901 isolated from cultured cells, especially human cells. Practically, the protein with the isolated proteasomes is incubated in microsome standard buffer (Levy et al., Cell 67 (1991), 265) for different periods (0.5 to 96 hours) at 37 ° C.
  • the human cell line K-562 (ATCC No. CCL 243) expressing this enzyme complex, for example, can also serve as a source of proteasomes.
  • proteasomes can be used without further treatment for the proteolytic degradation of exogenously added proteins or polypeptides.
  • proteasomes are used which are immobilized on a solid support. Immobilization can be achieved by chemical coupling e.g. using a bifunctional linker reagent. On the other hand, immobilization can also be carried out by immunoadsorption using immobilized antibodies directed against proteasomes.
  • the MHC class I molecules used according to the first aspect of the present invention for association with the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained by proteolytic degradation can consist of cellular microsomes, cells of a patient or modified cells with specificity for a single MHC class I molecule (K. Takahashi, LC Dai, TR Fuerst, WE Biddison, PL Earl, B. Moss and FA Ennis. Specific lysis of human immunodeficiency virus type 1-infected cells by a HLA-A3.1- restricted CD8 + cytotoxic T. lymphocyte clone that recognizes a conserved peptide sequence within the gp41 subunit of the envelope protein. Proc. Natl. Acad.
  • HLA.A2.1 plays a role in presentation of influenza virus matrix peptides and alloantigens. J. Immunol. 146 (1991) 3508-3512).
  • recombinant MHC class I molecules can also be used (Matsumura, M., Saito, Y., Jackson, MR, Song, ES and Peterson, PA. In vitro peptide binding to soluble empty class I MHC molecules isolated from transfected Drosophila melanogaster cells. J. Biol. Chem. 26 (1992) 23589).
  • the isolation of the microsomes is preferably carried out according to the method described by Saraste et al. , Proc. Natl. Acad. Be. USA 83 (1986), 6425.
  • the antigenic peptides can be associated with the MHC class I molecules by incubating the peptides with microsomes.
  • the unloaded MHC class I molecules are mainly present in the microsomal fraction (Levy et al., Op. Cit.). Accordingly, it is possible to directly incubate the antigenic peptides obtained after proteasome degradation with the microsomal fraction of the endoplasmic reticulum to obtain MHC class I molecule-antigenic peptide complexes. Incubation is preferably 1 minute to 36 hours at 37 ° C.
  • Another preferred embodiment of the invention relates to a method wherein the MHC molecules are MHC class II molecules.
  • the proteolytic degradation of the proteins or polypeptides can take place by endosomal and / or lysosomal enzymes, preferably in the presence of suitable MHC class II molecules.
  • This embodiment of the method according to the invention is particularly advantageous when the antigenic peptides are to be presented by MHC class II molecules.
  • the antigenic peptides to be loaded on MHC class II molecules are not primarily processed by degradation by means of a proteasome complex, but by proteolytic degradation in endosomal / lysosomal compartments.
  • the MHC class II molecules to be provided for the formation with antigenic peptide can be made from trans-Golgi vesicles, endosomes, CPLs, cells of a patient or modified cells with specificity for a single MHC class II molecule (Riberdy, JM, Awa, RR, Geuze, HJ and Cresswell, P., Transport and intracellular distribution of MHC class II-molecules and associated invariant chain in normal and antigen-processing mutant cell lines. J. Cell. Biol. 125 (1994), 1225-1237).
  • recombinant MHC class II molecules (Arimilli, S., Cardoso, C, Mukku, P., Baichwal, V.
  • MHC class II molecules are prevented in the case of CPLs from binding to a suitable antigenic peptide at least when entering the compartment by the invariant chain.
  • the proteolytic degradation of the invariant chain begins or is completed in these compartments, so that the MHC class II molecules can subsequently associate with the desired antigenic peptide.
  • the antigenic peptides are associated with MHC class II molecules by joint incubation in CPLs.
  • this preferred embodiment of the method according to the invention should particularly lead to the fact that the actually interesting antigenic peptides can be recognized by the MHC class II molecules and made available for further studies.
  • the proteins or polypeptides used for proteolytic degradation can be of natural origin.
  • the proteins or polypeptides can be of recombinant or synthetic origin. This embodiment is particularly preferred since recombinant or synthetic polypeptides are easier to produce by conventional methods than the isolation of these proteins or polypeptides from natural sources.
  • the processes developed in recent years make it particularly easy to provide recombinant proteins in sufficient quantities, which can then be broken down by the cellular processing machinery and taken up in large quantities by free MHC molecules.
  • Synthetic polypeptides or proteins can be produced by standard methods, for example using F-moc chemistry, using a peptide synthesis device from Applied Biosystems Inc. or a corresponding other device.
  • the number of suitable MHC class II molecules can optionally be increased by in vitro translations and / or translocation of MHC class II molecules in microsomes or trans-Golgi vesicles.
  • the MHC molecules originate from TAP-negative cell lines.
  • T2 T2
  • This cell line and its production is described in Levy et al. , op. cit., Salter et al. , EMBO J.5 (1986), 943-949, Salter et al. , Immunogenetics 21 (1985), 235-246 and De Mars et al. , Proc. Natl. Acad. Be. USA 82: 8183-8187 (1985).
  • the person skilled in the art can produce further TAP-negative cell lines.
  • exogenous natural, recombinant or synthetic polypeptides to the cellular processing and presentation machinery, an excess of exogenous antigens is created Peptides that compete with endogenous cellular peptides.
  • the amount of free MHC molecules in microsomes can be increased by in vitro translation and translocation of MHC molecules in microsomes according to methods known in the art and by using microsome preparations from TAP-negative cell lines. The latter embodiment prevents the MHC molecules from being loaded with endogenous peptides prior to contact with antigenic peptides originating from exogenous sources and thus being blocked.
  • Isolation of the MHC molecule-peptide complexes according to the first aspect of the present invention can e.g. by precipitation with conformation epitope-specific anti-MHC antibodies.
  • Such antibodies can be of polyclonal or monoclonal origin. Methods for immunoprecipitation with such antibodies are well known in the art (see e.g. Burgert & Kvist, Cell 41 (1985), 987).
  • the antigenic peptides can be separated from the MHC molecules by elution, preferably acid elution, of the peptides from the MHC molecules.
  • elution preferably acid elution
  • Methods of this type for elution, preferably for acid elution, have also been sufficiently described in the prior art (cf. Germain and Margulies; cited above and references cited therein).
  • the elution is preferably followed by a peptide purification step or peptide fractionation step, for example using HPLC, gel filtration or capillary electrophoresis.
  • a purification or fractionation step is particularly advantageous if a heterogeneous fraction of peptides is found.
  • a subsequent sequencing of the peptides without prior purification or fractionation of the relevant antigenic peptides is often difficult because of the offset NH 2 ends.
  • prior purification is also advantageous for peptides that bind to MHC class I molecules.
  • Reverse phase HPLC is preferably used as the HPLC method.
  • Fractions of peptides and / or peptide mixtures with a defined size are obtained by the above-mentioned fractionation procedure.
  • This fractionation step is carried out according to the second aspect of the present invention directly after proteolytic degradation, i.e. performed without prior association with MHC molecules.
  • proteolytic degradation found antigenic peptides in such a high yield that the step of association with MHC molecules can often be dispensed with.
  • a T cell assay is preferably carried out to identify antigenic peptide fractions.
  • peptides processed by proteasomes which can bind to MHC I molecules, are tested in particular by a standard lysis test with the aid of cytotoxic T cells, which are preferably specific for the protein or polypeptide or a pathogen containing the protein or polypeptide.
  • the cytotoxic cells can originate, for example, from polyclonal CTL lines or T cell clones.
  • Such a standard lysis test is, for example, the chromium freezing method known in the prior art; see. e.g. Boes et al. , op. cit.
  • the method according to the invention enables the production and identification of antigenic peptides which, of course, correspond largely to naturally processed and presented peptides.
  • a suitable detection system for antigenic peptides for example polyclonal, antigen-specific CTL lines.
  • CTLs can be generated in vitro from peripheral blood lymphocytes by contact with autologous Epstein-Barr virus transformed B cells (EBV-B cells) which express the recombinant antigen in excess.
  • EBV-B cells Epstein-Barr virus transformed B cells
  • Another method known in the prior art for generating epitope-specific CTLs is stimulation with peptide-pulsed EBV-B cells.
  • CTLs can also be used to search for particularly subdominant peptides that are just naturally processed sufficiently to be able to be detected.
  • Antigens from exogenous sources are also rarely presented on the EBV-B cells in combination with processed antigenic peptides in combination with MHC molecules, which are presented in vivo in insufficient numbers to activate CTLs.
  • the standard lysis set represents the control authority for the authenticity of the identified antigenic peptides with naturally processed and presented antigens.
  • the active fractions are preferably identified by a T cell proliferation test known in the prior art.
  • amino acid sequence of antigenic peptides and / or mixtures of peptides can be determined by sequencing using preferably automated Edman chemistry or mass spectrometry, e.g. Tandem mass spectroscopy.
  • the protein or polypeptide used for proteolytic degradation can (a) correspond to a pathogen or a protein or polypeptide or a part thereof that originates from a pathogen, (b) be a tumor antigen or a part thereof, or (c) be an autoimmune antigen or a part thereof.
  • the antigenic peptide is a subdominant peptide.
  • the advantages of the method according to the invention for identifying subdonminant antigenic peptides have already been discussed above.
  • This preferred embodiment of the method according to the invention can therefore be used in particular and is advantageous when such subdominant antigenic peptides are to be recognized by the immune system and its subsequent stimulation is to be used in order to effectively combat the pathogen / tumor antigen / autoimmune antigen.
  • the selection of presentable antigenic peptides is increased by transfection of a cell line in which the cellular processing mechanism takes place and can express the MHC molecules with genes coding for TAP molecules, preferably from different species.
  • TAP molecules are cloned (Levy et al., Loc. Cit., Germain & Margulies, loc. Cit.) Or can be isolated and cloned from other species by methods known in the art (eg hybridization with probes from conserved regions of the gene) become. Since it is assumed that peptide binding to TAP is a selective process, transfection with other TAP molecules from different ethnic groups (assuming a certain polymorphism between different ethnic groups), rats, mice, hamsters, to name just a few examples, the absolute number of different peptide-binding conformations on TAP molecules increase. This means that absolutely more different peptides can be loaded onto suitable MHC molecules, which in particular also increases the possibilities for identifying subdominant antigenic peptides.
  • the genes are preferably cloned into expression vectors.
  • the transfection of TAP-negative cell lines with such genes is particularly preferred.
  • a third aspect of the present invention relates to a method for producing antigenic peptide mixtures, comprising the steps:
  • cytotoxic T lymphocytes which are particularly important for the elimination of virus-infected cells or tumor cells, can only be induced to a limited extent, since a specific MHC molecule can only ever bind a specific set of peptides.
  • a peptide epitope that is effective for one patient can be completely ineffective for another patient. Due to the enormous MHC polymorphism in the human population, it would probably take years or decades to the epitopes of relevant viral or tumor antigens are identified for all MHC molecules. In addition, an MHC typing would have to be carried out by each person to be immunized and then an appropriate selection or mixture of peptides for the respective MHC constellation would be administered.
  • a vaccine containing the complex peptide mixtures are in particular that the identification of individual epitopes for different MHC molecules and an MHC typing of the person to be vaccinated is no longer necessary. Furthermore, the corresponding peptide vaccines no longer have to be produced synthetically by complex and expensive methods, but can be produced in a simple and efficient manner by enzymatic digestion of recombinant polypeptides or proteins.
  • an enzyme reactor comprising:
  • a container that contains cellular processing enzymes, especially proteasomes, that degrade the proteins or polypeptides cause a peptide size that allows association with MHC molecules, the container having at least one inlet opening for the supply of proteins and at least one outlet opening for the removal of the processed peptides.
  • the container is preferably thermostable.
  • the cellular processing enzymes are preferably immobilized by known methods - as discussed above - on a carrier material and / or on walls of the container.
  • the immobilization can take place by chemical coupling or preferably by immunoadsorption.
  • the enzymes can also be freely available in solution.
  • the outlet opening of the enzyme reactor is preferably designed such that it allows the processed peptides to pass through, but not the proteins or polypeptides used as starting material to pass through.
  • the outlet opening of the enzyme reactor preferably also does not allow the enzymes to pass through.
  • the outlet opening preferably comprises a filtration unit, e.g. an Amicon filter (molecular weight cut-off 3000 to 10000 daltons).
  • the present invention also relates to a new device for the proteolytic degradation of proteins or polypeptides, which has the features mentioned above.
  • the process can be carried out continuously, i.e. the proteins or polypeptides used as starting material can be fed continuously to the reactor and the processed peptides can be removed continuously.
  • the invention also relates to the use of the antigenic peptides produced by the method according to the invention for the identification of vaccine components against pathogens or tumor cells or of competitive or antagonistic peptides in autoimmune diseases.
  • the antigenic peptides identified and / or produced by the method according to the invention can be used, for example, alone or coupled to a carrier according to methods known in the art for immunization against pathogens or for prophylaxis against and / or for the therapy of tumor growth.
  • autoimmune diseases can be used in the prophylaxis and therapy of autoimmune diseases to displace previously identified autoimmune stimulating peptides from binding to MHC molecules. They can also be used for competitive binding to T cell receptors without stimulating the T cells.
  • the peptides or peptide mixtures which are obtainable by the process according to the invention are suitable for the production of a vaccine.
  • the complex peptide mixtures obtained by proteolytic degradation can optionally be used after size fractionation without being separated into individual peptides beforehand.
  • the vaccine preferably additionally contains an adjuvant, which, for example, consists of aluminum hydroxide, emulsions of mineral oils (cf. Freund's adjuvant), saponin, silicon compounds, thiourea, liposomes, quil-A-containing liposomes, ISCOMS, lipopeptides, endotoxins from gram-negative bacteria, exotoxi - can be selected from gram-positive bacteria and Haemophilus pertussis.
  • an adjuvant which, for example, consists of aluminum hydroxide, emulsions of mineral oils (cf. Freund's adjuvant), saponin, silicon compounds, thiourea, liposomes, quil-A-containing liposomes, ISCOMS, lipopeptides, endotoxins from gram-negative bacteria, exotoxi - can be selected from gram-positive bacteria and Haemophilus pertussis.
  • the peptide vaccine is administered several times, for example at weekly, monthly or half-yearly intervals.
  • the dosage of the peptide vaccine is preferably 10-1000 ⁇ g, more preferably 50-500 ⁇ g, particularly preferably 50-200 ⁇ g and for example 100 ⁇ g.
  • the peptide vaccine is administered in combination with a protein or polypeptide vaccine.
  • the protein or polypeptide vaccine can contain the protein or polypeptide or / and another protein or polypeptide, which preferably originates from the same pathogen, used as the starting material for the production of the peptide vaccine.
  • peptide vaccine and polypeptide or protein vaccine is not only limited to the peptides and / or peptide mixtures produced by the method according to the invention, but can be carried out with any peptide vaccines.
  • co-administration in this context means that the peptide vaccine and the protein or polypeptide vaccine can be administered both in a single dosage unit and in separate dosage units simultaneously or at different times during the treatment period.
  • Administration can be by injection, orally or topically, e.g. by applying a vaccine and possibly a penetration aid, e.g. a physiologically acceptable organic solvent, such as a patch containing DMSO.
  • a penetration aid e.g. a physiologically acceptable organic solvent, such as a patch containing DMSO.
  • a topical application of peptide vaccines is not limited to the peptide vaccines obtainable by the method according to the invention, but can be used with any peptide vaccines.
  • yet another object of the present invention is a pharmaceutical composition which, as an active ingredient, contains peptide mixtures which are produced by proteolytic degradation of exogenous polypeptides and proteins are obtainable by cellular processing enzymes, optionally together with pharmaceutically customary carriers, auxiliaries and additives.
  • EL-4 cells (ATCC TIB39) were cultivated in RPMI medium with 10% fetal calf serum, 3-mercaptoethanol, L-glutamine and antibiotics in roller bottle cultures to a density of approximately 1 ⁇ 10 6 cells / ml.
  • About 2 x 10 9 cells were washed 2 x with cold phosphate-buffered saline (PBS), in 100 ml imidazole buffer (20 mM imidazole-HCl pH 6.8, 100 mM KCl, 20 mM EGTA, 2 mM MgCl 2 , 10% Sucrose) and then exposed to N 2 cavitation. The resulting suspension was then centrifuged (15 min at 1500 xg, 15 min at 15000 xg, 90 min at 150000 xg).
  • PBS cold phosphate-buffered saline
  • the peptidase activity of the proteasomes was determined fluorometrically using the substrate Suc-LLVY-MCA as described by McGuire and Martino (Biochim. Biophys. Acta. 873 (1986), 279-289).
  • the column fractions with activity (about 35% B) were combined and the purity of the proteasomes was determined by electrophoresis in 12% polyacrylamide / SDS gels and 5% native polyacrylamide gels and staining of the proteins by silver staining.
  • the cleavage of synthetic polypeptides (20 ⁇ g) with 0.5 ⁇ g isolated proteasomes was carried out in a volume of 300 ⁇ l Tris buffer (50 mM Tris-HCl pH 7.8, 1 mM EGTA, 2 mM MgCl 2 , 0.5 mM ⁇ - mercaptoethanol) for 36 h at 37 ° C.
  • Tris buffer 50 mM Tris-HCl pH 7.8, 1 mM EGTA, 2 mM MgCl 2 , 0.5 mM ⁇ - mercaptoethanol
  • 30 ⁇ l of the mixture were separated by reverse phase HPLC (Sephasil, C18, 2.1 / 10 Smart System, Pharmacia, Uppsala, Sweden).
  • the material applied to the column was at a flow rate of 100 ul / min.
  • Solution A 0.1% (vol / vol), trifluoroacetic acid (TFA);
  • Solution B 0.081% (vol / vol), TFA in 80% acetonitrile-H 2 0; 0-10 min at 0% for solution B, 10-40 min with a linear increase to 75% for solution B.
  • EL-4 (ATCC TIB 39) IC-21 were used as target cells (ATCC TIB 186) cells or 48 h with ConA-activated spleen cells used in standard 51 Cr release assays.
  • the target cells were labeled with 100 ⁇ Ci 51 Cr (New England Nuclear Research Products, Boston, Mass.) For 90 min at 37 ° C. and washed twice with RPMI.
  • the labeled target cells were then sensitized to CTL-mediated lysis by preincubation with synthetic peptides or the reaction products of a proteasome cleavage for 2 h at room temperature, washed and added to the effector cells (CTLs).
  • CTLs effector cells
  • the immunoprecipitations were carried out at 4 ° C.
  • Protein G or A Sepharose beads (Pharmacia, Uppsala, Sweden) were used for 30 min with a detergent-containing buffer. pre-incubated with rotation. The Sepharose was then sedimented by centrifugation (3 min. At 1000 ⁇ g) and washed three times with a detergent-free buffer. 30 ⁇ l of a 10% (w / v) solution of this protein G or A-Sepharose are mixed with 10 ⁇ g of a monoclonal anti-proteasome antibody (KB Hendil, P. Kristensen and W.
  • a monoclonal anti-proteasome antibody KB Hendil, P. Kristensen and W.
  • the cells were centrifuged, washed twice with PBS and then at a density of 2 x 10 7 cells per ml in lysis buffer (20 mM imidazole, pH 6.8, 100 mM KC1, 20 mM EGTA, 2 mM MgCl 2 , 10% sucrose ) added. The cells were then destroyed by freeze / thaw steps. By centrifugation for 15 min. at 3000 xg, the cell nuclei and by centrifugation for 15 min. centrifuged the mytochondria and lysosomes at 10,000 xg. By ultracentrifuging the supernatant for 90 min. at 100,000 xg the microsomes were removed. The supernatant thus obtained was then used in immunoprecipitation.
  • proteasome (20S or 26S proteasome) were ert using the method described in Example 4 Immunoprecipitation isoli ". Instead of proteasomes, however, other enzyme Antigen processing ists- natural or recombinant origin can be used, which can also be isolated by conventional protein purification methods. The enzymes can be used in the enzyme reactor in soluble or immobilized form. Obtained or recombinant by conventional cleaning methods Enzymes can be immobilized on Sepharose or other known carrier materials using known chemical coupling methods.
  • the proteasomes were placed in an enzyme reactor.
  • polypeptides and proteins of recombinant, synthetic or natural origin in the denatured and reduced state were added to the enzyme reactor.
  • the reaction buffer contained 20 mM Hepes (pH 7.8), 0.5 mM 2-mercaptoethanol, 1 mM EGTA and 5 mM MgCl 2 .
  • a detergent such as the buffer SDS (0.003 to 0.04% w / v) or 0.4 M guanidinium hydrochloride was added if necessary.
  • ubiquitin and ATP as well as an ATP regenerating system were added.
  • the reaction was at 37 ° C for 10 min. carried out up to 24 hours. Subsequently, the peptide fragments obtained were separated from the proteasomes and from any proteins and other reactants still present by a filter limiting the outlet opening of the reaction vessel (cut-off size of the pores 3000 to 10,000 daltons). The separation was carried out by low-speed centrifugation or by pumping off the reaction solution.
  • the peptide mixtures were thus obtained in sterile form. They can be used either directly or after mixing with an adjuvant for in vitro and in vivo immunizations.
  • the peptide mixtures were also used to identify individual antigenic peptides, as described in Example 6.
  • Antigenic proteins or polypeptide parts thereof e.g. viral, bacterial, parasitic, tumor or self-antigens
  • isolated 20S or 26S proteasomes resulting in peptides of a size that allow association with MHC molecules.
  • the peptide mixtures were obtained using an enzyme reactor (see Example 5).
  • the proteins can also be reacted with soluble proteasomes in a suitable reaction vessel, the reaction after 10 min. is stopped up to 24 hours by adding 2% acetic acid.
  • antigenic peptide sequences were identified as follows.
  • the peptide mixture is separated using reverse-phase HPLC (for example on a C18 4.6 x 250 mm column) or using capillary zone electrophoresis. An aliquot of the fractions was then subjected to a T cell assay (eg chromium release assay, proliferation test).
  • a T cell assay eg chromium release assay, proliferation test.
  • PHA-stimulated blood lymphocytes (PBL) EBV-transformed B cells and cells that only express one HLA molecule
  • K. Takahashi, L.-C. Dai TR Fuerst , WE Biddison, PL Earl, B. Moss and FA Ennis, Proc. Natl. Acad. Sei.
  • T cell clones can be generated in vitro from peripheral blood lymphocytes through * contact with autologous Epstein-Bar virus transformed B cells (EBV-B cells). Furthermore, as T cells, non-specifically (for example PHA) stimulated PBL from virus-infected patients or from tumor patients or PBL or tumor-infiltrating lymphocytes (TILL) that were specifically with autologous virus-infected cells or tumor cells were stimulated.
  • PHA Epstein-Bar virus transformed B cells
  • sequence of the peptides therein was then determined in the positive fractions by Edman degradation or mass spectrometry. If necessary, positive fractions were subjected to a separation in a second dimension. The steps of separation of the peptide mixture, determination of the anti-gene peptide fractions in the T cell assay and sequence analysis were also carried out in a coupled manner.
  • the peptide mixture was introduced via a capillary HPLC column directly into a mass spectrometer (eg tandem electrospray mass spectrometer), the HPLC eluent being divided by a split in such a way that part of the mass spectrometer and another part of a suitable one Reaction vessel (eg 96-well plate) was introduced, in which a T-cell assay was then carried out.
  • a mass spectrometer eg tandem electrospray mass spectrometer
  • a suitable one Reaction vessel eg 96-well plate
  • the peptide mixture was brought into contact with MHC molecules.
  • the peptides of the peptide mixture are first associated with suitable MHC molecules.
  • the MHC molecules were used as MHC molecules bound to the cell surfaces of intact cells (e.g. PBL from patients, cells which only express a certain HLA molecule and other suitable cells) or as MHC molecules present in microsomes of such cells.
  • isolated MHC molecules were used, which were immobilized on a carrier material.
  • the MHC molecules were obtained from cell lysates by immunoprecipitation with MHC-specific antibodies, but recombinant MHC molecules can also be used.
  • peptides After the peptide mixture has been incubated with the MHC molecules, bound peptides are eluted from the binding pit of the MHC molecules by means of acid elution. The eluted peptides were then separated by reverse phase HPLC or capillary zone electrophoresis and aliquots of the fractions were tested in a T cell assay, the positive fractions, such as under (A), the sequences of the peptides were determined.
  • endogenous peptides e.g. recombinant MHC molecules
  • sequences of the eluted peptides were determined directly, without separation of the peptide mixtures by mass spectrometry.

Abstract

The invention concerns in vitro methods of identifying and producing antigen peptides and peptide mixtures which simulate in vivo trimming of foreign or the body's own proteins; and the use of the antigen peptides or peptide mixtures identified and produced by the claimed method, for example, for identifying vaccine components against pathogens or tumour cells, or competitive or antagonistic peptides in auto-immune diseases or in the production of vaccines.

Description

Verfahren zur Identifizierung und Herstellung antigener Peptide und deren Verwendung als Impfstoffe Methods for the identification and production of antigenic peptides and their use as vaccines
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft in vitro Verfahren zur Identifizierung und Herstellung antigener Peptide und Peptidgemische, die die in vivo Prozessierung von Fremd- oder Eigeneiweiß simulieren und die Verwendung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren identifizier¬ ten antigenen Peptide, beispielsweise zur Identifizierung von Vakzinbausteinen gegen Pathogene oder Tumorzellen oder von kompetitiven oder antagonistischen Peptiden bei Autoimmun¬ krankheiten. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung von Peptiden und Peptidgemisehen als Impfstoffe sowie einen Enzymre¬ aktor zur Herstellung von Peptidgemischen.The invention relates to in vitro methods for identifying and producing antigenic peptides and peptide mixtures which simulate the in vivo processing of foreign or proprietary protein and the use of the antigenic peptides identified by the method according to the invention, for example for identifying vaccine components against pathogens or tumor cells or of competitive or antagonistic peptides in autoimmune diseases. Furthermore, the invention relates to the use of peptides and peptide mixtures as vaccines and an enzyme reactor for the production of peptide mixtures.
Eines der wichtigsten Grundprinzipien körpereigener Abwehr¬ reaktionen ist die Präsentation von prozessiertem Fremdeiweiß durch polymorphe körpereigene Strukturen, die sogenannten Gewebeverträglichkeitsantigene (Haupthistokompatibilitätsantigene = Major Histocompatibility Complex Antigens = MHC-Antigene) . Die als Peptide von den MHC-Molekülen präsentierten prozessierten Fremd- oder Eigeneiweiße werden von zwei verschiedenen Lymphozy- tenarten mit unterschiedlichen Funktionen im Immunsystem erkannt, den sogenannten cytotoxischen T-Lymphozyten und den Helfer-T- Lymphozyten.One of the most important basic principles of the body's own defense reactions is the presentation of processed foreign protein by polymorphic body's own structures, the so-called tissue tolerance antigens (major histocompatibility antigens = major histocompatibility complex antigens = MHC antigens). The processed foreign or proprietary proteins presented as peptides by the MHC molecules are recognized by two different types of lymphocytes with different functions in the immune system, the so-called cytotoxic T-lymphocytes and the helper T-lymphocytes.
Zytotoxische T-Lymphozyten (Cytotoxic T-Lymphocytes = CTLs) spielen eine bedeutende Rolle in der Abwehr sowohl gegen intrazelluläre virale und bakterielle Infektionen als auch gegen entartete Krebszellen. Sie erkennen Antigene in Form von kleinen Peptiden, die an MHC-Antigene der Klasse I, auf der Oberfläche von infizierten oder entarteten Zellen gebunden sind. Die von den abwehrenden CTLs erkannten Peptide werden in der Zelle, während des normalen Zellzyklus durch kontinuierlichen, proteolytischen Abbau der Antigen-Proteine erzeugt.Cytotoxic T-lymphocytes (CTLs) play an important role in the defense against both intracellular viral and bacterial infections and against degenerate cancer cells. They recognize antigens in the form of small peptides that are bound to class I MHC antigens on the surface of infected or degenerate cells. The peptides recognized by the defending CTLs are in the cell while of the normal cell cycle through continuous, proteolytic degradation of the antigen proteins.
Helfer-T-Lymphozyten spielen gleichfalls eine zentrale Rolle in der körpereigenen Abwehr. Sie üben beispielsweise eine Funktion bei der Proliferation und Differenzierung von Antigen-erkennenden B-Zellen aus. Helfer-T-Zellen erkennen Peptide, die von auf Antigen-präsentierenden Zellen lokalisierten MHC-Klasse II- Molekülen präsentiert werden. Die von den T-Helfer-Zellen erkannten Peptide sind hauptsächlich exogenen, d.h. nicht¬ körpereigenen oder extrazellulären Ursprungs.Helper T lymphocytes also play a central role in the body's defense. For example, they perform a function in the proliferation and differentiation of antigen-recognizing B cells. Helper T cells recognize peptides presented by MHC class II molecules located on antigen presenting cells. The peptides recognized by the T helper cells are mainly exogenous, i.e. non-body or extracellular origin.
Eine sehr wichtige Rolle in der Erzeugung antigener Peptide in einer Zelle, die von MHC Klasse I-Molekülen präsentiert werden, spielen Multienzymkomplexe, die Proteaso en genannt werden (A.L. Goldberg und K.L. Rock, Proteolysis, proteasomes and antigen presentation, Nature 357 (1992) , 375) . Diese Proteasomen können aus dem Zytosol von Zellen isoliert werden.A very important role in the generation of antigenic peptides in a cell, which are presented by MHC class I molecules, is played by multienzyme complexes called proteaso (AL Goldberg and KL Rock, Proteolysis, proteasomes and antigen presentation, Nature 357 (1992) , 375). These proteasomes can be isolated from the cytosol of cells.
Der Zusammenbau der antigenen Peptide mit MHC Klasse I Molekülen findet im endoplasmatischen Reticulum (ER) , nach dem Transport der Peptide durch die ER-Membran statt. Beteiligt an dem Transport der Peptide in das ER und dem Zusammenbau mit MHC Klasse I-Molekülen sind Mitglieder der "ABC-Transporter" Proteinfamilie (Higgins, ABC transporters: from microorganisms to man. Annu. Rev. Cell Biol. 8 (1992), 67), genannt "Transporter for Antigen Presentation" (TAP) (J.J. Monaco, A molecular model of MHC class-I-restricted antigen processing, Immunol. Today 13The assembly of the antigenic peptides with MHC class I molecules takes place in the endoplasmic reticulum (ER) after the peptides have been transported through the ER membrane. Participants in the transport of the peptides into the ER and the assembly with MHC class I molecules are members of the "ABC transporter" protein family (Higgins, ABC transporters: from microorganisms to man. Annu. Rev. Cell Biol. 8 (1992), 67), called "Transporter for Antigen Presentation" (TAP) (JJ Monaco, A molecular model of MHC class-I-restricted antigen processing, Immunol. Today 13
(1992), 173; J.J. Monaco, S. Cho und M. Attaya, Transport protein genes in the murine MHC: possible implications for antigen processing, Science 259 (1990), 1723; M.J. Andrblewicz, K.S. Anderson und P. Cresswell, Evidence that transporters associated with antigen processing translocate a major histocompatibility complex class I-binding Peptide into the endoplasmic reticulum in an ATP-dependent manner., Proc. Natl. Acad. Sei. USA 90(1992), 173; J.J. Monaco, S. Cho and M. Attaya, Transport protein genes in the murine MHC: possible implications for antigen processing, Science 259 (1990), 1723; M.J. Andrblewicz, K.S. Anderson and P. Cresswell, Evidence that transporters associated with antigen processing translocate a major histocompatibility complex class I-binding Peptide into the endoplasmic reticulum in an ATP-dependent manner., Proc. Natl. Acad. Be. USA 90
(1993), 9130; J.C. Shepherd, T.N. Schumacher, P.G. Ashton- Rickardt, S. I aeda, H.L. Ploegh, C. Janeway Jr. und S. Tonegawa, TAPl-dependent peptide translocation in vitro is ATP dependent and peptide selective, Cell 74 (1993), 577; J.J.Neetjes und F. Momburg, Cell biology of antigen presentation. Curr. Opin. Immunol. 5 (1993) 27) .(1993), 9130; JC Shepherd, TN Schumacher, PG Ashton-Rickardt, S. I aeda, HL Ploegh, C. Janeway Jr. and S. Tonegawa, TAPl-dependent peptide translocation in vitro is ATP dependent and peptide selective, Cell 74 (1993), 577; JJNeetjes and F. Momburg, Cell biology of antigen presentation. Curr. Opin. Immunol. 5 (1993) 27).
Der Zusammenbau der Peptide mit den MHC-Molekülen ist ein selektiver Prozeß und erfordert, daß das Peptid vorzugsweise eine bestimmte Größe aufweist (9 ± 1 Aminosäuren) (H.G. Rammensee, K. Falk und O. Rotzschke, Peptides naturally presented by MHC class I molecules. Annu. Rev. Immuol. 11 (1993), 213) . Weiterhin müssen bestimmte "Ankeraminosäuren" in Molekültaschen der MHC Klasse I Moleküle binden. Für verschiedene MHC Moleküle wurden individuel¬ le, allelspezifische Ankermotive bestimmt (H.G. Rammensee, K. Falk und 0. Rotzschke, MHC molecules as peptide receptors. Curr. Opin. Immunol. 5 (1993), 35; K.R.O. Falk, S. Stevanovic, G. Jung, H-G. Rammensee, Allele specific Motifs Revealed by Sequencing of Self-peptides Eluted from MHC Molecules, Nature 351 (1991) , 290) . Mit Hilfe dieser Ankermotive wurden antigene Peptide von Proteinen von Viren, Bakterien, parasitären Protozoen und Tumorzellen vorausgesagt und identifiziert (H.J. Pamer, M.J. Bevan, Precise Prediction of a Dominant Class I MHC-restricted Epitope of Listeria monocytogenes, Nature 353 (1991), 852; H.J. Wallny D.K., S. Faath, G. Jung, A. van Pel, T. Boon, H-G. Rammensee, Identification and quantification of a Naturally Presented Peptide as Recognized by Cytotoxic T Lymphocytes Specific for an Immunogenic Tumor Variant, Int. Immunol. 4 (1992) , 1088) .The assembly of the peptides with the MHC molecules is a selective process and requires that the peptide is preferably of a certain size (9 ± 1 amino acids) (HG Rammenee, K. Falk and O. Rotzschke, Peptides naturally presented by MHC class I molecules Annu. Rev. Immuol. 11 (1993), 213). Furthermore, certain "anchor amino acids" must bind molecules in MHC class I molecules. Individual, allele-specific anchor motifs were determined for various MHC molecules (HG Rammenee, K. Falk and 0. Rotzschke, MHC molecules as peptide receptors. Curr. Opin. Immunol. 5 (1993), 35; KRO Falk, S. Stevanovic, G. Jung, HG. Rammenee, Allele specific Motifs Revealed by Sequencing of Self-peptides Eluted from MHC Molecules, Nature 351 (1991), 290). With the help of these anchor motifs, antigenic peptides of proteins from viruses, bacteria, parasitic protozoa and tumor cells were predicted and identified (HJ Pamer, MJ Bevan, Precise Prediction of a Dominant Class I MHC-restricted Epitope of Listeria monocytogenes, Nature 353 (1991), 852 ; HJ Wallny DK, S. Faath, G. Jung, A. van Pel, T. Boon, HG. Rammenee, Identification and quantification of a Naturally Presented Peptide as Recognized by Cytotoxic T Lymphocytes Specific for an Immunogenic Tumor Variant, Int. Immunol 4: 1088 (1992).
Der Prozessierungsweg der von den MHC Klasse II-Molekülen präsentierten antigenen Peptide ähnelt in weiten Bereichen dem der von MHC Klasse I-Molekülen präsentierten Molekülen. Beson¬ derheiten ergeben sich insbesondere darin, daß die meist exogenen Proteine den endozytischen Abbauweg durchlaufen, für die Präsentation eine Länge von etwa 12 Aminosäuren aufweisen müssen und in besonderen Kompartimenten, den sogenannten Kompartimenten für die Peptidbeladung (compartments for peptide loading = CPL) mit MHC Klasse II-Molekülen assoziieren, nachdem diese den frühen endosomalen Prozessierungsweg durchlaufen haben und die Peptidbe- ladung verhindernde invariante Kette abgebaut worden ist (Schmid & Jackson, Nature 369 (1994), 103-104 und darin zitierte Referenzen; Germain und Margulies, Annu. Rev. Immunol. 11 (1993), 403-450) .The processing route of the antigenic peptides presented by the MHC class II molecules is broadly similar to that of the molecules presented by MHC class I molecules. Particularities result particularly from the fact that the mostly exogenous proteins go through the endocytic degradation pathway, must have a length of about 12 amino acids for the presentation and in special compartments, the so-called compartments for peptide loading (CPL) with MHC Class II molecules associate after this early have passed through the endosomal processing route and the peptide loading-preventing invariant chain has been degraded (Schmid & Jackson, Nature 369 (1994), 103-104 and references cited therein; Germain and Margulies, Annu. Rev. Immunol. 11 (1993), 403 -450).
Nach dem Zusammenbau der MHC-Peptid-Komplexe werden diese an die Zelloberfläche transportiert, wo sie dem Immunsystem präsentiert werden.After assembly of the MHC-peptide complexes, these are transported to the cell surface, where they are presented to the immune system.
Die Anzahl der "natürlich prozessierten und präsentierten Peptide" (NPP) , die bis heute identifiziert wurden, ist relativ gering und beschränkt sich auf ein kleines Spektrum verschiedener Peptide von in großen Mengen exprimierter Proteine. Die Identifi¬ zierung antigener Determinanten, die aufgrund geringer Ex¬ pressionsrate, schlechten Prozessierens, langsamen Transports in das ER oder suboptimaler Bindung an MHC-Moleküle in nur sehr geringer Menge auf der Zelloberfläche präsentiert werden, ist mit den bisher zur Verfügung stehenden Methoden, selbst unter Verwendung von hochsensitiven Verfahren, wie Tandem-Massenspek- trometrie, schwierig bis unmöglich. Die allgemeingültige, experimentell empirische bestätigte Regel, daß alle in der Zelle erzeugten Peptide um den Transport in das ER und um verfügbare freie MHC-Moleküle konkurrieren, gilt auch für Peptide, die aus Proteinen pathogener Organismen oder Krebszellen entstehen. Diese Tatsache macht es extrem schwierig, die in sehr geringer Menge vorhandenen antigenen Peptide aus einem großen Überschuß endogener Peptide zu isolieren, die den größten Teil der MHC Moleküle besetzten.The number of "naturally processed and presented peptides" (NPP) that have been identified to date is relatively small and is limited to a small spectrum of different peptides of proteins expressed in large quantities. The identification of antigenic determinants, which are presented on the cell surface in only a very small amount due to the low expression rate, poor processing, slow transport into the ER or suboptimal binding to MHC molecules, is itself possible with the methods available to date difficult to impossible using highly sensitive methods such as tandem mass spectrometry. The general, experimentally empirically confirmed rule that all peptides generated in the cell compete for transport into the ER and for available free MHC molecules also applies to peptides that arise from proteins of pathogenic organisms or cancer cells. This fact makes it extremely difficult to isolate the very small amount of antigenic peptides from a large excess of endogenous peptides that occupy most of the MHC molecules.
Gerade die Identifizierung dieser seltenen antigenen Peptide ist jedoch von großer Bedeutung für die Impfstoffentwicklung und Immuntherapie von vielen Krankheiten. Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren bereitzustellen, mit dem diese seltenen, an MHC-Moleküle gebundenen, antigenen Peptide identifiziert werden können. Eine weitere der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand darin, antigene Peptide bzw. Peptidgemische, die antigene Peptide enthalten, auf einfache Weise herzustellen und zur Herstellung von PeptidimpfStoffen zu verwenden.However, the identification of these rare antigenic peptides is of great importance for the vaccine development and immunotherapy of many diseases. The object of the present invention was therefore to provide a method with which these rare antigenic peptides bound to MHC molecules can be identified. Another object underlying the present invention was to produce antigenic peptides or peptide mixtures containing antigenic peptides in a simple manner and to use them for the production of peptide vaccines.
Die Lösung dieser Aufgaben wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen bereitgestellt.The solution to these problems is provided by the embodiments characterized in the claims.
Somit betrifft ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung und Identifizierung antigener Peptide und Peptidgemische, das die folgenden Schritte umfaßt:Thus, a first aspect of the present invention relates to a method for producing and identifying antigenic peptides and peptide mixtures, which comprises the following steps:
(a) proteolytischer Abbau durch zelluläre Prozessierungsmecha- nismen von exogen zugesetzten Proteinen oder Polypeptiden, die die antigenen Peptide enthalten, zu einer Peptidgröße, die eine Assoziation mit MHC-Molekülen erlaubt;(a) proteolytic degradation by cellular processing mechanisms from exogenously added proteins or polypeptides containing the antigenic peptides to a peptide size that allows association with MHC molecules;
(b) Assoziation der in Schritt (a) erhaltenen antigenen Peptide und/oder Peptidgemische mit geeigneten MHC-Molekülen;(b) association of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (a) with suitable MHC molecules;
(c) Isolierung der MHC-Molekül-Peptid-Komplexe;(c) isolation of the MHC molecule-peptide complexes;
(d) Abtrennung der antigenen Peptide und/oder Peptidgemische von den MHC-Molekülen; und(d) separation of the antigenic peptides and / or mixtures of peptides from the MHC molecules; and
(e) Bestimmung der Aminosäuresequenz der in Schritt (d) erhaltenen antigenen Peptide und/oder Peptidgemische.(e) Determination of the amino acid sequence of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (d).
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Identifizierung antigener Peptide und Peptidgemische, das die folgenden Schritte umfaßt:A second aspect of the present invention relates to a method for producing and identifying antigenic peptides and peptide mixtures, which comprises the following steps:
(a) proteolytischer Abbau durch zelluläre Prozessierungsmecha- nismen von exogen zugesetzten Proteinen oder Polypeptiden, die die antigenen Peptide enthalten zu einer. Peptidgröße, die eine Assoziation mit MHC-Molekülen erlaubt;(a) Proteolytic degradation by cellular processing mechanisms of exogenously added proteins or polypeptides, which contain the antigenic peptides into one. Peptide size that allows association with MHC molecules;
(b) Fraktionierung der in Schicht (a) erhaltenen antigenen Peptide und/oder Peptidgemische;(b) fractionation of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in layer (a);
(c) Test der erhaltenen Fraktionen auf antigene Aktivität, vorzugsweise in einem T-Zell-Assay, und (d) gegebenenfalls Bestimmung der Aminosäuresequenz der in Schritt (b) erhaltenen antigenen Peptide und/oder Peptidge¬ mische.(c) testing the fractions obtained for antigenic activity, preferably in a T cell assay, and (d) optionally determining the amino acid sequence of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (b).
Unter antigenem Peptid wird hier ein Peptid verstanden, das vom Immunsystem erkannt wird und somit insbesondere in der Lage ist, eine zelluläre Immunantwort oder eine Antikörperreaktion hervorzurufen.Antigenic peptide is understood here to mean a peptide that is recognized by the immune system and is therefore in particular able to elicit a cellular immune response or an antibody reaction.
Eine Peptidgröße, die die Assoziation mit MHC-Molekülen erlaubt, ist bei MHC-Klasse I-Molekülen vorzugsweise eine solche mit etwa 9 ± 1 Aminosäuren, während sie bei MHC Klasse II-Molekülen vorzugsweise etwa 12 ± 1 bis 25 + 1 Aminosäuren umfaßt.A peptide size that allows association with MHC molecules is preferably about 9 ± 1 amino acids for MHC class I molecules, while preferably about 12 ± 1 to 25 + 1 amino acids for MHC class II molecules.
Unter zellulären Prozessierungsmechanismen werden hier solche verstanden, die von cytosolischen Multienzymkomplexen (--Protea¬ somen) und weiteren, teilweise noch nicht rein dargestellten Enzymen/Enzymkomplexen ausgeübt werden sowie gegebenenfalls die nachfolgende Prozessierung ("Trimming") in Mikrosomen.Cellular processing mechanisms are understood here to be those which are exerted by cytosolic multienzyme complexes (proteases) and further, sometimes not yet shown, enzymes / enzyme complexes and, if appropriate, the subsequent processing ("trimming") in microsomes.
Die Isolierung der MHC-Molekül-Peptid-Komplexe kann, sofern gewünscht, vorzugsweise aus Mikrosomen- oder CLP-Lysaten erfolgen. Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Assoziation der proteolytisch erzeugten Peptide mit MHC-Molekülen, Isolierung der MHC-Molekül-Peptid-Komplexe und ausschließende Elution der Peptide nicht erforderlich, da antigene Peptide bzw. Peptidfraktionen des proteolytisch erzeugten Peptidgemisches auch in einem T-Zell-Assay auf ihre antigene Wirksamkeit getestet werden können.If desired, the MHC molecule-peptide complexes can preferably be isolated from microsome or CLP lysates. According to the second aspect of the present invention, however, an association of the proteolytically generated peptides with MHC molecules, isolation of the MHC molecule-peptide complexes and exclusive elution of the peptides is not necessary, since antigenic peptides or peptide fractions of the proteolytically generated peptide mixture are also in one T cell assay can be tested for their antigenic effectiveness.
Um die Identifizierung antigener Peptide zu erleichtern, die durch die zelluläre Prozessierungsmaschinerie erzeugt und von MHC-Molekülen an der Zelloberfläche präsentiert werden, muß das stöchiometrische Verhältnis zwischen endogenen Peptiden und antigenen Peptiden so manipuliert werden, daß die antigenen Peptide in einem großen Überschuß für den Transport in das ER und für die Bindung an MHC-Moleküle zur Verfügung stehen. Dies wird durch die Zugabe von exogenem Protein bzw. Polypeptid in Schritt (a) erreicht. Gleichzeitig sollte die Menge von endogenen Peptiden, die bereits im ER an MHC-Moleküle gebunden sind gering sein. Damit stehen mehr freie MHC-Moleküle für die antigenen Peptide zur Verfügung.In order to facilitate the identification of antigenic peptides generated by the cellular processing machinery and presented by MHC molecules on the cell surface, the stoichiometric ratio between endogenous peptides and antigenic peptides must be manipulated so that the antigenic peptides are in a large excess for transport into the ER and for binding to MHC molecules. this will achieved by adding exogenous protein or polypeptide in step (a). At the same time, the amount of endogenous peptides that are already bound to MHC molecules in the ER should be small. This means that more free MHC molecules are available for the antigenic peptides.
Gegenüber den bisher angewandten Methoden und Verfahren der Peptidelution aus Zell-Lysaten, beziehungsweise aus affinitäts- gereinigten MHC-Molekülen, kann durch das hier beschriebene Verfahren eine starke Anreicherung von spezifischen exogenen, z.B. aus einem Pathogen abgeleiteten Peptidepitopen erreicht werden. Dies ermöglicht es, neben immundominanten Peptidepitopen auch Subdominante Peptidepitope zu identifizieren, die unter normalen physiologischen Verhältnissen in zu geringer Konzen¬ tration in MHC-gebundener Form an die Zelloberfläche gelangen, um spezifische CTL-Vorläuferzellen zur Expansion und Differenzie¬ rung zu induzieren.Compared to the previously used methods and methods of peptide elution from cell lysates or from affinity-purified MHC molecules, the method described here can greatly enrich specific exogenous, e.g. peptide epitopes derived from a pathogen can be achieved. In addition to immunodominant peptide epitopes, this also makes it possible to identify subdominant peptide epitopes which, under normal physiological conditions, reach the cell surface in too low a concentration in MHC-bound form in order to induce specific CTL precursor cells for expansion and differentiation.
Dominante Epitope repräsentieren oft Proteine oder Protein¬ abschnitte, die zwar in großen Mengen von dem Pathogen gebildet werden (z.B. Hüllproteine von Viren), die aber nicht unbedingt unter einem so hohen funktionalen Selektionsdruck stehen, als daß sie nicht in gewissen Grenzen veränderbar sind. Dies führt dazu, daß z.B. bei einer Infektion mit Human-Imunodeficiency-Virus (HIV) die meisten Immunantworten gegen Proteinabschnitte gemacht werden, die sehr variabel sind. Die dominanten Epitope überdecken mengenmäßig die Subdominanten Epitope bei der MHC-gebundenen Präsentation. Dabei ist die Konzentration der Subdominanten Epitope auf der Zelloberfläche so gering, daß sie nicht als Signal zur Differenzierung der T-Zellen zu CTLs ausreicht.Dominant epitopes often represent proteins or protein segments which are formed in large quantities by the pathogen (e.g. envelope proteins of viruses), but which are not necessarily under such a high functional selection pressure that they cannot be changed within certain limits. This leads to e.g. in the case of infection with human immunodeficiency virus (HIV), most of the immune responses to protein segments are made, which are very variable. The dominant epitopes cover the subdominant epitopes in quantity in the MHC-bound presentation. The concentration of the subdominant epitopes on the cell surface is so low that it is not sufficient as a signal to differentiate the T cells into CTLs.
Da grundsätzlich alle P* oteine von der zellulären Maschinerie prozessiert und präsentiert werden, wird bei dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren eine hohe Anreicherung von Peptidepitopen erreicht, die unter normalen Bedingungen subdominant sind. Wenn man CTLs gegen Eptitope erzeugen kann, die Peptidabschnitte repräsentieren, die unter solch hohem funktionalen Selektions- druck stehen, daß sie eine sehr eingeschränkte genetische Variabilität besitzen, kann man mit Hilfe solcher CTLs eine sehr effektive Immunantwort erzeugen. Einmal aktivierte CTLs erkennen nämlich auch Subdominante Epitope, die in geringsten Konzen¬ trationen auf befallenen Zellen präsentiert werden, wogegen die Grenzkonzentration für die Aktivierung der T-Zellen und Differen¬ zierung zu CTLs wesentlich höher liegt.As in principle all P * oteine of the cellular machinery processed and presented, in which the method according erfindungs¬ achieves high accumulation of peptide epitopes that are subdominant under normal conditions. If you can generate CTLs against eptitopes that represent peptide segments that are under such high functional pressure that they have a very limited genetic variability, such CTLs can be used to generate a very effective immune response. Once activated CTLs also recognize subdominant epitopes which are presented in the lowest concentrations on infected cells, whereas the limit concentration for the activation of the T cells and differentiation to CTLs is much higher.
Diesem Umstand verdanken viele Viren ihre Persistenz, da die dominanten Epitope ständig mutieren und damit das Virus insgesamt sich der Immuneliminierung, trotz ständig vorhandener Immunreak¬ tionen, entzieht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit vorteilhafterweise zur Identifizierung und Herstellung viraler antigener Peptide eingesetzt werden, die für Prophylaxe und Immuntherapie gegen derartige Viren verwendet werden können.Many viruses owe their persistence to this fact, since the dominant epitopes constantly mutate and thus the virus as a whole eludes immune elimination, despite the constant presence of immune reactions. The method according to the invention can thus advantageously be used to identify and produce viral antigenic peptides which can be used for prophylaxis and immunotherapy against such viruses.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, antigene Peptide aus zellulären MHC-Molekülen in Mengen zu isolieren, die um mehrere Größenordnungen über den Mengen liegen, die man mit im Stand der Technik bekannten Methoden ereichen kann. Dabei können antigene Peptide direkt aus vollständigen Mikrosomenlysaten, Zell-Lysaten oder aus affinitätsgereinigten, beladenen MHC- Molekülen gewonnen werden.The method according to the invention makes it possible to isolate antigenic peptides from cellular MHC molecules in amounts which are several orders of magnitude above the amounts which can be achieved using methods known in the prior art. Antigenic peptides can be obtained directly from complete microsome lysates, cell lysates or from affinity-purified, loaded MHC molecules.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die MHC-Moleküle MHC Klasse I-Moleküle. Geeignete MHC-Moleküle sind solche Moleküle, die eine passende Konformation aufweisen, um die antigenen Peptide präsentieren zu können.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the MHC molecules are MHC class I molecules. Suitable MHC molecules are those molecules which have a suitable conformation in order to be able to present the antigenic peptides.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens erfolgt der proteolytische Abbau der Proteine oder Polypeptide durch Proteasomen aus kultivierten Zellen, insbesondere humanen Zellen. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, wenn die Peptide aus dem degradativen Abbau der Proteine oder Polypeptide durch MHC Klasse I-Moleküle präsentiert werden sollen. Die Proteasomen werden vorzugsweise nach dem von Boes et al. , J. Exp. Med. 17 (1994) , 901 beschriebenen Verfahren aus kultivierten Zellen, insbesondere humanen Zellen isoliert. Praktischerweise wird das Protein mit den isolierten Proteasomen in Mikrosomen-Standardpuffer (Levy et al . , Cell 67 (1991) , 265) für unterschiedliche Zeiträume (0,5 bis 96 Stunden) bei 37°C inkubiert. Als Quelle für Proteasomen kann auch beispielsweise die diesen Enzymkomplex stark exprimierende humane Zellinie K-562 (ATCC-Nr. CCL 243) dienen.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the proteolytic degradation of the proteins or polypeptides takes place by proteasomes from cultivated cells, in particular human cells. This embodiment is particularly preferred if the peptides from the degradative degradation of the proteins or polypeptides are to be presented by MHC class I molecules. The proteasomes are preferably according to the Boes et al. , J. Exp. Med. 17 (1994), 901 isolated from cultured cells, especially human cells. Practically, the protein with the isolated proteasomes is incubated in microsome standard buffer (Levy et al., Cell 67 (1991), 265) for different periods (0.5 to 96 hours) at 37 ° C. The human cell line K-562 (ATCC No. CCL 243) expressing this enzyme complex, for example, can also serve as a source of proteasomes.
Die isolierten Proteasomen können ohne weitere Behandlung zum proteolytischen Abbau exogen zugesetzter Proteine oder Polypep¬ tide verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden jedoch Proteasomen verwendet, die an einen festen Träger immobilisiert sind. Die Immobilisierung kann durch chemische Koppelung z.B. mit Hilfe eines bifunktionel¬ len Linkerreagenz erfolgen. Andererseits kann die Immobilisierung auch durch Immunadsorption mit Hilfe immobilisierter, gegen Proteasomen gerichteter Antikörper erfolgen.The isolated proteasomes can be used without further treatment for the proteolytic degradation of exogenously added proteins or polypeptides. In a preferred embodiment of the present invention, however, proteasomes are used which are immobilized on a solid support. Immobilization can be achieved by chemical coupling e.g. using a bifunctional linker reagent. On the other hand, immobilization can also be carried out by immunoadsorption using immobilized antibodies directed against proteasomes.
Die gemäß erstem Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Assozia¬ tion mit den durch proteolytischen Abbau erhaltenen antigenen Peptiden und/oder Peptidgemischen verwendeten MHC Klasse I- Moleküle können aus zellulären Mikrosomen, Zellen eines Patienten oder modifizierten Zellen mit Spezifität für ein einziges MHC Klasse I-Molekül (K. Takahashi, L.C. Dai, T.R. Fuerst, W.E. Biddison, P.L. Earl, B. Moss und F.A. Ennis. Specific lysis of human immunodeficiency virus type 1-infected cells by a HLA-A3.1- restricted CD8 + cytotoxic T. lymphocyte clone that recognizes a conserved peptide sequence within the gp41 subunit of the envelope protein. Proc. Natl. Acad. Sei., 88 (1991) 10277-10281; C.C. Winter, B.M. Carreno, R.V. Turner, S. Koenig und W.B. Biddison. The 45 pocket of HLA.A2.1 plays a role in presentation of influenza virus matrix peptide and alloantigens. J. Immunol. 146 (1991) 3508-3512) stammen. Andererseits kann man auch rekombinante MHC Klasse I-Moleküle verwenden (Matsumura, M. , Saito, Y., Jackson, M.R. , Song, E.S. und Peterson, P.A.. In vitro peptide binding to soluble empty class I MHC molecules isolated from transfected Drosophila melanogaster cells. J. Biol. Chem. 26 (1992) 23589) .The MHC class I molecules used according to the first aspect of the present invention for association with the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained by proteolytic degradation can consist of cellular microsomes, cells of a patient or modified cells with specificity for a single MHC class I molecule (K. Takahashi, LC Dai, TR Fuerst, WE Biddison, PL Earl, B. Moss and FA Ennis. Specific lysis of human immunodeficiency virus type 1-infected cells by a HLA-A3.1- restricted CD8 + cytotoxic T. lymphocyte clone that recognizes a conserved peptide sequence within the gp41 subunit of the envelope protein. Proc. Natl. Acad. Sei., 88 (1991) 10277-10281; CC Winter, BM Carreno, RV Turner, S. Koenig and WB Biddison. The 45 pocket of HLA.A2.1 plays a role in presentation of influenza virus matrix peptides and alloantigens. J. Immunol. 146 (1991) 3508-3512). On the other hand, recombinant MHC class I molecules can also be used (Matsumura, M., Saito, Y., Jackson, MR, Song, ES and Peterson, PA. In vitro peptide binding to soluble empty class I MHC molecules isolated from transfected Drosophila melanogaster cells. J. Biol. Chem. 26 (1992) 23589).
Wenn die MHC Klasse I-Moleküle aus zellulären Mikrosomen stammen, erfolgt die Isolierung der Mikrosomen vorzugsweise nach dem von Saraste et al. , Proc. Natl. Acad. Sei. USA 83 (1986), 6425 beschriebenen Verfahren. In diesem Fall kann die Assoziation der antigenen Peptide mit den MHC Klasse I-Molekülen durch Inkubation der Peptide mit Mikrosomen erfolgen. Die nicht beladenen MHC Klasse I-Moleküle sind vor allem in der mikrosomalen Fraktion vorhanden (Levy et al. , a.a.O.) . Demzufolge ist es möglich, die nach dem Proteasomen-Abbau erhaltenen antigenen Peptide direkt mit der mikrosomalen Fraktion des endoplasmatischen Retikulums zu inkubieren, um MHC Klasse I-Molekül-antigenes Peptid-Komplexe zu erhalten. Die Inkubation erfolgt vorzugsweise 1 Minute bis 36 Stunden bei 37°C.If the MHC class I molecules originate from cellular microsomes, the isolation of the microsomes is preferably carried out according to the method described by Saraste et al. , Proc. Natl. Acad. Be. USA 83 (1986), 6425. In this case, the antigenic peptides can be associated with the MHC class I molecules by incubating the peptides with microsomes. The unloaded MHC class I molecules are mainly present in the microsomal fraction (Levy et al., Op. Cit.). Accordingly, it is possible to directly incubate the antigenic peptides obtained after proteasome degradation with the microsomal fraction of the endoplasmic reticulum to obtain MHC class I molecule-antigenic peptide complexes. Incubation is preferably 1 minute to 36 hours at 37 ° C.
Eine weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformbetrifft ein Verfahren, wobei die MHC-Moleküle MHC Klasse II-Moleküle sind. In diesem Fall kann der proteolytische Abbau der Proteine oder Polypeptide durch endosomale und/oder lysosomale Enzyme erfolgen, vorzugsweise in Gegenwart geeigneter MHC-Klasse II- Moleküle. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders dann von Vorteil, wenn die antigenen Peptide durch MHC Klasse II-Moleküle präsentiert werden sollen. Wie bereits vorstehend erwähnt, werden die auf MHC Klasse II-Moleküle zu beladenen antigenen Peptide nicht hauptsächlich durch Abbau mittels eines Proteasomen-Komplexes, sondern durch proteolyti¬ schen Abbau in endosomalen/lysosomalen Kompartimenten prozes¬ siert.Another preferred embodiment of the invention relates to a method wherein the MHC molecules are MHC class II molecules. In this case, the proteolytic degradation of the proteins or polypeptides can take place by endosomal and / or lysosomal enzymes, preferably in the presence of suitable MHC class II molecules. This embodiment of the method according to the invention is particularly advantageous when the antigenic peptides are to be presented by MHC class II molecules. As already mentioned above, the antigenic peptides to be loaded on MHC class II molecules are not primarily processed by degradation by means of a proteasome complex, but by proteolytic degradation in endosomal / lysosomal compartments.
Die für die Bildung mit antigenem Peptid bereitzustellenden MHC Klasse II-Moleküle können aus trans-Golgi-Vesikeln, Endosomen, CPLs, Zellen eines Patienten oder modifizierten Zellen mit Spezifität für eine einziges MHC Klasse II-Molekül (Riberdy, J.M. , Awa, R.R. , Geuze, H.J. und Cresswell, P., Transport and intracellular distribution of MHC class II-molecules and associated invariant chain in normal and antigen-processing mutant cell lines. J. Cell. Biol. 125 (1994), 1225-1237) stammen. Andererseits kann man auch rekombinante MHC Klasse II-Moleküle (Arimilli, S., Cardoso, C, Mukku, P., Baichwal, V. und Nag, B., Refolding and reconstitution of functionally active complexes of human leucocyte antigen DR2 and myelin basic protein from recombinant alpha and beta chains. J. Biol. Chem. 270 (1995) 971) verwenden.The MHC class II molecules to be provided for the formation with antigenic peptide can be made from trans-Golgi vesicles, endosomes, CPLs, cells of a patient or modified cells with specificity for a single MHC class II molecule (Riberdy, JM, Awa, RR, Geuze, HJ and Cresswell, P., Transport and intracellular distribution of MHC class II-molecules and associated invariant chain in normal and antigen-processing mutant cell lines. J. Cell. Biol. 125 (1994), 1225-1237). On the other hand, recombinant MHC class II molecules (Arimilli, S., Cardoso, C, Mukku, P., Baichwal, V. and Nag, B., Refolding and reconstitution of functionally active complexes of human leucocyte antigen DR2 and myelin basic protein from recombinant alpha and beta chains. J. Biol. Chem. 270 (1995) 971).
MHC Klasse II-Moleküle sind, soweit im Stand der Technik bekannt ist, im Falle der CPLs zumindest bei Eintritt in das Kompartiment durch die invariante Kette daran gehindert, eine Bindung mit einem geeigneten antigenen Peptid einzugehen. Allerdings ist davon auszugehen, daß in diesen Kompartimenten der proteolytische Abbau der invarianten Kette beginnt bzw. vollendet wird, so daß die MHC Klasse II-Moleküle nachfolgend mit dem gewünschten antigenen Peptid assoziieren können.As far as is known in the prior art, MHC class II molecules are prevented in the case of CPLs from binding to a suitable antigenic peptide at least when entering the compartment by the invariant chain. However, it must be assumed that the proteolytic degradation of the invariant chain begins or is completed in these compartments, so that the MHC class II molecules can subsequently associate with the desired antigenic peptide.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens erfolgt die Assoziation der antigenen Peptide mit MHC Klasse II-Molekülen durch gemeinsame Inkubation in CPLs.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the antigenic peptides are associated with MHC class II molecules by joint incubation in CPLs.
Mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen in vitro- Verfahrens wird die in vivo-Situation der Beladung der MHC Klasse II-Moleküle mit antigenen Peptiden nachgeahmt. Daher sollte diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in besonderem Maße dazu führen, daß die tatsächlich interessanten antigenen Peptide von den MHC KLasse II-Molekülen erkannt und für weitere Untersuchungen zur Verfügung gestellt werden können.With this embodiment of the in vitro method according to the invention, the in vivo situation of loading the MHC class II molecules with antigenic peptides is mimicked. Therefore, this preferred embodiment of the method according to the invention should particularly lead to the fact that the actually interesting antigenic peptides can be recognized by the MHC class II molecules and made available for further studies.
Die zum proteolytischen Abbau eingesetzten Proteine oder Polypeptide können natürlichen Ursprungs sein. Für diese Ausführungsform ist es notwendig, daß eine Quelle an natürlichem Protein bzw. Polypeptid zur Verfügung gestellt wird, die ausreichende Mengen für eine effektive Beladung und Präsentation durch eine genügend hohe Anzahl von MHC-Molekülen ermöglicht. Andererseits können die Proteine oder Polypeptide rekombinanten oder synthetischen Ursprungs sein. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, da rekombinante oder synthetische Polypep¬ tide mit konventionellen Verfahren leichter herstellbar sind als die Isolierung dieser Proteine oder Polypeptide aus natürlichen Quellen. Durch die in den letzten Jahren entwickelten Verfahren ist es besonders einfach, rekombinante Proteine in ausreichenden Mengen zur Verfügung zu stellen, die dann durch die zelluläre Prozessierungsmaschinerie abgebaut und in großen Mengen von freien MHC-Molekülen aufgenommen werden können. Synthetische Polypeptide oder Proteine sind nach Standardverfahren beispiels¬ weise mit F-moc Chemie unter Verwendung eines Peptidsynthesegerä- tes von Applied Biosystems Inc. oder eines entsprechenden anderen Gerätes herstellbar.The proteins or polypeptides used for proteolytic degradation can be of natural origin. For this embodiment, it is necessary to provide a source of natural protein or polypeptide which enables sufficient amounts for an effective loading and presentation by a sufficiently high number of MHC molecules. On the other hand, the proteins or polypeptides can be of recombinant or synthetic origin. This embodiment is particularly preferred since recombinant or synthetic polypeptides are easier to produce by conventional methods than the isolation of these proteins or polypeptides from natural sources. The processes developed in recent years make it particularly easy to provide recombinant proteins in sufficient quantities, which can then be broken down by the cellular processing machinery and taken up in large quantities by free MHC molecules. Synthetic polypeptides or proteins can be produced by standard methods, for example using F-moc chemistry, using a peptide synthesis device from Applied Biosystems Inc. or a corresponding other device.
Die Anzahl an geeigneten MHC Klasse II-Molekülen kann gegebenen¬ falls durch in vitro-Translationen und/oder Translokation von MHC Klasse II-Molekülen in Mikrosomen bzw. trans-Golgi-Vesikeln erhöht werden.The number of suitable MHC class II molecules can optionally be increased by in vitro translations and / or translocation of MHC class II molecules in microsomes or trans-Golgi vesicles.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens stammen die MHC-Moleküle aus TAP-negativen Zellinien. Ein Beispiel für eine derartige Zellinie ist T2. Diese Zellinie und ihre Herstellung ist beschrieben in Levy et al. , a.a.O., Salter et al. , EMBO J.5 (1986), 943-949, Salter et al. , Immunogenetics 21 (1985), 235-246 und De Mars et al. , Proc. Natl. Acad. Sei. USA 82 (1985), 8183-8187. Nach den dort beschriebenen technischen Lehren kann der Fachmann weitere TAP-negative Zellinien herstellen.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the MHC molecules originate from TAP-negative cell lines. An example of such a cell line is T2. This cell line and its production is described in Levy et al. , op. cit., Salter et al. , EMBO J.5 (1986), 943-949, Salter et al. , Immunogenetics 21 (1985), 235-246 and De Mars et al. , Proc. Natl. Acad. Be. USA 82: 8183-8187 (1985). According to the technical teachings described there, the person skilled in the art can produce further TAP-negative cell lines.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erhöhen entweder die relative Menge an interessierendem abzubauendem Protein oder sie erhöhen die Anzahl an freien MHC-Molekülen.The embodiments described above either increase the relative amount of protein of interest to be degraded or increase the number of free MHC molecules.
So wird durch Zugabe von exogenen natürlichen, rekombinanten oder synthetischen Polypeptiden zur zellulären Prozessierungs- und Präsentierungsmaschinerie ein Überschuß von exogenen antigenen Peptiden, die mit endogenen, zellulären Peptiden in Konkurrenz treten, geschaffen. Die Menge an freien MHC-Molekülen in Mikrosomen kann durch in vitro Translation und Translokation von MHC-Molekülen in Mikrosomen nach im Stand der Technik bekannten Verfahren und durch Verwendung von Mikrosomenpräparationenen aus TAP-negativen Zellinien erhöht werden. Letztere Ausführungsform verhindert dabei, daß die MHC-Moleküle bereits vor dem Kontakt mit aus exogenen Quellen stammendem antigenen Peptid mit endogenen Peptiden beladen und damit blockiert sind.Thus, by adding exogenous natural, recombinant or synthetic polypeptides to the cellular processing and presentation machinery, an excess of exogenous antigens is created Peptides that compete with endogenous cellular peptides. The amount of free MHC molecules in microsomes can be increased by in vitro translation and translocation of MHC molecules in microsomes according to methods known in the art and by using microsome preparations from TAP-negative cell lines. The latter embodiment prevents the MHC molecules from being loaded with endogenous peptides prior to contact with antigenic peptides originating from exogenous sources and thus being blocked.
Die Isolierung der MHC-Molekül-Peptid-Komplexe gemäß erstem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann z.B. durch Präzipitation mit Konformationsepitop-spezifischen anti-MHC-Antikörpern erfolgen. Derartige Antikörper können polyclonalen oder monoclo- nalen Ursprungs sein. Verfahren zur Immunpräzipitation mit derartigen Antikörpern sind im Stand der Technik gut bekannt (vgl. z.B. Burgert & Kvist, Cell 41 (1985), 987) .Isolation of the MHC molecule-peptide complexes according to the first aspect of the present invention can e.g. by precipitation with conformation epitope-specific anti-MHC antibodies. Such antibodies can be of polyclonal or monoclonal origin. Methods for immunoprecipitation with such antibodies are well known in the art (see e.g. Burgert & Kvist, Cell 41 (1985), 987).
Die Abtrennung der antigenen Peptide von den MHC-Molekülen kann durch Elution, vorzugsweise Säureelution der Peptide aus den MHC- Molekülen erfolgen. Auch derartige Verfahren zur Elution, vorzugsweise zur Säureelution sind im Stand der Technik aus¬ reichend beschrieben worden (vgl. Germain und Margulies; a.a.O. und darin zitierte Referenzen) .The antigenic peptides can be separated from the MHC molecules by elution, preferably acid elution, of the peptides from the MHC molecules. Methods of this type for elution, preferably for acid elution, have also been sufficiently described in the prior art (cf. Germain and Margulies; cited above and references cited therein).
Auf die Elution folgt vorzugsweise ein Peptidreinigungsschritt bzw. Peptidfraktionierungsschritt z.B. unter Verwendung von HPLC, Gelfiltration oder Kapillarelektrophorese. Ein derartiger Reinigungs- bzw. Fraktionierungsschritt ist besonders vor¬ teilhaft, wenn eine heterogene Fraktion an Peptiden vorgefunden wird. Insbesondere ist bei prozessierten Peptiden., die an MHC Klasse II-Moleküle binden, aufgrund oftmals versetzter NH2-Enden eine nachfolgende Sequenzierung der Peptide ohne vorherige Reinigung bzw. Fraktionierung der relevanten antigenen Peptide oft nur schwer möglich. Darüber hinaus ist eine vorherige Reinigung aber auch für Peptide, die an MHC Klasse I-Moleküle binden, von Vorteil. Als HPLC-Verfahren wird vorzugsweise eine Reverse Phase-HPLC eingesetzt.The elution is preferably followed by a peptide purification step or peptide fractionation step, for example using HPLC, gel filtration or capillary electrophoresis. Such a purification or fractionation step is particularly advantageous if a heterogeneous fraction of peptides is found. In particular, in the case of processed peptides which bind to MHC class II molecules, a subsequent sequencing of the peptides without prior purification or fractionation of the relevant antigenic peptides is often difficult because of the offset NH 2 ends. In addition, prior purification is also advantageous for peptides that bind to MHC class I molecules. Reverse phase HPLC is preferably used as the HPLC method.
Durch die oben genannte Fraktionierungsprozedur werden Fraktionen von Peptiden und/oder Peptidgemischen mit definierter Größe erhalten. Dieser Fraktionierungsschritt wird gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung direkt nach dem proteolytischen Abbau, d.h. ohne vorherige Assoziierung mit MHC-Molekülen durchgeführt. Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, daß durch den proteolytischen Abbau antigene Peptide bereits in so hoher Ausbeute gefunden werden, daß auf den Schritt der Assoziie¬ rung mit MHC-Molekülen oftmals verzichtet werden kann.Fractions of peptides and / or peptide mixtures with a defined size are obtained by the above-mentioned fractionation procedure. This fractionation step is carried out according to the second aspect of the present invention directly after proteolytic degradation, i.e. performed without prior association with MHC molecules. Surprisingly, it was found that the proteolytic degradation found antigenic peptides in such a high yield that the step of association with MHC molecules can often be dispensed with.
Zur Identifizierung von antigenen Peptidfraktionen wird vorzugs¬ weise ein T-Zell-Assay durchgeführt. Hierzu werden durch Proteasomen prozessierte Peptide, die an MHC I-Moleküle binden können, insbesondere durch einen Standardlysetest mit Hilfe von cytotoxischen T-Zellen getestet, die vorzugsweise spezifisch für das Protein oder Polypeptid oder ein das Protein oder Polypeptid enthaltendes Patogen sind. Die cytotoxischen Zellen können beispielsweise aus polyclonalen CTL-Linien oder T-Zell-Klonen stammen.A T cell assay is preferably carried out to identify antigenic peptide fractions. For this purpose, peptides processed by proteasomes, which can bind to MHC I molecules, are tested in particular by a standard lysis test with the aid of cytotoxic T cells, which are preferably specific for the protein or polypeptide or a pathogen containing the protein or polypeptide. The cytotoxic cells can originate, for example, from polyclonal CTL lines or T cell clones.
Ein derartiger Standardlysetest ist beispielsweise das im Stand der Technik bekannte Chromfreise zungsverfahren; vgl. z.B. Boes et al . , a.a.O.Such a standard lysis test is, for example, the chromium freezing method known in the prior art; see. e.g. Boes et al. , op. cit.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung und Identifizierung von antigenen Peptiden, die natürlich prozessier¬ ten und präsentierten Peptiden weitestgehend entsprechen. Dies wird durch die Verwendung eines geeigneten Nachweissystems für antigene Peptide, z.B. von polyclonalen, antigenspezifischen CTL- Linien erreicht. Diese CTLs können in vitro aus peripheren Blut- Lymphozyten, durch den Kontakt mit autologen, Epstein-Barr-Virus transformierten B-Zellen (EBV-B-Zellen) , die das rekombinante Antigen im Überschuß exprimieren, generiert werden. Ein weiteres, im Stand der Technik bekanntes Verfahren, epitop- spezifische CTLs zu erzeugen, ist die Stimulierung mit peptidge- pulsten EBV-B-Zellen.The method according to the invention enables the production and identification of antigenic peptides which, of course, correspond largely to naturally processed and presented peptides. This is achieved through the use of a suitable detection system for antigenic peptides, for example polyclonal, antigen-specific CTL lines. These CTLs can be generated in vitro from peripheral blood lymphocytes by contact with autologous Epstein-Barr virus transformed B cells (EBV-B cells) which express the recombinant antigen in excess. Another method known in the prior art for generating epitope-specific CTLs is stimulation with peptide-pulsed EBV-B cells.
Diese CTLs können auch zum Absuchen von besonders Subdominanten Peptiden verwendet werden, die gerade noch ausreichend natürlich prozessiert werden, um detektiert werden zu können.These CTLs can also be used to search for particularly subdominant peptides that are just naturally processed sufficiently to be able to be detected.
Durch die Verwendung von vorzugsweise rekombinanten*. Antigen aus exogenen Quellen werden auf den EBV-B-Zellen auch selten prozessierte antigene Peptide in Kombination mit MHC-Molekülen präsentiert, die in vivo in zu geringer Anzahl präsentiert werden, um CTLs zu aktivieren. Der Standardlyseset stellt die Kontrollinstanz dar für die Authentizität der identifizierten antigenen Peptide mit natürlich prozessierten und präsentierten Antigenen.By using preferably recombinant * . Antigens from exogenous sources are also rarely presented on the EBV-B cells in combination with processed antigenic peptides in combination with MHC molecules, which are presented in vivo in insufficient numbers to activate CTLs. The standard lysis set represents the control authority for the authenticity of the identified antigenic peptides with naturally processed and presented antigens.
Bei Peptiden bzw. Peptidgemischen, die an MHC Klasse II-Moleküle binden, erfolgt die Identifizierung der aktiven Fraktionen vorzugsweise durch einen im Stand der Technik bekannten T-Zell- Proliferationstest.In the case of peptides or peptide mixtures which bind to MHC class II molecules, the active fractions are preferably identified by a T cell proliferation test known in the prior art.
Schließlich kann eine Bestimmung der Aminosäuresequenz von antigenen Peptiden und/oder Peptidgemischen durch Sequenzierung unter Verwendung von vorzugsweise automatisierter Edman-Chemie oder Massenspektrometrie, z.B. Tandem-Massenspektroskopie erfolgen.Finally, the amino acid sequence of antigenic peptides and / or mixtures of peptides can be determined by sequencing using preferably automated Edman chemistry or mass spectrometry, e.g. Tandem mass spectroscopy.
Sowohl die Edman-Chemie als auch die Tandem-Massenspektrometrie z.B. als Elektrospray-Ionisierungs-Tandem-Massenspektrometrie in Verbindung mit Mikrokapillar-HPLC gehören zum Stand der Technik (vgl. z.B. Hunt et al. , Science 255 (1992), 1261-1264) .Both Edman chemistry and tandem mass spectrometry e.g. as electrospray ionization tandem mass spectrometry in connection with microcapillary HPLC belong to the prior art (cf. e.g. Hunt et al., Science 255 (1992), 1261-1264).
Das zum proteolytischen Abbau eingesetzte Protein oder Polypeptid kann (a) einem Pathogen oder einem Protein oder Polypeptid oder einem Teil davon entsprechen, das/der aus einem Pathogen stammt, (b) ein Tumorantigen oder ein Teil davon sein oder (c) ein Autoimmunantigen oder ein Teil davon sein.The protein or polypeptide used for proteolytic degradation can (a) correspond to a pathogen or a protein or polypeptide or a part thereof that originates from a pathogen, (b) be a tumor antigen or a part thereof, or (c) be an autoimmune antigen or a part thereof.
Mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können klinisch relevante Pathogene, Tumorantigene oder Auto- immunantigene auf ihre antigenen Peptidbestandteile nach zellulärer Prozessierung hin untersucht werden.With this embodiment of the method according to the invention, clinically relevant pathogens, tumor antigens or autoimmune antigens can be examined for their antigenic peptide components after cellular processing.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens ist das antigene Peptid ein subdominantes Peptid. Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifizierung subdonminanter antigener Peptide wurden bereits vorstehend erörtert. Diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher insbesondere dann einsetzbar und von Vorteil, wenn derartige Subdominante antigene Peptide vom Immunsystem erkannt werden sollen und seine nachfol¬ gende Stimulierung einsetzen soll, um das Pathogen/ Tumoranti- gen/Autoimmunantigen wirksam zu bekämpfen.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the antigenic peptide is a subdominant peptide. The advantages of the method according to the invention for identifying subdonminant antigenic peptides have already been discussed above. This preferred embodiment of the method according to the invention can therefore be used in particular and is advantageous when such subdominant antigenic peptides are to be recognized by the immune system and its subsequent stimulation is to be used in order to effectively combat the pathogen / tumor antigen / autoimmune antigen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird die Auswahl an präsentierbaren antigenen Peptiden erhöht durch Transfektion einer Zellinie, in der der zelluläre Prozessierungsmechanismus abläuft und die MHC-Moleküle exprimieren kann mit TAP-Moleküle codierenden Genen, vorzugsweise aus verschiedenen Spezies.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the selection of presentable antigenic peptides is increased by transfection of a cell line in which the cellular processing mechanism takes place and can express the MHC molecules with genes coding for TAP molecules, preferably from different species.
Die für TAP-Moleküle codierenden Gene sind cloniert (Levy et al. , a.a.O., Germain & Margulies, a.a.O.) bzw. können nach im Stand der Technik bekannten Verfahren (z.B. Hybridisierung mit Sonden aus konservierten Bereichen des Gens) aus weiteren Spezies isoliert und cloniert werden. Da vermutet wird, daß die Peptid- bindung an TAP ein selektiver Prozeß ist, kann durch Transfektion mit weiteren TAP-Moekülen aus verschiedenen ethnischen Gruppen (wobei von einem gewissen Polymorphismus zwischen verschiedenen ethnischen Gruppen ausgegangen wird) , aus der Ratte, Maus, Hamster, um nur einige Beispiele zu nennen, die absolute Anzahl verschiedener Peptid-bindender Konformation auf TAP-Molekülen erhöht werden. Damit können absolut mehr verschiedene Peptide auf geeignete MHC-Moleküle geladen werden, wodurch insbesondere auch die Möglichkeiten zur Identifizierung subdominanter antigener Peptide erhöht werden.The genes coding for TAP molecules are cloned (Levy et al., Loc. Cit., Germain & Margulies, loc. Cit.) Or can be isolated and cloned from other species by methods known in the art (eg hybridization with probes from conserved regions of the gene) become. Since it is assumed that peptide binding to TAP is a selective process, transfection with other TAP molecules from different ethnic groups (assuming a certain polymorphism between different ethnic groups), rats, mice, hamsters, to name just a few examples, the absolute number of different peptide-binding conformations on TAP molecules increase. This means that absolutely more different peptides can be loaded onto suitable MHC molecules, which in particular also increases the possibilities for identifying subdominant antigenic peptides.
Die Gene sind vorzugsweise in Expressionsvektoren cloniert . Besonders bevorzugt ist die Transfektion von TAP-negativen Zellinien mit derartigen Genen.The genes are preferably cloned into expression vectors. The transfection of TAP-negative cell lines with such genes is particularly preferred.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung antigener Peptidgemische, umfassend die Schritte:A third aspect of the present invention relates to a method for producing antigenic peptide mixtures, comprising the steps:
(a) proteolytischer Abbau durch zelluläre Prozessierungsmecha¬ nismen von exogen zugesetzten Proteinen oder Polypeptiden, die die antigenen Peptide enthalten, zu einer Peptidgröße, die eine Assoziation mit MHC-Molekülen erlaubt,(a) proteolytic degradation by cellular processing mechanisms from exogenously added proteins or polypeptides which contain the antigenic peptides to a peptide size which permits association with MHC molecules,
(b) Gewinnung der Peptidgemische.(b) Obtaining the peptide mixtures.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die komplexen Peptidgemische, die durch den Verdau von antigenen Proteinen oder Polypeptiden, insbesondere durch Proteasomen entstehen, als Peptidimpfstoff zur Induktion von CTLs in der Lage sind, ohne daß Einzelpeptidsequenzen identifiziert bzw. isoliert werden müssen.Surprisingly, it was found that the complex peptide mixtures which result from the digestion of antigenic proteins or polypeptides, in particular by proteasomes, as a peptide vaccine are able to induce CTLs without having to identify or isolate individual peptide sequences.
Darüber hinaus hat die Verwendung der Peptidgemische als Impfstoff gegenüber den bisher verwendeten Einzelpeptiden einen erheblichen Vorteil. Mit bislang bekannten Einzelpeptidimpf- Stoffen können cytotoxische T-Lymphozyten, die vor allem für die Elliminierung von virusinfizierten Zellen oder Tumorzellen wichtig sind, nur bedingt induziert werden, da ein spezifisches MHC-Molekül nur immer einen spezifischen Satz von Peptiden binden kann. Somit kann ein Peptidepitop, das für einen Patienten wirksam ist, für einen anderen Patienten völlig unwirksam sein. Aufgrund des enormen MHC-Polymorphismus in der menschlichen Population würde es vermutlich Jahre oder Jahrzehnte dauern, bis für alle MHC-Moleküle die Epitope relevanter viraler oder Tumorantigene identifiziert sind. Außerdem müßte von jeder zu immunisierenden Person eine MHC-Typisierung vorgenommen werden und dann eine entsprechende Auswahl bzw. Mischung von Peptiden für die jeweilige MHC-Konstellation verabreicht werden.In addition, the use of the peptide mixtures as a vaccine has a considerable advantage over the individual peptides previously used. With single peptide vaccines known to date, cytotoxic T lymphocytes, which are particularly important for the elimination of virus-infected cells or tumor cells, can only be induced to a limited extent, since a specific MHC molecule can only ever bind a specific set of peptides. Thus, a peptide epitope that is effective for one patient can be completely ineffective for another patient. Due to the enormous MHC polymorphism in the human population, it would probably take years or decades to the epitopes of relevant viral or tumor antigens are identified for all MHC molecules. In addition, an MHC typing would have to be carried out by each person to be immunized and then an appropriate selection or mixture of peptides for the respective MHC constellation would be administered.
Andererseits ist der aus dem Stand der Technik bekannte Einsatz von attenuierten Viren, mit denen cytotoxische T-Zellen effektiv induziert werden können, gefährlich, da die Viren bei einer Mutation wieder zu pathogenen Viren revertieren können. Mit abgetöteten Viren oder Proteinimpfstoffen können wiederum meist keine zytotoxischen T-Lymphozyten induziert werden, da die antigenen Proteine nicht ins r.ytosol, dem Ort der Prozessierung von Antigenen für die Präsentation über MHC Klasse I-Moleküle gelangen können.On the other hand, the use of attenuated viruses known from the prior art, with which cytotoxic T cells can be effectively induced, is dangerous since the viruses can revert to pathogenic viruses in the event of a mutation. Again, mostly killed cytotoxic T-lymphocytes cannot be induced with killed viruses or protein vaccines, since the antigenic proteins cannot get into the r.ytosol, the place where antigens are processed for presentation via MHC class I molecules.
Durch die Verwendung von komplexen Peptidgemischen nach proteoly- tischem Abbau von Antigenen, insbesondere in Proteasomen, als Peptidimpfstoff, kann überraschenderweise eine Induktion von cytotoxischen T-Zellen erreicht werden. Die Vorteile eines die komplexen Peptidgemische enthaltenden Impfstoffes bestehen insbesondere darin, daß die Identifizierung einzelner Epitope für verschiedene MHC-Moleküle und eine MHC-Typisierung der zu impfenden Personen nicht mehr nötig ist. Weiterhin müssen die entsprechenden Peptidimpfstoffe nicht mehr durch aufwendige und kostspielige Methoden synthetisch hergestellt werden, sondern können auf einfache und effiziente Weise durch enzymatischen Verdau rekombinanter Polypeptide oder Proteine hergestellt werden.By using complex peptide mixtures after proteolytic degradation of antigens, especially in proteasomes, as a peptide vaccine, an induction of cytotoxic T cells can surprisingly be achieved. The advantages of a vaccine containing the complex peptide mixtures are in particular that the identification of individual epitopes for different MHC molecules and an MHC typing of the person to be vaccinated is no longer necessary. Furthermore, the corresponding peptide vaccines no longer have to be produced synthetically by complex and expensive methods, but can be produced in a simple and efficient manner by enzymatic digestion of recombinant polypeptides or proteins.
Zur Erhöhung der Ausbeute der beim proteolytischen Abbau von Proteinen oder Polypeptiden entstehenden Peptide und/oder Polypeptide wird vorzugsweise ein Enzymreaktor verwendet, umfassend:To increase the yield of the peptides and / or polypeptides formed during the proteolytic degradation of proteins or polypeptides, an enzyme reactor is preferably used, comprising:
einen Behälter, der zelluläre Prozessierungsenzyme, insbesondere Proteasomen, enthält, die den Abbau der Proteine oder Polypeptide zu einer Peptidgröße bewirken, die eine Assoziation mit MHC- Molekülen erlaubt, wobei der Behälter mindestens eine Eintritts¬ öffnung zur Zufuhr von Proteinen und mindestens eine Austritts- Öffnung zur Entnahme der prozessierten Peptide auf eist. Der Behälter ist vorzugsweise thermostatierbar.a container that contains cellular processing enzymes, especially proteasomes, that degrade the proteins or polypeptides cause a peptide size that allows association with MHC molecules, the container having at least one inlet opening for the supply of proteins and at least one outlet opening for the removal of the processed peptides. The container is preferably thermostable.
Vorzugsweise sind die zellulären Prozessierungsenzyme durch bekannte Methoden - wie oben diskutiert - auf einem Trägermate¬ rial oder/und an Wänden des Behälters immobilisiert. Die Immobilisierung kann durch chemische Kopplung oder vorzugsweise durch Immunadsorption erfolgen. Die Enzyme können jedoch auch frei in Lösung vorliegen.The cellular processing enzymes are preferably immobilized by known methods - as discussed above - on a carrier material and / or on walls of the container. The immobilization can take place by chemical coupling or preferably by immunoadsorption. However, the enzymes can also be freely available in solution.
Die Austrittsδffnung des Enzymreaktors ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie den Durchtritt der prozessierten Peptide, aber nicht den Durchtritt der als Ausgangsmaterial verwendeten Proteine oder Polypeptide erlaubt. Die Austrittsöffnung des Enzymreaktors erlaubt vorzugsweise auch nicht den Durchtritt der Enyzme. Hierzu umfaßt die Austrittsöffnung vorzugsweise eine Filtrationseinheit, z.B. ein Amicon-Filter (Molekulargewichts- Trenngrenze 3000 bis 10000 Dalton) .The outlet opening of the enzyme reactor is preferably designed such that it allows the processed peptides to pass through, but not the proteins or polypeptides used as starting material to pass through. The outlet opening of the enzyme reactor preferably also does not allow the enzymes to pass through. For this purpose, the outlet opening preferably comprises a filtration unit, e.g. an Amicon filter (molecular weight cut-off 3000 to 10000 daltons).
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch eine neue Vorrichtung zum proteolytischen Abbau von Proteinen oder Polypeptiden, welche die oben genannten Merkmale aufweist. Mit dieser Vorrichtung ist eine kontinuierliche Durchführung des Verfahrens möglich, d.h. die als Ausgangsmaterial verwendeten Proteine oder Polypeptide können dem Reaktor kontinuierlich zugeführt und die prozessierten Peptide kontinuierlich entnommen werden.Furthermore, the present invention also relates to a new device for the proteolytic degradation of proteins or polypeptides, which has the features mentioned above. With this device, the process can be carried out continuously, i.e. the proteins or polypeptides used as starting material can be fed continuously to the reactor and the processed peptides can be removed continuously.
Die Erfindung betrifft schließlich auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten antigenen Peptide zur Identifizierung von Vakzinbausteinen gegen Pathogene oder Tumorzellen oder von kompetitiven oder antagonistischen Peptiden bei Autoimmunkrankheiten. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren identifizierten und/oder hergestellten antigenen Peptide können beispielsweise alleine oder gekoppelt an einen Träger nach im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Immunisierung gegen Pathogene oder aber zur Prophylaxe gegen oder/und zur Therapie von Tumorwachstum eingesetzt werden.Finally, the invention also relates to the use of the antigenic peptides produced by the method according to the invention for the identification of vaccine components against pathogens or tumor cells or of competitive or antagonistic peptides in autoimmune diseases. The antigenic peptides identified and / or produced by the method according to the invention can be used, for example, alone or coupled to a carrier according to methods known in the art for immunization against pathogens or for prophylaxis against and / or for the therapy of tumor growth.
Kompetitive oder antagonistische Peptide können bei der Prophy¬ laxe und Therapie von Autoimmunkrankheiten verwendet werden, um zuvor identifizierte, Autoimmunreaktionen stimulierende Peptide aus der Bindung an MHC-Moleküle zu verdrängen. Sie können ferner zur kompetitiven Bindung an T-Zell-Rezeptoren verwendet werden, ohne die T-Zellen zu stimulieren.Competitive or antagonistic peptides can be used in the prophylaxis and therapy of autoimmune diseases to displace previously identified autoimmune stimulating peptides from binding to MHC molecules. They can also be used for competitive binding to T cell receptors without stimulating the T cells.
Wie bereits oben ausgeführt, eignen sich die Peptide oder Peptidgemische, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich sind, zur Herstellung eines Impfstoffes. Dabei können die durch proteolytischen Abbau erhaltenen komplexen Peptidge¬ mische gegebenenfalls nach einer Größenfraktionierung eingesetzt werden, ohne daß vorher eine Auftrennung in Einzelpeptide erfolgt.As already stated above, the peptides or peptide mixtures which are obtainable by the process according to the invention are suitable for the production of a vaccine. The complex peptide mixtures obtained by proteolytic degradation can optionally be used after size fractionation without being separated into individual peptides beforehand.
Vorzugsweise enthält der Impfstoff zusätzlich ein Adjuvans, das beispielsweise aus Aluminiumhydroxyd, Emulsionen von Mineralölen (vgl. Freundsches Adjuvans), Saponin, Siliciumverbindungen, Thioharnstoff, Liposomen, Quil-A-enthaltenden Liposomen, ISCOMS, Lipopeptiden, Endotoxinen von gram-negativen Bakterien, Exotoxi- nen von gram-positiven Bakterien und Haemophilus pertussis ausgewählt werden kann.The vaccine preferably additionally contains an adjuvant, which, for example, consists of aluminum hydroxide, emulsions of mineral oils (cf. Freund's adjuvant), saponin, silicon compounds, thiourea, liposomes, quil-A-containing liposomes, ISCOMS, lipopeptides, endotoxins from gram-negative bacteria, exotoxi - can be selected from gram-positive bacteria and Haemophilus pertussis.
Weiterhin ist bevorzugt, daß der Peptidimpfstoff mehrmals verabreicht wird, z.B. in wöchentlichen, monatlichen oder halbjährlichen Intervallen. Die Dosierung des PeptidimpfStoffes ist vorzugsweise 10-1000 μg, stärker bevorzugt 50-500 μg, besonders bevorzugt 50-200 μg und beispielsweise lOOμg. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Peptidimpfstoff in Kombinatinon mit einem Protein- oder Polypeptidimpfstoff verabreicht. Der Protein- oder Polypeptidimpfstoff kann das zur Herstellung des Peptidimpfstoffs als Ausgangsmaterial verwendete Protein oder Polypeptid oder/und ein anderes Protein oder Polypeptid, das vorzugsweise aus dem gleichen Pathogen stammt, als Wirkstoff enthalten. Durch Verabreichung der Kombination aus Protein- bzw. Polypeptidimpf- stoff und Peptidimpfstoff kann ein simultane Stimulierung von Helfer-T-Zellen und cytotoxischen T-Zellen erreicht werden, wodurch eine erhöhte Antikörperbildung und eine erhöhte zelluläre Immunantwort erreicht wird.It is further preferred that the peptide vaccine is administered several times, for example at weekly, monthly or half-yearly intervals. The dosage of the peptide vaccine is preferably 10-1000 μg, more preferably 50-500 μg, particularly preferably 50-200 μg and for example 100 μg. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the peptide vaccine is administered in combination with a protein or polypeptide vaccine. The protein or polypeptide vaccine can contain the protein or polypeptide or / and another protein or polypeptide, which preferably originates from the same pathogen, used as the starting material for the production of the peptide vaccine. By administering the combination of protein or polypeptide vaccine and peptide vaccine, simultaneous stimulation of helper T cells and cytotoxic T cells can be achieved, whereby an increased antibody formation and an increased cellular immune response is achieved.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß die gemeinsame Verabreichung von Peptidimpfstoff und Polypeptid - bzw. Protein¬ impfstoff nicht nur auf die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Peptide oder/und Peptidgemische beschränkt ist, sondern bei beliebigen Peptidimpfstoffen erfolgen kann. Der Begriff "gemeinsame Verabreichung" bedeutet in diesem Zusammen¬ hang, daß der Peptidimpfstoff und der Protein- bzw. Polypeptid- impfstoff sowohl in einer einzigen Dosierungseinheit als auch in getrennten Dosierungseinheiten gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeitpunken während der Behandlungsdauer verabreicht werden können.In this connection it should be noted that the joint administration of peptide vaccine and polypeptide or protein vaccine is not only limited to the peptides and / or peptide mixtures produced by the method according to the invention, but can be carried out with any peptide vaccines. The term "co-administration" in this context means that the peptide vaccine and the protein or polypeptide vaccine can be administered both in a single dosage unit and in separate dosage units simultaneously or at different times during the treatment period.
Die Verabreichung kann durch Injektion, oral oder topisch erfolgen, z.B. durch Aufbringen eines den Impfstoff und ggf. ein Penetrationshilfsmittel, z.B. ein physiologisch verträgliches organisches Lösungsmittel, wie etwa DMSO enthaltenden Pflasters. Auch hier ist anzumerken, daß die topische Applikation von PeptidimpfStoffen nicht auf die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Peptidimpfstoffe beschränkt ist, sondern bei beliebigen PeptidimpfStoffen angewendet werden kann.Administration can be by injection, orally or topically, e.g. by applying a vaccine and possibly a penetration aid, e.g. a physiologically acceptable organic solvent, such as a patch containing DMSO. It should also be noted here that the topical application of peptide vaccines is not limited to the peptide vaccines obtainable by the method according to the invention, but can be used with any peptide vaccines.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist schließlich eine pharmazeutische Zusammensetzung, die als Wirkstoff Peptidgemische, die durch proteolytischen Abbau von exogenen Polypeptiden und Proteinen durch zelluläre Prozessie¬ rungsenzyme erhältlich sind, ggf. zusammen mit pharmazeutisch üblichen Träger-, Hilfs- und Zusatzstoffen enthält.Finally, yet another object of the present invention is a pharmaceutical composition which, as an active ingredient, contains peptide mixtures which are produced by proteolytic degradation of exogenous polypeptides and proteins are obtainable by cellular processing enzymes, optionally together with pharmaceutically customary carriers, auxiliaries and additives.
Weiterhin soll die Erfindung durch die nachfolgenden Beispiele erläutert werden:The invention is further illustrated by the following examples:
Beispiel 1:Example 1:
Isolierung von Proteasomen aus kultivierten ZellenIsolation of proteasomes from cultured cells
EL-4 Zellen (ATCC TIB39) wurden in RPMI-Medium mit 10 % fetalem Kälberserum, 3-Mercaptoethanol, L-Glutamin und Antibiotica in Rollflaschenkulturen bis zu einer Dichte von etwa 1 x 106 Zel¬ len/ml kultiviert. Etwa 2 x 109 Zellen wurden 2 x mit kalter Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS) gewaschen, in 100 ml Imidazolpuffer (20 mM Imidazol-HCl pH 6,8, 100 mM KCl, 20 mM EGTA, 2 mM MgCl2, 10 % Saccharose) resuspendiert und dann einer N2-Kavitation ausgesetzt. Die resultierende Suspension wurde anschließend zentrifugiert (15 min bei 1500 x g, 15 min bei 15000 x g, 90 min bei 150000 x g) .EL-4 cells (ATCC TIB39) were cultivated in RPMI medium with 10% fetal calf serum, 3-mercaptoethanol, L-glutamine and antibiotics in roller bottle cultures to a density of approximately 1 × 10 6 cells / ml. About 2 x 10 9 cells were washed 2 x with cold phosphate-buffered saline (PBS), in 100 ml imidazole buffer (20 mM imidazole-HCl pH 6.8, 100 mM KCl, 20 mM EGTA, 2 mM MgCl 2 , 10% Sucrose) and then exposed to N 2 cavitation. The resulting suspension was then centrifuged (15 min at 1500 xg, 15 min at 15000 xg, 90 min at 150000 xg).
10 ml Aliquots des nach dem letzen Zentrifugationsschritt erhaltenen Überstands wurden mit Polyethylenglycol 6000 auf eine Endkonzentration von 5 % (Gew/Vol) versetzt. Nach Inkubation für 30 min bei 4 °C wurde präzipitiertes Material durch Zentrifuga¬ tion bei 20000 x g entfernt. Der Überstand wurde auf 12,5 %10 ml aliquots of the supernatant obtained after the last centrifugation step were mixed with polyethylene glycol 6000 to a final concentration of 5% (w / v). After incubation for 30 min at 4 ° C., precipitated material was removed by centrifugation at 20,000 × g. The supernatant was reduced to 12.5%
(Gew/Vol) Polyethylenglykol 6000 eingestellt, zentrifugiert und das resultierende Pellet in 2 ml kaltem Tris-Puffer (50 mM Tris- HC1, pH 7,2, 1 mM EGTA, 5 mM MgCl2 2, 0,5 mM /3-Mercaptoethanol) aufgelöst. Das resuspendierte Material wurde auf eine Mono-Q(W / V) polyethylene glycol 6000, centrifuged and the resulting pellet in 2 ml of cold Tris buffer (50 mM Tris-HC1, pH 7.2, 1 mM EGTA, 5 mM MgCl 2 2, 0.5 mM / 3- Mercaptoethanol) dissolved. The resuspended material was on a Mono-Q
(HR5/5) -Säule (Pharmacia, Uppsala, Schweden) aufgebracht, die an ein Waters-HPLC-System (Millipore, Milford, Massachusetts, USA) angeschlossen war. Die gebundenen Proteine wurden mit einem NaCl- Gradienten eluiert; Puffer A (20 mM Tris-HCl pH 7,2), Puffer B(HR5 / 5) column (Pharmacia, Uppsala, Sweden) applied, which was connected to a Waters HPLC system (Millipore, Milford, Massachusetts, USA). The bound proteins were eluted with a NaCl gradient; Buffer A (20 mM Tris-HCl pH 7.2), Buffer B
(20 mM Tris-HCl pH 7,2, 1 M NaCl) , 0-10 min bei 100 % für Puffer A, 10 - 65 min mit einem linearen Anstieg auf 34 % für Puffer B, 65-95 min mit einem linearen Anstieg auf 36 % für Puffer B (Fließgeschwindigkeit: 0,5 ml/min) , 90-105 min mit einem linearen Anstieg auf 100 % für Puffer B (Fließgeschwindigkeit: 1 ml/min) . Die Größe der gesammelten Fraktionen war jeweils 0,5 ml.(20 mM Tris-HCl pH 7.2, 1 M NaCl), 0-10 min at 100% for buffer A, 10-65 min with a linear increase to 34% for buffer B, 65-95 min with a linear increase to 36% for buffer B (Flow rate: 0.5 ml / min), 90-105 min with a linear increase to 100% for buffer B (flow rate: 1 ml / min). The size of the fractions collected was 0.5 ml each.
Die Peptidaseaktivität der Proteasomen wurde fluorometrisch unter Verwendung des Substrats Suc-LLVY-MCA wie von McGuire und Martino (Biochim. Biophys. Acta. 873 (1986), 279-289) beschrieben, bestimmt. Die Säulenfraktionen mit Aktivität (etwa bei 35 % B) wurden vereinigt und die Reinheit der Proteasomen durch Elek¬ trophorese in 12 % Polyacrylamid/SDS-Gelen und 5 % nativen Polyacrylamidgelen und Anfärbung der Proteine durch Silberfärbung bestimmt.The peptidase activity of the proteasomes was determined fluorometrically using the substrate Suc-LLVY-MCA as described by McGuire and Martino (Biochim. Biophys. Acta. 873 (1986), 279-289). The column fractions with activity (about 35% B) were combined and the purity of the proteasomes was determined by electrophoresis in 12% polyacrylamide / SDS gels and 5% native polyacrylamide gels and staining of the proteins by silver staining.
Beispiel 2 :Example 2:
Spaltung synthetischer Polypeptide durch ProteasomenCleavage of synthetic polypeptides by proteasomes
Die Spaltung synthetischer Polypeptide (20 μg) mit 0,5 μg isolierten Proteasomen wurde in einem Volumen von 300 μl Tris- Puffer (50 mM Tris-HCl pH 7,8, 1 mM EGTA, 2 mM MgCl2, 0,5 mM ß- Mercaptoethanol) für 36 h bei 37 °C durchgeführt. Zur Überprüfung der Spaltungsreaktion wurden 30 μl des Gemisches durch Reverse Phase HPLC (Sephasil, C18, 2.1/10 Smart System, Pharmacia, Uppsala, Schweden) aufgetrennt. Das auf die Säule aufgebrachte Material wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von 100 μl/min. mit einem Acetonitril-Gradienten eluiert; Lösung A: 0,1 % (Vol/Vol) , Trifluoressigsäure (TFA); Lösung B: 0,081 % (Vol/Vol), TFA in 80 % Acetonitril-H20; 0-10 min bei 0 % für Lösung B, 10-40 min mit einem linearen Anstieg auf 75 % für Lösung B.The cleavage of synthetic polypeptides (20 μg) with 0.5 μg isolated proteasomes was carried out in a volume of 300 μl Tris buffer (50 mM Tris-HCl pH 7.8, 1 mM EGTA, 2 mM MgCl 2 , 0.5 mM β - mercaptoethanol) for 36 h at 37 ° C. To check the cleavage reaction, 30 μl of the mixture were separated by reverse phase HPLC (Sephasil, C18, 2.1 / 10 Smart System, Pharmacia, Uppsala, Sweden). The material applied to the column was at a flow rate of 100 ul / min. eluted with an acetonitrile gradient; Solution A: 0.1% (vol / vol), trifluoroacetic acid (TFA); Solution B: 0.081% (vol / vol), TFA in 80% acetonitrile-H 2 0; 0-10 min at 0% for solution B, 10-40 min with a linear increase to 75% for solution B.
Die Sequenzierung der resultierenden Peptidmischungen erfolgte durch Edman-Abbau mit einem Hewlett Packard Gerät (Modell HP 1005A) . Zur Bestimmung der Proteosomen-Spaltstellen wurden die aus der Edman-Sequenzierung erhaltenen Daten wie von Boes et al (J. Exp. Med. 179 (1994), 901-909) beschrieben, ausgewertet. Beispiel 3 :The resulting peptide mixtures were sequenced by Edman degradation using a Hewlett Packard device (model HP 1005A). To determine the proteosome cleavage sites, the data obtained from Edman sequencing was evaluated as described by Boes et al (J. Exp. Med. 179 (1994), 901-909). Example 3:
Test auf Stimulierung cytotoxischer T-LymphozytenTest for stimulation of cytotoxic T lymphocytes
Als Targetzellen wurden RMA (Ljunggren und Karre, J. Exp. Med. 162 (1985), 1745 - 1759; Karre et al, Nature 319 (1986), 675- 678), EL-4 (ATCC TIB 39) IC-21 (ATCC TIB 186) Zellen oder 48 h mit ConA-aktivierte Milzzellen in Standard 51Cr Freisetzungs- assays verwendet. Die Targetzellen wurden mit 100 μCi 51Cr (New England Nuclear Research Products, Boston, Mass.) für 90 min bei 37 °C markiert und 2 x mit RPMI gewaschen. Die markierten Targetzellen wurden dann durch Vorinkubation mit synthetischen Peptiden oder den Reaktionsprodukten einer Proteasomenspaltung für 2 h bei Raumtemperatur für eine CTL-vermittelte Lyse sensibilisiert, gewaschen und den Effektorzellen (CTLs) zu¬ gesetzt.RMA (Ljunggren and Karre, J. Exp. Med. 162 (1985), 1745-1759; Karre et al, Nature 319 (1986), 675-678), EL-4 (ATCC TIB 39) IC-21 were used as target cells (ATCC TIB 186) cells or 48 h with ConA-activated spleen cells used in standard 51 Cr release assays. The target cells were labeled with 100 μCi 51 Cr (New England Nuclear Research Products, Boston, Mass.) For 90 min at 37 ° C. and washed twice with RPMI. The labeled target cells were then sensitized to CTL-mediated lysis by preincubation with synthetic peptides or the reaction products of a proteasome cleavage for 2 h at room temperature, washed and added to the effector cells (CTLs).
Beispiel 4 :Example 4:
Immunpräzipitation von ProteasomenImmunoprecipitation of proteasomes
Die Immunpräzipitationen wurden bei 4°C durchgeführt. Zur Reduzierung von eventuell auftretenden unerwünschten Protein¬ wechselwirkungen mit Protein G - oder A-Sepharoεe während der eigentlichen Immunpräzipitation wurden Protein G - oder A- Sepharose-Perlen (Pharmacia, Uppsala, Schweden) mit einem detergenzhaltigen Puffer für 30 min. unter Rotation vorinkubiert. Anschließend wurde die Sepharose durch Zentrifugation (3 min. bei 1000 x g) Sedimentiert und dreimal mit einem detergenzfreien Puffer gewaschen. 30 μl einer 10%igen (w/v) Lösung dieser Protein G- oder A-Sepharose werden mit 10 μg eines monoklonalen Anti- proteasomenantikörpers (K.B. Hendil, P. Kristensen und W. Uerkvitz; Human proteasomes analysed with monoclonal antibodies, Biochem. J. 305 (1995) 245-252) oder mit einem Antiserum für eine Stunde inkubiert. Überschüssige nicht gebundene Antikörper werden durch dreimaliges Waschen der Sepharose-Perlen entfernt. Danach erfolgt die Inkubation der Sepharose mit Zellysat oder Cytosol. Zur Herstellung von Cytosol wurden Zellen (z.B. Tl-Zellen) in Rollflaschenkulturen bis zu einer Dichte von etwa 1 x 106 Zellen pro ml kultiviert. Die Zellen wurden abzentrifugiert, zweimal mit PBS gewaschen und dann mit einer Dichte von 2 x 107 Zellen pro ml in Lysepuffer (20 mM Imidazol, pH 6,8, 100 mM KC1, 20 mM EGTA, 2 mM MgCl2, 10% Saccharose) aufgenommen. Die Zellen wurden anschließend durch Frier-/Tau-Schritte zerstört. Durch Zen¬ trifugation für 15 min. bei 3000 x g wurden die Zellkerne und durch eine Zentrifugation für 15 min. bei 10.000 x g die Mytochondrien und Lysosomen abzentrifugiert. Durch eine Ultrazen- trifugation des Überstandes für 90 min. bei 100.000 x g wurden die Mikrosomen entfernt. Der so erhaltene Überstand wurde dann in der Immunpräzipitation eingesetzt.The immunoprecipitations were carried out at 4 ° C. To reduce any undesirable protein interactions that may occur with protein G or A Sepharose during the actual immunoprecipitation, Protein G or A Sepharose beads (Pharmacia, Uppsala, Sweden) were used for 30 min with a detergent-containing buffer. pre-incubated with rotation. The Sepharose was then sedimented by centrifugation (3 min. At 1000 × g) and washed three times with a detergent-free buffer. 30 μl of a 10% (w / v) solution of this protein G or A-Sepharose are mixed with 10 μg of a monoclonal anti-proteasome antibody (KB Hendil, P. Kristensen and W. Uerkvitz; Human proteasomes analyzed with monoclonal antibodies, Biochem. J. 305 (1995) 245-252) or with an antiserum for one hour. Excess unbound antibodies are removed by washing the Sepharose beads three times. The Sepharose is then incubated with cell lysate or cytosol. To produce cytosol, cells (eg Tl cells) were cultivated in roller bottle cultures to a density of approximately 1 × 10 6 cells per ml. The cells were centrifuged, washed twice with PBS and then at a density of 2 x 10 7 cells per ml in lysis buffer (20 mM imidazole, pH 6.8, 100 mM KC1, 20 mM EGTA, 2 mM MgCl 2 , 10% sucrose ) added. The cells were then destroyed by freeze / thaw steps. By centrifugation for 15 min. at 3000 xg, the cell nuclei and by centrifugation for 15 min. centrifuged the mytochondria and lysosomes at 10,000 xg. By ultracentrifuging the supernatant for 90 min. at 100,000 xg the microsomes were removed. The supernatant thus obtained was then used in immunoprecipitation.
Zur Durchführung der Immunpräzipitation wurden 30 μl einer 10%igen Lösung von Protein G- oder A-Sepharose-Perlen, die immobilisierte Antiproteasomenantikörper enthalten, mit 400 μl Cytosol für eine Stunde unter Rotation inkubiert. Anschließend wurden die Sepharose-Perlen dreimal gewaschen. Durch Messungen der Proteasomen-Aktivität und durch Western-blots des Cytosols und der Sepharose-Lösung konnte das Vorliegen von Proteasomen bestimmt werden. Die erfolgreich durchgeführte Immunpräzipitation zeigte sich durch das Verschwinden der Proteasomen aus dem Cytosol und deren Detektion in der Sepharose-Lösung.To carry out the immunoprecipitation, 30 μl of a 10% solution of protein G or A-Sepharose beads, which contain immobilized antiproteasome antibodies, were incubated with 400 μl of cytosol for one hour while rotating. The Sepharose beads were then washed three times. The presence of proteasomes could be determined by measurements of the proteasome activity and by Western blots of the cytosol and the Sepharose solution. The successful immunoprecipitation was shown by the disappearance of the proteasomes from the cytosol and their detection in the Sepharose solution.
Beispiel 5 :Example 5:
Betrieb eines EnzymreaktorsOperation of an enzyme reactor
Proteasomen (20S oder 26S-Proteasomen) wurden mittels der in Beispiel 4 beschriebenen Immunpräzipitation isoli«ert. Anstelle von Proteasomen können jedoch auch andere Antigenprozessierungs- enzyme natürlichen oder rekombinanten Ursprungs verwendet werden, die auch mittels konventioneller Proteinreinigungsmethoden isoliert sein können. Die Enzyme können im Enzymreaktor in löslicher oder immobilisierter Form verwendet werden. Durch konventionelle Reinigungsmethoden gewonnene oder rekombinante Enzyme können mittels bekannter chemischer Kopplungsmethoden an Sepharose oder andere bekannte Trägermaterialien immobilisiert werden.Proteasome (20S or 26S proteasome) were ert using the method described in Example 4 Immunoprecipitation isoli ". Instead of proteasomes, however, other enzyme Antigenprozessierungs- natural or recombinant origin can be used, which can also be isolated by conventional protein purification methods. The enzymes can be used in the enzyme reactor in soluble or immobilized form. Obtained or recombinant by conventional cleaning methods Enzymes can be immobilized on Sepharose or other known carrier materials using known chemical coupling methods.
Die Proteasomen wurden in einen Enzymreaktor gegeben. In den Enzymreaktor wurden zudem Polypeptide und Proteine rekombinanten, synthetischen oder natürlichen Ursprungs in denaturiertem und reduziertem Zustand gegeben. Der Reaktionspuffer enthielt 20 mM Hepes (pH 7,8), 0,5 mM 2-Mercaptoethanol, 1 mM EGTA und 5 mM MgCl2. Zur Aktivierung der Proteasomen und zur Verbesserung der Löslichkeit der Substrate wurde bei Bedarf ein Detergenz wie z.B. der Puffer SDS (0,003 bis 0,04 % w/v) oder 0,4 M Guanidinium- Hydrochlorid zugegeben. Bei der Verwendung von 26S-Proteasomen wurde Ubiquitin und ATP sowie ein ATP-regenerierendes System hinzugefügt. Die Reaktion wurde bei 37°C für 10 min. bis 24 Stunden durchgeführt. Anschließend wurden die erhaltenen Peptidbruchstücke von den Proteasomen und von eventuell noch vorhandenen eingesetzten Proteinen und anderen Reaktanden durch einen die Austrittsöffnung des Reaktionsgefäßes begrenzenden Filter (Ausschlußgröße der Poren 3000 bis 10.000 Dalton) abgetrennt. Die Abtrennung erfolgte durch niedertourige Zen¬ trifugation oder durch Abpumpen der Reaktionslösung.The proteasomes were placed in an enzyme reactor. In addition, polypeptides and proteins of recombinant, synthetic or natural origin in the denatured and reduced state were added to the enzyme reactor. The reaction buffer contained 20 mM Hepes (pH 7.8), 0.5 mM 2-mercaptoethanol, 1 mM EGTA and 5 mM MgCl 2 . To activate the proteasomes and to improve the solubility of the substrates, a detergent such as the buffer SDS (0.003 to 0.04% w / v) or 0.4 M guanidinium hydrochloride was added if necessary. When using 26S proteasomes, ubiquitin and ATP as well as an ATP regenerating system were added. The reaction was at 37 ° C for 10 min. carried out up to 24 hours. Subsequently, the peptide fragments obtained were separated from the proteasomes and from any proteins and other reactants still present by a filter limiting the outlet opening of the reaction vessel (cut-off size of the pores 3000 to 10,000 daltons). The separation was carried out by low-speed centrifugation or by pumping off the reaction solution.
Die Peptidgemische wurden so in steriler Form erhalten. Sie können entweder direkt oder nach Mischen mit einem Adjuvans für in vitro- und in vivo-Immunisierungen eingesetzt werden. Weiterhin wurden die Peptidgemische zur Identifizierung von einzelnen antigenen Peptiden, wie in Beispiel 6 beschrieben eingesetzt.The peptide mixtures were thus obtained in sterile form. They can be used either directly or after mixing with an adjuvant for in vitro and in vivo immunizations. The peptide mixtures were also used to identify individual antigenic peptides, as described in Example 6.
Da die Proteasomen über mehrere Wochen hinweg enzymatisch aktiv sind, konnten sie mehrmals für den Betrieb eines Enzymreaktors verwendet werden. Beispiel 6 :Since the proteasomes are enzymatically active for several weeks, they could be used several times for the operation of an enzyme reactor. Example 6:
Identifizierung einzelner antigener PeptidsequenzenIdentification of individual antigenic peptide sequences
Antigene Proteine oder Polypeptidteile davon (z.B. virale, bakterielle, parasitäre, Tumor- oder Selbstantigene) natürlichen, rekombinanten oder synthetischen Ursprungs wurden mit isolierten 20S- oder 26S-Proteasomen umgesetzt, wobei Peptide einer Größe entstehen, die die Assoziation mit MHC-Molekülen erlaubt. Die Peptidgemische wurden unter Verwendung eines Enzymreaktors (siehe Beispiel 5) erhalten. Die Proteine können aber auch mit löslichen Proteasomen in einem geeigneten Reaktionsgefäß umgesetzt werden, wobei die Reaktion nach 10 min. bis 24 Stunden durch Zugabe von 2%iger Essigsäure gestoppt wird.Antigenic proteins or polypeptide parts thereof (e.g. viral, bacterial, parasitic, tumor or self-antigens) of natural, recombinant or synthetic origin have been reacted with isolated 20S or 26S proteasomes, resulting in peptides of a size that allow association with MHC molecules. The peptide mixtures were obtained using an enzyme reactor (see Example 5). However, the proteins can also be reacted with soluble proteasomes in a suitable reaction vessel, the reaction after 10 min. is stopped up to 24 hours by adding 2% acetic acid.
Die Identifizierung der antigenen Peptidsequenzen erfolgte folgendermaßen.The antigenic peptide sequences were identified as follows.
(A) Das Peptidgemisch wird mit Reverse-phase HPLC (z.B. auf einer C18 4,6 x 250 mm-Säule) oder mit Kapillarzonen-Elektrophorese aufgetrennt. Ein Aliquot der Fraktionen wurde dann in einem T- Zell-Assay (z.B. Chromium-release-assay, Proliferationstest) unterzogen. In dem T-Zell-Assay wurden unter anderem PHA-stimu- lierte Blutlymphozyten (PBL) ,EBV-transformierte B-Zellen und Zellen, die nur ein HLA-Molekül exprimieren (K. Takahashi, L.-C. Dai, T.R. Fuerst, W.E. Biddison, P.L. Earl, B. Moss und F.A. Ennis, Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 88, 10277-10281; C.C. Winter, B.M. Carreno, R.V. Turner, S. Koenig und W.E. Biddison, J. Immunology, 146, 3508-3512) als Ziel- oder Stimulatorzellen verwendet. Polyklonale CTL-Linien oder T-Zellklone können in vitro aus peripheren Blutlymphozyten durch den* Kontakt mit autologen Epstein-Bar-Virus-transformierten B-Zellen (EBV-B- Zellen) generiert werden. Weiterhin wurden als T-Zellen un¬ spezifisch (z.B. PHA) stimulierte PBL von virusinfizierten Patienten oder von Tumor-Patienten oder PBL bzw. tumorinfil¬ trierende Lymphozyten (TILL) , die spezifisch mit autologen virusinfizierten Zellen oder Tumorzellen stimuliert wurden, verwendet.(A) The peptide mixture is separated using reverse-phase HPLC (for example on a C18 4.6 x 250 mm column) or using capillary zone electrophoresis. An aliquot of the fractions was then subjected to a T cell assay (eg chromium release assay, proliferation test). In the T-cell assay, among others, PHA-stimulated blood lymphocytes (PBL), EBV-transformed B cells and cells that only express one HLA molecule (K. Takahashi, L.-C. Dai, TR Fuerst , WE Biddison, PL Earl, B. Moss and FA Ennis, Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 88, 10277-10281; CC Winter, BM Carreno, RV Turner, S. Koenig and WE Biddison, J. Immunology, 146, 3508-3512) used as target or stimulator cells. Polyclonal CTL lines or T cell clones can be generated in vitro from peripheral blood lymphocytes through * contact with autologous Epstein-Bar virus transformed B cells (EBV-B cells). Furthermore, as T cells, non-specifically (for example PHA) stimulated PBL from virus-infected patients or from tumor patients or PBL or tumor-infiltrating lymphocytes (TILL) that were specifically with autologous virus-infected cells or tumor cells were stimulated.
In den positiven Fraktionen wurde anschließend die Sequenz der darin befindlichen Peptide durch Edman-Abbau oder Massenspek- trometrie bestimmt. Gegebenenfalls wurden positive Fraktionen noch einer Auftrennung in einer zweiten Dimension unterzogen. Die Schritte Auftrennung des Peptidgemisches, Bestimmung der anti¬ genen Peptidfraktionen im T-Zell-Assay und Sequenzanalyse wurden auch gekoppelt durchgeführt. Das Peptidgemisch wurde dabei über eine Kapillar-HPLC-Säule direkt in ein Massenspektrometer eingeleitet (z.B. Tandem-Elektrospray-Massenspektrometer) , wobei der HPLC-Eluent durch einen Split so aufgeteilt wurde, daß ein Teil in das Massenspektrometer und ein anderer Teil in ein geeignetes Reaktionsgefäß (z.B. 96-well-Platte) eingeleitet wurde, in dem dann ein T-Zell-Assay ausgeführt wurde.The sequence of the peptides therein was then determined in the positive fractions by Edman degradation or mass spectrometry. If necessary, positive fractions were subjected to a separation in a second dimension. The steps of separation of the peptide mixture, determination of the anti-gene peptide fractions in the T cell assay and sequence analysis were also carried out in a coupled manner. The peptide mixture was introduced via a capillary HPLC column directly into a mass spectrometer (eg tandem electrospray mass spectrometer), the HPLC eluent being divided by a split in such a way that part of the mass spectrometer and another part of a suitable one Reaction vessel (eg 96-well plate) was introduced, in which a T-cell assay was then carried out.
(B) Zur Identifizierung der antigenen Peptidsequenzen wurde das Peptidgemisch mit MHC-Molekülen in Kontakt gebracht. Dabei erfolgt zunächst die Assoziation der Peptide des Peptidgemisches an geeignete MHC-Moleküle. Die MHC-Moleküle wurden als an die Zelloberflächen von intakten Zellen (z.B. PBL von Patienten, Zellen, die nur ein bestimmtes HLA-Molekül exprimieren und andere geeignete Zellen) gebundene MHC-Moleküle oder als in Mikrosomen solcher Zellen vorliegende MHC-Moleküle eingesetzt. Weiterhin wurden MHC-Moleküle in isolierter Form verwendet, die an ein Trägermaterial immobilisiert waren. Die MHC-Moleküle wurden dabei durch Immunpräzipitation mit MHC-spezifischen Antikörpern aus Zelllysaten gewonnen, es können aber auch rekombinante MHC- Moleküle eingesetzt werden.(B) In order to identify the antigenic peptide sequences, the peptide mixture was brought into contact with MHC molecules. The peptides of the peptide mixture are first associated with suitable MHC molecules. The MHC molecules were used as MHC molecules bound to the cell surfaces of intact cells (e.g. PBL from patients, cells which only express a certain HLA molecule and other suitable cells) or as MHC molecules present in microsomes of such cells. In addition, isolated MHC molecules were used, which were immobilized on a carrier material. The MHC molecules were obtained from cell lysates by immunoprecipitation with MHC-specific antibodies, but recombinant MHC molecules can also be used.
Nach der Inkubation des Peptidgemisches mit den MHC-Molekülen erfolgt die Elution von gebundenen Peptiden aus der Bindungsgrube der MHC-Moleküle mittels Säureelution. Die eluierten Peptide wurden dann mittels Reverse-phase-HPLC oder Kapillarzonen- Elektrophorese aufgetrennt und Aliquots der Fraktionen in einem T-Zell-Assay getestet, wobei in den positiven Fraktionen, wie unter (A) beschrieben, die Sequenzen der Peptide bestimmt wurden.After the peptide mixture has been incubated with the MHC molecules, bound peptides are eluted from the binding pit of the MHC molecules by means of acid elution. The eluted peptides were then separated by reverse phase HPLC or capillary zone electrophoresis and aliquots of the fractions were tested in a T cell assay, the positive fractions, such as under (A), the sequences of the peptides were determined.
Bei der Verwendung von MHC-Molekülen, die keine antigenfremden, "endogenen" Peptide gebunden haben (z.B. rekombinante MHC- Moleküle) erfolgte die Bestimmung der Sequenzen der eluierten Peptide direkt, ohne Auftrennung der Peptidgemische durch Massenspektrometrie. When using MHC molecules that have not bound any antigenic, "endogenous" peptides (e.g. recombinant MHC molecules), the sequences of the eluted peptides were determined directly, without separation of the peptide mixtures by mass spectrometry.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung und Identifizierung antigener Peptide und Peptidgemische, das die folgenden Schritte umfaßt.*1. A method for producing and identifying antigenic peptides and peptide mixtures, which comprises the following steps. *
(a) proteolytischer Abbau durch zelluläre Prozessierungs¬ mechanismen von exogen zugesetzten Proteinen oder Polypeptiden, die die antigenen Peptide enthalten zu einer Peptidgröße, die eine Assoziation mit MHC- Molekülen erlaubt;(a) proteolytic degradation by cellular processing mechanisms of exogenously added proteins or polypeptides which contain the antigenic peptides to a peptide size which permits association with MHC molecules;
(b) Assoziation der in Schritt (a) erhaltenen antigenen Peptide und/oder Peptidgemische mit geeigneten MHC- Molekülen;(b) association of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (a) with suitable MHC molecules;
(c) Isolierung der MHC-Molekül-Peptid-Komplexe;(c) isolation of the MHC molecule-peptide complexes;
(d) Abtrennung der antigenen Peptide und/oder Peptidge¬ mische von den MHC-Molekülen; und(d) separation of the antigenic peptides and / or peptide mixtures from the MHC molecules; and
(e) Bestimmung der Aminosäuresequenz der in Schritt (d) erhaltenen antigenen Peptide und/oder Peptidgemische.(e) Determination of the amino acid sequence of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (d).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die MHC-Moleküle MHC- Klasse I-Moleküle sind.2. The method of claim 1, wherein the MHC molecules are MHC class I molecules.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der proteolytische Abbau der Proteine oder Polypeptide durch Proteasomen erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the proteolytic degradation of the proteins or polypeptides takes place by proteasomes.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die MHC- Klasse I-Moleküle aus zellulären Mikrosomen,. Zellen eines Patienten oder modifizierten Zellen mit einer Spezifität für ein einziges MHC Klasse I-Molekül stammen.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the MHC class I molecules from cellular microsomes. Cells from a patient or modified cells with a specificity for a single MHC class I molecule.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei man rekombinante MHC Klasse I-Moleküle verwendet. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein one uses recombinant MHC class I molecules.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die MHC-Moleküle MHC- Klasse II-Moleküle sind.6. The method of claim 1, wherein the MHC molecules are MHC class II molecules.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, wobei der proteolytische Abbau der Proteine oder Polypeptide durch endosomale und/oder lysosomale Enzyme, vorzugsweise in Gegenwart der MHC-Klasse II-Moleküle erfolgt.7. The method according to claim 1 or 6, wherein the proteolytic degradation of the proteins or polypeptides by endosomal and / or lysosomal enzymes, preferably in the presence of the MHC class II molecules.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 6 und 7, wobei die MHC Klasse II-Moleküle aus trans-Golgi-Vesikeln, Endosomen, CPLs, Zellen eines Patienten oder modifizierten Zellen mit einer Spezifität für ein einziges MHC Klasse II-Molekül stammen.8. The method according to any one of claims 1, 6 and 7, wherein the MHC class II molecules originate from trans-Golgi vesicles, endosomes, CPLs, cells of a patient or modified cells with a specificity for a single MHC class II molecule.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 6 und 7, wobei man rekombinante MHC Klasse-II-Moleküle verwendet.9. The method according to any one of claims 1, 6 and 7, wherein recombinant MHC class II molecules are used.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Proteine oder Polypeptide natürlichen Ursprungs sind.10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the proteins or polypeptides are of natural origin.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Proteine oder Polypeptide rekombinanten oder synthetischen Ursprungs sind.11. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the proteins or polypeptides are of recombinant or synthetic origin.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Isolierung der MHC-Molekül-Peptidkomplexe durch Präzipita- tion mit Komformationsepitop-spezifischen anti-MHC-Antikör- pern erfolgt.12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the isolation of the MHC molecule-peptide complexes is carried out by precipitation with comformation epitope-specific anti-MHC antibodies.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Abtrennung der antigenen Peptide und/oder Peptidgemische von den MHC-Molekülen durch Elution, vorzugsweise Säure¬ elution der Peptide und/oder Peptidgemische aus den MHC- Molekülen erfolgt. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the separation of the antigenic peptides and / or peptide mixtures from the MHC molecules by elution, preferably acid elution of the peptides and / or peptide mixtures from the MHC molecules.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Elution ein Pep- tidreinigungsschritt unter Verwendung vom HPLC, Gelfil¬ tration oder Kapillarelektrophorese nachfolgt.14. The method according to claim 13, wherein the elution is followed by a peptide purification step using HPLC, gel filtration or capillary electrophoresis.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Abtrennung der antigenen Peptide von den MHC-Molekülen die Identifizierung von Fraktionen umfaßt, die antigenes Peptid enthalten.15. The method according to any one of claims 1 to 14, wherein the separation of the antigenic peptides from the MHC molecules comprises the identification of fractions containing antigenic peptide.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Identifizierung der Fraktionen durch einen Standardlysetest mit Hilfe von cytotoxischen T-Zellen erfolgt, die vorzugsweise spezifisch für das Protein oder Polypeptid oder ein das Protein oder Polypeptid enthaltendes Pathogen sind.16. The method according to claim 15, wherein the identification of the fractions is carried out by a standard lysis test with the aid of cytotoxic T cells, which are preferably specific for the protein or polypeptide or a pathogen containing the protein or polypeptide.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man cytotoxische Zellen aus polyclonalen CTL-Linien oder T-Zell-Klonen verwendet.17. The method according to claim 16, characterized in that one uses cytotoxic cells from polyclonal CTL lines or T cell clones.
18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Identifizierung der Fraktionen durch einen T-Zell-Proliferationstest erfolgt.18. The method according to claim 15, wherein the identification of the fractions is carried out by a T cell proliferation test.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Bestimmung der Aminosäuresequenz der antigenen Peptide durch Sequenzierung unter Verwendung von vorzugsweise automatischer Edman-Chemie oder Massenspektrometrie erfolgt.19. The method according to any one of claims 1 to 18, wherein the amino acid sequence of the antigenic peptides is determined by sequencing using preferably automatic Edman chemistry or mass spectrometry.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Protein oder Polypeptid (a) aus einem Pathogen stammt, oder einem Protein oder Polypeptid oder einem Teil davon ent¬ spricht, das/der aus einem Pathogen stammt, (b) ein Tumorantigen oder ein Teil davon ist oder (c) ein Auto- immunantigen oder ein Teil davon ist. 20. The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the protein or polypeptide (a) originates from a pathogen, or corresponds to a protein or polypeptide or a part thereof which originates from a pathogen, (b) a tumor antigen or is part of it, or (c) is or is a part of an autoimmune antigen.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das antigene Peptid ein immundominantes oder subdominantes Peptid ist.21. The method according to any one of claims 1 to 20, wherein the antigenic peptide is an immunodominant or subdominant peptide.
22. Verfahren zur Herstellung und Identifizierung antigener Peptide und Peptidgemische, das die folgenden Schritte umfaßt:22. A method for producing and identifying antigenic peptides and mixtures of peptides, comprising the following steps:
(a) proteolytischer Abbau durch zelluläre Prozessierungs¬ mechanismen von exogen zugesetzten Proteinen oder Polypeptiden, die die antigenen Peptide enthalten zu einer Peptidgröße, die eine Assoziation mit MHC- Molekülen erlaubt;(a) proteolytic degradation by cellular processing mechanisms of exogenously added proteins or polypeptides which contain the antigenic peptides to a peptide size which permits association with MHC molecules;
(b) Fraktionierung der in Schritt (a) erhaltenen antigenen Peptide und/oder Peptidgemische;(b) fractionation of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (a);
(c) Test der erhaltenen Fraktionen in einem T-Zell-Assay, und(c) testing the fractions obtained in a T cell assay, and
(d) gegebenenfalls Bestimmung der Aminosäuresequenz der in Schritt (b) erhaltenen antigenen Peptide und/oder Peptidgemische.(d) optionally determining the amino acid sequence of the antigenic peptides and / or peptide mixtures obtained in step (b).
23. Verfahren zur Herstellung antigener Peptidgemische, um¬ fassend:23. A method for producing antigenic peptide mixtures, comprising:
(a) proteolytischer Abbau durch zelluläre Prozessierungs¬ mechanismen von exogen zugesetzten Proteinen oder Polypeptiden, die die antigenen Peptide enthalten zu einer Peptidgröße, die eine Assoziation mit MHC- Molekülen erlaubt;(a) proteolytic degradation by cellular processing mechanisms of exogenously added proteins or polypeptides which contain the antigenic peptides to a peptide size which permits association with MHC molecules;
(b) Gewinnung der Peptidgemische.(b) Obtaining the peptide mixtures.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß man den proteolytischen Abbau von Proteinen oder Polypeptiden in einer Vorrichtung durchführt, welche umfaßt: einen Behälter, der zelluläre Prozessierungsenzyme enthält, die den Abbau der Proteine oder Polypeptide zu einer Peptidgröße bewirken, die eine Assoziation mit MHC-Molekü¬ len erlaubt,24. The method according to any one of claims 1 to 23, characterized in that the proteolytic degradation of proteins or polypeptides is carried out in a device which comprises: a container which contains cellular processing enzymes which bring about the degradation of the proteins or polypeptides to a peptide size which permits association with MHC molecules,
wobei der Behälter mindestens eine Eintrittsöffnung zur Zufuhr von Proteinen und Polypeptiden und mindestens eine Austrittsöffnung zur Entnahme der prozessierten Peptide aufweist.the container having at least one inlet opening for the supply of proteins and polypeptides and at least one outlet opening for removing the processed peptides.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zellulären Prozessierungsenzyme auf einem Trägerma¬ terial oder/und an Wänden des Behälters immobilisiert sind.25. The method according to claim 24, characterized in that the cellular processing enzymes are immobilized on a carrier material and / or on walls of the container.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessierungsenzyme durch chemische Kopplung oder durch Immunadsorption immobilisiert sind.26. The method according to claim 24 or 25, characterized in that the processing enzymes are immobilized by chemical coupling or by immunoadsorption.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des Behälters derart ausgebildet ist, daß sie den Durchtritt der prozessierten Peptide, aber nicht den Durchtritt der als Ausgangsmaterial verwendeten Proteine oder Polypeptide und der Enzyme erlaubt.27. The method according to any one of claims 24 to 26, characterized in that the outlet opening of the container is designed such that it permits the passage of the processed peptides, but not the passage of the proteins or polypeptides used as the starting material and the enzymes.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung eine Filtrationseinheit umfaßt.28. The method according to claim 27, characterized in that the outlet opening comprises a filtration unit.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24-28, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter thermostatierbar ist. 29. The method according to any one of claims 24-28, characterized in that the container is thermostable.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 - 29, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren kontinuierlich durchführt.30. The method according to any one of claims 24-29, characterized in that the method is carried out continuously.
31. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 30 herge¬ stellten antigenen Peptids oder Peptidgemisches zur Identifizierung von Vakzinbausteinen gegen Pathogene oder Tumorzellen oder von kompetitiven oder antagonistischen Peptiden bei Autoimmunkrankheiten.31. Use of an antigenic peptide or peptide mixture prepared according to one of claims 1 to 30 for the identification of vaccine components against pathogens or tumor cells or of competitive or antagonistic peptides in autoimmune diseases.
32. Verwendung von Peptiden oder Peptidgemischen wie sie durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 30 erhältlich sind, zur Herstellung eines Impfstoffes.32. Use of peptides or peptide mixtures as can be obtained by the method according to any one of claims 1-30 for the preparation of a vaccine.
33. Verwendung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß man die durch proteolytischen Abbau erhaltenen Peptid¬ gemische gegebenenfalls nach einer Größenfraktionierung einsetzt, ohne sie vorher in Einzelpeptide aufzutrennen.33. Use according to claim 32, characterized in that one uses the peptide mixtures obtained by proteolytic degradation, optionally after size fractionation, without first separating them into individual peptides.
34. Verwendung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfstoff zusätzlich ein Adjuvans enthält.34. Use according to claim 32 or 33, characterized in that the vaccine additionally contains an adjuvant.
35. Verwendung nach einem der Ansprüche 32-34, dadurch gekennzeichnet, daß man den Impfstoff mehrmals in Intervallen verabreicht.35. Use according to any one of claims 32-34, characterized in that the vaccine is administered several times at intervals.
36. Verwendung nach einem der Ansprüche 32-35, dadurch gekennzeichnet, daß man den Peptidimpfstoff in Kombination mit einem Protein- oder Polypeptid-Impfstoff verabreicht.36. Use according to any one of claims 32-35, characterized in that the peptide vaccine is administered in combination with a protein or polypeptide vaccine.
37. Verwendung nach einem der Ansprüche 32-36, dadurch gekennzeichnet, daß man den Peptidimpfstoff durch Injektion, oral oder topisch verabreicht. 37. Use according to any one of claims 32-36, characterized in that the peptide vaccine is administered by injection, orally or topically.
38. Verwendung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die topische Verabreichung durch Aufbringen eines den Impfstoff und gegebenenfalls ein Penetrationshilfsmittel enthaltenden Pflasters erfolgt.38. Use according to claim 37, characterized in that the topical administration is carried out by applying a plaster containing the vaccine and optionally a penetration aid.
39. Pharmazeutische Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Wirkstoff Peptidgemische, wie sie durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 30 erhältlich sind, gegebenenfalls zusammen mit pharmazeutisch üblichen Träger- Hilfs- und Zusatzstoffen enthält.39. Pharmaceutical composition, characterized in that it contains, as the active ingredient, peptide mixtures as obtainable by the process according to one of claims 1 to 30, optionally together with pharmaceutically customary excipients and additives.
40. Vorrichtung zum proteolytischen Abbau von Proteinen oder Polypeptiden, umfassend:40. Device for proteolytic degradation of proteins or polypeptides, comprising:
einen Behälter, der zelluläre Prozessierungsenzyme enthält, die den Abbau der Proteine oder Polypeptide zu einer Peptidgröße bewirken, die eine Assoziation mit MHC-Molekü¬ len erlaubt, wobei der Behälter mindestens eine Eintrittsöffnung zur Zufuhr von Proteinen und Polypeptiden und mindestens eine Austrittsδffnung zur Entnahme der prozessierten Peptide aufweist.a container which contains cellular processing enzymes which bring about the degradation of the proteins or polypeptides to a peptide size which permits association with MHC molecules, the container having at least one inlet opening for the supply of proteins and polypeptides and at least one outlet opening for removing the processed peptides.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin die Merkmale von einem der Ansprüche 25 bis 29 aufweist. 41. Apparatus according to claim 40, characterized in that it further has the features of one of claims 25 to 29.
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