WO2001027254A2 - Gene transfer vectors for treating autoimmune diseases and diseases with immunopathogenesis by therapy - Google Patents

Gene transfer vectors for treating autoimmune diseases and diseases with immunopathogenesis by therapy Download PDF

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    • Y02A50/30Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Definitions

  • FIG. 4 graphically shows the result of the reduction in inflammation in the lungs, kidneys and liver in mouse cytomegalovirus-infected mice which were treated before infection with AdFasL-infected antigen presenting cells (APC).
  • B6-gld / gld- and B6- lprllpr-MM.se. were infected with mouse cytomegalovirus and treated 28 days after infection with APCs, either with Ad-CMVLacZ (FasL negative control), with mouse cytomegalovirus (APC + MCMV), with AdFasL (FasL positive control) or with mouse cytomegalovirus and AdFasL (MCMV + AdFasL) were infected.
  • Ad-CMVLacZ FesL negative control
  • APC + MCMV mouse cytomegalovirus
  • AdFasL FesL positive control
  • MCMV + AdFasL mouse cytomegalovirus and AdFa
  • eukaryotic promoter elements such as the CMV promoter and the SV40 promoter are represented by dark arrows, prokaryotic promoters such as the SP6 and the T7 promoter are represented by thin angled arrows.
  • Interfaces for selected restriction endonucleases such as Bam ⁇ l, EcoRI, Xh ⁇ l and HincfiR are marked with the identification of the nuclease. are marked by thin bars regulatory nucleic acid sequences such as the polyadenylation sequence of the SV40 virus (SV40polyA) and the LRES, the internal ribosome binding site.
  • the cells modified by means of the vectors according to the invention comprising the combination of nucleic acid sequences according to the invention, express antigens which are recognized by immunopathogenic immune cells.
  • immunopathogenic immune cells play a special role in the pathogenesis of a defined disease, since they specifically recognize (endogenous) antigens and coordinate an immune reaction against these antigens and the antigen-expressing cells.
  • the antigens introduced into the cells with the vectors according to the invention can be specific for certain diseases or specific for the attacked organ, tissue or the attacked cell type.
  • the vectors according to the invention additionally code for ligands which trigger apoptosis. These ligands that trigger apoptosis induce natural cell death in the immunopathogenic immune cells that recognize the antigens.
  • Retroviruses particularly suitable for the production of retroviral gene transfer vectors include representatives from the group of avian leukemia viruses, bovine leukemia viruses, mouse leukemia viruses, Mink-ce // ocw5-inducing viruses, mouse sarcoma viruses, Gibbon viruses. Leukemia viruses, feline leukemia viruses, reticuloendothelial viruses and Rous sarcoma viruses. Mouse leukemia viruses such as representatives 4070A and 1504A, Abelson (ATCC No. VR-999), Friend (ATCC No. VR-245), Graffi, Gross (ATCC No. VR-590), Kirsten, are particularly suitable. Harvey's Sarcoma Virus and Rauscher (ATCC No.
  • the nucleic acids can include retroviral gene transfer vectors
  • the expanded packaging signal from Mo-MLV contains sequences beyond nucleotide 567, the start of the Gag / Pol gene (nucleotide 621) and ends beyond nucleotide 1560. Therefore, deletion of the sequence beyond nucleotide 567 allows a retroviral from the Mo-MLV
  • Rheumatoid artritis was one of the first systemic diseases that was attributed to autoimmune mechanisms. Essentially two aspects of rheumatoid artritis suggest a fundamental immune system disorder as the cause of the disease. First, the often very massive infiltration of lymphocytes, including CD4 + T cells, in the inflamed hypertrophic synovial tissue, and second, the production of large amounts of rheumatoid factor from B cells and plasma cells in the synovium. Rheumatoid factors are antibodies that are directed against structuring regions of the IgG heavy chain.
  • Antibodies against various autoantigens have been detected in prediabetic patients and those with recently diagnosed diabetes.
  • CD4 + and CD8 + T cells with different specificity were detected.
  • the gene therapy vectors within the scope of the invention described here carry functional areas or genes which code and express for antigenic proteins, protein fragments or epitopes and combinations of epitopes which represent targets for CD4 + and / or CD8 + T cells.
  • Antigenic proteins in the sense of this invention are those proteins which are recognized by T cells of persons with diabetes in connection with MHC class I or MHC class II on syngeneic cells.
  • the heat shock protein Hsp60 represents another target for activated immune cells in type I diabetes.
  • the vectors encode and express, for example, the area of AS 437-460
  • Caspases are a group of cysteine proteases. So far, 14 caspases have been identified in mammals (including humans). Caspases recognize motifs consisting of 4 amino acids, which they cut on the carboxyl side of the amino acid aspartate. Caspases are synthesized as zymogens, i.e. they are precursor proteins with a very low activity, which are activated by proteolytic cleavage. The activated enzymes are heterotetramers, each consisting of two identical cleaved subunits. Some caspases are activated by autoproteolytic cleavage, others by additional caspases.
  • the vectors according to the invention can comprise nucleic acid sequences which code for the protein TRAIL (APO-2L) which binds to the specific receptor molecules TRAIL-Rl (DR4), TRAIL-R2 (KILLER, DR5, TRICK2), TRAIL-R3 (LIT, DcRl ) and TRAIL-R4 (TRUNDD, DcR2) binds.
  • TRAIL has been detected naturally on a number of cells, such as type II interferon-stimulated monocytes, cytomegalovirus-infected fibroblasts, type I interferon and antigen-stimulated T cells or NK cells.
  • the vectors according to the invention either synthesize a single antisense RNA or a combination of different antisense RNAs which are specifically directed against individual adapter proteins.
  • the vectors express an antisense RNA which contains individual regions which are in each case specific for an adapter protein and, in combination, prevents the expression of several adapter proteins.
  • the prodrugs used must have significantly lower toxicity than the activated substances and must be good substrates for the activating enzymes. In addition, these substances must be sufficiently chemically stable under physiological conditions and have good pharmacological and pharmacokinetic properties. Depending on the type, some prodrugs are absorbed into the cells and converted intracellularly into the toxic substance. Other prodrugs are activated extracellularly. Accordingly, the prodrugs or the activated toxic substances must be easily absorbed by the cells.
  • sequences and functional regions can also be transcription termination and polyadenylation sequences.
  • Some very efficient poly-A signals for use in mammalian expression vectors are derived, for example, from the bovine growth hormone, the mouse ⁇ -globin, the SV40 early transcription unit and the herpes simplex thymidine kinase gene. Prokaryotic transcription terminators are described in detail and their incorporation shows diverse positive effects on gene expression. In eukaryotes identified a consensus sequence with the nucleotide sequence ATC AAA (A7T) TAG GAA GA in the termination region of 9 genes.
  • An internal ⁇ bosomal entry point can be used to express two or more genes under the transcriptional control of a consumable or regulable promoter.
  • IRES internal ⁇ bosomal entry point
  • the IRES of picornaviruses and the hepatitis C virus, the BiP (immunoglobulin heavy chain binding protein) are used.
  • retroviral 7i? ES sequences are used
  • Lymphocytes accessory cells and effector cells are the most prominent representatives of the acquired immune system. Lymphocytes are able to specifically recognize foreign antigens and to stimulate a specific humoral and cell-mediated immune response. Different subpopulations of lymphocytes are known which differ in the type of antigen recognition and the specific effector functions. B lymphocytes are the producers of antibodies. They recognize extracellular and antigens presented on the surface of cells and differentiate into antibody-secreting plasma cells after contact with an antigen. T lymphocytes, the mediators of the cell-mediated immune response, can be divided into several subtypes, of which the CD4 + T helper cells and the CD8 ⁇ cytotoxic T cells are most significant. Helpers and cytotoxic T cells have a restricted specificity for antigens.
  • the region coding for the thymidine kinase was first cloned into the vector pcDNA3 via the interfaces for Hz «dIII and BamKl. Then the fragment coding for crmA was used via them interfaces of Bam ⁇ l and Xhol. Finally, the nucleic acid fragment comprising the ERES was cloned between FasL and PLP via the recognition sequence for Bam ⁇ l.
  • the nucleic acid sequences of the two vectors pcDNA3-FasL-ERES-crmA and pcDNA3-TK-ERES-PLP are listed as SEQ ED NO: 1 and SEQ ID NO: 2, respectively.

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Abstract

The invention relates to a gene transfer vector, comprising at least one nucleic acid molecule comprising a first nucleic acid sequence which codes for one or more ligands that trigger apoptosis, a second nucleic acid sequence which codes for one or more antigens, optionally, a third nucleic acid sequence which codes for one or more anti-apoptosis molecules, and optionally, a fourth nucleic acid sequence which codes for one or more suicide enzymes.

Description

Gentransfervektoren zur Therapie von Autoimmunerkrankungen und Erkrankungen mit Immunpathogenese Gene transfer vectors for the therapy of autoimmune diseases and diseases with immunopathogenesis
Die Erfindung betrifft einen Gentransfervektor, umfassend mindestens ein Nukleinsäuremolekül, umfassend eine erste Nukleinsäuresequenz, kodierend für einen oder mehrere apoptoseauslösende(n) Liganden, eine zweite Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Antigen(e) und gegebenenfalls, eine dritte Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Antiapoptosemolekül(e), und gegebenenfalls eine vierte Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Suizidenzym(e).The invention relates to a gene transfer vector comprising at least one nucleic acid molecule, comprising a first nucleic acid sequence coding for one or more apoptosis-triggering ligands, a second nucleic acid sequence coding for one or more antigen (s) and optionally, a third nucleic acid sequence coding for a or more anti-apoptosis molecule (s), and optionally a fourth nucleic acid sequence, coding for one or more suicide enzyme (s).
Die Entstehung von Autoimmunerkrankungen wie beispielsweise Multiple Sklerose (MS) oder Diabetes (Typ 1 ) beruht auf einer unkontrollierten Aktivierung von Immunzellen, die gesundeThe development of autoimmune diseases such as multiple sclerosis (MS) or diabetes (type 1) is based on an uncontrolled activation of immune cells that are healthy
Zellen des Körpers angreifen und zerstören. Entscheidend beteiligt an der Pathogenese vonAttack and destroy cells in the body. Crucially involved in the pathogenesis of
Autoimmunerkrankungen sind T-Lymphozyten, die Fragmente körpereigener Proteine imAutoimmune diseases are T-lymphocytes, which are fragments of the body's own proteins in the body
Zusammenhang mit körpereigenen MHC (major histocompatibility com/?/ex)-Molekülen erkennen. T-Helferzellen (CD4" / CD8"), die eine Kombination aus Peptid und MHC Klasse II erkennen, haben eine Schlüsselfunktion in der Immunpathogenese, da sie durch Sekretion unterschiedlicher Zytokine die Induktion der autoreaktiver Antikörper und Immunzellen stimulieren. Proteine zellulären oder viralen Ursprungs, die in Zellen synthetisiert werden, werden intrazellulär in Proteasomen degradiert und zusammen mit MHC Klasse I Molekülen auf der Zelloberfläche den T-Lymphozyten präsentiert. Diese Zellen werden durch zytolytische T- Zellen (CD4" / CD8+) spezifisch erkannt und eliminiert.Recognize the connection with the body's own MHC (major histocompatibility com /? / Ex) molecules. T helper cells (CD4 "/ CD8 " ), which recognize a combination of peptide and MHC class II, have a key function in immunopathogenesis, since they stimulate the induction of autoreactive antibodies and immune cells by secretion of different cytokines. Proteins of cellular or viral origin, which are synthesized in cells, are degraded intracellularly in proteasomes and, together with MHC class I molecules, are presented to the T lymphocytes on the cell surface. These cells are specifically recognized and eliminated by cytolytic T cells (CD4 " / CD8 + ).
Normalerweise werden T-Zellen, die körpereigene Proteine erkennen, entweder eliminiertUsually, T cells that recognize the body's own proteins are either eliminated
(klonale Deletion) oder inaktiviert (Anergie). Die Folge ist eine Toleranz gegen Zellen und(clonal deletion) or inactivated (anergy). The result is a tolerance to cells and
Strukturen des eigenen Körpers. Bei Autoimmunerkrankungen ist diese Toleranz gestört oder unzureichend. Autoimmunerkrankungen werden möglicherweise durch virale oder bakterielle Infektionen ausgelöst. Man nimmt an, daß aufgrund von Ähnlichkeiten zwischen erreger- und zelltypspezifischen Proteinen auch uninfizierte Zellen durch erregerspezifische Antikörper oder T-Zellen angegriffen werden. Im Zusammenhang mit chronisch persistierenden Virusinfektionen kommt es auch zu entzündlichen Prozessen, die zum Teil lebenswichtige Organe wie die Leber (Hepatitis) betreffen, obwohl die Immunantwort primär gegen erregerspezifische Strukturen gerichtet ist. In solchen Fällen spricht man von Immunpathogenese, da der Schaden und die Symptome primär durch das eigene Immunsystem und nicht durch den Erreger verursacht werden. Vergleichbares findet bei der Abstoßung von transplantierten Organen statt. Hier wird eine Kombination aus fremden MHC-Molekülen des Spenders, komplexiert mit prozessierten zellulären Proteinen, von den T-Zellen des Empfängers als fremd erkannt.Structures of your own body. In autoimmune diseases, this tolerance is disturbed or insufficient. Autoimmune diseases may be viral or bacterial Infections triggered. It is believed that due to the similarities between pathogen-specific and cell-type-specific proteins, uninfected cells are also attacked by pathogen-specific antibodies or T cells. In connection with chronic persistent viral infections, there are also inflammatory processes, some of which affect vital organs such as the liver (hepatitis), although the immune response is primarily directed against pathogen-specific structures. In such cases, one speaks of immunopathogenesis, since the damage and symptoms are primarily caused by the patient's own immune system and not by the pathogen. The same thing happens with the rejection of transplanted organs. A combination of foreign MHC molecules from the donor, complexed with processed cellular proteins, is recognized as foreign by the recipient's T cells.
Eine Therapie von Autoimmunerkrankungen und anderen Erkrankungen mit Immunpathogenese erfolgt nach heutigem Wissen durch eine starke Immunsuppression und / oder durch Gabe regulatorisch wirksamer Zytokine wie beispielsweise Interferon-ß. Für die klassische Chemotherapie mit Immunsuppressiva stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Präparate verschiedener Hersteller zur Verfügung, die sich im Anwendungsbereich und der Wirkungsweise gravierend unterscheiden. Ein besonders schwerwiegender Nachteil dieser Substanzen ist das Auftreten vielfältiger und zum Teil lebensbedrohlicher Nebenwirkungen (u.a. Nierenschädigung, Leberschädigung, Bauchspeicheldrüsenentzündung, Blutarmut, Fieber), die bei einer Vielzahl der Patienten beobachtet werden. Eine solche unspezifische Hemmung des Immunsystems (z.B. durch Cyclosporin oder FK506) führt nicht nur zu einer stark geschwächten Immunabwehr und damit zu einer erhöhten Anfälligkeit für Infektionserkrankungen, sondern begünstigt auch die Entstehung von Tumoren. So ist beispielsweise nach Organtransplantationen, wo eine lebenslange Immunsuppression erforderlich ist, das Risiko, an Epstein-Barr-Virus-assoziierten Tumoren zu erkranken, um ein Vielfaches erhöht. Die Verwendung von Immuntherapeutika (z.B. Interferone) stellt eine deutliche Verbesserung zur klassischen Chemotherapie dar, da sie weniger Nebenwirkungen aufweist. Dennoch ist eine Heilung der Autoimmunerkrankungen auch mit diesen neuartigen Immuntherapeutika nicht möglich, da sie nicht spezifisch wirken.According to current knowledge, autoimmune diseases and other diseases with immunopathogenesis are treated by strong immunosuppression and / or by administration of regulatory-effective cytokines such as interferon-ß. A large number of different preparations from different manufacturers are available for classic chemotherapy with immunosuppressants, which differ considerably in the area of application and the mode of action. A particularly serious disadvantage of these substances is the occurrence of diverse and sometimes life-threatening side effects (including kidney damage, liver damage, pancreatitis, anemia, fever), which are observed in a large number of patients. Such non-specific inhibition of the immune system (e.g. by cyclosporin or FK506) not only leads to a greatly weakened immune system and thus to an increased susceptibility to infectious diseases, but also favors the development of tumors. For example, after organ transplants, where lifelong immunosuppression is required, the risk of developing tumors associated with Epstein-Barr virus is increased many times over. The use of immunotherapeutics (e.g. interferons) is a significant improvement over classic chemotherapy because it has fewer side effects. Nevertheless, a cure for autoimmune diseases is also not possible with these novel immunotherapeutics, since they do not have a specific effect.
Antigenpräsentierende Zellen (APCs) spielen eine wichtige Rolle sowohl in der Auslösung einer T-Zell-Antwort als auch in der Induktion einer T-Zell-Toleranz. Die Induktion einer umfassenden Aktivierung und Vermehrung von T-Zellen ist von zwei Signalen abhängig, die die T-Zelle empfangen muß. Das erste Signal wird durch den T-Zellrezeptor, der ein Antigen im Zusammenhang mit MHC auf der Oberfläche von APCs erkennt, in die T-Zelle geleitet. In Abwesenheit des zweiten Signals, des so genannten kostimulatorischen Signals, wird die T-Zelle anerg. Anergie beschreibt einen Zustand, in dem die T-Zellen weder reaktiv sind, noch sich vermehren. APCs sind außerdem in der Lage, die Funktion der T-Helferzellen zu beeinflussen und deren Eigenschaften entweder in Richtung Th(T-Helferzelle)l- oder Th2-Phänotyp zu lenken, und dadurch beispielsweise die Entstehung von Autoimmunerkrankungen zu begünstigen. Die Kombination der unterschiedlichen Funktionen der antigenpräsentierenden Eigenschaften der APCs entscheidet über des Profil der Antwort der T-Helferzelle. Daher können APCs steuern ob eine Immunantwort immunogen oder tolerogen verläuft.Antigen-presenting cells (APCs) play an important role both in triggering a T cell response and in inducing a T cell tolerance. The induction of extensive activation and proliferation of T cells is dependent on two signals that the T cell must receive. The first signal is through the T cell receptor, which contains an antigen in the Detects association with MHC on the surface of APCs, directed to the T cell. In the absence of the second signal, the so-called costimulatory signal, the T cell becomes anergic. Anergy describes a state in which the T cells are neither reactive nor multiply. APCs are also able to influence the function of the T helper cells and to direct their properties either towards the Th (T helper cell) I or Th2 phenotype, and thereby, for example, to promote the development of autoimmune diseases. The combination of the different functions of the antigen-presenting properties of the APCs determines the profile of the response of the T helper cell. Therefore, APCs can control whether an immune response is immunogenic or tolerogenic.
Fas wird auf der Oberfläche von Zellen exprimiert und vermittelt Apoptose nach Wechselwirkung mit dem spezifischen Liganden FasL bzw. nach Bindung eines agonistisch wirksamen anti-Fas-Antikörpers. Der so genannte ,^ictivation-induced Cell Death" (AICD) von T-Zellen, d.h. deren programmierter Zelltod nach Aktivierung der Zellen, wird durch eine autokrine Rückkoppelung nach Wechselwirkung von Fas und FasL auf ein und der selben aktivierten T-Zelle ausgelöst, was die Bedeutung der Fas-assoziierten Apoptose für die Aufrechterhaltung der T-Zelltoleranz unterstreicht.Fas is expressed on the surface of cells and mediates apoptosis after interaction with the specific ligand FasL or after binding of an agonistically active anti-Fas antibody. The so-called "ictivation-induced cell death" (AICD) of T cells, ie their programmed cell death after activation of the cells, is triggered by an autocrine feedback after the interaction of Fas and FasL on one and the same activated T cell, which underscores the importance of Fas-associated apoptosis for maintaining T cell tolerance.
Die Fas-vermittelte Apoptose von APC spielt eine Rolle bei der Herabregulierung von Immunantworten. Aktivierte T-Zellen exprimieren erhöhte Mengen an Fas-Ligand und induzieren so Apoptose in den APCs. Andererseits exprimieren auch aktivierte Makrophagen Fas-Ligand und können ihrerseits Apoptose in den T-Zellen induzieren. So wird zum Beispiel eine große Menge von Fas-Ligand auf HIV-mfιzierten Makrophagen mit der Depletion von HIV-spezifischen CD4+ T-Zellen in Verbindung gebracht.APC's Fas-mediated apoptosis plays a role in down-regulating immune responses. Activated T cells express increased amounts of Fas ligand and thus induce apoptosis in the APCs. On the other hand, activated macrophages also express Fas ligand and can in turn induce apoptosis in the T cells. For example, a large amount of Fas ligand on HIV-infected macrophages is associated with the depletion of HIV-specific CD4 + T cells.
Die Bedeutung der Fas-abhängigen Apoptose für die Aufrechterhaltung der T-Zelltoleranz und der Vermeidung von Autoimmunerkrankungen wurde u.a. dadurch gezeigt, daß Mutationen, die die Gene für Fas bzw. den Liganden von Fas, FasL, betreffen, zur Entstehung von Autoimmunerkrankungen in Iprllpr bzw. gld/gld-Mäusen führen, gldlgld bzw. Iprllpr bezeichnet Mäuse, die homozygot für inaktivierende Mutationen für FasL bzw. für Fas sind. Sowohl die klonale Deletion von T-Zellen in der Peripherie, sowie die Aufrechterhaltung der T-Zelltoleranz gegen körpereigene Antigene (Autoantigene) und Superantigene ist in /p/V pr-Mäusen gestört. Eine Korrektur des Fas-assoziierten Apoptose-Defektes in den T-Zellen durch ein künstlich in die Zellen eingebrachtes und exprimiertes Fas-Gen kann die Entstehung von Autoimmunerkrankungen in pr//pr-Mäusen verhindern.The importance of Fas-dependent apoptosis for maintaining T-cell tolerance and avoiding autoimmune diseases has been shown, among other things, by the fact that mutations that affect the genes for Fas or the ligand of Fas, FasL, lead to the development of autoimmune diseases in Iprllpr or gld / gld mice lead, gldlgld or Iprllpr denotes mice that are homozygous for inactivating mutations for FasL or for Fas. Both the clonal deletion of T cells in the periphery and the maintenance of T cell tolerance to the body's own antigens (autoantigens) and superantigens is disturbed in / p / V pr mice. A correction of the Fas-associated apoptosis defect in the T cells by an artificially in The Fas gene inserted and expressed in the cells can prevent the development of autoimmune diseases in pr // pr mice.
Fas-vermittelte Apoptose spielt auch eine entscheidende Rolle für die Aufrechterhaltung immunprivilegierter Stellen im Körper. Der immunprivilegierte Zustand der Hoden und der vorderen Augenkammer erfordern eine starke Expression von Fas-Ligand auf den entsprechenden parenchymalen Zellen dieser Organe. In diesen Fällen wird angenommen, daß die Expression von Fas-Ligand auf den parenchymalen Zellen diese Gewebe vor der Zerstörung durch T-Zellen durch Induktion der Apoptose in den T-Zellen schützt. Eine Virusinfektion in der vorderen Augenkammer führt zu einer systemischen T-Zelltoleranz gegen das Virus. Es wird angenommen, das APCs, die den Fas-Liganden zusammen mit priviligierten Antigenen, die von den priviligierten Zellen stammen, auf ihrer Zelloberfläche präsentieren, Apoptose von T-Zellen in der Peripherie des Körpers induzieren, und dadurch eine systemische T-Zelltoleranz verursachen.Fas-mediated apoptosis also plays a critical role in maintaining immune-privileged areas in the body. The immune privileged condition of the testicles and anterior chamber require a strong expression of Fas ligand on the corresponding parenchymal cells of these organs. In these cases, it is believed that the expression of Fas ligand on the parenchymal cells protects these tissues from destruction by T cells by inducing apoptosis in the T cells. A viral infection in the anterior chamber leads to systemic T cell tolerance to the virus. It is believed that APCs that present the Fas ligand on their cell surface along with privileged antigens derived from the privileged cells induce apoptosis of T cells in the periphery of the body, thereby causing systemic T cell tolerance.
Im Jahre 1998 wurde erstmals von Zhang et al. (Zhang et al. (1998) Nat Biotechnol 16:1045- 1049) die Induktion einer antigenspezifischen T-Zelltoleranz mittels Fas-Ligand (FasL) - produzierender antigenpräsentierender Zellen (APC) im Mausmodell gezeigt. Mittels antigenpräsentierender Zellen, die durch Infektion mit einem adenoviralen Vektor, der neben FasL auch für adenovirale Proteine kodierte, konnte in Mäusen eine T-Zelltoleranz erzeugt werden. Die T-Zelltoleranz war spezifisch für Adenovirusproteine und zeigte keinen Einfluß auf eine Infektion mit Maus-Zytomegalievirus. Mit den APCs behandelte Mäuse zeigten bei einer nachfolgende Infektion mit einem Adenovirus eine deutlich verlängerte Persistenz des Virus in der Leber, in Übereinstimmung mit einer reprimierten T-Zellantwort gegen adenovirusinfizierte Zellen. Ferner war die T-Zelltoleranz abhängig von der Funktion des Fas-Liganden, da in Fasnegativen Mäusen keine Toleranz induziert werden konnte. Ein Jahr später wurden von der selben Arbeitsgruppe Experimente zur Induktion einer T-Zelltoleranz gegen Alloantigene ebenfalls im Mausmodell veröffentlicht (Zhang et al. (1999) J Immunol 162:1423-1430). Wiederum ein Jahr später veröffentlichte die Arbeitsgruppe Experimente, die zeigten, daß mittels FasL-exprimierender antigenpräsentierender Zellen chronisch entzündliche Erkrankungen wie sie beispielsweise nach einer Infektion von Fas-defizienten Mäusen mit Maus-Zytomegalievirus auftreten, verhindert bzw. therapiert werden können (Zhang et al. (2000) J Clin Invest 105:813- 821). Auch in diesem experimentellen Ansatz beruhte die Therapie auf der Induktion einer antigenspezifischen, hier Maus-Zytomegalievirus-spezifischen, T-Zelltoleranz. Zhang et al. verwendete für die beschriebenen Experimente adenovirale Vektoren, die den Vorteil einer hohen Infektionsrate und eine gute Genexpression gewährleisten.In 1998, Zhang et al. (Zhang et al. (1998) Nat Biotechnol 16: 1045-1049) showed the induction of an antigen-specific T cell tolerance using Fas ligand (FasL) -producing antigen-presenting cells (APC) in the mouse model. Antigen-presenting cells, which were infected by an adenoviral vector which, in addition to FasL, also encoded adenoviral proteins, were able to generate T cell tolerance in mice. T cell tolerance was specific for adenovirus proteins and showed no influence on infection with mouse cytomegalovirus. Mice treated with the APCs showed a significantly prolonged persistence of the virus in the liver on subsequent infection with an adenovirus, in accordance with a repressed T cell response against cells infected with adenovirus. Furthermore, the T cell tolerance was dependent on the function of the Fas ligand, since no tolerance could be induced in Fas-negative mice. A year later, experiments by the same group to induce T cell tolerance to alloantigens were also published in the mouse model (Zhang et al. (1999) J Immunol 162: 1423-1430). Another year later, the working group published experiments that showed that inflammatory diseases such as those that occur after an infection of Fas-deficient mice with mouse cytomegalovirus, for example, can be prevented or treated using FasL-expressing antigen-presenting cells (Zhang et al. (2000) J Clin Invest 105: 813-821). In this experimental approach, too, the therapy was based on the induction of one antigen-specific, here mouse cytomegalovirus-specific, T-cell tolerance. Zhang et al. used adenoviral vectors for the experiments described, which ensure the advantage of a high infection rate and good gene expression.
Adenovirale Vektoren besitzen aber gerade für die Anwendung am Menschen entscheidende Nachteile, an erster Stelle die Expression von antigenen viralen Proteinen, die Gentherapieansätze mit adenoviralen Vektoren bislang zum Scheitern brachten. Da adenovirale Vektoren regulatorische und Strukturproteine exprimieren, werden die transduzierten Zellen durch das Immunsystem unabhängig von den gezielt exprimierten Antigenen erkannt und eliminiert. Um diese Reaktion zu vermeiden wurden die im Experiment beschriebenen Mäuse zuvor mit entsprechenden FasL-positiven APCs, die adenovirale Proteine exprimierten, gegen adenovirale Proteine tolerant gemacht. Ein entsprechender Ansatz, das Immunsystem gegen einen potentiellen viralen Erreger tolerant zu machen, ist für Menschen ungeeignet.However, adenoviral vectors have decisive disadvantages for use in humans in particular, first and foremost the expression of antigenic viral proteins, which have so far failed gene therapy approaches with adenoviral vectors. Since adenoviral vectors express regulatory and structural proteins, the transduced cells are recognized and eliminated by the immune system regardless of the targeted expression of the antigens. In order to avoid this reaction, the mice described in the experiment were previously made tolerant to adenoviral proteins with corresponding FasL-positive APCs which expressed adenoviral proteins. An appropriate approach to make the immune system tolerant of a potential viral pathogen is unsuitable for humans.
Unberücksichtigt blieb bei den beschriebenen Experimenten das Problem der autokrinen Induktion der Apoptose durch Wechselwirkung der künstlich exprimierten FasL-Moleküle mit den entsprechenden Apoptoserezeptoren auf der Oberfläche der APCs. In den Experimenten von Zhang et al. (Zhang et al. (1998) Nαt Biotechnol 16:1045-1049; Zhang et al. (1999) J Immuno l 162:1423-1430; Zhang et al. (2000) J Clin Invest 105:813-821) wurden Fas-defiziente APCs mit den Fas-Ligand-exprimierenden Vektoren infiziert. Für eine effiziente therapeutische Anwendung ist es dringend erforderlich, die veränderten antigenpräsentierenden Zellen gegen eine autokrine Stimulation der Apoptose zu schützen und zugleich eine unkontrollierbare Immortalisierung oder gar eine Transformation der Zellen in die Richtung einer Tumorzelle vermeiden zu können.The problem of autocrine induction of apoptosis due to the interaction of the artificially expressed FasL molecules with the corresponding apoptosis receptors on the surface of the APCs was not taken into account in the experiments described. In the experiments by Zhang et al. (Zhang et al. (1998) Nαt Biotechnol 16: 1045-1049; Zhang et al. (1999) J Immuno l 162: 1423-1430; Zhang et al. (2000) J Clin Invest 105: 813-821) defective APCs infected with the Fas ligand-expressing vectors. For an efficient therapeutic application, it is imperative to protect the modified antigen-presenting cells against autocrine stimulation of apoptosis and at the same time to be able to avoid an uncontrollable immortalization or even a transformation of the cells in the direction of a tumor cell.
Unberücksichtigt blieb in allen bisherigen Experimenten ferner die Problematik einer unbeabsichtigten Stimulation des Immunsystems durch die Expression des Antigens, für das eine T-Zelltoleranz induziert werden soll, ohne einer gleichzeitigen Expression apoptoseauslösender Liganden.In all previous experiments, the problem of unintentional stimulation of the immune system by the expression of the antigen, for which a T cell tolerance is to be induced, without simultaneous expression of apoptosis-inducing ligands, has also not been taken into account.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung von Mitteln zur Prävention oder Therapie von Autoirnmunerkrankungen und Erkrankungen mit Immunpathogenese. Die Aufgabe wird durch den in den Patentansprüchen definierten Gegenstand gelöst.It is therefore an object of the present invention to provide means for the prevention or therapy of auto-brain diseases and diseases with immunopathogenesis. The object is achieved by the subject-matter defined in the patent claims.
Die Erfindung wird durch die folgenden Figuren erläutert.The invention is illustrated by the following figures.
Figur 1 zeigt graphisch die Ergebnisse einer Infektion von Maus-Makrophagen mit einem Adenovirus, das FasL exprimiert. Makrophagen von CD95-defϊzienten B6-Mäusen wurden gereinigt und mit Adenoviren infiziert, die entweder LacZ (AdLacZ, Ad/CV; FasL-Kontrolle) oder FasL (AdFasL, Ad/FL) exprimierten. (A) Mittels FACS wurde die Expression von FasL auf AdFasL-infizierten und nicht-infizierten Makrophagen untersucht. Das Histogramm zeigt die Anzahl der infizierten Zellen und die Stärke der FasL-Expression (Y-Achse, Zahl der fluoreszierenden Zellen; X-Achse, Stärke der Fluoreszenz, bestimmt mittels eines Fluoreszenzgekoppelten anti-FasL- Antikörpers). (B) 5 lCr-Freisetzungstest zur Bestimmung der Fähigkeit der infizierten, FasL-exprimierenden Zellen, die Apoptose in Zielzellen zu induzieren. Die mit den beiden unterschiedlichen Adenoviren infizierten Makrophagen bzw. nicht-infizierte Kontroll- Makrophagen wurden mit Chrom-markierten, Fas+ Zielzellen (A20-Zellen) inkubiert und die Lyse der Zielzellen durch die Freisetzung von 51 Chrom in den Kulturüberstand quantifiziert. Counts: Zahl der FasL-exprimierenden Zellen; FL2-H/PE: Stärke der FasL-Expression; Spezifische Lyse (%): Freisetzung von 51 Chrom, relativ zu einer Positivkontrolle mit maximaler 51 Chrom-Freisetzung durch Lyse der Zellen mittels SDS; E/T- Verhältnis: Verhältnis von Effektor-Zellen (infizierte Makrophagen) zu Zielzellen (A20-Zellen); M0-Ad/CV: Makrophagen, infiziert mit AdLacZ (Adenovirus, das LacZ exprimiert); M0 -Ad/FL: Makrophagen, infiziert mit Ad-FasL (Adenovirus, das FasL exprimiert); M0-FL: Makrophagen, transfiziert mit einem FasL-exprimierenden Plasmid;FIG. 1 graphically shows the results of infection of mouse macrophages with an adenovirus that expresses FasL. Macrophages from CD95-deficient B6 mice were purified and infected with adenoviruses that expressed either LacZ (AdLacZ, Ad / CV; FasL control) or FasL (AdFasL, Ad / FL). (A) The expression of FasL on AdFasL-infected and non-infected macrophages was examined by means of FACS. The histogram shows the number of infected cells and the strength of the FasL expression (Y axis, number of fluorescent cells; X axis, strength of the fluorescence, determined by means of a fluorescence-coupled anti-FasL antibody). (B) 5 l Cr release test to determine the ability of the infected FasL-expressing cells to induce apoptosis in target cells. The macrophages or non-infected control macrophages infected with the two different adenoviruses were incubated with chromium-labeled, Fas + target cells (A20 cells) and the lysis of the target cells was quantified by the release of 51 chromium into the culture supernatant. Counts: number of FasL-expressing cells; FL2-H / PE: strength of FasL expression; Specific lysis (%): release of 51 chromium, relative to a positive control with a maximum of 51 chromium release by lysis of the cells using SDS; E / T ratio: ratio of effector cells (infected macrophages) to target cells (A20 cells); M0-Ad / CV: macrophages infected with AdLacZ (adenovirus expressing LacZ); M0 -Ad / FL: macrophages infected with Ad-FasL (adenovirus expressing FasL); M0-FL: macrophages transfected with a FasL-expressing plasmid;
Figur 2 zeigt graphisch das Ergebnis der Hemmung der allogenen Stimulation von T-Zellen durch FasL-exprimierende antigenpräsentierende Zellen. Makrophagen wurden von B6-lpr/lpr- Mäusen isoliert und mit Adenoviren infiziert, die entweder LacZ (AdLacZ) oder FasL (AdFasL) exprimierten. Die infizierten Makrophagen wurden entweder mit T-Zellen von (A) Fas- exprimierenden B6-+/+-Mäusen oder (B) Fas-defizienten B6-lpr/lpr-Mäusen kokultiviert und die Stimulation der T-Zellen durch den Einbau von 3H-Tymidin gemessen (Mixed Lymphocyte Reaktion, MLR). M0-CV: Makrophagen, infiziert mit AdLacZ (Adenovirus, das LacZ exprimiert); M0-FL: Makrophagen, infiziert mit Ad-FasL (Adenovirus, das FasL exprimiert). Figur 3 zeigt graphisch das Ergebnis einer quantitative Analyse der Entzündungsreaktion in der Lunge, der Niere und der Leber. B6+ + und B6-gld/gld-Mäuse wurden intraperitoneal mit Maus- Zytomegalievirus infiziert (1 x lO3 pfu) und anschließend der Grad der Entzündung und der Gewebeschädigung in der Lunge (obere Tafel), der Niere (mittlere Tafel) und der Leber (untere Tafel) nach einer relativen Skala von 0 (keine Entzündung bzw. Schädigung) bis 4 (stärkste Entzündung bzw. Schädigung) eingeteilt. Die Balken in der Darstellung repräsentieren den Mittelwert ± Standardabweichung der Ergebnisse von mindestens 5 Mäusen zu jedem Untersuchungszeitpunkt.FIG. 2 graphically shows the result of the inhibition of allogeneic stimulation of T cells by FasL-expressing antigen-presenting cells. Macrophages were isolated from B6-lpr / lpr mice and infected with adenoviruses expressing either LacZ (AdLacZ) or FasL (AdFasL). The infected macrophages were co-cultivated with either T cells from (A) Fas-expressing B6 - + / + mice or (B) Fas-deficient B6-lpr / lpr mice and stimulation of the T cells by incorporating 3 H-tymidine measured (Mixed Lymphocyte Response, MLR). M0-CV: macrophages infected with AdLacZ (adenovirus expressing LacZ); M0-FL: Macrophages infected with Ad-FasL (adenovirus that expresses FasL). Figure 3 graphically shows the result of a quantitative analysis of the inflammatory response in the lungs, kidneys and liver. B6 + + and B6-gld / gld mice were infected intraperitoneally with mouse cytomegalovirus (1 x 10 3 pfu) and then the degree of inflammation and tissue damage in the lungs (upper panel), the kidney (middle panel) and the Liver (lower panel) classified according to a relative scale from 0 (no inflammation or damage) to 4 (most severe inflammation or damage). The bars in the illustration represent the mean ± standard deviation of the results of at least 5 mice at each time of the examination.
Figur 4 zeigt graphisch das Ergebnis der Verringerung der Entzündungen in der Lunge, der Niere und der Leber in Maus-Zytomegalievirus-infizierten Mäusen, die vor der Infektion mit AdFasL-infizierten antigenpräsentierenden Zellen (APC) behandelt wurden. B6-gld/gld- und B6- lprllpr-MM.se. wurden mit Maus-Zytomegalievirus infiziert und 28 Tage nach der Infektion mit APCs behandelt, die entweder mit Ad-CMVLacZ (FasL-Negativkontrolle), mit Maus- Zytomegalievirus (APC + MCMV), mit AdFasL (FasL-Positivkontrolle) oder mit Maus- Zytomegalievirus und AdFasL (MCMV + AdFasL) infiziert wurden. Die Mäuse wurden alle drei Tage vier mal mit den APCs behandelt, und vier Wochen nach dem Beginn der APC-Therapie untersucht. Lunge, Niere und Leber wurden mit Hämatoxilin und Eosin gefärbt und von drei unabhängigen Personen bewertet. Die Balken in der Darstellung repräsentieren den Mittelwert ± Standardabweichung der Entzündungsreaktion der verschiedenen Organe für die unterschiedlich behandelten Mäuse. Lunge-gld bzw. Lunge-lpr: Lunge von B6-gld/gld bzw. /pr//pr-Mäusen; Leber-gld bzw. Leber-lpr: Leber von B6-gld/gld bzw. pr//pr-Mäusen; Niere-gld bzw. Niere-lpr: Niere von B6-gld/gld bzw. /pr//pr-Mäusen; APC-AdLacZ: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit einem Adenovirus, das LacZ exprimiert; APC+MCMV: antigenpräsentierende Zellen, infiziert mit Maus-Zytomegalievirus; APC-AdFasL: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit einem Adenovirus, das FasL exprimiert; APC-AdFasL+MCMV: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit Maus-Zytomegalievirus und mit einem Adenovirus, das FasL exprimiert; * bezeichnet Mittelwerte, die bezüglich eines Konfidenzintervalls von 95 % (P < 0,05) signifikant von der Kontrollgruppe abweichen.FIG. 4 graphically shows the result of the reduction in inflammation in the lungs, kidneys and liver in mouse cytomegalovirus-infected mice which were treated before infection with AdFasL-infected antigen presenting cells (APC). B6-gld / gld- and B6- lprllpr-MM.se. were infected with mouse cytomegalovirus and treated 28 days after infection with APCs, either with Ad-CMVLacZ (FasL negative control), with mouse cytomegalovirus (APC + MCMV), with AdFasL (FasL positive control) or with mouse cytomegalovirus and AdFasL (MCMV + AdFasL) were infected. The mice were treated with the APCs four times every three days and examined four weeks after the start of the APC therapy. Lungs, kidneys and liver were stained with hematoxilin and eosin and evaluated by three independent people. The bars in the illustration represent the mean ± standard deviation of the inflammatory response of the different organs for the differently treated mice. Lung-gld or lung-lpr: lung of B6-gld / gld or / pr // pr-mice; Leber-gld or Leber-lpr: liver of B6-gld / gld or pr // pr mice; Kidney-gld or kidney-lpr: kidney of B6-gld / gld or / pr // pr mice; APC-AdLacZ: antigen-presenting cells infected with an adenovirus that expresses LacZ; APC + MCMV: antigen presenting cells infected with mouse cytomegalovirus; APC-AdFasL: antigen-presenting cells infected with an adenovirus that expresses FasL; APC-AdFasL + MCMV: antigen-presenting cells infected with mouse cytomegalovirus and with an adenovirus that expresses FasL; * denotes mean values that differ significantly from the control group with regard to a confidence interval of 95% (P <0.05).
Figur 5 zeigt graphisch das Ergebnis eines Experimentes zu Ermittlung der Menge an reaktiven T-Zellen spezifisch für Maus-Zytomegalievirus von Zytomegalievirus (MCMV) -infizierten Mäusen, die vor der Infektion mit AdFasL-infizierten antigenpräsentierenden Zellen (APC) behandelt wurden. B6- pr//pr-Mäuse wurden mit Maus-Zytomegalievirus infiziert und wie in Figur 4 beschrieben mit unterschiedlichen APCs therapiert. Von den MCMV-infizierten Mäusen wurden 4 Wochen nach APC-Therapie Milzzellen isoliert. Die T-Zellen wurden in vitro mit MCMV-infizierten APCs stimuliert und nach 48 Stunden der IL-2-haltige Überstand isoliert. APC-AdLacZ: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit einem Adenovirus, das LacZ exprimiert; APC-AdFasL: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit einem Adenovirus, das FasL exprimiert; APC-AdFasL+MCMV: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit Maus- Zytomegalievirus und mit einem Adenovirus, das FasL exprimiert; * bezeichnet Mittelwerte, die bezüglich eines Konfidenzintervalls von 95 % (P < 0,05) signifikant von der Kontrollgruppe abweichen.FIG. 5 graphically shows the result of an experiment to determine the amount of reactive T cells specific for mouse cytomegalovirus from cytomegalovirus (MCMV) -infected mice which, prior to infection with AdFasL-infected antigen presenting cells (APC) were treated. B6-pr // pr mice were infected with mouse cytomegalovirus and treated with different APCs as described in FIG. 4. Spleen cells were isolated from the MCMV-infected mice 4 weeks after APC therapy. The T cells were stimulated in vitro with MCMV-infected APCs and the IL-2-containing supernatant was isolated after 48 hours. APC-AdLacZ: antigen-presenting cells infected with an adenovirus that expresses LacZ; APC-AdFasL: antigen-presenting cells infected with an adenovirus that expresses FasL; APC-AdFasL + MCMV: antigen-presenting cells infected with mouse cytomegalovirus and with an adenovirus that expresses FasL; * denotes mean values that differ significantly from the control group with regard to a confidence interval of 95% (P <0.05).
Figur 6 zeigt graphisch das Ergebnis einer verringerter Produktion von Autoantikörpern in Zytomegalievirus (MCMV)-infizierten Mäusen, die vor der Infektion mit AdFasL-infizierten antigenpräsentierenden Zellen (APC) behandelt wurden. B6-gld/gld-Mäuse wurden mit Maus- Zytomegalievirus infiziert und wie in Figur 4 beschrieben mit unterschiedlichen APCs therapiert. Von den MCMV-infizierten Mäusen wurden 4 Wochen nach APC-Therapie Seren gewonnen. RF IgGl : Rheumafaktor; ds-DNA IgGl : Autoantikörper gegen doppelsträngige DNA; APC- AdLacZ: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit einem Adenovirus, das LacZ exprimiert; APC-AdFasL: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit einem Adenovirus, das FasL exprimiert; APC-AdFasL+MCMV: antigenpräsentierende Zellen infiziert mit Maus- Zytomegalievirus und mit einem Adenovirus, das FasL exprimiert; * bezeichnet Mittelwerte, die bezüglich eines Konfidenzintervalls von 95 % (P < 0,05) signifikant von der Kontrollgruppe abweichen.FIG. 6 graphically shows the result of a reduced production of autoantibodies in cytomegalovirus (MCMV) -infected mice which were treated before the infection with AdFasL-infected antigen presenting cells (APC). B6-gld / gld mice were infected with mouse cytomegalovirus and treated with different APCs as described in FIG. 4. Sera were obtained from the MCMV-infected mice 4 weeks after APC therapy. RF IgGl: rheumatoid factor; ds-DNA IgGl: autoantibodies against double-stranded DNA; APC-AdLacZ: antigen-presenting cells infected with an adenovirus that expresses LacZ; APC-AdFasL: antigen-presenting cells infected with an adenovirus that expresses FasL; APC-AdFasL + MCMV: antigen-presenting cells infected with mouse cytomegalovirus and with an adenovirus that expresses FasL; * denotes mean values that differ significantly from the control group with regard to a confidence interval of 95% (P <0.05).
Figur 7 zeigt humane Makrophagen, die mit einem Adenovirus, das LacZ exprimiert, infiziert wurden. Die virusinfizierten Makrophagen wurden mit einer X-Gal-Färbung identifiziert, die ß- Galaktosidase (LacZ) mittels deren katalytischen Eigenschaften in den infizierten Zellen nachweist.Figure 7 shows human macrophages infected with an adenovirus expressing LacZ. The virus-infected macrophages were identified with an X-Gal stain, which ß-galactosidase (LacZ) detects by means of their catalytic properties in the infected cells.
Figur 8 zeigt graphisch die Ergebnisse eines Experimentes zum Nachweis des modulierenden Einflusses von IL-10 und Tumornekrosefaktor (TNF) auf die Funktion Dentritischer Zellen (DC) als antigenpräsentierende Zellen. Aus mononukleären Zellen des peripheren Blutes wurden durch Behandlung mit IL-4 und GM-CFS in vitro Dentritische Zellen generiert. Die DCs wurden entweder mit TNF oder mit IL-10 behandelt und anschließend mit allogenen T-Zellen inkubiert und die Stimulation und Vermehrung der T-Zellen durch den Einbau von 3H-markiertem Thymidin gemessen. APC: antigenpräsentierende Zellen; DC (TNF): Dentritische Zellen, stimuliert mit Tumornekrosefaktor (TNF); DC (IL-10): Dentritische Zellen, stimuliert mit Interleukin-10 (IL-10); allo T cells: T-Zellen eines Spenders mit allogenem MHC-Muster, d.h. von den DCs abweichendem MHC-Muster. Die X-Achse zeigt die Menge an APCs, die in die Reaktion eingesetzt wurden. Die Y-Achse zeigt die radioaktiven Zerfälle pro Minute (CPM) als Maß für den Einbau des radioaktiv-markierten Nukleotids bzw. als Maß für die Stimulation der T-Zellen.FIG. 8 graphically shows the results of an experiment to demonstrate the modulating influence of IL-10 and tumor necrosis factor (TNF) on the function of dentritic cells (DC) as antigen-presenting cells. Dentritic cells were generated from mononuclear cells of the peripheral blood by treatment with IL-4 and GM-CFS in vitro. The DCs were either treated with TNF or with IL-10 and then incubated with allogeneic T cells and the stimulation and proliferation of the T cells measured by the incorporation of 3 H-labeled thymidine. APC: antigen presenting cells; DC (TNF): Dentritic cells stimulated with tumor necrosis factor (TNF); DC (IL-10): Dentritic cells stimulated with interleukin-10 (IL-10); allo T cells: T cells of a donor with an allogeneic MHC pattern, ie MHC pattern deviating from the DCs. The X axis shows the amount of APCs that were used in the reaction. The Y axis shows the radioactive decays per minute (CPM) as a measure of the incorporation of the radioactively labeled nucleotide or as a measure of the stimulation of the T cells.
Figur 9 zeigt graphisch die Ergebnisse eines Experimentes zum Nachweis einer allogenspezifischen Suppression durch tolerisierende antigenpräsentierender Zellen (APC). Aus mononukleären Zellen des peripheren Blutes wurden durch Behandlung mit IL-4 und GM-CFS in vitro Dentritische Zellen generiert. Die DCs wurden entweder mit TNF oder mit IL-10 behandelt und anschließend mit allogenen T-Zellen inkubiert. Fünf Tage später wurden die T- Zellen aus dieser Reaktion mit antigenpräsentierenden Zellen eines dritten allogenen Spenders inkubiert und die Stimulation und Vermehrung der T-Zellen durch den Einbau von 3H- markiertem Thymidin gemessen. A, B und C bezeichnen Spender mit unterschiedlichen (allogenen) MHC-Mustern; MLR: Mixed Lymphocyte Reaction. Die Y-Achse zeigt die radioaktiven Zerfälle pro Minute (CPM) als Maß für den Einbau des radioaktiv-markierten Nukleotids bzw. als Maß für die Stimulation der T-Zellen. Unter den einzelnen Balken ist die Zusammensetzung der ersten Stimulationsreaktion (1. MLR) und der zweiten Reaktion (2. MLR) angegeben.FIG. 9 graphically shows the results of an experiment for the detection of an allogene-specific suppression by tolerating antigen-presenting cells (APC). Dentritic cells were generated from mononuclear cells of the peripheral blood by treatment with IL-4 and GM-CFS in vitro. The DCs were treated with either TNF or IL-10 and then incubated with allogeneic T cells. Five days later, the T cells from this reaction were incubated with antigen-presenting cells from a third allogeneic donor and the stimulation and proliferation of the T cells were measured by the incorporation of 3 H-labeled thymidine. A, B and C denote donors with different (allogeneic) MHC patterns; MLR: Mixed Lymphocyte Reaction. The Y axis shows the radioactive decays per minute (CPM) as a measure of the incorporation of the radioactively labeled nucleotide or as a measure of the stimulation of the T cells. The composition of the first stimulation response (1st MLR) and the second response (2nd MLR) is shown under the individual bars.
Figur 10 zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vektoren (A) pcDNA3-TK- IRES-crmA und (B) pcDNA3-FasL-IRES-PLP,. Kodierende Leserahmen wie die Nukleinsäuresequenz für den Fas-Liganden (FasL), das Proteolipidprotein (PLP), die Thymidinkinase (TK) und crmA, sowie für Resistenzproteine wie Neomycin und Ampicilin sind mit hellen Pfeilen eingezeichnet. Regulatorisch aktive, eukaryotische Promotorelemente wie der CMV-Promotor und der SV40-Promotor sind durch dunkle Pfeile dargestellt, prokaryotische Promotoren wie der SP6- und der T7-Promotor sind durch dünne abgewinkelte Pfeile dargestellt. Schnittstellen für ausgewählte Restriktionsendonukleasen wie BamΑl, EcoRI, Xhόl und HincfiR sind mit der Kennzeichnung der Nuklease markiert. Durch dünne Balken markiert sind regulatorische Nukleinsäuresequenzen wie die Polyadenylierungssequenz der SV40- Virus (SV40polyA) und die LRES, die interne Ribosomenbindungsstelle.FIG. 10 schematically shows the structure of the vectors (A) pcDNA3-TK-IRES-crmA and (B) pcDNA3-FasL-IRES-PLP, according to the invention. Coding reading frames such as the nucleic acid sequence for the Fas ligand (FasL), the proteolipid protein (PLP), the thymidine kinase (TK) and crmA, and for resistance proteins such as neomycin and ampicilin are shown with bright arrows. Regulatory active, eukaryotic promoter elements such as the CMV promoter and the SV40 promoter are represented by dark arrows, prokaryotic promoters such as the SP6 and the T7 promoter are represented by thin angled arrows. Interfaces for selected restriction endonucleases such as BamΑl, EcoRI, Xhόl and HincfiR are marked with the identification of the nuclease. Are marked by thin bars regulatory nucleic acid sequences such as the polyadenylation sequence of the SV40 virus (SV40polyA) and the LRES, the internal ribosome binding site.
Der hier verwendete Ausdruck "Vektor" oder "Gentransfervektor" bezeichnet natürlich vorkommende oder künstlich erschaffene Organismen und Konstrukte zur Aufnahme, Vermehrung, Expression oder Übertragung von Nukleinsäuren in Zellen. Vektoren sind beispielsweise Viren, wie Retroviren, Adenoviren, Adeno-assoziierte Viren, Pockenviren, Alphaviren oder Herpesviren. Vektoren sind beispielsweise auch Bakterien, wie Listerien, Shigellen, oder Salmonellen. Vektoren sind beispielsweise auch Liposomen oder nackte DNA, wie bakterielle Plasmide, von Viren abgeleitete Plasmide, Phagemide, Cosmide, Bakteriophagen oder künstlich hergestellte Nukleinsäuren wie artifizielle Chromosomen.The term "vector" or "gene transfer vector" used here denotes naturally occurring or artificially created organisms and constructs for the uptake, multiplication, expression or transfer of nucleic acids in cells. Vectors are, for example, viruses such as retroviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses, smallpox viruses, alpha viruses or herpes viruses. Vectors are also, for example, bacteria, such as listeria, shigella or salmonella. Vectors are also, for example, liposomes or naked DNA, such as bacterial plasmids, virus-derived plasmids, phagemids, cosmids, bacteriophages or artificially produced nucleic acids such as artificial chromosomes.
Der hier verwendete Ausdruck "Apoptoserezeptor" bezeichnet Polypeptide, die in der Zytoplasmamembran von Zellen lokalisiert sind, und die nach einer Wechselwirkung und Aktivierung durch einen spezifischen Liganden die Apoptose in der Zelle einleiten. Ein beispiel für Apoptoserezeptoren sind Polypeptide, die zur Unterfamilie von Tumornekrosefaktor- Rezeptoren gehören, die durch zytoplasmatische Todesdomänen gekennzeichnet sind, z.B. CD95 / Fas / Apol, TRAIL-Rl, TRAIL-R2 oder Apo3.The term "apoptosis receptor" as used herein denotes polypeptides which are located in the cytoplasmic membrane of cells and which, after interaction and activation by a specific ligand, induce apoptosis in the cell. An example of apoptosis receptors are polypeptides that belong to the subfamily of tumor necrosis factor receptors that are characterized by cytoplasmic death domains, e.g. CD95 / Fas / Apol, TRAIL-Rl, TRAIL-R2 or Apo3.
Der hier verwendete Ausdruck "Ligand" oder "apoptoseauslösender Ligand" oder "Apoptoseligand" bezeichnet ein membranständiges Polypeptid, das mit Apoptoserezeptoren wechselwirken kann. Durch die Bindung der Liganden an die Apoptoserezeptoren werden die Rezeptoren aktiviert und die Apoptose in den Zellen, die die Rezeptoren tragen, induziert. Apoptoseliganden sind beispielsweise CD95L / FasL / ApolL, TRAIL oder Apo3L.The term “ligand” or “apoptosis-triggering ligand” or “apoptosis ligand” used here denotes a membrane-bound polypeptide which can interact with apoptosis receptors. Binding of the ligands to the apoptosis receptors activates the receptors and induces apoptosis in the cells that carry the receptors. Apoptosis ligands are, for example, CD95L / FasL / ApolL, TRAIL or Apo3L.
Der hier verwendete Ausdruck "Antiapoptosemoleküle" bezeichnet Polypeptide, die in der Zelle die Apoptose hemmen. Diese Polypeptide können zellulären oder viralen Ursprungs sein. Antiapoptosemoleküle bezeichnen ferner Nukleinsäuremoleküle, umfassend Nukleinsäuren, die komplementär zu Nukleinsäuren sind, die für apoptoseauslösende Polypeptide kodieren.The term "anti-apoptosis molecules" used here denotes polypeptides which inhibit apoptosis in the cell. These polypeptides can be of cellular or viral origin. Anti-apoptosis molecules also refer to nucleic acid molecules, comprising nucleic acids that are complementary to nucleic acids that code for polypeptides that trigger apoptosis.
Der hier verwendete Ausdruck "Antigen" bezeichnet Polypeptide, die entweder ein vollständiges Protein oder Teile eines Proteins umfassen, die einzelne oder mehrere T-Zell-Epitope einschließen, und nach proteolytischer Aufarbeitung durch die Zelle von MHC-Molekülen präsentiert und von T-Zellrezeptoren gebunden werden.The term "antigen" as used herein refers to polypeptides that comprise either a whole protein or parts of a protein, the single or multiple T cell epitopes include, and after proteolytic processing by the cell presented by MHC molecules and bound by T cell receptors.
Der hier verwendete Ausdruck "Suizidenzym" bezeichnet Polypeptide, die gering oder nicht toxische Substrate in toxische Substanzen umwandeln oder so verändern, daß sie von Enzymen der Zelle verwendet oder umgewandelt werden können.The term "suicide enzyme" as used herein denotes polypeptides which convert low or non-toxic substrates into toxic substances or so that they can be used or converted by cell enzymes.
Der hier verwendete Ausdruck "IRES" bezeichnet Nukleinsäuresequenzen von Viren, die eine Bindung von funktionell aktiven Ribosomen unabhängig von den zellulären Regulationssequen- zen wie beispielsweise der 5'-Cap-Struktur ermöglichen. IRES-Sequenzen sind durch eine starke Sekundär Struktur gekennzeichnet. IRES-Sequenzen wurden beispielsweise bei Picornaviren beschrieben.The term “IRES” used here denotes nucleic acid sequences of viruses which enable functionally active ribosomes to be bound independently of the cellular regulatory sequences such as, for example, the 5'-cap structure. IRES sequences are characterized by a strong secondary structure. IRES sequences have been described, for example, in picornaviruses.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in Fällen von Autoimmunerkrankungen und Erkrankungen mit Immunpathogenese eine gezielte, antigenspezifische Immuntherapie zu ermöglichen. Einzelne T-Zell-Klone mit definierter Spezifität für zelluläre oder erregerspezifische Proteine sollen eliminiert und so eine immunologische Toleranz gegen ein Antigen erzeugt bzw. wieder hergestellt werden.An object of the present invention is to enable targeted, antigen-specific immunotherapy in cases of autoimmune diseases and diseases with immunopathogenesis. Individual T-cell clones with defined specificity for cellular or pathogen-specific proteins are to be eliminated and thus an immunological tolerance to an antigen is to be created or restored.
Die Erfindung betrifft einen Gentransfervektor, umfassend mindestens ein Nukleinsäuremolekül, umfassend eine erste Nukleinsäuresequenz, kodierend für einen oder mehrere apoptoseauslösende(n) Liganden, eine zweite Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Antigen(e) und gegebenenfalls, eine dritte Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Antiapoptosemolekül(e), und gegebenenfalls eine vierte Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Suizidenzym(e). Bevorzugt ist ein Gentransfervektor, umfassend ein Nukleinsäuremolekül, umfassend die ersten drei, oder alle vier, oder die ersten zwei und die vierte Nukleinsäuresequenzen. Ferner bevorzugt ist ein Gentransfervektor, umfassend zwei Nukleinsäuremoleküle, wobei die erste und zweite Nukleinsäuresequenz auf einem ersten Nuklemsäuremolekül und die dritte und vierte Nukleinsäuresequenz auf einem zweiten Nukleinsäuremolekül vorkommen. Besonders bevorzugt ist ein Gentransfervektor, wobei die erste und zweite Nukleinsäuresequenz so funktional miteinander verbunden ist, daß die Expression der zweiten Nukleinsäuresequenz von der Expression der ersten Nukleinsäuresequenz abhängig ist, und/oder die dritte und vierte Nukleinsäuresequenz so funktional miteinander verbunden ist, daß die Expression der vierten Nukleinsäuresequenz von der Expression der dπtten Nukleinsäuresequenz abhängig ist.The invention relates to a gene transfer vector comprising at least one nucleic acid molecule, comprising a first nucleic acid sequence coding for one or more apoptosis-triggering ligands, a second nucleic acid sequence coding for one or more antigen (s) and optionally, a third nucleic acid sequence coding for a or more anti-apoptosis molecule (s), and optionally a fourth nucleic acid sequence, coding for one or more suicide enzyme (s). Preferred is a gene transfer vector comprising a nucleic acid molecule comprising the first three, or all four, or the first two and the fourth nucleic acid sequences. Also preferred is a gene transfer vector comprising two nucleic acid molecules, the first and second nucleic acid sequences occurring on a first nucleic acid molecule and the third and fourth nucleic acid sequences occurring on a second nucleic acid molecule. A gene transfer vector is particularly preferred, the first and second nucleic acid sequences being functionally linked to one another such that the expression of the second nucleic acid sequence is dependent on the expression of the first nucleic acid sequence, and / or the third and fourth nucleic acid sequences is functionally interconnected that the expression of the fourth nucleic acid sequence is dependent on the expression of the third nucleic acid sequence.
Die erfindungsgemäßen Gentransfervektoren können zur Therapie von Autoimmunerkrankungen und anderen Erkrankungen, die auf Immunpathogenese beruhen, verwendet werden. Immunpathogenese bedeutet eine Schädigung von Zellen, Geweben oder Organen durch zelluläre oder humorale Immunmechamsmen, d. h. durch Lymphozyten oder Antikörper oder Komplement-vermittelte Mechanismen. Die erfindungsgemäßen Vektoren können dazu verwendet werden, Zellen des Körpers ex vivo auf gentechnischem Wege zu verändern Durch diese Gentherapievektoren erhalten die zu modifizierenden Zellen eine Reihe neuer Eigenschaften, die sie dazu geeignet machen, Autoimmunerkrankungen und andere Erkrankungen, die auf Immunpathogenese beruhen, zu therapieren. Im Sinne dieser Erfindung bedeutet geeignet, daß die modifizierten Zellen in der Lage sind, die Immunzellen, die an der Pathogenese beteiligt sind, anzulocken, spezifisch zu erkennen und diese durch Auslösen der Apoptose zu zerstören.The gene transfer vectors according to the invention can be used for the therapy of autoimmune diseases and other diseases which are based on immunopathogenesis. Immunopathogenesis means damage to cells, tissues or organs by cellular or humoral immunomechanisms, i.e. H. by lymphocytes or antibodies or complement-mediated mechanisms. The vectors according to the invention can be used to modify cells of the body ex vivo by genetic engineering. These gene therapy vectors give the cells to be modified a number of new properties which make them suitable for treating autoimmune diseases and other diseases based on immunopathogenesis. For the purposes of this invention, suitable means that the modified cells are able to specifically attract the immune cells which are involved in the pathogenesis and to destroy them by inducing apoptosis.
Die erfindungsgemäßen Vektoren können auf einer Vielzahl heute verfügbarer Vektorsysteme beruhen, die in der Lage sind, eine Reihe unterschiedlicher Gene bzw. funktioneller Bereiche zu tragen und die entsprechenden Genprodukte in eukaryoten Zellen zu expπmieren. Im Falle von Vektoren, die auf viralen Systemen basieren, werden Nukleinsäuresequenzen in diese Vektoren mit Hilfe von Verpackungszellimen oder anderen, in vztro-Systemen verpackt. Die Vektoren können dann entweder aktiv in die Zellen eindringen oder von ihnen aufgenommen werden. Nicht virale Vektoren werden über unterschiedliche, auf physikalischen und biologischen Mechanismen beruhende Verfahren des Transfers in die Zielzellen eingebracht. Eine wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Vektoren ist, daß in den modifizierten Zellen keine viralen oder sonstige mit dem Vektorsystem in Zusammenhang stehende Proteine synthetisiert werden, die für die Funktion der durch die Vektorsysteme modifizierten Zellen störend sein könnten. Eine Expression viraler oder sonstiger Proteine wäre dann im Sinne der Erfindung schädlich, wenn die modifizierten Zellen, die diese Proteine produzieren, von Immunzellen erkannt und zerstört werden. Im Sinne dieser Erfindung wäre diese Erkennung schädlich, wenn dadurch die natürliche Funktion des Immunsystems, virale oder bakterielle Erreger, entartete Zellen, oder sonstige normalerweise vom Immunsystem erkannte Zellen oder Erreger zu erkennen und zu zerstören, beeinträchtigt wird. Schädlich ist auch, wenn dadurch die Effizienz der Zellen, die immunpathogenen Immunzellen zu zerstören, eingeschränkt wird.The vectors according to the invention can be based on a large number of vector systems available today which are able to carry a number of different genes or functional areas and to expand the corresponding gene products in eukaryotic cells. In the case of vectors based on viral systems, nucleic acid sequences are packaged in these vectors with the aid of packaging cells or others in vztro systems. The vectors can then either actively enter the cells or be taken up by them. Non-viral vectors are introduced into the target cells using different methods of transfer based on physical and biological mechanisms. An important property of the vectors according to the invention is that no viral or other proteins related to the vector system are synthesized in the modified cells, which could interfere with the function of the cells modified by the vector systems. Expression of viral or other proteins would be harmful in the sense of the invention if the modified cells that produce these proteins are recognized and destroyed by immune cells. For the purposes of this invention, this detection would be harmful if it would impair the natural function of the immune system, viral or bacterial pathogens, degenerate cells, or other cells or pathogens normally recognized by the immune system. It is also harmful if this affects the efficiency of the cells that destroy immunopathogenic immune cells.
Die mittels der erfindungsgemäßen Vektoren, umfassend die erfindungsgemäße Kombination von Nukleinsäuresequenzen, modifizierten Zellen exprimieren Antigene, die von immunpathogenen Immunzellen erkannt werden. Diese immunpathogenen Zellen spielen für die Pathogenese einer definierten Erkrankung eine besondere Rolle, da sie spezifisch (körpereigene) Antigene erkennen und eine Immunreaktion gegen diese Antigene und die Antigen- exprimierenden Zellen koordinieren. Die mit den erfmdungsgemäßen Vektoren in die Zellen eingeführten Antigene können spezifisch für bestimmte Erkrankungen bzw. spezifisch für die angegriffenen Organ, Gewebe oder den angegriffenen Zelltyp sein. Die erfindungsgemäßen Vektoren kodieren zusätzlich für apoptoseauslösende Liganden. Diese apoptoseauslösenden Liganden induzieren in den immunpathogenen Immunzellen, die die Antigene erkennen, den natürlichen Zelltod. Die erfindungsgemäßen Vektoren können für ein oder mehrere unterschiedliche apoptoseauslösende Liganden kodieren. Von den modifizierten Zellen werden nur solche Immunzellen, die das künstlich synthetisierte antigene Epitop erkennen und daher mit den modifizierten Zellen physikalisch in Kontakt treten, erkannt und zerstört.The cells modified by means of the vectors according to the invention, comprising the combination of nucleic acid sequences according to the invention, express antigens which are recognized by immunopathogenic immune cells. These immunopathogenic cells play a special role in the pathogenesis of a defined disease, since they specifically recognize (endogenous) antigens and coordinate an immune reaction against these antigens and the antigen-expressing cells. The antigens introduced into the cells with the vectors according to the invention can be specific for certain diseases or specific for the attacked organ, tissue or the attacked cell type. The vectors according to the invention additionally code for ligands which trigger apoptosis. These ligands that trigger apoptosis induce natural cell death in the immunopathogenic immune cells that recognize the antigens. The vectors according to the invention can code for one or more different ligands which trigger apoptosis. Of the modified cells, only those immune cells that recognize the artificially synthesized antigenic epitope and therefore physically come into contact with the modified cells are recognized and destroyed.
Die Nukleinsäurensequenzen, die für die Auslösung der Apoptose verantwortlich sind (apoptoseauslösende Liganden), und die, welche für die antigenen Polypeptide kodieren (Antigene), können auf transkriptioneller Ebene so funktional gekoppelt bzw. miteinander verbunden sein, daß eine Expression der Antigene nicht ohne Expression der apoptoseauslösenden Liganden möglich ist. Die Sicherheit der erfindungsgemäßen Vektoren wird dadurch stark erhöht, da somit verhindert wird, daß es zu einer Erkennung der veränderten Zellen durch die krankmachen Immunzellen und dadurch zu deren Stimulation kommen kann, ohne daß in diesen Zellen gleichzeitig die Apoptose ausgelöst wird.The nucleic acid sequences which are responsible for triggering apoptosis (ligands which trigger apoptosis) and those which code for the antigenic polypeptides (antigens) can be functionally coupled or linked at the transcriptional level in such a way that expression of the antigens is not without expression the ligands that trigger apoptosis is possible. The safety of the vectors according to the invention is greatly increased since this prevents the altered cells from being recognized by the diseased immune cells and thereby stimulated without the apoptosis being triggered in these cells at the same time.
Die Nukleinsäuresequenzen der erfindungsgemäßen Vektoren können zusätzlich Gene bzw. funktionelle Bereiche tragen, die verhindern, daß die durch den erfindungsgemäßen Vektor veränderten Zellen selbst über autokrine Mechanismen die Apoptose einleiten und sich so selbst zerstören (Antiapoptosemoleküle). Dadurch wird die Effizienz der Vektoren und der veränderten Zellen stark erhöht. Die Gene oder funktionellen Bereiche kodieren entweder für Regulatoren der Aktivität apoptoseauslösender Faktoren oder sie verhindern deren Expression. Die erfindungsgemäßen Vektoren können gegebenenfalls zusätzlich Nukleinsäuresequenzen umfassen, die Polypeptide kodieren, die es ermöglichen, die gentechnisch modifizierten Zellen nach der Rückinfusion in den Körper falls gewünscht zu eliminieren (Suizidgene). Eine zu der funktionalen Koppelung der Nukleinsäuresequenzen, die für das Antigen und die apoptoseauslösenden Liganden kodieren, vergleichbare funktionale Koppelung, kann für die Nukleinsäuresequenzen vorliegen, die für die Antiapoptosemoleküle und die Suizidenzyme kodieren. Durch diese Koppelung wird sichergestellt, daß Zellen, die aufgrund der Antiapoptosemoleküle nicht mehr im Körper eliminiert werden können, durch die Funktion der Suizidenzyme entfernt werden können.The nucleic acid sequences of the vectors according to the invention can additionally carry genes or functional areas which prevent the cells modified by the vector according to the invention from initiating apoptosis and thus self-destructing themselves (anti-apoptosis molecules) via autocrine mechanisms. This greatly increases the efficiency of the vectors and the changed cells. The genes or functional areas either code for regulators of the activity of apoptosis-inducing factors or prevent their expression. The vectors according to the invention can optionally additionally comprise nucleic acid sequences which encode polypeptides which make it possible, if desired, to eliminate the genetically modified cells after re-infusion into the body (suicide genes). A functional coupling which is comparable to the functional coupling of the nucleic acid sequences which code for the antigen and the apoptosis-triggering ligands can be present for the nucleic acid sequences which code for the anti-apoptosis molecules and the suicide enzymes. This coupling ensures that cells that can no longer be eliminated in the body due to the anti-apoptosis molecules can be removed by the function of the suicide enzymes.
Die Nukleinsäuresequenzen für die Antiapoptosemoleküle und die Suizidenzyme können auf demselben Nukleinsäuremolekül liegen, auf dem die Nukleinsäuresequenzen für die apoptoseauslösenden Liganden und die Antigene liegen, oder sie können auf einem anderen Nukleinsäuremolekül liegen.The nucleic acid sequences for the antiapoptosis molecules and the suicide enzymes can lie on the same nucleic acid molecule on which the nucleic acid sequences for the apoptosis-triggering ligands and the antigens lie, or they can lie on a different nucleic acid molecule.
Die Erfindung betrifft ferner einen Gentransfervektor als therapeutisches Mittel. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Gentransfervektoren zur Herstellung eines therapeutischen Mittels zur Prävention oder Therapie von Autoimmunerkrankungen, z.B. rheumatoide Artritis, systemische Lupus Erythematodes, Sjögren-Syndrom, Polymyositis, Dermatomyositis, Polymyalgica Rheumatica, Arteriitis Temporalis, Spondylarthropathien wie Morbus Bechterew, Morbus Crohn, Colitis Ulcerosa, Zöliakie, Autoimmun-Hepatitis, Diabetes mellitus Typ I, Nebenniereninsuffizienz, Thyroiditis, Psoriasis, Dermatitis, Herpetiformis, Pemphigus Vulgaris, Alopezie, Multiple Sklerose, Myastenia Gravis, oder zur Prävention oder Therapie von chronisch entzündlichen Prozessen, die auf Immunpathogenese beruhen, beispielsweise chronische Entzündungen nach viralen- oder bakteriellen Infektionen wie chronische Hepatitis bei Hepatitis- B-Virus- oder Hepatitis-C-Virus-Infektionen, oder Gehirnentzündung nach Infektion mit dem Masern- Virus, und zur Prävention- oder Therapie von Transplantatabstoßungen.The invention further relates to a gene transfer vector as a therapeutic agent. The invention further relates to the use of the gene transfer vectors for the production of a therapeutic agent for the prevention or therapy of autoimmune diseases, e.g. rheumatoid artritis, systemic lupus erythematosus, Sjogren's syndrome, polymyositis, dermatomyositis, polymyalgica rheumatica, temporal arteritis, spondyloarthropathies such as ankylosing spondylitis, Crohn's disease, ulcerative colitis, celiac disease, autoimmune nebiitis, autoimmune nebiitis, type I diabetes mellitus, autoimmune hepatitis i , Herpetiformis, pemphigus vulgaris, alopecia, multiple sclerosis, myastenia gravis, or for the prevention or therapy of chronic inflammatory processes that are based on immunopathogenesis, for example chronic inflammation after viral or bacterial infections such as chronic hepatitis in hepatitis B virus or hepatitis -C virus infections, or inflammation of the brain after infection with the measles virus, and for the prevention or therapy of graft rejection.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Gentransfervektoren zur ex vivo Modifikation von eukaryotischen Zellen, insbesondere tierischen oder Säugerzellen, insbesondere humanen Zellen. Retrovirale VektorenThe invention further relates to the use of the gene transfer vectors for the ex vivo modification of eukaryotic cells, in particular animal or mammalian cells, in particular human cells. Retroviral vectors
Vorzugsweise sind die Gentransfervektoren retrovirale und insbesondere auf Lentiviren basierende Vektoren. Diese stellen eine geeignete Plattform für die Entwicklung effizienter Vektoren zur Übertragung von Nukleinsäuren in Zellen dar. Die Insertion eines gewünschten Fremdgens in einen geeigneten Vektor und die Verpackung in retrovirale Partikel kann mit bereits detailliert beschriebenen Methoden durchgeführt werden und ist Stand der Technik. Die erzeugten rekombinanten Viren werden anschließend isoliert und in vivo oder ex vivo mit den gewünschten Zielzellen inkubiert. Eine Vielzahl unterschiedlicher retroviraler Systeme wurde bislang beschrieben und eignet sich zum Transfer der erfindungsgemäßen Kombinationen von Nukleinsäuresequenzen. Bevorzugt sind daher retrovirale und insbesondere lentivirale Gentransfervektoren zum Transfer der erfindungsgemäßen Kombinationen von Nukleinsäuresequenzen in eukaryotische Zellen.The gene transfer vectors are preferably retroviral and in particular based on lentiviruses. These represent a suitable platform for the development of efficient vectors for the transfer of nucleic acids into cells. The insertion of a desired foreign gene into a suitable vector and the packaging into retroviral particles can be carried out using methods already described in detail and is state of the art. The recombinant viruses generated are then isolated and incubated in vivo or ex vivo with the desired target cells. A large number of different retroviral systems have been described so far and are suitable for transferring the combinations of nucleic acid sequences according to the invention. Retroviral and in particular lentiviral gene transfer vectors are therefore preferred for transferring the combinations of nucleic acid sequences according to the invention into eukaryotic cells.
Erfindungsgemäße retrovirale Gentransfervektoren können auf der Basis unterschiedlicher Retroviren wie zum Beispiel der Retroviren vom Typ B, C oder D sowie der Spumaviren und Lentiviren basieren.Retroviral gene transfer vectors according to the invention can be based on different retroviruses such as, for example, the retroviruses of type B, C or D as well as spumaviruses and lentiviruses.
Repräsentative Vertreter geeigneter Retrovirusfamilien sind zum Beispiel solche, die in "RNA Tumor Viruses", auf den Seiten 2 - 7 beschrieben werden sowie eine Vielzahl von xenotrophen Retroviren, wie z.B. NZB-Xl, NZB-X2 und NZB9-1 und polytrophen Retroviren, wie z.B. MCF und MCF-MLV. Diese Retroviren können aus Lagerbeständen oder Sammlungen, wie z.B. der American Type Culture Collection ("ATCC"; Manassas, Va.) bezogen werden, oder sind aus biologischem Material unter Verwendung gängiger und publizierter molekularbiologischer Techniken isolierbar.Representative representatives of suitable retrovirus families are, for example, those described in "RNA Tumor Viruses" on pages 2-7 and a large number of xenotrophic retroviruses, such as e.g. NZB-Xl, NZB-X2 and NZB9-1 and polytrophic retroviruses, e.g. MCF and MCF-MLV. These retroviruses can be found in inventory or collections such as the American Type Culture Collection ("ATCC"; Manassas, Va.), or can be isolated from biological material using common and published molecular biological techniques.
Für die Herstellung retroviraler Gentransfervektoren besonders geeignete Retroviren beinhalten Vertreter aus der Gruppe der Vogel-Leukämie- Viren, Rinder-Leukämie- Viren, Maus-Leukämie- Viren, Mink-ce// ocw5-induzierenden Viren, Maus-Sarkom- Viren, Gibbon-Leukämie-Viren, Katzen-Leukämie-Viren, retikuloendothelialen Viren und Rous-Sarkom- Viren. Besonders geeignet sind Maus-Leukämie-Viren wie z.B. die Vertreter 4070A und 1504A, Abelson (ATCC Nr. VR-999), Friend (ATCC Nr. VR-245), Graffi, Gross (ATCC Nr. VR-590), Kirsten, Harvey- Sarkom- Virus und Rauscher (ATCC Nr. VR-998) sowie das Moloney-Maus-Leukämie-Virus (ATCC No. VR-190). Besonders geeignet sind auch das Rous-Sarkom- Virus einschließlich Bratislava, Bryan high titer (z.B., ATCC Nr. VR-334, VR-657, VR-726, VR-659, und VR-728), Bryan Standard, Carr-Zilber, Engelbreth-Holm, Harris, Prague (z.B., ATCC Nr. VR-772, und 45033) und Schmidt-Ruppin (z.B., ATCC Nr. VR-724, VR-725, VR-354).Retroviruses particularly suitable for the production of retroviral gene transfer vectors include representatives from the group of avian leukemia viruses, bovine leukemia viruses, mouse leukemia viruses, Mink-ce // ocw5-inducing viruses, mouse sarcoma viruses, Gibbon viruses. Leukemia viruses, feline leukemia viruses, reticuloendothelial viruses and Rous sarcoma viruses. Mouse leukemia viruses such as representatives 4070A and 1504A, Abelson (ATCC No. VR-999), Friend (ATCC No. VR-245), Graffi, Gross (ATCC No. VR-590), Kirsten, are particularly suitable. Harvey's Sarcoma Virus and Rauscher (ATCC No. VR-998) and the Moloney Mouse Leukemia Virus (ATCC No. VR-190). The Rous sarcoma virus is also particularly suitable Bratislava, Bryan high titer (e.g., ATCC No. VR-334, VR-657, VR-726, VR-659, and VR-728), Bryan Standard, Carr-Zilber, Engelbreth-Holm, Harris, Prague (e.g., ATCC No. VR-772, and 45033) and Schmidt-Ruppin (e.g., ATCC No. VR-724, VR-725, VR-354).
Bei speziellen, in der Erfindung beschriebenen Anwendungen können Bestandteile der Nukleinsäuremoleküle der retroviralen Gentransfervektoren auch von anderen als den aufgelisteten Retroviren stammen. Zum Beispiel können retrovirale Vektor long terminal repeat (LTR) Bereiche von dem Maus-Sarkom- Virus, die tRNA Bindungsstelle von dem Rous-Sarkom- Virus, das Verpackungssignal von dem Maus-Leukämie- Virus, und der Ursprung für die Zweitstrang-DNS-Synthese von dem Vogel-Leukämie- Virus stammen.In special applications described in the invention, constituents of the nucleic acid molecules of the retroviral gene transfer vectors can also originate from retroviruses other than those listed. For example, retroviral vector long terminal repeat (LTR) regions from the mouse sarcoma virus, the tRNA binding site from the Rous sarcoma virus, the packaging signal from the mouse leukemia virus, and the origin for the second strand DNA Synthesis derived from the avian leukemia virus.
Weiterhin können Nukleinsäuremoleküle für retrovirale Vektoren verwendet werden, die ein 5' LTR, eine tRNA-Bindungsstelle, ein Verpackungssignal, eine oder mehrere heterologe Sequenzen, einen Ursprung der Zweitstrang- DNS-Synthese und einen 3' LTR enthalten, wobei das Nukleinsäuremolekül keine für Gag / Pol oder Env-kodierenden Sequenzen enthält. LTR beinhalten drei Elemente, die U5, R und U3 Region. Diese Elemente beinhalten eine Vielzahl von Signalen, die für die biologische Aktivität von Retroviren bedeutsam sind, so zum Beispiel Promotor und Erc zαncer-Elemente, die in der U3-Region lokalisiert sind. LTRs können innerhalb eines Provirus anhand der charakteristischen Sequenzduplikationen an den Enden des Genoms eindeutig charakterisiert werden. Die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendeten 5' LTR beinhalten ein 5' Promotor Element und eine minimale LTR-Sequenz, welche eine Reverse Transkription und Integration der Vektor-Nukleinsäure in das Genom der Zielzelle ermöglicht. Der 3' LTR-Bereich beinhaltet ein Polyadenylierungssignal und LTR Sequenzen die für die Reverse Transkription und Integration der Vektor-Nukleinsäure in das Genom der Zielzelle erforderlich sind.Furthermore, nucleic acid molecules can be used for retroviral vectors which contain a 5 'LTR, a tRNA binding site, a packaging signal, one or more heterologous sequences, an origin of second-strand DNA synthesis and a 3' LTR, the nucleic acid molecule not being used for Gag / Pol or Env coding sequences. LTR contain three elements, the U5, R and U3 region. These elements contain a variety of signals which are important for the biological activity of retroviruses, for example promoter and Erc zαncer elements, which are located in the U3 region. LTRs can be clearly characterized within a provirus using the characteristic sequence duplications at the ends of the genome. The 5 'LTR preferably used in the present invention contain a 5' promoter element and a minimal LTR sequence which enables a reverse transcription and integration of the vector nucleic acid into the genome of the target cell. The 3 'LTR region contains a polyadenylation signal and LTR sequences which are required for the reverse transcription and integration of the vector nucleic acid into the genome of the target cell.
Die tRNA Bindungsstelle und der Ursprung der Zweitstrang-DNS-Synthese sind für die biologische Aktivität erforderlich, und die Identifikation dieser Komponenten ist Stand der Technik. Zum Beispiel binden retrovirale tRNAs mittels Watson-Crick-Basenpaarung an eine tRNA-Bindungsstelle, und werden mit dem retroviralen Genom in die Viruspartikel verpackt. Die tRNA dient dann der Reversen Transkriptase als Primer für die DNS Synthese. Die tRNA- Bindungssequenz befindet sich unmittelbar stromabwärts von dem 5 ' LTR und kann durch ihre Lokalisation leicht identifiziert werden. In gleicher Weise ist der Ursprung der Zweitstrang- DNS-Synthese für die Zweitstrang-DNS-Synthese von Retroviren von großer Bedeutung. Diese Region, die als Polyuridintrakt bezeichnet wird, ist direkt stromaufwärts des 3' LTR lokalisiert.The tRNA binding site and the origin of the second strand DNA synthesis are required for biological activity and the identification of these components is state of the art. For example, retroviral tRNAs bind to a tRNA binding site using Watson-Crick base pairing and are packaged with the retroviral genome into the virus particles. The tRNA then serves the reverse transcriptase as a primer for the DNA synthesis. The tRNA binding sequence is located immediately downstream of the 5 'LTR and can be easily identified by its location. In the same way, the origin of the second strand DNA synthesis of great importance for the second strand DNA synthesis of retroviruses. This region, called the polyuridine tract, is located directly upstream of the 3 'LTR.
Zusätzlich zu dem 5' und 3' LTR, der tRNA-Bindungssequenz und dem Ursprung der Zweitstrang DNS Synthese, können die Nukleinsäuren retrovirale Gentransfervektoren einIn addition to the 5 'and 3' LTR, the tRNA binding sequence and the origin of the second strand DNA synthesis, the nucleic acids can include retroviral gene transfer vectors
Verpackungssignal beinhalten, und zudem eine oder mehrere heterologe Sequenzen, die nachfolgend im Detail beschrieben werden.Contain packaging signal, and also one or more heterologous sequences, which are described in detail below.
Beispielsweise werden retrovirale Gentransfervektoren verwendet, die weder für Gag / Pol noch für Env-kodierende Nukleinsäuresequenzen aufweisen. Beispielsweise können retroviraleFor example, retroviral gene transfer vectors are used which have neither Gag / Pol nor Env-coding nucleic acid sequences. For example, retroviral
Gentransfervektoren ohne für Gag / Pol oder Env-kodierende Sequenzen durch die Herstellung von Vektorkonstrukten erzeugt werden, die ein erweitertes Verpackungssignal besitzen. DerGene transfer vectors without Gag / Pol or Env coding sequences are generated by the production of vector constructs that have an expanded packaging signal. The
Begriff "erweitertes Verpackungssignal" definiert eine Nukleotidsequenz, welche die für die spezifische Verpackung von Nukleinsäuren notwendige Minimalsequenz überschreitet. Die Verwendung der erweiterten Verpackungssequenz erlaubt die Herstellung höhertitrigerThe term "expanded packaging signal" defines a nucleotide sequence which exceeds the minimal sequence necessary for the specific packaging of nucleic acids. The use of the extended packaging sequence allows the production of higher titres
Virusstocks, die auf einer gesteigerten RNA Verpackung beruht. Beispielsweise, ist das minimale Verpackungssignal des Moloney-Maus-Leukämie-Virus (Mo-MLV) von einerVirus stocks based on increased RNA packaging. For example, the minimum packaging signal of the Moloney Mouse Leukemia Virus (Mo-MLV) is one
Sequenz kodiert, die am Ende des 5' LTR beginnt und die Pst I Schnittstelle beinhaltet. Das erweiterte Verpackungssignal von Mo-MLV beinhaltet Sequenzen jenseits des Nukleotides 567, den Start des Gag / Pol-Gens (Nukleotid 621) und endet jenseits des Nukleotids 1560. Deshalb kann aus dem Mo-MLV durch Deletion der Sequenz jenseits Nukleotid 567 ein retroviralerCoded sequence that begins at the end of the 5 'LTR and contains the Pst I interface. The expanded packaging signal from Mo-MLV contains sequences beyond nucleotide 567, the start of the Gag / Pol gene (nucleotide 621) and ends beyond nucleotide 1560. Therefore, deletion of the sequence beyond nucleotide 567 allows a retroviral from the Mo-MLV
Gentransfervektor hergestellt werden, der kein erweitertes Verpackungssignal besitzt.Gene transfer vector are produced, which has no extended packaging signal.
Zudem können Nukleinsäuresequenzen für retrovirale Gentransfervektoren verwendet werden, bei denen das Verpackungssignal die retrovirale Gag / Pol-Sequenz teilweise oder ganz überlagert, jedoch stromaufwärts des Startcodons des Gag / Pol-Gen vollständig deletiert oder trunkiert wurde. Weiterhin können Nukleinsäuresequenzen für retrovirale Gentransfervektoren verwendet werden, die ein Verpackungssignal enthalten, das im 5' Bereich vor dem Start des Gag / Pol-Gens erweitert ist. Falls diese retroviralen Vektoren verwendet werden, sollen vorzugsweise Verpackungszellinien zur Produktion der rekombinanten Viruspartikel eingesetzt werden, bei denen das 5' terminale Ende des Gag / Pol-Gens in einer Gag / Pol- Expressionskassette in der Art modifiziert wird, daß es einen im Gag-Gen modifizierten, von der wildtyp HΓV-1 -Gag-Sequenz abweichenden Codongebrauch aufweist. Zudem können Nukleinsäuresequenzen für retrovirale Gentransfervektoren verwendet werden, die ein 5' LTR, eine tRNA Bindestelle, ein Verpackungssignal, einen Ursprung der Zweitstrang DNS-Synthese und einen 3' LTR Bereich besitzen, wobei die Nukleinsäurese keine retrovirale Nukleinsäuresequenz stromaufwärts des 5' LTR besitzt. Diese Vektoren besitzen keine für Env- kodierende Sequenz stromaufwärts des 5' LTR. Weiterhin können Nukleinsäuresequenzen für retrovirale Gentransfervektoren verwendet werden, die ein 5' LTR, eine tRNA Bindungssequenz, ein Verpackungssignal, einen Ursprung der Zweitstrang DNS Synthese und ein 3' LTR besitzen, die jedoch keine retrovirales Verpackungssignal-Sequenz stromabwärts des 3' LTR beinhalten. Der hier verwendete Begriff "Verpackungssignal-Sequenz" definiert eine Sequenz, die für die Verpackung eines RNA-Genoms erforderlich ist.In addition, nucleic acid sequences can be used for retroviral gene transfer vectors in which the packaging signal has been partially or completely superimposed on the retroviral Gag / Pol sequence, but has been completely deleted or truncated upstream of the start codon of the Gag / Pol gene. Furthermore, nucleic acid sequences can be used for retroviral gene transfer vectors which contain a packaging signal which is expanded in the 5 'region before the start of the Gag / Pol gene. If these retroviral vectors are used, packaging cell lines should preferably be used for the production of the recombinant virus particles in which the 5 'terminal end of the Gag / Pol gene is modified in a Gag / Pol expression cassette in such a way that it Gene-modified codon usage that differs from the wild-type HΓV-1 gag sequence. In addition, nucleic acid sequences can be used for retroviral gene transfer vectors which have a 5 'LTR, a tRNA binding site, a packaging signal, an origin of the second strand DNA synthesis and a 3' LTR region, the nucleic acid sequence not having a retroviral nucleic acid sequence upstream of the 5 'LTR. These vectors do not have an encoding sequence upstream of the 5 'LTR. Furthermore, nucleic acid sequences can be used for retroviral gene transfer vectors which have a 5 'LTR, a tRNA binding sequence, a packaging signal, an origin of the second strand DNA synthesis and a 3' LTR, but which do not contain a retroviral packaging signal sequence downstream of the 3 'LTR. The term "packaging signal sequence" used here defines a sequence which is required for packaging an RNA genome.
Geeignete Verpackungszellinien zur Etablierung der oben genannten retroviralen Gentransfervektoren sind bereits verfügbar und wurden vielfach zur Herstellung von Zellinien (ebenso bezeichnet als Vektorzellini en) zur Produktion von rekombinanten Vektorpartikeln eingesetzt.Suitable packaging cell lines for establishing the above-mentioned retroviral gene transfer vectors are already available and have been widely used for the production of cell lines (also referred to as vector cell lines) for the production of recombinant vector particles.
Unter den retroviralen Vektoren sind lentivirale Vektoren zum Transfer der erfindungsgemäßen Kombinationen von Nukleinsäuresequenzen besonders geeignet, da sie in der Lage sind, Nukleinsäuresequenzen in eine Vielzahl ruhender und postmitotischer Zellen, wie exemplarisch neuronaler-, Leber-, Muskel- sowie hämatopoetischer Stammzellen einzubringen und zu exprimieren. Die lentiviralen Vektorpartikel können durch Tripelinfektion von Säugerzellen mit (i) einem Gag / Pol-Expressionsvektor, (ii) einem Transferkonstrukt, welches das Verpackungssignal, das/die fremden Nukleinsäuresequenzen sowie die flankierenden LTRs enthält und (iii) einem Expressionsvektor für ein Hüllprotein erzeugt werden. Hierbei können Hüllproteine unterschiedlicher amphotropher oder xenotropher Retroviren sowie anderer Viren verwendet werden, wie beispielsweise die Hüllproteine des Moloney-Maus-Leukämie-Virus (Mo-MLV) und des MLV Isolates 4070A sowie das Vesikular-Stomatitis- Virus (VSV) G Glykoprotein oder das Rabies G Glykoprotein. In dieser Art hergestellte lentivirale Vektoren sind in der Lage, eine Vielzahl unterschiedlicher Zellen stabil zu transfizieren. Lentivirale Vektoren, die den zentralen Polyuridintrakt und die Terminatorsequenz des HIV-Pol-Gens enthalten, weiseneine gesteigerte Transduktionseffizienz auf, die auf einer verbesserten nuklearen Translokation des Vektors beruht. Zur Verbesserung der Sicherheit lentiviraler Gentherapievektoren können unterschiedliche funktioneile Verpackungskonstrukte mit Deletionen in den akzessorischen Genen Vif, Vpr, Vpu und Nef von HIV-1 bzw. SIY-1 hergestellt werden. Weiterhin können funktioneile lentivirale Vektoren entwickelt werden, die das virale Transaktivatorprotein Tat nicht mehr benötigen. Zur Minimierung der Entstehung replikationskompetenter Rekombinanten können zudem selbstinaktivierende Vektorsysteme entwickelt werden, bei denen z.B. ein umfassender Bereich der U3 Region im 5' und / oder 3' LTR inklusive der TATA Box und der Bindungsstellen für die Transkriptionsfaktoren SP1 und NF-κB innerhalb des Vektors deletiert wird. Durch diese Modifikationen wird ein großer Teil der viralen Transkriptionselemente entfernt. Durch die Deletion des U3 Bereiches wird zudem eine mögliche Interferenz zwischen dem im LTR befindlichen Promotor und internen Promotoren verhindert und die Gefahr der Aktivierung benachbarter zellulärer Gene am Integrationsort des lentviralen Vektors drastisch reduziert. Um die Rev-Abhängigkeit der lentiviralen Gag / Pol und Env-Gene zu umgehen, werden z.B. synthetisch hergestellte codonadaptierte HIV bzw. SIV Gag / Pol und Env-Gene verwendet. Alternativ können konstitutive Transportelemente (CTE) anderer Viren, wie z.B. exemplarisch das CTE des Mason-Pfitzer- Affen- Virus oder des Affenretrovirus Typ-1 (SRV-1) sowie das posttranskriptionelle regulatorische Element (PRE) des Hepatitis B Virus und das posttranskriptionelle direct repeat (DR) Element des Rous-Sarkom- Virus eingesetzt werden, um einen Rev-unabhängigen Export der HIV / SIV-Gag, Gag / Pol und Env-Gentranskripte zu ermöglichen. Diese Verfahren erlauben den Ausschluß des transaktiven Rev-Proteins aus den lentiviralen Vektoren, was zu einer erhöhten Sicherheit dieses Vektortyps beiträgt. Eine Zusammenstellung der derzeit aktuellen lentiviralen Vektorsysteme ist z.B. exemplarisch in dem Review von Buchschacher und Wong Staal (Buchschacher et al. (2000) Blood 95:2499-2504) wiedergegeben.Among the retroviral vectors, lentiviral vectors are particularly suitable for transferring the combinations of nucleic acid sequences according to the invention, since they are able to introduce and express nucleic acid sequences in a large number of resting and postmitotic cells, such as, for example, neuronal, liver, muscle and hematopoietic stem cells , The lentiviral vector particles can be generated by triple infection of mammalian cells with (i) a Gag / Pol expression vector, (ii) a transfer construct which contains the packaging signal, the foreign nucleic acid sequence (s) and the flanking LTRs, and (iii) an expression vector for a coat protein , Here, coat proteins of different amphotrophic or xenotrophic retroviruses and other viruses can be used, such as, for example, the coat proteins of the Moloney mouse leukemia virus (Mo-MLV) and the MLV isolate 4070A and the vesicular stomatitis virus (VSV) G glycoprotein or that Rabies G glycoprotein. Lentiviral vectors produced in this way are able to stably transfect a large number of different cells. Lentiviral vectors containing the central polyuridine tract and the terminator sequence of the HIV-Pol gene have an increased transduction efficiency based on an improved nuclear translocation of the vector. To improve the safety of lentiviral gene therapy vectors, different functional packaging constructs with deletions in the accessory genes Vif, Vpr, Vpu and Nef of HIV-1 and SIY-1 can be produced. Furthermore, functional lentiviral vectors can be developed that no longer need the viral transactivator protein Tat. In order to minimize the development of replication-competent recombinants, self-inactivating vector systems can also be developed in which, for example, a comprehensive area of the U3 region in the 5 'and / or 3' LTR including the TATA box and the binding sites for the transcription factors SP1 and NF-κB are deleted within the vector becomes. These modifications remove a large part of the viral transcription elements. The deletion of the U3 region also prevents possible interference between the promoter located in the LTR and internal promoters and drastically reduces the risk of activation of neighboring cellular genes at the integration site of the lentviral vector. In order to avoid the Rev dependence of the lentiviral Gag / Pol and Env genes, synthetically produced codon-adapted HIV or SIV Gag / Pol and Env genes are used, for example. Alternatively, constitutive transport elements (CTE) of other viruses, such as, for example, the CTE of the Mason-Pfitzer monkey virus or the monkey retrovirus type 1 (SRV-1) as well as the post-transcriptional regulatory element (PRE) of the hepatitis B virus and the post-transcriptional direct repeat (DR) element of the Rous sarcoma virus can be used to enable Rev-independent export of the HIV / SIV-Gag, Gag / Pol and Env gene transcripts. These methods allow the transactive Rev protein to be excluded from the lentiviral vectors, which contributes to increased safety of this vector type. A compilation of the current lentiviral vector systems is given, for example, in the review by Buchschacher and Wong Staal (Buchschacher et al. (2000) Blood 95: 2499-2504).
Neben retroviralen und lentiviralen Vektoren können eine Vielzahl anderer viraler und nicht viraler Gentransfervektoren verwendet werden, die ebenfalls zum Transfer der erfindungsgemäßen Kombinationen von Nukleinsäuresequenzen einsetzbar sind. Da diese Vektorsysteme eingesetzt werden sollen, um therapeutisch verwendbare, gentechnisch veränderte Zellinien zu generieren, werden die viralen Vektorsysteme aus Sicherheitsgründen in der Art modifiziert, das sie nicht mehr in der Lage sind, lytisch zu replizieren. Vorzugsweise sind die Gentransfervektoren auf Adenoviren, Adeno-assoziierte Viren, Pockenviren, Alphaviren oder Herpesviren basierende Vektoren. Adenovirale VektorenIn addition to retroviral and lentiviral vectors, a large number of other viral and non-viral gene transfer vectors can be used, which can also be used to transfer the combinations of nucleic acid sequences according to the invention. Since these vector systems are to be used to generate therapeutically usable, genetically modified cell lines, the viral vector systems are modified for safety reasons in such a way that they are no longer able to replicate lytically. The gene transfer vectors are preferably vectors based on adenoviruses, adeno-associated viruses, poxviruses, alphaviruses or herpesviruses. Adenoviral vectors
Die Herstellung rekombinanter adenoviraler Vektoren (Ad-Vektoren), einschließlich der El / E3, El / E4, und "gutless" Vektoren ist Stand der Technik und kann nach publizierten Protokollen durchgeführt werden. Beispielsweise kann (1) die gewünschte Nukleotidsequenz in ein pBHGl 1 Plasmid eingefügt werden, um rekombinante El / E3-deletierte Ad-Vektoren nach Transfektion von 293-Zellen und anschließender intrazellulärer Rekombination zu erzeugen; (2) die gewünschte Nukleotidsequenz zuerst in die El -Region eines aus einer Vielzahl von El- deletierten Ad-Vektoren integriert, mit einem Cläl verdauten H5dl l014 Vektor co-transfizieit und die rekombinanten, El / E4-deletierten Ad-Vektoren nach Transfektion von 293-E4-Zellen und anschließender intrazellulärer homologer Rekombination isoliert werden und (3) die gewünschte Nukleotidsequenz zusammen mit einer angemessenen Menge einer "Stujfer"- Sequenz z.B. die beispielsweise aus der DNS des Bakteriophagen Lambda entstammt, zuerst in das ArAd-Plasmid eingefügt werden, um nachfolgend eine effiziente Verpackung der rekombinanten "gutless" Adenovirus-Vektorgenome nach Transfektion in 293-Zellen und Infektion mit einem H5.CBALP-Helfervirus zu gewährleisten. Die Aufreinigung der rekombinanten "gutless" Adenovirus Vektorpartikel von kontaminierenden Helferviren kann, beispielsweise, aufgrund der im Vergleich zum Helfervirus geringeren Dichte der Vektorpartikel, durch Gleichgewichts- Sedimentation in einem Cäsiumchloridgradienten erfolgen.The production of recombinant adenoviral vectors (Ad vectors), including the El / E3, El / E4, and "gutless" vectors is state of the art and can be carried out according to published protocols. For example, (1) the desired nucleotide sequence can be inserted into a pBHGl 1 plasmid in order to generate recombinant El / E3-deleted ad vectors after transfection of 293 cells and subsequent intracellular recombination; (2) the desired nucleotide sequence is first integrated into the El region of one of a large number of deleted Ad vectors, co-transfected with a Clael digested H5dl 1014 vector and the recombinant, El / E4 deleted Ad vectors after transfection of 293-E4 cells and subsequent intracellular homologous recombination are isolated and (3) the desired nucleotide sequence together with an appropriate amount of a "Stujfer" sequence, for example which, for example, originate from the DNA of the bacteriophage lambda, are first inserted into the ArAd plasmid in order subsequently to ensure efficient packaging of the recombinant "gutless" adenovirus vector genomes after transfection into 293 cells and infection with an H5.CBALP helper virus. The recombinant "gutless" adenovirus vector particles can be purified from contaminating helper viruses, for example, due to the lower density of the vector particles compared to the helper virus, by equilibrium sedimentation in a cesium chloride gradient.
Adeno-assoziierte VirenAdeno-associated viruses
Weiterhin können bereits verschiedene entwickelte Adeno-assoziierte Virus (AAV) Vektorsystems für den Gentransfer eingesetzt werden. Eine detaillierte Beschreibung der Konstruktion von AAV-Vektoren ist publiziert und Stand der Technik.Furthermore, various developed adeno-associated virus (AAV) vector systems can be used for gene transfer. A detailed description of the construction of AAV vectors has been published and is state of the art.
In rekombinanten AAV-Vektoren werden gewöhnlich alle kodierenden Sequenzen durch die gewünschten heterologen Nukleinsäuresequenzen ersetzt. Die rekombinanten AAV werden durch Kotransfektion von einem AAV- Vektor, der das gewünschte Gen trägt, und einem Helfer AAV-Plasmid, das alle essentiellen AAV-Gene besitzt, in adenovirusinfizierte Zellen, die alle für die AAV-Replikation und die Produktion von Vektorpartikeln benötigten Helferfunktionen bereitstellen, hergestellt. Nachteile dieses Vektorsystems für die gentherapeutische Anwendung sind jedoch die geringen Titer rekombinanter Vektoren und mögliche Kontaminationen der Vektoren mit wildtyp AAV und infektiösen Helferviren. Weiterhin ist die Größe der in AAV- Vektoren zu integrierenden Fremdsequenzen auf 5 kb beschränkt.In recombinant AAV vectors, all coding sequences are usually replaced by the desired heterologous nucleic acid sequences. The recombinant AAV are co-transfected by an AAV vector, which carries the desired gene, and a helper AAV plasmid, which has all the essential AAV genes, into adenovirus-infected cells, all of which are required for AAV replication and the production of vector particles Provide helper functions, manufactured. Disadvantages of this vector system for gene therapy use, however, are the low titer of recombinant vectors and possible contamination of the vectors with wild-type AAV and infectious helper viruses. Furthermore, the size of the in AAV Vectors to be integrated foreign sequences limited to 5 kb.
Pockenvirenpoxviruses
Alternative virale Vektorsysteme zum Transfer von Nukleinsäuren, die für ein gewünschtes Fremdgen kodieren, basieren auf Vertretern der Familie der Pockenviren, einschließlich der Vakzinia-Viren und Vogelpockenviren. Die Herstellung derartiger Vektorsysteme erfolgt wie nachfolgend exemplarisch für rekombinante Vakzinia-Viren beschrieben. Zuerst wird die für das gewünschte Gen kodierende DNS in der Art in einen geeigneten Vektor integriert, daß sie sich in Nachbarschaft zu einem Vakzinia-Promotor und einer flankierenden Vakzinia-DNS-Sequenz wie z.B. der kodierenden Sequenz für die Thymidinkinase (TK) befindet. Dieser Vektor wird dann in Zellen transfiziert und diese werden gleichzeitig mit Vakzinia-Viren infiziert. Durch eine homologe Rekombination wird dann das Insert mit dem Fremdgen in das virale Genom einrekombiniert. Die resultierenden TK-positiven Rekombinanten können durch Kultivierung der Viren auf Zellen in Anwesenheit von 5-Bromdeoxyuridin und anschließendes Isolieren von Plaques etabliert werden.Alternative viral vector systems for the transfer of nucleic acids encoding a desired foreign gene are based on members of the poxvirus family, including the vaccinia virus and birdpox virus. Such vector systems are produced as described below by way of example for recombinant vaccinia viruses. First, the DNA encoding the desired gene is integrated into a suitable vector such that it is adjacent to a vaccinia promoter and a flanking vaccinia DNA sequence such as e.g. the coding sequence for the thymidine kinase (TK). This vector is then transfected into cells and these are simultaneously infected with vaccinia viruses. The insert is then recombined with the foreign gene into the viral genome by homologous recombination. The resulting TK-positive recombinants can be established by cultivating the viruses on cells in the presence of 5-bromodeoxyuridine and then isolating plaques.
Alternativ können andere Vogelpockenviren, wie z.B. Fowlpox und Canarypox- Viren für den Gentransfer verwendet werden. Rekombinante Vogelpockenviren, die Immunogene von humanpathogenen Organismen exprimieren, können nach Verabreichung in Säugern eine protektive Immunantwort induzieren. Die Verwendung von Vogelpockenviren ist insbesondere für eine Anwendung am Menschen und anderen Säugern von Vorteil, da Vertreter der Gattung der Vogelpocken nur in empfänglichen Vogelarten, jedoch nicht in Säugerzellen produktiv replizieren. Methoden zur Herstellung rekombinanter Vogelpockenviren sind Stand der Technik und basieren auf genetischen Rekombinationsmechanismen, vergleichbar mit denjenigen, die zuvor für die Produktion rekombinanter Vakzinia-Viren beschrieben wurden.Alternatively, other bird pox viruses, such as Fowlpox and Canarypox viruses can be used for gene transfer. Recombinant birdpox viruses that express immunogens from human pathogenic organisms can induce a protective immune response after administration in mammals. The use of birdpox viruses is particularly advantageous for use in humans and other mammals, since representatives of the birdpox genus replicate productively only in susceptible bird species, but not in mammalian cells. Methods for producing recombinant birdpox viruses are state of the art and are based on genetic recombination mechanisms, comparable to those that were previously described for the production of recombinant vaccinia viruses.
Alphavirenalphaviruses
Von Vertretern der Gattung der Alphaviren, wie beispielsweise von Sindbis- und Semliki-Forest- Viren abgeleitete Vektoren können ebenfalls für den Transfer von Nukleotidsequenzen ausgewählter Gene eingesetzt werden. Die Herstellung und Verwendung von Vektoren auf der Basis des Sinbis- Virus ist Stand der Technik und mehrfach publiziert. BakterienRepresentatives of the genus of the alpha viruses, such as, for example, vectors derived from Sindbis and Semliki Forest viruses, can also be used for the transfer of nucleotide sequences of selected genes. The production and use of vectors based on the Sinbis virus is state of the art and has been published several times. bacteria
Vorzugsweise sind die Gentransfervektoren ferner Bakterien, insbesondere Listeria monocytogenes (Δmpl, ΔactA, ΔplcB), Shigella flexneri (ΔaroA, ΔvirG) und Salmonella thypimurium. Ein vielversprechendes DNA-Deliverysystem zur Rekrutierung und Aktivierung von antigenspezifischen Zellen bedient sich bakterieller Suizidvektoren exemplarisch auf der Basis attenuierter Listeria monocytogenes (Δmpl, ΔactA, ΔplcB), Shigella flexneri (ΔaroA, ΔvirG) und Salmonella thypimurium Isolate. Die Herstellung und Verwendung derartiger bakterieller Gentransfersysteme ist detailliert publiziert und Stand der Technik. So sind "Suicide" Stämme von L. monocytogenes beispielsweise in der Lage gezielt professionelle antigenpräsentierende Zellen zu infizieren. Nach erfolgter Aufnahme der Bakterien in das Zytoplasma der Zielzelle werden diese, vermittelt durch ein Listeria-spezifisches Phagen Lysin zerstört, was zu einer Freisetzung der von den Bakterien transportierten Plasmid-DNA führt, die nachfolgend in den Zellkern gelangt. Wesentliche Vorteile dieses bakteriellen Systems liegen in der oralen Applikation der Bakterien und dem gezielten Einbringen von Plasmiden in APCs, die eine zentrale Rolle bei der Induktion einer zellulären Immunantwort einnehmen. Die Suicide Stämme der invasiven Bakterien Shigella flexneri und Salmonella thypimurium wurden durch Deletion von Genen attenuiert, die für die Produktion von Metaboliten der Zellwandsynthese essentiell sind. Diese Bakterienstämme lysieren nach Infektion von Säugerzellen aufgrund des Fehlens dieser Metaboliten.The gene transfer vectors are also preferably bacteria, in particular Listeria monocytogenes (Δmpl, ΔactA, ΔplcB), Shigella flexneri (ΔaroA, ΔvirG) and Salmonella thypimurium. A promising DNA delivery system for the recruitment and activation of antigen-specific cells uses bacterial suicide vectors based on attenuated Listeria monocytogenes (Δmpl, ΔactA, ΔplcB), Shigella flexneri (ΔaroA, ΔvirG) and Salmonella thypimurium isolate. The production and use of such bacterial gene transfer systems has been published in detail and is state of the art. For example, "suicide" strains of L. monocytogenes are able to specifically target professional antigen-presenting cells. After the bacteria have been absorbed into the cytoplasm of the target cell, they are destroyed, mediated by a Listeria-specific phage lysine, which leads to a release of the plasmid DNA transported by the bacteria, which subsequently arrives in the cell nucleus. The main advantages of this bacterial system are the oral application of the bacteria and the targeted introduction of plasmids into APCs, which play a central role in the induction of a cellular immune response. The suicide strains of the invasive bacteria Shigella flexneri and Salmonella thypimurium were attenuated by deleting genes that are essential for the production of metabolites of cell wall synthesis. These bacterial strains lyse after infection of mammalian cells due to the lack of these metabolites.
Plasmid-DNSPlasmid DNA
Vorzugsweise sind die Gentransfervektoren ferner Plasmide. Nackte Plasmid-DNS eignet sich als Vektor für die erfindungsgemäßen Kombinationen von Nukleinsäuresequenzen. Diese Expressionsvektoren enthalten exemplarisch folgende essentiellen Elemente: Einen oder mehrere starke konstitutive und / oder induzierbare Promotoren, einen Transkriptionsterminator, wie z.B. den des Rinderwachstumshormons, eine Antibiotika Resistenz oder einen anderen Marker zur Selektion des transformierten Organismus, die erste, zweite, und/oder dritte und/oder vierte erfindungsgemäße Nukleinsäuresequenz und einen Replikationsursprung, der die Produktion in einem geeigneten Wirtsorganismus ermöglicht, insbesondere eignen sich eine zweite Generation von linearen DNS-Plasmiden, die sogenannten MLOGE-Transfektionsvektoren zum effizienten Transfer der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen. MIDGE-Vektoren bestehen aus beiden Strängen eines DNS-Polymers, das eine beliebige Anzahl der gewünschten kodierenden Sequenzen und der für Expression von Fremdgenen nötigen Promotor- und Terminatorsequenzen enthält und an beiden Enden mit Schleifen einzelsträngiger Desoxyribonukleotide in der Art verknüpft werden, daß ein kovalent geschlossenes Molekül entsteht. MLDGES beinhalten neben den für die medizinische Anwendung gewünschten Fremdgenen mit den für eine effiziente Expression erforderlichen Regulationseinheiten keine weiteren kodierenden Sequenzen, wie sie etwa für die Amplifikation und Selektion von üblichen DNS-Transfervektoren benötigt werden. So besitzen diese Vektoren beispielsweise keine Ori- Sequenzen, die potentielle Integrationsorte enthalten und keine kodierenden Sequenzen für Antibiotika als Selektionsmarker, die sich unter der Kontrolle von oftmals in Säugerzellen nicht vollständig abschaltbaren Promotoren befinden.The gene transfer vectors are preferably also plasmids. Naked plasmid DNA is suitable as a vector for the combinations of nucleic acid sequences according to the invention. These expression vectors contain, for example, the following essential elements: one or more strong constitutive and / or inducible promoters, a transcription terminator, such as that of bovine growth hormone, antibiotic resistance or another marker for selection of the transformed organism, the first, second, and / or third and / or fourth nucleic acid sequence according to the invention and an origin of replication which enables production in a suitable host organism, in particular a second generation of linear DNA plasmids, the so-called MLOGE transfection vectors, are suitable for the efficient transfer of the nucleic acid sequences according to the invention. MIDGE vectors consist of both strands of a DNA polymer that contain any number of the desired coding sequences and the promoter and necessary for expression of foreign genes Contains terminator sequences and are linked at both ends with loops of single-stranded deoxyribonucleotides in such a way that a covalently closed molecule is formed. In addition to the foreign genes desired for medical use with the regulatory units required for efficient expression, MLDGES do not contain any further coding sequences, such as are required for the amplification and selection of conventional DNA transfer vectors. For example, these vectors have no Ori sequences which contain potential integration sites and no coding sequences for antibiotics as selection markers which are under the control of promoters which can often not be switched off completely in mammalian cells.
Die Effizienz dieses Systems zum Gentransfer und zur verbesserten Fremdgenexpression in Säuger und- Menschenzellen kann insbesondere durch die Anheftung einer heterologen Klasse von Peptiden, die sogenannte Kernlokalisationssignale (NLS, nuclear localisation sequences) beinhalten, gesteigert werden. Beispielsweise kann der Kernimport von MIDGE-ähnlichen Konstrukten durch das NLS des SV-T-Antigens verbessert und die Fremdgenexpression gesteigert werden. Weiterhin kann durch Koppelung der MIDGES mit gewebespezifischen Liganden ein spezifisches Targeting erzielt werden. Die MIDGES können zudem in Analogie zu nackter DNS mit einer Vielzahl von nicht-viralen Gentransfersystemen gekoppelt werden, um eine effizientere Aufnahme in die Zielzelle zu gewährleisten.The efficiency of this system for gene transfer and for improved foreign gene expression in mammals and human cells can be increased in particular by attaching a heterologous class of peptides which contain so-called nuclear localization sequences (NLS). For example, the core import of MIDGE-like constructs can be improved by the NLS of the SV-T antigen and the foreign gene expression can be increased. Furthermore, specific targeting can be achieved by coupling the MIDGES with tissue-specific ligands. Analogous to bare DNA, the MIDGES can also be coupled with a large number of non-viral gene transfer systems in order to ensure more efficient uptake into the target cell.
Weiterhin können Gentransfervektoren verwendet werden, die Bestandteile eukaryotischer DNS Transposons beinhalten. Transposons sind natürlich vorkommende genetische Elemente, die sich innerhalb eines Chromosoms von einer Position zu einer nächsten fortbewegen können. Exemplarisch können Vertreter der Tcl/mariner Familie, wie z.B. das sleeping beauty Transposon zur Herstellung geeigneter Vektoren für die Anwendung in Säugerzellen verwendet werden. Ein Vorteil dieser Vektoren ist, daß multiple regulatorische Sequenzen in die Vektoren integriert werden können. Diese Vektoren integrieren in das Wirtszellgenom und erlauben eine lang anhaltende Expression der gewünschten Fremdsequenzen.Furthermore, gene transfer vectors can be used which contain components of eukaryotic DNA transposons. Transposons are naturally occurring genetic elements that can move from one position to another within a chromosome. Representatives of the Tcl / marine family, e.g. the sleeping beauty transposon can be used to produce suitable vectors for use in mammalian cells. An advantage of these vectors is that multiple regulatory sequences can be integrated into the vectors. These vectors integrate into the host cell genome and allow long-lasting expression of the desired foreign sequences.
Systeme zum Transfer von Nukleinsäuren in eukaryote ZellenSystems for the transfer of nucleic acids into eukaryotic cells
Weiterhin wurde eine Vielzahl von Methoden zum Gentransfer in Säugerzellen auf der Basis nicht viraler Systeme beschrieben. Die nicht viralen Vektoren werden oftmals in Kombination mit dem partikelvermittelten Gentransfer bzw. mit viralen Vektorsystemen eingesetzt. Kurz zusammengefaßt können die erfindungsgemäßen Kombinationen von Nukleinsäuresequenzen in einen oder eine Kombination aus mehreren konventionellen Gentransfervektor integriert werden, die geeignete Kontrolelemente für eine effiziente Expression des / der gewünschten Fremdgen(e) mit hohen Ausbeuten ermöglichen. Die erfindungsgemäßen Vektoren können dann mit synthetischen Gentransfermolekülen wie z.B. polymeren DNS-bindenden Kationen wie Polylysin, Protamin und Albumin gekoppelt werden oder an Liganden gebunden werden, die ein spezifisches Zeil- Targeting vermitteln, wie z.B. Asialoorosomucoid, Insulin, Galaktose, Lactose oder Transferrin.Furthermore, a variety of methods for gene transfer in mammalian cells based on non-viral systems have been described. The non-viral vectors are often used in combination with particle-mediated gene transfer or with viral vector systems. In brief, the combinations of nucleic acid sequences according to the invention can be integrated into one or a combination of several conventional gene transfer vectors, which enable suitable control elements for an efficient expression of the desired foreign gene (s) with high yields. The vectors according to the invention can then be coupled to synthetic gene transfer molecules such as, for example, polymeric DNA-binding cations such as polylysine, protamine and albumin, or can be bound to ligands which convey specific targeting of cells, such as, for example, asialoorosomucoid, insulin, galactose, lactose or transferrin.
Die Effizienz der Aufnahme nackter DNS kann zudem durch den Einsatz biologisch abbaubarer Latexkügelchen gesteigert werden. Mit DNS-beladene Latexkügelchen werden aufgrund der, durch die Latexkügelchen vermittelten Endozytose mit gesteigerter Effizienz in die Zielzellen aufgenommen. Die Effizienz dieser Methode kann durch eine Erhöhung der Hydrophobizität und eine damit einhergehende verbesserte Disaggregation der Kügelchen im Endosom gesteigert werden, wodurch eine effizientere Freisetzung der DNS in das Zytoplasma bewirkt wird.The efficiency of taking up naked DNA can also be increased by using biodegradable latex beads. Latex beads loaded with DNA are absorbed into the target cells with increased efficiency due to the endocytosis mediated by the latex beads. The efficiency of this method can be increased by increasing the hydrophobicity and the associated improved disaggregation of the beads in the endosome, which results in a more efficient release of the DNA into the cytoplasm.
Zudem eignen sich auch verschiedene Kompositionen von Liposomen sowie immunstimulatorische rekonstituierte Influenza-Virosomen (ΓRTV, immunepotentiating reconstituted influenza virosomes) als Vehikel für den Transfer der erfindungsgemäßen Vektoren in Säuger- und humane Zellen (U.S. Pat. Nr. 5,879,685). Zudem können fremde Nukleinsäuresequenzen in einen Vektor mit geeigneten Kontrollsequenzen integriert, an synthetische Gentransfermoleküle wie polymere DNS-bindende Kationen (z.B. Polylysin, Protamin und Albumin) gebunden und mit Zelltargeting-Liganden wie Asialoorosomucoid, Insulin, Galaktose, Lactose oder Transferrin gekoppelt werden. Ein anderes Verabreichungssystem basiert auf der Verpackung von Sequenzen, die die gewünschten Gene unter der Kontrolle von unterschiedlichen gewebespezifischen bzw. konsumtiven Promotoren enthalten, in Liposomen. Weiterhin kann der Transfer der zuvor beschriebenen Nukleinsäuren durch Assoziation mit einem photopolymerisierten Hydrogelmaterials gesteigert werden. Eine andere gebräuchliche Methode zum Transfer von Nukleinsäuren ist die Verabreichung mittels einer tragbaren "Particle Gun ", sowie die Verwendung ionisierender Strahlung zur Aktivierung des Gentransfers. Andere Methoden zur Optimierung der Effizienz der viralen Vektortransduktion umfassen die Variation der "multiplicity of infection" (M.O.I.), Depletion von Ionen wie z.B. von Phospationen, Zugabe von polykationischen Substanzen wie z.B. Protamin Sulfat, Variation der Kontaktzeit, Temperatur, pH-Wert und gemeinsame Zentrifugation von Zellen und Virus- bzw. Vektorstocks.In addition, various compositions of liposomes and immunostimulatory reconstituted influenza virosomes (ΓRTV, immunepotentiating reconstituted influenza virosomes) are also suitable as vehicles for the transfer of the vectors according to the invention into mammalian and human cells (US Pat. No. 5,879,685). In addition, foreign nucleic acid sequences can be integrated into a vector with suitable control sequences, bound to synthetic gene transfer molecules such as polymeric DNA-binding cations (e.g. polylysine, protamine and albumin) and coupled with cell targeting ligands such as asialoorosomucoid, insulin, galactose, lactose or transferrin. Another administration system is based on the packaging of sequences which contain the desired genes under the control of different tissue-specific or consumer promoters in liposomes. Furthermore, the transfer of the nucleic acids described above can be increased by association with a photopolymerized hydrogel material. Another common method for transferring nucleic acids is administration by means of a portable "particle gun", and the use of ionizing radiation to activate gene transfer. Other methods for optimizing the efficiency of viral vector transduction include variation of the "multiplicity of infection" (MOI), depletion of ions such as phosphations, addition of polycationic substances such as protamine sulfate, variation of the contact time, temperature, pH and common Centrifugation of cells and virus or vector stocks.
Die beschriebenen Gentransfersysteme können zur genetischen Manipulation von isolierten humanen- bzw. Säugerzellen, insbesondere Antigen-präsentierenden Zellen (Monozyten, Makrophagen, Dendritischen Zellen, B-Zellen) benutzt werden. Falls retrovirale Gentransfervektoren zum Einsatz kommen, können die Zellen durch Stimulation in die S-Phase überfuhrt werden, um die Infektion dieser Zellen zu ermöglichen. Zellen die sich im ersten Viertel bis der Hälfte der S-Phase befinden, haben sich für eine retrovirale Transfektion als besonders empfindlich erwiesen.The gene transfer systems described can be used for the genetic manipulation of isolated human or mammalian cells, in particular antigen-presenting cells (monocytes, macrophages, dendritic cells, B cells). If retroviral gene transfer vectors are used, the cells can be transferred into the S phase by stimulation in order to enable the infection of these cells. Cells in the first quarter to half of the S phase have proven to be particularly sensitive to retroviral transfection.
Polypeptide mit antigenen EpitopenPolypeptides with antigenic epitopes
Die erfindungsgemäßen Vektoren sind dadurch charakterisiert, daß sie Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für Proteine oder Teile von Proteinen oder Polypeptide kodieren, die von Immunzellen erkannt werden (Antigene). Immunzellen im Sinne der Erfindung sind Lymphozyten mit regulatorischen oder zytolytischen Eigenschaften, wie z.B. CD8+/CD4" T- Zellen oder CD87DC4+ T-Zellen oder CD87CD47CD56" Killer Zellen (NK-Zellen). Proteine oder Polypeptide im Sinne dieser Erfindung sind Proteine menschlicher oder tierischer Zellen. Diese Proteine oder Polypeptide befinden sich entweder auf der Oberfläche der angegriffenen Zellen, z.B. Glykoproteine auf Zellmembranen aufgrund ihrer Funktion, oder sie befinden sich im Inneren der Zellen, z.B. regulatorische Proteine. Diese Proteine oder Polypeptide werden in der Zelle aufbereitet und den Immunzellen des Körpers im Kontext von Klasse 1 oder Klasse 2 MHC-Molekülen präsentiert. Die Proteine oder Polypeptide im Sinne dieser Erfindung werden von den eigenen Immunzellen erkannt und führen zu einer Stimulation dieser Zellen, d.h. zu einer Vermehrung der Zellen, die durch die Freisetzung von Botenstoffen (LFN-γ, IL2, TNF, u.a.) oder durch die zytolytische Aktivität der immunzellen gemessen werden kann.The vectors according to the invention are characterized in that they comprise nucleic acid sequences which code for proteins or parts of proteins or polypeptides which are recognized by immune cells (antigens). Immune cells in the sense of the invention are lymphocytes with regulatory or cytolytic properties, such as CD8 + / CD4 " T cells or CD87DC4 + T cells or CD87CD47CD56" killer cells (NK cells). Proteins or polypeptides in the sense of this invention are proteins of human or animal cells. These proteins or polypeptides are either on the surface of the attacked cells, for example glycoproteins on cell membranes due to their function, or they are located inside the cells, for example regulatory proteins. These proteins or polypeptides are processed in the cell and presented to the body's immune cells in the context of class 1 or class 2 MHC molecules. The proteins or polypeptides in the sense of this invention are recognized by the own immune cells and lead to a stimulation of these cells, ie to an increase in the cells by the release of messenger substances (LFN-γ, IL2, TNF, etc.) or by the cytolytic Immune cell activity can be measured.
Die erfindungsgemäßen Vektoren sind dadurch gekennzeichnet, daß sie Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für die Polypeptide kodieren, die ein oder mehrere lineare oder strukturelle Epitope aufweisen. Diese Epitope können nach Präsentierung über MHC-Moleküle von immunpathogenen T-Zellen erkannt werden. Diese Peptidbereiche und Epitope können auch im Kontext anderer, immunogener oder nicht immunogener Polypeptide kodiert und exprimiert werden, beispielsweise als Fusionsproteine oder in der Form von austauschbaren Kassetten in Proteinen, wobei die Kassetten für Bereiche oder Epitope oder Kombinationen von Epitopen der Proteine kodieren. Im Sinne dieser Erfindung sind Epitope der Proteine solche Bereiche der Proteine bzw. solche Aminosäuresequenzen, die von Immunzellen wie z.B. T-Zellen oder NK- Zellen erkannt werden. Diese Epitope können sowohl von Immunzellen gesunder Personen wie auch von Personen mit Autoimmunerkrankungen erkannt werden.The vectors according to the invention are characterized in that they comprise nucleic acid sequences which code for the polypeptides which have one or more linear or structural epitopes. These epitopes can be presented by MHC molecules from immunopathogenic T cells are recognized. These peptide regions and epitopes can also be encoded and expressed in the context of other immunogenic or non-immunogenic polypeptides, for example as fusion proteins or in the form of exchangeable cassettes in proteins, the cassettes coding for regions or epitopes or combinations of epitopes of the proteins. For the purposes of this invention, epitopes of the proteins are those regions of the proteins or those amino acid sequences which are recognized by immune cells such as, for example, T cells or NK cells. These epitopes can be recognized by immune cells of healthy people as well as people with autoimmune diseases.
Die erfindungsgemäßen Vektoren können beispielsweise zur Therapie von Autoimmunerkrankungen, von chronisch entzündlichen Prozesse, die auf Immunpathogenese beruhen und von Gewebe- und Organabstoßungsreaktionen verwendet werden. Z.B. sind viele Autoimmunerkrankungen bekannt, bei deren Entstehung autoreaktive T-Zellen, die körpereigene Proteine und Strukturen erkennen, beteiligt sind. Die erfindungsgemäßen Vektoren können Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für diese körpereigenen Proteine und Strukturen kodieren und exprimieren. Es kommen alle Erkrankungen für eine Therapie in Frage, bei denen T-Zellen an der Pathogenese beteiligt und die von den T-Zellen angegriffenen Proteine und Strukturen identifiziert sind.The vectors according to the invention can be used, for example, for the therapy of autoimmune diseases, of chronic inflammatory processes which are based on immunopathogenesis and of tissue and organ rejection reactions. For example, There are many autoimmune diseases known that involve auto-reactive T cells that recognize the body's own proteins and structures. The vectors according to the invention can comprise nucleic acid sequences which code and express for these endogenous proteins and structures. All diseases can be considered for therapy in which T cells are involved in the pathogenesis and the proteins and structures attacked by the T cells are identified.
Eine Gruppe von Autoimmunerkrankungen sind Rheumatologische Erkrankungen. Bei der Rheumatoiden Artritis werden beispielsweise die Gelenke angegriffen, klinische Komplikationen sind Gelenkdestruktionen, Nierenschädigungen und Amyloidose. Der Systemische Lupus Erythematodes betrifft und schädigt unterschiedliche Organe und Gewebe wie zum Beispiel das zentrale Nervensystem und die Niere. Das Sjögren-Syndrom betrifft exokrine Drüsen wie beispielsweise Speicheldrüsen. Polymyositis und Dermatomyositis sindA group of autoimmune diseases are rheumatological diseases. With rheumatoid artritis, for example, the joints are attacked; clinical complications include joint destruction, kidney damage and amyloidosis. Systemic lupus erythematosus affects and damages various organs and tissues such as the central nervous system and the kidney. Sjögren's syndrome affects exocrine glands such as salivary glands. Polymyositis and dermatomyositis are
Autoimmunerkrankungen der Muskulatur und der Haut und führen zu Muskelschwäche und Lähmung. Polymyalgica Rheumatica und Arteriitis Temporaiis sind Entzündungserkrankungen der Gefäße und verursachen Muskelschwäche und Erblindung. Spondylarthropathien wie Morbus Bechterew betreffen wiederum die Gelenke und führen zur Einsteifung.Autoimmune diseases of the muscles and skin and lead to muscle weakness and paralysis. Polymyalgica rheumatica and arteritis temporaiis are inflammatory diseases of the vessels and cause muscle weakness and blindness. Spondyloarthropathies such as Bechterew's disease in turn affect the joints and lead to stiffening.
Eine weitere Gruppe von Autoimmunerkrankungen sind eine Reihe gastrointestinaler Erkrankungen. Morbus Crohn betrifft den gesamten Intestinaltrakt und führt zu Blutungen, Stenosen, Fisteln, und führt nicht selten zur Entstehung von Tumorerkrankungen. Colitis Ulcerosa ist eine entzündliche Erkrankung des Dickdarm und führt zu Perforation und Blutungen. Zöliakie betrifft sowohl Dünn- als auch Dickdarm und resultiert in Gewichtsverlust. Die Autoimmun-Hepatitis ist eine entzündliche Erkrankung der Leber mit der Folge der Leberzirrhose und Lebertransplantation.Another group of autoimmune diseases are a number of gastrointestinal diseases. Crohn's disease affects the entire intestinal tract and leads to bleeding, stenosis, fistulas, and not infrequently leads to the development of tumor diseases. colitis Ulcerative pain is an inflammatory disease of the colon and leads to perforation and bleeding. Celiac disease affects both the small and large intestines and results in weight loss. Autoimmune hepatitis is an inflammatory disease of the liver resulting in cirrhosis and liver transplantation.
Endokrinologische Erkrankungen können ebenfalls auf Autoimmunreaktionen zurückzuführen sein. Diabetes mellitus Typ I ist eine entzündliche Erkrankung der Bauchspeicheldrüse und führt zu Diabetes, Gefäßschädigungen z.B. mit Beeinträchtigung der Niere, des peripheren Nervensystems und der Augen, und erfordert in der weiteren Folge Nieren- und Pankreastransplantationen. Auch Nebenniereninsuffizienz und Thyroiditis sind Autoimmunerkrankungen mit T-Zellpathogenese. Zudem werden manche Hauterkrankungen der Gruppe der Autoimmunerkrankungen zugerechnet. Einige Beispiele sind Psoriasis, Dermatitis Herpetiformis, Pemphigus Vulgaris: Bei diesen Erkrankungen können Infektionen Komplikationen hervorrufen. Alopezie führt zu Haarverlust. Schließlich gibt es auch neurologische Erkrankungen, die auf Autoimmunreaktionen zurückgeführt werden müssen. Die Multiple Sklerose betrifft beispielsweise das zentrale und das periphere Nervensystem, Myastenia Gravis die Muskulatur. Bei beiden neurologischen Autoimmunerkrankungen können Lähmungen als Kompliktionen auftreten.Endocrinological diseases can also be due to autoimmune reactions. Type I diabetes mellitus is an inflammatory disease of the pancreas and leads to diabetes, vascular damage e.g. with impairment of the kidney, peripheral nervous system and eyes, and subsequently requires kidney and pancreas transplants. Adrenal insufficiency and thyroiditis are also autoimmune diseases with T cell pathogenesis. In addition, some skin diseases are assigned to the group of autoimmune diseases. Some examples are psoriasis, dermatitis herpetiformis, pemphigus vulgaris: infections can cause complications with these diseases. Alopecia leads to hair loss. Finally, there are also neurological diseases that have to be attributed to autoimmune reactions. Multiple sclerosis affects, for example, the central and peripheral nervous system, myastenia gravis the muscles. In both neurological autoimmune diseases, paralysis can occur as complications.
Die erfindungsgemäßen Vektoren können auch zur Therapie von chronisch entzündlichen Prozesse, die auf Immunpathogenese beruhen, verwendet werden, beispielsweise chronische Entzündungen nach viralen- oder bakteriellen Infektionen wie chronische Hepatitis bei Hepatitis- B-Virus- oder Hepatitis-C-Virus-Infektionen oder Gehirnentzündung nach Infektion mit dem Masern- Virus.The vectors according to the invention can also be used to treat chronic inflammatory processes based on immunopathogenesis, for example chronic inflammation after viral or bacterial infections, such as chronic hepatitis in the case of hepatitis B virus or hepatitis C virus infections, or post-inflammation of the brain Measles virus infection.
Die erfindungsgemäßen Vektoren können ferner zur Therapie von Gewebe- und Organabstoßungsreaktionen eingesetzt werden. Die Immunantwort gegen fremde Strukturen auf den Oberflächen der Zellen des zu transplantierenden Organs, die im Wesentlichen durch die MHC (major histocompatibility cow ?/e )-Moleküle, die auf allen Zellen vorhanden sind, gebildet werden, schließen in der Regel eine Transplantation von Geweben und Organen aus, wenn Spender und Empfänger nicht miteinander kompatibel sind oder wenn die Immunantwort des Spenders nicht unterdrückt wird. Kompatibel im Sinne von Organtransplantationen bedeutet, daß Spender und Empfänger so umfangreich in den verschiedenen Alellen für Klasse I und Klasse II MHC übereinstimmen, daß es zu keiner Entzündungsreaktion kommt.The vectors according to the invention can also be used for the therapy of tissue and organ rejection reactions. The immune response against foreign structures on the surfaces of the cells of the organ to be transplanted, which are essentially formed by the MHC (major histocompatibility cow? / E) molecules which are present on all cells, generally include a transplantation of tissues and organs if the donor and recipient are incompatible or if the donor's immune response is not suppressed. Compatible in the sense of organ transplants means that donors and recipients are so extensive in the various alleles for class I and Class II MHC agree that there is no inflammatory reaction.
T-Zellen erkennen normalerweise mit ihren T-Zellrezeptoren Bruchstücke von körperfremden Proteinen assoziiert mit körpereigenem MHC. T-Zellen, die körpereigene Bruchstücke von Proteinen mit körpereigenem MHC erkennen, werden über verschiedene Wege inaktiviert bzw. werden nicht aktiviert. Im Falle einer Immunantwort gegen ein zu transplantierendes Organ erkennen die T-Zellen des Empfängers die Kombination aus Antigen und fremdem MHC, selbst wenn das gleiche Antigen im Zusammenhang mit eigenem MHC nicht erkannt wird.T cells normally recognize fragments of foreign proteins associated with the body's own MHC with their T cell receptors. T cells that recognize the body's own fragments of proteins with the body's own MHC are inactivated or are not activated in various ways. In the event of an immune response against an organ to be transplanted, the recipient's T cells recognize the combination of antigen and foreign MHC, even if the same antigen is not recognized in connection with its own MHC.
Die erfindungsgemäßen Vektoren, die im Zusammenhang einer Transplantation zum Zwecke der Induktion einer Toleranz gegen das zu transplantierende oder bereits transplantierte Organ eingesetzt werden, kodieren und exprimieren Proteine und Strukturen der zu transplantierenden oder bereits transplantierten Organtypen. Die Vektoren, die beispielsweise im Zusammenhang mit einer Pankreas-Transplantation eingesetzt werden, kodieren für charakteristische Proteine aus der Pankreas. Vektoren, die bei Nieren- oder Lebertransplantationen eingesetzt werden, kodieren für charakteristische Proteine von Leber- oder Nierenzellen. Die kodierten Proteine schließen auch solche Proteine ein, die nicht organspezifisch sind wie beispielsweise Endothelzellen, jedoch im transplantierten Organ vorhanden sind, und ein Ziel der entzündlichen Reaktion im Fall von Organabstoßung darstellen.The vectors according to the invention, which are used in connection with a transplant for the purpose of inducing a tolerance to the organ to be transplanted or already transplanted, encode and express proteins and structures of the organ types to be transplanted or already transplanted. The vectors, which are used, for example, in connection with a pancreas transplant, code for characteristic proteins from the pancreas. Vectors that are used in kidney or liver transplantations code for characteristic proteins of liver or kidney cells. The encoded proteins also include those proteins that are not organ specific, such as endothelial cells, but are present in the transplanted organ and are a target of the inflammatory response in the event of organ rejection.
Nachfolgend wird für drei Autoimmunerkrankungen, die Multiple Sklerose, die Myastenia gravis, die Rheumatoide Artritis, und Diabetes Mellitus Typ I, beispielhaft die Auswahl möglicher antigener Proteine, die von den erfindungsgemäßen Vektoren kodiert und exprimiert werden können, näher beschrieben.For three autoimmune diseases, multiple sclerosis, myastenia gravis, rheumatoid artritis, and diabetes mellitus type I, the selection of possible antigenic proteins which can be encoded and expressed by the vectors according to the invention is described in more detail by way of example.
Multiple Sklerosemultiple sclerosis
Die Multiple Sklerose (MS), eine Erkrankung des menschlichen zentralen Nervensystems, ist durch perivaskuläre Entzündungen und durch Demyelinisierung gekennzeichnet. Die Ansammlungen von aktivierten T-Zellen in den frühen MS-Läsionen sowie in den umgebenden, noch unauffälligen Bereichen des weißen Markkörpers unterstreicht die Rolle der zeilvermittelten Immunität (T-Zellen) für die Entstehung der Multiplen Sklerose. Untersuchungen an einem allgemein akzeptierten Tiermodell, der experimentellen Autoimmunenzephalomyelitis (EAE), die durch Immunisierung mit Myelinkomponenten ausgelöst werden kann, haben gezeigt, daß EAE durch aktivierte, myelinspezifische T-Zellen von einem Tier auf das andere übertragen werden kann. In der Regel können in einem Patienten mit Multipler Sklerose Immunzellen gegen unterschiedliche Bestandteile des Myelins, Bestandteile von Astrozyten, und Proteine, die nicht aus Zellen des zentralen Nervensystems stammen, nachgewiesen werden. Außerdem erkennen unterschiedliche Immunzellen verschiedene Bereiche einer Komponente (Epitope), wobei eine Zunahme der Zahl an erkannten Epitopen mit der Verschlechterung der Erkrankung korreliert.Multiple sclerosis (MS), a disease of the human central nervous system, is characterized by perivascular inflammation and demyelination. The accumulation of activated T cells in the early MS lesions as well as in the surrounding, still inconspicuous areas of the white marrow body underlines the role of cell-mediated immunity (T cells) in the development of multiple sclerosis. Studies on a generally accepted animal model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), by immunization with myelin components have shown that EAE can be transferred from one animal to the other by activated, myelin-specific T cells. As a rule, immune cells can be detected in a patient with multiple sclerosis against different components of the myelin, components of astrocytes, and proteins that do not come from cells of the central nervous system. In addition, different immune cells recognize different areas of a component (epitopes), with an increase in the number of recognized epitopes correlating with the worsening of the disease.
Das Myelin basische Protein (MBP) ist ein abtrennbarer und relativ einfach aufzureinigender Bestandteil des Myelins. Etwa 30 % des Myelins im zentralen Nervensystems (ZNS) bestehen aus MPB. MBP war der erste Proteinbestandteil des Myelins, für den entzündungsauslösende Eigenschaften nachgewiesen wurden. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Epitope, einzeln oder in Kombination: AS 1 - 20, AS 7 - 26, AS 16 - 38, AS 38 - 55, AS 50 - 68, AS 61 - 82, AS 71 - 89, AS 83 - 102, AS 94 - 117, AS 108 - 131, AS 124 - 141, AS 131 - 145, AS 139 - 153, AS 148 - 162, AS 153 - 170, AS 80 - 102, AS 81 - 99, AS 82 - 100, AS 83 - 99 , AS 85 - 99, AS 86 - 99 , AS 159 - 169.The myelin basic protein (MBP) is a separable and relatively easy to clean component of the myelin. About 30% of the myelin in the central nervous system (CNS) consists of MPB. MBP was the first protein component of myelin to have anti-inflammatory properties. By way of example, the vectors according to the invention encode and express the following epitopes, individually or in combination: AS 1 - 20, AS 7 - 26, AS 16 - 38, AS 38 - 55, AS 50 - 68, AS 61 - 82, AS 71 - 89, AS 83 - 102, AS 94 - 117, AS 108 - 131, AS 124 - 141, AS 131 - 145, AS 139 - 153, AS 148 - 162, AS 153 - 170, AS 80 - 102, AS 81 - 99, AS 82 - 100, AS 83 - 99, AS 85 - 99, AS 86 - 99, AS 159 - 169.
Das Myelin Proteolipid Protein (PLP) ist mit mehr als 50 % der größte Bestandteil des Myelins im zentralen Nervensystem. PLP ist ein Membranprotein mit stark hydrophoben Eigenschaften. Proliferationsexperimente identifizierten im Blut von Personen mit Multipler Sklerose vorwiegend CD4+ PLP spezifische T-Zellen. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Epitope, einzeln oder in Kombination: AS 40 - 60, AS 89 - 106, AS 103 - 120, AS 125 - 143, AS 139 - 154, AS 1 - 275, AS 95 - 117, AS 139 - 151 und AS 185 - 206.With more than 50%, the myelin proteolipid protein (PLP) is the largest component of myelin in the central nervous system. PLP is a membrane protein with highly hydrophobic properties. Proliferation experiments predominantly identified CD4 + PLP-specific T cells in the blood of people with multiple sclerosis. By way of example, the vectors according to the invention encode and express the following epitopes, individually or in combination: AS 40-60, AS 89-106, AS 103-120, AS 125-143, AS 139-154, AS 1-275, AS 95-117, AS 139 - 151 and AS 185 - 206.
Das Myelin Oligodendrozyten Protein (MOG) ist ein kleinerer Bestandteil (0,01 - 0,05 %) des Myelins. MOG besitzt ein Molekulargewicht von 26 - 28 kDa und ist aus einer immunglobulinähnlichen variablen Domäne und zwei hydrophoben (potentiellen) Transmembrandomänen aufgebaut. Untersuchungen an Tiermodellen, wo MOG sowohl eine T- Zell-vermittelte entzündliche Reaktion wie auch demyelinisierende Antikörper induziert, und Untersuchungen bei Multipler Sklerose identifizierten das Glykoprotein als ein wichtiges Antigen bei demyelinisierenden Autoimmunerkrankungen des zentralen Nervensystems. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Epitope des MOG, einzeln oder in Kombination: AS 1- 22, AS 35 - 55, AS 36 - 45, AS 34 - 56, AS 43 - 57, AS 64 - 96, AS 92 - 106, AS 134 - 148, AS 1 - 26, AS 14 - 39, AS 27 - 50, AS 38 - 60, AS 50 - 74, AS 63 - 87, AS 76 - 100, AS 89 - 113, AS 101 - 125, AS 162 - 178, AS 168 - 182, AS 14 - 36.The myelin oligodendrocyte protein (MOG) is a smaller component (0.01 - 0.05%) of the myelin. MOG has a molecular weight of 26 - 28 kDa and is made up of an immunoglobulin-like variable domain and two hydrophobic (potential) transmembrane domains. Studies in animal models where MOG induces both a T cell-mediated inflammatory response and demyelinating antibodies, and studies in multiple sclerosis identified glycoprotein as an important antigen in autoimmune demyelinating diseases of the central nervous system. The vectors according to the invention encode and express the following epitopes of the MOG, individually or in combination: AS 1- 22, AS 35 - 55, AS 36 - 45, AS 34 - 56, AS 43 - 57, AS 64 - 96, AS 92 - 106, AS 134 - 148, AS 1 - 26, AS 14 - 39, AS 27 - 50, AS 38 - 60, AS 50 - 74, AS 63 - 87, AS 76 - 100, AS 89 - 113, AS 101 - 125, AS 162 - 178, AS 168 - 182, AS 14-36.
Das Myelin-assoziierte basische Protein auf Oligodendrozyten (myelin-associated oligodendrocytic basic protein, MOBP) ist einer der Hauptbestandteile des Myelin. Patienten mit schubweise verlaufender Multipler Sklerose zeigen eine zelluläre Immunreaktion gegen MOBP. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Epitope, einzeln oder in Kombination: AS 1 - 19, AS 11 - 29, AS 21 - 39, AS 31 - 49, AS 37 - 60, AS 41 - 59, AS 51 - 69, AS 83 - 99, AS 1- 60, AS 27 - 50.The myelin-associated oligodendrocytic basic protein (MOBP) is one of the main components of myelin. Patients with relapsing multiple sclerosis show a cellular immune response to MOBP. By way of example, the vectors according to the invention encode and express the following epitopes, individually or in combination: AS 1-19, AS 11-29, AS 21-39, AS 31-49, AS 37-60, AS 41-59, AS 51-69, AS 83-99, AS 1-60, AS 27-50.
Das Oligodendrozyten-spezifische Protein (OSP) repräsentiert etwa 7 % des gesamten Myelins. OSP ist ein Transmembranprotein mit einer Länge von 207 Aminosäuren. Ein Vergleich der Tertiärstruktur des OSP zeigte eine Homologie zum Peripheren Myelinprotein 22 im ZNS. In der Rückenmarksflüssigkeit von Personen, die an Multipler Sklerose mit schubweisem Verlauf erkrankt sind, konnten Antikörper gegen OSP nachgewiesen werden. Im Menschen konnten T- Zellen mit einer Spezifität für OSP gezeigt werden. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Epitope, einzeln oder in Kombination: AS 52 - 71, AS 72 - 91, AS 82 - 101, AS 102 - 121, AS 132 - 151, AS 142 - 161, AS 182 - 201, AS 192 - 207.The oligodendrocyte-specific protein (OSP) represents about 7% of the total myelin. OSP is a transmembrane protein with a length of 207 amino acids. A comparison of the tertiary structure of the OSP showed homology to peripheral myelin protein 22 in the CNS. Antibodies against OSP could be detected in the spinal fluid of people suffering from multiple sclerosis with a relapsing course. T cells with a specificity for OSP could be shown in humans. By way of example, the vectors according to the invention encode and express the following epitopes, individually or in combination: AS 52-71, AS 72-91, AS 82-101, AS 102-121, AS 132-151, AS 142-161, AS 182-201, AS 192 - 207.
Das Myelin-assoziierte Glykoprotein (MAG) ist Bestandteil des Myelins im zentralen und peripheren Nervensystem. MAG ist ein Membranprotein mit einem Molekulargewicht von 100 kDa, aufgebaut aus fünf extrazellulären immunglobulinähnlichen Domänen, einer einzelnen Transmembrandomäne und einer zytoplasmatischen Domäne. Zwei durch alternatives Spleißen gebildete Isoformen (L und S-Form), sind beschrieben, die zu unterschiedlichen Zeiten der Myelinbildung nachgewiesen werden. MAG ist in den periaxonalen Membranen der myelinbildenden Schwann' sehen Zellen und Oligodendrozyten lokalisiert und wird mit Glia- Axon- Wechselwirkungen in Verbindung gebracht. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Epitope, einzeln oder in Kombination: AS 20 - 34, AS 124 - 137, AS 354 - 377, AS 570 - 582. Weitere Ziele für pathogene Immunzellen sind die nachfolgend beschriebenen Proteine. Das Glykoprotein PO als Bestandteil des peripheren Nervensystems und der Schwann'schen Zellen. PO besitzt ein Molekulargewicht von 30 kDa und stellt über 50 % der Masse des kompakten Myelins im peripheren Nervensystem dar. Das periphere Myelinprotein 22 (PMP-22 / PAS-II) besitzt ein Molekulargewicht von 22 kDa. PMP-22 ist nicht spezifisch für Schwann'sche Zellen, sondern wird auch in anderen Geweben wie der Lunge, des Magens und des Herzens exprimiert. pl70k / SAG (Schwann Cell Membrane Glykoprotein) ist ein Glykoprotein mit einem Molekulargewicht von 170 kDa. SAG wird von myelinisierenden und nicht-myelinisierenden Schwann'schen Zellen produziert. Oligodendrozyten-Myelin-Glykoprotein (OMgp) ist ein Glykoprotein mit Homologie zu MBP, das ausschließlich im zentralen Nervensystem exprimiert wird. Schwann Cell Myelin Protein (SMP) ist ein weiteres Glykoprotein, das von Schwann'schen Zellen gebildet wird und in Hühnern entdeckt wurde. Das Glykoprotein weist 44% Homologie zu MAG auf. Weitere Polypeptide, die als Ziele für autoimmunreaktive Zellen identifiziert wurden, sind die Transaldolase, SlOOß, Alpha B Crystallin, 2', 3' -cyclic Nucleotide 3' -Phosphodiesterase (CNP) und GFAP. Die erfindungsgemäßen Vektoren kodieren beispielsweise ferner für diese Proteine oder Bruchstücke davon, insbesondere für Bereiche oder Kombinationen von Bereichen, die T-Zell-Epitope tragen.The myelin-associated glycoprotein (MAG) is a component of myelin in the central and peripheral nervous system. MAG is a membrane protein with a molecular weight of 100 kDa, composed of five extracellular immunoglobulin-like domains, a single transmembrane domain and a cytoplasmic domain. Two isoforms (L and S-form) formed by alternative splicing are described, which are detected at different times of myelin formation. MAG is located in the periaxonal membranes of the myelin-forming Schwann cells and oligodendrocytes and is associated with glia-axon interactions. By way of example, the vectors according to the invention encode and express the following epitopes, individually or in combination: AS 20-34, AS 124-137, AS 354-377, AS 570-582. The proteins described below are further targets for pathogenic immune cells. The glycoprotein PO as a component of the peripheral nervous system and Schwann cells. PO has a molecular weight of 30 kDa and represents over 50% of the mass of the compact myelin in the peripheral nervous system. The peripheral myelin protein 22 (PMP-22 / PAS-II) has a molecular weight of 22 kDa. PMP-22 is not specific for Schwann cells, but is also expressed in other tissues such as the lungs, stomach and heart. pl70k / SAG (Schwann Cell Membrane Glycoprotein) is a glycoprotein with a molecular weight of 170 kDa. SAG is produced by myelinating and non-myelinating Schwann cells. Oligodendrocyte myelin glycoprotein (OMgp) is a glycoprotein with homology to MBP that is only expressed in the central nervous system. Schwann Cell Myelin Protein (SMP) is another glycoprotein that is produced by Schwann cells and was discovered in chickens. The glycoprotein has 44% homology to MAG. Other polypeptides that have been identified as targets for autoimmune reactive cells are the Transaldolase, SIOSS, Alpha B Crystallin, 2 ', 3' Cyclic Nucleotide 3 'Phosphodiesterase (CNP) and GFAP. The vectors according to the invention also code, for example, for these proteins or fragments thereof, in particular for regions or combinations of regions which carry T cell epitopes.
Myastenia gravis Myastenia gravis, eine Autoimmunerkrankung, die zu fortschreitender Muskelschwäche führt, wird durch Autoantikörper gegen den Acetylcholinrezeptor auf Muskelzellen verursacht. Die Produktion der Autoantikörper ist abhängig von spezifischen T-Helferzellen. 10 % der Patienten mit Myastenia gravis leiden unter epithelialen Tumoren des Thymus. Die Tumorzellen synthetisieren mRNAs, die für die - und ε-Untereinheiten des Acetylcholinrezeptors kodieren, und können so möglicherweise T-Zellen im Thymus bzw. zirkulierende T-Zellen fälschlicherweise gegen Epitope des Acetylcholinrezeptors sensibilisieren. Möglicherweise ist aber auch der Mechanismus der Toleranzinduktion in den heranreifenden Thymozyten gestört. Mehrfach wurden Bereiche in den Untereinheiten des Acetylcholinrezeptors beschrieben, die Epitope für B- und T-Zellen darstellen. Exemplarisch kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren Untereinheiten des Acetylcholinrezeptors oder Fragmente dieser Untereinheiten, im besonderen folgende Bereiche, einzeln oder in Kombination: AS cd - 437, AS α3 - 181, AS α37 - 114, AS 37 - 181, AS α62 - 90, AS 73 - 90, AS α75 - 90, AS α75 - 115, AS αl30 - 178, AS αl38 - 167, AS αl44 - 156, AS l49 - 158, AS αl49 - 163, AS αl46 - 160, AS ε201 - 219.Myastenia gravis Myastenia gravis, an autoimmune disease that causes progressive muscle weakness, is caused by autoantibodies to the acetylcholine receptor on muscle cells. The production of autoantibodies depends on specific T helper cells. 10% of patients with myastenia gravis suffer from thymus epithelial tumors. The tumor cells synthesize mRNAs that code for the - and ε subunits of the acetylcholine receptor, and may thus incorrectly sensitize T cells in the thymus or circulating T cells to epitopes of the acetylcholine receptor. However, the mechanism of tolerance induction in the maturing thymocytes may also be disturbed. Areas in the subunits of the acetylcholine receptor which are epitopes for B and T cells have been described several times. By way of example, the vectors according to the invention encode and express subunits of the acetylcholine receptor or fragments of these subunits, in particular the following areas, individually or in combination: AS cd - 437, AS α3 - 181, AS α37 - 114, AS 37 - 181, AS α62 - 90, AS 73 - 90, AS α75 - 90, AS α75 - 115, AS αl30 - 178, AS αl38 - 167, AS αl44 - 156, AS l49 - 158, AS αl49 - 163, AS αl46 - 160, AS ε201 - 219.
Rheumatoide ArthritisRheumatoid arthritis
Die Rheumatoide Artritis war eine der ersten systemischen Erkrankungen, die auf Autoimmunmechanismen zurückgeführt wurde. Im Wesentlichen zwei Aspekte der Rheumatoiden Artritis lassen auf eine grundlegende Störung des Immunsystems als Ursache der Erkrankung schließen. Ersten, die oftmals sehr massiven Infiltrationen von Lymphozyten, einschließlich CD4+ T-Zellen, im entzündeten hypertrophen Synovialgewebe, und zweitens, die Produktion von großen Mengen Rheumafaktor von B-Zellen und Plasmazellen im Synovium. Rheumafaktoren sind Antikörper, die gegen strukturgebende Bereiche der schweren Kette des IgG gerichtet sind. Die konkreten Gewebeschädigungen in den Gelenken und in „extra-articular structures" wird durch die entzündlichen „pannus" und Anhäufungen von granulären Zellen, die als Rheumatoide Knoten bezeichnet werden, zurückgeführt. Das wichtigste Argument, das für eine Beteiligung von T-Zellen an der Entstehung der Rheumatoiden Artritis spricht, ist die starke Assoziation der Erkrankung mit bestimmten MHC Klasse II Haplotypen und die Beobachtung, daß die Erkrankung im Mausmodel durch isolierte T-Zellen adaptiv übertragen werden kann. Unterschiedlichste Antigene wurden als mögliche Ziele der autoreaktiven Immunzellen beschrieben, darunter Strukturen des Bindegewebes wie zum Beispiel Kollagen, Proteoglykane und Antigene auf Chondrozyten, Hitzeschock-Proteine und exogene virale oder bakterielle Antigene. Die erfindungsgemäßen Vektoren kodieren beispielhaft für diese Proteine oder Bruchstücke davon, insbesondere für Bereiche oder Kombinationen von Bereichen, die T-Zell- Epitope tragen, beispielsweise Typ-II-Collagen (CII).Rheumatoid artritis was one of the first systemic diseases that was attributed to autoimmune mechanisms. Essentially two aspects of rheumatoid artritis suggest a fundamental immune system disorder as the cause of the disease. First, the often very massive infiltration of lymphocytes, including CD4 + T cells, in the inflamed hypertrophic synovial tissue, and second, the production of large amounts of rheumatoid factor from B cells and plasma cells in the synovium. Rheumatoid factors are antibodies that are directed against structuring regions of the IgG heavy chain. The specific tissue damage in the joints and in "extra-articular structures" is attributed to the inflammatory "pannus" and accumulations of granular cells, which are referred to as rheumatoid nodes. The most important argument in favor of the involvement of T cells in the development of rheumatoid artritis is the strong association of the disease with certain MHC class II haplotypes and the observation that the disease in the mouse model can be adaptively transmitted by isolated T cells , A wide variety of antigens have been described as possible targets for autoreactive immune cells, including structures of connective tissue such as collagen, proteoglycans and antigens on chondrocytes, heat shock proteins and exogenous viral or bacterial antigens. The vectors according to the invention code by way of example for these proteins or fragments thereof, in particular for regions or combinations of regions which carry T cell epitopes, for example type II collagen (CII).
Diabetes mellitus Typl Diabetes mellitus Typ 1 ist eine Autoimmunerkrankung mit multifaktoriellen Ursachen, einschließlich genetischer Veranlagung. Die Zerstörung der insulinproduzierenden ß-Zellen wird durch T-Lymphozyten verursacht. Sowohl CD4+ als auch CD8+ T-Zellen sind an der Pathogenese beteiligt und beide Subtypen sind für die Entstehung der Entzündungsreaktion gleichermaßen notwendig. Experimente mit NOD-Mäusen, die ein Tiermodel für die Diabetes darstellen, identifizierten CD8+ T-Zellen als die funktionellen Effektorzellen. Durch Übertragung von CD8+ T-Zellen prädiabetischer NOD-Mäuse auf SCID-NOD-Mäuse, die zwar die genetische Prädisposition jedoch keine Immunzellen vorweisen, konnte die Erkrankung übertragen werden. Eine Reihe möglicher Autoantigene bei Diabetes wurde bereits identifiziert. In prädiabetischen Patienten und solchen mit einer kürzlich diagnostizierten Diabetes wurden Antikörper gegen verschiedene Autoantigene nachgewiesen. Außerdem wurden CD4+ sowie CD8+ T-Zellen mit zum Teil unterschiedlicher Spezifität nachgewiesen. Die Gentherapievektoren im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung tragen funktionelle Bereiche bzw. Gene, die für antigene Proteine, Proteinfragmente oder Epitope und Kombinationen von Epitopen kodieren und exprimieren, die Ziele für CD4+ und / oder CD8+ T-Zellen darstellen. Antigene Proteine im Sinne dieser Erfindung sind solche Proteine, die von T-Zellen von Personen mit Diabetes im Zusammenhang mit MHC-Klasse I bzw. MHC Klasse II auf syngenen Zellen erkannt werden.Diabetes mellitus type 1 Diabetes mellitus type 1 is an autoimmune disease with multifactorial causes, including genetic predisposition. The destruction of the insulin-producing ß cells is caused by T lymphocytes. Both CD4 + and CD8 + T cells are involved in the pathogenesis and both subtypes are equally necessary for the development of the inflammatory response. Experiments with NOD mice, which are an animal model for diabetes, identified CD8 + T cells as the functional effector cells. The disease could be transmitted by transferring CD8 + T cells from prediabetic NOD mice to SCID-NOD mice, which, although they have the genetic predisposition but no immune cells. A number of possible autoantigens in diabetes have been identified. Antibodies against various autoantigens have been detected in prediabetic patients and those with recently diagnosed diabetes. In addition, CD4 + and CD8 + T cells with different specificity were detected. The gene therapy vectors within the scope of the invention described here carry functional areas or genes which code and express for antigenic proteins, protein fragments or epitopes and combinations of epitopes which represent targets for CD4 + and / or CD8 + T cells. Antigenic proteins in the sense of this invention are those proteins which are recognized by T cells of persons with diabetes in connection with MHC class I or MHC class II on syngeneic cells.
Ein Ziel der Autoimmunmechanismen bei Diabetes Typ I ist die Tyrosin-Phosphatase IA-2. In Patienten mit Diabetes sind Autoantikörper gegen das Protein nachweisbar, die fast immer gegen die intrazelluläre Domäne des Proteins gerichtet sind. In Personen mit einer genetischen Prädisposition für Diabetes sind Autoantikörper gegen IA-2 ein deutlicher Marker für eine rasche Verschlechterung der Erkrankung. Als antigenes Ziel für T-Zellen bei Diabetes können die Vektoren das gesamte IA-2-Protein oder Proteinfragmente kodieren und exprimieren. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Bereiche, einzeln oder in Kombination, die als epitoptragende Bereiche im Zusammenhang mit MHC-DR4 identifiziert wurden: AS 654 - 674, AS 709 - 732, AS 753 - 771, AS 797 - 817, AS 854 - 872, AS 955 - 975.One target of the autoimmune mechanisms in type I diabetes is tyrosine phosphatase IA-2. Autoantibodies to the protein, which are almost always directed against the protein's intracellular domain, are detectable in patients with diabetes. In people with a genetic predisposition to diabetes, autoantibodies against IA-2 are a clear marker of a rapid worsening of the disease. As an antigenic target for T cells in diabetes, the vectors can encode and express the entire IA-2 protein or protein fragments. By way of example, the vectors according to the invention encode and express the following regions, individually or in combination, which have been identified as epitope-bearing regions in connection with MHC-DR4: AS 654-674, AS 709-732, AS 753-771, AS 797-817, AS 854 - 872, AS 955 - 975.
Unter den möglichen Autoantigenen bei Diabetes Typ I sind das Insulin und sein Vorläufer, das Proinsulin, die einzigen Proteine, die ausschließlich in den Beta-Zellen synthetisiert werden. Autoantikörper gegen Proinsulin können in prädiabetischen und diabetischen Patienten nachgewiesen werden. Durch Transfer von proinsulinspezifischen T-Zellen kann in NOD- Mäusen eine Diabetes erzeugt werden, was die Bedeutung des Proinsulins als Ziel der zellulären Immunantwort zeigt. Als antigenes Ziel für T-Zellen bei Diabetes können die Vektoren die gesamte Alpha-Kette, die gesamte Beta-Kette, das verbindende Peptid, das gesamte Proinsulinprotein oder Proteinfragmente, einzeln oder in Kombination, kodieren und exprimieren. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Bereiche, die als epitoptragende Bereiche identifiziert wurden: AS 1 - 15 (pl-15) und AS 35 - 50 (p35-50), aus dem Bereich des verbindenden Peptides zwischen Alpha- und Beta-Kette; AS 6 - 80 (a6-80), aus dem Bereich der Alpha-Kette; AS 9 - 23 und AS 10 - 25 (b 10-25), aus dem Bereich der Beta-Kette.Among the possible autoantigens in type I diabetes, insulin and its precursor, proinsulin, are the only proteins that are only synthesized in the beta cells. Autoantibodies to proinsulin can be detected in prediabetic and diabetic patients. Diabetes can be generated in NOD mice by transfer of proinsulin-specific T cells, which shows the importance of proinsulin as a target of the cellular immune response. As an antigenic target for T cells in diabetes, the vectors can encode and express the entire alpha chain, the entire beta chain, the connecting peptide, the entire proinsulin protein or protein fragments, individually or in combination. By way of example, the vectors according to the invention encode and express the following regions, which have been identified as epitope-bearing regions: AS 1-15 (pl-15) and AS 35-50 (p35-50), from the region of the connecting peptide between the alpha and beta chains ; AS 6 - 80 (a6-80), from the area of the alpha chain; AS 9 - 23 and AS 10 - 25 (b 10-25), from which Area of the beta chain.
Glutaminsäure-Decarboxylase 65 (GAD65) ist eine der Zielstrukturen für Autoimmunreaktionen bei Patienten mit Diabetes Typ I. Mononukleäre Zellen im Blut von Patienten reagieren auf das Protein mit Zellteilung und über 70 % der Patienten besitzen zudem Antikörper gegen GAD65. Eine Kombination aus Antikörpern gegen GAD65 und IA-2 bei Personen, die aufgrund ihres MHC-Typs eine genetische Prädisposition für Diabetes aufweisen, ist ein starker Hinweis auf eine sich entwickelnde Diabetes Typ I. Als antigenes Ziel für T-Zellen bei Diabetes können die Vektoren das gesamte GAD65-Protein oder Proteinfragmente kodieren und exprimieren. Beispielhaft kodieren und exprimieren die erfindungsgemäßen Vektoren folgende Bereiche, einzeln oder in Kombination, die als epitoptragende Bereiche im Zusammenhang mit MHC-DQ8 identifiziert wurden: AS 1 - 60, AS 51 - 120, AS 101 - 115, AS 111 - 180, AS 171 - 240, AS 206 - 220, AS 231 - 300, AS 291 - 360, AS 351 - 420, AS 411 - 480, AS 431 - 445, AS 461 - 475, AS 471 - 530, AS 521 - 585, AS 536 - 550, AS 121 -140, AS 201 - 220, AS 231 - 250, AS 471 - 490. GAD65 ist auch ein Ziel von CD8+ T-Zellen. Vektoren können daher auch den Bereich AS 15 - 23 kodieren und exprimieren. Weitere mögliche Bereiche sind AS 505 - 519 und AS 521 - 535.Glutamic acid decarboxylase 65 (GAD65) is one of the target structures for autoimmune reactions in patients with type I diabetes. Mononuclear cells in the blood of patients react to the protein with cell division and over 70% of the patients also have antibodies against GAD65. A combination of antibodies against GAD65 and IA-2 in people who are genetically predisposed to diabetes due to their MHC type is a strong indicator of developing type I diabetes. The vectors can be used as an antigenic target for T cells in diabetes encode and express the entire GAD65 protein or protein fragments. By way of example, the vectors according to the invention encode and express the following regions, individually or in combination, which have been identified as epitope-bearing regions in connection with MHC-DQ8: AS 1-60, AS 51-120, AS 101-115, AS 111-180, AS 171 - 240, AS 206 - 220, AS 231 - 300, AS 291 - 360, AS 351 - 420, AS 411 - 480, AS 431 - 445, AS 461 - 475, AS 471 - 530, AS 521 - 585, AS 536 - 550, AS 121-140, AS 201 - 220, AS 231 - 250, AS 471 - 490.GAD65 is also a target of CD8 + T cells. Vectors can therefore also encode and express the region AS 15-23. Other possible areas are AS 505 - 519 and AS 521 - 535.
Das Hitzeschockprotein Hsp60 stellt ein weiteres Ziel für aktivierte Immunzellen bei Diabetes Typ I dar. Die Vektoren kodieren und exprimieren beispielsweise den Bereich der AS 437 - 460The heat shock protein Hsp60 represents another target for activated immune cells in type I diabetes. The vectors encode and express, for example, the area of AS 437-460
(Peptid 277), der als T-Zellepitop in NOD-Mäusen identifiziert wurde. In Personen mit Diabetes und in gesunden Kontrollpersonen wurden eine Reihe von Epitopen bzw. Bereichen im HspόO-(Peptide 277), which was identified as a T cell epitope in NOD mice. In people with diabetes and in healthy controls, a number of epitopes or areas in the HspόO-
Protein, die T-Zell-Epitope beinhalten, identifiziert. Die erfindungsgemäßen Vektoren kodieren beispielhaft für das gesamte Hsp60-Protein oder Bruchstücke, insbesondere für nachfolgend beschriebene Bereiche oder Kombinationen von Bereichen, die T-Zell-Epitope tragen: AS 1 -Protein containing T cell epitopes identified. The vectors according to the invention code, by way of example, for the entire Hsp60 protein or fragments, in particular for regions described below or combinations of regions which carry T cell epitopes: AS 1 -
20, AS 16 - 35, AS 31 - 50, AS 46 - 65, AS 61 - 80, AS 106 - 125, AS 121 - 140, AS 136 -20, AS 16 - 35, AS 31 - 50, AS 46 - 65, AS 61 - 80, AS 106 - 125, AS 121 - 140, AS 136 -
155, AS 151 - 170, AS 166 - 185, AS 195 - 214, AS 240 - 259, AS 255 - 275, AS 271 - 290,155, AS 151 - 170, AS 166 - 185, AS 195 - 214, AS 240 - 259, AS 255 - 275, AS 271 - 290,
AS 286 - 305, AS 301 - 320, AS 346 - 365, AS 421 - 440, AS 436 - 455, AS 466 - 485, ASAS 286 - 305, AS 301 - 320, AS 346 - 365, AS 421 - 440, AS 436 - 455, AS 466 - 485, AS
511 - 530.511 - 530.
Weitere Ziele der Autoimmunreaktion bei Diabetes Typ I sind bislang noch nicht charakterisierte Proteine in der Zellmembran der Beta-Zellen. Als weiteres Antigen wurde das Inselzellprotein ICA69 und ein Protein mit einem Molekulargewicht von 38 kDa in den sekretorischen Granula (Roep et al (1991) Lancet 337:1439-1441) identifiziert. Die erfindungsgemäßen Vektoren kodieren beispielhaft für diese Proteine oder Bruchstücke davon, insbesondere für Bereiche oder Kombinationen von Bereichen, die T-Zell-Epitope tragen.Other targets of the autoimmune reaction in type I diabetes are proteins in the cell membrane of beta cells that have not yet been characterized. The island cell protein ICA69 and a protein with a molecular weight of 38 kDa in the secretory granules were used as a further antigen (Roep et al (1991) Lancet 337: 1439-1441). The vectors according to the invention code by way of example for these proteins or fragments thereof, in particular for regions or combinations of regions which carry T cell epitopes.
Expression apoptoseauslösende LigandenExpression of apoptosis-inducing ligands
Die erfindungsgemäßen Vektoren sind dadurch charakterisiert, daß sie Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für einen oder mehrere apoptoseauslösende Liganden kodieren. Apoptose ist ein auf der Ebene der Gene kontrollierter Prozeß, der an der Regulation der Homeostase, der Entwicklung von Geweben und Organen sowie der Entfernung von nicht mehr notwendigen Zellen des Immunsystems beteiligt ist. Apoptose ist auch an der Eliminierung von Zellen beteiligt, die aufgrund von Schäden an ihren Chromosomen oder aufgrund einer Infektion mit viralen Erregern Veränderungen erfahren haben. Normale Zellen werden durch sogenannte „Überlebenssignale" vor der Apoptose bewahrt. Proapoptotische Signale, die durch Schäden oder Infektion ausgelöst werden, leiten jedoch eine Abfolge von Vorgängen ein, die mit dem Tod der Zellen enden. Zelltod durch Apoptose ist gekennzeichnet durch eine Verdichtung des Chromatins, einer Fragmentierung der chromosomalen DNA, einer Art Blasenbildung der Membran, einer Schrumpfung der Zelle, und schließlich einem Zerfall der toten Zelle im membranumschlossene Vesikel (apoptotische Körperchen).The vectors according to the invention are characterized in that they comprise nucleic acid sequences which code for one or more ligands which trigger apoptosis. Apoptosis is a process controlled at the level of the genes, which is involved in the regulation of homeostasis, the development of tissues and organs and the removal of cells of the immune system that are no longer necessary. Apoptosis is also involved in the elimination of cells that have undergone changes due to damage to their chromosomes or due to infection with viral pathogens. Normal cells are protected from apoptosis by so-called "survival signals". However, proapoptotic signals, which are triggered by damage or infection, initiate a sequence of processes that end with the death of the cells. Cell death by apoptosis is characterized by a compression of the chromatin , a fragmentation of the chromosomal DNA, a kind of blistering of the membrane, a shrinkage of the cell, and finally a decay of the dead cell in the membrane-enclosed vesicle (apoptotic body).
In der Zelle existieren im Wesentlichen zwei Signalwege, die zur Auslösung der Apoptose führen. Beide Wege reagieren auf unterschiedliche Auslöser. Der für die vorliegende Erfindung relevante Weg führt über eine Stimulation von Apoptoserezeptoren auf der Oberfläche der Zellen, wie CD95/Fas/Apol, TRAIL oder Apo3, und einer Vermittlung durch Adaptermoleküle, wie beispielsweise FADD und TRADD, zur Aktivierung der regulatorisch wirksamen Caspase 8 (FLICE, Initiator caspase) und nachfolgender Caspasen wie beispielsweise die Caspase 3 (effector caspase), die die Apoptose auslösen. Andere Signale wie DNA-Schädigungen, Mangel an Wachstumsfaktoren, fehlende Zellanhaftung oder aktivierte Onkogene führen dagegen zur Induktion einer Signalkaskade, an der Faktoren aus Mitochondrien wie Cytochrom C, APAFl und Faktoren der Bcl-Familie beteiligt sind. Diese Kaskade führt zur Aktivierung der Caspase 9 (Initiator caspase) und in der Folge zur Aktivierung der Caspase 3.There are essentially two signaling pathways in the cell that trigger apoptosis. Both ways react to different triggers. The path relevant for the present invention leads to a stimulation of apoptosis receptors on the surface of the cells, such as CD95 / Fas / Apol, TRAIL or Apo3, and mediation by adapter molecules, such as FADD and TRADD, for the activation of the regulatory active caspase 8 ( FLICE, initiator caspase) and subsequent caspases such as Caspase 3 (effector caspase), which trigger apoptosis. On the other hand, other signals such as DNA damage, lack of growth factors, lack of cell attachment or activated oncogenes lead to the induction of a signal cascade in which factors from mitochondria such as cytochrome C, APAFl and factors of the Bcl family are involved. This cascade leads to the activation of caspase 9 (initiator caspase) and subsequently to activation of caspase 3.
Die Apoptoserezeptoren gehören zu einer Unterfamilie von sogenannten „Todesrezeptoren", die einen Teil der Tumomekrosefaktor (TNF)-Rezeptor-Überfamilie bilden. Die Mitglieder dieser Familie sind durch zwei bis vier Kopien cysteinreicher extrazellulärer Domänen charakterisiert. Die Apoptoserezeptoren wiederum verfügen über intrazelluläre „Todesdomänen" (death domains, DD), die für die Weitervermittlung des Apoptosesignals unentbehrlich sind. Durch Adapterproteine wird das Apoptosesignal an die Caspasen übertragen, die schließlich über mehrere Stufen die Apoptose einleiten.The apoptosis receptors belong to a subfamily of so-called "death receptors", which form part of the tumor necrosis factor (TNF) receptor superfamily. The members of this Family are characterized by two to four copies of cysteine-rich extracellular domains. The apoptosis receptors, in turn, have intracellular "death domains" (DD), which are essential for the transmission of the apoptosis signal. The apoptosis signal is transmitted to the caspases by adapter proteins, which finally initiate apoptosis over several stages.
Bei den apoptoseauslösenden Liganden handelt es sich um membranständige oder lösliche Proteine, beispielsweise CD95L/FasL/ApolL, Apo2L/TRAIL oder Apo3L, die mit spezifischen Rezeptormolekülen, wie CD95/Fas/Apol, TRAIL oder Apo3, auf anderen oder der selben Zelle wechselwirken, und dadurch Apoptose in den rezeptortragenden Zellen auslösen. Die apoptoseauslösenden Liganden gehören beispielsweise zur Überfamilie der Tumornekrosefaktoren (TNF). Mitglieder der TNF -Familie sind durch strukturelle und biochemische Eigenschaften charakterisiert. Es handelt sich um Typ II Transmembranproteine, mit Ausnahme von Lymphotoxin (LT) α und ß, die durch proteolytische Spaltung auch in lösliche Liganden überführt werden können. Die Liganden treten als Trimere mit drei identischen Untereinheiten auf, die durch die Wechselwirkung mit ihren spezifischen Apoptoserezeptoren eine Trimerisierung dieser Rezeptoren verursachen.The apoptosis-triggering ligands are membrane-bound or soluble proteins, for example CD95L / FasL / ApolL, Apo2L / TRAIL or Apo3L, which interact with specific receptor molecules, such as CD95 / Fas / Apol, TRAIL or Apo3, on another or the same cell, and thereby trigger apoptosis in the receptor-carrying cells. The ligands that trigger apoptosis belong, for example, to the superfamily of tumor necrosis factors (TNF). Members of the TNF family are characterized by structural and biochemical properties. They are type II transmembrane proteins, with the exception of lymphotoxin (LT) α and β, which can also be converted into soluble ligands by proteolytic cleavage. The ligands appear as trimers with three identical subunits, which, by interacting with their specific apoptosis receptors, cause these receptors to trimerize.
Caspasen sind eine Gruppe von Cystein-Proteasen. Bislang wurden 14 Caspasen in Säugetieren (einschl. dem Menschen) identifiziert. Caspasen erkennen Motive bestehend aus 4 Aminosäuren, die sie an der Carboxylseite der Aminosäure Aspartat schneiden. Caspasen werden als Zymogene synthetisiert, d.h. es handelt sich Vorläuferproteine mit einer sehr geringen Aktivität, die durch proteolytische Spaltung aktiviert werden. Bei den aktivierten Enzymen handelt es sich um Heterotetramere, bestehend aus jeweils zwei identischen gespaltenen Untereinheiten. Manche Caspasen werden durch autoproteolytische Spaltung aktiviert, andere durch weitere Caspasen. Die sogenannten Initiator-Caspasen (Caspase 8 und Caspase 9) starten die Lawine von sich selbst verstärkender Caspaseaktivität, indem sie sogenannte Effektor-Caspasen (Caspase 3) durch proteolytische Spaltung aktivieren.Caspases are a group of cysteine proteases. So far, 14 caspases have been identified in mammals (including humans). Caspases recognize motifs consisting of 4 amino acids, which they cut on the carboxyl side of the amino acid aspartate. Caspases are synthesized as zymogens, i.e. they are precursor proteins with a very low activity, which are activated by proteolytic cleavage. The activated enzymes are heterotetramers, each consisting of two identical cleaved subunits. Some caspases are activated by autoproteolytic cleavage, others by additional caspases. The so-called initiator caspases (caspase 8 and caspase 9) start the avalanche of self-reinforcing caspase activity by activating so-called effector caspases (caspase 3) through proteolytic cleavage.
Adapterproteine stellen eine Verbindung zwischen den Effektoren (Caspasen) und den Regulatoren (Rezeptoren Bcl-2-Familie) der Apoptose dar. Die Adaptoren wechselwirken über homotypische Interaktionen mit den drei Gruppen von Faktoren physikalisch über sogenannte death domains (DD), death ejfector domains (DED) und caspase recruitment domains (CARD). Die erfindungsgemäßen Vektoren umfassen Nukleinsäuresequenzen, die für apoptoseauslösende Liganden kodieren. Die Vektoren kodieren beispielsweise für den Liganden CD95L, der an das Rezeptormolekül CD95/Fas/Apo-l bindet. Bei CD95 handelt es sich um ein glykosiliertes Membranprotein (Typ I) mit einem Molekulargewicht von etwa 45 - 52 kDa (335 Aminosäuren). Durch differentielles Spleißen der Boten-RNA entstehen auch mehrere lösliche Formen des Proteins. Die Expression des CD95-Moleküls wird durch Interferon-γ (IFN-γ), durch TNF sowie durch die Aktivierung von T-Zellen stimuliert. Unter natürlichen Bedingungen wird die durch CD95-vermittelte Apoptose durch die Bindung mit dem natürlich Liganden CD95L (FasL, Apo-l-L) ausgelöst. CD95L ist ein zu TNF-verwandtes Membranprotein (Typ II), das durch proteolytische Spaltung ebenfalls als lösliche Form vorkommen und an CD95 binden kann. Die Wechselwirkung von CD95L an CD95 führt zu einer Ca2~-unabhängigen (d.h. unterschiedlich zur Auslösung durch Perforin/Granzyme) Apoptose der CD95 -tragenden Zellen.Adapter proteins represent a connection between the effectors (caspases) and the regulators (receptors Bcl-2 family) of apoptosis. The adapters interact physically via homotypic interactions with the three groups of factors via so-called death domains (DD), death ejfector domains ( DED) and caspase recruitment domains (CARD). The vectors according to the invention comprise nucleic acid sequences which code for ligands which trigger apoptosis. The vectors code, for example, for the ligand CD95L, which binds to the receptor molecule CD95 / Fas / Apo-1. CD95 is a glycosylated membrane protein (type I) with a molecular weight of approximately 45-52 kDa (335 amino acids). Differential splicing of the messenger RNA also creates several soluble forms of the protein. The expression of the CD95 molecule is stimulated by interferon-γ (IFN-γ), by TNF and by the activation of T cells. Under natural conditions, the CD95-mediated apoptosis is triggered by the binding with the natural ligand CD95L (FasL, Apo-IL). CD95L is a membrane protein related to TNF (type II), which can also occur as a soluble form due to proteolytic cleavage and can bind to CD95. The interaction of CD95L with CD95 leads to a Ca 2 ~ -independent (ie different from the triggering by Perforin / Granzyme) apoptosis of the CD95-carrying cells.
Ferner können die erfindungsgemäßen Vektoren Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für das Protein TRAIL (APO-2L) kodieren, das an die spezifischen Rezeptormoleküle TRAIL-Rl (DR4), TRAIL-R2 (KILLER, DR5, TRICK2), TRAIL-R3 (LIT, DcRl) und TRAIL-R4 (TRUNDD, DcR2) bindet. TRAIL wurde natürlicherweise auf einer Reihe von Zellen nachgewiesen wie beispielsweise Typ II Interferon-stimulierte Monozyten, Zytomegalievirus- infizierte Fibroblasten, Typ I Interferon- und Antigen-stimulierte T-Zellen oder NK-Zellen. TRAIL induziert Apoptose in einer Reihe von transformierten Tumorzellinien und aktivierten T- Zellen. Die mRNA, die für den Rezeptor TRAIL-R2 kodiert, konnte in verschiedensten Geweben nachgewiesen werden, wie zum Beispiel Milz, Thymus und Lymphozyten im peripheren Blut. Zellen und Gewebe, die mRNA für TRAIL-R2 exprimieren, sind sensitiv für TRAIL-vermittelte Apoptose.Furthermore, the vectors according to the invention can comprise nucleic acid sequences which code for the protein TRAIL (APO-2L) which binds to the specific receptor molecules TRAIL-Rl (DR4), TRAIL-R2 (KILLER, DR5, TRICK2), TRAIL-R3 (LIT, DcRl ) and TRAIL-R4 (TRUNDD, DcR2) binds. TRAIL has been detected naturally on a number of cells, such as type II interferon-stimulated monocytes, cytomegalovirus-infected fibroblasts, type I interferon and antigen-stimulated T cells or NK cells. TRAIL induces apoptosis in a number of transformed tumor cell lines and activated T cells. The mRNA encoding the TRAIL-R2 receptor could be detected in a wide variety of tissues, such as spleen, thymus and lymphocytes in peripheral blood. Cells and tissues expressing mRNA for TRAIL-R2 are sensitive to TRAIL-mediated apoptosis.
Ferner können die erfindungsgemäßen Vektoren Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für den APO-3 Liganden (Apo3L / TWEAK) kodieren. Apo3L ist ein Transmembranprotein vom Typ II mit einer Länge von 149 Aminosäuren. Der extrazelluläre Bereich von ApoL3 zeigt hohe Homologie zu TNF. Apo3L-mRNA wurde in den unterschiedlichsten lymphoiden und nicht- lymphoiden Geweben nachgewiesen. ApoL3 bindet an das Rezeptormolekül Apo3 (DR3, WSL- 1 , TRAMP, LARD) und induziert Apoptose in den rezeptortragenden Zellen. Der Rezeptor für Apo3L wird vornehmlich auf der Zelloberfläche von Lymphozyten exprimiert, beispielsweise auf unstimulierten ruhenden Lymphozyten im peripheren Blut (PBL), Phytohämagglutinin (PHA) -behandelten PBL, CD4+ T-Zellen, CD8+ T-Zellen und B-Zellen. Die Induktion der Apoptose über Apo3L wird durch FADD / MORT1 vermittelt. Die ApoL3 -vermittelte Apoptose wird durch die viralen Caspaseinhibitoren CrmA des Kuhpockenvirus und durch das p35 Protein von Bakuloviren blockiert.Furthermore, the vectors according to the invention can comprise nucleic acid sequences which code for the APO-3 ligand (Apo3L / TWEAK). Apo3L is a type II transmembrane protein with a length of 149 amino acids. The extracellular region of ApoL3 shows high homology to TNF. Apo3L mRNA was detected in a wide variety of lymphoid and non-lymphoid tissues. ApoL3 binds to the receptor molecule Apo3 (DR3, WSL-1, TRAMP, LARD) and induces apoptosis in the receptor-bearing cells. The receptor for Apo3L is primarily expressed on the cell surface of lymphocytes, for example on unstimulated resting lymphocytes in peripheral blood (PBL), phytohaemagglutinin (PHA) -treated PBL, CD4 + T cells, CD8 + T cells and B cells. The induction of apoptosis via Apo3L is mediated by FADD / MORT1. ApoL3-mediated apoptosis is blocked by the viral caspase inhibitors CrmA of the cowpox virus and by the p35 protein of baculoviruses.
Hemmung der Apoptose in den gentechnisch modifizierten ZellenInhibition of apoptosis in the genetically modified cells
Die erfindungsgemäßen Vektoren sind dadurch charakterisiert, daß sie gegebenenfalls Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für ein oder mehrere Antiapoptosemoleküle kodieren. Eine Wechselwirkung von CD95, TRAIL, TRAMP, TNF oder Lymphotoxin mit ihren spezifischen Rezeptoren kann nicht nur zwischen unterschiedlichen Zellen erfolgen, sondern auch auf einer Zelle und dadurch autokrin zum Auslösen der Apoptose führen. Ein Beispiel hierfür ist die Apoptose aktivierter Immunzellen, der sogenannte activation induced cell death, der zur Entfernung nicht mehr benötigter Immunzellen führt. T-Zellen, die über ihren T- Zellrezeptor zur Vermehrung angeregt wurden, exprimieren auf ihrer Zelloberfläche CD95, das mit CD95L auf der Membran wechselwirkt.The vectors according to the invention are characterized in that they optionally comprise nucleic acid sequences which code for one or more anti-apoptosis molecules. An interaction of CD95, TRAIL, TRAMP, TNF or lymphotoxin with their specific receptors can not only take place between different cells, but can also lead to apocytosis on one cell and thus autocrine. An example of this is the apoptosis of activated immune cells, the so-called activation-induced cell death, which leads to the removal of immune cells that are no longer required. T cells that have been stimulated to multiply via their T cell receptor express CD95 on their cell surface, which interacts with CD95L on the membrane.
Um in den Zellen, die mit den erfindungsgemäßen Vektoren modifiziert wurden, eine solche autokrine Induktion bzw. eine parakrine Induktion durch andere Zellen beispielsweise in Zellkultur bei der Modifikation der Ausgangszellen zu verhindern, können die Vektoren Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für intrazelluläre Inhibitoren der Apoptose kodieren (Antiapoptosemoleküle). Diese Inhibitoren wechselwirken entweder mit den unterschiedlichen Rezeptormolekülen in der Zellmembran, mit den Adaptermolekülen, die das Todessignal zwischen den Rezeptoren und des Caspasen übertragen, oder mit den Caspasen selbst. Diese Inhibitoren stammen entweder aus den Zellen selbst und sind an der Regulation der Apoptose beteiligt. Oder es handelt sich um virale Proteine, die eine Apoptose in virusinfizierten Zellen verhindern, bis ausreichend Virusnachkommen produziert und freigesetzt sind.In order to prevent such autocrine induction or a paracrine induction by other cells, for example in cell culture during the modification of the starting cells, in the cells which have been modified with the vectors according to the invention, the vectors can comprise nucleic acid sequences which code for intracellular inhibitors of apoptosis ( anti apoptosis molecules). These inhibitors either interact with the different receptor molecules in the cell membrane, with the adapter molecules that transmit the death signal between the receptors and the caspases, or with the caspases themselves. These inhibitors either come from the cells themselves and are involved in the regulation of apoptosis. Or they are viral proteins that prevent apoptosis in virus-infected cells until sufficient virus progeny are produced and released.
Eine Hemmung der Induktion der Apoptose kann auf den verschiedenen Stufen der Kaskade aus Rezeptoren, Adaptoren und Caspasen erfolgen. Besonders Viren haben zahlreiche Strategien erfunden, um sich gegen die Apoptose als Immunmechanismus zu verteidigen. Die vorliegende Erfindung nutzt diese viralen und zellulären Mechanismen, um die Zellen, die durch die Vektoren verändert wurden, vor autokriner Induktion der Apoptose zu schützen. Die erfindungsgemäßen Vektoren können beispielsweise Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für adenovirale Proteine aus der E3 -Region des Virus kodieren. Diese Proteine hemmen membrangebundene biochemische Prozesse, die bei der Aktivierung des TNFR induziert werden. Das Protein E3-14.7K hemmt die Freisetzung von Arachidonsäure durch Phospholipase A2 (PLA ) als Folge einer Stimulation über den TNF-Rezeptor. Die adenoviralen Proteine E3- 14.5K und E3-10.4K formen den Komplex RTD, der eine Translokation der PLA2 vom Zytoplasma an die Zellmembran in der Folge einer Stimulation des TNFR verhindert. RTD verursacht außerdem eine rasche Internalisierung und den lysosomalen Abbau von membrangebundenem CD95.The induction of apoptosis can be inhibited at the various stages of the cascade of receptors, adapters and caspases. Viruses in particular have invented numerous strategies to defend themselves against apoptosis as an immune mechanism. The present invention uses these viral and cellular mechanisms to protect the cells altered by the vectors from autocrine induction of apoptosis. The vectors according to the invention can comprise, for example, nucleic acid sequences which code for adenoviral proteins from the E3 region of the virus. These proteins inhibit membrane-bound biochemical processes that are induced when TNFR is activated. The protein E3-14.7K inhibits the release of arachidonic acid by phospholipase A2 (PLA) as a result of stimulation via the TNF receptor. The adenoviral proteins E3-14.5K and E3-10.4K form the RTD complex, which prevents translocation of PLA 2 from the cytoplasm to the cell membrane as a result of stimulation of the TNFR. RTD also causes rapid internalization and lysosomal degradation of membrane-bound CD95.
Ferner können die erfindungsgemäßen Vektoren Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für Proteine kodieren, die hohe Homologie zu den DED-Domänen aufweisen. Diese Proteine werden FLEPs bzw. die viralen Proteine werden vFLIPs genannt. Durch eine homotypische Wechselwirkung der FLIPs/vFLIPs mit dem Adapterprotein FADD über die DED-Domänen, wird die Signalkaskade zwischen Rezeptoren und FADD einerseits und der Caspase 8 (FLICE) andererseits blockiert und dadurch die Apoptose verhindert.Furthermore, the vectors according to the invention can comprise nucleic acid sequences which code for proteins which have high homology to the DED domains. These proteins are called FLEPs or the viral proteins are called vFLIPs. Through a homotypic interaction of the FLIPs / vFLIPs with the adapter protein FADD via the DED domains, the signal cascade between receptors and FADD on the one hand and Caspase 8 (FLICE) on the other hand is blocked and apoptosis is thereby prevented.
Ferner können die erfindungsgemäßen Vektoren Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für die nachstehend beschriebenen Proteine kodieren. Die Proteine MC 159 (Bertin et al. (1997) Proc Natl Acad Sei U S A 94: 1172-1176) und MC160 des Molluscum Contagiosum Virus binden an FADD und verhindern damit eine Rekrutierung der Caspase 8 und FADD. Die Proteine BORFE2 (E 1.1) von Herpesvirus BHV-4 und E8 des Pferdeherpesvirus EHV-2 (Bertin et al. (1997) Proc Natl Acad Sei U S A 94:1172-1176) binden die inaktive Procaspase 8 und verhindern auf diese Weise eine Wechselwirkung mit FADD und damit eine Aktivierung. Die Proteine K13 von HHV-8 und ORF71 von Herpesvirus Saimiri besitzen ebenfalls DED- Domänen und funktionieren auf dem gleichen Wege. Ferner können virale Proteine kodiert werden, die Signalfaktoren (FADD, TRADD, TRAF) der Apoptosekaskade binden und dadurch inaktivieren. Das Protein E1B-19K von Adenovirus, das Homologie zum zellulären Protein Bcl- 2 aufweist, wechselwirkt mit FADD und blockiert dadurch die Signalübertragung von TNFR und CD95. Außerdem ist E1B-19K zudem in der Lage, Bcl-2 funktioneil zu ersetzen und eine Aktivierung über den Weg der Mitochondrien (via Caspase 9) zu verhindern. Das LMP-1- Protein von Epstein-Barr- Virus wechselwirkt mit verschiedenen TRAF-Molekülen (TNFR- associated factors) und blockiert dadurch die Signalübertragung vom TNFR. Außerdem bindet LMP-1 auch TRADD. Vermutlich aufgrund einer modifizierten Bindestelle für TRADD kommt es jedoch nicht zur Auslösung der Apoptose-Signalkaskade. LMP-1 induziert zusätzlich die Expression der antiapoptotischen Proteine A20, Bcl-2 und Mcl-1. Die erfindungsgemäßen Vektoren exprimieren ferner beispielsweise das LT-Protein von SV40, das über einen Proteinkinase C-vermittelten Weg eine Resistenz gegen Fas-induzierter Apoptose vermittelt. Die erfindungsgemäßen Vektoren kodieren beispielsweise für die Polyomaproteine ST und MT, die beide eine Resistenz gegen CD95- bzw. TNFR-vermittelte Apoptose vermitteln. Das ST-Protein erreicht dies durch Bindung und Hemmung des Proteins PP2A. Das MT-Protein aktiviert direkt Signalwege, die ein Überleben der Zelle fördern. Dazu gehört die PI3-Kinase, die in Folge das proapop totisch wirkende Protein Bad phosphoryliert und damit inaktiviert.Furthermore, the vectors according to the invention can comprise nucleic acid sequences which code for the proteins described below. The proteins MC 159 (Bertin et al. (1997) Proc Natl Acad Sei USA 94: 1172-1176) and MC160 of the Molluscum Contagiosum Virus bind to FADD and thus prevent recruitment of Caspase 8 and FADD. The proteins BORFE2 (E 1.1) of herpesvirus BHV-4 and E8 of the horse herpesvirus EHV-2 (Bertin et al. (1997) Proc Natl Acad Sei USA 94: 1172-1176) bind the inactive procaspase 8 and prevent an interaction with FADD and thus an activation. The proteins K13 from HHV-8 and ORF71 from herpes virus Saimiri also have DED domains and work in the same way. Furthermore, viral proteins can be encoded which bind signal factors (FADD, TRADD, TRAF) of the apoptosis cascade and thereby inactivate them. The adenovirus protein E1B-19K, which is homologous to the cellular protein Bcl-2, interacts with FADD and thereby blocks the signal transmission of TNFR and CD95. In addition, E1B-19K is also able to functionally replace Bcl-2 and to prevent activation via the mitochondria (via Caspase 9). The LMP-1 protein from Epstein-Barr virus interacts with various TRAF molecules (TNFR- associated factors) and thereby blocks the signal transmission from the TNFR. LMP-1 also binds TRADD. Probably due to a modified binding site for TRADD, however, the apoptosis signal cascade is not triggered. LMP-1 additionally induces the expression of the antiapoptotic proteins A20, Bcl-2 and Mcl-1. The vectors according to the invention also express, for example, the LT protein of SV40, which mediates resistance to Fas-induced apoptosis via a protein kinase C-mediated route. The vectors according to the invention code, for example, for the polyoma proteins ST and MT, both of which mediate resistance to CD95- and TNFR-mediated apoptosis. The ST protein achieves this by binding and inhibiting the PP2A protein. The MT protein directly activates signaling pathways that promote cell survival. This includes the PI3 kinase, which subsequently phosphorylates the proapopic protein Bad and thus inactivates it.
Inhibitoren von Caspasen können ebenfalls auf den erfindungsgemäßen Vektoren kodiert werden, um autokrine Induktion der Apoptose in den veränderten Zellen zu verhindern. Das p35 Protein der Baculoviren Autographica californica nuclear polyhedrosis Virus (AcNPV) und Bombyx mori NHV (BmNPV) wird in der frühen Phase der Virusvermehrung synthetisiert und verhindert Apoptose durch eine Reihe unterschiedlichster Stimuli. p35 blockiert die Induktion der Apoptose durch TNF- und CD95-Liganden. p35 wird von einer Reihe von Caspasen (Caspase 1, 3, 6, 7, 8 und 10) gespalten. Die Spaltprodukte werden aber nicht freigesetzt, sondern bleiben gebunden und bilden mit den Caspasen einen stabilen inhibitorischen Komplex. p35 kann beispielsweise von den erfindungsgemäßen Vektoren kodiert werden. Die erfindungsgemäßen Vektoren können auch für virale Proteine kodieren, die Homologie zu zellulären Serpinen aufweisen. Serpine sind chymotrypsinähnliche Serinproteasen und hemmen eine Reihe unterschiedlicher Caspasen. CrmA des Kuhpockenvirus hemmt die durch CD95L und TNFR induzierte Apoptose, indem es die Caspasen 1 und 8 blockiert. Die SPI-1 und SPI-2- Proteine des Hasenpockenvirus und das Protein B13R des Vacciniavirus weisen hohe Homologie zu CrmA auf und hemmen ebenfalls die Apoptose durch CD95L und TNF. Entsprechende antiapoptotische Eigenschaften haben die Proteine Serp-1 und Serp-2 des Myxomavirus und SPI- 4 des Hasenpockenvirus. Ferner können homologe Proteine zu zellulären cLAPs kodiert werden, wie beispielsweise vIAPs, oder zelluläre Proteine, wie beispielsweise FLAME- 1 oder I-FLICE.Inhibitors of caspases can also be encoded on the vectors according to the invention in order to prevent autocrine induction of apoptosis in the changed cells. The p35 protein of the Baculoviruses Autographica californica nuclear polyhedrosis Virus (AcNPV) and Bombyx mori NHV (BmNPV) is synthesized in the early phase of virus multiplication and prevents apoptosis by a number of different stimuli. p35 blocks the induction of apoptosis by TNF and CD95 ligands. p35 is cleaved by a series of caspases (caspase 1, 3, 6, 7, 8 and 10). The cleavage products are not released, but remain bound and form a stable inhibitory complex with the caspases. p35 can, for example, be encoded by the vectors according to the invention. The vectors according to the invention can also code for viral proteins which have homology to cellular serpins. Serpins are chymotrypsin-like serine proteases and inhibit a number of different caspases. Cowpox virus CrmA inhibits CD95L and TNFR-induced apoptosis by blocking caspases 1 and 8. The SPI-1 and SPI-2 proteins of the rabbit pox virus and the protein B13R of the vaccinia virus show high homology to CrmA and also inhibit apoptosis by CD95L and TNF. The proteins Serp-1 and Serp-2 of the myxomavirus and SPI-4 of the rabbit pox virus have corresponding antiapoptotic properties. In addition, homologous proteins can be encoded into cellular cLAPs, such as, for example, vIAPs, or cellular proteins, such as, for example, FLAME-1 or I-FLICE.
Cydia pompnella granulosis Virus (CpGP), Orgyiapse audotsugata polyherdosis Virus (OpMNPV) und AcNPV kodieren für virale IAPs (vIAPs), die in der Signalkaskade oberhalb von p35 wirken. vIAPs binden und hemmen inaktive Procaspasen und Caspase 8, können aber nicht wie p35 bereits aktivierte Caspasen hemmen. cIAPs wechselwirken mit TRAF-Molekülen, können aber auch Apoptose durch nicht TNFR-assoziierte Prozesse verhindern. Notwendig für die antiapoptotische Aktivität ist ein konserviertes RTNG-Finger-Motiv und wenigstens ein sogenanntes BIR-Motiv (baculovirus IAP repeat). Bei FLAME- 1 handelt es sich um ein zelluläres Protein, das die Apoptose durch CD95 / TNF-Rezeptor hemmt (Srinivasula et al. (1997) J Biol Chem 272:18542-18545). FLAME-1 weist hohe Homologie zu Caspase 10 und Caspase 8 (FLICE) auf. Zwei benachbarte Regionen befinden sich im aminoterminalen Bereich und zeigen Homologie zu den DED-Domänen von FADD, die homotypische Wechselwirkungen mit anderen DED-Proteinen ermöglichen. Eine dritte benachbarte Region zeigt Homologie zur funktionellen Caspasedomäne der Caspasen 8 und 10. FLAME- 1 wechselwirkt direkt mit FADD, Caspase 8 und Caspase 9, besitzt jedoch keine Caspaseaktivität. FLAME-1 wirkt daher als dominant negativer Repressor der Apoptose durch CD95 / TNF-Rezeptor. Der inhibitorische Effekt ergibt sich aus der Blockierung des Rezeptorkomplex aus CD95 / TNR-Rezeptor / FADD durch das funktioneil inaktive FLAME- 1 -Protein. I-FLICE ist ein weiterer zellulärer Inhibitor (Hu et al. (1997) J Biol Chem 272:17255-17257), der von den erfindungsgemäßen Vektoren kodiert und exprimiert werden kann, um Apoptose in den gentherapeutisch veränderten Zellen zu verhindern. I-FLICE zeigt strukturelle Homologien zu FLICE / Caspase 8 und Caspase 10. Im aminoterminalen Bereich befinden sich zwei benachbarte Domänen mit Homologie zu DED- Domänen von FADD. Im carboxyterminalen Bereich existiert eine Domäne mit Homologie zu Caspasedomäne. I-FLICE zeigt jedoch keine Caspaseaktivität und wirkt als dominant negative Inhibitor der Apoptose durch CD95 / TNF-Rezeptor. Im Gegensatz zu FLAME- 1 bindet I- FLICE nur an FLICE / Caspase 8 und Caspase 10, jedoch nicht an FADD. I-FLAME wird daher nicht durch die Bindung von CD95L / TNF an den Rezeptorkomplex aus CD95 / TNR-Rezeptor / FADD rekrutiert. Der inhibitorische Effekt wird durch Komplexierung und dadurch Inaktivierung der Caspasen 8 und 10 bewirkt.Cydia pompnella granulosis virus (CpGP), Orgyiapse audotsugata polyherdosis virus (OpMNPV) and AcNPV code for viral IAPs (vIAPs) that are in the signaling cascade above of p35 act. vIAPs bind and inhibit inactive procaspases and caspase 8, but cannot inhibit caspases that have already been activated like p35. cIAPs interact with TRAF molecules, but can also prevent apoptosis through non-TNFR-associated processes. A conserved RTNG finger motif and at least one so-called BIR motif (baculovirus IAP repeat) are necessary for the antiapoptotic activity. FLAME-1 is a cellular protein that inhibits apoptosis by the CD95 / TNF receptor (Srinivasula et al. (1997) J Biol Chem 272: 18542-18545). FLAME-1 has high homology to Caspase 10 and Caspase 8 (FLICE). Two neighboring regions are located in the amino terminal area and show homology to the DED domains of FADD, which enable homotypic interactions with other DED proteins. A third neighboring region shows homology to the functional caspase domain of caspases 8 and 10. FLAME-1 interacts directly with FADD, caspase 8 and caspase 9, but has no caspase activity. FLAME-1 therefore acts as a dominant negative repressor of apoptosis by CD95 / TNF receptor. The inhibitory effect results from the blocking of the receptor complex from CD95 / TNR receptor / FADD by the functionally inactive FLAME-1 protein. I-FLICE is another cellular inhibitor (Hu et al. (1997) J Biol Chem 272: 17255-17257) which can be encoded and expressed by the vectors according to the invention in order to prevent apoptosis in the gene therapy-modified cells. I-FLICE shows structural homologies to FLICE / Caspase 8 and Caspase 10. In the amino terminal area there are two neighboring domains with homology to FADD's DED domains. In the carboxy-terminal area there is a domain with homology to the caspase domain. However, I-FLICE shows no caspase activity and acts as a dominant negative inhibitor of apoptosis by CD95 / TNF receptor. In contrast to FLAME-1, I-FLICE only binds to FLICE / Caspase 8 and Caspase 10, but not to FADD. I-FLAME is therefore not recruited by binding CD95L / TNF to the CD95 / TNR receptor / FADD receptor complex. The inhibitory effect is caused by complexing and thereby inactivating caspases 8 and 10.
Eine Hemmung der Apoptose in den durch die erfindungsgemäßen Vektoren veränderten Zellen kann auch durch eine Hemmung der Expression der an der Induktion beteiligten Proteine (Apoptoserezeptoren, Adaptoren und Caspasen), z.B. über einen Antisense-Ansatz, erzeugt werden. Die von den erfindungsgemäßen Vektoren kodierten und synthetisierten Antisense-RNAs sind entweder ausschließlich gegen ein Protein in der Apoptose-Signalkette gerichtet und hemmen die Apoptose über einen bestimmten Weg, beispielsweise über membranassoziierte Rezeptoren oder über einen Mitochondrien-vermittelten Weg. Altemativ schließt die Antisense-KNA verschiedene Bereiche ein, die spezifisch für unterschiedliche Ziele in der Signalkaskade zur Auslösung der Apoptose sind. Diese unterschiedlichen Bereiche in der Antisense-RNA sind spezifisch für Rezeptorproteine, Adapterproteine, und / oder Caspasen. Die erfindungsgemäßen Vektoren synthetisieren entweder eine einzelne Antisense-RNA oder eine Kombination aus unterschiedlichen
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die spezifisch beispielsweise gegen einzelne Apoptoserezeptoren, Caspasen oder Adaptermolekülen gerichtet sind. Alternativ exprimieren die Vektoren eine einzige Antisense-RNA, die mehrere Bereiche enthält, die jeweils spezifisch für einzelne Apoptoserezeptoren, Caspasen oder Adaptermolekülen sind, und in Kombination die Expression mehrerer an der Apoptose beteiligter Proteine verhindert.
Inhibition of apoptosis in the cells modified by the vectors according to the invention can also be produced by inhibiting the expression of the proteins involved in the induction (apoptosis receptors, adapters and caspases), for example using an antisense approach. The antisense RNAs encoded and synthesized by the vectors according to the invention are either directed exclusively against a protein in the apoptosis signal chain and inhibit apoptosis by a certain route, for example by membrane-associated receptors or by a mitochondrial-mediated route. Alternatively, the antisense KNA includes different areas that are specific for different targets in the signal cascade to trigger apoptosis. These different areas in the antisense RNA are specific for receptor proteins, adapter proteins, and / or caspases. The vectors of the invention either synthesize a single antisense RNA or a combination of different ones
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which are specifically directed, for example, against individual apoptosis receptors, caspases or adapter molecules. Alternatively, the vectors express a single antisense RNA, which contains several regions, each of which is specific for individual apoptosis receptors, caspases or adapter molecules, and in combination prevents the expression of several proteins involved in apoptosis.
Im Zusammenhang mit dieser Erfindung tragen die Vektoren beispielsweise funktionelle Bereiche, die Antisense-RNA zu Apoptoserezeptoren in eukaryotischen Zellen synthetisieren. Durch eine Blockierung der Expression von Rezeptormolekülen, die proapoptotisch wirksame Signalkaskaden starten, wird eine autokrine Stimulation der Apoptose in der mit dem Gentherapievektor veränderten Zelle auf der frühesten Stufe blockiert.In connection with this invention, the vectors carry, for example, functional regions which synthesize antisense RNA to apoptosis receptors in eukaryotic cells. By blocking the expression of receptor molecules that start proapoptotically effective signal cascades, autocrine stimulation of apoptosis in the cell modified with the gene therapy vector is blocked at the earliest stage.
Die erfindungsgemäßen Vektoren können beispielsweise für CD95-spezifische Antisense-RNAs kodieren und die Expression von CD95/Fas blockieren. Durch die Blockierung von CD95 wird eine Induktion der Apoptose über CD95L/FasL verhindert. Die Gentherapievektoren kodieren und exprimieren beispielsweise TNFR-spezifische Antisense-RNAs, die eine Expression von TNFR blockieren und die Zelle vor TNF-vermittelte Apoptose schützen. Alternativ kodieren und exprimieren die Vektoren beispielsweise TRAIL-Rl bzw. TRALL-R2-spezifische Antisense- RNAs, die eine Expression der Rezeptoren TRAIL-Rl bzw. TRAIL-R2 verhindern. Dadurch werden die Zellen resistent gegen TRAIL-vermittelte Apoptose. Alternativ kodieren und exprimieren die Gentherapievektoren TRAMP -Rezeptor-spezifische Antisense-RNAs, die eine Expression von TRAMP-Rezeptor in den veränderten Zellen verhindern. Dadurch werden die Zellen resistent gegen TRAMP-vermittelte Apoptose. Die erfindungsgemäßen Vektoren können femer Nukleinsäuresequenzen umfassen, die beispielsweise Antisense-RNA zu Adapterproteinen in eukaryotischen Zellen kodieren. Da diese Adaptermoleküle eine Ebene unter den Apoptoserezeptoren funktionieren und ein Adaptermolekül von mehreren Apoptoserezeptoren genutzt wird, kann durch die Blockierung der Expression eines einzelnen Adapterproteins mehr als nur ein Apoptosesignalweg blockiert werden. Durch die Blockierung eines einzelnen Adaptermoleküls kann eine Resistenz gegen unterschiedliche apoptoseauslösende Liganden erreicht werden. Die erfindungsgemäßen Vektoren synthetisieren entweder eine einzelne Antisense-RNA oder eine Kombination aus unterschiedlichen Antisense-RNAs, die spezifische gegen einzelne Adapterproteine gerichtet sind. Alternativ exprimieren die Vektoren eine Antisense-RNA, die einzelne Bereiche enthält, die jeweils spezifisch für ein Adapterprotein sind, und in Kombination die Expression mehrerer Adapterproteine verhindert.The vectors according to the invention can code, for example, for CD95-specific antisense RNAs and block the expression of CD95 / Fas. Blocking CD95 prevents induction of apoptosis via CD95L / FasL. The gene therapy vectors encode and express, for example, TNFR-specific antisense RNAs which block expression of TNFR and protect the cell from TNF-mediated apoptosis. Alternatively, the vectors encode and express, for example, TRAIL-R1 or TRALL-R2-specific antisense RNAs which prevent expression of the receptors TRAIL-R1 or TRAIL-R2. This makes the cells resistant to TRAIL-mediated apoptosis. Alternatively, the gene therapy vectors encode and express TRAMP receptor-specific antisense RNAs which prevent expression of the TRAMP receptor in the altered cells. This makes the cells resistant to TRAMP-mediated apoptosis. The vectors according to the invention can further comprise nucleic acid sequences which encode, for example, antisense RNA to adapter proteins in eukaryotic cells. Since these adapter molecules function one level below the apoptosis receptors and one adapter molecule is used by several apoptosis receptors, blocking the expression of a single adapter protein can block more than just one apoptosis signaling pathway. By blocking a single adapter molecule, resistance to different ligands that trigger apoptosis can be achieved. The vectors according to the invention either synthesize a single antisense RNA or a combination of different antisense RNAs which are specifically directed against individual adapter proteins. Alternatively, the vectors express an antisense RNA which contains individual regions which are in each case specific for an adapter protein and, in combination, prevents the expression of several adapter proteins.
Im Zusammenhang mit dieser Erfindung können die Gentherapievektoren beispielsweise FADD- spezifische Antisense-RNAs kodieren, die eine Expression von FADD verhindern. Durch eine Hemmung der FADD-Expression wird eine Signalübertragung durch die Apoptoserezeptoren CD95, TNFR, TRAIL-Rl, TRAIL-R2 und TRAMP blockiert. Die Zellen werden dadurch resistent gegen eine Induktion der Apoptose über CD95L, TNF, TRAIL und CD3. Femer können die Vektoren beispielsweise für TRADD-spezifische Antisense-RNAs kodieren, die eine Expression von TRADD verhindern. TRADD ist spezifisch an der Auslösung der Apoptose durch TNF / TNFR beteiligt. Eine Hemmung der Expression von TRADD blockiert dadurch spezifisch die Auslösung der Apoptose durch TNF / TNFR. Femer können die Vektoren APAFl -spezifische Antisense-RNAs kodieren. APAFl ist ein Adapterprotein, das bei der Auslösung der Apoptose über den Mitochondrien-assoziierten Weg eine zentrale Rolle spielt. APAFl wird zusammen mit Cytochrom C aus den Mitochondrien freigesetzt und assoziiert im Zytoplasma der Zelle mit dATP zu einem trimeren Komplex, der Caspase 9 aktiviert. Eine Hemmung der Synthese von APAFl führt zu einer Blockade der Apoptose über den Mitochondrien-assoziierten Weg.In the context of this invention, the gene therapy vectors can encode, for example, FADD-specific antisense RNAs which prevent expression of FADD. By inhibiting FADD expression, signal transmission by the apoptosis receptors CD95, TNFR, TRAIL-R1, TRAIL-R2 and TRAMP is blocked. This makes the cells resistant to induction of apoptosis via CD95L, TNF, TRAIL and CD3. The vectors can also code, for example, for TRADD-specific antisense RNAs which prevent expression of TRADD. TRADD is specifically involved in triggering apoptosis by TNF / TNFR. Inhibition of the expression of TRADD specifically blocks the triggering of apoptosis by TNF / TNFR. The vectors can also encode APAF1 -specific antisense RNAs. APAFl is an adapter protein that plays a central role in triggering apoptosis via the mitochondrial-associated pathway. APAFl is released together with cytochrome C from the mitochondria and associates with dATP in the cytoplasm of the cell to form a trimeric complex that activates caspase 9. Inhibition of the synthesis of APAFl leads to a blockade of apoptosis via the mitochondrial-associated pathway.
Im Zusammenhang mit dieser Erfindung können die Gentherapievektoren femer Antisense-RNA gegen Caspasen, z.B. Caspase 1, 3, 8 oder 9, in eukaryotischen Zellen kodieren. Die erfindungsgemäßen Vektoren synthetisieren entweder eine einzelne Antisense-RNA oder eine Kombination aus unterschiedlichen Antisense-RNAs, die spezifische gegen einzelne Caspasen gerichtet sind. Alternativ exprimieren die Vektoren eine Antisense-RNA, die einzelne Bereiche enthält, die jeweils spezifisch für eine Caspase sind, und in Kombination die Expression mehrerer Caspasen verhindert.In connection with this invention, the gene therapy vectors can also encode antisense RNA against caspases, for example caspase 1, 3, 8 or 9, in eukaryotic cells. The vectors according to the invention either synthesize a single antisense RNA or a combination of different antisense RNAs that are specific against individual caspases are directed. Alternatively, the vectors express an antisense RNA which contains individual regions which are each specific for one caspase and, in combination, prevents the expression of several caspases.
Suizidenzymesuicide enzymes
Die erfindungsgemäßen Vektoren sind dadurch charakterisiert, daß sie gegebenenfalls Nukleinsäuresequenzen umfassen, die für Suizidenzyme kodieren, durch die gentechnisch veränderte Zellen jederzeit, z.B. in vivo, eliminiert werden können. Die Suizidgene kodieren und exprimieren beispielsweise Enzyme, die biologische Substrate (Prodrugs), die von Außen dem Körper zugeführt werden, in toxische Substanzen umwandeln bzw. die Substanzen so modifizieren, daß diese von den Enzymen der Zelle als Substrate verwendet werden. Alternativ kodieren Suizidenzyme für an sich toxische Substanzen, jedoch ist die Expression dieser Gene in der gentechnisch veränderten Zelle strikt kontrolliert. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung sind die Gene für an sich toxische Substanzen in der Zelle stark reprimiert und werden nicht synthetisiert. Durch Zugabe von biologischen oder chemischen Substanzen werden die Gene, die für die toxischen Proteine kodieren, aktiviert und es kommt zum Absterben der Zellen. Die im Zusammenhang mit dieser Erfindung beschriebenen Vektoren kodieren bevorzugt für Suizidgene, die nicht oder wenig toxische Prodrugs in toxische Substanzen umwandeln.The vectors according to the invention are characterized in that they optionally comprise nucleic acid sequences which code for suicide enzymes by means of which genetically modified cells can be used at any time, e.g. in vivo, can be eliminated. The suicide genes encode and express, for example, enzymes which convert biological substrates (prodrugs) which are supplied to the body from the outside into toxic substances or modify the substances in such a way that the enzymes of the cell use them as substrates. Alternatively, suicide enzymes code for substances that are toxic per se, but the expression of these genes in the genetically modified cell is strictly controlled. In connection with this invention, the genes for substances which are toxic per se are strongly repressed in the cell and are not synthesized. By adding biological or chemical substances, the genes that code for the toxic proteins are activated and the cells die. The vectors described in connection with this invention preferably code for suicide genes which convert non-toxic or little toxic prodrugs into toxic substances.
Die verwendeten Prodrugs müssen deutlich geringere Toxizität aufweisen als die aktivierten Substanzen, und müssen gute Substrate für die aktivierenden Enzyme darstellen. Außerdem müssen diese Substanzen unter physiologischen Bedingungen ausreichend chemisch stabil sein, und gute pharmakologische und pharmakokinetische Eigenschaften aufweisen. Je nach Typ werden einige Prodrugs in die Zellen aufgenommen und intrazellulär in die toxische Substanz umgewandelt. Andere Prodrugs werden extrazellulär aktiviert. Dementsprechend müssen die Prodrugs bzw. die aktivierten toxischen Substanzen leicht von den Zellen aufgenommen werden.The prodrugs used must have significantly lower toxicity than the activated substances and must be good substrates for the activating enzymes. In addition, these substances must be sufficiently chemically stable under physiological conditions and have good pharmacological and pharmacokinetic properties. Depending on the type, some prodrugs are absorbed into the cells and converted intracellularly into the toxic substance. Other prodrugs are activated extracellularly. Accordingly, the prodrugs or the activated toxic substances must be easily absorbed by the cells.
Die erfindungsgemäßen Vektoren kodieren und exprimieren beispielsweise für die Thymidinkinase (TK) des Herpes-Simplex-Virus (HSV). Die TK von HSV phosphoryliert Acyclovir zu Acyclovir-Diphosphat, das von zellulären Kinasen weiter phosphoryliert wird. Die Thymidinkinase der eukaryotischen Zelle kann aufgrund ihrer Substratspezifität Acyclovir nicht phosphorylieren, weshalb nicht-infizierte Zellen bzw. HSV-TK-negative Zellen resistent gegen Guanosinanaloga sind. Durch systemische Gabe von Acyclovir bzw. Gancyclovir können selektiv die HSV-infizierten bzw. Tymidinkinase-positiven Zellen, die beispielsweise mit den Therapievektoren dieser Erfindung verändert wurden, eliminiert werden.The vectors according to the invention encode and express, for example, the thymidine kinase (TK) of the herpes simplex virus (HSV). The TK of HSV phosphorylates acyclovir to acyclovir diphosphate, which is further phosphorylated by cellular kinases. The thymidine kinase of the eukaryotic cell cannot phosphorylate due to its substrate specificity, which is why non-infected cells or HSV-TK-negative cells are resistant to guanosine analogues. By systemic administration of acyclovir or gancyclovir selectively the HSV-infected or tymidine kinase-positive cells, which have been modified, for example, with the therapy vectors of this invention, are eliminated.
Femer können die erfindungsgemäßen Vektoren für die Thymidinkinase von Varizella-Zoster- Virus (VZV) kodieren. Die TK von VZV ist in der Wirkung vergleichbar mit der TK von HSV, mit dem Unterschied, daß die TK von VZV 6-Methoxipurin-Arabinonukleosid verwendet.The vectors according to the invention can also code for the thymidine kinase of varicella zoster virus (VZV). The TK of VZV is comparable in effect to the TK of HSV, with the difference that the TK of VZV uses 6-methoxipurin arabinonucleoside.
Femer können die in dieser Erfindung genannten Vektoren Enzyme kodieren, die folgende Prodrug/Enzym-Systeme aktivieren: Carboxylesterase (CA) aktiviert Irinotecan; Cytosin- Desaminase (CD) aktiviert 5-Fluorocytosin (5-FC); Carboxypeptidase G2 (CPG2) aktiviert 2- Chloroethyl-2-Mesyloxyethyl-Aminobenzoyl-L-Glutaminsäure (CMDA) und CJS278H sowie die selbst-aktivierenden Prodmgs Doxorubicin und Daunorubicin; Cytochrom P450 (Cyt 450) aktiviert Cyclophosphamid (CP), Ifosfamid (IF), Ipomeanol und 2-Aminoanthracen (2-AA); Deoxycytidin-Kinase (dCK) aktiviert Cytosin-Arabinose (ara-C); Nitroreduktase (NR) aktiviert CB1954 (5-Aziridinyl-2,4-Dinitrobenzamid); Purin-Nukleosid-Phosphorylase (PNP) aktiviert 6- Methylpurin-2'-Deoxyribonukleosid (6-MePdR); Thymidin-Phosphorylase (TP) aktiviert 5'- Deoxy-5-Fluorouridin (5'-DFUR); Xanthin-Guanin-Phosphoribosyl-Transferase (XGPRT) aktiviert 6-Thioxanthin (6-TX) und 6-Thioguanin (6-TG). Femer können die erfindungsgemäßen Vektoren für die bakterielle Uracil-Phosphoribosyltransferase kodieren, die 5-Fluoruracil aktiviert, oder für ein Fusionsprotein aus der Cytosin-Deaminase (FCY1) und Uracil- Phosphoribosyltransferase (FUR1) aus Saccharomyces cerevisiae, das Fluorocytosin (5-FC) aktiviert.The vectors mentioned in this invention can also encode enzymes which activate the following prodrug / enzyme systems: carboxylesterase (CA) activates irinotecan; Cytosine deaminase (CD) activates 5-fluorocytosine (5-FC); Carboxypeptidase G2 (CPG2) activates 2-chloroethyl-2-mesyloxyethyl-aminobenzoyl-L-glutamic acid (CMDA) and CJS278 H as well as the self-activating products doxorubicin and daunorubicin; Cytochrome P450 (Cyt 450) activates cyclophosphamide (CP), ifosfamide (IF), ipomeanol and 2-aminoanthracene (2-AA); Deoxycytidine kinase (dCK) activates cytosine arabinose (ara-C); Nitroreductase (NR) activates CB1954 (5-aziridinyl-2,4-dinitrobenzamide); Purine nucleoside phosphorylase (PNP) activates 6-methylpurin-2'-deoxyribonucleoside (6-MePdR); Thymidine phosphorylase (TP) activates 5'-deoxy-5-fluorouridine (5'-DFUR); Xanthine guanine phosphoribosyl transferase (XGPRT) activates 6-thioxanthine (6-TX) and 6-thioguanine (6-TG). Furthermore, the vectors according to the invention can code for the bacterial uracil phosphoribosyl transferase that activates 5-fluorouracil, or for a fusion protein made of cytosine deaminase (FCY1) and uracil phosphoribosyl transferase (FUR1) from Saccharomyces cerevisiae, which activates fluorocytosine (5) ,
Erfindungsgemäße Vektoren zur GentherapieVectors for gene therapy according to the invention
Die Erfindung betrifft einen Gentransfervektor, umfassend mindestens ein Nukleinsäuremolekül, umfassend eine erste Nukleinsäuresequenz, kodierend für einen oder mehrere apoptoseauslösende(n) Liganden, eine zweite Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Antigen(e) und gegebenenfalls, eine dritte Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Antiapoptosemolekül(e), und gegebenenfalls eine vierte Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Suizidenzym(e). Besonders bevorzugt ist ein Gentransfervektor, wobei die erste und zweite Nukleinsäuresequenz so funktional miteinander verbunden ist, daß die Expression der zweiten Nukleinsäuresequenz von der Expression der ersten Nukleinsäuresequenz abhängig ist, d.h. die Expression der Antigene ist physikalisch an die Expression der apoptoseauslösenden Liganden gekoppelt und von diesen abhängig. Besonders bevorzugt ist femer ein Gentransfervektor, wobei die dritte und vierte Nukleinsäuresequenz so funktional miteinander verbunden ist, daß die Expression der dritten Nukleinsäuresequenz von der Expression der vierten Nukleinsäuresequenz abhängig ist, d.h. die Expression der Antiapoptosemoleküle ist immer an die Expression der Suizidenzyme gekoppelt und von diesen abhängig.The invention relates to a gene transfer vector comprising at least one nucleic acid molecule, comprising a first nucleic acid sequence coding for one or more apoptosis-triggering ligands, a second nucleic acid sequence coding for one or more antigen (s) and optionally, a third nucleic acid sequence coding for a or more anti-apoptosis molecule (s), and optionally a fourth nucleic acid sequence, coding for one or more suicide enzyme (s). A gene transfer vector is particularly preferred, the first and second nucleic acid sequences being functionally linked to one another in such a way that the expression of the second nucleic acid sequence is dependent on the expression of the first nucleic acid sequence, ie the expression of the antigens is physically coupled to and from the expression of the ligands which trigger apoptosis dependent. Furthermore, a gene transfer vector is particularly preferred, the third and fourth nucleic acid sequences being so functionally linked to one another that the expression of the third nucleic acid sequence is dependent on the expression of the fourth nucleic acid sequence, ie the expression of the anti-apoptosis molecules is always linked to and from the expression of the suicide enzymes dependent.
Antigenpräsentierende Zellen (APCs) können zur Behandlung von Erkrankungen wie beispielsweise Autoimmunerkrankungen, oder Erkrankungen, die auf einer Immunpathogenese beruhen, oder Erkrankungen, die auf einer Abstoßung transplantierter Gewebe oder Organe beruhen, mit einem der erfϊndungsgemäßen Vektoren behandelt werden. APCs können beispielsweise mit einem Gentransfervektor, umfassend Nukleinsäuresequenzen kodierend für für die Antigene, apoptoseauslösende Liganden, Antiapoptosemoleküle und für Suizidenzyme, behandelt werden. Femer können die APCs mit jeder Art von Kombinationen von Vektoren behandelt werden, beispielsweise mit mehreren der erfindungsgemäßen Vektoren, die für unterschiedliche Antigene kodieren. Die APCs können beispielsweise auch mit einer Kombination von erfindungsgemäßen Vektoren behandelt werden, die für Antigene kodieren, und erfindungsgemäßen Vektoren, die für Antiapoptosemoleküle kodieren. Kombinationen von Vektoren werden dann sinnvoll, wenn beispielsweise die einzelnen Nukleinsäurebereiche der Vektoren so groß sind, daß sie beispielsweise eine Herstellung oder eine Anwendung des Vektors negativ beeinflussen, oder wenn APCs mit Vektoren behandelt werden sollen, die unterschiedliche Antigene, Apoptoseliganden, Antiapoptosemoleküle oder Suizidenzyme kodieren.Antigen-presenting cells (APCs) can be treated with one of the vectors according to the invention for the treatment of diseases such as, for example, autoimmune diseases or diseases which are based on immunopathogenesis or diseases which are based on rejection of transplanted tissues or organs. APCs can be treated, for example, with a gene transfer vector comprising nucleic acid sequences coding for the antigens, ligands which trigger apoptosis, antiapoptosis molecules and for suicide enzymes. Furthermore, the APCs can be treated with any type of combination of vectors, for example with several of the vectors according to the invention, which code for different antigens. The APCs can also be treated, for example, with a combination of vectors according to the invention which code for antigens and vectors according to the invention which code for anti-apoptosis molecules. Combinations of vectors are useful if, for example, the individual nucleic acid regions of the vectors are so large that they negatively influence, for example, the production or use of the vector, or if APCs are to be treated with vectors which encode different antigens, apoptosis ligands, anti-apoptosis molecules or suicide enzymes ,
Kontrollelemente zur Expression von GeninformationenControl elements for the expression of gene information
Die erfindungsgemäßen Gentransfervektoren umfassen Nukleinsäuren, die neben den ersten bis vierten vorstehend beschriebenen Nukleinsäuresequenzen weitere Sequenzen und funktionelle Regionen z.B. zur Kontrolle und Steuerung der Expression von Genen z.B. in Säugerzellen enthalten können. Diese Sequenzen und funktionellen Regionen können Promotoren und/oder Promotorelemente sein, vorzugsweise virale Promotorsequenzen für die Expression von Gensequenzen in Säugerzellen. Einige Beispiele viraler Promotorsequenzen sind der frühe SV40 Promotor, der Maus-Mamma-Tumorvirus (MMTV) LTR Promotor, der humane Immundefizienz Virus Typ 1 (HIV-1) LTR Promotor, der Adenovirus major /αte-Promotor (Ad MLP) und der Herpes- Simplex-Virus (HSV) Promotor. Zudem sind auch Promotoren nichtviraler Gene, wie z.B. Promotoren der murinen 3-Phosphoglycerat-Kinase, des humanen Ubiquitin C und des murinen Metallotheionein Gens zur effizienten Expression von Gensequenzen in Säugern geeignet. Die Expression kann hierbei durch einen konsumtiven oder regulierbaren (induzierbaren) Promotor erfolgen. So kann exemplarisch in bestimmten Zelltypen, wie Hormon-stimulierbaren Zellen, ein Glukocorticoid-induzierbarer Promotor verwendet werden.The gene transfer vectors according to the invention comprise nucleic acids which, in addition to the first to fourth nucleic acid sequences described above, can contain further sequences and functional regions, for example for controlling and controlling the expression of genes, for example in mammalian cells. These sequences and functional regions can be promoters and / or promoter elements, preferably viral promoter sequences for the expression of gene sequences in mammalian cells. Some examples of viral promoter sequences are the SV40 early promoter, the mouse mammary tumor virus (MMTV) LTR promoter, the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) LTR promoter, the adenovirus major / αte promoter (Ad MLP) and herpes - Simplex virus (HSV) promoter. In addition, promoters of non-viral genes, such as promoters of murine 3-phosphoglycerate kinase, human ubiquitin C and murine metallotheionein, are also suitable for the efficient expression of gene sequences in mammals. The expression can be carried out by a consumable or regulatable (inducible) promoter. For example, a glucocorticoid-inducible promoter can be used in certain cell types, such as hormone-stimulable cells.
Die Expressionsraten können durch die Kombination oben genannter Promotorelemente mit sogenannten E/z/zα«cer-Elementen üblicherweise gesteigert werden. Hierbei weisen virale EMÄαHcer-Elemente oftmals eine besondere Effizienz auf, da sie gewöhnlicherweise ein breiteres Wirtsspektrum als Enhancer aus Säugerzellen aufweisen. Sehr effiziente Vertreter viraler Enhancer schließen den SV40 early-Gen-Enhancer und die Promotor/En/jαncer-Kombinationen aus dem LTR des Rous- Sarkom- Virus sowie des humanen Zytomegalievirus mit ein. Zudem können regulierbare Enhancer-Elemente verwendet werden, die z.B. nur in Gegenwart von Induktoren, wie Hormonen oder Metallionen aktiv sind.The expression rates can usually be increased by combining the above-mentioned promoter elements with so-called E / z / zα «cer elements. Here, viral EMÄαHcer elements often have a particular efficiency, since they usually have a broader host spectrum than enhancers from mammalian cells. Very efficient representatives of viral enhancers include the SV40 early gene enhancer and the promoter / enhancer combinations from the LTR of Rous sarcoma virus and the human cytomegalovirus. In addition, adjustable enhancer elements can be used, e.g. are only active in the presence of inductors, such as hormones or metal ions.
Diese Sequenzen und funktionellen Regionen können femer Leader-Sequenzen und/oder Prozessierungssequenzen, z.B. eine Proteasespaltstelle, sein, vorzugsweise die adenovirale dreiteilige Leader-Sequenz sowie eine Vielzahl von Zeα er-Sequenzen von Säugerproteinen, wie der Leader des Erytropoietingens und der iPA-Leader, um eine effiziente Sekretion von Fremdproteinen aus Säugerzellen zu vermitteln.These sequences and functional regions can also be leader sequences and / or processing sequences, e.g. a protease cleavage site, preferably the adenoviral three-part leader sequence, and a multiplicity of zeαer sequences of mammalian proteins, such as the leader of the erytropoietin gene and the iPA leader, in order to mediate an efficient secretion of foreign proteins from mammalian cells.
Diese Sequenzen und funktionellen Regionen können femer Transkriptionsterminations- und Polyadenylierungssequenzen sein. Einige sehr effiziente poly-A-Signale für die Verwendung in Säugerexpressionsvektoren stammen beispielsweise von dem Rinder- Wachstumshormon, dem Maus-ß-Globin, der frühen SV40-Transkriptionseinheit und dem Herpes-Simplex- Thymidinkinase-Gen. Prokaryontische Transkriptionsterminatoren sind detailliert beschrieben und ihr Einbau zeigt vielfältige positive Effekte auf die Genexpression. In Eukaryonten wurde eine Konsensussequenz mit der Nukleotidabfolge ATC AAA (A7T) TAG GAA GA in der Terminationsregion von 9 Genen identifiziert.These sequences and functional regions can also be transcription termination and polyadenylation sequences. Some very efficient poly-A signals for use in mammalian expression vectors are derived, for example, from the bovine growth hormone, the mouse β-globin, the SV40 early transcription unit and the herpes simplex thymidine kinase gene. Prokaryotic transcription terminators are described in detail and their incorporation shows diverse positive effects on gene expression. In eukaryotes identified a consensus sequence with the nucleotide sequence ATC AAA (A7T) TAG GAA GA in the termination region of 9 genes.
Diese Sequenzen und funktionellen Regionen können femerTranslationskontrollelemente sein. So fördert eine optimale Kozak-Sequenz (CC(A/G)CcaugG) die Translationsinitiation eukaryontischer mRNAs. Den Purinen A oder G in Position -3 und dem G direkt oberhalb des Startcodons kommt hierbei eine besondere Bedeutung für die optimale Translationsinitiation zu.These sequences and functional regions can also be translation control elements. An optimal Kozak sequence (CC (A / G) CcaugG) promotes the translation initiation of eukaryotic mRNAs. The purines A or G in position -3 and the G directly above the start codon are of particular importance for optimal translation initiation.
Femer kann die Expressionseffizienz von cDNA-Gensequenzen, die keine Introns enthalten, in einigen Fällen durch Fusion eines Introns im 5' Bereich des ORF signifikant um das 10 - 20 fache gesteigert werden. Eine besondere Effektivität in unterschiedlichen Zellen besitzt hierbei, exemplarisch für eine Vielzahl unterschiedlicher Introns, ein synthetisches Intron-SIS, das durch die Fusion eines Adenovirus-Spleiß-Donors mit einem Immunglobulin-Gen-Spleiß-Akzeptor erzeugt wurde oder ein SV40 19S late mRNA Intron.Furthermore, the expression efficiency of cDNA gene sequences which do not contain any introns can be increased significantly by 10-20 times in some cases by fusion of an intron in the 5 'region of the ORF. A particular effectiveness in different cells has, for example for a large number of different introns, a synthetic intron SIS, which was generated by the fusion of an adenovirus splice donor with an immunoglobulin gene splice acceptor, or a SV40 19S late mRNA intron ,
Femer kann die Translationsinitiation an dem korrekten Startcodon durch die Anwesenheit von zusätzlichen AUG-Codons in der 5' untranslatierten Region stark beeinträchtigt werden. Eine derartige Inhibition kann durch die Anwesenheit eines Translationsterminationscodons in-frame mit dem oberhalb gelegenen AUG minimiert werden. Zudem wird die Translation oft durch die Tendenz definierter Sequenzen in der 5Λ untranslatierten Regionen (UTR) zur Ausbildung von Sekundär Strukturen beeinträchtigt. Femer können sich destabilisierende Motive innerhalb von Fremdgensequenzen negativ auf die Expressionsraten auswirken. Vertreter derartiger Sequenzabfolgen sind exemplarisch AU-reiche Sequenzen im 3" UTR Bereich vieler instabiler Säuger mRNAs. Sehr effiziente destabilisierende Sequenzmotive sind UUAUUUAUU oder UUAUUUA(U/A)(U (JA). Zur Steigerung der Expression der gewünschten Fremdgene sollen diese Sequenzmotive entfernt bzw. inaktiviert werden.Furthermore, the translation initiation at the correct start codon can be severely impaired by the presence of additional AUG codons in the 5 ' untranslated region. Such an inhibition can be minimized by the presence of a translation termination codon in-frame with the AUG located above. In addition, the translation is often affected by the tendency of defined sequences in the 5 Λ untranslated regions (UTR) to form secondary structures. Furthermore, destabilizing motifs within foreign gene sequences can have a negative effect on the expression rates. Representatives of such sequence sequences are examples of AU-rich sequences in the 3 "UTR area of many unstable mammalian mRNAs. Very efficient destabilizing sequence motifs are UUAUUUAUU or UUAUUUA (U / A) (U (JA). To increase the expression of the desired foreign genes, these sequence motifs should be removed or be deactivated.
Femer kann die Expressioneffizienz der gewünschten Nukleinsäuresequenz durch die Auswahl und Verwendung geeigneter, wirtsspezifischer Codons gesteigert werden (Codon Usage).Furthermore, the expression efficiency of the desired nucleic acid sequence can be increased by selecting and using suitable, host-specific codons (codon usage).
Gewöhnlicherweise beinhaltet ein Expressionsvektor eine Kombination aus einem Promotor, einem Polyadenylierungssignal und einer Transkriptionsterminationssequenz. Enhancer, introns mit funktionellen Splice Donor und Akzeptorstellen sowie Leadersequenzen können zudem, falls erforderlich, modular in die Konstrukte eingebaut werden. Expressionskonstrukte sind oft in einem Replikon enthalten, wie z.B. in extrachromosomalen Elementen (z.B. Plasmiden) die in der Lage sind stabil in einem Wirt, wie z.B. einer Säugerzelle zu überdauern. Säugerreplikationssysteme beinhalten solche, die von animalen Viren abgeleitet sind und trans- aktive Faktoren zur Replikation benötigen. Beispielsweise replizieren Plasmide, welche die Replikationssysteme von Papovaviren, wie z.B. SV40 oder Polyomaviren enthalten, in Anwesenheit des zugehörigen viralen T Antigens in extern hoher Kopienzahl. Weitere Beispiele für Säugerreplikons beinhalten solche, die von dem Rinderpapillomvirus und dem Epstein-Barr- Virus abgeleitet sind. Weiterhin kann ein Replikon zwei Replikationssysteme beinhalten, die ein Überdauern im Wirt gewährleisten, z.B. ein Replikationssystem für die Genexpression in Säugern und ein System für die Amplifikation des Vektors in Bakterien. Das Plasmid pMT2 ist ein Beispiel für einen derartigen Säuger/Bakterien Shuttle Vektor.Typically, an expression vector includes a combination of a promoter, a polyadenylation signal, and a transcription termination sequence. Enhancers, introns with functional splice donors and acceptor sites as well as leader sequences can also, if required to be installed modularly in the constructs. Expression constructs are often contained in a replicon, such as in extrachromosomal elements (eg plasmids), which are able to stably survive in a host, such as a mammalian cell. Mammal replication systems include those that are derived from animal viruses and require transactive factors for replication. For example, plasmids which contain the replication systems of papovaviruses, such as SV40 or polyomaviruses, replicate in the presence of the associated viral T antigen in an externally high copy number. Other examples of mammalian replicons include those derived from the bovine papilloma virus and the Epstein-Barr virus. Furthermore, a replicon can contain two replication systems which ensure survival in the host, for example a replication system for gene expression in mammals and a system for the amplification of the vector in bacteria. The plasmid pMT2 is an example of such a mammalian / bacterial shuttle vector.
Regulation der Expression der apoptoseauslösenden Liganden Die Nukleinsäuresequenzen, die für apoptoseauslösende Liganden kodieren, können in der Weise reguliert werden, daß die Expression der Liganden an- und abgeschalten werden kann. Die Expression der apoptoseauslösenden Liganden kann in transduzierten Zellen vollständig abgeschalten werden. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Herstellung stabil vektorproduzierender Zellinien oder für die Erzeugung der Köderzellen. Da die meisten Zellen konstitutiv Apoptoserezeptoren auf der Oberfläche tragen, dazu gehören auch die zur Herstellung viraler Gentransfervektoren verwendbare Verpackungszellinien und die zu transduzierenden, antigenpräsentierenden Zellen, würde eine Transduktion dieser Zellen mit dem Gen für einen apoptoseauslösenden Liganden zur parakrinen und autokrinen Induktion der Apoptose fuhren. Durch eine Abschaltung der Expression des Liganden in den Verpackungslinien bzw. in den transduzierten Zellen in Kultur wird eine unspezifische Wechselwirkung zwischen diesen Zellen verhindert und eine Kultivierung ermöglicht.Regulation of the Expression of the Apoptosis-Triggering Ligands The nucleic acid sequences which code for apoptosis-triggering ligands can be regulated in such a way that the expression of the ligands can be switched on and off. The expression of the ligands which trigger apoptosis can be switched off completely in transduced cells. This is of particular importance for the production of stable vector-producing cell lines or for the production of the bait cells. Since most cells have constitutive apoptosis receptors on the surface, including the packaging cell lines that can be used to produce viral gene transfer vectors and the cells to be transduced, antigen-presenting cells, transduction of these cells with the gene for an apoptosis-triggering ligand would lead to paracrine and autocrine induction of apoptosis. Switching off the expression of the ligand in the packaging lines or in the transduced cells in culture prevents an unspecific interaction between these cells and enables cultivation.
Die Abschaltung der Expression der Liganden erfolgt vorzugsweise über die nachstehend beschriebenen Verfahren. 1. Mittels Verwendung des RevTet-Systems der Firma ClonTech, USA. 2. Eine andere Möglichkeit, die auf dem Prinzip der Doppelinfektion mit einem Expressionsvektor und einem Regulationsvektor beruht, basiert auf der Verwendung bakterieller Regulationssysteme in Eukaryoten. Das Gen für den apoptoseauslösenden Liganden steht unter der Kontrolle des starken prokaryotischen T7-Promotors. Da weder in der Verpackungslinie noch in den spater zu transduzierenden Zellen T7-Polymerase vorhanden ist, wird der Ligand nicht exprimiert Erst durch die Kotransduktion des Gens für die T7-Polymerase mittels eines zweiten Regulationsvektors kommt es in den doppelt transduzierten Zellen zur Expression des Liganden 3 Ein weiteres geeignetes System ist das Cre-loxP System des Bakteπophagen PlThe expression of the ligands is preferably switched off using the methods described below. 1. Using the RevTet system from ClonTech, USA. 2. Another possibility, which is based on the principle of double infection with an expression vector and a regulation vector, is based on the use of bacterial regulation systems in eukaryotes. The gene for the apoptosis-inducing ligand is under the control of the strong prokaryotic T7 promoter. Since neither in the packaging line If T7 polymerase is still present in the cells to be transduced later, the ligand is not expressed. The co-transduction of the gene for the T7 polymerase by means of a second regulatory vector leads to the expression of the ligand in the double-transduced cells. Another suitable system the Cre-loxP system of the bacteriophage Pl
Koexpression von Antigenen und apoptoseauslösenden Liganden bzw. Antiapoptosemolekülen und SuizidenzymenCo-expression of antigens and apoptosis-inducing ligands or anti-apoptosis molecules and suicide enzymes
Vorzugsweise expnmieren die erfmdungsgemaßen Vektoren die Antigene bzw die Bestandteile von Antigenen, die von Immunzellen erkannt werden, nur in Zusammenhang mit den apoptotisch wirksamen Liganden Diese Koexpression wird durch eine Koppelung der Nukleinsäuresequenzen auf einem gemeinsamen Transkript erreicht Dadurch wird verhindert, daß die transduzierten Zellen durch die Präsentation von Bestandteilen des Antigens spezifische T-Zellen in vivo stimulieren ohne sie zu zerstörenThe vectors according to the invention preferably expand the antigens or the components of antigens which are recognized by immune cells only in connection with the apoptotically active ligands. This co-expression is achieved by coupling the nucleic acid sequences on a common transcript. This prevents the transduced cells from being transfected by the Presentation of components of the antigen stimulate specific T cells in vivo without destroying them
Zur Expression von zwei oder mehr Genen unter der transkriptioneilen Kontrolle eines konsumtiven oder regulierbaren Promotors kann eine interne πbosomale Eintrittsstelle (IRES), verwendet werden Beispielsweise werden die IRES von Picornaviren und des Hepatitis-C- Virus, des BiP (immunoglobuhn heavv chain binding protein), oder retrovirale 7i?ES-Sequenzen verwendetAn internal πbosomal entry point (IRES) can be used to express two or more genes under the transcriptional control of a consumable or regulable promoter. For example, the IRES of picornaviruses and the hepatitis C virus, the BiP (immunoglobulin heavy chain binding protein) are used. , or retroviral 7i? ES sequences are used
Eine weitere Möglichkeit zur Expression von zwei oder mehreren Genen unter der transkπptionellen Kontrolle eines starken Promotors besteht in der Verwendung von Sequenzen, die eine Verschiebung des πbosomalen Leserasters wahrend der Translation bedingen, wodurch ein Stopkodon überlesen wird. Üblicherweise bedingen diese frame shift-SignÜQ auf RNA Ebene, daß Die Ribosomen an einer spezifischen Stelle in den -1 Leserahmen (m 5" Orientierung) versetzt werden und in dem neuen Leserahmen die Translation vorsetzen Derartige -1 Frameshift Signale wurden bei einer Vielzahl unterschiedlicher Virusfamilien, wie beispielsweise Retroviren, Coronaviren, Astroviren, Totiviren, Podoviren, Siphoviren, Luteoviren und Dianthoviren beschrieben Exemplaπsch besteht die frame shift Sequenz des Rous Sarkom Virus (RSV) aus 2 essentiellen Komponenten Einer homopolymeren shpperv- Sequenz, bestehend aus der Sequenzabfolge (AAAUUUA) und einer wenige Nukleotide stromabwärts gelegenen RNA-Sekundarstruktur Aus dem Vergleich der s/z/τpery-Sequenzen unterschiedlicher Viren wurde folgende s ppery Consensus sequenz erstellt Sie besteht aus einer 7 Nukleotide umfassenden Sequenzabfolge, die 2 homopolymere Trippletts enthält (X- XXY-YYZ) (Brierley (1995) J Gen Virol 76 ( Pt 8):1885-1892).A further possibility for the expression of two or more genes under the transptional control of a strong promoter is the use of sequences which cause a shift in the πbosomal reading frame during the translation, whereby a stop codon is ignored. Usually, these frame shift-SignÜQ on the RNA level require that the ribosomes are placed at a specific position in the -1 reading frame (m 5 " orientation) and in the new reading frame perform the translation. Such -1 frameshift signals were used in a large number of different virus families , such as, for example, retroviruses, corona viruses, astroviruses, totiviruses, podoviruses, siphoviruses, luteoviruses and dianthoviruses. The frame shift sequence of the rous sarcoma virus (RSV) consists of two essential components of a homopolymeric shpperv sequence, consisting of the sequence sequence (AAAUUUA) a RNA secondary structure located a few nucleotides downstream. By comparing the s / z / τpery sequences of different viruses, the following s ppery consensus sequence was created a 7-nucleotide sequence that contains 2 homopolymeric triplets (X-XXY-YYZ) (Brierley (1995) J Gen Virol 76 (Pt 8): 1885-1892).
Erfindungsgemäße Vektoren umfassen neben vektorspezifischen Nukleinsäuresequenzen, die beispielsweise die Vermehrung der Vektoren in Bakterien oder eukaryotischen Zellen ermöglichen, oder regulatorischen Nukleinsäuresequenzen, die eine Expression der kodierenden Bereiche ermöglichen, oder Nukleinsäuresequenzen, die eine Verpackung des Vektors bzw. eine Verpackung der Nukleinsäure in einen Vektor ermöglichen, beispielsweise auch Nukleinsäuren, die für ein oder mehrere Suizidenzyme und für ein oder mehrere Antiapoptosemoleküle kodieren. Die Expression der Antiapoptosemoleküle ist immer an die Expression der Suizidenzyme gekoppelt und von diesen abhängig.In addition to vector-specific nucleic acid sequences which, for example, enable the vectors to multiply in bacteria or eukaryotic cells, or vectors comprise regulatory nucleic acid sequences which enable expression of the coding regions, or nucleic acid sequences which enable the vector to be packaged or the nucleic acid to be packaged in a vector , for example also nucleic acids which code for one or more suicide enzymes and for one or more anti-apoptosis molecules. The expression of the antiapoptosis molecules is always linked to the expression of the suicide enzymes and is dependent on them.
Zielzellen zur Behandlung mit den therapeutisch wirksamen Nukleinsäuren Antigenpräsentierende Zellen (APC) Zur Therapie von Autoimmunerkrankungen oder von Erkrankungen mit Immunpathogenese werden syngene antigenpräsentierende Zellen von den Personen, die therapiert werden sollen, zur Herstellung der Köderzellen verwendet. Das MHC-Muster der anti genpräsentierenden und der reaktiven Zellen ist damit identisch und es werden nur solche T-Zellen angelockt und eliminiert, die autoagressiv reagieren oder die fremde Antigene im Zusammenhang mit eigenem MHC erkennen. Im Falle einer Behandlung bzw. Prävention von Transplantatabstoßungen werden antigenpräsentierende Zellen des Organspenders gereinigt. Diese Zellen sind allogen (anderes MHC-Muster) im Bezug auf den Empfänger. Hier müssen die T-Zellen erkannt und eliminiert werden, die zelluläre Antigene mit fremdem MHC vom Spender erkennen.Target cells for treatment with the therapeutically active nucleic acids Antigen-presenting cells (APC) For the therapy of autoimmune diseases or of diseases with immunopathogenesis, syngeneic antigen-presenting cells are used by the persons who are to be treated to produce the bait cells. The MHC pattern of the anti-gene-presenting and the reactive cells is thus identical and only those T cells which react autoagressively or which recognize foreign antigens in connection with their own MHC are attracted and eliminated. In the case of treatment or prevention of graft rejection, antigen-presenting cells of the organ donor are cleaned. These cells are allogeneic (different MHC pattern) with respect to the recipient. Here the T cells must be recognized and eliminated, which recognize cellular antigens with foreign MHC from the donor.
Lymphozyten, akzessorische Zellen und Effektorzellen stellen die prominentesten Vertreter des erworbenen Immunsystems dar. Lymphozyten sind in der Lage, fremde Antigene spezifisch zu erkennen und eine spezifische humorale und zellvermittelte Immunantwort zu stimulieren. Man kennt unterschiedliche Subpopulationen von Lymphozyten die sich in der Art der Antigenerkennung und den spezifischen Effektorfunktionen unterscheiden. B-Lymphozyten sind die Produzenten von Antikörpern. Sie erkennen extrazelluläre und und auf der Oberfläche von Zellen präsentierte Antigene und differenzieren nach Kontakt mit einem Antigen in Antikörper- sezemierende Plasmazellen. T-Lymphozyten, die Mediatoren der zeilvermittelten Immunantwort können in mehrere Subtypen unterteilt werden, von denen die CD4+ T-Helferzellen und die CD8^ zytotoxischen T-Zellen am bedeutsamsten sind. Helfer und zytotoxische T Zellen weisen eine restringierte Spezifität für Antigene auf. Sie erkennen nur Peptidantigene, die zusammen mit MHC Klasse II bzw. MHC Klasse I auf der Oberfläche einer körpereigenen Zelle präsentiert werden. Nach einer spezifischen Erkennung von einem spezifischen MHC Klasse II / Peptidkomplex sezemieren T-Helferzellen Zytokine, welche T-Zellen und andere Immunzellen, wie z.B. B-Zellen und Makrophagen zur Proliferation und Differenzierung anregen. Zytotoxische T Zellen (CTL) lysieren Zellen die Peptide körperfremder Proteine zusammen mit MHC Klasse I Proteinen auf ihrer Oberfläche präsentieren. Die sogenannten Suppressor T- Zellen sind dagegen ein Subtyp von T-Helferzellen, die Zytokine produzieren, welche bestimmte Immunfunktionen unterdrücken. Eine dritte Klasse von Lymphozyten, die natürlichen Killer (NK)-Zellen, sind Bestandteil der angeborenen Immunantwort zur Bekämpfung von Viren und intrazellulären Erregem.Lymphocytes, accessory cells and effector cells are the most prominent representatives of the acquired immune system. Lymphocytes are able to specifically recognize foreign antigens and to stimulate a specific humoral and cell-mediated immune response. Different subpopulations of lymphocytes are known which differ in the type of antigen recognition and the specific effector functions. B lymphocytes are the producers of antibodies. They recognize extracellular and antigens presented on the surface of cells and differentiate into antibody-secreting plasma cells after contact with an antigen. T lymphocytes, the mediators of the cell-mediated immune response, can be divided into several subtypes, of which the CD4 + T helper cells and the CD8 ^ cytotoxic T cells are most significant. Helpers and cytotoxic T cells have a restricted specificity for antigens. You only recognize peptide antigens that are presented together with MHC class II or MHC class I on the surface of a body's own cell. After a specific recognition of a specific MHC class II / peptide complex, T helper cells secrete cytokines which stimulate T cells and other immune cells, such as B cells and macrophages, to proliferate and differentiate. Cytotoxic T cells (CTL) lyse cells that show peptides of foreign proteins together with MHC class I proteins on their surface. In contrast, the so-called suppressor T cells are a subtype of T helper cells that produce cytokines that suppress certain immune functions. A third class of lymphocytes, the natural killer (NK) cells, are part of the innate immune response to fight viruses and intracellular pathogens.
Eine sehr wichtige Bedeutung für die Steuerung des Immunsystems besitzten antigenpräsentierende Zellen (APCs). Diese Zellen nehmen fremde Antigene auf, prozessieren sie in kleine Peptide und präsentieren sie zusammen mit MHC Proteinen auf ihrer Oberfläche.A very important importance for the control of the immune system is possessed by antigen presenting cells (APCs). These cells take up foreign antigens, process them into small peptides and present them on their surface together with MHC proteins.
Man unterscheidet zwei Klassen von APCs. Professionelle APCs präsentieren die generiertenThere are two classes of APCs. Professional APCs present the generated ones
Peptide auf MHC Klasse I und II Proteinen und exprimieren zudem kostimulatorische Proteine wie B7.1 und B7.2. Die wichtigsten Verteter dieser APCs sind dendritische Zellen und Makrophagen, aber auch B-Zellen. Diese Zellen stimulieren T-Helfer und zytotoxische T-Zellen, die mittels ihres T-Zellrezeptors mit MHC -Klasse II bzw. MHC Klasse I komplexierte Peptide erkennen. Dagegen werden nicht professionelle APC die zwar MHC /Peptidkomplexe jedoch keine kostimulatorischen Proteine präsentieren nur von bereits aktivierten T Zellen erkannt. Die professionellen APC sind die Hauptzielzellen, in welche die erfindungsgemäßen Vektoren, präferentiell ex vivo eingeschleust werden sollen.Peptides on MHC class I and II proteins and also express costimulatory proteins such as B7.1 and B7.2. The most important representatives of these APCs are dendritic cells and macrophages, but also B cells. These cells stimulate T helpers and cytotoxic T cells that recognize peptides complexed with their MHC class II or MHC class I using their T cell receptor. On the other hand, non-professional APCs that present MHC / peptide complexes but no costimulatory proteins are only recognized by already activated T cells. The professional APC are the main target cells into which the vectors according to the invention are to be introduced preferentially ex vivo.
Die Aufreinigung unterschiedlicher Populationen von Blutlymphozyten ist in einer Vielzahl von Publikationen beschrieben und Stand der Technik. Mononukleäre Zellen können z.B. aus dem peripheren Blut mittels Ficoll-Hypaque Dichtegradientenzentrifugation gereinigt werden. Weiterhin können andere auf der Antikörper vermittelten Erkennung von Immunzellen beruhende Methoden zur positiven und negativen Selektion von Zellpopulationen verwendet werden. Derartige Verfahren sind exemplarisch die immunomagnetische Selektion, "panning" an immobilisierte, monoklonale Antikörper, Antikörper/Komplement-vermittelte Zelllyse und Zellsortierung von fluoreszenzmarkierten Zellen. Ein geeigneter Oberflächenmarker für die Selektion von T-Zellen ist das CD3. Spezifsche T-Helfer Zellen werden anhand des CD4 und zytotoxische T-Zellen anhand des CD8 Markers selektioniert. Weitere T-Zellsubpopulationen können anhand der Marker CD30, CD45RA (naive T-Zellen) und CD45RO (aktivierte T-Zellen und Gedächtnis-T-Zellen) (vor)selektioniert werden. Aktivierte T-Zellen sind anhand des Markerproteins CD69 separierbar. Monozyten können mittels spezifischer Antiköφer (AK) gegen die Oberflächenmarker CD 14 und CD 11b, natürliche Killerzellen mittels anti-CD 16 AK und B Zellen mittels der Marker CD 19 und CD22 auf gereinigt werden. Die Reinigung von APCs kann mittels spezifischer Antiköφer gegen HLA-DR erfolgen.The purification of different populations of blood lymphocytes has been described in a large number of publications and is state of the art. Mononuclear cells can be purified from peripheral blood, for example, using Ficoll-Hypaque density gradient centrifugation. Furthermore, other methods based on the antibody-mediated recognition of immune cells can be used for the positive and negative selection of cell populations. Examples of such methods are immunomagnetic selection, "panning" for immobilized monoclonal antibodies, antibody / complement-mediated cell lysis and Cell sorting of fluorescence-labeled cells. A suitable surface marker for the selection of T cells is CD3. Specific T helper cells are selected using the CD4 and cytotoxic T cells using the CD8 marker. Additional T cell subpopulations can be selected using the markers CD30, CD45RA (naive T cells) and CD45RO (activated T cells and memory T cells). Activated T cells can be separated using the marker protein CD69. Monocytes can be purified using specific antibodies (AK) against the surface markers CD 14 and CD 11b, natural killer cells using anti-CD 16 AK and B cells using the markers CD 19 and CD22. APCs can be purified using specific antibodies against HLA-DR.
Geeigete Methoden zur Separation von T-Zellen aus mononukleären Zellpopulationen beruhen z.B. auf der Rosettierung von T-Zellen mit roten Blutzellen von Schafen (SRBC). Diese Methode erlaubt zudem die Gewinnung von nicht rosettierenden Zellpopulationen (B- Lymphozyten, Monozyten, Makrophagen). Neuraminidase oder 2-Aminoethylisothiouronium- Bromid (AET) behandelte SRBCs sind hierbei bevorzugt zu verwenden, da sie eine gesteigerte Bindung von T-Zellen aufweisen. Die unterschiedlichen T-Zellpopulationen können mittels der zuvor beschriebenen, auf der Erkennung von spezifischen Oberflächenmarkern durch Antiköφer beruhenden Methoden positiv bzw. separiert werden.Suitable methods for separating T cells from mononuclear cell populations are based e.g. on the rosetting of T cells with red blood cells from sheep (SRBC). This method also allows the extraction of non-rosetting cell populations (B-lymphocytes, monocytes, macrophages). SRBCs treated with neuraminidase or 2-aminoethylisothiouronium bromide (AET) are preferred because they have an increased binding of T cells. The different T cell populations can be positively or separated using the previously described methods based on the recognition of specific surface markers by antibodies.
B-Zellen können exemplarisch sehr effizient unter Verwendung CD19-spezifischer Antiköφer nach den bereits beschriebenen Methoden aufgereinigt werden. Besonders geeignet sind die Methoden des cell-sorting mittels FACS und die Verwendung immunomagnetischer Kügelchen. Monozyten können exemplarisch durch Adhärenz an z.B. L-Leucinmethylester-Matrizes, Gradientensedimentation durch kolloidale Silikapartikel und Flowzytometrie gewonnen werden. Jedoch erfolgt bei den ersteren Methoden eine Aktiviemng der Monozyten. Eine weitere sehr geeignete Methode zur Reinigung großer Mengen nicht aktivierten Monozyten ist die Gegenstromzentrifugation unter Verwendung eines Elutriators (counterflow centrifugal elutriation, CCE).As an example, B cells can be purified very efficiently using CD19-specific antibodies using the methods already described. The methods of cell sorting using FACS and the use of immunomagnetic beads are particularly suitable. Monocytes can be exemplified by adherence to e.g. L-leucine methyl ester matrices, gradient sedimentation by colloidal silica particles and flow cytometry. However, in the former methods the monocytes are activated. Another very suitable method for cleaning large amounts of inactivated monocytes is countercurrent centrifugation using an elutriator (counterflow centrifugal elutriation, CCE).
Natürliche Killerzellen können exemplarisch aus Ficoll-Hypaque Gradienten-gereinigten Lymphozytenpopulationen durch negative Selektion mittels anti-CD3, anti-CD5, anti-CD19, anti-CD 14 und anti-Erythrozyten Antiköφer gewonnen werden. Immunzellen können auch durch Zytokinstimulation aus anderen Zellpopulationen erzeugt werden. Beispielsweise können weiße Blutköφerchen sowie differenzierte Vorläuferzellen und Stammzellen durch eine Vielzahl von Wachstumsfaktoren stimuliert werden. Insbesondere die von aktivierten T Helferzellen und aktivierten Makrophagen produzierten Zytokine IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, GM-CSF, M-CSF, und G-CSF stimulieren myeloide Stammzellen, die dann zu pluripotenten Stammzellen, Granulozyten-Monozytenvorläuferzellen, eosinophilen Vorläuferzellen, Basophilen Vorläuferzellen, Megakaryocyten und rythroiden Vorläuferzellen differenzieren. Die Differenzierung wird moduliert durch Wachstumsfaktoren wie GM-CSF, H- 3, IL-6, IL- 1 1, und Erythropoietin (EPO). Pluripotente Stammzellen differenzieren dann in lymphoide Stammzellen, Knochenmarksstromazellen, Vorläufer T-Zellen, Vorläufer B-Zellen, Thymocyten, T-Helferzellen, zytotoxische T-Zellen und B-Zellen. Diese Differenzierung wird moduliert durch Wachstumsfaktoren wie IL-3, IL-4, IL-6, IL-7, GM-CSF, M-CSF, G-CSF, IL-2, und IL-5. Granulocyten-Monocyten- Vorläufer differenzieren zu Monocyten, Macrophagen, und Neutrophile. Diese Differenzierung wird durch die Wachstumsfaktoren GM-CSF, M-CSF, und IL-8 moduliert. Eosinophile Vorläufer differenzieren zu Eosinophilen. Dieser Vorgang wird durch GM-CSF und IL-5 moduliert. Die Differenzierung von basophilen Vorläufern in Mastzellen und Basophile wird durch GM-CSF, IL-4, und IL-9 stimuliert. Megakaryocyten produzieren nach Stimulation mit GM-CSF, EPO und IL-6 Blutplattchen. Erythroide Vorläuferzellen differenzieren, stimuliert durch EPO, in rote Blutzellen. Die Reinheit der gewonnenen Zellpopulationen wird durch FACS Analyse mittels spezifischer Antiköφer kontrolliert.Natural killer cells can be obtained by way of example from Ficoll-Hypaque gradient-purified lymphocyte populations by negative selection using anti-CD3, anti-CD5, anti-CD19, anti-CD 14 and anti-erythrocyte antibodies. Immune cells can also be generated from other cell populations by cytokine stimulation. For example, white blood cells as well as differentiated progenitor cells and stem cells can be stimulated by a variety of growth factors. In particular, the cytokines IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, GM-CSF, M-CSF, and G-CSF produced by activated T helper cells and activated macrophages stimulate myeloid stem cells, which then lead to Differentiate pluripotent stem cells, granulocyte-monocyte progenitor cells, eosinophil progenitor cells, basophil progenitor cells, megakaryocytes and rythroid progenitor cells. The differentiation is modulated by growth factors such as GM-CSF, H-3, IL-6, IL-1 1, and erythropoietin (EPO). Pluripotent stem cells then differentiate into lymphoid stem cells, bone marrow stromal cells, precursor T cells, precursor B cells, thymocytes, T helper cells, cytotoxic T cells and B cells. This differentiation is modulated by growth factors such as IL-3, IL-4, IL-6, IL-7, GM-CSF, M-CSF, G-CSF, IL-2, and IL-5. Granulocyte-monocyte precursors differentiate into monocytes, macrophages, and neutrophils. This differentiation is modulated by the growth factors GM-CSF, M-CSF, and IL-8. Eosinophilic precursors differentiate into eosinophils. This process is modulated by GM-CSF and IL-5. The differentiation of basophilic precursors in mast cells and basophils is stimulated by GM-CSF, IL-4, and IL-9. Megakaryocytes produce blood platelets after stimulation with GM-CSF, EPO and IL-6. Differentiate erythroid progenitor cells, stimulated by EPO, into red blood cells. The purity of the cell populations obtained is checked by FACS analysis using specific antibodies.
Der Anteil dendritischer Zellen im Blut beträgt weniger als 0,2%. Deshalb ist eine direkte Aufreinigung dieser Zellpopulation nicht notwendig. Jedoch können exemplarisch größere Mengen an dendritischen Zellen mit Hilfe von Zytokinen aus CD14-positiven Blutmonozyten generiert werden. Zur Differenzierung von dendritischen Zellen aus Monozyten werden die Zytokine TNF-α, GM-CSF und IL4 in geeigneten Konzentrationen verwendet. Diese Methode ist mehrfach publiziert und Stand der Technik.The proportion of dendritic cells in the blood is less than 0.2%. Therefore, a direct purification of this cell population is not necessary. However, larger amounts of dendritic cells can be generated with the help of cytokines from CD14-positive blood monocytes. In order to differentiate dendritic cells from monocytes, the cytokines TNF-α, GM-CSF and IL4 are used in suitable concentrations. This method has been published several times and is state of the art.
Es ist möglich, die Gesamtheit der mononukleären Zellen in Zellkulturmedium aufzunehmen und unspezifisch zu stimulieren. Die B-Zellen werden beispielsweise mittels quervernetzender Antiköφer gegen den B-Zell-Rezeptor bzw. mittels Lektinen (Pokeweed Mitogen) oder IL-4 zur Proliferation angeregt. Beispielsweise können T-Lymphozyten präferenziell durch Inkubation mit einem CD3-bindenden Agens, wie dem monoklonalen Antiköφer OKT-3 stimuliert werden. Ein CD3-bindendes Agens ist ein Ligand der CD3-Moleküle auf der Oberfläche von Zellen bindet. Der Ligand kann ein Antiköφer, wie z.B. OKT-3 sein, der in der Lage ist zwei oder mehrere CD3-Moleküle querzuvemetzen. Diese Quervernetzung induziert die Proliferation und Aktiviemng von CD3+ Zellen, wie z.B. T-Lymphozyten. Die Aktiviemng von T-Lymphozyten durch CD3-bindende Agentien kann zudem durch die Variation bestimmter Parameter, wie der Konzentration des bindenden Agens, der Inkubationszeit, der Zellzahl, der Inkubationstemperatur, und der Bindungsaffinität des Agens, der Affidität, und der Effizienz der Zellaktivierung gesteigert werden. Weiterhin können T-Zellen in periphären Blutmonozyten durch Phytohämaglutinin (PHA) stimuliert werden. Andere Lymphozytenstimulatoren sind exemplarisch das Tetanus Toxoid, Concanavalin A (Con A), Ionomycin und PMA.It is possible to record all of the mononuclear cells in cell culture medium and to stimulate them non-specifically. The B cells are stimulated for proliferation, for example, by means of cross-linking antibodies against the B cell receptor or by means of lectins (Pokeweed Mitogen) or IL-4. For example, T lymphocytes can be preferentially incubated can be stimulated with a CD3-binding agent, such as the monoclonal antibody OKT-3. A CD3 binding agent is a ligand that binds CD3 molecules to the surface of cells. The ligand can be an antibody, such as OKT-3, which is able to cross-link two or more CD3 molecules. This cross-linking induces the proliferation and activation of CD3 + cells, such as T-lymphocytes. The activation of T lymphocytes by CD3-binding agents can also be increased by varying certain parameters, such as the concentration of the binding agent, the incubation time, the number of cells, the incubation temperature, and the binding affinity of the agent, the affinity, and the efficiency of the cell activation become. T cells in peripheral blood monocytes can also be stimulated by phytohemaglutinin (PHA). Other lymphocyte stimulators include Tetanus Toxoid, Concanavalin A (Con A), Ionomycin and PMA.
Weiterhin sind insbesondere Nukleinsäuren, die nicht methylierte CpG-Motifsequenzen mit dem Sequenzmotiv Pur-Pur-CG-Pyr-Pyr enthalten, besonders geeignet um B-Zellen, Monozyten, Makrophagen und dendritische Zellen von Säugern zu aktivieren. Hierbei können CpG-haltige bakterielle oder Insekten DNS, jedoch auch CpG-haltige synthetische Oligodesoxynukleotide (ODNs) mit einer minimalen Länge von 8 Nukleotiden zur Stimulation der obengenannten Zellpopulationen geeignet. Durch die Verwendung chemisch modifizierter und dadurch stablisierter Oligonukleotide, wie exemplarisch Phosphorothioat-verknüpfter ODNs, kann eine gesteigerte Wirkung erzielt werden. Säugerimmunzellen, wie exemplarisch B-Zellen, Monozyten, Makrophagen und dendritische Zellen, werden direkt nach Kontakt mit CpG- haltigen Nukleinsäuren aktiviert, was sich in der gesteigerten Oberflächenexpression von MHC - Klasse II Molekülen und kostimulatorischen Molekülen sowie der gesteigerten Transkription von definierter Zytokin mRNAs und der Sekretion proinflammatorischer Zytokine wie TNF-α, IFN-γ, IL12, und IL6 äußert. Insbesondere kann die Modulation der immunologischen Eigenschaften von CpG haltigen ODNs durch gezielte Auswahl bzw. Veränderung der die CpG Motive flankierenden Sequenzen erzielt werden.Furthermore, nucleic acids which contain unmethylated CpG motif sequences with the sequence motif Pur-Pur-CG-Pyr-Pyr are particularly suitable for activating mammalian B cells, monocytes, macrophages and dendritic cells. CpG-containing bacterial or insect DNA, but also CpG-containing synthetic oligodeoxynucleotides (ODNs) with a minimum length of 8 nucleotides can be used to stimulate the above-mentioned cell populations. An increased effect can be achieved by using chemically modified and thereby stabilized oligonucleotides, such as phosphorothioate-linked ODNs. Mammalian immune cells, such as B cells, monocytes, macrophages and dendritic cells, are activated immediately after contact with CpG-containing nucleic acids, which is reflected in the increased surface expression of MHC class II molecules and costimulatory molecules as well as the increased transcription of defined cytokine mRNAs and the secretion of pro-inflammatory cytokines such as TNF-α, IFN-γ, IL12, and IL6. In particular, the modulation of the immunological properties of CpG-containing ODNs can be achieved by targeted selection or modification of the sequences flanking the CpG motifs.
Die Proliferation der später zu transduzierenden Zellen ist einerseits notwendig, um beispielsweise eine Integration der retroviralen Vektoren in das zelluläre Genom zu ermöglichen. Andererseits führt die Vermehrung der Zellen nach der Transduktion mit einem retroviralen Vektor zu einer Erhöhung der Wahrscheinlichkeit, daß diese Zellen von passenden T-Zellen erkannt werden. Zur Therapie von Autoimmunerkrankungen oder von Erkrankungen mit Immunpathogenese werden syngene antigenpräsentierende Zellen von den Personen, die therapiert werden sollen, zur Herstellung der Köderzellen verwendet. Das MHC-Muster der antigenpräsentierenden und der reaktiven Zellen ist damit identisch und es werden nur solche T-Zellen angelockt und eliminiert, die autoagressiv reagieren oder die fremde Antigene im Zusammenhang mit eigenem MHC erkennen. Im Falle einer Behandlung bzw. Prävention von Transplantatabstoßungen werden antigenpräsentierende Zellen aus dem peripheren Blut des Organspenders gereinigt. Diese Zellen sind allogen (anderes MHC-Muster) im Bezug auf den Empfänger. Hier müssen die T-Zellen erkannt und eliminiert werden, die zelluläre Antigene mit fremdem MHC vom Spender erkennen.The proliferation of the cells to be transduced later is necessary, on the one hand, to enable, for example, integration of the retroviral vectors into the cellular genome. On the other hand, proliferation of cells after transduction with a retroviral vector increases the likelihood that these cells will be recognized by matching T cells. For the therapy of autoimmune diseases or diseases with immunopathogenesis, syngeneic antigen-presenting cells are used by the persons who are to be treated for the production of the bait cells. The MHC pattern of the antigen-presenting and the reactive cells is thus identical and only those T cells which react autoagressively or which recognize foreign antigens in connection with their own MHC are attracted and eliminated. In the case of treatment or prevention of transplant rejection, antigen-presenting cells are purified from the peripheral blood of the organ donor. These cells are allogeneic (different MHC pattern) with respect to the recipient. Here the T cells must be recognized and eliminated, which recognize cellular antigens with foreign MHC from the donor.
Kultivierung von APCsCultivation of APCs
Die Säuger- bzw. humanen Zellen können in einem geeigneten Nährmedium kultiviert werden, dem zumindest ein definierter Wachstumsfaktor zugegeben wurde. Eine Vielzahl von Wachstumsfaktoren wurde beschrieben, die das Wachstum unterschiedlicher Zelltypen fördern. Typische Vertreter solcher Wachstumsfaktoren sind Zytokinmitogene wie IL-2, IL-10, IL-12, und IL-15, die z.B. das Wachstum und die Aktiviemng von Lymphozyten fördern. Andere Zelltypen werden insbesondere durch eine andere Klasse von Wachstumsfaktoren, wie Hormonen, einschließlich des humanen Schwangerschaftshormons chorionisches Gonadotropin (hCG) und des humanen Wachstumshormons. Die Auswahl geeigneter Wachstumsfaktoren für definierte Zellpopulationen ist detailliert beschrieben und Stand der Technik.The mammalian or human cells can be cultivated in a suitable nutrient medium to which at least one defined growth factor has been added. A variety of growth factors have been described that promote the growth of different cell types. Typical representatives of such growth factors are cytokine mitogens such as IL-2, IL-10, IL-12, and IL-15, which e.g. promote the growth and activation of lymphocytes. Other cell types are particularly affected by a different class of growth factors, such as hormones, including the human pregnancy hormone chorionic gonadotropin (hCG) and human growth hormone. The selection of suitable growth factors for defined cell populations is described in detail and is state of the art.
Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind nicht als einschränkend aufzufassen.The following exemplary embodiments serve to explain the invention and are not to be interpreted as restrictive.
Tierexperimentelle DatenAnimal data
Transfektion von murinen antigenpräsentierenden Zellen (APC) mit dem Fas Ligand Gen mittels adenoviralem Gentransfer Bei Fas (CD95)-defizienten C57BL(B6)-Mäusen wurde eine Peritoneallavage durchgeführt und die Peritonealmakrophagen gewonnen. 5xl06 Makrophagen wurden pro Vertiefung einer 6- Lochplatte in komplettem DMEM-Medium über 24 Stunden kultiviert und anschliessend mit einem adenoviralen Vektor, der zur Expression des Fas Ligand- (FasL, CD95L) Gens führte (AdFasL), oder einem Kontrollvektor (AdLacZ, Expression der ß-Galactosidase) transfiziert Nach 48 Stunden wurden die transfizierten Makrophagen auf die Expression und die Funktionalität von FasL getestet. Es zeigte sich m der Facs-Analyse, daß annähernd 90% der mit AdFasL transfizierten Makropagen (AdFasL-APC) das FasL-Gen auf der Zelloberflache expπmierten, wahrend keine relevante FasL-Expression auf den Makrophagen, die mit AdLacZ transfiziert worden waren (AdLacZ-APC), feststellbar war (Fig 1 A) Um zu untersuchen, ob die FasL-Expression auch fünktionell ist, wurden AdFasL-transfizierte Makrophagen in einem Zytotoxizitätstest mit Fas-expπmierenden A20 Targetzellen eingesetzt. Hierbei zeigte sich eine konzentrationsabhangige Zytolyse der Targetzellen in den Kokulturen mit AdFaL-APC, wahrend keine, oder nur eine geπnge Spontanlyse in den Kokulturen von AdLacZ-APC und A20 Targetzellen nachweisbar war (Fig 1B)Transfection of murine antigen-presenting cells (APC) with the Fas ligand gene by means of adenoviral gene transfer. Peritoneal lavage was carried out in Fas (CD95) -deficient C57BL (B6) mice and the peritoneal macrophages were obtained. 5xl0 6 macrophages were cultivated per well of a 6-well plate in complete DMEM medium for 24 hours and then with an adenoviral vector which led to the expression of the Fas ligand (FasL, CD95L) gene (AdFasL), or a control vector (AdLacZ, expression of the β-galactosidase) transfected After 48 hours, the transfected macrophages were tested for the expression and functionality of FasL. The Facs analysis showed that approximately 90% of the macropages transfected with AdFasL (AdFasL-APC) expressed the FasL gene on the cell surface, while no relevant FasL expression on the macrophages that had been transfected with AdLacZ (AdLacZ -APC), was ascertainable (FIG. 1A) In order to investigate whether the FasL expression is also functional, AdFasL-transfected macrophages were used in a cytotoxicity test with Fas-expanding A20 target cells. This showed a concentration-dependent cytolysis of the target cells in the cocultures with AdFaL-APC, while none or only a narrow spontaneous lysis was detectable in the cocultures of AdLacZ-APC and A20 target cells (FIG. 1B)
Hemmung der allogenen Proliferation von T-Zellen durch Fas Ligand exprimierende APCInhibition of allogeneic proliferation of T cells by APC expressing Fas ligand
Um festzustellen, ob durch die FasL-Expression auf den AdFasL-APC die Interaktion mit T- Zellen moduliert und eine allogenspezifische T-Zell Antwort suppnmiert werden kann, wurden AdFasL-APC und AdLacZ-APC von B6-lpr/lpr Mäusen (H-2Db) genenert und in einer gemischten Lymphozytenreaktion (MLR) mit T-Zellen von Fas-defizienten MRL-lpr/lpr Mäusen (H-2Dk) oder Fas-expnmierenden MRL-+/+ Kontrollmausen (H-2Dk) kokultiviert Die allogene T-Zellprohferation wurde durch die Inkoφoration von [3H]-Thymιdιn ermittelt Es zeigte sich, daß die allogene Proliferation der H-2Dk T-Zellen in den Kokulturen mit H-2Db APC-FasL signifikant reduziert war im Vergleich zu den Kokulturen von H-2Dk T-Zellen mit H- 2Db APC-LacZ (Fig. 2A). Durch die Verwendung der Fas-defizienten T-Zellen von MRL-lpr/lpr Mäusen, konnte zudem demonstriert werden, daß dieser Suppressionseffekt auf der Interaktion von Fas mit Fas Ligand beruhte, also die funktionelle Expression der beiden Moleküle erforderte (Fig. 2B)To determine whether the FasL expression on the AdFasL-APC modulates the interaction with T cells and whether an allogene-specific T cell response can be suppressed, AdFasL-APC and AdLacZ-APC from B6-lpr / lpr mice (H- 2D b) genenert and in a mixed lymphocyte reaction (MLR) with T cells from Fas-deficient MRL-lpr / lpr mice (H-2D k) or Fas-expnmierenden MRL - cocultured + / + control mice (H-2D k) The Allogeneic T-cell proliferation was determined by the inco-formation of [ 3 H] -thymιdιn. It was found that the allogeneic proliferation of the H-2D k T-cells in the co-cultures with H-2D b APC-FasL was significantly reduced compared to that Co-cultures of H-2D k T cells with H-2D b APC-LacZ (Fig. 2A). By using the Fas-deficient T cells of MRL-lpr / lpr mice, it was also possible to demonstrate that this suppression effect was based on the interaction of Fas with Fas ligand, that is, it required the functional expression of the two molecules (FIG. 2B)
Therapeutische Anwendung Fas Ligand exprimierender antigenprasentierender Zellen in einem Mausmodell mit virusinduzierter AutoimmunerkrankungTherapeutic application Fas ligand-expressing antigen-presenting cells in a mouse model with virus-induced autoimmune disease
Die Infektion von Fas Ligand defizienten C57/BL6 (B6)-gld/gld Mausen mit dem munnen Zytomegahevims (MCMV) induziert eine chronische autoimmune Entzundungsreaktion. Um zu Ubeφrüfen, ob auch eine antigenspezifische Suppression der T-Zellen durch AdFasL-APC in vivo erzielt werden kann, wurden AdFasL-APC und AdLacZ-APC m einem Mausmodell mit chronischer Autoimmunerkrankung therapeutisch getestet Im verwendeten Mausmodell wurde durch die intraperitoneale Infektion von Fas-defizienten B6-lpr/lpr Mäusen oder FasL- defizienten Bβ-gld/gld Mäusen mit lxl 06 PFU des Maus-Zytomegalievirus (MCMV) eine chronische Entzündungsreaktion in verschiedenen Organen induziert, während sich bei B6-+/+ Mäusen nach erfolgter Elimination virusinfizierter Zellen keine relevanten Organveränderungen nachweisen Hessen. Ursachse für die chronische Entzündung bei B6-lpr/lpr und B6-gld/gld Mäusen war nicht eine verzögerte Elimination virusinfizierter Zellen, sondern eine persistierende Aktiviemng von T-Zellen, die hauptsächlich für die entzündlichen Infiltrate in den Organen verantwortlich waren, weshalb dieses Mausmodell fuer die Übeφriifung der Wirksamkeit des neuen Therapiekonzeptes hervorragend geeignet war. Zudem zeigte die chronische Entzündung eine deutliche autoimmune Komponente, da vermehrt Autoantiköφer nachgewiesen werden konnten. Fig. 3 zeigt den histologischen Schweregrad der Entzündungsreaktion in der Lunge. Niere und Leber im Zeitverlauf bei MCMV-infizierten B6-+/+ und FasL-defizienten B6-gld/gld Mäusen.Infection of Fas ligand deficient C57 / BL6 (B6) -gld / gld mice with the munit cytomegahevims (MCMV) induces a chronic autoimmune inflammatory response. In order to check whether antigen-specific suppression of the T cells by AdFasL-APC can also be achieved in vivo, AdFasL-APC and AdLacZ-APC were tested therapeutically in a mouse model with chronic autoimmune disease. The mouse model used was tested intraperitoneal infection of Fas-deficient B6-lpr / lpr mice or FasL-deficient Bβ-gld / gld mice with lxl 0 6 PFU of the mouse cytomegalovirus (MCMV) induces a chronic inflammatory reaction in various organs, while B6- + / + Mice do not show any relevant organ changes after the elimination of virus-infected cells Hessen. The cause of the chronic inflammation in B6-lpr / lpr and B6-gld / gld mice was not a delayed elimination of virus-infected cells, but a persistent activation of T cells, which were mainly responsible for the inflammatory infiltrates in the organs, which is why this mouse model was outstandingly suitable for checking the effectiveness of the new therapy concept. In addition, the chronic inflammation showed a clear autoimmune component, since more autoantibodies could be detected. 3 shows the histological severity of the inflammatory reaction in the lungs. Kidney and liver over time in MCMV-infected B6 - + / + and FasL-deficient B6-gld / gld mice.
Signifikante Besserung der MCMV-induzierten chronischen Entzündungsreaktion durch Behandlung mit Fas Ligand exprimierenden APCSignificant improvement in MCMV-induced chronic inflammatory response by treatment with Fas ligand-expressing APC
28 Tage nach der MCMV-Infektion wurden B6-gld/gld und B6-lpr/lpr Mäuse mit AdLacZ-APC oder AdFasL-APC behandelt (1 x 106 APC i.p., jeden 3. Tag über 12 Tage). Zusätzlich wurde ein Teil dieser APC vor der Gabe in vitro mit MCMV gepulst. 4 Wochen nach Behandlungsbeginn wurden die Organe entnommen, und der Schweregrad der Entzündungsreaktion bestimmt (Fig. 4). Es zeigte sich eine signifikante Besserung der Entzündung bei den AdFasL-APC behandelten Bβ-gld/gld Mäusen, die durch ein vorheriges Pulsen der APC mit MCMV noch verstärkt wurde. Außerdem konnte demonstriert werden, daß der beobachtete therapeutische Effekt Fas-vermittelt war, da bei Fas-defizienten B6-lpr/lpr Mäusen keine Besserung nachweisbar war.28 days after MCMV infection, B6-gld / gld and B6-lpr / lpr mice were treated with AdLacZ-APC or AdFasL-APC (1 x 10 6 APC ip, every 3rd day for 12 days). In addition, part of this APC was pulsed with MCMV in vitro prior to administration. The organs were removed 4 weeks after the start of treatment and the severity of the inflammatory reaction was determined (FIG. 4). There was a significant improvement in inflammation in the AdFasL-APC treated Bβ-gld / gld mice, which was exacerbated by prior pulsing of the APC with MCMV. It could also be demonstrated that the observed therapeutic effect was Fas-mediated, since no improvement was detectable in Fas-deficient B6-lpr / lpr mice.
Signifikante Reduktion der MCMV-spezifischen T-Zellen in der Milz nach Behandlung mit Fas Ligand exprimierenden APCSignificant reduction of MCMV-specific T cells in the spleen after treatment with APC expressing Fas ligand
Gleichzeitig wurde von den B6-gld/gld Mäusen auch die Milz entnommen und die Milzzellen mit MCMV-gepulsten APC von B6-Mäusen über 48 Stunden in einer gemischen Lymphozytenreaktion (MLR) kokultiviert. Es zeigte sich eine signifikante Reduktion der IL-2 Sekretion bei den Milzzellen der Tiere, die mit APC-AdFasL behandelt worden waren (Fig. 5). Somit konnte eine antigenspezifische Suppression der T-Zellen durch AdFasL-APC in vivo demonstriert werden.At the same time, the spleens were also removed from the B6-gld / gld mice and the spleen cells were cocultivated with MCMV-pulsed APC from B6 mice for 48 hours in a mixed lymphocyte reaction (MLR). There was a significant reduction in IL-2 secretion in the spleen cells of the animals which had been treated with APC-AdFasL (FIG. 5). Thus an antigen-specific suppression of the T cells by AdFasL-APC in vivo be demonstrated.
Verminderte Produktion von Autoantikörpern bei MCMV -infizierten B6-gld/gld Mäusen durch Behandlung mit Fas Ligand exprimierenden APC Da MCMV-infizierte B6-gld/gld Mäuse hohe Konzentrationen von Autoantiköφern entwickeln, wurde untersucht, ob durch die Gabe von AdFasL-APC die Autoantiköφeφroduktion beeinflußt werden kann. Hierzu wurden die Spiegel von Rheumafaktor IgGl sowie anti -Doppelstrang-DNA IgGl Autoantiköφern im Serum von Mäusen bestimmt, die entweder mit AdLacZ-APC, AdFasL-APC oder MCMV-gepulsten AdFasL-APC behandelt worden waren. Es zeigte sich bei den mit AdFasL-APC behandelten Tieren eine signfikante Reduktion der Autoantiköφeφroduktion, wobei die Suppression durch vorheriges Pulsen der AdFasL-APC mit MCMV noch verstärkt werden konnte (Fig. 6).Reduced production of autoantibodies in MCMV-infected B6-gld / gld mice by treatment with Fas ligand-expressing APC Since MCMV-infected B6-gld / gld mice develop high concentrations of autoantibodies, it was investigated whether autoantibody production was achieved by the administration of AdFasL-APC can be influenced. For this purpose, the levels of rheumatoid factor IgGl and anti-double-stranded DNA IgGl autoantibodies were determined in the serum of mice that had been treated with either AdLacZ-APC, AdFasL-APC or MCMV-pulsed AdFasL-APC. A significant reduction in autoantibody production was found in the animals treated with AdFasL-APC, the suppression being increased by pulsing the AdFasL-APC with MCMV (FIG. 6).
Beispiel mit primären humanen Zellen Effektive Transfektion von primären humanen Makrophagen mit einem adenoviralen VektorExample with primary human cells Effective transfection of primary human macrophages with an adenoviral vector
Primäre, durch Leukapherese gewonnene Monozyten wurden in vitro über 7 Tage zu Makrophagen, oder durch Zugabe von IL-4 und GM-CSF zum Kulturmedium in Dendritische Zellen (DC) differenziert. Anschliessend wurden die Makrophagen und DC mit AdLacZ in unterschiedlichen Konzentrationen transfiziert. Es zeigte sich, daß sowohl Makrophagen als auch DC im Unterschied zu anderen Zellen (z.B. Fibroblasten oder murinen Makrophagen) deutlich schwieriger transfizierbar sind. Unter Verwendung einer hohen MOI (500) war jedoch bei ca. 30%o der Makrophagen nach 72 Stunden eine erfolgreiche Transfektion durch Nachweis der ß- Galactosidase über eine x-Gal-Färbung nachweisbar (Fig. 7). Durch die Verwendung verschiedener Zytokine sowie Lipofectamin konnte die Transfektionsrate deutlich gesteigert werden.Primary monocytes obtained by leukapheresis were differentiated into macrophages in vitro over 7 days, or by adding IL-4 and GM-CSF to the culture medium into dendritic cells (DC). The macrophages and DC were then transfected with AdLacZ in different concentrations. It was found that both macrophages and DC, in contrast to other cells (e.g. fibroblasts or murine macrophages), are significantly more difficult to transfect. Using a high MOI (500), however, successful transfection was detectable in approximately 30% of the macrophages after 72 hours by detection of the β-galactosidase by means of an x-Gal staining (FIG. 7). The transfection rate was significantly increased by using different cytokines and lipofectamine.
Hemmung der allogenen Proliferation von T-Zellen durch „tolerogene" Dendritische Zellen Unabhängig von der adenoviralen Transfektion wurde auch ein ,tolerogener' DC-Phänotyp untersucht. Andere Arbeitsgruppen hatten gezeigt, daß durch die Zugabe von IL-10 zur DC- Kultur am Tag 5 ein suppressiver DC-Phänotyp generiert wird, während die Zugabe von TNF zum gleichen Zeitpunkt zu einem stark aktivierenden DC-Phänotyp führt, was u.a. auf die unterschiedliche Expression kostimulierender Moleküle zurückgeführt wurde. Es wurde deshalb untersucht, ob sich diese beiden DC-Populationen in der Fähigkeit unterscheiden, eine allogene T-Zellstimulation in der MLR zu induzieren (Fig. 8). Es zeigte sich, daß IL-10 gereifte DC eine geringere Proliferation allogener T-Zellen induzieren, als mit TNF behandelte DC. Dieser Effekt konnte durch die Zugabe eines anti-Fas Antiköφers (Klon CH-11) noch verstärkt werden.Inhibition of Allogeneic T Cell Proliferation by "Tolerogenic" Dendritic Cells Independent of adenoviral transfection, a 'tolerogenic' DC phenotype was also investigated. Other research groups had shown that by adding IL-10 to DC culture on day 5 a suppressive DC phenotype is generated, while the addition of TNF leads to a strongly activating DC phenotype at the same time, which is attributed among other things to the different expression of costimulatory molecules. It was therefore investigated whether these two DC populations were located in the Differentiate ability, an allogeneic To induce T cell stimulation in the MLR (Fig. 8). IL-10 matured DCs were shown to induce less proliferation of allogeneic T cells than DCs treated with TNF. This effect could be increased by adding an anti-Fas antibody (clone CH-11).
Nachweis einer allogenspezifischen Suppression durch tolerisierende APCEvidence of an allogene-specific suppression by tolerating APC
Um zu untersuchen,ob die beobachtete Suppression der T-Zellproliferation allogenspezifisch ist, wurden die T-Zellen 5 Tage nach Beginn der MLR gewonnen und in einer 2. MLR gegen APC eines dritten Spenders (,third party") eingesetzt (Fig. 9). Dabei konnte auch für die IL-10 gereiften DC eine allogenspezifische Suppression der T-Zellen demonstriert werden, da die Reaktion der T-Zellen, die initial mit IL-10 gereiften DC kokultiviert worden waren, auf die APC des dritten Spenders unbeeinträchtigt verlief.In order to investigate whether the observed suppression of T cell proliferation is allogene-specific, the T cells were obtained 5 days after the start of the MLR and used in a second MLR against APC from a third donor ("third party") (FIG. 9) Allogeneic-specific suppression of the T cells could also be demonstrated for the IL-10 matured DC, since the response of the T cells, which had initially been co-cultivated with IL-10 matured DC, to the APC of the third donor was unaffected.
Konstruktion erfindungsgemäßer VektorenConstruction of vectors according to the invention
Die Vektoren pcDNA3-TK-IRES-crmA (Fig. 10A) und pcDNA3-FasL-IRES-PLP (Fig. 10B) stehen exemplarisch für erfindungsgemäße Vektoren.The vectors pcDNA3-TK-IRES-crmA (FIG. 10A) and pcDNA3-FasL-IRES-PLP (FIG. 10B) are examples of vectors according to the invention.
pcDNA3-FasL-IRES-PLP (Fig. 10A) umfaßt Nukleinsäuresequenzen, die beispielsweise für den apoptoseauslösenden Liganden FasL und exemplarisch für das Antigen Proteolipidprotein (PLP) kodieren. Beide Bereiche sind durch eine LRES-Sequenz in der Weise verbunden, daß das Antigen von der selben mRNA translatiert wird wie der apoptoseauslösende Ligand. Der Vektor basiert auf dem Klonierungsvektor pcDNA3. Die Nukleinsäurebereiche, die für FasL und für PLP kodieren, wurden durch Polymerasekettenreaktion (PCR) aus RNA in cDNA umgeschrieben. Verfahren zur Isolierung der RNA aus Zellen und der Einsatz der PCR zum Umschreiben von spezifischen RNA-Molekülen in cDNA sind Stand der Technik. Die Oligonukleotide, die als Primer für die PCR verwendet wurden, umfassen an ihren 5 '-Enden Schnittstellen für Endonukleasen, die anschließend für die Klonierung der cDNAs in den Vektor pcDNA3 verwendet wurden. Der Bereich, der für FasL kodiert, wurde als erstes über die Schnittstellen für Hindϊll und BamHI in den Vektor pcDNA3 einkloniert. Anschließend wurde das für PLP-kodierende Fragment über sie Schnittstellen von BamHI und EcσRI eingesetzt. Zuletzt wurde über die Εrkennungssequenz für BamHI das Nukleinsäurefragment, das die IRΕS umfaßt, zwischen FasL und PLP einkloniert. Die Techniken zur Isolierung von Nukleinsäuren, der Spaltung von Nukleinsäuren und der Aufreinigung von Nukleinsäurespaltprodukten, sowie die Ligation einzelner Nukleinsäurefragmente und die Vermehrung der künstlich erzeugten Nukleinsäuren in Bakterien ist Stand der Technik.pcDNA3-FasL-IRES-PLP (FIG. 10A) comprises nucleic acid sequences which code, for example, for the apoptosis-triggering ligand FasL and, for example, for the antigen proteolipid protein (PLP). Both areas are linked by an LRES sequence in such a way that the antigen is translated by the same mRNA as the ligand that triggers apoptosis. The vector is based on the cloning vector pcDNA3. The nucleic acid regions coding for FasL and for PLP were transcribed from RNA into cDNA by polymerase chain reaction (PCR). Methods for isolating the RNA from cells and the use of PCR to rewrite specific RNA molecules in cDNA are state of the art. The oligonucleotides which were used as primers for the PCR comprise, at their 5 'ends, interfaces for endonucleases which were subsequently used for the cloning of the cDNAs into the vector pcDNA3. The area coding for FasL was first cloned into the vector pcDNA3 via the interfaces for Hindϊll and BamHI. Subsequently, the fragment coding for PLP was used via them interfaces of BamHI and EcσRI. Finally, the nucleic acid fragment comprising the IRΕS was cloned between FasL and PLP via the recognition sequence for BamHI. The techniques for isolating nucleic acids, the cleavage of nucleic acids and the purification of nucleic acid cleavage products, as well as the ligation of individual nucleic acid fragments and the multiplication of the artificially generated ones Nucleic acids in bacteria are state of the art.
pcDNA3-TK-IRES-crmA (Fig. 10B) umfaßt Nukleinsäuresequenzen, die ein Suizidenzym wie beispielsweise die Thymidinkinase und ein Antiapoptosemolekül wie zum Beispiel crmA kodieren. Die Expression von crmA ist durch eine ERES-Sequenz in der Weise an die Expression von TK gekoppelt, daß crmA nur zusammen mit der TK exprimiert werden kann. Der Vektor basiert auf dem Klonierungsvektor pcDNA3 und die Klonierungsstrategie und die Herstellung des erfindungsgemäßen Vektors ist vergleichbar mit der von pcDNA3-FasL-ERES-PLP. Der Bereich, der für die Thymidinkinase kodiert, wurde als erstes über die Schnittstellen für Hz«dIII und BamKl in den Vektor pcDNA3 einkloniert. Anschließend wurde das für crmA-kodierende Fragment über sie Schnittstellen von BamΑl und Xhol eingesetzt. Zuletzt wurde über die Erkennungssequenz für BamΑl das Nukleinsäurefragment, das die ERES umfaßt, zwischen FasL und PLP einkloniert. Die Nukleinsäuresequenzen der beiden Vektoren pcDNA3-FasL-ERES- crmA und pcDNA3-TK-ERES-PLP sind als SEQ ED NO: 1 bzw. SEQ ID NO:2 aufgeführt. pcDNA3-TK-IRES-crmA (Fig. 10B) comprises nucleic acid sequences encoding a suicide enzyme such as thymidine kinase and an anti-apoptosis molecule such as crmA. The expression of crmA is coupled to the expression of TK by an ERES sequence in such a way that crmA can only be expressed together with the TK. The vector is based on the cloning vector pcDNA3 and the cloning strategy and the production of the vector according to the invention is comparable to that of pcDNA3-FasL-ERES-PLP. The region coding for the thymidine kinase was first cloned into the vector pcDNA3 via the interfaces for Hz «dIII and BamKl. Then the fragment coding for crmA was used via them interfaces of BamΑl and Xhol. Finally, the nucleic acid fragment comprising the ERES was cloned between FasL and PLP via the recognition sequence for BamΑl. The nucleic acid sequences of the two vectors pcDNA3-FasL-ERES-crmA and pcDNA3-TK-ERES-PLP are listed as SEQ ED NO: 1 and SEQ ID NO: 2, respectively.

Claims

Patentansprüche claims
1. Ein Gentransfervektor, umfassend mindestens ein Nukleinsäuremolekül, umfassend a) eine erste Nukleinsäuresequenz, kodierend für einen oder mehrere apoptoseauslösende(n) Liganden, b) eine zweite Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Antigen(e) und gegebenenfalls, c) eine dritte Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Antiapoptosemolekül(e), und gegebenenfalls d) eine vierte Nukleinsäuresequenz, kodierend für ein oder mehrere Suizidenzym(e).1. A gene transfer vector comprising at least one nucleic acid molecule comprising a) a first nucleic acid sequence coding for one or more apoptosis-triggering ligands, b) a second nucleic acid sequence coding for one or more antigen (s) and optionally, c) a third Nucleic acid sequence, coding for one or more anti-apoptosis molecule (s), and optionally d) a fourth nucleic acid sequence, coding for one or more suicide enzyme (s).
2. Gentransfervektor nach Ansprach 1, wobei die erste und zweite Nukleinsäuresequenz auf einem Nukleinsäuremolekül und die dritte und vierte Nukleinsäuresequenz auf einem weiteren Nukleinsäuremolekül, oder die ersten drei Nukleinsäuresequenzen, oder alle vier Nukleinsäuresequenzen, oder die ersten zwei und die vierte Nukleinsäuresequenzen auf einem Nukleinsäuremolekül vorkommen.2. Gene transfer vector according to spoke 1, wherein the first and second nucleic acid sequence on one nucleic acid molecule and the third and fourth nucleic acid sequence on a further nucleic acid molecule, or the first three nucleic acid sequences, or all four nucleic acid sequences, or the first two and the fourth nucleic acid sequences occur on a nucleic acid molecule ,
3. Gentransfervektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste und zweite Nukleinsäuresequenz und/oder die dritte und vierte Nukleinsäuresequenz so funktional miteinander verbunden sind, daß die Expression der zweiten Nukleinsäuresequenz von der3. gene transfer vector according to one of claims 1 or 2, wherein the first and second nucleic acid sequence and / or the third and fourth nucleic acid sequence are so functionally linked to one another that the expression of the second nucleic acid sequence of the
Expression der ersten Nukleinsäuresequenz abhängig ist, und/oder daß die Expression der dritten Nukleinsäuresequenz von der Expression der vierten Nukleinsäuresequenz abhängig ist.Expression of the first nucleic acid sequence is dependent, and / or that the expression of the third nucleic acid sequence is dependent on the expression of the fourth nucleic acid sequence.
4. Gentransfervektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vektoren Viren, insbesondere Retroviren, Adenoviren, Adeno-assoziierte Viren, Pockenviren, Alphaviren oder Heφesviren, oder Bakterien, insbesondere Listerien, Shigellen oder Salmonellen, oder Liposomen, Plasmide, Phagemide, Cosmide, Bakteriophagen oder artifizielle Chromosomen sind.4. Gene transfer vector according to one of claims 1 to 3, wherein the vectors viruses, in particular retroviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses, poxviruses, alphaviruses or Heφesviruses, or bacteria, in particular listeria, shigella or salmonella, or liposomes, plasmids, phagemids, cosmids , Bacteriophages or artificial chromosomes.
Gentransfervektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Nukleinsäuresequenz für CD95L/FasL/ApolL, TRAIL oder Apo3L kodiert. Gene transfer vector according to one of claims 1 to 4, wherein the first nucleic acid sequence encodes CD95L / FasL / ApolL, TRAIL or Apo3L.
Gentransfervektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Nukleinsäuresequenz für ein oder mehrere Epitope des Myelin basischen Proteins, Myelin Proteolipid Proteins, Myelin Proteolipid Proteins, Myelin-assoziierten basischen Proteins auf Oligodendrozyten, Oligodendrozyten-spezifischen Proteins, Myelin-assoziierten Glykoproteins, Glykoproteins PO, peripheren Myelinproteins 22, pl70k/SAG, Schwann Cell Myelin Protein, Transaldolase, SlOOß, Alpha B Crystallin, 2',3'-cyclic Nucleotide 3'- Phosphodiesterase (CNP), GFAP, der α- oder ε-Untereinheiten des Acetylcholinrezeptors, Typ-II-Collagens, der Tyrosin-Phosphatase IA-2, Proinsulins, GAD65, Hsp60 oder ICA69 kodiert. Gene transfer vector according to one of claims 1 to 5, wherein the second nucleic acid sequence for one or more epitopes of the myelin basic protein, myelin proteolipid protein, myelin proteolipid protein, myelin-associated basic protein on oligodendrocytes, oligodendrocyte-specific protein, myelin-associated glycoproteins, gly PO, peripheral myelin protein 22, pl70k / SAG, Schwann Cell Myelin Protein, Transaldolase, SlOOß, Alpha B Crystallin, 2 ', 3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase (CNP), GFAP, the α or ε subunits of the acetylcholine receptor , Type II collagen encoding tyrosine phosphatase IA-2, proinsulin, GAD65, Hsp60 or ICA69.
7. Gentransfervektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die dritte Nukleinsäuresequenz für E3-14.7K, E3-14.5K, E3-10.4K, FLEP, vFLIP, MC159, MC160, BORFE2, E8 des Pferdeheφesvirus EHV-2, Kl 3 von HHV-8, ORF71 von Heφesvirus Saimiri, E1B-19K, LMP-1, LT-Protein von SV40, Polyomaproteine ST und MT, Inhibitoren von Caspasen oder Antisense-RNAs kodiert.7. Gene transfer vector according to one of claims 1 to 6, wherein the third nucleic acid sequence for E3-14.7K, E3-14.5K, E3-10.4K, FLEP, vFLIP, MC159, MC160, BORFE2, E8 of the equine herpes virus EHV-2, Cl 3 encoded by HHV-8, ORF71 by Heφesvirus Saimiri, E1B-19K, LMP-1, LT protein by SV40, polyoma proteins ST and MT, inhibitors of caspases or antisense RNAs.
8. Gentransfervektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die vierte Nukleinsäuresequenz für Thymidinkinase, Carboxylesterase, Cytosin-Desaminase, Carboxypeptidase G2, Cytochrom P450, Deoxycytidin-Kinase, Nitroreduktase, Purin- Nukleosid-Phosphorylase, Thymidin-Phosphorylase, Xanthin-Guanin-Phosphoribosyl-8. A gene transfer vector according to any one of claims 1 to 7, wherein the fourth nucleic acid sequence for thymidine kinase, carboxylesterase, cytosine deaminase, carboxypeptidase G2, cytochrome P450, deoxycytidine kinase, nitroreductase, purine nucleoside phosphorylase, thymidine phosphinolanase, phosphoribosyl
Transferase, bakterielle Uracil-Phosphoribosyltransferase, Fusionsprotein aus der Cytosin- Deaminase und Uracil-Phosphoribosyltransferase aus Saccharomyces cerevisiae kodiert.Transferase, bacterial uracil phosphoribosyl transferase, fusion protein from the cytosine deaminase and uracil phosphoribosyl transferase from Saccharomyces cerevisiae are encoded.
9. Nukleinsäuresequenz gemäß SEQ LD : 1 oder SEQ ID NO:2.9. Nucleic acid sequence according to SEQ LD: 1 or SEQ ID NO: 2.
10. Gentransfervektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als therapeutisches Mittel.10. Gene transfer vector according to one of claims 1 to 9 as a therapeutic agent.
11. Verwendung der Gentransfervektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung eines therapeutischen Mittels zur Prävention oder Therapie von Autoimmunerkrankungen, insbesondere rheumatoide Artritis, systemische Lupus Erythematodes, Sjögren-Syndrom,11. Use of the gene transfer vector according to one of claims 1 to 9 for the production of a therapeutic agent for the prevention or therapy of autoimmune diseases, in particular rheumatoid artritis, systemic lupus erythematosus, Sjogren's syndrome,
Polymyositis, Dermatomyositis, Polymyalgica Rheumatica, Arteriitis Temporaiis, Spondylarthropathien, Morbus Bechterew, Morbus Crohn, Colitis Ulcerosa, Zöliakie, Autoimmun-Hepatitis, Diabetes mellitus Typ I, Nebenniereninsuffizienz, Thyroiditis, Psoriasis, Dermatitis, Heφetiformis, Pemphigus Vulgaris, Alopezie, Multiple Sklerose, Myastenia Gravis, oder zur Prävention oder Therapie von chronisch entzündlichen Prozessen, die auf Immunpathogenese beruhen, insbesondere chronische Entzündungen nach viralen- oder bakteriellen Infektionen, insbesondere chronische Hepatitis bei Hepatitis-B-Vims- oder Hepatitis-C-Virus-Infektionen, oder Gehirnentzündung nachPolymyositis, dermatomyositis, polymyalgica rheumatica, arteritis temporaiis, spondylarthropathies, ankylosing spondylitis, Crohn's disease, ulcerative colitis, celiac disease, autoimmune hepatitis, type I diabetes, adrenal insufficiency, thyroiditis, Psoriasis, dermatitis, Heφetiformis, Pemphigus Vulgaris, Alopecia, Multiple Sclerosis, Myastenia Gravis, or for the prevention or therapy of chronic inflammatory processes that are based on immunopathogenesis, especially chronic inflammation after viral or bacterial infections, especially chronic hepatitis in hepatitis B Vims or hepatitis C virus infections, or inflammation of the brain after
Infektion mit dem Masem-Vims, oder zur Prävention oder Therapie von Transplantatabstoßungen.Infection with the Masem-Vims, or for the prevention or therapy of graft rejection.
12. Verwendung der Gentransfervektoren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur ex vivo Modifikation von tierischen oder Säugerzellen, insbesondere von humanen Zellen. 12. Use of the gene transfer vectors according to one of claims 1 to 10 for the ex vivo modification of animal or mammalian cells, in particular human cells.
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