Expressionskassetten und Adenovirusvektoren Expression cassettes and adenovirus vectors
Die Erfindung betrifft eine Expressionskassette, diese enthaltende Vektoren sowie ein Verfahren zur Herstellung von Expressionsvektoren, die aus dem Genom von Adenoviren abgeleitet sind.The invention relates to an expression cassette, vectors containing the same and a method for producing expression vectors which are derived from the genome of adenoviruses.
Virale Vektoren ermöglichen die Expression exogener Nucleotidsequenzen in eukaryontischen Zellen und damit sowohl die Expression von Proteinen als auch deren post-translationale Modifikationen, die für die Wirksamkeit der Proteine von Bedeutung sind. Eine hierfür geeignete Virenart sind die Adenoviren. Sie können viele Arten von Zellen infizieren, weshalb sie sowohl für die Gentherapie als auch für die Expression von Fremdproteinen in Betracht gezogen wurden. Es sind etliche Gruppen von Adenoviren bekannt, z.B. solche, die Hunde, Affen oder Menschen infizieren. Von den
Humanadenoviren werden Subtypen nach Neutralisationsreaktionen eingeteilt. Die Adenoviren vom Typ Ad2 und Ad5 wurden besonders intensiv untersucht und das Genom von Adenovirus Ad5 wurde vollständig sequenziert.Viral vectors enable the expression of exogenous nucleotide sequences in eukaryotic cells and thus both the expression of proteins and their post-translational modifications which are important for the effectiveness of the proteins. Adenoviruses are a suitable type of virus. They can infect many types of cells, which is why they have been considered for both gene therapy and the expression of foreign proteins. A number of groups of adenoviruses are known, for example those which infect dogs, monkeys or humans. Of the Human adenoviruses are classified into subtypes according to neutralization reactions. The Ad2 and Ad5 adenoviruses were examined particularly intensively and the genome of adenovirus Ad5 was completely sequenced.
Die Sequenz ist bei der Genbank (EMBL) unter der Zugangsnummer M73260 zugänglich. Alle im Folgenden angegebenen Nukloeotid-Positionen von Adenovirus-DNA beziehen sich auf diese veröffentlichte Sequenz.The sequence can be obtained from Genbank (EMBL) under accession number M73260. All of the nucloeotide positions of adenovirus DNA given below refer to this published sequence.
Der Infektionszyklus von Adenovirus wird in frühe und späte Phasen unterteilt und wichtige für die Infektion notwendige Proteine werden je nach ihrer Funktion in der frühen oder späten Phase mit E oder L bezeichnet. Für die Expression der Viren-DNA wichtige Proteine sind unter anderen die Proteine der E1-, E2- und E4-Region, wobei E1 entscheidend ist für die Replikation. Das Gen für das Polypeptid IX (pIX) liegt als eigenständige Transkriptionseinheit innerhalb der E1 -Region und spielt unter anderem eine Rolle beim Aufbau der Virushülle. Die E3-Region ist für die Replikation nicht erforderlich. Daher ist die Region E3 ein bevorzugter Bereich des Virengenoms, um Fremd-DNA zu insertieren.The adenovirus infection cycle is divided into early and late phases, and important proteins necessary for infection are designated E or L depending on their function in the early or late phase. Proteins important for the expression of the viral DNA include the proteins of the E1, E2 and E4 region, with E1 being crucial for replication. The gene for polypeptide IX (pIX) is an independent transcription unit within the E1 region and plays a role in the construction of the virus envelope, among other things. The E3 region is not required for replication. Region E3 is therefore a preferred region of the viral genome for inserting foreign DNA.
Die Expression des Adenovirus Typ5 pIX Gens setzt das Vorhandensein des 21kDa Proteins der E1b Region aus Adeno5 voraus (Babiss and Vales, 1991). Dies ist im Fall der Verwendung eines Wildtyp Adenoδ Virus ohne Deletionen in der E1b Region gewährleistet oder wird bei Verwendung von E1 deletierten Viren durch den Einsatz von Rezipientenzelllinien, die die Gene der E1 Region in ihr Genom integriert haben und die entsprechenden Proteine exprimieren (auf 293 basierende Zelllinien) erreicht.The expression of the adenovirus type 5 pIX gene presupposes the presence of the 21 kDa protein of the E1b region from Adeno 5 (Babiss and Vales, 1991). This is ensured in the case of using a wild-type Adenoδ virus without deletions in the E1b region, or, when using E1 deleted viruses, by using recipient cell lines which have integrated the genes of the E1 region into their genome and express the corresponding proteins (on 293 based cell lines).
Die begrenzte Kapazität von Adenoviren zur Aufnahme von zusätzlicher DNA (in etwa nur bis zu 5% der Genomgröße), erfordert es in der Regel, kompensierende Deletionen durchzuführen, die einerseits die Stabilität und Replikation des Virus nicht stören und andererseits groß genug sind, damit Nucleotide insertiert werden können, die gewünschte Proteine codieren. Für Deletionen wurden neben der Region E3 auch Deletionen in den Regionen E1 , E2 und E4 in Betracht gezogen, wobei diese Deletionen ermöglicht werden, indem die deletierten Viren in Zelllinien gezüchtet werden, die entsprechenden Virusgene in ihr Genom integriert haben. Derartige
Zelllinien sind bekannt und in der Literatur beschrieben. Verwendet wird zum Beispiel die Zelllinie 293, die im Handel erhältlich ist, und z.B. in US-A 58 91 690 bzw. von Lochmuller et al. (in Hum. Gene Ther. 5:1485-1491, 1994) beschrieben wird. Bei Viren mit deletiertem pIX Gen wird als Phänotyp eine verringerte Thermostabilität und eine Verringerung der DNA-Aufnahmekapazität auf 2000bp unter der normalen Genomgröße angegeben (Caravokyri and Leppard, 1995). Dieses Gen wird daher für Insertionen von Fremd-DNA nicht inbetracht gezogen.The limited capacity of adenoviruses to take up additional DNA (approximately only up to 5% of the genome size) usually requires that compensatory deletions be carried out, which on the one hand do not disturb the stability and replication of the virus and on the other hand are large enough for nucleotides can be inserted, which encode the desired proteins. In addition to region E3, deletions in regions E1, E2 and E4 were also considered for deletions, these deletions being made possible by growing the deleted viruses in cell lines which have integrated the corresponding virus genes into their genome. such Cell lines are known and described in the literature. For example, cell line 293, which is commercially available, and is used, for example, in US Pat. No. 5,891,690 or by Lochmuller et al. (in Hum. Gene Ther. 5: 1485-1491, 1994). In viruses with a deleted pIX gene, a reduced thermostability and a reduction in the DNA absorption capacity to 2000 bp below the normal genome size are given as the phenotype (Caravokyri and Leppard, 1995). This gene is therefore not considered for insertions of foreign DNA.
Es wurden bereits viele Expressionssysteme auf Basis von Adenoviren entwickelt, die jedoch noch nicht voll befriedigen. Häufig treten Probleme auf, die auf eine Verringerung der Vitalität und das Auftreten von genomischen Instabilitäten zurück zu führen sind und letztendlich zu reduzierten Proteinausbeuten führen.Many expression systems based on adenoviruses have already been developed, but are not yet fully satisfactory. Problems often arise which are attributable to a decrease in vitality and the occurrence of genomic instabilities and which ultimately lead to reduced protein yields.
Es war nun Aufgabe der Erfindung, ein neues Expressionssystem auf Basis von Adenovirus bereitzustellen, das hohe Expressionsraten liefert. Darüber hinaus war es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ohne Anwendung von Ligationen in einfacher Weise gentechnisch veränderte Adenoviren bereitgestellt werden können, die Fremd-DNA exprimieren können.It was now the object of the invention to provide a new expression system based on adenovirus which delivers high expression rates. In addition, it was an object of the invention to provide a method which can be used to provide genetically modified adenoviruses which can express foreign DNA in a simple manner without using ligations.
Die Aufgabe wird gelöst mit den in den Ansprüchen beschriebenen Expressionssystemen und Vektoren sowie dem beanspruchten Verfahren.The object is achieved with the expression systems and vectors described in the claims and with the claimed method.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Verwendung der regulatorischen Sequenzen des Polypeptid IX-Gens, im Folgenden pIX bezeichnet, zu einer erhöhten Expressionsrate führt. Die regulatorischen Sequenzen von pIX werden daher erfindungsgemäß für die Expression von Fremdproteinen in Adenovirus verwendet.Surprisingly, it was found that the use of the regulatory sequences of the polypeptide IX gene, hereinafter referred to as pIX, leads to an increased expression rate. The regulatory sequences of pIX are therefore used according to the invention for the expression of foreign proteins in adenovirus.
Erfindungsgemäß werden daher Expressionskassetten bereitgestellt, die in operativer Verbindung neben der Nucleotidsequenz für eine zu exprimierende Fremd-DNA die regulatorischen Sequenzen des Polypeptid IX-Gens von Adenovirus enthalten.According to the invention, expression cassettes are therefore provided which, in operative connection, contain the regulatory sequences of the polypeptide IX gene of adenovirus in addition to the nucleotide sequence for a foreign DNA to be expressed.
Adenoviren, deren Genom für die erfindungsgemäßen Kassetten und Vektoren inbetracht kommt, sind insbesondere Human-Adenoviren der Gruppe C, insbesondere der
Subtypen 1 , 2, 5 oder 6, oder der Subtypen 3, 4, 7 oder 8, besonders bevorzugt der Subtypen 2 oder 5.Adenoviruses, the genome of which can be considered for the cassettes and vectors according to the invention, are in particular human adenoviruses of group C, in particular that of Subtypes 1, 2, 5 or 6, or subtypes 3, 4, 7 or 8, particularly preferably subtypes 2 or 5.
Als "regulatorische Sequenzen", werden erfindungsgemäß zumindest Promotor und Terminator verwendet. Die Sequenzen können aber weitere Nucleotide einschließen, die zur Aktivitätssteigerung oder Stabilität beitragen, oder auch Enhancer. Der Promotor von pIX umfaßt dabei mindestens die Sequenz zwischen den Positionen 3515 und 3611 des Adenovirusgenoms, während der Terminator die Nucleotide an den Positionen 4028 bis 4090 umfaßt. Die entsprechenden analogen Abschnitte anderer Adenoviren können für die erfindungsgemäßen Kassetten ebenfalls verwendet werden. Sie lassen sich durch Analogie leicht auffinden.According to the invention, at least the promoter and terminator are used as "regulatory sequences". However, the sequences can include other nucleotides that contribute to increased activity or stability, or also enhancers. The pIX promoter comprises at least the sequence between positions 3515 and 3611 of the adenovirus genome, while the terminator comprises the nucleotides at positions 4028 to 4090. The corresponding analog sections of other adenoviruses can also be used for the cassettes according to the invention. They can be found easily by analogy.
Die erfindungsgemäße Expressionskassette enthält neben den regulatorischen Sequenzen zu exprimierende Fremd-DNA. Unter dem Ausdruck "Fremd-DNA", wie er hier verwendet wird, soll jede Nucleotidsequenz verstanden werden, die natürlicherweise im Adenovirusgenom nicht vorhanden und daher fremd ist. Fremd- DNA kann Gene, Teile von Genen, fusionierte Gene, cDNA oder andere DNA- Sequenzen bedeuten, die beispielsweise Polypeptide oder Proteine oder auch RNA oder Antisense-RNA codieren. Fremd-DNA kann auch ein Reportergen sein. Die Fremd-DNA kann eine natürlich vorkommende, gentechnisch hergestellte oder chemisch synthetisierte Sequenz oder eine Kombination davon sein. Die verwendete Nucleotidsequenz ist nicht kritisch, solange sie unter dem Promotor von pIX exprimierbar ist und eine Größe hat, die die Kapazität des Adenovirenvektors nicht übersteigt.The expression cassette according to the invention contains, in addition to the regulatory sequences, foreign DNA to be expressed. The term "foreign DNA" as used here is to be understood to mean any nucleotide sequence which is naturally not present in the adenovirus genome and is therefore foreign. Foreign DNA can mean genes, parts of genes, fused genes, cDNA or other DNA sequences which encode, for example, polypeptides or proteins or also RNA or antisense RNA. Foreign DNA can also be a reporter gene. The foreign DNA can be a naturally occurring, genetically engineered or chemically synthesized sequence or a combination thereof. The nucleotide sequence used is not critical as long as it is expressible under the pIX promoter and is of a size that does not exceed the capacity of the adenovirus vector.
Bevorzugt werden für die erfindungsgemäße Expressionskassette regulatorische Sequenzen des pIX-Gens von Adenoviren der Gruppe C und insbesondere von Adenovirus Typ 2 oder 5 verwendet.Regulatory sequences of the pIX gene of adenoviruses of group C and in particular of type 2 or 5 adenovirus are preferably used for the expression cassette according to the invention.
Die Expressionskassette weist weiterhin in einer bevorzugten Ausführungsform an beiden Enden Nucleotide auf, die mindestens einen Teil der E3-Region von Adenovirus codieren, um die Insertion der Kassette durch homologe Rekombination in das Adenogenom zu erleichtern. Die zum Adenogenom homologen Bereiche sollten
jeweils eine Länge von etwa 1000 bis 2500, bevorzugt etwa 1500 bis 2500 bp, aufweisen. Bevorzugt werden als flankierende E3-DNA-Abschnitte ebenfalls solche von Adenoviren der Gruppe C, insbesondere von Adenovirus Typ 2 oder 5 eingesetzt. Sie enden bevorzugt in originären H/nc///-Schnittstellen, die als freie Enden als besonders rekombinogen angesehen werden und zum anderen eine einfache Klonierung der Kassetten ermöglichen.In a preferred embodiment, the expression cassette furthermore has nucleotides at both ends which encode at least a part of the E3 region of adenovirus in order to facilitate the insertion of the cassette by homologous recombination into the adenogenome. The areas homologous to the adenogenome should each have a length of about 1000 to 2500, preferably about 1500 to 2500 bp. As flanking E3 DNA sections, those of group C adenoviruses, in particular of type 2 or 5 adenovirus, are also preferably used. They preferably end in original H / nc /// interfaces, which are regarded as free ends as particularly recombinogenic and, on the other hand, enable simple cassette cloning.
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten sind bevorzugt nach einem Baukastenprinzip aufgebaut, die den Austausch jeder funktionellen Untereinheit erlauben und damit verschiedensten Funktionen gerecht werden. Besonders bevorzugt bestehen sie aus folgenden Bausteinen:The expression cassettes according to the invention are preferably constructed according to a modular principle, which allow the replacement of each functional subunit and thus perform a wide variety of functions. They particularly preferably consist of the following components:
E3 links flankierendes Fragment als Hindlll-Kpnl-Fragmerύ, pIX-Gen-Promotor als pn/-Λ/co/-Fragment,E3 left flanking fragment as Hindlll-Kpnl-Fragmer p, pIX gene promoter as pn / -Λ / co / fragment,
Fremd-DNA als Ncol-Bcll-Fragment, pIX-Gen-Terminator als ßc//-Sac//-Fragment undForeign DNA as an Ncol-Bcll fragment, pIX gene terminator as a ßc // - Sac // - fragment and
E3 rechts flankierendes Fragment als Sacll-Xbal-Hindlll-Fragment. Durch Substitution des Bereiches von Kpnl bis Sacll erhält man zum Beispiel eine Integrationskassette, mit deren Hilfe beliebige DNA in die E3-Region integriert werden kann (siehe dazu auch die Ausführungsbeispiele). Das den pIX-Gen-Promotor, den Polylinker (Fremd-DNA) und den pIX-Gen-Terminator enthaltende Kpnl-Sacll- Fragment kann zum Beispiel mit anderen flankierenden Fragmenten kombiniert werden um seine Integration an einer anderen Stelle im Virusgenom vorzunehmen usw.E3 fragment flanking the right as a Sacll-Xbal-Hindlll fragment. By substituting the range from Kpnl to Sacll, for example, an integration cassette is obtained, with the aid of which any DNA can be integrated into the E3 region (see also the exemplary embodiments). The Kpnl-Sacll fragment containing the pIX gene promoter, the polylinker (foreign DNA) and the pIX gene terminator can, for example, be combined with other flanking fragments in order to integrate it elsewhere in the virus genome, etc.
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten werden zur Insertion in Adenovirusvek- toren verwendet. Da für Adenovirusvektoren in einer bevorzugten Ausführungsform eine E3-Deletion im Bereich von Position 28 308 bis 29 449 bzw. 30471 vorgenommen wird, werden die regulatorischen Sequenzen bei besonders bevorzugten Expressionskassetten von DNA-Abschnitten des Adenovirus-Typ5- Genoms flankiert, die dieser E3-Deletion der Vektoren benachbart sind. Das bedeutet, daß bevorzugte Kassetten zum Beispiel auf einer Seite die Nucleotide von Position 26329 bis 28308 bzw. 26329 bis 28523 aus der E2/E3-Region und auf der anderen
Seite (a) Nucleotide von Position 29449 bis 32012 bzw. (b) Nucleotide von Position 30471 bis 32012 enthalten.The expression cassettes according to the invention are used for insertion into adenovirus vectors. Since, in a preferred embodiment, an E3 deletion is carried out for adenovirus vectors in the range from positions 28 308 to 29 449 or 30471, the regulatory sequences in particularly preferred expression cassettes are flanked by DNA sections of the adenovirus type 5 genome which this E3 Deletion of the vectors are adjacent. This means that preferred cassettes, for example, have the nucleotides from positions 26329 to 28308 and 26329 to 28523 from the E2 / E3 region on one side and on the other Side (a) nucleotides from positions 29449 to 32012 or (b) nucleotides from positions 30471 to 32012 contain.
Variante (b) dient der weiteren Erhöhung der Aufnahmekapazität des Vektors und damit der Expressionskassette. Durch Restriktion, z.B. mit Xbal, und Ligation können aus der E3-Region aus Variante (a) noch die rechts flankierenden Nucleotide zwischen Position 29449 und 30471 deletiert werden. Durch diese weitere, kompensierende Deletion erhöht sich die Aufnahmekapazität der Expressionskassetten von ca. 980 bp auf ca. 2000 bp, sodaß bei einer Insertion dieser Größe dann die normale Genomgröße des Adenovirus Typ5 (35935bp) nicht überschritten wird, sogar ohne Deletion der E1 -Region. Für diesen Fall werden die die regulatorischen Sequenzen rechts flankierenden Nucleotide aus dem Bereich stromabwärts von Position 32012 gewählt.Variant (b) serves to further increase the absorption capacity of the vector and thus the expression cassette. By restriction, e.g. with Xbal and ligation, the right flanking nucleotides between positions 29449 and 30471 can be deleted from the E3 region from variant (a). This additional, compensatory deletion increases the capacity of the expression cassettes from approx. 980 bp to approx. 2000 bp, so that when this size is inserted the normal genome size of the adenovirus type 5 (35935 bp) is not exceeded, even without deletion of the E1 region , In this case, the nucleotides flanking the regulatory sequences on the right are selected from the region downstream from position 32012.
Die hier beschriebenen bevorzugt verwendeten Ad5-Expressionsvektoren besitzen üblicherweise ein intaktes pIX Gen an der originären Genomposition, was ihre maximale Aufnahmekapazität sogar bis ca. 4000bp erhöht. Die weitere Erhöhung der Aufnahmekapazität durch kompensierende Deletionen in weiteren bekannten Regionen des Adenovirusgenoms ist möglich. Es können daher Expressionskassetten zur Verfügung gestellt werden, die insertiert in Adenovirus exprimiert werden können, die codierende DNA bis zu einer Größe von mehr als 4 kb und sogar bei Ausnutzung aller möglichen Deletionen, bis 7 oder 8 kb enthalten.The Ad5 expression vectors that are preferably used here usually have an intact pIX gene at the original genome position, which increases their maximum absorption capacity even up to approximately 4000 bp. It is possible to further increase the absorption capacity through compensating deletions in other known regions of the adenovirus genome. Expression cassettes can therefore be provided which can be expressed inserted in adenovirus and which contain the coding DNA up to a size of more than 4 kb and even when all possible deletions up to 7 or 8 kb are used.
Beispiele für die erfindungsgemäßen Expressionskassetten und deren Herstellung sind im experimentellen Teil beschrieben. So wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Expressionskassette bereitgestellt, die ein Reportergen enthält, die dann für ein Verfahren zur ligationslosen Herstellung eines Expressionssystems dienen kann. In diesem Fall ist die zu exprimierende Nucleotidsequenz ein Reportergen. Reportergene sind an sich bekannt und der Fachmann kann das jeweils geeignete hierfür auswählen. Ein Beispiel für ein Reportergen, das erfindungsgemäß bevorzugt verwendet wird, ist eine Sequenz, die das grün fluoreszierende Protein "GFP" codiert.
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten können in an sich bekannter Weise in bakteriellen Vektorplasmiden (allgemeine Klonierungsvektoren wie pBR322 oder pUC19) in Escherichia coli vermehrt und aus dem Vektorplasmid durch Spaltung mit Restriktions-Endonucleasen, z.B. Hindlll, als lineare DNA-Fragmente (d.h. in Form der Expressionskassette) isoliert werden.Examples of the expression cassettes according to the invention and their production are described in the experimental part. Thus, in a preferred embodiment, an expression cassette is provided which contains a reporter gene which can then be used for a method for the ligationless production of an expression system. In this case the nucleotide sequence to be expressed is a reporter gene. Reporter genes are known per se and the person skilled in the art can select the appropriate one for this. An example of a reporter gene which is preferably used according to the invention is a sequence which encodes the green fluorescent protein "GFP". The expression cassettes according to the invention can be propagated in a manner known per se in bacterial vector plasmids (general cloning vectors such as pBR322 or pUC19) in Escherichia coli and from the vector plasmid by cleavage with restriction endonucleases, for example HindIII, as linear DNA fragments (ie in the form of the expression cassette) be isolated.
Um die Herstellung einer Expressonskassette mit einer zu exprimierenden Nucleotidsequenz zu erleichtern, wird erfindungsgemäß eine Expressionskassette bereitgestellt, die die regulatorischen Sequenzen des Polypeptid IX-Gens von Adenovirus aufweist und zwischen Promotor und Terminator eine Insertionsstelle hat, in die dann eine zu exprimierende Sequenz eingesetzt werden kann. Diese Insertionsstelle wird von einer Sequenz gebildet, die Schnittstellen für verschiedene Restriktionsendonucleasen aufweist. Durch geeignete Auswahl der Schnittstellen bei dieser "leeren" Kassette und indem bei der einzusetzenden Nucleotidsequenz entsprechende Schnittstellen vorgesehen werden, kann die Insertion in der richtigen Richtung bewirkt werden, sodaß die insertierte DNA korrekt abgelesen werden kann. Eine oder beide Restriktionsschnittstellen können dabei in an sich bekannter Weise durch Fill-in-Reaktionen in stumpfe Enden umgewandelt werden.In order to facilitate the production of an expression cassette with a nucleotide sequence to be expressed, an expression cassette is provided according to the invention which has the regulatory sequences of the polypeptide IX gene of adenovirus and which has an insertion site between the promoter and terminator into which a sequence to be expressed can then be inserted , This insertion site is formed by a sequence that cleaves for various restriction endonucleases. By appropriate selection of the interfaces in this "empty" cassette and by appropriate interfaces being provided in the nucleotide sequence to be inserted, the insertion can be effected in the correct direction so that the inserted DNA can be read correctly. One or both restriction sites can be converted into blunt ends in a manner known per se by fill-in reactions.
Bevorzugt ist daher die Insertionsstelle ein Polylinker, der verschiedene unikale Schnittstellen bereitstellt, um eine gerichtete Insertion zuzulassen. Solche Polylinkersequenzen sind an sich bekannt und die im Stand der Technik bekannten Sequenzen können hierfür verwendet werden. Ein Beispiel ist die in dem Plasmid pSL1180 enthaltene Insertionssequenz.The insertion site is therefore preferably a polylinker which provides various unique interfaces in order to permit a directed insertion. Such polylinker sequences are known per se and the sequences known in the prior art can be used for this. An example is the insertion sequence contained in the plasmid pSL1180.
Ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Kassette ist im experimentellen Teil beschrieben und als Plasmid hinterlegt. Bei dieser Kassette, die ausgehend von einem Adenovirusgenom-Fragment erhalten wurde, sind aufeinanderfolgend an der Stelle der E3-Region des Ursprungsfragments der Promoter des Adenovirus Typ5 pIX Gens (Position 3515 bis 3611), eine modifizierte Insertionsstelle [Ncol - Bell wie im Polylinkerfragment des bakteriellen Klonierungsvektors pSL1180, J. Brosius, 1998) zur gerichteten Insertion eines Leserahmens des zu exprimierenden Fremdgens, und der Terminator des Adenovirus Typ5 pIX Gens (Position 4028 bis 4090), der downstream
in einer synthetischen Xbal-Sacll Schnittstelle endet, angeordnet. Die regulatorischen Sequenzen des pIX Gens werden damit zusätzlich zum originären pIX Gen in das Ad5 Genom eingebracht, sodaß das für die Funktion wichtige Gen erhalten bleibt und die Kapazität für Fremd-DNA durch diese Manipulationen nicht eingeschränkt wird.An example of a cassette according to the invention is described in the experimental part and stored as a plasmid. In this cassette, which was obtained from an adenovirus genome fragment, successively at the site of the E3 region of the original fragment, the promoters of the adenovirus type 5 pIX gene (positions 3515 to 3611), a modified insertion site [Ncol - Bell as in the polylinker fragment of bacterial cloning vector pSL1180, J. Brosius, 1998) for the directed insertion of a reading frame of the foreign gene to be expressed, and the terminator of the adenovirus type 5 pIX gene (positions 4028 to 4090), the downstream ends in a synthetic Xbal-Sacll interface. The regulatory sequences of the pIX gene are thus introduced into the Ad5 genome in addition to the original pIX gene, so that the gene important for the function is retained and the capacity for foreign DNA is not restricted by these manipulations.
Weitere Beispiele für "leere" Kassetten und deren Herstellung sind ebenfalls im experimentellen Teil beschrieben und verschiedene Ausführungsformen wurden bei der DSM als Plasmide mit den Hinterlegungsnummern DSM 13703, DSM 13704, DSM 13705 und DSM 13706 hinterlegt.Further examples of "empty" cassettes and their production are also described in the experimental part and various embodiments have been deposited with the DSM as plasmids with the deposit numbers DSM 13703, DSM 13704, DSM 13705 and DSM 13706.
Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten dienen dazu, Fremd-DNA in Adenovirus, das als Vektor verwendet wird, zu insertieren. Sie werden daher in an sich bekannter Weise zur Herstellung von Adenovirus-Expressionsvektoren zur Expression gewünschter Peptide und Proteine verwendet. Sie sind auch zur Insertion in übliche Vektoren, wie sie allgemein auf dem Gebiet der Gentechnik verwendet werden, geeignet. Die erfindungsgemäßen Expressionskassetten können z.B. zuerst in einen E. coli-Vektor eingesetzt werden, um die Kassette zu amplifizieren. Anschließend kann dann der amplifizierte Vektor gewonnen und die Kassette wieder daraus ausgeschnitten werden, um dann in Adenovirusgenom zur Expression in eukaryontischen Zellen eingesetzt zu werden. Vektoren, die zur Amplifikation der Expressionskassette in Mikroorganismen geeignet sind, sind dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden.The expression cassettes according to the invention serve to insert foreign DNA into adenovirus, which is used as a vector. They are therefore used in a manner known per se for the production of adenovirus expression vectors for the expression of desired peptides and proteins. They are also suitable for insertion into conventional vectors, as are generally used in the field of genetic engineering. The expression cassettes according to the invention can e.g. first inserted into an E. coli vector to amplify the cassette. The amplified vector can then be obtained and the cassette cut out again in order to be used in the adenovirus genome for expression in eukaryotic cells. Vectors which are suitable for amplifying the expression cassette in microorganisms are known to the person skilled in the art and need not be explained in more detail here.
Die Herstellung der eriϊndungsgemäßen Expressionsvektoren erfolgt durch Einsetzen einer erfindungsgemäßen Expressionskassette in die geeignete Stelle des Adenovirusgenoms. Die Insertion erfolgt in an sich bekannter Weise. Der Insertionsort bzw. der Ort der substituierenden Deletion und die Größe des deletierten Teils werden abhängig von der ausgewählten Expressionskassette bestimmt.The expression vectors according to the invention are produced by inserting an expression cassette according to the invention into the suitable location of the adenovirus genome. The insertion is carried out in a manner known per se. The insertion site or the location of the substituting deletion and the size of the deleted part are determined depending on the selected expression cassette.
Für die Expression des gewünschten Peptids oder Proteins werden eukaryontische Zellen mit dem erfindungsgemäßen Expressionsvektor infiziert. Es kommen eine Vielzahl von Zellen tierischen und menschlichen Ursprungs in Betracht, die von Adenovirus infiziert werden könnnen und es wird die für das jeweilige Peptid oder
Protein geeignete Zelle ausgewählt.For the expression of the desired peptide or protein, eukaryotic cells are infected with the expression vector according to the invention. A variety of cells of animal and human origin come into consideration which can be infected by adenovirus and it becomes the one for the respective peptide or Protein suitable cell selected.
Die Größe der Deletionen hängt, wie oben ausgeführt, von der Größe der Nucleotidsequenz, die exprimiert werden soll, ab. Da die Kapazität des Adenovirus für Fremd- DNA nicht sehr hoch ist, müssen bei größeren zu exprimierenden Nucleotidsequenzen größere Deletionen vorgenommen werden. Dem Fachmann sind derartige Verfahren und die für Deletionen geeigneten Bereiche bekannt.The size of the deletions, as stated above, depends on the size of the nucleotide sequence to be expressed. Since the capacity of the adenovirus for foreign DNA is not very high, larger deletions have to be carried out with larger nucleotide sequences to be expressed. Such methods and the ranges suitable for deletions are known to the person skilled in the art.
So wird beispielsweise erfindungsgemäß ein rekombinanter "Transfervektor" auf Basis von Adenovirus Typ5 bereitgestellt, der ein Reportergen beinhaltet. Dieser Transfervektor besteht aus Adenovirusgenom oder Ad5 und trägt in der E3-Region eine Substitution, die Nucleotide umfaßt, die dem Bereich von Position 28308 bis 30471 des Ad5 Virusgenoms entsprechen. Dieser Bereich ist für die Virusvermehrung nicht essentiell und kann als kompensierende Deletion für die Unterbringung von Expressionskassetten genutzt werden. In einem der unten näher beschriebenen Ausführungsbeispiele ist dieser Bereich des Adenovirus Typ5 Genoms durch ein 2045bp großes DNA-Fragment (Bst 1107 - C/al) aus dem Plasmid pGREEN- LANTERN™-1 (Life Technologies), bestehend aus CMV-Promoter, Green Fluoreszenz Protein (GFP) und SV40 Terminator, bzw. durch die im folgenden beschriebene pIX-Promoter-GFP-pIX-Terminator Kassette ersetzt. Die Expression des GFP führt bei Bestrahlung mit Blau- bzw. UV-Licht zur Fluoreszens der mit rekombinanten Adenovirus Typ5 Transfervektoren infizierten Zellen. Der Vektor, der die Kassette mit CMV-Promotor enthielt, zeigte bei der Expression weniger Fluoreszens, als der Vektor, der die erfindungsgemäße Kassette enthielt. Zwei Vektoren mit der erfindungsgemäßen Kassette wurden bei der DSM mit den Hinterlegungsnummern DSM 13707 und DSM 13708 hinterlegt.For example, according to the invention, a recombinant "transfer vector" based on adenovirus type 5 is provided, which contains a reporter gene. This transfer vector consists of the adenovirus genome or Ad5 and carries a substitution in the E3 region which comprises nucleotides which correspond to the region from positions 28308 to 30471 of the Ad5 virus genome. This area is not essential for virus replication and can be used as a compensating deletion for the accommodation of expression cassettes. In one of the exemplary embodiments described in more detail below, this region of the adenovirus type 5 genome is a 2045 bp DNA fragment (Bst 1107-C / al) from the plasmid pGREEN-LANTERN ™ -1 (Life Technologies), consisting of the CMV promoter, Green Fluorescence protein (GFP) and SV40 terminator, or replaced by the pIX promoter-GFP-pIX terminator cassette described below. When irradiated with blue or UV light, the expression of the GFP leads to fluorescence of the cells infected with recombinant adenovirus type 5 transfer vectors. The vector which contained the cassette with the CMV promoter showed less fluorescence when expressed than the vector which contained the cassette according to the invention. Two vectors with the cassette according to the invention were deposited with the DSM with the accession numbers DSM 13707 and DSM 13708.
Die erfindungsgemäßen Adenovirusvektoren werden abhängig von den vorgenommenen Deletionen in beliebigen Zelllinien oder komplementierenden Zelllinien gezüchtet.
Ein vorteilhaftes System zur Expression von Proteinen oder Peptiden ist beispielsweise die Kombination eines Adenovirusvektors, bei dem die Regionen der Gene E1 und E3 und gegebenenfalls auch E2 und/oder E4 durch eine Nucleotidsequenz, die ein gewünschtes Protein codiert, kompensierend ersetzt sind in Kombination mit einer Zelllinie, die die von E1 codierten Proteine bereitstellt. Derartige Zellen sind verfügbar und beispielsweise als Zelllinie 293 erhältlich.The adenovirus vectors according to the invention are grown in any cell lines or complementing cell lines, depending on the deletions made. An advantageous system for the expression of proteins or peptides is, for example, the combination of an adenovirus vector in which the regions of the genes E1 and E3 and optionally also E2 and / or E4 are replaced by a nucleotide sequence which codes for a desired protein, in combination with one Cell line that provides the proteins encoded by E1. Such cells are available and are available, for example, as cell line 293.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der regulatorischen Sequenzen des Gens für Polypeptid pIX aus Adenoviren, insbesondere solche der Gruppe C, zur Herstellung von Expressionskassetten zur Expression von Fremd-DNA in Adenovirus-Expressionssystemen.Another object of the invention is the use of the regulatory sequences of the gene for polypeptide pIX from adenoviruses, in particular those of group C, for the production of expression cassettes for the expression of foreign DNA in adenovirus expression systems.
Es wurde gefunden, dass die regulatorischen Sequenzen von pIX zur Expression von Fremd-DNA in Adenoviren sehr gut geeignet sind und zu hohen Expressionsraten führen. Es sind sehr viele Expressionssysteme bekannt, auch für Adenoviren, die jedoch nicht zu befriedigenden Ausbeuten führen. Wenn jedoch die regulatorischen Sequenzen von pIX zur Expression für Fremd-DNA in Adenovirus herangezogen werden und Bedingungen bereitgestellt werden, die die Expression zulassen, werden im Vergleich zu anderen Expressionssystemen höhere Ausbeuten erzielt.It was found that the regulatory sequences of pIX are very well suited for the expression of foreign DNA in adenoviruses and lead to high expression rates. Many expression systems are known, including for adenoviruses, but they do not lead to satisfactory yields. However, if the regulatory sequences of pIX are used for expression for foreign DNA in adenovirus and conditions are provided which allow expression, higher yields are achieved in comparison to other expression systems.
Die Gewinnung der regulatorischen Sequenzen erfolgt in an sich bekannter Weise, z.B. durch Bereitstellung von Primern und mit PCR unter Verwendung dieser Primer oder aber durch Klonierung entsprechender Genabschnitte als Restriktionsfragmente des Adenogenoms und Insertion in Plasmide, die in geeigneten Mikroorganismen vermehrt werden. Dem Fachmann sind Verfahren hierzu bekannt und diese bedürfen keiner weiteren Erläuterung.The regulatory sequences are obtained in a manner known per se, e.g. by providing primers and using PCR using these primers or by cloning corresponding gene segments as restriction fragments of the adenogenome and inserting them into plasmids which are propagated in suitable microorganisms. Methods for this are known to the person skilled in the art and these require no further explanation.
Um die erfindungsgemäßen Expressionsvektoren und allgemein Expressionssysteme ohne Ligationen herstellen zu können, wurde ein Verfahren entwickelt, das die Herstellung der Vektoren und Systeme erleichtert.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Virus-Expressionssystems zur Expression von Fremd-DNA, das die folgenden Stufen umfasst:In order to be able to produce the expression vectors according to the invention and generally expression systems without ligations, a method was developed which facilitates the production of the vectors and systems. The invention therefore furthermore relates to a method for producing a virus expression system for the expression of foreign DNA, which comprises the following steps:
I. Bereitstellung eines Transfervektors, der eine Expressionskassette enthält, die ein Reportergen exprimiert, wobei der Vektor aus Virusgenom abgeleitet ist, und wobei die Expressionskassette einen Teil des Virusgenoms substituiert;I. providing a transfer vector containing an expression cassette that expresses a reporter gene, the vector being derived from the viral genome, and wherein the expression cassette is substituted for part of the viral genome;
II. Bereitstellung einer Expressionskassette, die regulatorische Sequenzen und die DNA für eine unter den regulatorischen Sequenzen zu exprimierende Nucleotidsequenz enthält und von DNA aus Virusgenom, die der Insertionsstelle der Kassette benachbart ist, flankiert wird,II. Provision of an expression cassette which contains regulatory sequences and the DNA for a nucleotide sequence to be expressed among the regulatory sequences and is flanked by DNA from the virus genome which is adjacent to the insertion site of the cassette,
III. Transfektion der Kassette in Zellen, in denen die DNA exprimiert werden soll,III. Transfection of the cassette into cells in which the DNA is to be expressed,
IV. Infektion der Zellen aus Stufe III mit dem Transfervektor von Stufe I;IV. Infection of the cells from stage III with the transfer vector from stage I;
V. Gewinnung eines Viruslysates aus den in Stufe IV erhaltenen Zellen, das rekombinante Viren enthält, die durch Rekombination zwischen Expressionskassette und Transfervektor entstanden sind;V. obtaining a virus lysate from the cells obtained in stage IV, which contains recombinant viruses which have arisen by recombination between the expression cassette and the transfer vector;
VI. Infektion von Zellen mit dem Viruslysat von Stufe V;VI. Infection of cells with the stage V virus lysate;
VII. Selektion der Zellen, in denen das Expressionsprodukt des Reportergens durch das Expressionsprodukt der Ziel-DNA ersetzt ist, wodurch das Expressionsprodukt des Reportergens nicht mehr nachweisbar ist undVII. Selection of the cells in which the expression product of the reporter gene is replaced by the expression product of the target DNA, as a result of which the expression product of the reporter gene is no longer detectable and
VIII. Gewinnung von Viruslysat, das dem Virus-Expressionsvektor entspricht, aus den in Stufe VII selektierten Zellen.VIII. Obtaining virus lysate, which corresponds to the virus expression vector, from the cells selected in stage VII.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, Expressionsvektoren ohne Durchführung von Ligationen herzustellen, was die Gewinnung von Vektoren vereinfacht. Dazu wird das Expressionsprodukt eines Reportergens ausgenutzt, um einerseits die Infektion von Zellen durch Nachweis des Reportergenproduktes und andererseits den Austausch der Ziel-DNA gegen das Reportergen durch Nachweis des Verschwindens des Reportergenproduktes zu verfolgen. Dieses Verfahren gestattet es daher unter Ausnutzung von in-vivo-Rekombinationen, reproduzierbar Vektoren und andere Expressionssysteme unter Verwendung von vorbereiteten Expressionskassetten zu erzeugen, da die Insertion über Reportergen-Produkte, zum Beispiel fluoreszierende Farbstoffe, verfolgt werden kann.
Dieses Verfahren ist geeignet zur Herstellung der erfindungsgemäßen Expressionsvektoren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren daher zur Herstellung eines Adenovirus-Expressionssystems zur Expression von Fremd-DNA verwendet, das die folgenden Stufen umfasst:With this method it is possible to produce expression vectors without performing ligations, which simplifies the extraction of vectors. For this purpose, the expression product of a reporter gene is used, on the one hand to track the infection of cells by detecting the reporter gene product and, on the other hand, to exchange the target DNA for the reporter gene by detecting the disappearance of the reporter gene product. This method therefore makes it possible to generate reproducible vectors and other expression systems using prepared expression cassettes using in vivo recombinations, since the insertion can be followed via reporter gene products, for example fluorescent dyes. This method is suitable for producing the expression vectors according to the invention. In a preferred embodiment, the method according to the invention is therefore used to produce an adenovirus expression system for the expression of foreign DNA, which comprises the following stages:
1. Bereitstellung eines Transfervektors auf Basis von Adenovirus, der eine Expressionskassette in der E3-Region enthält, die ein Reportergen exprimiert und mindestens einen Teil der E3-Region des Adenovirusgenoms substituiert;1. Provision of an adenovirus-based transfer vector which contains an expression cassette in the E3 region which expresses a reporter gene and substitutes at least part of the E3 region of the adenovirus genome;
2. Bereitstellung einer Expressionskassette, die die DNA für eine unter den regulatorischen Sequenzen des pIX-Gens zu exprimierende Nucleotidsequenz enthält und von DNA aus Adenovirus flankiert wird, die homolog zur Adenovirus-DNA ist, die die Substitution in der E3-Region des Transfervektors flankiert;2. Provision of an expression cassette which contains the DNA for a nucleotide sequence to be expressed under the regulatory sequences of the pIX gene and is flanked by DNA from adenovirus which is homologous to the adenovirus DNA which flanks the substitution in the E3 region of the transfer vector ;
3. Transfektion der Kassette in eukaryontische Zellen;3. Transfection of the cassette into eukaryotic cells;
4. Infektion der Zellen aus Stufe 3 mit dem Transfervektor von Stufe 1 ;4. Infection of the cells from stage 3 with the transfer vector from stage 1;
5. Gewinnung eines Viruslysates aus den in Stufe 4 erhaltenen Zellen, das rekombinante Adenoviren enthält, die durch Rekombination zwischen Expressionskassette und Transfervektor entstanden sind;5. Obtaining a virus lysate from the cells obtained in step 4, which contains recombinant adenoviruses which have arisen by recombination between the expression cassette and the transfer vector;
6. Infektion eukaryontischer Zellen mit dem Viruslysat von Stufe 5;6. Infection of eukaryotic cells with the level 5 virus lysate;
7. Selektion der Zellen, in denen das Expressionsprodukt des Reportergens durch das Expressionsprodukt des Zielgens ersetzt ist, wodurch das Expressionsprodukt des Reportergens nicht mehr nachweisbar ist und7. Selection of the cells in which the expression product of the reporter gene is replaced by the expression product of the target gene, whereby the expression product of the reporter gene is no longer detectable and
8. Gewinnung von Viruslysat, das dem Adenovirus-Expressionsvektor entspricht, aus den in Stufe 7 selektierten Zellen.8. Obtaining virus lysate, which corresponds to the adenovirus expression vector, from the cells selected in step 7.
Erfindungsgemäß wird dabei als Transfervektor ein solcher Vektor verwendet, der die Sequenz des Reportergens unter der Kontrolle von geeigneten regulatorischen Sequenzen, bevorzugt den regulatorischen Sequenzen von pIX, exprimiert und außerdem an beiden Seiten Sequenzen enthält, die Sequenzen der E3-Region des Adenovirusgenoms entsprechen. Dieser Transfervektor wird zur Infektion von solchen Zellen, in denen das gewünschte Produkt der Fremd-DNA exprimiert werden soll, verwendet. Gleichzeitig werden die Zellen aber auch mit einer Kassette transfiziert, die die gewünschte Fremd-DNA mit den regulatorischen Sequenzen von pIX und flankierenden Sequenzen aus der E3-Region des Adenovirus aufweist. Die Kassette
kommt in der Zelle in Kontakt mit dem Transfervektor und übereinstimmende Bereiche lagern sich aneinander, wodurch Rekombinationsereignisse möglich werden. Alle Zellen, die mit Adenovirus infiziert wurden, werden lysiert, wobei bei den Zellen, bei denen der Transfervektor unverändert erhalten geblieben ist, das Reportergenprodukt nachweisbar ist, während in den Zellen, in denen es zu einem Rekombinationsereignis gekommen ist, kein Reportergenprodukt mehr nachzuweisen ist. Das Verschwinden des Reportergenprodukts dient zur Selektion solcher Zellen, die den gewünschten Expressionsvektor mit insertierter Expressionskassette enthalten.According to the invention, a vector is used as the transfer vector which expresses the sequence of the reporter gene under the control of suitable regulatory sequences, preferably the regulatory sequences of pIX, and also contains sequences on both sides which correspond to sequences of the E3 region of the adenovirus genome. This transfer vector is used to infect cells in which the desired product of the foreign DNA is to be expressed. At the same time, however, the cells are also transfected with a cassette which has the desired foreign DNA with the regulatory sequences of pIX and flanking sequences from the E3 region of the adenovirus. The cassette comes into contact with the transfer vector in the cell and matching areas accumulate against one another, which makes recombination events possible. All cells that have been infected with adenovirus are lysed, the reporter gene product being detectable in the cells in which the transfer vector has remained unchanged, while in the cells in which a recombination event has occurred, no reporter gene product can be detected , The disappearance of the reporter gene product is used to select those cells which contain the desired expression vector with an inserted expression cassette.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Reportergen das Gen für das grün fluoreszierende Protein verwendet, da dessen Fluoreszenz leicht nachzuweisen ist. Die Fluoreszenz kann dann verwendet werden, um Zellen, die fluoreszieren, von nicht fluoreszierenden Zellen zu trennen. Dies kann entweder manuell, mikroskopisch (Selektion von cytopathischen Effekten CPE aus Titrationsreihen) oder aber mit Hilfe von automatisierten Vorrichtungen, z.B. mit Hilfe eines FACS, erfolgen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the gene for the green fluorescent protein is used as the reporter gene, since its fluorescence is easy to detect. The fluorescence can then be used to separate cells that fluoresce from non-fluorescent cells. This can be done either manually, microscopically (selection of cytopathic effects CPE from titration series) or with the help of automated devices, e.g. with the help of a FACS.
Es werden die Zellen selektiert, in denen das Reportergenprodukt nicht nachweisbar ist und aus deren Lysat kann dann der gewünschte Vektor, der die Ziel-DNA enthält, gewonnen werden.The cells in which the reporter gene product is undetectable are selected and from their lysate the desired vector containing the target DNA can then be obtained.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch der Transfervektor mit einem Verfahren, wie eben beschrieben, gewonnen. Dazu wird eine Expressionskassette verwendet, die einen DNA-Bereich enthält, der für ein Reportergen codiert. Dieser Bereich wird von regulatorischen Sequenzen flankiert, bevorzugt von den regulatorischen Sequenzen von pIX von Adenovirus. Außerdem weist die Kassette an den beiden Enden Sequenzen aus der E3-Region oder an die E3-Region angrenzenden Bereichen des Adenovirus auf. Es werden dann eukaryontische Zellen mit Wildtyp Adenovirus infiziert und mit der das Reportergen enthaltenden Expressionskassette transfiziert. Zellen, die mit Virus infiziert sind, werden lysiert und solche Zellen, in denen es zu einem Rekombinationsereignis zwischen der Wildtyp-DNA und der Expressionskassette gekommen ist, enthalten das Reportergenprodukt, das nachweisbar ist. Auf diese Weise können nach Selektion der
Zellen, in denen das Reportergenprodukt nachweisbar ist und Gewinnung des Viruslysates Vektoren gewonnen werden, die als Transfervektoren geeignet sind.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the transfer vector is also obtained using a method as just described. For this purpose an expression cassette is used which contains a DNA region which codes for a reporter gene. This area is flanked by regulatory sequences, preferably by the pIX regulatory sequences of adenovirus. In addition, the cassette has sequences from the E3 region or regions of the adenovirus adjacent to the E3 region at both ends. Eukaryotic cells are then infected with wild-type adenovirus and transfected with the expression cassette containing the reporter gene. Cells infected with virus are lysed and those cells in which a recombination event has occurred between the wild-type DNA and the expression cassette contain the reporter gene product, which is detectable. In this way, after selecting the Cells in which the reporter gene product is detectable and the virus lysate is obtained. Vectors are obtained which are suitable as transfer vectors.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Adenovirus-Expressionsvektor, der eine zu exprimierende DNA enthält, kann dann verwendet werden, um das Expressionsprodukt herzustellen, indem in an sich bekannter Weise eukaryontische Zellen mit diesem Adenovirus-Expressionsvektor infiziert werden, die infizierten Zellen unter solchen Bedingungen, die die Expression des Fremdproteins zulassen, gezüchtet werden und anschließend das exprimierte Protein gewonnen und gegebenenfalls gereinigt wird.The adenovirus expression vector obtained by the method according to the invention, which contains a DNA to be expressed, can then be used to produce the expression product by infecting eukaryotic cells with this adenovirus expression vector in a manner known per se, the infected cells under such conditions, which allow the expression of the foreign protein, are grown and then the expressed protein is obtained and optionally purified.
Im Folgenden ist beispielhaft eine Ausführungsform des Verfahrens erläutert. Es werden Expressionskassetten in bakteriellen Vektorplasmiden (allgemeine Klonie- rungsvektoren wie pBR322 oder pUC19) in Escherichia coli vermehrt und aus dem Vektorplasmid durch Spaltung mit der Restriktions-Endonuclease Hindlll als lineare DNA-Fragmente (Expressionskassetten) isoliert.An embodiment of the method is explained below by way of example. Expression cassettes in bacterial vector plasmids (general cloning vectors such as pBR322 or pUC19) are propagated in Escherichia coli and isolated from the vector plasmid by cleavage with the restriction endonuclease Hindlll as linear DNA fragments (expression cassettes).
Die Expressionskassetten werden dann in Rezipientenzelllinienen wie 293 mittels Transfektion übertragen und die transfizierten Zellen werden anschließend mit dem GFP-Transfervektor infiziert. Während der Adenovirusinfektion und Vermehrung kommt es zu homologen Rekombinationen zwischen Sequenzen der E3 Region im Genom des GFP-Transfervektors und den flankierenden Sequenzen der Expressionskassetten. Dabei wird die GFP-Sequenz des Transfervektors durch den zu exprimierenden Leserahmen der Expressionskassette ausgetauscht.The expression cassettes are then transfected into recipient cell lines such as 293 and the transfected cells are then infected with the GFP transfer vector. During adenovirus infection and replication, homologous recombinations occur between sequences of the E3 region in the genome of the GFP transfer vector and the flanking sequences of the expression cassettes. The GFP sequence of the transfer vector is replaced by the reading frame of the expression cassette to be expressed.
Die Selektion rekombinanter Expressionsvektoren, die das GFP-Gen gegen das zu exprimierende Gen ausgetauscht haben, erfolgt bevorzugt, nach Infektion mit entsprechend verdünnten Lysaten, durch mikroskopische Detektion nicht fluoreszierender CPEs. Diese können nach Agaroseüberschichtung ausgestochen und zur weiteren Reinigung erneut titriert werden.The selection of recombinant expression vectors which have replaced the GFP gene with the gene to be expressed is preferably carried out after infection with appropriately diluted lysates by microscopic detection of non-fluorescent CPEs. After overlaying with agarose, these can be cut out and titrated again for further purification.
Es wird somit ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinen bereitgestellt, mit dem eine hohe Ausbeute erzielt werden kann und wobei der für die Expression verwendete
Vektor in einfacher Weise ohne Ligationsverfahren durch in-vivo-Rekombination gewonnen werden kann.There is thus provided a method for obtaining proteins with which a high yield can be achieved and which is used for expression Vector can be obtained in a simple manner without ligation methods by in vivo recombination.
Die Erfindung wird durch die folgenden Figuren 1 bis 8 erläutert, wobei Figur 1 die Genkarte des Plasmids pMBACOI (DSM 13703) zeigt, das eine leere Expressionskassette mit einem Linker enthält; Figur 2 die Genkarte des Plasmids pMBAC02 (DSM 13704) zeigt, das eine leereThe invention is illustrated by the following FIGS. 1 to 8, FIG. 1 showing the gene map of the plasmid pMBACOI (DSM 13703), which contains an empty expression cassette with a linker; Figure 2 shows the gene map of plasmid pMBAC02 (DSM 13704), which is an empty one
Expressionskassette mit einem Linker enthält; Figur 3 die Genkarte des Plasmids pMBAC03 (DSM 13705) zeigt, das eine leereContains expression cassette with a linker; Figure 3 shows the gene map of plasmid pMBAC03 (DSM 13705), which is an empty one
Expressionskassette mit einem Linker enthält; Figur 4 die Genkarte des Plasmids pMBAC04 (DSM 13706) zeigt, das eine leereContains expression cassette with a linker; Figure 4 shows the gene map of plasmid pMBAC04 (DSM 13706), which is an empty one
Expressionskassette mit einem Linker enthält; Figur 5 die Genkarte des Plasmids pMBACOδ (DSM 13707) zeigt, das eineContains expression cassette with a linker; Figure 5 shows the gene map of the plasmid pMBACOδ (DSM 13707), the one
Expressionskassette enthält, in die das Gen für GFP insertiert wurde; Figur 6 die Genkarte des Plasmids pMBAC06 (DSM 13708) zeigt, das eineContains expression cassette into which the gene for GFP has been inserted; Figure 6 shows the gene map of the plasmid pMBAC06 (DSM 13708), the one
Expressionskassette enthält, in die das Gen für GFP insertiert wurde; Figur 7 die Genkarte des Plasmids pMBAC31 (DSM 13709) zeigt, das eineContains expression cassette into which the gene for GFP has been inserted; Figure 7 shows the gene map of the plasmid pMBAC31 (DSM 13709), the one
Expressionskassette enthält, in die das Gen für dasContains expression cassette in which the gene for the
Oberflächenglykoprotein von Tollwutvirus insertiert ist (Ra-GP1 ) und Figur 8 die Genkarte das Plasmids pMBAC37 (DSM 13710) zeigt, das eineRabies virus surface glycoprotein is inserted (Ra-GP1) and Figure 8 shows the gene map of the plasmid pMBAC37 (DSM 13710), which is a
Expressionskassette enthält, in die Ra-GP1 insertiert wurde.Contains expression cassette into which Ra-GP1 has been inserted.
E.coli, die die in den Figuren gezeigten Plasmide enthalten und entsprechend bezeichnet wurden, wurden am 1. September 2000 bei der DSM, Mascheroder Weg 1b, 38124 Braunschweig, hinterlegt mit den in Klammern angegebenen Hinterlegungsnummern. Die Herstellung und Verwendung der Plasmide ist in den folgenden Ausführungsbeispielen erläutert.E. coli, which contained the plasmids shown in the figures and were designated accordingly, were deposited on September 1, 2000 at DSM, Mascheroder Weg 1b, 38124 Braunschweig, with the deposit numbers given in brackets. The preparation and use of the plasmids is explained in the following exemplary embodiments.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
Beispiel 1The invention is further illustrated by the following examples. example 1
Generelle Expressionskassetten: MBAC01 , MBACOP, MBAC03 und MBACn4General expression cassettes: MBAC01, MBACOP, MBAC03 and MBACn4
Zur Klonierung von Teilstücken der Expressionskassetten wurde das Plasmid pSL1180 verwendet. Als DNS-Matritze für PCR Reaktionen diente die DNS des Wildtyp Adenovirus Typ5 Stamm: Adenoid 75 (ATCC Nummer: VR-5). Einzelne Abschnitte des Adenovirus Genoms wurden mit sequenzspezifischen Primer- Oligonukleotiden, an die Sequenzen für Restriktionsenzym Erkennungsstellen angehängt wurden, durch PCR amplifiziert und in folgenden Schritten in pSL1180 kloniert:The plasmid pSL1180 was used to clone sections of the expression cassettes. The DNA of the wild-type adenovirus type 5 strain: adenoid 75 (ATCC number: VR-5) served as the DNA template for PCR reactions. Individual sections of the adenovirus genome were amplified by PCR with sequence-specific primer oligonucleotides, to which sequences for restriction enzyme recognition sites were attached, and cloned into pSL1180 in the following steps:
1. Amplifikation des pIX Promoterbereiches mit dem Primerpaar BA1 A/BA101. Amplification of the pIX promoter area with the primer pair BA1 A / BA10
P9 Promoter Ende revers: ab Position 3611 mit 5'angehängtem Λ/col Ort GAACCATGGCGGCGGCGGCTGCTGC = BA10P9 promoter reverse end: from position 3611 with 5 ' appended Λ / col location GAACCATGGCGGCGGCGGCTGCTGC = BA10
P9 Promoter Anfang vorwärts: ab Position 3515 mit 5' angehängtem Kpn\ Ort ATATAGGTACCGAAATGTGTGGGCGTGGCTTAAGGG = BA1AP9 promoter start forward: from position 3515 with 5 'appended \ place ATATAGGTACCGAAATGTGTGGGCGTGGCTTAAGGG = BA1A
Klonierung als Kpn\INco\ Fragment in pSL1180 ergibt Plasmid „p1P".Cloning as a Kpn \ INco \ fragment in pSL1180 results in plasmid "p1P".
2. Amplifikation der „linken" E3 flankierenden Sequenz mit dem Primerpaar:2. Amplification of the "left" E3 flanking sequence with the primer pair:
BA8/BA9 bzw. BA8A/BA9:BA8 / BA9 or BA8A / BA9:
Hindlll vorwärts ab Position 26329 ATATAGAAGCTTCCGAGGTCGAAGAGG = BA9Hindlll forward from position 26329 ATATAGAAGCTTCCGAGGTCGAAGAGG = BA9
Kpnl angesetzt revers ab Position 28308 ATATAGGTACCGGGTTGAAACTGTTGTAAATCAC = BA8Kpnl applied revers from position 28308 ATATAGGTACCGGGTTGAAACTGTTGTAAATCAC = BA8
Kpnl angesetzt revers ab Position 28523 ATATAGGTACCTGGCCTAATACCCTAAGGGTTTTC = BA8AKpnl applied revers from position 28523 ATATAGGTACCTGGCCTAATACCCTAAGGGTTTTC = BA8A
Klonierung als Hinά\\\lKpn\ Fragment in Plasmid p1P ergibt „p2P8", bzw. „p2P8A"Cloning as Hinά \\\ lKpn \ fragment in plasmid p1P results in “p2P8” or “p2P8A”
3. Amplifikation des pIX Terminatorbereiches mit dem Primerpaar BA3C/BA4B:3. Amplification of the pIX terminator area with the primer pair BA3C / BA4B:
P IX Terminator vorwärts Primer ab Position 4028 mit angehängtem ßc/l-Ort TATATGATCATAAAACATAAATAAAAAACCAG = BA3CP IX terminator forward primer from position 4028 with attached ßc / l location TATATGATCATAAAACATAAATAAAAAACCAG = BA3C
P IX Terminator Reversprimer ab Position 4090 mit angehängten Xba\ und SacllP IX Terminator reverse primer from position 4090 with attached Xba \ and Sacll
Ortenlocate
ATATCCGCGGTCTAGAGACAGCAAGACACTTGCTTGATCC = BA4B
Klonierung als ßc/l/Sacll Fragment in pSL1180 ergibt Plasmid „p1T".ATATCCGCGGTCTAGAGACAGCAAGACACTTGCTTGATCC = BA4B Cloning as a βc / l / Sacll fragment in pSL1180 results in plasmid "p1T".
4. Amplifikation der „rechten" E3 flankierenden Sequenz mit dem Primerpaar BA6/BA7A:4. Amplification of the "right" E3 flanking sequence with the primer pair BA6 / BA7A:
Sacll Ort vorwärts ab Position 29449 ATATACCCGCGGATTTGTTCCAGTCCAAC=BA6 H/ndlll Ort revers ab Position 32012 AGGTTAACCTCAAGCTTTTTGGAATTG=BA7ASacll location forward from position 29449 ATATACCCGCGGATTTGTTCCAGTCCAAC = BA6 H / ndlll location reverse from position 32012 AGGTTAACCTCAAGCTTTTTGGAATTG = BA7A
Klonierung als H/ndlll/Sacll Fragment in p1T ergibt „p2T".Cloning as H / ndlll / Sacll fragment in p1T results in "p2T".
5. Gewinnung der Inserts: H/ndlll/Λ/col aus p2P8 bzw. p2P8A5. Obtaining the inserts: H / ndlll / Λ / col from p2P8 or p2P8A
6. Gewinnung des Inserts: H/ndlll/ßc/l aus P2T6. Obtaining the insert: H / ndlll / ßc / l from P2T
7. Gewinnung des Polylinkerfragment.es: Λ/col/ßc/l aus pSL11807. Obtaining the Polylinker fragment: Λ / col / ßc / l from pSL1180
8. Ligation des Gemisches der drei DNS-Fragmente und anschließende Spaltung mit H/ndlll8. Ligation of the mixture of the three DNA fragments and subsequent cleavage with H / ndlll
9. Größenfraktionierung des mit H/ndlll gespaltenen Ligationsansatzes im Agarosegel9. Size fractionation of the ligation batch cleaved with H / llll in the agarose gel
10. Klonierung in, mit H/ndlll gespaltenes Plasmid pBR322 ergibt bei Verwendung von p2P8A als Ausgangsmaterial die leere Expressionskassette „MBAC02" bzw. im Falle der Verwendung von p2P8 als Ausgangsmaterial die leere Expressionskassette „MBAC01".10. Cloning in plasmid pBR322 cleaved with H / III results in the empty expression cassette “MBAC02” when using p2P8A as the starting material or in the case of using p2P8 as starting material the empty expression cassette “MBAC01”.
11. Durch Spaltung mit Xba\ und Rezirkularisierung mittels Ligase können in den Plasmiden MBAC01 und MBAC02 1028bp der E3 rechts flankierenden Sequenz deletiert werden. Es entstehen die Expressionskassetten MBAC03 aus MBAC01 und MBAC04 aus MBAC02 mit entsprechend erweiterter DNS-Aufnahmekapazität.
Beispiel 211. By cleavage with Xba \ and recircularization using ligase, the right flanking sequence in the plasmids MBAC01 and MBAC02 1028bp can be deleted. The expression cassettes MBAC03 from MBAC01 and MBAC04 from MBAC02 are created with a correspondingly expanded DNS uptake capacity. Example 2
Fxp sRinnskassettfin fiir GFP- MBAOFi und MRACβFxp gutter cassette for GFP-MBAOFi and MRACβ
1. Amplifikation des pIX Promoterbereiches mit Hilfe des Primerpaares BA1A/BA21. Amplification of the pIX promoter area using the primer pair BA1A / BA2
Der pIX Promoter revers Primer umfaßt die Position 3611-3593 . Am 5'Ende des Primers sind die ersten 16 Basen der codierenden Sequenz des GFP angehängt. GTTCCTCGCCCTTGCTCATGGCGGCGGCGGCTGCT = BA2The pIX promoter reverse primer covers position 3611-3593. The first 16 bases of the coding sequence of the GFP are attached to the 5 ' end of the primer. GTTCCTCGCCCTTGCTCATGGCGGCGGCGGCTGCT = BA2
2. Amplifikation des pIX Terminatorbereiches mit Hilfe des Primerpaares BA4B/BA32. Amplification of the pIX terminator area using the primer pair BA4B / BA3
Der pIX Terminator vorwärts Primer ab Position 4028: Am 5Εnde des Primers sind die letzten 16 Basen (einschließlich Stopcodon) der codierenden Sequenz des GFP-Endes angehängt. CGAGCTGTACAAGTGATAAAACATAAATAAAAAACCAG = BA3The pIX terminator forward primer from position 4028: The last 16 bases (including stop codon) of the coding sequence of the GFP end are appended to the end of the primer. CGAGCTGTACAAGTGATAAAACATAAATAAAAAACCAG = BA3
3. Erzeugung eines DNS Fragmentes mittels PCR, das aus pIX Promoter, GFP und pIX Terminator besteht. Das Plasmid pGREEN LANTERN-1 wird als DNS Matritze verwendet. Als Primer werden die PCR Produkte aus Schritt 1 und 2 eingesetzt.3. Generation of a DNA fragment by means of PCR, which consists of pIX promoter, GFP and pIX terminator. The plasmid pGREEN LANTERN-1 is used as a DNA template. The PCR products from steps 1 and 2 are used as primers.
4. Spaltung des PCR Produktes aus Schritt 3 mit den Restriktionsenzymen Kpn\ und Sacll und Klonierung des 878bp großen Restriktionsfragmentes in die mit den gleichen Restriktionsenzymen gespaltenen Plasmide MBAC01 bzw. MBAC02. Dadurch werden die Expressionskassetten MBAC5 und MBAC6 erzeugt.
Beispiel 34. Cleavage of the PCR product from step 3 with the restriction enzymes Kpn \ and Sacll and cloning of the 878 bp restriction fragment into the plasmids MBAC01 and MBAC02, which were cleaved with the same restriction enzymes. This creates the expression cassettes MBAC5 and MBAC6. Example 3
Fxprftssionskassettftn für GFP- MBAC15 und MBAC17Fxprftssionskassettn for GFP-MBAC15 and MBAC17
Im Plasmid MBAC01 wird durch Spaltung mit Kpnl und Sacll das die regulatorischen Sequenzen des pIX Gens beinhaltende DNS Fragment deletiert und durch ein KpnUSacU Fragment des Polylinkers des Plasmides pSL1180 ersetzt. Das entstehende Plasmid wird MBA17 benannt. Aus MBA17 wird duch Spaltung mit H/nα ll das Insert, bestehend aus E3 links, Polylinkerfragment aus pSL1180 und E3 rechts, gewonnen und in das Plasmid pUC19 kloniert. Es entsteht das Plasmid MBA21. MBA21 besitzt im Polylinkerfragment des Plasmides pSL1180 die unikalen Spaltstellen für die Restriktionsenzyme C/al und SnaBI.In the plasmid MBAC01, the DNA fragment containing the regulatory sequences of the pIX gene is deleted by cleavage with Kpnl and SacII and replaced by a KpnUSacU fragment of the polylinker of the plasmid pSL1180. The resulting plasmid is named MBA17. The insert consisting of E3 on the left, polylinker fragment of pSL1180 and E3 on the right, is obtained from MBA17 by cleavage with H / nαII and cloned into the plasmid pUC19. The plasmid MBA21 is formed. MBA21 has the unique cleavage sites for the restriction enzymes C / al and SnaBI in the polylinker fragment of the plasmid pSL1180.
Aus dem Plasmid pGREEN LANTERN-1 wird durch Spaltung mit ßsf1107l und C/al ein DNS Fragment gewonnen, das den GFP Leserahmen unter der Kontrolle des CMV Promoters und des SV40 Terminators beinhaltet. Da SnaBI und ßsf1107l stumpfe Restriktionsspaltstellen liefern, kann das Fragment aus pGREEN LANTERN-1 in das mit SnaBI und C/al gespaltene Plasmid MBA21 ligiert werden. Es entsteht das Expressionsplasmid MBAC13. Aus MBAC13 kann die Expressionskassette als H/'ndlll Fragment herausgeschnitten werden und in das Plasmid pBR322 ligiert werden. Es entsteht das Expressionsplasmid MBAC15. Aus MBAC15 wird durch Spaltung mit Sacll und Xbal ein 1022bp großes Fragment der E3 rechts flankierenden Sequenz deletiert und durch ein 116bp großes Sac\\IXba\ Fragment aus dem Polylinker des Plasmides pSL1180 ersetzt. Es entsteht das Expressionsplasmid MBAC17.
Bßispifil 4A DNA fragment which contains the GFP reading frame under the control of the CMV promoter and the SV40 terminator is obtained from the plasmid pGREEN LANTERN-1 by cleavage with ßsf1107l and C / al. Since SnaBI and ßsf1107l provide blunt restriction sites, the fragment from pGREEN LANTERN-1 can be ligated into the plasmid MBA21 cleaved with SnaBI and C / al. The expression plasmid MBAC13 is formed. MBAC13 of the expression cassette as H 'can be cut out ndlll fragment / and ligated into the plasmid pBR322. The expression plasmid MBAC15 is produced. A 1022 bp fragment of the sequence flanking the E3 on the right is deleted from MBAC15 by cleavage with Sacll and Xbal and replaced by a 116 bp Sac \ IXba fragment from the polylinker of the plasmid pSL1180. The expression plasmid MBAC17 is produced. Bassispifil 4
FxpressinnskassettFtn für Oherflär.hfinglympmreingen des Tollwiitvirus:FxpressinnskassettFtn for Oherflär.hfinglympmreingen of the Tollwiitvirus:
MBAC31 und MBAC37MBAC31 and MBAC37
1. Amplifikation des pIX Promoterbereiches mit Hilfe des Primerpaares RA1A/BA101. Amplification of the pIX promoter area using the primer pair RA1A / BA10
P9 Promoter: ab 3515 Vorwärtsprimer mit 5' angehängtem Kpnl-Ort ATATAGGTACCGAAATGTGTGGGCGTGGCTTAAGGG = BA1AP9 promoter: from 3515 forward primer with 5 'attached Kpnl location ATATAGGTACCGAAATGTGTGGGCGTGGCTTAAGGG = BA1A
P9 Promoter Ende - Rabies GP1 Anfang ReversprimerP9 promoter end - Rabies GP1 start reverse primer
(ab 3591)5'GCAGCAGCCGCCGCCGCCATG3' P9 Promoter Ende(from 3591) 5'GCAGCAGCCGCCGCCGCCATG3 'P9 promoter end
5ΑTGGTTCCTCAGGTTCTTTTG3' Rabies Anfang δ'CAAAAGAACCTGAGGAACCATGGCGGCGGCGGCTGCTGCS' =BA105ΑTGGTTCCTCAGGTTCTTTTG3 'Rabies start δ'CAAAAGAACCTGAGGAACCATGGCGGCGGCGGCTGCTGCS' = BA10
Als DNS Matritze diente das Plasmid „p1 P"(Ausführungsbeispiel Nr.1)The plasmid “p1 P” (exemplary embodiment No. 1) served as the DNA matrix.
2. Im GP1 Gen des Rabiesvirus befindet sich an Position +86 ein Restriktionsort für H/ndlll. Um die einfache Gewinnung von Expressionskassetten durch H/ndlll Spaltung beibehalten zu können, wurde der H/ndlll Ort durch eine „silent" Punktmutation mittels PCR korrigiert. Dabei wird das Codon für Lysin AAG in AAA umgewandelt. Für diese PCR dient das eine cDNS des GP1 Gens enthaltende Plasmid : pUC18-TWG als Matritze. Als Vorwärtsprimer fungiert das PCR Produkt aus Schritt 1 und als Reversprimer wird der Mutageneseprimer BA16, der die Position +86 des GP1 Gens überdeckt verwendet.2. In the GP1 gene of the Rabies virus there is a restriction site for H / ndlll at position +86. In order to be able to maintain the simple extraction of expression cassettes by H / ndlll cleavage, the H / ndlll location was corrected by a "silent" point mutation by means of PCR. The codon for lysine AAG is converted into AAA. For this PCR, one cDNA of the Plasmid containing GP1 gene: pUC18-TWG as template, the PCR product from step 1 acts as forward primer and the mutagenesis primer BA16, which covers position +86 of the GP1 gene, is used as reverse primer.
Gp1 Rabies H/ndlll Korrekturprimer revers:Gp1 Rabies H / ndlll correction primer revers:
5OACGATACCAGACA G_C LTGGTCCC3' = Gp1 Originalsequenz 5OACGATACCAGACAAAC L GGTCCC3' = Gp1 korrigierte Sequenz 5OGGACCAΔQIIIGTCTGGTATCGTG3! = BA16 revers5OACGATACCAGACA G_C LTGGTCCC3 '= Gp1 original sequence 5OACGATACCAGACAAAC L GGTCCC3' = Gp1 corrected sequence 5OGGACCAΔQIIIGTCTGGTATCGTG3 ! = BA16 revers
3 Amplifikation des pIX Terminatorbereiches mit Hilfe des Primerpaares3 Amplification of the pIX terminator area using the primer pair
BA3A/BA4ABA3A / BA4A
P9 Terminator Reversprimer 5' bei 4090 bis 4066 mit angehängtem Sacll-Ort 5ATATCCGCGGGACAGCAAGACACTTGCTTGATCC3' = BA4A
P9 terminator reverse primer 5 'at 4090 to 4066 with attached Sacll location 5ATATCCGCGGGACAGCAAGACACTTGCTTGATCC3' = BA4A