WO2004052924A1 - Expression of peptides of the cytoplasmic domain of hiv-gp41 for inhibiting viral infections - Google Patents

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WO2004052924A1
WO2004052924A1 PCT/EP2003/013939 EP0313939W WO2004052924A1 WO 2004052924 A1 WO2004052924 A1 WO 2004052924A1 EP 0313939 W EP0313939 W EP 0313939W WO 2004052924 A1 WO2004052924 A1 WO 2004052924A1
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hiv
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Matthias Dittmar
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Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
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Definitions

  • the present invention relates to protein fragments (peptides) of human immunodeficiency virus (HIN) with antiviral function.
  • the invention relates to nucleic acids which code for the cytoplasmic region of the HIV glycoprotein gp41, the peptides encoded by these nucleic acids, and the use of these peptides and nucleic acids for the targeted inhibition of viral infections.
  • HIN human immunodeficiency virus
  • HIV protein fragments or peptides were sought which intervene in mechanisms (earlier) than virus replication, such as, for example, when the virus entered the host cell .
  • the targeted cell entry (tropism) of HIV takes place to a large extent by means of its outer, glycosylated coat protein gpl20.
  • This protein is encoded as a gp 160 precursor by the so-called env reading frame (envelope) of the viral genome. After translation, the gp 160 precursor protein is cleaved by a cellular protease into gpl20 and into the transmembrane protein gp41.
  • Both proteins are essential for the virus to bind to the cellular receptor and then enter the cell.
  • the binding to the corresponding surface receptors of the infected cell leads to conformational rearrangements and ultimately to the fusion of the viral membrane with the membrane of the host cell.
  • the focus of the present invention is on peptides of the transmembrane protein gp41, which mediates the fusion of HIV with the host cell.
  • Gp41 consists of an extracellular domain with two highly conserved helical areas (DP-107, DP-178), a transmembrane anchor and a 152 amino acid long intracellular domain.
  • the patent application WO 01/51673 describes i.a. the use of peptides in the helical regions DP-107 and DP-178 to inhibit the fusion between HIV and the host cell and thus to inhibit further propagation of the virus.
  • DP-178 which is also known to the person skilled in the art as T-20 and as an 'entry' inhibitor, is already being used with promising results in the first clinical studies (see Kilby et al., Nature Med. 1998 Nov; 4 (ll) : 1232-3).
  • DE-Al 19957838 discloses a nucleic acid construct that codes for a membrane-like form of the extracellular T-20 region of gp41. The genetic expression of the disclosed nucleic acid inhibits the entry of the virus into the cell mediated by the HIV envelope proteins.
  • the intracellular area of gp41 has not yet been studied very much. Domains could be determined which are necessary for the transport of the gp41 to the plasma membrane (YXXO motif); two helical areas, which are necessary for binding to intracellular membranes (LLP1 / LLP2), and a leucine zipper area, which is necessary for the generation of infectious particles. No studies have been published that describe a direct role of the intracellular region of gp41 in cell entry.
  • nucleic acid constructs which code for the intracellular part of gp41 in the affected cells.
  • a phase of virus replication is inhibited which already takes place inside the infected cell, that is to say later. Different stages of HIV infection can thus be specifically switched off.
  • the nucleic acid according to the invention additionally codes for a peptide which serves to anchor the gp41 component in the membrane.
  • the present invention therefore relates to a nucleic acid sequence of the general formula
  • (Marker) denotes an optionally present DNA region which codes for an extracellular peptide for the detection of the construct
  • MSD denotes the DNA region coding for a “membrane spanning domain”
  • Intracellular region gp41 denotes a DNA region for the intracellularly expressed region of gp41, a fragment or derivative thereof, encoded by HIV.
  • the invention also relates to nucleic acids of the general formula 5 '- MSD - (marker) - intracellular region gp41 - 3' and 5 '- MSD - intracellular region gp41 - (marker) - 3' as well as fragments and derivatives of said nucleic acids.
  • HIV includes all virus subtypes of both HIV-1 and HIV-2.
  • gp41 All gp41 variants of all HIV subtypes come into question as “gp41” for the present invention.
  • An example of a nucleic acid coding for the intracellular region of a suitable gp41 is the nucleic acid sequence of nucleic acid 2089 to 2580 of Genbank accession number U05352. The invention however, it is not limited to this.
  • fragment and derivative refers to DNA sequences which are for the intracellularly expressed region of gp41 encode in which at least one nucleotide of the sequences in question can be replaced by at least one nucleotide which is different from the original one, or on gp41 DNA sequences in which the original nucleotide sequence is either on the 5 'or 3' - or at both ends and / or within the sequence either extended, shortened or shortened at one end and extended at the other end, provided that the function and biological effect of the encoded gp41 region is retained.
  • An example of a shortened form of the intracellularly expressed region of gp41 is the nucleic acid sequence from nucleic acid 2089 to 2226 of the nucleic acid sequence with the Genbank accession number U05352.
  • the invention is not restricted to this.
  • the “intracellular region g ⁇ 41” comprises the sequence shown in SEQ ID NO: 1 (FRES-A), fragments and derivatives thereof.
  • the "intracellular region gp41" comprises the sequence shown in SEQ ID NO: 3 (FRES-B), fragments and derivatives thereof.
  • fragment and derivatives refers to DNA sequences which code for an MSD, in which at least one nucleotide of the original sequence can be replaced by at least one nucleotide which is different from the original nucleotide, or to MSD- DNA sequences in which the original nucleotide sequence is either elongated, truncated, or truncated at either 5 ', 3', or both ends and / or within the sequence, or truncated at one end and elongated at the other end, provided that the function and biological effect of the coded MSD area is retained.
  • the invention includes various possibilities for anchoring the peptide encoded by the nucleic acid according to the invention to the membrane.
  • MSD can therefore code for a peptide that has a motive for intracellular attachment of a - 0 -
  • Membrane anchor contains e.g. Myristoyl or Prenyl or CaaX motif.
  • MSD codes for a transmembrane anchor of a type I transmembrane protein.
  • the person skilled in the art understands a type I transmembrane protein as a transmembrane protein with extracellular amino and intracellular carboxy terminus.
  • MSD of all type I transmembrane proteins accessible to the person skilled in the art are suitable for the invention.
  • MSD of type I transmembrane proteins which are selected from the non-exhaustive list of examples such as ribophorin I and II, MHC class I, HIV-1-Vpu, Synaptotagmin II, mouse-CMV-gp48, human-CMV-USI 1, calnexin, PERK, UDP-glucuronosyltransferase, low affinity nerve growth factor receptor (LNGFR) or CD34.
  • MSD from LNGFR or CD34 are particularly preferred.
  • the MSD, a fragment or derivative thereof, of LNGFR is very particularly preferred.
  • markers for detecting the peptides encoded by the nucleic acid according to the invention.
  • the invention includes all extracellular domains that are suitable for detection, for example for immunological detection "The present invention is particularly suitable for so-called reporter genes or other genes which code for proteins or peptides, the presence of which is easy to determine.
  • Markers which are suitable for carrying out the present invention can be selected from the group comprising so-called" epitope- tags "(c-Myc, hemagglutinin, FLAG), biotin, digoxygenin, horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, green fluorescent protein (GFP) and derivatives thereof with altered fluorescence (EGFP, EYFP, EFCP), ß-galactosidase, luciferases, ß-glucuronidase and ⁇ -lactamase. Methods for detecting the above markers are known to the person skilled in the art.
  • the marker codes for an inactive T-20 variant which does not have the previously described effect, namely a fusion-inhibiting effect.
  • the detection is carried out by methods known to the person skilled in the art using T-20-specific antibodies, for example fluorescent activated cell Sorting (FACS), Western blot, immunoprecipitation, enzyme-linked immunoadsorbent assay (ELISA) or radioactive immunoadsorbent assay (RIA). It is advantageous if the antibody used for the detection is coupled to a molecule which enables the detection or contributes to it.
  • FACS fluorescent activated cell Sorting
  • ELISA enzyme-linked immunoadsorbent assay
  • RIA radioactive immunoadsorbent assay
  • Suitable for this are, for example, biotin, horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, fluorescein isothiocynate (FITC), tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRITC), diamidinophenylindole (DAPI) and phycoerythrin.
  • biotin horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, fluorescein isothiocynate (FITC), tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRITC), diamidinophenylindole (DAPI) and phycoerythrin.
  • the nucleic acid according to the invention does not contain a region coding for a marker. This is particularly advantageous if the nucleic acid is used for (gene) therapeutic purposes. Then it is important if the nucleic acid codes for the smallest possible peptide and the said peptide is as free as possible from additional foreign components that are essential for the effect and which may have an unfavorable effect on the physiological state of the target cell.
  • the nucleic acid according to the invention is preferably used to express the peptide it encodes in cells, in particular HIV-infected cells.
  • nucleic acid according to the invention Numerous methods are available to the person skilled in the art for introducing the nucleic acid according to the invention into the host or target cell (transfection or transformation), depending on the host cell selected.
  • the simplest method for gene transfer is the injection of "naked" nucleic acids into a target tissue / target cells.
  • a more efficient method is the manipulation of a single cell by the so-called microinjection of the nucleic acid into the cell nucleus.
  • the use of reagents and methods is particularly favorable Calcium chloride, rubidium chloride, lithium chloride, calcium phosphate, DEAE dextran, cationic lipids, liposomes, biolistic particle bombardment ("gene gun” method), heat shock transformation and electroporation, as well as any combination thereof.
  • the nucleic acid according to the invention is inserted in a so-called expression vector.
  • the present invention therefore also relates to a recombinant DNA and an expression vector which contain the nucleic acid according to the invention.
  • the expression vector is a eukaryotic, in particular human, bacterial or a retroviral vector, a plasmid, bacteriophage or other vectors customary in genetic engineering which are suitable for the expression of proteins or peptides.
  • the nucleic acid sequence in the vector according to the invention can be operatively linked to regulatory elements which ensure transcription and synthesis of a translatable mRNA in pro- and / or eukaryotic cells.
  • regulatory elements are promoters, enhancers or
  • Transcription termination signals can also be introns or similar elements, such as elements which enable or contribute to the stability and multiplication of the vector, the selection and / or the integration into the host genome.
  • the nucleic acid according to the invention is inserted into a retroviral vector.
  • Retroviruses are so-called RNA viruses, the genome of which is reverse transcribed into DNA after infection of a cell and integrated into the host cell genome. The uptake into the cell takes place via receptor-controlled endocytosis. With some retroviral vectors, the expression of the vector is switched off after ingestion of a virus, so that the cell is infected only once.
  • the integration of the viral DNA into the genome is effected by a virally encoded protein, integrase, the location of integration being non-specific.
  • retroviral-based vectors are particularly suitable for gene therapy, because they are absorbed more efficiently by receptor-controlled endocytosis and integrated more efficiently since the process takes place enzymatically.
  • This process also under the name "retroviral transduction”.
  • the person skilled in the art knows how such vectors are introduced into the target cell by means of so-called “packaging cells”, which carry so-called helper viruses in the genome.
  • the invention encompasses all retroviral vectors which are derived, for example, from Onko, Lenti or Spuma viruses.
  • the vector according to the invention is M87m3 (M3) (see Hildinger et al., 2001, J. Virol., Vol 75, pages 3038-3042), which also contains the coding region for an MSD and for a marker (here: inactive T20 variant).
  • M3 M87m3
  • these elements are not absolutely necessary for the invention, but can be omitted or exchanged for elements having the same effect. It is advantageous for the invention if the nucleic acids according to SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3 according to the invention are inserted directly into the 3 'end of the nucleic acid sequence coding for an MSD while maintaining the reading frame.
  • the invention also includes a method for producing a recombinant protein, a fragment or derivative thereof, which is encoded by the nucleic acid according to the invention.
  • the method comprises the following steps: (a) introducing a vector according to the invention, which contains the nucleic acid according to the invention, into a suitable host cell by means of suitable methods, where the host cell can be pro- or eukaryotic, (b) culturing the transfected host cell and (c) Isolation of the recombinant protein from the host cell or from the culture medium.
  • the proteins isolated according to step (c) can be further purified for other purposes.
  • the person skilled in the art knows numerous methods for this, e.g. Salt fractionation, size exclusion chromatography,
  • the present invention furthermore relates to a fusion peptide of the general formula encoded by the nucleic acid according to the invention
  • COOH denotes the carboxy terminal end of the fusion peptide
  • (Marker) denotes an optionally available extracellular peptide for the detection of the fusion peptide
  • MSD denotes a “membrane spanning domain”, a fragment or derivative thereof
  • Intracellular region gp41 denotes the intracellularly expressed region of gp41, a fragment or derivative thereof.
  • the invention also relates to fusion peptides of the general formulas NH 2 - MSD - (marker) - intracellular region gp41 - COOH and
  • the fusion peptide according to the invention does not contain a marker. This is particularly advantageous when the fusion peptide is used for therapeutic purposes. Then it is important if the fusion peptide is as small as possible and as free as possible from additional foreign components that are essential for the effect, which may have an unfavorable effect on the physiological state of the target cell.
  • fragment and derivative refers to amino acid sequences of the intracellularly expressed region of gp41, in which at least one amino acid of a suitable gp41 sequence can be replaced by at least one amino acid that is different from the original one , or on gp41 amino acid sequences, in which the original amino acid sequence is either extended, shortened or shortened at one end and / or shortened at one end and / or extended at the other end either at the amino, carboxy terminal or at both ends and / or within the sequence, provided that the function and biological effect of the gp41 range is retained.
  • the "intracellular region gp41" comprises the sequence shown in SEQ ID NO: 2. In a particularly preferred embodiment, the "intracellular region gp41" comprises the sequence shown in SEQ ID NO: 4.
  • the insertion of the nucleic acid sequence into vectors according to the invention to be used for gene therapy and the introduction of the vectors according to the invention into HIV-infected cells leads to the expression of a fusion peptide, which causes a strong inhibition of HIV replication.
  • the invention therefore also relates to the use of the vector according to the invention for the treatment of HIV infections.
  • the invention relates to a method for inhibiting HIV-induced cell fusion, said contacting and transfection / viral
  • Transduction of HIV infected cell with the vector according to the invention comprises.
  • the presence of the is advantageous for carrying out the method according to the invention.
  • T lymphocytes and / or hematopoietic stem cells are particularly preferred for the above-mentioned method. T lymphocytes are very particularly preferred.
  • the invention further relates to a method for inhibiting HIV-induced cell fusion, this comprising contacting the HIV-infectable cell with the fusion peptide according to the invention or a fragment or derivative thereof.
  • the method can be carried out in vitro in an aqueous solution, in vivo in a suitable cell culture assay, or in a living being by means of suitable administration forms.
  • nucleic acid according to the invention and / or the vector according to the invention and / or the fusion peptide according to the invention can be used in the context of the present invention as a medicament, optionally in combination with a suitable carrier.
  • nucleic acid according to the invention and / or the vector according to the invention and / or the fusion peptide according to the invention are administered alone or in combination with other active substances.
  • the active substances can be administered simultaneously or in succession.
  • the dose and / or the exposure time of the drug is variable and depends on the physiological condition of the person to be treated. The patient's age, weight and gender can play a role here. It can also be important whether the disease needs to be treated acutely, chronically or prophylactically.
  • nucleic acid according to the invention and / or the vector according to the invention and / or the fusion peptide according to the invention are used for the production of a medicament, optionally in combination with a pharmaceutically suitable carrier, for the treatment of HIV-infected patients.
  • the present invention accordingly also relates to a medicament which, optionally in combination with other pharmaceutically acceptable substances and carriers, contains a nucleic acid according to the invention and / or a vector and / or a fusion peptide according to the invention, and for the treatment of HIV-infected patients suitable is.
  • the drug can be administered orally, for example in the form of coated or uncoated tablets, granules, hard and soft gelatin capsules, or rectally in the form of suppositories.
  • the drug can also be administered parenterally - bypassing the digestive system - for example subcutaneously, intramuscularly or intravenously in the form of solutions for infusions or injections.
  • Other suitable administration forms relate to direct applications (for example to the skin) in the form of ointments, tinctures, sprays or transdermal therapeutic agents, or agents to be inhaled in the form of nasal sprays, aerosols, or in the form of microcapsules, implants or rods.
  • the appropriate dosage form depends on the type and severity of the disease.
  • the present invention relates to a kit which can be used for the treatment of HIV-infected patients, the kit comprising at least one nucleic acid according to the invention and / or a vector and / or a fusion peptide according to the invention.
  • Drawing 1 Schematic representation of the fusion peptide to inhibit HIN replication
  • (A) denotes the output vector M3, "LTR” stands for “long terminal repeat”, “SP” stands for “signal peptide”, M3 (T20) denotes an inactive variant of the T20 peptide, “hinge” denotes a connector, “MSD “stands for” Membrane Spanning Domain “(for explanation see description),” IRES “stands for” Internal Ribosomal Entry Site “and” neo “denotes a selection marker (resistance to omyeomycin).
  • (C) denotes the complete intracellular area of gp41 (FRES-B).
  • HeLa cells were cotransfected with HIV-D ⁇ A and inhibitory constructs FRES-A and FRES-B (2 ⁇ g p ⁇ L4.3 and lO ⁇ g vector). Virus production was demonstrated after three days.
  • PM-1 fetal calf serum
  • FCS fetal calf serum
  • retro viral vectors that can express the fusion peptide were packaged using the Phoenix ampho packaging cell line (Grigani et al., 1998).
  • M3 This retroviral vector (based on MP1N, Hildinger et al, 1998) expresses a fusion peptide consisting of the signal peptide (SP) of the human low affinity nerve growth factor receptor (LNGFR), followed by a T20 variant which does not cause fusion inhibition, followed by a hinge region of the murine IgG heavy chain, followed by the transmembrane domain (MSD, membrane anchor) of LNGFR (see Figure 1). (Hildinger et al, 2001). The extracellular areas were used in the test phase for simple detection of expression, while the membrane anchor was used here only as an example for different types of membrane anchoring
  • SP signal peptide
  • LNGFR human low affinity nerve growth factor receptor
  • FRES-A The nucleic acid sequence (SEQ ID NO: 1) coding for the intracellular region of the gp41 protein of HIV-2 (CBL23) was amplified by PCR and appended in frame to the reading frame of the fusion peptide from the M3 vector. The resulting new fusion peptide localizes to the plasma membrane (due to the membrane anchor) and can develop the inhibitory effect there.
  • a naturally occurring variant of the intracellular region of the gp41 was chosen for the construction of the vector FRES-A, which leads to the expression of a short intracellular region, (see drawing 1)
  • FRES-B This vector was cloned analogously to FRES-A, but here the nucleic acid sequence of a complete intracellular region of the HIV-2 (CBL23) clone is expressed in the fusion peptide. (SEQ ID NO: 3; see drawing 1)
  • the cotransfection of an HIV coding plasmid and the respective inhibitory vectors can reduce the HIV infection in a rapid HeLa Assay to be shown. It is important that the plasmid DNA with the supposedly inhibitory effect is present in excess and that the HIN infection spreads over time in the culture.
  • Example 4 Infection of stable transducile PM-1 cells to detect the inhibitory function of the new fusion peptide
  • Packaging cells can be used to represent stably transduced PM-1 cells. After transfection of the packaging cell line Phoenix-ampho, the retroviral vectors are used for transduction of the T cell line. After selection, a homogeneous culture can be generated on HIV-infectious cells, which stably expresses either the FRES-A fusion peptide or the FRES-B fusion peptide. In comparison to the non-transduced, or PM-1 line transduced by the starting vector M3, a reduction in the p24 value should be ascertained in the course of the experiment after infection with HIV if the new fusion peptides show an inhibitory effect. This approach is very close to what actually happens in vivo because T cells are used to infect HIV.

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Abstract

The invention relates to nucleic acids and to the peptides encoded by said nucleic acids, which can be used for the treatment of HIV infected patients. The invention specifically relates to membrane-anchored constructs of the intracellular domain of the HIV gp41 protein.

Description

Expression von Peptiden des zytoplasmatischen Bereiches von HIV-gp41 zur Expression of peptides in the cytoplasmic region of HIV-gp41
Hemmung viraler InfektionenInhibition of viral infections
Die vorliegende Erfindung betrifft Proteinfragmente (Peptide) des humanen Immundefizienzirus (HIN) mit antiviraler Funktion. Insbesondere betrifft die Erfindung Nukleinsäuren, die für den zytoplasmatischen Bereiches des HIV-Glykoproteins gp41 kodieren, die durch diese Nukleinsäuren kodierten Peptide, sowie die Verwendung dieser Peptide und Nukleinsäuren zur gezielten Hemmung viraler Infektionen.The present invention relates to protein fragments (peptides) of human immunodeficiency virus (HIN) with antiviral function. In particular, the invention relates to nucleic acids which code for the cytoplasmic region of the HIV glycoprotein gp41, the peptides encoded by these nucleic acids, and the use of these peptides and nucleic acids for the targeted inhibition of viral infections.
Die weltweite Ausbreitung des humanen Immundefizienzvirus (HIN) führte bis heute zu 40 Millionen HIN-Infizierten (UΝAIDS, 2001) mit täglich 15.000 Νeu-Infektionen. Für diese globale Infektion ist eine Vielzahl von bis heute nachgewiesenen HIV- Varianten (HIV-1 Gruppen M, O und Ν sowie HIV-2) verantwortlich. HlV-infizierte Patienten werden zur Zeit mittels anti-retroviraler Wirkstoffe behandelt, die zu einer substantiellen Reduktion der Virusreplikation im Patienten führt und damit direkt dem Zusammenbruch des Immunsystems entgegenwirkt. Es ist bereits bekannt, dass diese anti-retroviralen Medikamente spezifisch virale Enzyme (Reverse Transkriptase-Inhibitoren, RTI und ΝΝRTI, Protease Inhibitoren, PI) inhibieren und dadurch eine Reduktion von im Blut zirkulierenden Viruspartikel auf nicht nachweisbare Mengen bewirken. Diese Reduktion ist jedoch nur möglich, wenn eine Kombinationstherapie verschrieben und über einen längeren Zeitraum befolgt wird. Daher ist diese sogenannte hoch-aktive anti-retrovirale Therapie (HAART) nur in Ländern durchführbar, die über ein ausgebautes und funktionierendes Gesundheitssystem und die über die nötigen finanziellen Mittel zur Bereitstellung dieser Medikamente verfügen.The worldwide spread of the human immunodeficiency virus (HIN) has led to 40 million people infected with HIN (UΝAIDS, 2001) with 15,000 Νeu infections daily. A large number of HIV variants (HIV-1 groups M, O and Ν as well as HIV-2) that have been detected to date are responsible for this global infection. HIV-infected patients are currently being treated with anti-retroviral agents that lead to a substantial reduction in virus replication in the patient and thus directly counteracts the breakdown of the immune system. It is already known that these anti-retroviral drugs specifically inhibit viral enzymes (reverse transcriptase inhibitors, RTI and ΝΝRTI, protease inhibitors, PI) and thereby bring about a reduction in virus particles circulating in the blood to undetectable amounts. However, this reduction is only possible if combination therapy is prescribed and followed over a longer period of time. Therefore, this so-called highly active anti-retroviral therapy (HAART) can only be carried out in countries that have a well-developed and functioning health system and the necessary financial means to provide these drugs.
Aufgrund der hohen Fehlerrate bei der Replikation der Retroviren kommt es schnell zu Resistenzentwicklung, wenn die Medikamente nicht in der vorgeschriebenen Dosis eingenommen werden. Dies führte zur Entwicklung von bisher über 20 anti-retroviralenDue to the high error rate in replication of the retroviruses, resistance quickly develops if the medication is not taken in the prescribed dose. This has led to the development of over 20 anti-retrovirals to date
Medikamenten, die in verschiedenen Kombinationen zu einer langanhaltenden Suppression der Virusreplikation fuhren können. Eine Eliminierung von HIV aufgrund dieser langanhaltenden Suppression findet jedoch nicht statt, da das Virus in latenten Reservoirs überdauern und auf sehr niedrigem Niveau weiter replizieren kann.Medications in various combinations for long-lasting suppression virus replication. However, there is no elimination of HIV due to this long-lasting suppression, since the virus can persist in latent reservoirs and continue to replicate at a very low level.
Um die vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden, wurde im Zuge der Entwicklung einer effektiven HIV-Vakzine nach HlV-Proteinfragmenten oder Peptiden gesucht, die in andere (frühere) Mechanismen als die Virusreplikation, wie zum Beispiel bereits beim Eintritt des Virus in die Wirtszelle, eingreifen. Der gerichtete Zelleintritt (Tropismus) des HIV erfolgt zum großen Teil mittels seines äußeren, glykosylierten Hüllprotein gpl20. Dieses Protein wird als gp 160- Vorstufe vom sogenannten env- Leserahmen (envelope) des viralen Genoms kodiert. Nach der Translation wird das gp 160- Vorstufenprotein durch eine zelluläre Protease in gpl20 und in das Transmembranprotein gp41 gespalten. Beide Proteine sind für die Bindung des Virus an den zellulären Rezeptor und den anschließenden Eintritt in die Zelle essentiell. Die Bindung an die entsprechenden Oberflächenrezeptoren der infizierten Zelle (CD4-Rezeptor der T-Helferzellen und Makrophagen; Chemokinrezeptoren) führt zu konformationellen Umlagerungen und schließlich zur Fusion der viralen Membran mit der Membran der Wirtszelle.In order to avoid the disadvantages described above, in the course of the development of an effective HIV vaccine, HIV protein fragments or peptides were sought which intervene in mechanisms (earlier) than virus replication, such as, for example, when the virus entered the host cell , The targeted cell entry (tropism) of HIV takes place to a large extent by means of its outer, glycosylated coat protein gpl20. This protein is encoded as a gp 160 precursor by the so-called env reading frame (envelope) of the viral genome. After translation, the gp 160 precursor protein is cleaved by a cellular protease into gpl20 and into the transmembrane protein gp41. Both proteins are essential for the virus to bind to the cellular receptor and then enter the cell. The binding to the corresponding surface receptors of the infected cell (CD4 receptor of the T helper cells and macrophages; chemokine receptors) leads to conformational rearrangements and ultimately to the fusion of the viral membrane with the membrane of the host cell.
Im Blickpunkt der vorliegenden Erfindung stehen Peptide des Transmembranproteins gp41, das die Fusion des HIV mit der Wirtszelle vermittelt. Gp41 besteht aus einer extrazellulären Domäne mit zwei stark konservierten helikalen Bereichen (DP- 107, DP- 178), aus einem Transmembrananker sowie einer 152 Aminosäuren langen intrazellulären Domäne. Die Patentanmeldung WO 01/51673 beschreibt u.a. die Verwendung von Peptiden der helikalen Bereiche DP- 107 und DP- 178 zur Hemmung der Fusion zwischen HIV und der Wirtszelle und damit die Hemmung einer weiteren Propagierung des Virus. DP-178, das dem Fachmann auch als T-20 sowie als ,entry' -Inhibitor bekannt ist, wird bereits mit vielversprechenden Ergebnissen in ersten klinischen Studien eingesetzt (s. Kilby et al., Nature Med. 1998 Nov;4(l l):1232-3).The focus of the present invention is on peptides of the transmembrane protein gp41, which mediates the fusion of HIV with the host cell. Gp41 consists of an extracellular domain with two highly conserved helical areas (DP-107, DP-178), a transmembrane anchor and a 152 amino acid long intracellular domain. The patent application WO 01/51673 describes i.a. the use of peptides in the helical regions DP-107 and DP-178 to inhibit the fusion between HIV and the host cell and thus to inhibit further propagation of the virus. DP-178, which is also known to the person skilled in the art as T-20 and as an 'entry' inhibitor, is already being used with promising results in the first clinical studies (see Kilby et al., Nature Med. 1998 Nov; 4 (ll) : 1232-3).
Neben der Entwicklung von Peptidinhibitoren hat in den letzten Jahren auch die somatische Gentherapie als neues Therapiekonzept an Bedeutung gewonnen. Mit Hilfe dieses Konzeptes ist es möglich, die Hauptzielzellen der HIV-Infektion gezielt zur Produktion intrazellulärer anti-retroviraler Agenzien zu veranlassen, ohne auf die Einnahme von Therapeutika angewiesen zu sein. Beispielsweise wird in DE-Al 19957838 ein Nukleinsäurekonstrukt offenbart, das für eine membranständige Form der extrazellulären T-20-Region von gp41 kodiert. Die gentechnische Expression der offenbarten Nukleinsäure hemmt den durch die HIV-Hüllproteine vermittelten Eintritt des Virus in die Zelle.In addition to the development of peptide inhibitors, somatic gene therapy has also gained in importance as a new therapy concept in recent years. With help With this concept it is possible to induce the main target cells of HIV infection to produce intracellular anti-retroviral agents without having to rely on the use of therapeutic agents. For example, DE-Al 19957838 discloses a nucleic acid construct that codes for a membrane-like form of the extracellular T-20 region of gp41. The genetic expression of the disclosed nucleic acid inhibits the entry of the virus into the cell mediated by the HIV envelope proteins.
Der intrazelluläre Bereich von gp41 ist zur Zeit noch wenig untersucht. Es konnten Domänen bestimmt werden, die für den Transport des gp41 zur Plasmamembran notwendig sind (YXXO-Motiv); zwei helikale Bereiche, die für die Bindung an intrazelluläre Membranen notwendig sind (LLP1/LLP2), und ein Leuzin-Zipper Bereich, der für die Generation infektiöser Partikel notwendig ist. Keine Studien wurden bisher publiziert, die eine direkte Rolle des intrazellulären Bereiches von gp41 beim Zelleintritt beschreiben.The intracellular area of gp41 has not yet been studied very much. Domains could be determined which are necessary for the transport of the gp41 to the plasma membrane (YXXO motif); two helical areas, which are necessary for binding to intracellular membranes (LLP1 / LLP2), and a leucine zipper area, which is necessary for the generation of infectious particles. No studies have been published that describe a direct role of the intracellular region of gp41 in cell entry.
Es wurde nun gefunden, dass man eine HIV-Ausbreitung in HlV-infizierten Zellen verhindern kann, wenn man in den betroffenen Zellen Nukleinsäurekonstrukte, die für den intrazellulären Teil von gp41 kodieren, exprimiert. Im Gegensatz zu der in DE-Al 199 57 838 beschriebenen Erfindung wird demnach eine Phase der Virusreplikation inhibiert, die bereits im Innern der infizierten Zelle stattfindet, also zeitlich später. Es lassen sich somit gezielt verschiedene Stufen einer HIV-Infektion ausschalten. Der unerwartete Effekt wurde unter anderem dadurch erzielt, dass die erfindungsgemäße Nukleinsäure zusätzlich für ein Peptid kodiert, welches der Membranverankerung des gp41 -Anteils dient.It has now been found that HIV spread in HIV-infected cells can be prevented by expressing nucleic acid constructs which code for the intracellular part of gp41 in the affected cells. In contrast to the invention described in DE-Al 199 57 838, a phase of virus replication is inhibited which already takes place inside the infected cell, that is to say later. Different stages of HIV infection can thus be specifically switched off. The unexpected effect was achieved, inter alia, by the fact that the nucleic acid according to the invention additionally codes for a peptide which serves to anchor the gp41 component in the membrane.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Nukleinsäuresequenz der allgemeinen FormelThe present invention therefore relates to a nucleic acid sequence of the general formula
5' - (Marker) - MSD - intrazellulärer Bereich gp41 - 3' wobei „5' " das 5'-Ende der Nukleinsäuresequenz bezeichnet,5 '- (marker) - MSD - intracellular area gp41 - 3' where "5 '" denotes the 5' end of the nucleic acid sequence,
„3' " das 3 '-Ende der Nukleinsäuresequenz bezeichnet,"3 '" denotes the 3' end of the nucleic acid sequence,
„(Marker)" eine optional vorhandene DNA-Region, die für ein extrazelluläres Peptid zum Nachweis des Konstrukts kodiert, bezeichnet, „MSD" die für eine „membrane spanning domain" kodierende DNA-Region,“(Marker)” denotes an optionally present DNA region which codes for an extracellular peptide for the detection of the construct, “MSD” denotes the DNA region coding for a “membrane spanning domain”,
Fragmente oder Derivate davon, bezeichnet, undFragments or derivatives thereof, designated, and
„intrazellulärer Bereich gp41" eine DNA-Region, für den intrazellulär exprimierten Bereich des gp41, eines Fragments oder Derivates davon, von HIV kodiert, bezeichnet."Intracellular region gp41" denotes a DNA region for the intracellularly expressed region of gp41, a fragment or derivative thereof, encoded by HIV.
Die Erfindung betrifft außerdem Nukleinsäuren der allgemeinen Formel 5' - MSD - (Marker) - intrazellulärer Bereich gp41 - 3' sowie 5' - MSD - intrazellulärer Bereich gp41 - (Marker) - 3' sowie Fragmente und Derivate besagter Nukleinsäuren.The invention also relates to nucleic acids of the general formula 5 '- MSD - (marker) - intracellular region gp41 - 3' and 5 '- MSD - intracellular region gp41 - (marker) - 3' as well as fragments and derivatives of said nucleic acids.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Bezeichnung „HIV" sämtliche Virus- Subtypen von sowohl HIV-1 als auch HIV-2.According to the present invention, the term "HIV" includes all virus subtypes of both HIV-1 and HIV-2.
Als „gp41" kommen für die vorliegende Erfindung sämtliche gp41 -Varianten aller HIV- Subtypen in Frage. Ein Beispiel für eine für den intrazellulären Bereich eines geeigneten gp41 kodierende Nukleinsäure stellt die Nukleinsäuresequenz von Nukleinsäure 2089 bis 2580 der Genbank-Zugangsnummer U05352 dar. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.All gp41 variants of all HIV subtypes come into question as “gp41” for the present invention. An example of a nucleic acid coding for the intracellular region of a suitable gp41 is the nucleic acid sequence of nucleic acid 2089 to 2580 of Genbank accession number U05352. The invention however, it is not limited to this.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich die vorstehende Bezeichnung „Fragment und Derivat" auf DNA-Sequenzen, die für den intrazellulär exprimierten Bereich von gp41 kodieren, bei denen mindestens ein Nukleotid der in Frage kommenden Sequenzen durch mindestens ein Nukleotid, das von dem ursprünglichen verschieden ist, ersetzt werden kann, oder auf gp41 -DNA-Sequenzen, bei denen die ursprüngliche Nukleotidsequenz entweder am 5'-, am 3'- oder an beiden Enden und/oder innerhalb der Sequenz entweder verlängert, verkürzt oder an einem Ende verkürzt und am anderen Ende verlängert ist, vorausgesetzt, dass die Funktion und biologische Wirkung des kodierten gp41 -Bereichs erhalten bleibt. Ein Beispiel für eine verkürzte Form des intrazellulär exprimierten Bereichs von gp41 stellt die Nukleinsäuresequenz von Nukleinsäure 2089 bis 2226 der Nukleinsäuresequenz mit der Genbank-Zugangsnummer U05352 dar. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.For the purposes of the present invention, the above term “fragment and derivative” refers to DNA sequences which are for the intracellularly expressed region of gp41 encode in which at least one nucleotide of the sequences in question can be replaced by at least one nucleotide which is different from the original one, or on gp41 DNA sequences in which the original nucleotide sequence is either on the 5 'or 3' - or at both ends and / or within the sequence either extended, shortened or shortened at one end and extended at the other end, provided that the function and biological effect of the encoded gp41 region is retained. An example of a shortened form of the intracellularly expressed region of gp41 is the nucleic acid sequence from nucleic acid 2089 to 2226 of the nucleic acid sequence with the Genbank accession number U05352. However, the invention is not restricted to this.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der „intrazelluläre Bereich gρ41" die in SEQ ID NO:l dargestellte Sequenz (FRES-A), Fragmente und Derivate davon.In a preferred embodiment, the “intracellular region gρ41” comprises the sequence shown in SEQ ID NO: 1 (FRES-A), fragments and derivatives thereof.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der „intrazelluläre Bereich gp41" die in SEQ ID NO:3 dargestellte Sequenz (FRES-B), Fragmente und Derivate davon.In a particularly preferred embodiment, the "intracellular region gp41" comprises the sequence shown in SEQ ID NO: 3 (FRES-B), fragments and derivatives thereof.
Analog zu dem vorgenannten bezieht sich „Fragmente und Derivate" auf DNA-Sequenzen die für eine MSD kodieren, bei denen mindestens ein Nukleotid der ursprünglichen Sequenz durch mindestens ein Nukleotid, das von dem ursprünglichen Nukleotid verschieden ist, ersetzt werden kann, oder auf MSD-DNA-Sequenzen, bei denen die ursprüngliche Nukleotidsequenz entweder am 5'-, am 3'- oder an beiden Enden und/oder innerhalb der Sequenz entweder verlängert, verkürzt oder an einem Ende verkürzt und am anderen Ende verlängert ist, vorausgesetzt, dass die Funktion und biologische Wirkung des kodierten MSD-Bereichs erhalten bleibt.Analogously to the aforementioned, “fragments and derivatives” refers to DNA sequences which code for an MSD, in which at least one nucleotide of the original sequence can be replaced by at least one nucleotide which is different from the original nucleotide, or to MSD- DNA sequences in which the original nucleotide sequence is either elongated, truncated, or truncated at either 5 ', 3', or both ends and / or within the sequence, or truncated at one end and elongated at the other end, provided that the function and biological effect of the coded MSD area is retained.
Die Erfindung schließt verschiedene Möglichkeiten zur Verankerung des von der erfindungsgemäßen Nukleinsäure kodierten Peptids an der Membran ein. „MSD" kann daher für ein Peptid kodieren, das ein Motiv zur intrazellulären Anhängung eines - 0 -The invention includes various possibilities for anchoring the peptide encoded by the nucleic acid according to the invention to the membrane. "MSD" can therefore code for a peptide that has a motive for intracellular attachment of a - 0 -
Membranankers birgt, z.B. Myristoyl-, bzw. Prenyl oder CaaX-Motiv. Für die vorliegende Erfindung ist es jedoch zweckmäßig, aber nicht zwingend erforderlich, wenn „MSD" für einen Transmembrananker eines Typ I - Transmembranproteins kodiert. Unter einem Typ I - Transmembranprotein versteht der Fachmann ein Transmembranprotein mit extrazellulärem Amino- und intrazellulärem Carboxyterminus.Membrane anchor contains e.g. Myristoyl or Prenyl or CaaX motif. For the present invention, however, it is expedient, but not absolutely necessary, if “MSD” codes for a transmembrane anchor of a type I transmembrane protein. The person skilled in the art understands a type I transmembrane protein as a transmembrane protein with extracellular amino and intracellular carboxy terminus.
Geeignet für die Erfindung sind demnach MSD aller dem Fachmann zugänglichen Typ I- Transmembranproteine. Bevorzugt sind MSD von Typ I-Transmembranproteinen, die ausgewählt sind aus der nicht abschließenden Liste von Beispielen wie Ribophorin I und II, MHC-Klasse I, HIV-1-Vpu, Synaptotagmin II, Maus-CMV-gp48, Mensch-CMV-USl 1 , Calnexin, PERK, UDP-Glucuronosyltransferase, low affinity nerve growth factor receptor (LNGFR) oder CD34. Besonders bevorzugt sind MSD von LNGFR oder CD34. Ganz besonders bevorzugt ist die MSD, ein Fragment oder Derivat davon, von LNGFR.Accordingly, MSD of all type I transmembrane proteins accessible to the person skilled in the art are suitable for the invention. Preferred are MSD of type I transmembrane proteins which are selected from the non-exhaustive list of examples such as ribophorin I and II, MHC class I, HIV-1-Vpu, Synaptotagmin II, mouse-CMV-gp48, human-CMV-USI 1, calnexin, PERK, UDP-glucuronosyltransferase, low affinity nerve growth factor receptor (LNGFR) or CD34. MSD from LNGFR or CD34 are particularly preferred. The MSD, a fragment or derivative thereof, of LNGFR is very particularly preferred.
Als „Marker" zum Nachweis der durch die erfindungsgemäße Nukleinsäure kodierten Peptide kommen verschiedene Peptide bzw. dafür kodierende DNA-Sequenzen in Betracht. Generell schließt die Erfindung alle extrazellulären Domänen ein, die sich für einen Nachweis, beispielsweise für einen immunologischen Nachweis, eignen. Für die vorliegende Erfindung eignen sich besonders sogenannte Reportergene oder andere Gene, die für Proteine bzw. Peptide kodieren, deren Anwesenheit leicht zu bestimmen ist. Marker, die sich zur Ausführung der vorliegenden Erfindung eignen, können ausgewählt sein aus der Gruppe, umfassend sogenannte „epitope-tags" (c-Myc, Hämagglutinin, FLAG), Biotin, Digoxygenin, Meerrettichperoxidase, Alkalische Phosphatase, Green Fluorescent Protein (GFP) und Derivate davon mit veränderter Fluoreszenz (EGFP, EYFP, EFCP), ß-Galactosidase, Luciferasen, ß-Glucuronidase und ß-Lactamase. Verfahren zum Nachweis der vorstehenden Marker sind dem Fachmann bekannt.Various peptides or DNA sequences coding therefor can be considered as “markers” for detecting the peptides encoded by the nucleic acid according to the invention. In general, the invention includes all extracellular domains that are suitable for detection, for example for immunological detection "The present invention is particularly suitable for so-called reporter genes or other genes which code for proteins or peptides, the presence of which is easy to determine. Markers which are suitable for carrying out the present invention can be selected from the group comprising so-called" epitope- tags "(c-Myc, hemagglutinin, FLAG), biotin, digoxygenin, horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, green fluorescent protein (GFP) and derivatives thereof with altered fluorescence (EGFP, EYFP, EFCP), ß-galactosidase, luciferases, ß-glucuronidase and β-lactamase. Methods for detecting the above markers are known to the person skilled in the art.
In einer weiteren Ausführungsform kodiert der Marker für eine inaktive T-20- Variante, welche nicht den vorher beschriebenen Effekt, nämlich eine fusionsinhibierende Wirkung, aufweist. In diesem Falle erfolgt der Nachweis mittels dem Fachmann bekannter Methoden unter Verwendung von T-20-spezifischen Antikörpern, z.B. Fluorescent Activated Cell Sorting (FACS), Western Blot, Immunpräzipitation, Enzyme-linked Immunoadsorbent Assay (ELISA) oder Radioactive Immunoadsorbent Assay (RIA). Vorteilhaft ist es, wenn der zum Nachweis verwendete Antikörper mit einem Molekül gekoppelt ist, das den Nachweis ermöglicht oder dazu beiträgt. Geeignet hierfür sind beispielsweise Biotin, Meerrettichperoxidase, Alkalische Phosphatase, Fluoreszein-Isothiocynat (FITC), Tetramethylrhodamin-Isothiocyanat (TRITC), Diamidinophenylindol (DAPI) und Phycoerythrin.In a further embodiment, the marker codes for an inactive T-20 variant which does not have the previously described effect, namely a fusion-inhibiting effect. In this case, the detection is carried out by methods known to the person skilled in the art using T-20-specific antibodies, for example fluorescent activated cell Sorting (FACS), Western blot, immunoprecipitation, enzyme-linked immunoadsorbent assay (ELISA) or radioactive immunoadsorbent assay (RIA). It is advantageous if the antibody used for the detection is coupled to a molecule which enables the detection or contributes to it. Suitable for this are, for example, biotin, horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, fluorescein isothiocynate (FITC), tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRITC), diamidinophenylindole (DAPI) and phycoerythrin.
Für die vorliegende Erfindung kann es auch wünschenswert sein, wenn die erfindungsgemäße Nukleinsäure keinen für einen Marker kodierenden Bereich enthält. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Nukleinsäure für (gen-)therapeutische Zwecke eingesetzt wird. Dann ist es wichtig, wenn die Nukleinsäure für ein möglichst kleines Peptid kodiert und das besagte Peptid möglichst frei von zusätzlichen, für die Wirkung abdingbaren Fremdanteilen ist, die sich möglicherweise ungünstig auf den physiologischen Zustand der Zielzelle auswirken.It may also be desirable for the present invention if the nucleic acid according to the invention does not contain a region coding for a marker. This is particularly advantageous if the nucleic acid is used for (gene) therapeutic purposes. Then it is important if the nucleic acid codes for the smallest possible peptide and the said peptide is as free as possible from additional foreign components that are essential for the effect and which may have an unfavorable effect on the physiological state of the target cell.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Nukleinsäure zur Expression des von ihr kodierten Peptids in Zellen, insbesondere HlV-infizierten Zellen, eingesetzt.The nucleic acid according to the invention is preferably used to express the peptide it encodes in cells, in particular HIV-infected cells.
Zum Einbringen der erfindungsgemäßen Nukleinsäure in die Wirts- bzw. Zielzelle (Transfektion bzw. Transformation) stehen dem Fachmann zahlreiche Verfahren - abhängig von der gewählten Wirtszelle - zur Verfügung. Die einfachste Methode für den Gentransfer ist die Injektion „nackter" Nukleinsäuren in ein Zielgewebe / Zielzellen. Eine effizientere Methode besteht in der Manipulation einer einzelnen Zelle durch die sogenannte Mikroinjektion der Nukleinsäure in den Zellkern. Besonders günstig ist der Einsatz von Reagenzien und Methoden, die Kalziumchlorid, Rubidiumchlorid, Litiumchlorid, Kalziumphosphat, DEAE-Dextran, kationische Lipide, Liposomen, biolistische Partikelbombardierung („gene gun"-Methode), Hitzeschocktransformation und Elektroporation, sowie beliebige Kombinationen davon umfassen. Für die Expression und für das Einbringen der Nukleinsäure in die Zielzelle ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Nukleinsäure in einem sogenannten Expressionsvektor inseriert ist.Numerous methods are available to the person skilled in the art for introducing the nucleic acid according to the invention into the host or target cell (transfection or transformation), depending on the host cell selected. The simplest method for gene transfer is the injection of "naked" nucleic acids into a target tissue / target cells. A more efficient method is the manipulation of a single cell by the so-called microinjection of the nucleic acid into the cell nucleus. The use of reagents and methods is particularly favorable Calcium chloride, rubidium chloride, lithium chloride, calcium phosphate, DEAE dextran, cationic lipids, liposomes, biolistic particle bombardment ("gene gun" method), heat shock transformation and electroporation, as well as any combination thereof. For the expression and for the introduction of the nucleic acid into the target cell, it is advantageous if the nucleic acid according to the invention is inserted in a so-called expression vector.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine rekombinante DNA und einen Expressionsvektor, welche die erfϊndungsgemäße Nukleinsäure enthalten.The present invention therefore also relates to a recombinant DNA and an expression vector which contain the nucleic acid according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Expressionsvektor um einen eukaryontischen, insbesondere menschlichen, bakteriellen oder einen retroviralen Vektor, ein Plasmid, Bakteriophagen oder um andere in der Gentechnik übliche Vektoren, die zur Expression von Proteinen bzw. Peptiden geeignet sind. Falls gewünscht oder erforderlich, kann die Nukleinsäuresequenz im erfindungsgemäßen Vektor mit regulatorischen Elementen, die Transkription und Synthese einer translatierbaren mRNA in pro- und/oder eukaryontischen Zellen gewährleisten, operativ verbunden sein. Derartige regulatorische Elemente sind Promotoren, Enhancer oderIn a preferred embodiment, the expression vector is a eukaryotic, in particular human, bacterial or a retroviral vector, a plasmid, bacteriophage or other vectors customary in genetic engineering which are suitable for the expression of proteins or peptides. If desired or necessary, the nucleic acid sequence in the vector according to the invention can be operatively linked to regulatory elements which ensure transcription and synthesis of a translatable mRNA in pro- and / or eukaryotic cells. Such regulatory elements are promoters, enhancers or
Transkriptionsterminationssignale, können aber auch Introns oder ähnliche Elemente sein, wie Elemente, welche die Stabilität und Vermehrung des Vektors, die Selektion und/oder die Integration in das Wirtsgenom ermöglichen oder dazu beitragen.Transcription termination signals, however, can also be introns or similar elements, such as elements which enable or contribute to the stability and multiplication of the vector, the selection and / or the integration into the host genome.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Nukleinsäure in einen retroviralen Vektor inseriert. Retroviren sind sogenannte RNA- Viren, deren Genom nach Infektion einer Zelle revers in DNA transkribiert und in das Wirtszell-Genom integriert wird. Die Aufnahme in die Zelle erfolgt hierbei über rezeptorgesteuerte Endozytose. Bei manchen retroviralen Vektoren wird die Expression des Vektors nach Aufnahme eines Virus ausgeschaltet, so dass die Zelle nur einmal infiziert wird. Die Integration der viralen DNA in das Genom wird durch ein viralkodiertes Protein, Integrase, bewirkt, wobei der Integrationsort unspezifisch ist. Vektoren auf retroviraler Basis sind aufgrund der vorstehend genannten Eigenschaften insbesondere für die Gentherapie geeignet, denn sie werden durch die rezeptorgesteuerte Endozytose effizienter aufgenommen, und effizienter integriert, da der Prozess enzymatisch erfolgt. Der Fachmann kennt diesen Vorgang auch unter der Bezeichnung „retrovirale Transduktion". Dem Fachmann ist bekannt, wie solche Vektoren mittels sogenannter „Packaging Cells", die sogenannte Helferviren im Genom tragen, in die Zielzelle eingeschleust werden. Die Erfindung umfasst alle retroviralen Vektoren, die sich beispielsweise von Onko-, Lenti- oder Spumaviren ableiten.In a particularly preferred embodiment, the nucleic acid according to the invention is inserted into a retroviral vector. Retroviruses are so-called RNA viruses, the genome of which is reverse transcribed into DNA after infection of a cell and integrated into the host cell genome. The uptake into the cell takes place via receptor-controlled endocytosis. With some retroviral vectors, the expression of the vector is switched off after ingestion of a virus, so that the cell is infected only once. The integration of the viral DNA into the genome is effected by a virally encoded protein, integrase, the location of integration being non-specific. Because of the properties mentioned above, retroviral-based vectors are particularly suitable for gene therapy, because they are absorbed more efficiently by receptor-controlled endocytosis and integrated more efficiently since the process takes place enzymatically. The person skilled in the art knows this process also under the name "retroviral transduction". The person skilled in the art knows how such vectors are introduced into the target cell by means of so-called “packaging cells”, which carry so-called helper viruses in the genome. The invention encompasses all retroviral vectors which are derived, for example, from Onko, Lenti or Spuma viruses.
Beispielhaft für die vorstehend genannten retroviralen Vektoren handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Vektor um M87m3 (M3) (siehe Hildinger et al., 2001, J. Virol., Vol 75, Seiten 3038-3042), der zusätzlich den kodierenden Bereich für eine MSD und für einen Marker (hier: inaktive T20- Variante) enthält. Diese Elemente sind für die Erfindung jedoch nicht zwingend erforderlich, sondern können weggelassen oder gegen gleichartig wirkende Elemente ausgetauscht werden. Für die Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren gemäß SEQ ID NO:l und SEQ ID NO:3 unter Wahrung des Leserahmens unmittelbar an das 3 '-Ende der für eine MSD kodierende Nukleinsäuresequenz inseriert werden.As an example of the retroviral vectors mentioned above, the vector according to the invention is M87m3 (M3) (see Hildinger et al., 2001, J. Virol., Vol 75, pages 3038-3042), which also contains the coding region for an MSD and for a marker (here: inactive T20 variant). However, these elements are not absolutely necessary for the invention, but can be omitted or exchanged for elements having the same effect. It is advantageous for the invention if the nucleic acids according to SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3 according to the invention are inserted directly into the 3 'end of the nucleic acid sequence coding for an MSD while maintaining the reading frame.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines rekombinanten Proteins, eines Fragments oder Derivats davon, das von der erfindungsgemäßen Nukleinsäure kodiert wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Einbringen eines erfindungsgemäßen Vektors, der die erfindungsgemäße Nukleinsäure enthält, in eine geeignete Wirtszelle mittels geeigneter Methoden, wobei die Wirtszelle pro- oder eukaryontisch sein kann, (b) Kultivierung der transfizierten Wirtszelle und (c) Isolierung des rekombinanten Proteins aus der Wirtszelle oder aus dem Kulturmedium.The invention also includes a method for producing a recombinant protein, a fragment or derivative thereof, which is encoded by the nucleic acid according to the invention. The method comprises the following steps: (a) introducing a vector according to the invention, which contains the nucleic acid according to the invention, into a suitable host cell by means of suitable methods, where the host cell can be pro- or eukaryotic, (b) culturing the transfected host cell and (c) Isolation of the recombinant protein from the host cell or from the culture medium.
Falls gewünscht oder erforderlich können die gemäß Schritt (c) isolierten Proteine für andere Zwecke weiter aufgereinigt werden. Der Fachmann kennt hierfür zahlreiche Methoden, z.B. Salzfraktionierung, Größenausschlusschromatografie,If desired or necessary, the proteins isolated according to step (c) can be further purified for other purposes. The person skilled in the art knows numerous methods for this, e.g. Salt fractionation, size exclusion chromatography,
Ionenaustauschchromatografie, Reverse-Phase-Chromatografie, Affinitätschomatografϊe und ähnliches. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein von der erfindungsgemäßen Nukleinsäure kodiertes Fusionspeptid der allgemeinen FormelIon exchange chromatography, reverse phase chromatography, affinity chromatography and the like. The present invention furthermore relates to a fusion peptide of the general formula encoded by the nucleic acid according to the invention
NH2 - (Marker) - MSD - intrazellulärer Bereich gp41 - COOH wobeiNH 2 - (marker) - MSD - intracellular area gp41 - COOH where
„NH2" das aminoterminale Ende des Fusionspeptids bezeichnet,"NH 2 " denotes the amino terminal end of the fusion peptide,
„COOH" das carboxyterminale Ende des Fusionspeptids bezeichnet,"COOH" denotes the carboxy terminal end of the fusion peptide,
„(Marker)" ein optional vorhandenes, extrazelluläres Peptid zum Nachweis des Fusionspeptids bezeichnet, „MSD" eine „membrane spanning domain", ein Fragment oder Derivat davon, bezeichnet, und“(Marker)” denotes an optionally available extracellular peptide for the detection of the fusion peptide, “MSD” denotes a “membrane spanning domain”, a fragment or derivative thereof, and
„intrazellulärer Bereich gp41" den intrazellulär exprimierten Bereich des gp41, ein Fragment oder Derivat davon, bezeichnet."Intracellular region gp41" denotes the intracellularly expressed region of gp41, a fragment or derivative thereof.
Die Erfindung betrifft außerdem Fusionspeptide der allgemeinen Formeln NH2 - MSD - (Marker) - intrazellulärer Bereich gp41 - COOH sowieThe invention also relates to fusion peptides of the general formulas NH 2 - MSD - (marker) - intracellular region gp41 - COOH and
NH2 - MSD - intrazellulärer Bereich gp41 - (Marker) - COOH sowie Fragmente und Derivate von besagten Fusionspeptiden.NH 2 - MSD - intracellular region gp41 - (marker) - COOH as well as fragments and derivatives of said fusion peptides.
Für die vorliegende Erfindung kann es auch wünschenswert sein, wenn das erfindungsgemäße Fusionspeptid keinen Marker enthält. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Fusionspeptid für therapeutische Zwecke eingesetzt wird. Dann ist es wichtig, wenn das Fusionspeptid möglichst klein und möglichst frei von zusätzlichen, für die Wirkung abdingbaren Fremdanteilen ist, die sich möglicherweise ungünstig auf den physiologischen Zustand der Zielzelle auswirken. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezieht sich die vorstehende Bezeichnung „Fragment und Derivat" auf Aminosäuresequenzen des intrazellulär exprimierten Bereiches von gp41, bei denen mindestens eine Aminosäure einer geeigneten gp41 -Sequenz durch mindestens eine Aminosäure, die von der ursprünglichen verschieden ist, ersetzt werden kann, oder auf gp41- Aminosäuresequenzen, bei denen die ursprüngliche Aminosäuresequenz entweder am amino-, am carboxyterminalen oder an beiden Enden und/oder innerhalb der Sequenz entweder verlängert, verkürzt oder an einem Ende verkürzt und am anderen Ende verlängert ist, vorausgesetzt, dass die Funktion und biologische Wirkung des gp41 -Bereiches erhalten bleibt.It may also be desirable for the present invention if the fusion peptide according to the invention does not contain a marker. This is particularly advantageous when the fusion peptide is used for therapeutic purposes. Then it is important if the fusion peptide is as small as possible and as free as possible from additional foreign components that are essential for the effect, which may have an unfavorable effect on the physiological state of the target cell. In connection with the present invention, the above term “fragment and derivative” refers to amino acid sequences of the intracellularly expressed region of gp41, in which at least one amino acid of a suitable gp41 sequence can be replaced by at least one amino acid that is different from the original one , or on gp41 amino acid sequences, in which the original amino acid sequence is either extended, shortened or shortened at one end and / or shortened at one end and / or extended at the other end either at the amino, carboxy terminal or at both ends and / or within the sequence, provided that the function and biological effect of the gp41 range is retained.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der „intrazelluläre Bereich gp41" die in SEQ ID NO:2 dargestellte Sequenz. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der „intrazelluläre Bereich gp41" die in SEQ ID NO:4 dargestellte Sequenz.In a preferred embodiment, the "intracellular region gp41" comprises the sequence shown in SEQ ID NO: 2. In a particularly preferred embodiment, the "intracellular region gp41" comprises the sequence shown in SEQ ID NO: 4.
Hinsichtlich der Definitionen von „Marker", „HIV" und „MSD" gelten die vorstehend für die erfindungsgemäße Nukleinsäure gemachten Angaben, wobei diese dann auf Proteinebene bezogen sind.With regard to the definitions of “marker”, “HIV” and “MSD”, the statements made above for the nucleic acid according to the invention apply, these then being based on the protein level.
In einem weiteren Aspekt führt die Insertion der Nukleinsäuresequenz in erfindungsgemäße, gentherapeutisch anzuwendende Vektoren und das Einbringen der erfindungsgemäßen Vektoren in HlV-infizierte Zellen zur Expression eines Fusionspeptides, wodurch eine starke Hemmung der HIV-Replikation verursacht wird. Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Vektors für die Behandlung von HIV- Infektionen.In a further aspect, the insertion of the nucleic acid sequence into vectors according to the invention to be used for gene therapy and the introduction of the vectors according to the invention into HIV-infected cells leads to the expression of a fusion peptide, which causes a strong inhibition of HIV replication. The invention therefore also relates to the use of the vector according to the invention for the treatment of HIV infections.
In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Hemmung der HIV- induzierten Zellfusion, wobei dieses das Inkontaktbringen und die Transfektion / viraleIn this context, the invention relates to a method for inhibiting HIV-induced cell fusion, said contacting and transfection / viral
Transduktion der HlV-infizierbaren Zelle mit dem erfindungsgemäßen Vektor umfasst. Günstig zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anwesenheit der vorgenannten Reagenzien bzw. der Einsatz der vorstehend genannten Methoden, die dem Fachmann bekannt sind und die eine Aufnahme der erfindungsgemäßen Nukleinsäure in die Zelle ermöglichen bzw. dazu beitragen.Transduction of HIV infected cell with the vector according to the invention comprises. The presence of the is advantageous for carrying out the method according to the invention The aforementioned reagents or the use of the methods mentioned above, which are known to the person skilled in the art and which enable or contribute to the absorption of the nucleic acid according to the invention into the cell.
Als mögliche Zielzellen für eine Transfektion/virale Transduktion mit einem erfindungsgemäßen Vektor sind alle Zellarten denkbar. Besonders bevorzugt für das vorstehend genannte Verfahren sind T-Lymphozyten und/oder hämatopoetische Stammzellen. Ganz besonders bevorzugt sind T-Lymphozyten.All cell types are conceivable as possible target cells for a transfection / viral transduction with a vector according to the invention. T lymphocytes and / or hematopoietic stem cells are particularly preferred for the above-mentioned method. T lymphocytes are very particularly preferred.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Hemmung der HlV-induzierten Zellfusion, wobei dieses das Inkontaktbringen der HlV-infizierbaren Zelle mit dem erfindungsgemäßen Fusionspeptid oder eines Fragments oder Derivats davon umfasst. Das Verfahren kann in vitro in einer wässrigen Lösung, in vivo in einem geeigneten Zellkultur- Assay, oder in einem Lebewesen mittels geeigneter Verabreichungsformen durchgeführt werden.The invention further relates to a method for inhibiting HIV-induced cell fusion, this comprising contacting the HIV-infectable cell with the fusion peptide according to the invention or a fragment or derivative thereof. The method can be carried out in vitro in an aqueous solution, in vivo in a suitable cell culture assay, or in a living being by means of suitable administration forms.
Die erfindungsgemäße Nukleinsäure und/oder der erfindungsgemäße Vektor und/oder das erfindungsgemäße Fusionspeptid können im Sinne der vorliegenden Erfindung als Arzneimittel, optional in Kombination mit einem geeigneten Trägerstoff, verwendet werden.The nucleic acid according to the invention and / or the vector according to the invention and / or the fusion peptide according to the invention can be used in the context of the present invention as a medicament, optionally in combination with a suitable carrier.
Dabei ist es unerheblich, ob die erfindungsgemäße Nukleinsäure und/oder der erfindungsgemäße Vektor und/oder das erfindungsgemäße Fusionspeptid alleine oder in Kombination mit anderen aktiven Substanzen verabreicht werden. Die Verabreichung der aktiven Substanzen kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. Die Dosis und/oder die Einwirkzeit des Arzneimittels ist variabel und hängt vom physiologischen Zustand der zu behandelnden Person ab. Dabei können Alter, Gewicht und Geschlecht des Patienten eine Rolle spielen. Außerdem kann es von Bedeutung sein, ob die Krankheit akut, chronisch oder prophylaktisch behandelt werden muss. In einer weiteren Ausführungsform werden die erfϊndungsgemäße Nukleinsäure und/oder der erfindungsgemäße Vektor und/oder das erfindungsgemäße Fusionspeptid zur Herstellung eines Arzneimittels, optional in Verbindung mit einem pharmazeutisch geeigneten Trägerstoff, für die Behandlung von HlV-infi zierten Patienten verwendet.It is immaterial whether the nucleic acid according to the invention and / or the vector according to the invention and / or the fusion peptide according to the invention are administered alone or in combination with other active substances. The active substances can be administered simultaneously or in succession. The dose and / or the exposure time of the drug is variable and depends on the physiological condition of the person to be treated. The patient's age, weight and gender can play a role here. It can also be important whether the disease needs to be treated acutely, chronically or prophylactically. In a further embodiment, the nucleic acid according to the invention and / or the vector according to the invention and / or the fusion peptide according to the invention are used for the production of a medicament, optionally in combination with a pharmaceutically suitable carrier, for the treatment of HIV-infected patients.
Die Herstellung solcher Arzneimittel sind dem Fachmann bekannt. Für die Stabilität und Wirksamkeit des Arzneimittels ist gegebenenfalls die Anwesenheit von Stabilisatoren und Trägersubstanzen wie Stärke, Laktose, Stearinsäure, Fette, Wachse, Alkohole oder physiologische Kochsalzlösungen oder anderer Additiva wie Konservierungsstoffe, Farbstoffe, Geschmacksstoffe erforderlich. Arzneimittel in flüssiger Form lassen sich, falls erforderlich, lyophilisieren.The preparation of such medicaments is known to the person skilled in the art. For the stability and effectiveness of the drug, the presence of stabilizers and carrier substances such as starch, lactose, stearic acid, fats, waxes, alcohols or physiological saline solutions or other additives such as preservatives, colorings, flavorings may be required. Drugs in liquid form can be lyophilized if necessary.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach auch ein Arzneimittel, das, optional in Kombination mit weiteren, pharmazeutisch verträglichen Substanzen und Trägerstoffen, eine erfindungsgemäße Nukleinsäure und/oder einen erfindungsgemäßen Vektor und/oder ein erfindungsgemäßes Fusionspeptid enthält, und das für die Behandlung von HIV- infizierten Patienten geeignet ist.The present invention accordingly also relates to a medicament which, optionally in combination with other pharmaceutically acceptable substances and carriers, contains a nucleic acid according to the invention and / or a vector and / or a fusion peptide according to the invention, and for the treatment of HIV-infected patients suitable is.
Die Verabreichung des Arzneimittels kann oral erfolgen, z.B. in Form von beschichteten oder unbeschichteten Tabletten, Granulaten, harten und weichen Gelatinekapseln, oder sie kann rektal in Form von Zäpfchen erfolgen. Das Arzneimittel kann auch parenteral - unter Umgehung des Verdauungsapparates - z.B. subkutan, intramuskulär oder intravenös in Form von Lösungen für Infusionen oder Injektionen verabreicht werden. Andere geeignete Darreichungsformen betreffen direkte Applizierungen (z.B. auf die Haut) in Form von Salben, Tinkturen, Sprays oder transdermalen therapeutischen Mitteln, oder zu inhalierende Mittel in Form von Nasensprays, Aerosolen, oder in Form von Mikrokapseln, Implantaten oder Stäbchen. Die geeignete Darreichungsform hängt von der Art und der Schwere der Krankheit ab. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kit, das zur Behandlung von HIV- infizierten Patienten eingesetzt werden kann, wobei das Kit mindestens eine erfindungsgemäße Nukleinsäure und/oder einen erfindungsgemäßen Vektor und/oder ein erfindungsgemäßes Fusionspeptid umfasst.The drug can be administered orally, for example in the form of coated or uncoated tablets, granules, hard and soft gelatin capsules, or rectally in the form of suppositories. The drug can also be administered parenterally - bypassing the digestive system - for example subcutaneously, intramuscularly or intravenously in the form of solutions for infusions or injections. Other suitable administration forms relate to direct applications (for example to the skin) in the form of ointments, tinctures, sprays or transdermal therapeutic agents, or agents to be inhaled in the form of nasal sprays, aerosols, or in the form of microcapsules, implants or rods. The appropriate dosage form depends on the type and severity of the disease. Finally, the present invention relates to a kit which can be used for the treatment of HIV-infected patients, the kit comprising at least one nucleic acid according to the invention and / or a vector and / or a fusion peptide according to the invention.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Zeichnung 1 : Schematische Darstellung des Fusionspeptids zur Inhibition der HIN- ReplikationDrawing 1: Schematic representation of the fusion peptide to inhibit HIN replication
(A) bezeichnet den Ausgangsvektor M3, „LTR" steht für „Long Terminal Repeat", „SP" steht für „Signalpeptid", M3(T20) bezeichnet eine inaktive Variante des T20-Peptids, „hinge" bezeichnet ein Verbindungsstück, „MSD" steht für „Membrane Spanning Domain" (Erläuterung siehe Beschreibung), „IRES" steht für „Internal Ribosomal Entry Site" und „neo" kennzeichnet einen Selektionsmarker (Resistenz gegen Νeomycin).(A) denotes the output vector M3, "LTR" stands for "long terminal repeat", "SP" stands for "signal peptide", M3 (T20) denotes an inactive variant of the T20 peptide, "hinge" denotes a connector, "MSD "stands for" Membrane Spanning Domain "(for explanation see description)," IRES "stands for" Internal Ribosomal Entry Site "and" neo "denotes a selection marker (resistance to omyeomycin).
(B) bezeichnet einen verkürzten intrazellulären Bereich von gp41 (der Pfeil markiert die Stelle des vorzeitigen Stoppkodons) (FRES-A)(B) denotes a truncated intracellular region of gp41 (the arrow marks the location of the premature stop codon) (FRES-A)
(C) bezeichnet den vollständigen intrazellulären Bereich von gp41 (FRES-B).(C) denotes the complete intracellular area of gp41 (FRES-B).
Zeichnung 2: Inhibition der HIV-Infektion durch den zytoplasmatischen Bereich des gp41Drawing 2: Inhibition of HIV infection by the cytoplasmic region of the gp41
HeLa-Zellen wurden mit HIV-DΝA und inhibitorischen Konstrukten FRES-A und FRES- B kotransfiziert (2μg pΝL4.3 und lOμg Vektor). Der Nachweis der Virusproduktion erfolgte nach drei Tagen.HeLa cells were cotransfected with HIV-DΝA and inhibitory constructs FRES-A and FRES-B (2μg pΝL4.3 and lOμg vector). Virus production was demonstrated after three days.
Zeichnung 3: Inhibition der HIV-Infektion durch den zytoplasmatischen Bereich des gp41 ffl) Dargestellt ist die Replikationskinetik von HIV-NL4.3 (moi=0,001) nach Infektion stabil transduzierter PM-1 Zellen. Die Ziffern auf der Abszisse bezeichnen die Tage nach der Transfektion.Drawing 3: Inhibition of HIV infection by the cytoplasmic area of gp41 ffl) The replication kinetics of HIV-NL4.3 (moi = 0.001) after infection of stably transduced PM-1 cells is shown. The digits on the abscissa indicate the days after the transfection.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with the aid of examples.
BEISPIELEEXAMPLES
Beispiel 1 : Kultivierung der Zellen und VirenExample 1: Cultivation of cells and viruses
Heia-, 293T- und Phoenix-ampho-Zellen wurden in Dulbecco's Medium (Gibco, Invitrogen), das mit 10% fötalem Kälberserum (FCS, Sigma, Deisenhofen) supplementiert war, kultiviert. PM-1, eine T-Zelllinie, wurde in RPMI mit 10% FCS kultiviert. Replikationskompetente Viren wurden entweder durch Passage auf PM-1 Zellen generiert (primäre HlV-Isolate) oder nach Transfektion von 293T-Zellen mit dem viralen Klon pNL- 4.3 und anschließender Passage auf PM-1 Zellen gewonnen.Heia, 293T and Phoenix ampho cells were cultured in Dulbecco's medium (Gibco, Invitrogen) supplemented with 10% fetal calf serum (FCS, Sigma, Deisenhofen). PM-1, a T cell line, was cultured in RPMI with 10% FCS. Replication-competent viruses were either generated by passage on PM-1 cells (primary HIV isolates) or after transfection of 293T cells with the viral clone pNL-4.3 and subsequent passage on PM-1 cells.
Zur stabilen Transduktion von PM-1 Zellen wurden retro virale Vektoren, die das Fusionspetid exprimieren können, mittels der Verpackungszelllinie Phoenix-ampho (Grigani et al., 1998) verpackt.For stable transduction of PM-1 cells, retro viral vectors that can express the fusion peptide were packaged using the Phoenix ampho packaging cell line (Grigani et al., 1998).
Beispiel 2: Klonierung der retroviralen Vektoren zur Expression des FusionspeptidesExample 2: Cloning of the retroviral vectors for expression of the fusion peptide
Ausgehend von M3, einem retroviralen Vektor, der eine nicht-inhibitorischen Mutante des membran-verankerten T20-Peptides (Hildinger et al., 2001) kodiert, wurden durch Verlängerung des bereits bestehenden Leserahmens die intrazellulären Bereiche des HIV-2 Klones CBL23 (FRES-A und FRES-B) zusätzlich zur Expression gebracht. M3: Dieser retrovirale Vektor (basierend auf MP1N, Hildinger et al, 1998) exprimiert ein Fusionspeptid bestehend aus dem Signalpeptid (SP) des humanen low affinity nerve growth factor receptor (LNGFR), gefolgt von einer T20-Variante, die keine Fusionsinhibition bewirkt, gefolgt von einer Hinge-Region der schweren Kette eines murinen IgG, gefolgt von der Transmembran-Domäne (MSD, Membrananker) von LNGFR (siehe Zeichnung 1). (Hildinger et al, 2001). Die extrazellulären Bereiche dienten in der Erprobungsphase für den einfachen Nachweis der Expression, während der Membrananker hier nur exemplarisch für verschiedene Arten der Membranverankerung verwendet wurdeStarting from M3, a retroviral vector that encodes a non-inhibitory mutant of the membrane-anchored T20 peptide (Hildinger et al., 2001), the intracellular areas of the HIV-2 clone CBL23 (FRES- A and FRES-B) additionally expressed. M3: This retroviral vector (based on MP1N, Hildinger et al, 1998) expresses a fusion peptide consisting of the signal peptide (SP) of the human low affinity nerve growth factor receptor (LNGFR), followed by a T20 variant which does not cause fusion inhibition, followed by a hinge region of the murine IgG heavy chain, followed by the transmembrane domain (MSD, membrane anchor) of LNGFR (see Figure 1). (Hildinger et al, 2001). The extracellular areas were used in the test phase for simple detection of expression, while the membrane anchor was used here only as an example for different types of membrane anchoring
FRES-A: Die für den intrazellulären Bereich des gp41 Proteins von HIV-2 (CBL23) kodierende Nukleinsäure-Sequenz (SEQ ID NO:l) wurde mittels PCR amplifiziert und in- frame an den Leserahmen des Fusionspeptides aus dem M3 -Vektor angehängt. Das so entstandene neue Fusionspetid lokalisiert zur Plasmamembran (aufgrund des Membranankers) und kann dort die inhibitorische Wirkung entfalten. Für die Konstruktion des Vektors FRES-A wurde eine natürlich vorkommende Variante des intrazellulären Bereiches des gp41 gewählt, die zur Expression eines kurzen intrazellulären Bereiches führt, (siehe Zeichnung 1)FRES-A: The nucleic acid sequence (SEQ ID NO: 1) coding for the intracellular region of the gp41 protein of HIV-2 (CBL23) was amplified by PCR and appended in frame to the reading frame of the fusion peptide from the M3 vector. The resulting new fusion peptide localizes to the plasma membrane (due to the membrane anchor) and can develop the inhibitory effect there. A naturally occurring variant of the intracellular region of the gp41 was chosen for the construction of the vector FRES-A, which leads to the expression of a short intracellular region, (see drawing 1)
FRES-B: Dieser Vektor wurde analog zu FRES-A kloniert, jedoch ist hier in-frame die Nukleinsäure-Sequenz eines vollständigen intrazellulären Bereiches des HIV-2 (CBL23) Klones im Fusionspeptid exprimiert. (SEQ ID NO:3; siehe Zeichnung 1)FRES-B: This vector was cloned analogously to FRES-A, but here the nucleic acid sequence of a complete intracellular region of the HIV-2 (CBL23) clone is expressed in the fusion peptide. (SEQ ID NO: 3; see drawing 1)
Beispiel 3: Kotransfektionsexperimente zum Nachweis der inhibitorischen Funktion des neuen FusionspeptidesExample 3: Co-transfection experiments to demonstrate the inhibitory function of the new fusion peptide
Durch die Kotransfektion eines HlV-kodierenden Plasmides und den jeweiligen inhibitorischen Vektoren kann die Reduktion der HIV-Infektion in einem schnellen HeLa- Assay aufgezeigt werden. Hierbei ist wichtig, dass die Plasmid-DNA mit der vermeintlich inhibitorischen Wirkung im Überschuss vorhanden ist und sich die HIN-Infektion mit der Zeit in der Kultur ausbreitet.The cotransfection of an HIV coding plasmid and the respective inhibitory vectors can reduce the HIV infection in a rapid HeLa Assay to be shown. It is important that the plasmid DNA with the supposedly inhibitory effect is present in excess and that the HIN infection spreads over time in the culture.
Durch Transfektion mittels der Kalziumphophat-Methode können 50-60% der Zellen zur Aufnahme der Plasmid-DΝA veranlasst werden. Die kodierenden Proteine (HIN und das Fusionspeptid FRES-A bzw FRES-B) werden exprimiert. Im Falle einer Inhibition ist von einer Reduktion des p24- Wertes (ein Marker für die Ausbreitung von HIV in Zellkulturen) auszugehen. Wie in Zeichnung 2 gezeigt, führt die Kotransfektion für beide Fusionspeptide zu einer deutlichen Reduktion des p24-Wertes (minus 55% bzw. minus 77%) im Vergleich zur Kontrolle, die das Ausgangsplasmid M3 erhalten hatte. (Zeichnung 2)By transfection using the calcium phosphate method, 50-60% of the cells can be induced to take up the plasmid DΝA. The coding proteins (HIN and the fusion peptide FRES-A or FRES-B) are expressed. In the case of inhibition, a reduction in the p24 value (a marker for the spread of HIV in cell cultures) can be assumed. As shown in drawing 2, the cotransfection for both fusion peptides leads to a significant reduction in the p24 value (minus 55% and minus 77%) compared to the control which had received the starting plasmid M3. (Drawing 2)
Beispiel 4: Infektion von stabil transduzi eilen PM-1 Zellen zum Nachweis der inhibitorischen Funktion des neuen FusionspeptidesExample 4: Infection of stable transducile PM-1 cells to detect the inhibitory function of the new fusion peptide
Mittels Verpackungszellini en lassen sich stabil transduzierte PM-1 Zellen darstellen. Die retroviralen Vektoren werden nach Transfektion der Verpackungzelllinie Phoenix-ampho zur Transduktion der T-Zelllinie verwendet. Nach Selektion kann so eine homogene Kultur an HIV -infizierbaren Zellen generiert werden, die entweder das FRES-A Fusionspeptid oder das FRES-B Fusionspeptid stabil exprimiert. Im Vergleich zur nicht-transduzierten, oder durch den Ausgangsvektor M3 transduzierten PM-1 Linie sollte nach Infektion mit HIV eine Reduktion des p24- Wertes im Verlauf des Versuches festzustellen sein, falls die neuen Fusionspeptide eine inhibitorische Wirkung zeigen. Dieser Versuchansatz ist dem tatsächlichen Geschehen in vivo sehr nahe, da T-Zellen zur Infektion mit HIV genutzt werden.Packaging cells can be used to represent stably transduced PM-1 cells. After transfection of the packaging cell line Phoenix-ampho, the retroviral vectors are used for transduction of the T cell line. After selection, a homogeneous culture can be generated on HIV-infectious cells, which stably expresses either the FRES-A fusion peptide or the FRES-B fusion peptide. In comparison to the non-transduced, or PM-1 line transduced by the starting vector M3, a reduction in the p24 value should be ascertained in the course of the experiment after infection with HIV if the new fusion peptides show an inhibitory effect. This approach is very close to what actually happens in vivo because T cells are used to infect HIV.
Wie in Zeichnung 3 dargestellt, ergibt sich im Verlauf der Infektion eine Reduktion des ρ24- Wertes im Vergleich zur Kontrolle um 90% bzw 99,9% (minus 31og für FRES-B). As shown in drawing 3, in the course of the infection the ρ24 value is reduced by 90% or 99.9% compared to the control (minus 31og for FRES-B).

Claims

Patentansprüche claims
1. Nukleinsäure der allgemeinen Formel1. Nucleic acid of the general formula
5' - (Marker) - MSD - intrazellulärer Bereich gp41 - 3' wobei5 '- (marker) - MSD - intracellular area gp41 - 3' where
„5' " das 5'-Ende der Nukleinsäuresequenz bezeichnet,"5 '" denotes the 5' end of the nucleic acid sequence,
„3' " das 3 '-Ende der Nukleinsäuresequenz bezeichnet,"3 '" denotes the 3' end of the nucleic acid sequence,
„(Marker)" eine optional vorhandene DNA-Region, die für ein extrazelluläres Peptid zum Nachweis des Konstrukts kodiert, bezeichnet, „MSD" die für eine „membrane spanning domain" kodierende DNA-“(Marker)” denotes an optionally present DNA region that codes for an extracellular peptide for the detection of the construct, “MSD” denotes the DNA coding for a “membrane spanning domain”
Region, Fragmente oder Derivate davon, bezeichnet, undRegion, fragments or derivatives thereof, designated, and
„intrazellulärer Bereich gp41" eine DNA-Region, die für den intrazellulär exprimierten Bereich des gp41, eines Fragments oder Derivates davon, von HIV kodiert, bezeichnet, ein Fragment oder Derivat davon."Intracellular region gp41" means a DNA region which codes for the intracellularly expressed region of gp41, a fragment or derivative thereof, of HIV, a fragment or derivative thereof.
2. Nukleinsäure, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass „intrazellulärer Bereich gp41" die in SEQ ID NO:l dargestellte Sequenz ist.2. Nucleic acid, a fragment or derivative thereof, according to claim 1, characterized in that "intracellular region gp41" is the sequence shown in SEQ ID NO: 1.
3. Nukleinsäure, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass „intrazellulärer Bereich gp41" die in SEQ ID NO:3 dargestellte Sequenz ist.3. Nucleic acid, a fragment or derivative thereof, according to claim 1, characterized in that "intracellular region gp41" is the sequence shown in SEQ ID NO: 3.
4. Nukleinsäure, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass „MSD" für einen Membrananker eines Typ I- Transmembranproteins kodiert.4. nucleic acid, a fragment or derivative thereof, according to any one of claims 1 to 3, characterized in that "MSD" codes for a membrane anchor of a type I transmembrane protein.
5. Nukleinsäure, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Typ I-Transmembranprotein LNGFR ist. 5. Nucleic acid, a fragment or derivative thereof, according to claim 4, characterized in that the type I transmembrane protein is LNGFR.
6. Nukleinsäure, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass „Marker" für eine inaktive T-20- Variante kodiert.6. nucleic acid, a fragment or derivative thereof, according to one of claims 1 to 5, characterized in that "marker" codes for an inactive T-20 variant.
7. Nukleinsäure, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie keine für einen „Marker" kodierende DNA-Region enthält.7. nucleic acid, a fragment or derivative thereof, according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it does not contain a DNA region coding for a "marker".
8. Rekombinante DNA, die eine Nukleinsäure, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.8. Recombinant DNA, which comprises a nucleic acid, a fragment or derivative thereof, according to one of claims 1 to 7.
9. Expressionsvektor, der eine rekombinante DNA gemäß Anspruch 8 enthält.9. Expression vector which contains a recombinant DNA according to claim 8.
10. Expressionsvektor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er ein retro viraler Vektor ist.10. Expression vector according to claim 9, characterized in that it is a retro viral vector.
11. Expressionsvektor gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der retrovirale Vektor M87m3 ist.11. Expression vector according to claim 10, characterized in that the retroviral vector is M87m3.
12. Verfahren zur Herstellung eines rekombinanten Peptids, das von der Nukleinsäure gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 kodiert wird, umfassend die folgenden Schritte:12. A method for producing a recombinant peptide which is encoded by the nucleic acid according to any one of claims 1 to 7, comprising the following steps:
(a) Einbringen eines Vektors gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 in eine Wirtszelle, wobei die Wirtszelle pro- oder eukaryontisch sein kann,(a) introducing a vector according to any one of claims 9 to 11 into a host cell, wherein the host cell can be pro- or eukaryotic,
(b) Kultivierung der transfizierten Wirtszelle, und (c) Isolierung des Peptids aus der Wirtszelle oder aus dem Kulturmedium.(b) culturing the transfected host cell, and (c) isolating the peptide from the host cell or from the culture medium.
13. Fusionspeptid der allgemeinen Formel13. Fusion peptide of the general formula
NH2 - (Marker) - MSD - intrazellulärer Bereich gp41 - COOH wobei „NH2" das aminoterminale Ende des Fusionspeptids bezeichnet,NH 2 - (marker) - MSD - intracellular region gp41 - COOH where "NH 2 " denotes the amino-terminal end of the fusion peptide,
„COOH" das carboxyterminale Ende des Fusionspeptids bezeichnet, „(Marker)" ein optional vorhandenes extrazelluläres Peptid zum Nachweis des Konstrukts bezeichnet,"COOH" denotes the carboxy terminal end of the fusion peptide, “(Marker)” denotes an optionally available extracellular peptide for the detection of the construct,
„MSD" eine „membrane spanning domain", ein Fragment oder Derivat davon, bezeichnet, und"MSD" denotes a "membrane spanning domain", a fragment or derivative thereof, and
„intrazellulärer Bereich gp41" den intrazellulär exprimierten Bereich des gp41, ein Fragment oder Derivat davon, bezeichnet, ein Fragment oder Derivat davon."Intracellular region gp41" denotes the intracellularly expressed region of gp41, a fragment or derivative thereof, a fragment or derivative thereof.
14. Fusionspeptid, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass „intrazellulärer Bereich gp41" die in SEQ ID NO:2 dargestellte Sequenz ist.14. Fusion peptide, a fragment or derivative thereof, according to claim 13, characterized in that "intracellular region gp41" is the sequence shown in SEQ ID NO: 2.
15. Fusionspeptid, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass „intrazellulärer Bereich gp41" die in SEQ ID NO:4 dargestellte15. Fusion peptide, a fragment or derivative thereof, according to claim 13, characterized in that "intracellular region gp41" that shown in SEQ ID NO: 4
Sequenz ist.Sequence is.
16. Fusionspeptid, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß einem der Ansprüche 13 bis16. Fusion peptide, a fragment or derivative thereof, according to any one of claims 13 to
15, dadurch gekennzeichnet, dass „MSD" ein Membrananker eines Typ I- Transmembranproteins ist.15, characterized in that "MSD" is a membrane anchor of a type I transmembrane protein.
17. Fusionspeptid, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Typ I-Transmembranprotein LNGFR ist.17. Fusion peptide, a fragment or derivative thereof, according to claim 16, characterized in that the type I transmembrane protein is LNGFR.
18. Fusionspeptid, ein Fragment oder Derivat davon, gemäß einem der Ansprüche 13 bis18. Fusion peptide, a fragment or derivative thereof, according to one of claims 13 to
16, dadurch gekennzeichnet, dass „Marker" eine inaktive T-20- Variante ist.16, characterized in that "marker" is an inactive T-20 variant.
19. Verwendung eines Vektors gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 zur Behandlung von HIV-Infektionen. 19. Use of a vector according to any one of claims 9 to 11 for the treatment of HIV infections.
20. Verwendung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass HlV-infizierte Zellen mit dem Vektor gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 transfiziert werden.20. Use according to claim 19, characterized in that HIV-infected cells are transfected with the vector according to one of claims 9 to 11.
21. Verwendung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die HlV-infizierten Zellen T-Lymphozyten sind.21. Use according to claim 20, characterized in that the HIV-infected cells are T-lymphocytes.
22. Verfahren zur Hemmung einer HlV-induzierten Zellfusion, umfassend das Inkontaktbringen einer HlV-infizierten Zelle mit dem Fusionspeptid gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18.22. A method for inhibiting HIV-induced cell fusion, comprising contacting an HIV-infected cell with the fusion peptide according to any one of claims 13 to 18.
23. Nukleinsäure gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder eines Vektors gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 und/oder eines Fusionspeptids gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18 zur Verwendung als Arzneimittel.23. Nucleic acid according to one of claims 1 to 7 and / or a vector according to one of claims 9 to 11 and / or a fusion peptide according to one of claims 13 to 18 for use as a medicament.
24. Verwendung einer Nukleinsäure gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, eines Vektors gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 und eines Fusionspeptids gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18 zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von HIN- infizierten Patienten.24. Use of a nucleic acid according to one of claims 1 to 7, a vector according to one of claims 9 to 11 and a fusion peptide according to one of claims 13 to 18 for the manufacture of a medicament for the treatment of patients infected with HIN.
25. Arzneimittel zur Behandlung von HIN-infizierten Patienten, enthaltend eine Nukleinsäure gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einen Vektor gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 und/oder ein Fusionspeptid gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, optional in Kombination mit weiteren pharmazeutisch verträglichen Substanzen und/oder Trägerstoffen.25. Medicament for the treatment of HIN-infected patients, containing a nucleic acid according to one of claims 1 to 7 and / or a vector according to one of claims 9 to 11 and / or a fusion peptide according to one of claims 13 to 18, optionally in combination with other pharmaceutically acceptable substances and / or carriers.
26. Kit, enthaltend eine Nukleinsäure gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einen Vektor gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 und/oder ein Fusionspeptid gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18. 26. Kit containing a nucleic acid according to one of claims 1 to 7 and / or a vector according to one of claims 9 to 11 and / or a fusion peptide according to one of claims 13 to 18.
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