-
Die
Erfindung betrifft generell das Gebiet der Impfstoffentwicklung.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung die Entwicklung prophylaktischer
und therapeutischer Impfstoffe, die gegen intrazelluläre Pathogene wirksam
sind.
-
Die
Entwicklung von Impfstoffen, die gegen intrazelluläre Pathogene
gerichtet sind, zum Beispiel Viren, Bakterien, Protozoen, Pilze
und intrazelluläre
Parasiten, ist im Gange. Die Entwicklung und der Einsatz von Impfstoffen
haben sich für
die Verhinderung einer Ausbreitung von Erkrankungen des Menschen
als von unschätzbarem
Wert erwiesen. Zum Beispiel waren die Pocken 1967 in 33 Ländern endemisch,
wobei jährlich 10
bis 15 Millionen Fälle
berichtet wurden. Zu dieser Zeit startete die Weltgesundheitsorganisation
ein Programm zur Ausrottung der Pocken. Ungefähr ein Jahrzehnt später waren
die Pocken erfolgreich aus der menschlichen Population ausgerottet
worden.
-
Theoretisch
hat ein idealer Impfstoff eine lange Lagerfähigkeit, ist imstande, mit
einer einzigen Dosis eine lang anhaltende Immunität gegen
ein ausgewähltes
Pathogen und alle seine phänotypischen
Varianten hervorzurufen, ist nicht imstande, die Krankheit zu verursachen,
gegen die der Impfstoff gerichtet ist, ist therapeutisch und prophylaktisch
wirksam, wird auf einfache Weise und ökonomisch mittels Standardverfahren
hergestellt und kann auf einfache Weise im Feld verabreicht werden.
-
Bis
heute sind vier Hauptklassen von Impfstoffen gegen Erkrankungen
von Säugetieren
entwickelt worden. Zu diesen gehören
Lebendimpfstoffe, Tot-Impfstoffe aus ganzen Keimen, Vektor-Impfstoffe
und Untereinheiten-Impfstoffe. Mehrere Übersichtsarbeiten diskutieren
die Herstellung und die Einsetzbarkeit dieser Impfstoffklassen;
siehe zum Beispiel Subbarao et al. (1992) in Genetically Engineered
Vaccines, herausgegeben von Ciardi et al., Plenum Press, New York,
und Melnick (1985) in High Technology Route to Virus Vaccines, herausgegeben
von Dreesman et al., veröffentlicht
durch die American Society for Microbiology, wobei diese Offenlegungen
hier mit den entsprechenden Quellenangaben aufgenommen werden. Im
Folgenden werden die Vorteile und die Nachteile einer jeden der
vier Impfstoffklassen zusammengefasst.
-
Lebendimpfstoffe
umfassen lebende, aber abgeschwächte
Pathogene, das heißt
nicht-virulente
Pathogene, die mit Hilfe genetischer Mutationen „verkrüppelt" wurden. Die Mutationen hindern die
Pathogene daran, die Krankheit beim Empfänger oder Geimpften auszulösen. Der
primäre
Vorteil dieses Impfstofftyps besteht darin, dass der abgeschwächte Organismus
das Immunsystem des Empfängers
auf die gleiche Weise wie das Wildtyp-Pathogen stimuliert, indem
er die natürliche
Infektion nachahmt. Außerdem
vermehren sich die abgeschwächten
Pathogene im Geimpften, wodurch für eine kontinuierliche Zufuhr
der antigenen Determinanten zum Immunsystem des Empfängers gesorgt
wird. Als Ergebnis davon können
Lebendimpfstoffe eine starke, lang anhaltende Immunantwort gegen
das Wildtyp-Pathogen hervorrufen. Außerdem können Lebendimpfstoffe die Erzeugung
von Antikörpern
stimulieren, die das Pathogen neutralisieren. Sie können auch
eine Resistenz gegen das Pathogen an dessen natürlicher Eintrittspforte in
den Wirt hervorrufen. Bis heute wurden Lebendimpfstoffe gegen Pocken,
Gelbfieber, Masern, Mumps, Röteln,
Poliomyelitis, das Adenovirus und Tuberkulose entwickelt.
-
Mit
Lebendimpfstoffen sind jedoch mehrere Probleme verbunden. Erstens
besteht immer das Risiko, dass das abgeschwächte Pathogen zu einem virulenten
Phänotyp
revertieren könnte.
Im Falle einer phänotypischen
Reversion kann der Impfstoff tatsächlich die Krankheit auslösen, gegen
die er konstruiert wurde, um eine Immunität bereit zu stellen. Zweitens
ist es teuer und kann unpraktisch sein, Lebendimpfstoffe gegen Pathogene
zu entwickeln, die kontinuierlich ihre antigenen Determinanten verändern. Zum
Beispiel ist es Forschern nicht gelungen, einen einsetzbaren Lebendimpfstoff
gegen das Influenzavirus zu entwickeln, da das Virus kontinuierlich
die antigenen Determinanten seiner Hüllproteine verändert. Drittens
können
Lebendimpfstoffe nicht gegen Infektionen entwickelt werden, die
durch Retroviren und transformierende Viren verursacht werden. Die
Nucleinsäuren
dieser Viren können
sich in das Genom des Empfängers
integrieren, was mit dem potentiellen Risiko verbunden ist, dass
beim Empfänger
Krebs hervorgerufen wird. Viertens kann es sein, dass bei der Herstellung
von Lebendimpfstoffen zufällig
vorhandene Agenzien, die in den Zellen vorhanden sind, in denen
der Impfstoff hergestellt wird, zusammen mit dem abgeschwächten Pathogen
gereinigt werden. Zu fremden Viren, die bis jetzt in Impfstoffpräparationen
entdeckt wurden, gehören
das Avian Leukosis Virus, das Simian-Papovavirus SV40 und das Simian-Cytomegalovirus.
Fünftens
können
Lebendimpfstoffe instabil sein, wodurch ihre Lagerung und ihr Einsatz
im Feld begrenzt sind. Derzeit werden Versuche unternommen, Stabilisierungsmittel
zu entwickeln, die die Langlebigkeit der aktiven Impfstoffe verbessern.
-
Tot-Impfstoffe
aus ganzen Keimen umfassen nicht-lebensfähige ganze Organismen. Die
Pathogene werden routinemäßig entweder über eine
chemische Behandlung, z. B. eine Formalin-Inaktivierung, oder über eine
Behandlung mit letalen Strahlungsdosen inaktiviert. Tot-Impfstoffe aus ganzen
Keimen wurden gegen Keuchhusten, Fleckfieber, Typhus, Paratyphus
und spezielle Influenzastämme
entwickelt.
-
Im
Prinzip sind Tot-Impfstoffe gewöhnlich
sicher hinsichtlich ihrer Verabreichung, da es unwahrscheinlich
ist, dass die Organismen die Krankheit im Wirt verursachen. Weiterhin
tendieren die Impfstoffe, da der Organismus tot ist, dazu, stabil
zu sein und lange Lagerfähigkeiten
zu zeigen. Es sind jedoch mehrere Nachteile mit den Tot-Impfstoffen
aus ganzen Keimen assoziiert. Erstens ist bei ihrer Herstellung
beträchtliche
Sorgfalt erforderlich, um sicher zu stellen, dass keine lebenden
Pathogene im Impfstoff verbleiben. Zweitens sind Impfstoffe dieses
Typs Im Allgemeinen bezüglich
der Stimulierung zellulärer
Reaktionen unwirksam, und sie neigen dazu, unwirksam gegen intrazelluläre Pathogene
zu sein. Drittens ist die Immunität, die durch Tot-Impfstoffe hervorgerufen
wird, üblicherweise
von kurzer Dauer und muss später
aufgefrischt werden. Dieser Prozess beinhaltet, dass die Personen,
die eine Impfung benötigen,
wiederholt erreicht werden müssen,
und er ist auch mit der Sorge verbunden, dass der Geimpfte gegenüber dem
Wildtyp-Pathogen hypersensibilisiert wird.
-
Vektorimpfstoffe,
die auch als rekombinante Lebendimpfstoffe bekannt sind, können hergestellt
werden, indem ein Gen, das für
eine spezifische interessierende antigene Determinante codiert,
in ein lebendes, aber harmloses Virus oder Bakterium inkorporiert
wird. Der harmlose Vektororganismus wiederum wird in den vorgesehen
Empfänger
injiziert. Theoretisch wird der rekombinante Vektororganismus im
Wirt repliziert, wodurch die antigene Determinante produziert und
dem Immunsystem des Wirts präsentiert
wird. Man stellt sich vor, dass dieser Impfstofftyp wirksamer sein
wird als der nicht-replizierende Impfstofftyp. Damit ein derartiger Impfstoff
erfolgreich ist, muss der Vektor lebensfähig sein und entweder natürlicherweise
nicht virulent sein oder einen abgeschwächten Phänotyp haben.
-
Zu
derzeit bevorzugten Vektoren gehören
spezielle Stämme
des Vaccinia-Virus (Kuhpockenvirus), des Adenovirus, des Adeno-assoziierten
Virus, von Salmonella und Mycobacteria. Lebende Stämme des
Vaccinia-Virus und von Mycobacteria wurden Menschen auf sichere
Weise in Form von Impfstoffen gegen Windpocken bzw. Tuberkulose
(BCG-Impfstoffe)
verabreicht. Für
sie wurde gezeigt, dass sie fremde Proteine exprimieren und nur
geringe oder keine Umwandlungen zu virulenten Phänotypen zeigen. Verschiedene
Typen von Vektorimpfstoffen, die den BCG-Vektor einsetzen, werden
derzeit gegen das humane Immunschwächevirus (HIV) entwickelt.
Zum Beispiel wurden die antigenen HIV-Proteine gag, env, HIV-Protease,
reverse Transkriptase, gp120 und gp41 einzeln in den BCG-Vektor
eingeführt,
und es wurde gezeigt, dass sie in Tiermodellen T-Zell-vermittelte
Immunreaktionen gegen die HIV-Proteine hervorrufen (Aldovini et
al. (1991), Nature 351: 479–482,
Stover et al. (1991), Nature 351: 456–460, Colston (1991), Nature
351: 442–443).
-
Vektorimpfstoffe
sind imstande, eine Vielzahl fremder Gene zu tragen, wodurch sie
die gleichzeitige Impfung gegen verschiedene ausgewählte antigene
Determinanten ermöglichen.
Zum Beispiel haben Forscher gentechnologisch mehrere HIV-Gene in
das Vaccinia-Virus-Genom
eingeführt,
wodurch multivalente Impfstoffe erzeugt wurden, die deshalb theoretisch
imstande sind, eine gleichzeitige Reaktion gegen verschiede HIV-Proteine
zu stimulieren.
-
Mit
Vektorimpfstoffen sind verschiedene Nachteile verbunden. Erstens
ist es notwendig, geeignete Stämme
lebensfähiger,
aber nicht-pathogener Organismen zu identifizieren, die als Träger für die interessierenden
Gene fungieren könnten.
Zweitens können
Vektorimpfstoffe nur hergestellt werden, wenn potentiell protektive
antigene Determinanten identifiziert und charakterisiert wurden.
Dementsprechend können
Vektorimpfstoffe nicht gegen Pathogene hergestellt werden, deren
antigene Determinante nicht identifiziert wurde oder so variabel
ist, dass eine Identifizierung der antigenen Determinante für alle Varianten
nicht machbar ist. Drittens müssen
die Gene, die für
die ausgewählte
antigene Determinante codieren, im bevorzugten Trägerorganismus
stabil transfiziert und exprimiert werden. Demnach sind die Verfahren,
die für
die Entwicklung dieses Impfstofftyps erforderlich sind, sowohl arbeitsintensiv
als auch zeitraubend. Viertens wurde noch nicht bestätigt, dass
rekombinante Vektorimpfstoffe einen Empfänger wirksam gegen ein ausgewählte Pathogen
immunisieren.
-
Untereinheiten-Impfstoffe
umfassen üblicherweise
ein subzelluläre
Komponente, die aus dem interessierenden Pathogen gereinigt wurde.
Untereinheiten-Impfstoffe sind Im Allgemeinen sicher bezüglich ihrer
Anwendung, da es unwahrscheinlich ist, dass die subzellulären Komponenten
im Empfänger
eine Krankheit verursachen. Die gereinigte subzelluläre Komponente
kann entweder eine definierte subzelluläre Fraktion, ein gereinigtes
Protein, eine Nucleinsäure
oder ein Polysaccharid sein, die bzw. das eine antigene Determinante
besitzt, die imstande ist, eine Immunreaktion gegen das Pathogen
zu stimulieren. Die antigenen Komponenten können aus einer Präparation
des aufgebrochenen Pathogens gereinigt werden. Alternativ können die
antigenen Proteine, Nucleinsäuren
oder Polysaccharide mittels Verfahren, die auf diesem Gebiet gut
bekannt sind, synthetisiert werden. Zu Krankheiten, die mit Impfstoffen
vom Untereinheiten-Typ behandelt wurden, gehören Cholera, Diphtherie, Hepatitis
B, Poliomyelitis, Tetanus und bestimmte Influenzastämme.
-
Es
gibt jedoch verschiedene Nachteile, die mit Untereinheiten-Impfstoffen
assoziiert sind. Erstens ist es wichtig, die protektive antigene
Determinante zu identifizieren und zu charakterisieren. Das kann
ein arbeitsintensiver und zeitraubender Prozess sein. Als Ergebnis
davon kann es sein, dass es nicht machbar ist, Untereinheiten-Impfstoffe
gegen Pathogene mit hochvariablen antigenen Determinanten zu entwickeln.
Zweitens sind Untereinheiten-Impfstoffe Im Allgemeinen unwirksam
bezüglich
der Stimulierung von Reaktionen zytotoxischer T-Zellen, und so kann
es sein, dass sie unwirksam bezüglich
der Stimulierung einer Immunreaktion gegen intrazelluläre Pathogene
sind. Drittens ist die Immunität,
die durch Untereinheiten-Impfstoffe
hervorgerufen wird, üblicherweise
von kurzer Dauer, und wie bei den Tot-Impfstoffen aus ganzen Keimen
muss sie zu einem späteren
Zeitpunkt aufgefrischt werden, was mit Bedenken bezüglich einer
Hypersensibilisierung des Geimpften gegen das Wildtyp-Pathogen verbunden
ist.
-
Bis
jetzt waren viele der Tot-Impfstoffe aus ganzen Keimen und der Untereinheiten-Impfstoffe als solche
nicht immunogen genug, um eine starke schützende Reaktion hervorzurufen.
Deshalb werden Immunstimulanzien, zu denen beispielsweise Aluminiumhydroxid,
intakte Mycobakterien und/oder Bestandteile von Mycobakterien gehören, zusammen
mit diesen Impfstoffen verabreicht, um die vom Impfstoff stimulierte
Immunreaktion zu verstärken.
Vor einiger Zeit haben Experimente gezeigt, dass Heat-Shock-Proteine
von Mycobakterien als Träger
für Peptid-Impfstoffe
dienen können
und dadurch die Immunogenität
der Peptide in vivo verstärken
(Lussow et al. (1991), Eur. J. Immunol. 21: 2297–2302). Weitere Studien haben
gezeigt, dass die Verabreichung einer Zusammensetzung, die ein antigenes
Peptid umfasst, das chemisch mit einem gereinigten Stressprotein
von Mycobakterien vernetzt ist, an Mäuse eine humorale (antikörpervermittelte)
und nicht eine temporäre
(zellvermittelte) Reaktion gegen das antigene Peptid stimuliert
(Barrios et al. (1992), Eur. J. Immunol. 22: 1365–1372).
WO-A-9403208 bezieht sich auf Impfstoffe, die Heat-Shock-Proteine
enthalten. Blachere et al., März
1993, J. Cell. Biochem. Suppl. 17D: 124 (Abstract NZ 502) offenbaren,
daas Influenza-spezifische zytotoxische T-Lymphozyten (CTLs) aus
den Milzen von Mäusen
erhalten werden können,
die mit gp96 immunisiert wurden, das aus Influenza (PR8)-infizierten
Zellen oder aus Zellen, die mit dem NP-Gen des Influenzavirus transfiziert
worden waren, erhalten worden war. Blachere et al., Journal of Immunotherapy
14: 353–356, 1993,
beziehen sich auf die gleiche experimentelle Arbeit, die mit dem
Influenza-NP-Gen transfizierte Zellen einsetzte, wie diejenige,
die im Abstract von Blachere beschrieben wurde, und sie beziehen
sich auch auf die Verwendung der SV40-transformierten Linie C57BL.6
SVB6, d. h. einer mit SV40 infizierten Mäusezelllinie. MLTCs, die aus
den Milzen von Mäusen,
die mit gp96 aus der SV40-infizierten Zelllinie SVB6 immunisiert
worden waren, erzeugt wurden, zeigten eine CTL-Reaktivität gegen
SVB6, aber nicht gegen eine nicht mit SV40-transformierte, syngene
Zelllinie.
-
Da
jedoch allgemein davon ausgegangen wird, dass zelluläre Reaktionen
für eine
Immunisierung gegen intrazelluläre
Pathogene erforderlich sind (siehe zum Beispiel „Advanced Immunology", Male et al. (1991), Gower
Medical Publishing; Raychaudhuri et al. (1993), Immunology Today
14: 344–348),
stellt man sich davor, dass herkömmliche
Untereinheiten-Impfstoffe
und Impfstoffe aus inaktivierten ganzen Organismen bezüglich der
Stimulierung von Immunreaktionen, insbesondere zytotoxischer T-Zell-Reaktionen,
gegen intrazelluläre Pathogene
unwirksam sein könnten.
-
Die
Erfindung betrifft einen sicheren Untereinheiten-Impfstoff, der
einen Stressprotein-Peptid-Komplex,
der imstande ist über
eine zytotoxische T-Zell-Reaktion eine Resistenz gegenüber einer
Infektion durch ein ausgewähltes
intrazelluläres
Pathogen hervorzurufen, für
die Verabreichung an ein Säugetier
umfasst. Die gemäß der Erfindung
hergestellten Impfstoffe können
dazu verwendet werden, eine Immunreaktion gegen ein intrazelluläres Pathogen
hervorzurufen, dessen antigene Determinanten identifiziert wurden,
noch nicht identifiziert wurden oder bei dem es nicht machbar ist,
jede der antigenen Determinanten zu isolieren und zu charakterisieren.
Die gemäß der Erfindung
hergestellten Impfstoffe können
gegen ausgewählte
Pathogene prophylaktisch und therapeutisch wirksam sein.
-
Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bewirkung einer Resistenz
gegenüber
einer Infektion durch ein intrazelluläres Pathogen bei einem Säugetier über die
Verabreichung eines Untereinheiten-Impfstoffs aus einem Stressprotein
und einem Peptid an das Säugetier.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur schnellen und kostengünstigen
Erzeugung kommerziell herstellbarer Mengen der Stressprotein-Peptid-Impfstoffe
aus einer mit dem intrazellulären
Pathogen infizierten Zelle oder Zelllinie oder, alternativ, aus
einer Zelle oder Zelllinie, die mit einem Gen transfiziert wurde,
das für
eine spezifische antigene Determinante codiert, und die dieses Gen
exprimiert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines immunogenen Untereinheiten-Impfstoffs aus einem Stressprotein
und einem Peptid über
das Rekonstituieren von in vitro immunologisch nicht-reaktiven Stressproteinen
und Peptiden, wodurch immunreaktive Komplexe erzeugt werden, die
imstande sind, eine Immunreaktion gegen ein ausgewähltes intrazelluläre Pathogen
zu stimulieren.
-
Diese
und andere Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung
und den Zeichnungen und Ansprüchen,
die folgen, klarer werden.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt einen gereinigten immunogenen Komplex
aus einem Säugetier-Stressprotein
und einem Peptid, wie er im Anspruch 1 definiert ist, bereit; die
Verwendung eines gereinigten immunogenen Säugetier-Stressprotein-Peptid-Komplexes
für die
Herstellung eines Medikaments, wie es im Anspruch 25 definiert ist;
ein Verfahren zur Erzeugung eines gereinigten immunogenen, nicht-kovalenten
Komplexes, wie es im Anspruch 29 definiert ist; einen gereinigten
immunogenen, nicht-kovalenten Komplex, wie er im Anspruch 35 definiert
ist; einen Komplex für
die Verwendung als Medikament, wie er im Anspruch 39 oder im Anspruch
45 definiert ist; die Verwendung eines Komplexes für die Herstellung
eines Medikaments, wie sie im Anspruch 40 oder im Anspruch 46 definiert
ist; gereinigte immunogene Säugetier-Stressprotein-Peptid-Komplexe,
wie sie im Anspruch 41 oder im Anspruch 42 definiert sind; eine
Zusammensetzung, wie sie im Anspruch 47 definiert ist; und die Verwendung
einer Zusammensetzung, wie sie im Anspruch 49 definiert ist.
-
Es
ist nun entdeckt worden, dass ein Untereinheiten-Impfstoff, der
einen Stressprotein-Peptid-Komplex
enthält,
wenn er aus Zellen isoliert wird, die mit einem ausgewählten intrazellulären Pathogen
infiziert wurden, und dann einem Säugetier verabreicht wird, wirkungsvoll
zelluläre
Immunreaktionen gegen Zellen, die mit dem gleichen Pathogen infiziert
sind, stimulieren kann. Im Einzelnen wird die Immunreaktion über die
zytotoxische T-Zell-Kaskade
vermittelt, die auf Zellen gerichtet ist, die intrazelluläre Pathogene
enthalten, und die diese zerstört.
-
Die
gemäß den hier
beschriebenen Verfahren hergestellten Impfstoffe stellen einen alternativen
Ansatz zur Stimulierung der zellulären Immunität bereit, durch den die Verwendung
lebender (abgeschwächter oder
sonstiger) intrazellulärer
Pathogene unnötig
wird. Außerdem
sind die hier beschriebenen Impfstoffe ideal für die Induktion von Immunreaktionen
gegen intrazelluläre
Pathogene, die entweder definierte oder noch undefinierte immunogene
Determinanten besitzen. Weiterhin können die Impfstoffe dazu verwendet
werden, Immunreaktionen gegen intrazelluläre Pathogene hervorzurufen,
deren antigene Determinanten entweder verschiedenartig sind oder
sich dauernd ändern,
was die Isolierung und Charakterisierung antigener Determinanten
nicht machbar erscheinen lässt.
-
In
einem bevorzugten Aspekt umfasst die Erfindung einen Impfstoff,
der einem Säugetier
zur Hervorrufung einer zytotoxischen T-Zell-Reaktion im Säugetier
gegen ein ausgewähltes
intrazelluläres
Pathogen verabreicht werden kann. Man stellt sich auch vor, dass
die Impfstoffe im Säugetier über, eine
zytotoxische T-Zell-Reaktion eine Resistenz gegenüber einer
Infektion durch das ausgewählte
intrazelluläre
Pathogen bewirken können.
Die gemäß den hier
beschriebenen Prinzipien hergestellten Impfstoffe enthalten einen
immunogenen Stressprotein-Peptid-Komplex, der imstande ist, im Empfänger eine
zytotoxische T-Zell-Reaktion
hervorzurufen, die gegen Zellen gerichtet ist, die mit dem interessierenden
Pathogen infiziert sind. Der Komplex kann, wenn er mit einem pharmazeutisch
annehmbaren Träger,
Adjuvans oder Hilfsstoff kombiniert wurde, einem Säugetier
mittels Techniken, die auf diesem Gebiet bekannt sind, verabreicht
werden.
-
Der
Begriff „Impfstoff" soll, wie er hier
verwendet wird, so verstanden werden, dass er eine beliebige Zusammensetzung
bedeutet, die einen Stressprotein-Peptid-Komplex enthält, der
wenigstens eine antigene Determinante aufweist, die, wenn sie einem
Säugetier
verabreicht wird, im Säugetier
eine Immunreaktion gegen die antigene Determinante stimuliert.
-
Der
Begriff „Stressprotein" soll, wie er hier
verwendet wird, ein beliebiges zelluläres Protein bedeuten, das die
folgenden Kriterien erfüllt.
Es ist ein Protein, dessen intrazelluläre Konzentration ansteigt,
wenn eine Zelle einem Stressstimulus ausgesetzt wird, das imstande
ist, an andere Proteine oder Peptide zu binden, und das imstande
ist, die gebundenen Proteine oder Peptide in Gegenwart von Adenosintriphosphat
(ATP) oder bei niedrigem pH freizusetzen. Zu Stressstimuli gehören, ohne
aber auf diese beschränkt
zu sein, ein Hitzeschock, ein Nährstoffmangel,
eine Störung
des Metabolismus, Sauerstoffradikale und eine Infektion mit intrazellulären Pathogenen.
-
Es
wird einem Fachmann auf diesem Gebiet nach dem Lesen dieser Offenbarung
klar sein, dass andere rekombinante Stressproteine, einschließlich nicht
nativer Formen, verkürzter
Analoge, von Muteinen, Fusionsproteinen sowie anderen Proteinen,
die imstande sind, die Bindung und die immunogenen Eigenschaften eines
Stressproteins nachzuahmen, bei der Herstellung der hier offenbarten
Stressprotein-Peptid-Impfstoffe eingesetzt werden können.
-
Die
ersten Stressproteine, die identifiziert wurden, waren die Heat-Shock-Proteine
(Hsp). Wie ihr Name nahe legt, werden Hsps durch eine Zelle als
Reaktion auf einen Hitzeschock induziert. Es wurden drei Hauptfamilien
von Hsp identifiziert und Hsp60, Hsp70 und Hsp90 genannt, und zwar
aufgrund ihrer jeweiligen Molekulargewichte von ungefähr 60, 70
und 90 Kilodalton. Für
viele Mitglieder dieser Familien wurde später gefunden, dass sie als
Reaktion auf andere Stressstimuli, wie die oben erwähnten, induziert
werden.
-
Stressproteine
finden sich in allen Prokaryoten und Eukaryoten, und sie weisen
ein bemerkenswertes Ausmaß einer
Konservierung während
der Evolution auf. Zum Beispiel zeigt DnaK, das Hsp70 aus E. coli,
eine ungefähr
50%ige Übereinstimmung
der Aminosäuresequenz
mit Hsp70-Proteinen aus Eukaryoten (Bardwell et al. (1984), Proc.
Natl. Acad. Sci. 81: 848–852).
Die Hsp60- und Hsp90-Familien zeigen ebenfalls eine ähnlich hohe
intrafamiliäre
Konservierung (Hickey et al. (1989), Mol. Cell. Biol. 9: 2615–2626, Jindal
(1989), Mol. Cell. Biol. 9: 2279–2283). Außerdem wurde entdeckt, dass
die Hsp-60-, Hsp-70- und Hsp-90-Familien aus Proteinen bestehen,
die hinsichtlich ihrer Sequenz mit den Stressproteinen verwandt
sind und zum Beispiel mehr als 35% Aminosäureübereinstimmung zeigen, aber
deren Expressionsausmaß typischerweise
unter Bedingungen, die für
die Wirtszelle mit Stress verbunden sind, unverändert bleibt. Ein Beispiel
für ein
derartiges Protein ist das konstitutiv exprimierte cytosolische
Protein Hsc70, das bezüglich
der Aminosäuresequenz
mit dem durch Stress induzierten Protein Hsp70 verwandt ist. Dementsprechend
stellt man sich vor, dass die Definition Stressprotein, wie sie
hier verwendet wird, andere Proteine, Muteine, Analoge und Varianten
von diesen umfasst, die wenigstens 35% bis 55%, vorzugsweise 55%
bis 75% und am bevorzugtesten 75% bis 95% Aminosäureübereinstimmung mit Mitgliedern
der drei Familien, deren Expression in einer Zelle als Reaktion
auf Stressstimuli stimuliert wird, aufweisen.
-
Der
Begriff „Peptid" soll, wie er hier
verwendet wird, so verstanden werden, dass er jede beliebige Aminosäuresequenz
bedeutet, die in einer eukaryotischen Zelle vorliegt, die mit einem
intrazellulären
Pathogen infiziert ist, die aber nicht in einer ähnlichen Zelle vorliegt, wenn
die Zelle nicht mit dem gleichen Pathogen infiziert ist. Die Definition
schließt
Peptide ein, die vom intrazellulären
Pathogen abstammen.
-
Der
Begriff „immunogener
Stressprotein-Peptid-Komplex" soll,
wie er hier verwendet wird, jeden beliebigen Komplex bedeuten, der
ein Stressprotein und ein Peptid enthält, das imstande ist, in einem
Säugetier eine
Immunreaktion hervorzurufen. Die Peptide sind mit dem Stressprotein
nicht-kovalent assoziiert. Die Komplexe können, ohne auf diese beschränkt zu sein,
Hsp60-Peptid-, Hsp70-Peptid- und Hsp90-Peptid-Komplexe umfassen.
In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung kann ein Stressprotein,
das zur Hsp90-Familie gehört, nämlich gp96,
dazu verwendet werden, einen wirksamen Impfstoff zu erzeugen, der
einen gp96-Peptid-Komplex enthält.
Da die Peptide in Gegenwart von ATP oder bei niedrigem pH vom Komplex
dissoziiert werden können,
können
potentiell antigene Peptide aus Zellen, die mit einem ausgewählten intrazellulären Pathogen infiziert
wurden, isoliert werden. Demnach können die antigenen Determinanten
für potentiell
jedes beliebige interessante intrazelluläre Pathogen mittels der hier
beschriebenen Verfahren leicht identifiziert werden.
-
Der
Begriff „zytotoxische
T-Zelle" soll, wie
er hier verwendet wird, so verstanden werden, dass er jeden beliebigen
T-Lymphozyten bedeutet, der den Glycoprotein-Marker CD8 auf der
Zelloberfläche
exprimiert und der imstande ist, eine Zelle zu erkennen und zu lysieren,
die auf ihrer Zelloberfläche
einen Klasse-I-Histokompatibilitätskomplex
trägt und
die mit einem intrazellulären
Pathogen infiziert ist. Der Begriff „zytotoxische T-Zell-Reaktion" soll so verstanden
werden, dass sie jede beliebige zytotoxische Aktivität bedeutet,
die durch zytotoxische T-Zellen vermittelt wird.
-
So
wie er hier verwendet wird, soll der Begriff „intrazelluläres Pathogen" so verstanden werden,
dass er jeden beliebigen lebenden Organismus umfasst, einschließlich von,
ohne jedoch auf diese beschränkt
zu sein, Viren, Bakterien, Pilzen, Protozoen und intrazellulären Parasiten,
die imstande sind, innerhalb einer Säugetierzelle zu existieren
und bei einem Säugetier
eine Krankheit zu verursachen.
-
In
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung haben die Stressprotein-Peptid-Impfstoffe
einen besonderen Nutzen bei der Behandlung humaner Erkrankungen,
die durch intrazelluläre
Pathogene verursacht werden. Man stellt sich vor, dass die mittels
der hier beschriebenen Prinzipien entwickelten Impfstoffe zur Behandlung
von Erkrankungen anderer Säugetiere,
zum Beispiel von Tieren auf dem Bauernhof, einschließlich von Rindern,
Pferden, Ziegen, Schafen und Schweinen, sowie von Haustieren, einschließlich von
Katzen und Hunden, nützlich
sein werden.
-
Es
können
Impfstoffe hergestellt werden, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen
gegen Zellen stimulieren, die mit Viren infiziert sind, zu denen,
ohne jedoch auf sie beschränkt
zu sein, gehören
Hepatitis A, Hepatitis B, Hepatitis C, Influenza, Varicella, Adenovirus,
Herpes simplex Typ I (HSV-I), Herpes simplex Typ II (HSV-II), Rinderpest,
Rhinovirus, Echovirus, Rotavirus, respiratorisches Syncytialvirus,
Papillomvirus, Papovavirus, Cytomegalovirus, Echinovirus, Arbovirus,
Huntavirus, Coxsackie-Virus, Mumpsvirus, Masernvirus, Rubellavirus, Poliovirus,
humanes Immunschwächevirus
Typ I (HIV-I) und humanes Immunschwächevirus Typ II (HIV-II). Es können auch
Impfstoffe hergestellt werden, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen
gegen Zellen stimulieren, die mit intrazellulären Bakterien infiziert sind,
zu denen, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein, Mycobacteria,
Rickettsia, Mycoplasma, Neisseria und Legionella gehören. Es
können
auch Impfstoffe hergestellt werden, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen
gegen Zellen stimulieren, die mit intrazellulären Protozoen infiziert sind,
zu denen, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein, Leishmania, Kokzidioa
und Trypanosoma gehören.
Es können auch
Impfstoffe hergestellt werden, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen
gegen Zellen stimulieren, die mit intrazellulären Parasiten infiziert sind,
zu denen, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein, Chlamydia und
Rickettsia gehören.
-
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann der Stressprotein-Peptid-Impfstoff auch eine therapeutisch
wirksame Menge eines Cytokins enthalten. So wie er hier verwendet
wird, soll der Begriff „Cytokin" er ein beliebiges
sekretiertes Polypeptid bedeuten, das die Funktion anderer Zellen,
die eine Immunreaktion vermitteln, beeinflusst. Derzeit gehören zu bevorzugten
Cytokinen Interleukin-1α (IL-1α), Interleukin-1β (IL-1β), Interleukin-2
(IL-2), Interleukin-3 (IL-3), Interleukin-4 (IL-4), Interleukin-5
(IL-5), Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-7 (IL-7), Interleukin-8
(IL-8), Interleukin-9 (IL-9), Interleukin-10 (IL-10), Interleukin-11 (IL-11),
Interleukin-12 (IL-12), Interferon α (IFNα), Interferon β (IFNβ), Interferon γ, (INFγ), Tumornekrosefaktor α (TNFα), Tumornekrosefaktor β (TNFβ), Granulozyten-Koloniestimulierender
Faktor (G-CSF), Granulozyten/Makrophagen-Kolonie-stimulierender
Faktor (GM-CSF) und Transformierender Wachstumsfaktor β (TGF-β). Man stellt
sich vor, dass andere, noch nicht entdeckte Cytokine in dieser Erfindung
wirksam sein können.
Außerdem
können
herkömmliche
Antibiotika zusammen mit dem Stressprotein-Peptid-Komplex verabreicht
werden. Die Auswahl eines geeigneten Antibiotikums oder einer Kombination
von solchen hängt
jedoch von der jeweiligen Erkrankung ab.
-
Es
wurde entdeckt, dass der Impfstoff die zytotoxische T-Zell-Reaktion über die
Kaskade des Major Histocompatibility Complex (MHC) der Klasse I
stimuliert. Somit kann man sich vorstellen, dass die zytotoxische
T-Zell-Reaktion durch die gleichzeitige Verabreichung des Impfstoffs
mit einer therapeutisch wirksamen Menge eines Cytokins oder mehrerer
Cytokine, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen potenzieren oder modulieren,
weiter verstärkt
werden kann.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stimulierung einer zellulären Immunreaktion
eines Säugetiers,
insbesondere einer zytotoxischen T-Zell-Reaktion gegen Zellen, die
mit einem ausgewählten
intrazellulären
Pathogen infiziert sind. Das Verfahren beinhaltet das Verabreichen eines
Impfstoffs, der gemäß den hier
offenbarten Prinzipien hergestellt wurde, an ein Säugetier,
und zwar in einer Menge, die ausreicht, in dem Säugetier eine zytotoxische T-Zell-Reaktion
gegen das ausgewählte
intrazelluläre
Pathogen hervorzurufen.
-
Der
Impfstoff kann einem Säugetier
prophylaktisch verabreicht werden, um im Säugetier eine zytotoxische T-Zell-Reaktion
zu stimulieren, die eine nachfolgende Infektion des Säugetiers
mit dem intrazellulären Pathogen
verhindert. Alternativ kann der Impfstoff einem Säugetier,
das eine Krankheit hat, die durch ein intrazelluläres Pathogen
verursacht wird, therapeutisch verabreicht werden. Man stellt sich
vor, dass der Impfstoff eine zytotoxische T-Zell-Reaktion gegen Zellen stimuliert,
die zu diesem Zeitpunkt mit dem intrazellulären Pathogen infiziert sind.
-
Die
Dosierung und die Art der Verabreichung der Familie von Stressprotein-Peptid-Impfstoffen hängen notwendigerweise
von der Art des Komplexes des intrazellulären Pathogens und der Art der
jeweiligen Erkrankung ab. Der Komplex sollte in einer Menge verabreicht
werden, die ausreicht, eine zytotoxische T-Zell-Reaktion gegen das
intrazelluläre
Pathogen zu bewirken. Im Allgemeinen kann die Menge des Stressprotein-Peptid-Komplexes,
die verabreicht wird, im Bereich von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1000 μg Komplex/kg
Körpergewicht
des Tieres/Immunisierung liegen, und vorzugsweise im Bereich von
ungefähr
0,5 bis 100 μg
Komplex/kg Körpergewicht
des Tieres/Immunisierung. Der Empfänger sollte vorzugsweise 4-mal
in einwöchigen
Abständen
geimpft werden. Wenn es erforderlich ist, können die Reaktionen zu einem
späteren
Zeitpunkt durch eine nachfolgende Verabreichung des Impfstoffs aufgefrischt
werden. Man stellt sich jedoch vor, dass die optimale Dosierung
und der optimale Impfplan für
jeden Stressprotein-Peptid-Impfstoffkomplex von einem Fachmann mittels
herkömmlicher
Techniken, die in diesem Fachgebiet gut bekannt sind, empirisch
bestimmt werden können.
-
In
einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung verschiedene Verfahren
zur Herstellung kommerziell verfügbarer
Mengen des Stressprotein-Peptid-Impfstoffe bereit, die, wenn sie einem
Säugetier
verabreicht werden, im Säugetier
eine zytotoxische T-Zell-Reaktion gegen Zellen, die mit einem ausgewählten Antigen
infiziert sind, induzieren. Bei einem Ansatz kann der Stressprotein-Peptid-Komplex
mittels herkömmlicher
Proteinreinigungsverfahren aus einer Gewebeprobe, einer isolierten
Zelle oder einer immortalisierten Zelllinie, die mit dem ausgewählten intrazellulären Pathogen
infiziert ist, gewonnen werden, oder eine isolierte Zelle oder eine immortalisierte
Zelllinie kann mit einem Gen, das für eine ausgewählte antigene
Determinante codiert, transfiziert werden und dieses exprimieren.
Der gereinigte Komplex kann anschließend gelagert oder für die Verabreichung
als Impfstoff mit einem pharmazeutisch annehmbaren Träger kombiniert
werden.
-
Alternativ
kann der Stressprotein-Peptid-Komplex durch das Rekonstituieren
eines potentiell antigenen Peptids und eines Stressproteins in vitro
hergestellt werden. Zum Beispiel kann das antigene Peptid entweder
aus einem gereinigten Stressprotein-Peptid-Komplex oder einem MHC-Peptid-Komplex
mittels Verfahren, die in diesem Gebiet gut bekannt sind, eluiert
werden. Im Einzelnen können
die Peptide aus dem Stressprotein-Peptid-Komplex durch das Inkubieren
des Komplexes in Gegenwart von ATP oder bei niedrigem pH eluiert
werden.
-
Alternativ
können
die Peptide aus dem MHC-Peptid-Komplex durch das Inkubieren des
Komplexes in Gegenwart von Trifluoressigsäure (TFA) eluiert werden. Die
resultierenden Peptide können
mittels Reverse-Phase-HPLC gereinigt werden, und ihre Aminosäuresequenzen
können
mittels Standardverfahren der Proteinsequenzierung bestimmt werden.
Peptide definierter Sequenz können
dann mittels herkömmlicher Peptidsyntheseverfahren
synthetisiert werden. Stressproteine können direkt aus Zellen, die
natürlicherweise die
Stressproteine exprimieren, gereinigt werden. Alternativ können rekombinante
Stressproteine, einschließlich
von nicht-nativen Formen, verkürzten
Analogen, Muteinen, Fusionsproteinen sowie anderen Konstrukten, die
imstande sind, die Peptidbindung und die immunogenen Eigenschaften
von Stressproteinen nachzuahmen, mittels herkömmlicher gentechnologischer
Verfahren exprimiert werden. Zum Beispiel kann ein rekombinantes
Stressprotein von rekombinanter DNA entweder in einem eukaryotischen
oder in einem prokaryotischen Expressionssystem exprimiert und dann
aus dem Expressionssystem gereinigt werden. Die beiden gereinigten
Komponenten können
dann in vitro kombiniert werden, um einen synthetischen und vollständig definierten
Stressprotein-Peptid-Komplex zu erzeugen. Die Immunogenität und die
Spezifität
der rekombinanten Komplexe können
anschließend
in vitro und in vivo getestet werden, um nützliche Komplexkandidaten zu
identifizieren, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen gegen ein ausgewähltes intrazelluläres Pathogen
stimulieren. Nach der Identifizierung können die synthetischen Komplexe
in jedem beliebigen Maßstab hergestellt
werden, so wie sie sind gelagert werden oder mit pharmazeutisch
annehmbaren Trägern
für die
Verabreichung an Säugetiere
kombiniert werden.
-
Das
Vorangehende sowie andere Ziele und Merkmale der Erfindung sowie
die Erfindung selbst können
anhand der folgenden Beschreibung, wenn sie zusammen mit den begleitenden
Zeichnungen gelesen wird, besser verstanden werden.
-
1 zeigt
die antigenspezifische zytotoxische T-Zell-Aktivität von Splenozyten,
die von Mäusen stammen,
die mit einem gp96-Peptid-Komplex immunisiert wurden, der aus BALB/c-Fibroblasten
gewonnen wurde, die mit dem Nucleoprotein-Gen (NP-Gen) aus dem PR8-Influenzavirus
transfiziert worden waren. Die zytotoxische Aktivität wurde über die
Freisetzung von 51Cr aus BALB/c-Fibroblasten,
die das NP-Gen exprimieren (ausgefüllte Kreise), aus BALB/c-Fibroblasten,
die das NP-Gen exprimieren, aber mit dem Antiserum K44 gegen Anti-MHC-Typ-I
behandelt wurden (offene Kreise), und aus der syngenen, nicht-NP-transfizierten Zelllinie
5117 (Sterne) getestet.
-
2 zeigt
die antigenspezifische zytotoxische T-Zell-Aktivität von Splenozyten,
die von Mäusen stammen,
die mit einem gp96-Peptid-Komplex immunisiert wurden, der aus SV40-transformierten SVB6-Zellen
gewonnen wurde. Die zytotoxische Aktivität wurde über die Freisetzung von 51Cr aus SVB6-Zellen (ausgefüllte Kreise)
und aus der nicht-SV40-transformierten,
syngenen Zelllinie MCA (offene Kreise) getestet.
-
3A–3D zeigt
die antigenspezifischen zytotoxischen T-Zell-Aktivitäten von
Splenozyten, die aus zwei Mäusen
stammen, die mit einem rekonstituierten Hsp70-Peptid-Komplex immunisiert
wurden, wobei das Peptid die Sequenz SLSDLRGYVYQGL (SEQ ID NO: 1)
hat. Vor der Durchführung
des Tests wurden die Splenozyten der einzelnen Mäuse entweder einmal (3A und 3C)
oder zweimal (3B und 3D) in
vitro mit letal bestrahlten Zellen stimuliert, die mit dem Peptid
SLSDLRGYVYQGL (SEQ ID NO: 1) transfiziert waren und es exprimierten.
Die zytotoxische Aktivität
wurde über
die Freisetzung von 51Cr aus EL4-Zellen,
die das Peptid exprimieren (ausgefüllte Dreiecke), und aus EL4-Zellen,
die das Peptid nicht exprimierten (leere Dreiecke), bestimmt.
-
Die
Erfindung basiert auf der Entdeckung, dass ein Stressprotein-Peptid-Komplex,
wenn er aus einer eukaryotischen Zelle isoliert wird, die mit einem
ausgewählten
intrazellulären
Pathogen infiziert ist, und dann einem Säugetier verabreicht wird, eine
zytotoxische T-Zell-Reaktion
stimulieren kann, die gegen Zellen gerichtet ist, die mit dem gleichen
Pathogen infiziert sind. Die Entdeckung stellt einen beträchtlichen
Fortschritt auf dem Gebiet der Impfstoffentwicklung dar.
-
Gemäß der Erfindung
wird die genannte Entdeckung dazu ausgenützt, eine Familie von Impfstoffen bereit
zu stellen, die dazu verwendet werden können, Säugetiere gegen Krankheiten
zu immunisieren, die durch intrazelluläre Pathogene verursacht werden.
Im Prinzip können
die Impfstoffe gegen jedes beliebige interessierende intrazelluläre Pathogen,
zum Beispiel Viren, Bakterien, Protozoen, Pilze oder intrazelluläre Parasiten,
hergestellt werden. Allgemeine Verfahren, die für die Herstellung von Impfstoffen
gegen alle diese Pathogenklassen nützlich sind, werden im Folgenden
detailliert diskutiert.
-
Wie
Fachleuten auf diesem Gebiet klar sein dürfte, haben die hier beschriebenen
Stressprotein-Peptid-Impfstoffe mehrere Vorteile gegenüber den
derzeit verfügbaren
Impfstoffen. Erstens stellen die Stressprotein-Peptid-Impfstoffe
einen alternativen Ansatz zur Stimulierung der zellulären Immunität bereit,
und sie machen die Verwendung intakter intrazellulärer (abgeschwächter oder
sonstiger) Pathogene unnötig.
Zweitens enthalten die Impfstoffe keine intakten Organismen, und
das vermindert das Risiko, dass sie die Krankheit verursachen, gegen
die die Impfstoffe konstruiert wurden, um eine Immunität zu erzeugen.
Drittens sind die hier beschriebenen Impfstoffe ideal für die Hervorrufung
von Immunantworten gegen entweder definierte antigene Determinanten,
die aus intrazellulären
Pathogenen isoliert wurden, oder gegen noch undefinierte antigene
Determinanten. Weiterhin können
Impfstoffe hergestellt werden, die gegen Pathogene wirksam sind,
die normalerweise das Immunsystem umgehen, indem sie neue antigene
Hüllproteine
entwickeln, d. h. gegen das Influenzavirus. Viertens können Impfstoffe
dieses Typs im Prinzip gegen jedes beliebige interessierende intrazelluläre Pathogen
hergestellt werden. Fünftens
können
die Impfstoffe synthetisch mittels Verfahren hergestellt werden,
die hier im Folgenden beschrieben werden, wodurch vollständig definierte
Impfstoffe bereit gestellt werden, die für eine Verabreichung an Menschen
geeignet sind.
-
Man
stellt sich vor, dass die Impfstoffe entweder prophylaktisch oder
therapeutisch verabreicht werden können. Bei einer therapeutischen
Verabreichung kann der Impfstoff im Säugetier eine zytotoxische T-Zell-Reaktion
stimulieren, die es dem Geimpften ermöglicht, einer nachfolgenden
Infektion mit dem intrazellulären
Pathogen zu widerstehen. Alternativ kann der Impfstoff, wenn er
therapeutisch verabreicht wird, im Säugetier eine zytotoxische T-Zell-Reaktion gegen ein
Pathogen, das beim Säugetier
im Augenblick eine Infektion bewirkt und eine Erkrankung verursacht,
stimulieren.
-
Die
spezifische Komponente des Impfstoffs, die beim Empfänger eine
spezifische zytotoxische T-Zell-Reaktion gegen das Pathogen induziert,
ist ein Stressprotein-Peptid-Komplex.
Das Peptid kann jede beliebige Aminosäuresequenz sein, die in einer
eukaryotischen Zelle vorliegt, die mit einem intrazellulären Pathogen
infiziert ist, die aber nicht vorhanden ist, wenn eine derartige
Zelle nicht mit dem gleichen Pathogen infiziert ist. Das schließt Peptide
ein, die vom intrazellulären
Pathogen abstammen.
-
Die
immunogenen Komplexe können
aus jeder beliebigen eukaryotischen Zelle gereinigt werden, einschließlich von
ganzen Geweben, isolierten Zellen und immortalisierten eukaryotischen
Zelllinien, die mit dem intrazellulären Pathogen infiziert sind.
Die Komplexe können
mittels herkömmlicher
Techniken der Proteinreinigung, die in diesem Gebiet gut bekannt
sind, gereinigt werden. Zum Beispiel stellt man sich vor, dass ein immunogener
Komplex, der imstande ist, eine zytotoxische T-Zell-Reaktion gegen
das Influenzavirus zu stimulieren, aus einer eukaryotischen Zelllinie
gewonnen werden kann, die mit dem Influenzavirus infiziert wurde.
-
Außerdem wurde
gefunden, dass das Peptid von dem Stressprotein-Komplex entweder
in Gegenwart von ATP oder bei niedrigem pH eluiert werden kann.
Weder das Peptid noch das Stressprotein allein bewirkt eine Induktion
einer zytotoxischen T-Zell-Reaktion. Diese experimentellen Bedingungen
können
jedoch ausgenützt
werden, um Peptide aus infizierten Zellen zu isolieren, die potentiell
nützliche
antigene Determinanten enthalten können. Nach der Isolierung kann
die Aminosäuresequenz
eines jeden antigenen Peptids mittels herkömmlicher Verfahren der Aminosäuresequenzierung
bestimmt werden. Somit können
die antigenen Determinanten für
potentiell jedes beliebige intrazelluläre Pathogen, das interessiert,
leicht mittels der hier beschriebenen Verfahren identifiziert werden.
Wie im Detail später
hier diskutiert wird, kann diese Eigenschaft für die Herstellung vollständig synthetischer
Impfstoffe ausgenützt
werden.
-
Ähnlich wurde
gefunden, dass potentiell immunogene Peptide aus MHC-Peptid-Komplexen mittels Techniken
eluiert werden können,
die auf diesem Gebiet gut bekannt sind; siehe zum Beispiel Falk
et al. (1990), Nature 348: 248–251,
Rotzsche et al. (1990), Nature 348: 252–254, Elliott et al. (1990),
Nature 348: 195–197,
Falk et al. (1991), Nature 351: 290–296, Demotz et al. (1989),
Nature 334: 682–684,
Rotzsche et al. (1990), Science 249: 283–287. Zwar können die
Peptide, die aus den MHC-Komplexen eluiert werden, eine potentiell
protektive antigene Determinante definieren, aber es sollte klar
sein, dass die Verabreichung des isolierten Peptids in einem herkömmlichen
Untereinheiten-Impfstoff unwirksam bezüglich der Stimulierung einer zytotoxischen
T-Zell-Reaktion im Empfänger
sein kann. Somit stellt man sich vor, dass die Peptide, die aus
den MHC-Peptid-Komplexen eluiert werden, mittels der hier beschriebenen
Verfahren mit einem Stressprotein rekonstituiert werden können, wodurch
ein Stressprotein-Peptid-Komplex erzeugt wird, der wirksam bezüglich der
Stimulierung einer zytotoxischen T-Zell-Reaktion ist, die imstande
ist, Zellen, die das antigene Peptid exprimieren, zu erkennen und
sie zu lysieren,.
-
Ein
Stressprotein, das für
die Durchführung
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist, kann als jedes beliebige zelluläre Protein, das die folgenden
Kriterien erfüllt,
definiert werden. Es ist ein Protein, dessen intrazelluläre Konzentration
ansteigt, wenn eine Zelle einem Stressstimulus ausgesetzt wird,
es ist fähig,
andere Proteine oder Peptide zu binden, und es ist fähig, die
gebundenen Proteine oder Peptide in Gegenwart von Adenosintriphosphat
(ATP) oder bei niedrigem pH freizusetzen.
-
Die
ersten Stressproteine, die identifiziert wurden, waren die Heat-Shock-Proteine
(Hsp). Wie ihr Name sagt, werden Hsps durch eine Zelle als Reaktion
auf einen Hitzeschock synthetisiert. Bis heute sind drei Hauptfamilien
von Hsp identifiziert worden, und zwar basierend auf ihrem Molekulargewicht.
Die Familien wurden Hsp60, Hsp70 und Hsp90 genannt, wobei die Zahlen
das ungefähre
Molekulargewicht der Stressproteine in Kilodalton widerspiegeln.
Von vielen Mitgliedern dieser Familie wurde später gefunden, dass sie als
Reaktion auf andere Stressstimuli induziert werden, zu denen, ohne
jedoch auf sie beschränkt
zu sein, ein Nährstoffmangel,
eine Störung
des Metabolismus, Sauerstoffradikale und eine Infektion mit intrazellulären Pathogenen gehören; siehe
zum Beispiel Welch (Mai 1993), Scientific American 56–64, Young
(1990), Annu. Rev. Immunol. 8: 401–420, Craig (1993), Science
260: 1902–1903,
Gething et al. (1992), Nature 355: 33–45 und Lindquist et al. (1988),
Annu. Rev. Genetics 22: 631–677.
Dementsprechend stellt man sich vor, dass Stressproteine, die zu
allen drei Familien gehören,
nützlich
für die
Durchführung
der vorliegenden Erfindung sein können.
-
Die
Haupt-Stressproteine können
in sehr großen
Mengen in gestressten Zellen akkumulieren, aber sie kommen in niedrigen
bis mäßigen Mengen
in Zellen vor, die nicht gestresst wurden. Zum Beispiel ist das
stark induzierbare Hsp70 von Säugetieren
bei normalen Temperaturen kaum nachweisbar, aber es wird nach einem Hitzeschock
zu einem der am aktivsten synthetisierten Proteine in der Zelle
(Welch et al. (1985), J. Cell Biol. 101: 1198–1211). Im Gegensatz dazu sind
die Hsp90- und Hsp60-Proteine bei normalen Temperaturen in den meisten,
jedoch nicht allen, Säugetierzellen
häufig,
und sie werden durch Hitze weiter induziert (Lai et al. (1984),
Mol. Cell Biol. 4: 2802–10,
van Bergen en Henegouwen et al. (1987), Genes Dev. 1: 525–531).
-
Stressproteine
gehören
zu den am stärksten
konservierten Proteinen, die es gibt. Zum Beispiel zeigt DnaK, das
Hsp70 aus E. coli, eine ungefähr
50%ige Übereinstimmung
der Aminosäuresequenz
mit Hsp70-Proteinen aus Eukaryoten (Bardwell et al. (1984), Proc.
Natl. Acad. Sci. 81: 848–852).
Die Hsp60- und Hsp90-Familien zeigen ebenfalls eine ähnlich hohe
intrafamiliäre
Konservierung (Hickey et al. (1989), Mol. Cell. Biol. 9: 2615–2626, Jindal
(1989), Mol. Cell. Biol. 9: 2279–2283). Außerdem wurde entdeckt, dass
die Hsp-60-, Hsp-70- und Hsp-90-Familien aus Proteinen bestehen,
die hinsichtlich ihrer Sequenz mit den Stressproteinen verwandt
sind und zum Beispiel mehr als 35% Aminosäureübereinstimmung zeigen, aber
deren Expressionsausmaß typischerweise
unter Bedingungen, die für
die Wirtszelle mit Stress verbunden sind, unverändert bleibt. Ein Beispiel
für ein
derartiges Protein ist das konstitutiv exprimierte cytosolische
Protein Hsc70, das bezüglich
der Aminosäuresequenz
mit dem durch Stress induzierten Protein Hsp70 verwandt ist. Man
stellt sich deshalb vor, dass die Definition Stressprotein, wie
sie hier verwendet wird, andere Proteine, Muteine, Analoge und Varianten
von diesen umfasst, die wenigstens 35% bis 55%, vorzugsweise 55%
bis 75% und am bevorzugtesten 75% bis 95% Aminosäureübereinstimmung mit Mitgliedern
der drei Familien, deren Expression in einer Zelle als Reaktion
auf Stressstimuli stimuliert wird, aufweisen. Die Reinigung von
Stressproteinen, die zu diesen drei Familien gehören, wird unten beschrieben.
-
Die
erfindungsgemäßen immunogenen
Stressprotein-Peptid-Komplexe können
jeden beliebigen Komplex umfassen, der ein Stressprotein und ein
Peptid enthält,
das imstande ist, in einem Säugetier
eine Immunreaktion hervorzurufen, wobei in diesem Komplex das Peptid
mit dem Stressprotein nicht-kovalent assoziiert ist. Die bevorzugten
Komplexen können,
ohne jedoch auf diese beschränkt
zu sein, Hsp60-Peptid-, Hsp70-Peptid- und Hsp90-Peptid-Komplexe umfassen.
Zum Beispiel kann ein gp96 genanntes Stressprotein, das im endoplasmatischen
Retikulum eukaryotischer Zellen vorkommt und mit dem cytoplasmatischen
Hsp90 verwandt ist, dazu verwendet werden, einen wirksamen Impfstoff
zu erzeugen, der einen gp96-Peptid-Komplex enthält.
-
Eine
weitere Familie von Heat-Shock-Proteinen mit niedrigem Molekulargewicht
ist kürzlich
identifiziert und Hsp 25/Hsp 27 genannt worden. Die Reinigung dieser
Proteine wird unten diskutiert. Man stellt sich vor, dass diese
Proteine mit niedrigem Molekulargewicht ebenfalls für die vorliegende
Erfindung nützlich
sein können.
-
Es
wurde auch entdeckt, dass die erfindungsgemäßen Stressprotein-Peptid-Komplexe
aus Zellen präpariert
werden können,
die mit einem intrazellulären
Pathogen infiziert sind, sowie aus Zellen, die durch ein intrazelluläres Pathogen
transformiert wurden. Zum Beispiel können immunogene Stressprotein-Peptid-Komplexe
aus eukaryotischen Zellen isoliert werden, die mit einem transformierenden
Virus wie SV40 transformiert wurden (siehe unten).
-
In
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung können die Impfstoffe aus gereinigten
Stressproteinen und Peptiden besonders nützlich für die Behandlung humaner Erkrankungen
sein, die durch intrazelluläre
Pathogene verursacht werden. Es sollte jedoch klar sein, dass die
mittels der hier beschriebenen Prinzipien entwickelten Impfstoffe
zur Behandlung von Erkrankungen anderer Säugetiere, zum Beispiel von
Tieren auf dem Bauernhof, einschließlich von Rindern, Pferden,
Schafen, Ziegen und Schweinen, sowie von Haustieren, einschließlich von
Katzen und Hunden, die ganz ähnlich
durch intrazelluläre
Pathogene verursacht werden, nützlich
sein werden.
-
Gemäß den hier
beschriebenen Verfahren können
Impfstoffe hergestellt werden, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen
gegen Zellen stimulieren, die mit Viren infiziert sind, zu denen,
ohne jedoch auf sie beschränkt
zu sein, gehören
Hepatitis A, Hepatitis B, Hepatitis C, Influenza, Varicella, Adenovirus,
HSV-I, HSV-II, Rinderpest, Rhinovirus, Echovirus, Rotavirus, respiratorisches
Syncytialvirus, Papillomvirus, Papovavirus, Cytomegalovirus, Echinovirus,
Arbovirus, Huntavirus, Coxsackie-Virus, Mumpsvirus, Masernvirus,
Rubellavirus, Poliovirus, HIV-I und HIV-II. Ähnlich können auch Impfstoffe hergestellt
werden, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen
gegen Zellen stimulieren, die mit intrazellulären Bakterien infiziert sind,
zu denen, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein, Mycobacteria,
Rickettsia, Mycoplasma, Neisseria und Legionella gehören. Außerdem können auch
Impfstoffe hergestellt werden, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen gegen
Zellen stimulieren, die mit intrazellulären Protozoen infiziert sind,
zu denen, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein, Leishmania, Kokzidioa
und Trypanosoma gehören.
Weiterhin können
Impfstoffe hergestellt werden, die zytotoxische T-Zell-Reaktionen
gegen Zellen stimulieren, die mit intrazellulären Parasiten infiziert sind,
zu denen, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein, Chlamydia und
Rickettsia gehören.
-
I. Vermehrung
infizierter eukaryotischer Zellen
-
Wie
Fachleuten auf diesem Gebiet klar sein dürfte, können die hier beschriebenen
Protokolle dazu verwendet werden, Stressprotein-Peptid-Komplexe
aus beliebigen eukaryotischen Zellen zu isolieren, zum Beispiel
aus Geweben, isolierten Zellen oder immortalisierten eukaryotischen
Zelllinien, die mit einem ausgewählten
intrazellulären
Pathogen infiziert sind.
-
Wenn
immortalisierte tierische Zelllinien als Quelle für die Stressprotein-Peptid-Komplexe verwendet werden,
ist es natürlich
wichtig, Zelllinien zu verwenden, die mit dem interessierenden Pathogen
infiziert werden können.
Außerdem
wird es bevorzugt, Zellen zu verwenden, die von der gleichen Spezies
wie derjenigen, zu der der vorgesehene Empfänger des Impfstoffs gehört, abstammen.
-
Zum
Beispiel kann für
die Herstellung eines Stressprotein-Peptid-Komplexes, der wirksam
gegen HIV-1 sein könnte,
für die
Verabreichung an Menschen das Virus in humanen Zellen vermehrt werden,
zu denen, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein, humane CD4+-T-Zellen, HepG2-Zellen
und lymphoide U937-Zellen gehören.
Für die
Herstellung eines Stressprotein-Peptid-Komplexes, der wirksam gegen
HIV-II sein könnte, für die Verabreichung an
Menschen kann das Virus zum Beispiel in humanen CD4+-T-Zellen vermehrt
werden. Ähnlich
können
Influenzaviren zum Beispiel in humanen Fibroblasten-Zelllinien und
MDCK-Zellen vermehrt werden,
und Mycobacteria können
zum Beispiel in humanen Schwann-Zellen kultiviert werden.
-
Wenn
die intrazellulären
Pathogene die infizierten Zellen nicht lysieren, dann werden die
infizierten Zellen unter den gleichen Bedingungen wie die normalen,
nicht-infizierten Zellen kultiviert. Zum Beispiel können Mycobacteria
in Nervenkulturen der sensorischen Ganglien neugeborener weißer Swiss-Mäuse vermehrt werden.
Die Nervenzellen werden in einem Wachstumsmedium kultiviert, das
70% Dulbecco's modified
Eagle minimal essential Medium (DMEM) mit 0,006% Glucose, 20% fötalem Kälberserum,
10% Hühnerembryo-Extrakt
und Cytosinarabinosid kultiviert. Nach 8 bis 10 Tagen werden die
Kulturen mit 5–8 × 106 Mycobacteria angeimpft, die aus frischen
Knötchen
unbehandelter Patienten mit lepromatöser Lepra isoliert wurden.
Die infizierten Zellen können
bei 37°C
bis zu 6 Wochen kultiviert werden, und danach werden die infizierten
Zellen geerntet und die Stressprotein-Peptid-Komplexe isoliert; siehe zum
Beispiel Mukherjee et al. (1985), R. Clin. Micro. 21: 808–814.
-
Wenn
auf der anderen Seite die Wirtszellen durch das interessierende
Pathogen lysiert werden (wie im Falle des Influenzavirus), dann
können
die Zellen immer noch unter Standardbedingungen gezüchtet werden,
außer
dass die Zellen unmittelbar vor der Lyse der Wirtszelle gewaschen
und geerntet werden. Zum Beispiel werden bei der Reinigung von Stressprotein-Peptid-Komplexen
aus Influenza-infizierten Zellen Fibroblasten (oder andere Zelltypen)
1 Stunde bei 37°C
mit 5–10
Plaque Forming Units (PFU) des Virus pro Zelle infiziert. Die infizierten
Zellen können
in reinem DMEM-Medium 24 Stunden bei 37°C kultiviert werden. Nach 24 Stunden
werden die Zellen gewaschen und vor der Lyse geerntet. Die Stressprotein-Peptid-Komplexe können mittels
der unten dargelegten Verfahren isoliert werden.
-
Außerdem kann,
wenn das Gen, das für
eine bestimmte antigene Determinante codiert, identifiziert wurde,
das interessierende Gen transfiziert und in einer immortalisierten
humanen Zelllinie oder einer anderen Säugetierzelllinie mittels Techniken,
die in diesem Gebiet gut bekannt sind, exprimiert werden; siehe
zum Beispiel „Current
Protocols in Molecular Biology" (1989),
Hrsg. Ausubel FM, Brent R, Kingston RE, Moore DD, Seidman JG, Smith
JA und Struhl K., Wiley Interscience. Die transfizierten Zellen
können
unter Standardbedingungen gezüchtet
und die Komplexe anschließend
isoliert werden.
-
II Präparation
von Stressproteinen und immunogenen Stressprotein-Peptid-Komplexen
-
Verfahren
zur Präparation
von Hsp70-Peptid-Komplexen, Hsp90-Peptid-Komplexen, gp96-Peptid-Komplexen,
Hsp70, Hsp25/Hsp27 und Hsp60 werden unten dargelegt.
-
a) Reinigung von Hsp70-Peptid-Komplexen
-
Ein
Pellet infizierter Zellen wird in 3 Volumina 1 × Lysispuffer resuspendiert,
der aus 5 mM Natriumphosphat-Puffer (pH 7), 150 mM NaCl, 2 mM CaCl2, 2 mM MgCl2 und
1 mM Phenylmethylsulfonylfluorid (PMSF) besteht. Das Pellet wird
auf Eis sonifiziert, bis > 99%
der Zellen lysiert sind, wie anhand einer mikroskopischen Überprüfung festgestellt
wird. Alternativ können
die Zellen über
ein mechanisches Scheren lysiert werden. Bei diesem Verfahren werden
die Zellen in 30 mM Natriumbicarbonat, pH 7,5, und 1 mm PMSF 20 min
auf Eis inkubiert und dann in einem Dounce-Homogenisator homogenisiert,
bis > 95% der Zellen
lysiert sind.
-
Das
Lysat wird 10 min bei 1000 g zentrifugiert, um nicht-aufgebrochene
Zellen, Kerne und andere Trümmer
zu entfernen. Der Überstand
aus diesem Zentrifugationsschritt wird dann 90 Minuten bei 100 000
g erneut zentrifugiert.
-
Der Überstand
wird 2–3
Stunden bei 4°C
mit Con-A-Sepharose gemischt, die mit PBS äquilibriert worden war, die
2 mM Ca2+ und 2 mM Mg2+ enthält. Wenn
die Zellen über
ein mechanisches Scheren lysiert werden, wird der Überstand
vor der Weiterverarbeitung mit einem gleichen Volumen 2 × Lysispuffer
verdünnt. Dann
wird die Aufschlämmung
in eine Säule
gepackt und mit 1 × Lysispuffer
gewaschen. Das Material, das nicht bindet, wird 36 Stunden gegen
10 mM Tris-Acetat, pH 7,5, 0,1 mM EDTA, 10 mM NaCl und 1 mM PMSF dialysiert
(dreimal, jedes Mal gegen 100 Volumina). Das Dialysat wird 20 min
bei 17000 Upm (Sorvall-Rotor SS34)
zentrifugiert, und der resultierende Überstand wird auf eine Mono-Q-FPLC-Säule (Pharmacia)
aufgetragen, die mit 20 mM Tris-Acetat, pH 7,5, 20 mM NaCl, 0,1
mM EDTA und 15 mM 2-Mercaptoethanol äquilibriert worden war. Dann
werden die Proteine mit einem NaCl-Gradienten von 20 mM bis 500 mM eluiert.
Die Fraktionen werden mittels Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese
(SDS-PAGE) und Immunblotting unter Verwendung eines geeigneten Anti-Hsp70-Antikörpers (wie
des Klons N27F3-4 von StressGen) charakterisiert.
-
Die
Fraktionen, die stark immunreaktiv mit dem Antikörper sind, werden vereinigt,
und die Hsp70-Peptid-Komplexe werden mit Ammoniumsulfat ausgefällt. Der
Komplex wird in der Ammoniumsulfat-Fraktion von 50% bis 70% ausgefällt. Das
Proteinpellet wird durch Zentrifugation bei 17 000 Upm (Sorvall-Rotor
SS34) geerntet und mit 70% Ammoniumsulfat gewaschen. Dann wird das
Pellet solubilisiert, und das restliche Ammoniumsulfat wird durch
Gelfiltration über
eine Sephadex®-G25-Säule (Pharmacia)
entfernt.
-
Der
Hsp70-Peptid-Komplex kann mittels dieses Verfahrens zu apparenter
Homogenität
gereinigt werden. Bis zu 1 mg Hsp70-Peptid-Komplex kann aus 1 g
Zellen/Gewebe gereinigt werden.
-
b) Reinigung von Hsp70
-
Das
Hsp70-Polypeptid kann aus dem Hsp70-Peptid-Komplex durch ATP-Agarose-Chromatographie gereinigt
werden; siehe zum Beispiel Welch et al. (1985), Mol. Cell. Biol.
5: 1229. Es wird, um das ganze kurz zusammenzufassen, MgCl2 zu dem zuvor isolierten Komplex bis zu
einer Endkonzentration von 3 mM gegeben. Dann wird der Komplex auf
eine ATP-Agarose-Säule
(Sigma Chemical Co.) aufgetragen, die mit 20 mm Tris-Acetat (pH
7,5), 20 mM NaCl, 0,1 mM EDTA, 15 mM 2-Mercaptoethanol und 3 mM
MgCl2 äquilibriert
worden war. Die Säule
wird extensiv mit dem Äquilibrierungspuffer,
der 0,5 M NaCl enthält,
und dann mit dem Puffer ohne das NaCl gewaschen. Dann wird das Hsp70
mit dem Äquilibrierungspuffer,
der 3 mM ATP (Sigma Chemical Col) enthält, von der Säule eluiert.
-
C) Reinigung von Hsp90-Peptid-Komplexen
-
Ein
Pellet infizierter Zellen wird in 3 Volumina 1 × Lysispuffer resuspendiert,
der aus 5 mM Natriumphosphat-Puffer (pH 7), 150 mM NaCl, 2 mM CaCl2, 2 mM MgCl2 und
1 mM PMSF besteht. Das Pellet wird auf Eis sonifiziert, bis > 95% der Zellen lysiert
sind, wie anhand einer mikroskopischen Überprüfung festgestellt wird. Alternativ
können
die Zellen wie oben über
ein mechanisches Scheren lysiert werden.
-
Das
Lysat wird 10 min bei 1000 g zentrifugiert, um nicht-aufgebrochene
Zellen, Kerne und andere Trümmer
zu entfernen. Der Überstand
aus diesem Zentrifugationsschritt wird dann 90 Minuten bei 100 000
g erneut zentrifugiert.
-
Dann
wird der Überstand
2–3 Stunden
bei 4°C
mit Con-A-Sepharose® gemischt, die mit PBS äquilibriert
worden war, die 2 mM Ca2+ und 2 mM Mg2+ enthält.
Wenn die Zellen über
ein mechanisches Scheren lysiert werden, wird der Überstand
vor der Weiterverarbeitung mit einem gleichen Volumen 2 × Lysispuffer
verdünnt.
Dann wird die Aufschlämmung
in eine Säule
gepackt und mit 1 × Lysispuffer
gewaschen. Das Material, das nicht bindet, wird 36 Stunden gegen
20 mM Natriumphosphat, pH 7,4, 0,1 mM EDTA, 250 mM NaCl und 1 mM
PMSF dialysiert (dreimal, jedes Mal gegen 100 Volumina). Das Dialysat
wird 20 min bei 17 000 Upm (Sorvall-Rotor SS34) zentrifugiert. Der
resultierende Überstand
wird auf eine Mono-Q-FPLC-Säule (Pharmacia)
aufgetragen, die mit Lysispuffer äquilibriert worden war, und
die gebundenen Proteine werden mit einem Salzgradienten von 200
mM bis 600 mM NaCl eluiert.
-
Die
eluierten Fraktionen werden mittels SDS-PAGE analysiert, und die
Hsp90-Komplexe werden durch
Immunblotting unter Verwendung eines Anti-Hsp90-Antikörpers (z.
B. 3G3 von Affinity Bioreagents) identifiziert. Hsp90 kann mittels
dieses Verfahrens zu apparenter Homogenität gereinigt werden. Ungefähr 150–200 μg Hsp90 können routinemäßig aus
1 g Zellen/Gewebe gereinigt werden.
-
d) Reinigung von gp96-Peptid-Komplexen
-
Ein
Pellet infizierter Zellen wird in 4 Volumina eines Puffer resuspendiert,
der aus 30 mM Natriumbicarbonat-Puffer (pH 7,5) und 1 mM PMSF besteht,
und man lässt
die Zellen 20 min auf Eis schwellen. Das Zellpellet wird dann in
einem Dounce-Homogenisator (die geeignete Clearance des Homogenisators
hängt vom
jeweiligen Zelltyp ab) auf Eis homogenisiert, bis >95% der Zellen lysiert
sind.
-
Das
Lysat wird 10 min bei 1000 g zentrifugiert, um nicht-aufgebrochene
Zellen, Kerne und andere Trümmer
zu entfernen. Der Überstand
aus diesem Zentrifugationsschritt wird dann 90 Minuten bei 100 000
g erneut zentrifugiert. Der gp96-Peptid-Komplex kann entweder aus
dem 100 000-g-Pellet oder aus dem Überstand gereinigt werden.
-
Bei
der Reinigung aus dem Überstand
wird der Überstand
mit einem gleichen Volumen 2 × Lysispuffer verdünnt, und
der Überstand
wird 2–3
Stunden bei 4°C
mit Con-A-Sepharose gemischt, die mit PBS, die 2 mM Ca2+ und
2 mM Mg2+ enthält, äquilibriert worden war. Dann
wird die Aufschlämmung
in eine Säule
gepackt und mit 1 × Lysispuffer
gewaschen, bis der OD280-Wert auf die Basislinie
zurückgeht.
Dann wird die Säule
mit 1/2 Säulenbettvolumen
an 10% α-Methylmannosid
(α-MM),
gelöst
in PBS, die 2 mM Ca2+ und 2 mM Mg2+ enthält, gewaschen,
die Säule
wird mit einem Stück
Parafilm verschlossen und 15 min bei 37°C inkubiert. Die Säule wird
dann auf Raumtemperatur abgekühlt,
und der Parafilm wird von der Unterseite der Säule entfernt. Es werden fünf Säulenvolumina
des α-MM-Puffers
auf die Säule
aufgetragen, und das Eluat wird mittels SDS-PAGE analysiert. Typischerweise
ist das resultierende Material zu ungefähr 60–95% rein, aber das hängt vom
Zelltyp und vom eingesetzten Verhältnis von Gewebe zu Lysispuffer
ab. Dann wird die Probe auf eine Mono-Q-FPLC-Säule (Pharmacia) aufgetragen,
die mit einem Puffer äquilibriert
worden war, der 5 mM Natriumphosphat, pH 7, enthält. Die Proteine werden dann
mit einem 0–1
M NaCl-Gradienten von der Säule
eluiert, und die gp96-Fraktion eluiert zwischen 400 mM und 550 mM
NaCl.
-
Dieses
Verfahren kann jedoch durch zwei zusätzliche Schritte modifiziert
werden, die entweder allein oder in Kombination eingesetzt werden,
um reproduzierbar apparent homogene gp96-Peptid-Komplexe zu erzeugen.
Ein optionaler Schritt beinhaltet eine Ammoniumsulfatfällung vor
dem Reinigungsschritt mit Con A, und der andere optionale Schritt
beinhaltet eine DEAE-Sepharose-Reinigung nach dem Con-A-Reinigungsschritt,
aber vor dem Mono-Q-FPLC-Schritt.
-
Beim
ersten optionalen Schritt wird der Überstand, der aus dem Zentrifugationsschritt
bei 100 000 g resultiert, durch die Zugabe von Ammoniumsulfat auf
eine Endkonzentration von 50% Ammoniumsulfat gebracht. Das Ammoniumsulfat
wird zu der Lösung
in einem Becher in einem Eiswasserbad unter langsamem Rühren zugegeben.
Die Lösung
wird ungefähr
2 bis 12 Stunden bei 4°C
gerührt,
und die resultierende Lösung wird
bei 6000 Upm (Sorvall-Rotor SS34) zentrifugiert. Der aus diesem
Schritt resultierende Überstand
wird entfernt, durch die Zugabe von Ammoniumsulfatlösung auf
eine Ammoniumsulfatsättigung
von 70% gebracht und bei 6000 Upm (Sorvall-Rotor SS35) zentrifugiert.
Das aus diesem Schritt resultierende Pellet wird gewonnen und in
PBS, die 70% Ammoniumsulfat enthält,
suspendiert, um das Pellet zu waschen. Diese Mischung wird bei 6000
Upm (Sorvall-Rotor SS34) zentrifugiert, und das Pellet wird in PBS,
die 2 mM Ca2+ und Mg2+ enthält, gelöst. Nichtgelöstes Material
wird durch eine kurze Zentrifugation bei 15 000 Upm (Sorvall-Rotor
SS34) entfernt. Dann wird die Lösung
mit Con-A-Sepharose® gemischt und wie zuvor
beschrieben weiterverarbeitet.
-
Beim
zweiten optionalen Schritt werden die von der Con-A-Säule eluierten
gp96-haltigen Fraktionen vereinigt, und der Puffer wird durch Dialyse
oder, vorzugsweise, durch einen Pufferaustausch auf einer Sephadex®-G25-Säule gegen
einen Phosphatpuffer, 5 mM, pH 7, und 300 mM NaCl ausgetauscht.
Nach dem Pufferaustausch wird die Lösung mit DEAE-Sepharose® gemischt,
die zuvor mit 5 mM Natriumphosphatpuffer, pH 7, und 300 mM NaCl äquilibriert
worden war. Die Proteinlösung
und die Beads werden sanft 1 Stunde gemischt und in eine Säule gegossen.
Dann wird die Säule
mit 5 mM Natriumphosphatpuffer, pH 7, 300 mM NaCl gewaschen, bis
die Absorption bei 280 nM auf die Basislinie zurückgeht. Dann wird das gebundene
Protein mit fünf
Volumina 5 mM Natriumphosphat-Puffer, pH 7, 700 mM NaCl von der
Säule eluiert.
Die proteinhaltigen Fraktionen werden vereinigt und mit 5 mM Natriumphosphatpuffer,
pH 7, verdünnt,
um die Salzkonzentration auf 175 mM abzusenken. Das resultierende
Material wird dann auf die Mono-Q-FPLC-Säule (Pharmacia) aufgetragen,
die mit 5 mM Natriumphosphat-Puffer, pH 7, äquilibriert worden war, und
das Protein, das an die Mono-Q-FPLC-Säule (Pharmacia) bindet, wird
wie oben beschrieben eluiert.
-
Es
sollte jedoch klar sein, dass ein Fachmann auf diesem Gebiet über Routineexperimente
den Nutzen der Aufnahme der optionalen Schritte in das Reinigungsprotokoll
bestimmen kann. Außerdem
sollte klar sein, dass der Nutzen aus der Aufnahme eines jeden optionalen
Schritts von der Quelle des Ausgangsmaterials abhängt.
-
Wenn
die gp96-Fraktion aus dem 100 000-g-Pellet isoliert wird, dann wird
das Pellet in 5 Volumina PBS, die entweder 1% Natriumdesoxycholat
oder 1% Octylglucopyranosid (aber ohne das Mg2+ und
Ca2+) enthält, suspendiert und 1 Stunde
auf Eis inkubiert. Die Suspension wird 30 min bei 20 000 g zentrifugiert,
und der resultierende Überstand
wird gegen mehrere Wechsel PBS (ebenfalls ohne das Mg2+ und
Ca2+) dialysiert, um das Detergens zu entfernen.
Das Dialysat wird 90 min bei 100 000 g zentrifugiert, der Überstand
wird gewonnen, und es werden dem Überstand Calcium und Magnesium
zugesetzt, bis eine Endkonzentration von 2 mM erhalten worden ist.
Dann wird die Probe entweder mittels des nicht-modifizierten oder
des modifizierten Verfahrens zur Isolierung des gp96-Peptid-Komplexes
aus dem 100 000-g-Überstand
wie oben gereinigt.
-
Die
gp96-Peptid-Komplexe können
mittels dieses Verfahrens bis zur apparenten Homogenität gereinigt
werden. Ungefähr
10–20 μg gp96 können aus
1 g Zellen/Gewebe isoliert werden.
-
e) Reinigung von HSP25
und HSP27
-
Die
Reinigung von Hsp25- und Hsp27-Polypeptiden wurde bereits früher offenbart
und wird deshalb hier nicht detailliert diskutiert; siehe zum Beispiel
Jakob et al. (1993), J. Biol. Chem. 268: 15717–1520, wobei diese Offenbarung
hier mit der entsprechenden Quellenangabe aufgenommen wird.
-
Es
werden, um das ganze kurz zusammenzufassen, die Zelllysate mit 35%
Ammoniumsulfat ausgefällt.
Das Pellet wird durch Zentrifugation gewonnen, in Puffer solubilisiert
und durch Ionenaustauschchromatographie unter Verwendung einer DEAE-Sepharose®-CL-6B-Säule (Pharmacia
Biotechnology Inc.) fraktioniert. Die Proteine werden mit einem
NaCl-Gradienten von 50–200
mM eluiert. Die Fraktionen, die Hsp25 und Hsp27 enthalten, werden
mittels Immunblotting unter Verwendung geeigneter Antikörper identifiziert.
Die Fraktionen werden vereinigt und durch Größenausschlusschromatographie
auf einer Superose-6-Gelfiltrationssäule (Pharmacia) fraktioniert.
-
Reinigung von Hsp60
-
Die
Reinigung von Hsp60 wurde bereits früher detailliert diskutiert
und wird deshalb hier nicht detailliert diskutiert; siehe zum Beispiel
Vitanen et al. (1992), J. Biol. Chem. 267: 695–698, wobei diese Offenlegung
hier mit der entsprechenden Quellenangabe aufgenommen wird.
-
Es
wird, um das ganze kurz zusammenzufassen, ein Lysat der mitochondrialen
Matrix auf eine Mono-Q-FPLC-Säule,
die mit 50 mM Natriumphosphat, 1 mM MgCl2,
1 mM EGTA, pH 6,9, äquilibriert
worden war, aufgetragen. Die Proteine werden mit einem NaCl-Gradienten von
0–1 M
eluiert. Die Fraktionen, die Hsp65 enthalten, werden vereinigt und
mittels ATP-Agarose-Chromatographie
wie oben diskutiert fraktioniert.
-
III. Präparation
rekombinanter Stressproteine
-
Man
stellt sich vor, dass rekombinante Stressproteine und Aminosäuresequenz-Varianten von diesen mittels
herkömmlicher
gentechnologischer Verfahren hergestellt werden können. Zum
Beispiel können
rekombinante DNAs, die entweder für ein bekanntes Stressprotein
oder ein Homolog codieren, in eine geeignete Wirtszelle eingeführt werden,
das Protein kann exprimiert, geerntet und, wenn erforderlich, renaturiert
und gereinigt werden. Stressproteine, die derzeit auf diesem Gebiet
bekannt sind, sind in der Tabelle I unten zusammengefasst.
-
Die
Verfahren zur Manipulation, Amplifizierung und Rekombination von
DNA, die für
interessierende Aminosäuresequenzen
codiert, sind in diesem Fachgebiet generell gut bekannt und werden
deshalb hier nicht detailliert beschrieben. Methoden zur Identifizierung
und Isolierung von Genen, die für
Mitglieder der Stressproteinfamilien codieren, sind ebenfalls gut
etabliert, und sie werden in der Patentliteratur und anderen Literaturstellen
beschrieben.
-
Dementsprechend
kann die Konstruktion von DNAs, die für biosynthetische Konstrukte,
wie sie hier offenbart werden, codieren, mittels bekannter Techniken
unter Einsatz von verschiedenen Restriktionsenzymen, die die DNA
sequenzspezifisch schneiden und dabei stumpfe Enden oder kohäsive Enden
produzieren, von DNA-Ligasen, von Techniken, die die enzymatische
Anfügung
von klebrigen Enden an DNA mit stumpfen Enden ermöglichen,
mittels der Konstruktion synthetischer DNAs durch das Zusammenfügen von
kurzen und mittellangen Oligonucleotiden, von Techniken der cDNA-Synthese
und mittels synthetischen Sonden zur Isolierung von Genen und Mitgliedern
der Stressproteinfamilien durchgeführt werden. Verschiedene Promotorsequenzen
und andere regulatorische DNA-Sequenzen, die zur Erzielung einer
Expression verwendet werden, und verschiedene Typen von Wirtszellen
sind ebenfalls bekannt und verfügbar.
Herkömmliche
Transfektionstechniken sowie herkömmliche Techniken zur Klonierung
und Subklonierung von DNA sind bei der Durchführung dieser Erfindung nützlich und
Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt. Es können verschiedene Vektortypen
verwendet werden, wie Plasmide und Viren, einschließlich von
tierischen Viren und Bakteriophagen. Die Vektoren können verschiedene
Markergene ausnützen,
die einer erfolgreich transfizierten Zelle eine nachweisbare phänotypische
Eigenschaft verleihen, die dazu verwendet werden kann, herauszufinden,
welcher aus einer Familie von Klonen erfolgreich die rekombinante
DNA des Vektors inkorporiert hat.
-
Tabelle
1
Familien von Stressproteinen, aus Gething et al., unten
-
Alternative
sind in Klammern angegeben.
-
DNA-Moleküle, die
für potentiell
nützliche
Stressproteine codieren, können über verschiedene
Verfahren erhalten werden. Interessierende Gene können aus
Standard-cDNA-Bibliotheken
mit Hilfe von Kolonie- oder Plaque-Hybridisierungstechniken oder über den
Einsatz von Techniken der Polymerasekettenreaktion (PCR-Techniken)
gereinigt werden, die alle in diesem Gebiet gut bekannt sind; siehe
zum Beispiel „Molecular Cloning:
A Laboratory Manual, 2. Auflage",
Sambrook et al. (1989), Cold Spring Harbor Press, wobei diese Offenbarung
hier mit der entsprechenden Quellenangabe aufgenommen wird. Alternativ
können
die bevorzugten Gene über
die Zusammenfügung
synthetischer Oligonucleotide erzeugt werden, die mittels eines
herkömmlichen,
automatischen Polynucleotid-Syntheseapparates erzeugt werden, gefolgt
von einer Ligation mit geeigneten Ligasen. Zum Beispiel können überlappende,
komplementäre
DNA-Fragmente von 15 Basen halbmanuell mittels der Phosphoramidit-Chemie
synthetisiert werden, wobei die Endabschnitte unphosphoryliert gelassen
werden, um eine Polymerisierung während der Ligation zu vermeiden.
Ein Ende der synthetischen DNA enthält eine „klebriges Ende", das dem Ort der
Wirkung einer speziellen Restriktionsendonuclease entspricht, und
das andere Ende ist mit einem Ende versehen, das dem Ort der Wirkung
einer anderen Restriktionsendonuclease entspricht. Alternativ kann
dieser Ansatz vollständig
automatisiert werden. Die DNA, die für die biosynthetischen Konstrukte
codiert, kann durch das Synthetisieren langer, einzelsträngiger Fragmente
(z. B. von 50–100
Nucleotiden Länge)
beispielsweise mittels eines Oligonucleotid-Synthesizers von Applied
Biosystems und das anschließende
Ligieren der Fragmente erzeugt werden.
-
Die
rekombinanten DNA-Konstrukte können
dann in einen Expressionsvektor integriert und für die Proteinexpression in
eine geeignete Wirtszelle transfiziert werden. Zu nützlichen
Wirtszellen gehören
E. coli, Saccharomyces, das Insekten/Baculovirus-Zellsystem, Myelomzellen
und verschiedene andere Säugetierzellen.
In E. coli und anderen mikrobiellen Wirten können die synthetischen Gene
als Fusionsproteine exprimiert werden. Eine Expression in Eukaryoten
kann über
die Transfektion von DNA-Sequenzen, die für die interessierenden biosynthetischen
Proteine codieren, in eine Myelomzelllinie oder eine andere Zelllinie
erreicht werden.
-
Der
Vektor kann zusätzlich
verschiedene Sequenzen zur Unterstützung der korrekten Expression
des rekombinanten Proteins enthalten, einschließlich von Promotor- und Terminationssequenzen
für die
Transkription, von Enhancersequenzen, von Sequenzen bevorzugter
Ribosomenbindungsstellen, bevorzugten mRNA-Leadersequenzen, bevorzugten
Protein-Prozessierungssequenzen, bevorzugten Signalsequenzen für die Proteinsekretion
und dergleichen. Die DNA-Sequenz, die für das interessierende Gen codiert,
kann ebenfalls manipuliert werden, um potentiell hemmende Sequenzen
zu entfernen oder die Bildung einer unerwünschten Sekundärstruktur
zu minimieren. Das rekombinante Protein kann auch als ein Fusionsprotein
exprimiert werden. Nach der Translation kann das Protein aus den
Zellen gereinigt werden oder aus dem Kulturmedium gewonnen werden.
-
Wenn
zum Beispiel das Gen in E. coli exprimiert werden soll, dann könnte es
zuerst in einen Expressionsvektor kloniert werden. Das wird durch
das Anordnen des gentechnologisch veränderten Gens stromabwärts einer
Promotorsequenz, wie Trp oder Tac, und eines Gens, das für ein Leaderpeptid,
wie das Fragment B des Proteins A (FB) codiert, erreicht. Die resultierenden
Fusionsproteine akkumulieren in „refractile bodies" Cytoplasma der Zellen
und können
nach dem Aufbrechen der Zellen mittels einer French-Press oder durch Sonifizieren
gewonnen werden. Die „refractile
bodies" werden solubilisiert,
und die exprimierten Proteine werden mittels Verfahren, die bereits
für viele
andere rekombinante Proteine etabliert wurden. erneut gefaltet und gespalten.
-
Die
Expression der gentechnologisch veränderten Gene in eukaryotischen
Zellen erfordert die Etablierung geeigneter Zellen und Zelllinien,
die leicht transfiziert werden können,
die imstande sind, fremde DNA mit einer nicht-umgelagerten Sequenz
stabil beizubehalten, und die die erforderlichen zellulären Komponenten für eine wirksame
Transkription, Translation, posttranslationale Modifikation und
Sekretion des Proteins besitzen. Außerdem ist auch ein geeigneter
Vektor, der die interessierenden Gene trägt, erforderlich. Die Konstruktion
des DNA-Vektors
für die
Transfektion in Säugetierzellen
sollte auch geeignete Sequenzen für die Unterstützung der
Expression des interessierenden Gens, wie es oben beschrieben wurde,
aufweisen, einschließlich
von geeigneten Sequenzen für
die Initiation der Transkription, die Termination und Enhancersequenzen, sowie
Sequenzen, die die Translationseffizienz verbessern, beispielsweise
die Kozak-Konsensussequenz. Bevorzugte DNA-Vektoren enthalten auch
ein Markergen und Mittel zur Amplifizierung der Kopienzahl des interessierenden
Gens. Eine detaillierte Übersicht über den
Stand der Technik zur Erzeugung fremder Proteine in Säugetierzellen,
einschließlich
nützlicher
Zellen, von Sequenzen, die die Proteinexpression fördern, von
Markergenen und Verfahren zur Genamplifikation wird in Genetic Engineering
7: 91–127
(1988) offenbart.
-
Die
am besten charakterisierten Transkriptionspromotoren, die für die Expression
eines fremden Gens in einer bestimmten Säugetierzelle nützlich sind,
sind der frühe
SV40-Promotor, der Adenovirus-Promotor (AdMLP), der Maus-Metallothionein-I-Promotor
(mMT-1), das Long Terminal Repeat (LTR) des Rous-Sarcoma-Virus (RSV),
das Long Terminal Repeat des Mouse-Mammary-Tumor-Virus (MMTV-LTR) und der
Intermediate-Early-Promotor des humanen Cytomegalovirus (hCMV).
Die DNA-Sequenzen für
alle diese Promotoren sind in diesem Gebiet bekannt und kommerziell
verfügbar.
-
Der
Einsatz eines selektierbaren DHFR-Gens in einer dhfr–-Zelllinie
ist ein gut charakterisiertes Verfahren, das für die Amplifizierung von Genen
in Säugerzellsystemen
nützlich
ist. Das DHFR-Gen wird, um das ganze kurz zusammenzufassen, auf
dem Vektor bereit gestellt, der das interessierende Gen trägt, und
die Zugabe steigender Konzentrationen des zytotoxischen Arzneimittels
Methotrexat führt
zur Amplifizierung der Kopienzahl des DHFR-Gens sowie derjenigen des assoziierten
interessierenden Gens. DHFR als ein selektierbarer, amplifizierbarer
Marker in transfizierten Chinese-Hamster-Ovary-Zellen (CHO-Zellen)
ist in diesem Gebiet besonders gut charakterisiert. Zu weiteren
nützlichen
amplifizierbaren Markergenen gehören
die Adenosindesaminase (ADA)- und die Glutaminsythetase(GS)-Gene.
-
Die
Wahl der Zellen/Zelllinien ist ebenfalls wichtig und hängt von
den Bedürfnissen
des Experimentators ab. Affennierenzellen (COS-Zellen) stellen eine
hohe transiente Genexpression bereit, wodurch sie ein nützliches
Mittel zur schnellen Testung von Vektorkonstruktionen und zur Expression
klonierter Gene bereit stellen. Die COS-Zellen werden mit einem
Simian-Virus-40-Vektor (SV40-Vektor) transfiziert, der das interessierende
Gen trägt.
Die transfizierten COS-Zellen sterben schließlich ab, wodurch die langfristige
Produktion des gewünschten
Proteinprodukts verhindert wird. Eine transiente Expression erfordert
jedoch nicht den zeitraubenden Prozess, der für die Entwicklung einer stabilen
Zelllinie nötig
ist. Unter den etablierten Zelllinien sind CHO-Zellen möglicherweise
die bis heute am besten charakterisierten. CHO-Zellen können Proteine
vieler verschiedener Zelltypen exprimieren. Die generelle Anwendbarkeit
von CHO-Zellen und die erfolgreiche Erzeugung einer Vielzahl menschlicher
Proteine in nicht-verwandten Zelltypen unterstreicht die allen Säugetierzellen
zugrundeliegende Ahnlichkeit.
-
Die
verschiedenen Zellen, Zelllinien und DNA-Sequenzen, die für die Expression
der erfindungsgemäßen rekombinanten
Stressproteinkonstrukte in Säugerzellen
verwendet werden können,
sind in diesem Gebiet gut charakterisiert und leicht verfügbar. Andere
Promotoren, selektierbare Marker, Verfahren zur Genamplifikation
und Zellen können
ebenfalls eingesetzt werden, um die erfindungsgemäßen Proteine
zu exprimieren. Spezielle Details der Transfektion, Expression und
Reinigung rekombinanter Proteine sind in diesem Gebiet gut dokumentiert
und werden von Fachleuten auf diesem Gebiet verstanden. Weitere
Details der verschiedenen technischen Aspekte eines jeden Schrittes,
der bei der rekombinanten Erzeugung fremder Gene in Säugetierzellexpressionssystemen
eingesetzt wird, finden sich in verschiedenen Texten und Laborvorschriften
auf diesem Gebiet, beispielsweise in Current Protocols in Molecular
Biology (1989), Hrsg. Ausubel et al., Wiley Interscience.
-
IV. Isolierung potentiell
immunogener Peptide
-
Wie
zuvor erwähnt
wurde, können
potentiell immunogene Peptide entweder aus Stressprotein-Peptid-Komplexen
oder MHC-Peptid-Komplexen isoliert werden. Protokolle zur Isolierung
von Peptiden aus diesen beiden Komplexen werden im Folgenden bereit
gestellt.
-
a) Peptide aus Stressprotein-Peptid-Komplexen
-
Zwei
Methoden können
zur Elution des Peptids aus einem Stressprotein-Peptid-Komplex eingesetzt werden.
Ein Ansatz beinhaltet die Inkubation des Stressprotein-Peptid- Komplexes in Gegenwart
von ATP, der andere beinhaltet die Inkubation des Komplexes in einem
Puffer mit niedrigem pH.
-
Der
interessierende Komplex wird, um das ganze kurz zusammenzufassen,
durch einen Centricon-10-Konzentrator (Millipore) zentrifugiert,
um möglicherweise
vorhandenes niedermolekulares Material, das locker mit dem Komplex
assoziiert ist, zu entfernen. Die hochmolekulare Fraktion kann entfernt
und mittels SDS-PAGE analysiert werden, während die niedermolekulare
wie unten beschrieben mittels HPLC analysiert werden kann. Beim
Protokoll der ATP-Inkubation wird der Stressprotein-Peptid-Komplex
in der hochmolekularen Fraktion mit 10 mM ATP 30 Minuten bei Raumtemperatur
inkubiert. Beim Protokoll mit dem niedrigen pH wird Essigsäure zum
Stressprotein-Peptid-Komplex gegeben, so dass eine Endkonzentration
von 10% (Vol./Vol.) erreicht wird, und die Mischung wird in einem
Bad mit siedendem Wasser 10 Minuten inkubiert; siehe zum Beispiel
Van Bleek et al. (1990), Nature 348: 213–213 und Li et al. (1993),
EMBO Journal 12: 3143–3151.
-
Die
resultierenden Proben werden wie zuvor erwähnt durch einen Centricon-10-Konzentrator zentrifugiert.
Es werden die hochmolekularen und niedermolekularen Fraktionen gewonnen.
Die verbleibenden hochmolekularen Stressprotein-Peptid-Komplexe
können
erneut mit ATP oder bei niedrigem pH inkubiert werden, um möglicherweise
verbliebene Peptide zu entfernen.
-
Die
resultierenden niedermolekularen Fraktionen werden vereinigt, durch
Eindampfen eingeengt und in 0,1% Trifluoressigsäure (TFA) gelöst. Dann
wird das gelöste
Material mittels Reverse-Phase-Hochdruckflüssigchromatographie (HPLC)
fraktioniert, wobei zum Beispiel eine VYDAC®-C18-Reverse-Phase-Säule, die
mit 0,1% TFA äquilibriert
wurde, eingesetzt wird. Das gebundene Material wird anschließend durch
das Entwickeln der Säule
mit einem linearen Gradienten von 0 bis 80% Acetonitril in 0,1%
TFA bei einer Flussgeschwindigkeit von ungefähr 0,8 ml/min eluiert. Die
Elution der Peptide kann über
die OD210 verfolgt werden, und die Fraktionen,
die die Peptide enthalten, werden gesammelt.
-
b) Peptide aus MHC-Peptid-Komplexen
-
Die
Isolierung potentiell immunogener Peptide aus MHC-Molekülen ist
in diesem Gebiet gut bekannt, und deshalb wird sie hier nicht detailliert
beschrieben; siehe zum Beispiel Falk et al. (1990), Nature 348: 248–251, Rotzsche
et al. (1990) Nature 348: 252–254,
Elliott et al. (1990), Nature 348: 195–197; Falk et al. (1991), Nature
351-290-296, Demotz et al. (1989), Nature 343: 682–684; Rotzsche
et al. (1990), Science 249: 283–287.
-
MHC-Peptid-Komplexe
können,
um das ganze kurz zusammenzufassen, mittels eines herkömmlichen Immunaffinitätsverfahren
isoliert werden. Dann werden die Peptide aus dem MHC-Peptid-Komplex
durch das Inkubieren des Komplexes in Gegenwart von ungefähr 0,1 TFA
in Acetonitril eluiert. Die extrahierten Peptide können fraktioniert
und durch Reverse-Phase-HPLC
wie zuvor gereinigt werden.
-
Die
Aminosäuresequenzen
der eluierten Peptide können
entweder mittels manueller oder automatisierter Techniken der Aminosäuresequenzierung,
die in diesem Gebiet gut bekannt sind, bestimmt werden. Sobald die
Aminosäuresequenz
eines potentiell protektiven Peptids bestimmt worden ist, kann das
Peptid in jeder gewünschten
Menge unter Einsatz herkömmlicher
Peptidsyntheseprotokolle oder anderer Protokolle, die in diesem
Gebiet gut bekannt sind, synthetisiert werden.
-
V. Synthese potentiell
nützlicher
immunogener Peptide
-
Peptide,
die die gleiche Aminosäuresequenz
haben wie die oben isolierten, können
mittels Festphasen-Peptidsynthese durch Verfahren, die dem von Merrifield
(1963), J. Am. Chem. Soc. 85: 2149, beschriebenen ähnlich sind,
synthetisiert werden. Während
der Synthese werden N-α-geschützte Aminosäuren mit
geschützten
Seitenketten schrittweise zu einer wachsenden Polypetidkette gegeben,
die über
ihr C-terminales Ende an einen unlöslichen polymeren Träger, zum
Beispiel Polystyrolkügelchen,
geknüpft
ist. Die Peptide werden durch das Verknüpfen einer Aminogruppe einer
N-α-entschützten Aminosäure an eine α-Carboxygruppe einer
N-α-geschützten Aminosäure, die
durch das Umsetzen mit einem Reagens wie Dicyclohexylcarbodiimid aktiviert
wurde, synthetisiert. Die Knüpfung
einer freien Aminogruppe an die aktivierte Carboxygruppe führt zur Bildung
einer Peptidbindung. Zu den am häufigsten
eingesetzten N-α-Schutzgruppen
gehören
Boc, das säurelabil
ist, und Fmoc, das alkalilabil ist.
-
Es
wird, um das ganze kurz zusammenzufassen, die C-terminale, N-α-geschützte Aminosäure zunächst an
den Polystyrolkügelchen
befestigt. Die N-α-Schutzgruppe
wird dann entfernt. Die entschützte α-Aminogruppe
wird an die aktivierte α-Carboxylat-Gruppe
der nächsten
N-α-geschützten Aminosäure gekoppelt. Der
Prozess wird wiederholt, bis das gewünschte Peptid synthetisiert
ist. Die resultierenden Peptide werden dann vom unlöslichen
Polymerträger
abgespalten, und die Aminosäure-Seitenketten
werden entschützt.
Längere
Peptide können über eine
Kondensation geschützter
Peptidfragmente gewonnen werden. Details einer geeigneten Chemie
von Harzen, Schutzgruppen, geschützten
Aminosäuren
und Reagenzien sind in diesem Gebiet gut bekannt, und deshalb werden
sie hier nicht detailliert diskutiert; siehe zum Beispiel Atherton
et al., Solid Phase Peptide Synthesis: A Practical Approach, IRL
Press (1989), und Bodenszky, Peptide Chemistry, A Practical Textbook,
2. Auflage, Springer Verlag (1993).
-
Die
Reinigung der resultierenden Peptide wird mittels herkömmlicher
Verfahren erreicht, beispielsweise mittels präparativer HPLC unter Einsatz
einer Gel-Permeation mittels Partitions- und/oder Ionenaustauschchromatographie.
Die Wahl der geeigneten Matrizes und Puffer kennt man in diesem
Gebiet und deshalb werden sie hier nicht detailliert beschrieben.
-
VI. Rekonstitution von
Stressprotein-Peptid-Komplexen
-
Wie
Fachleuten auf diesem Gebiet klar sein dürfte, können die Peptide, die entweder
aus den Komplexen mittels der oben genannten Verfahren isoliert
wurden, oder die chemisch synthetisiert wurden, mit einer Vielzahl
natürlich
gereinigter oder rekombinanter Stressproteine in vitro rekonstituiert
werden, um immunogene Stressprotein-Peptid-Komplexe zu erzeugen.
Ein bevorzugtes Protokoll zur Rekonstitution eines Stressproteins
und eines Peptids in vitro wird unten diskutiert.
-
Vor
der Rekonstitution werden die Stressproteine mit ATP oder bei niedrigem
pH vorbehandelt, um Peptide, die möglicherweise mit dem interessierenden
Stressprotein assoziiert sind, zu entfernen. Wenn das ATP-Verfahren
verwendet wird, dann wird überschüssiges ATP
durch die Zugabe von Apyranase aus der Präparation entfernt, wie es bei
Levy et al. (1991), Cell 67: 265–274 diskutiert wird. Wenn
das Verfahren mit dem niedrigen pH verwendet wird, dann wird der
Puffer durch die Zugabe eines den pH verändernden Reagens wieder auf
neutralen pH eingestellt.
-
Das
Peptid (1 mg) und das vorbehandelte Stressprotein (9 mg) werden
so gemischt, dass ein ungefähres
Molverhältnis
von 5 Peptiden auf 1 Stressprotein erreicht wird. Dann wird die
Mischung 3 Stunden bei Raumtemperatur in einem Bindungspuffer inkubiert,
der 20 mM Natriumphosphat, pH 7,2, 350 mM NaCl, 3 mM MgCl2 und 1 mM PMSF enthält. Die Präparationen werden durch einen
Centricon-10-Konzentrator (Millipore) zentrifugiert, um möglicherweise
vorhandenes, nicht-gebundenes Peptid zu entfernten. Die Assoziation
der Peptide mit den Stressproteinen kann mittels SDS-PAGE und Autoradiographie
getestet werden, wenn radioaktiv markierte Peptide zur Rekonstitution
der Komplexe eingesetzt werden.
-
Nach
der Rekonstitution können
die Kandidaten für
immunogene Stressprotein-Peptid-Komplexe
in vitro beispielsweise mittels des Mixed Lymphocyte Target Cell
Assay (MLTC), der unten beschrieben wird, getestet werden. Sobald
potentiell immunogene Konstrukte isoliert worden sind, können sie
weiter in Tiermodellen charakterisiert werden, wobei die bevorzugten
Verabreichungsprotokolle und Hilfsstoffe, die unten diskutiert werden,
eingesetzt werden.
-
VII. Bestimmung der Immunogenität von Stressprotein-Peptid-Komplexen
-
Die
gereinigten und rekonstituierten Stressprotein-Peptid-Komplexe können bezüglich ihrer
Immunogenität
mittels des Mixed Lymphocyte Target Cell Assay (MLTC), der in diesem
Gebiet gut bekannt ist, getestet werden.
-
Es
werden, um das ganze kurz zusammenzufassen, die Kandidaten für Stressprotein-Peptid-Komplexe Mäusen subkutan
injiziert. Anderen Mäusen
werden entweder andere Stressprotein-Peptid-Komplexe oder ganze
infizierte Zellen, die als Positivkontrollen für diesen Test dienen, injiziert.
Die Injektion erfolgt zweimal im Abstand von 7 bis 10 Tagen. 10
Tage nach der letzten Immunisierung werden die Milzen entfernt und
Lymphozyten aus den herausgeschnittenen Milzen freigesetzt. Die
freigesetzten Lymphozyten können
in vitro durch die sich anschließende Zugabe von toten Zellen,
die vor dem Tod den interessierenden Komplex exprimiert hatten,
erneut stimuliert werden.
-
Zum
Beispiel können
8 × 106 Immunmilzzellen in 3 ml RPMI-Medium, das
10% fötales
Kälberserum enthält, entweder
mit 4 × 104 Mitomycin-C-behandelten oder γ-bestrahlten
(5–10
000 rad) Zellen stimuliert werden (wobei die Zellen mit dem intrazellulären Pathogen
infiziert wurden oder mit einem geeigneten Gen transfiziert wurden).
In bestimmten Fällen
können
im Kulturmedium 33% Überstand
einer sekundären
gemischten Lymphozytenkultur als Quelle für Wachstumsfaktoren für T-Zellen
enthalten sein; siehe zum Beispiel Glasebrook et al. (1980), J.
Exp. Med. 151: 876. Um auf die primäre zytotoxische T-Zell-Reaktion
nach der Immunisierung zu testen, können Splenozyten ohne eine
Stimulation kultiviert werden. In einigen Experimenten werden Splenozyten
der immunisierten Mäuse
auch erneut mit antigenisch unterschiedlichen Zellen stimuliert,
um die Spezifität
der zytotoxischen T-Zell-Reaktion
zu bestimmen.
-
Sechs
Tage später
werden die Kulturen in einem 4-stündigen 51Cr-Freisetzungstest
auf Zytotoxizität getestet;
siehe zum Beispiel Palladino et al. (1987), Cancer Res. 47: 5074–5079 und
Blachere et al. (1993), J. Immunotherapy 14: 352–356. In diesem Test wird die
gemischte Lymphozytenkultur zu einer Zielzellsuspension gegeben,
so dass unterschiedliche Effektor : Target-Verhältnisse (E : T-Verhältnisse)
(üblicherweise
1 : 1 bis 40 : 1) erhalten werden. Die Targetzellen werden durch
das Inkubieren von 1 × 106 Targetzellen in Kulturmedium, das 200 mCi 51Cr/ml enthält, für eine Stunde bei 37°C vormarkiert.
Die Zellen werden nach der Markierung dreimal gewaschen. Jeder Testpunkt
(E : T-Verhältnis)
wird 3-fach bestimmt, und es werden geeignete Kontrollen mitgeführt, um
die spontane 51Cr-Freisetzung (kein Zusatz
von Lymphozyten zum Test) und die 100%ige Freisetzung (Zellen mit
Detergens lysiert) zu messen.
-
Nach
dem 4-stündigen
Inkubieren der Zellmischungen werden die Zellen durch Zentrifugation
bei 200 g für
5 Minuten abzentrifugiert. Die Menge des in den Überstand freigesetzten 51Cr wird mittels eines Gamma-Counters gemessen.
Die prozentuale Zytotoxizität
wird als cpm in der Testprobe minus der spontan freigesetzten cpm
geteilt durch die mittels Detergens freigesetzten Gesamt-cpm minus
der spontan freigesetzten cpm bestimmt.
-
Zur
Blockierung der MHC-Klasse-I-Kaskade wird ein konzentrierter Hybridom-Überstand, der von K-44-Hybridomzellen
stammt (einem Anti-MHC-Klasse-I-Hybridom) in einer Endkonzentration
von 12,5% zu den Testproben gegeben.
-
VIII. Formulierung und
Impfschemata
-
Sobald
Stressprotein-Peptid-Komplexe identifiziert worden sind, können sie
entweder einem Tiermodell oder dem vorgesehen Empfänger verabreicht
werden, um zytotoxische T-Zell-Reaktionen
gegen das gewählte
intrazelluläre
Pathogen zu stimulieren. Die erfindungsgemäßen Stressprotein-Peptid-Komplexe
können entweder
gelagert werden, oder sie können
durch das Mischen mit physiologisch annehmbaren Trägern, Hilfsstoffen
oder Stabilisatoren für
eine Verabreichung zubereitet werden. Diese Materialien sollten
bei den eingesetzten Dosierungen und Konzentrationen nicht toxisch
für den
vorgesehen Empfänger
sein.
-
Wenn
der Komplex wasserlöslich
ist, dann kann er in einem geeigneten Puffer formuliert werden,
zum Beispiel Phosphat-gepufferter Saline (5 mM Natriumphosphat,
150 mM NaCl, pH 7,1) oder anderen physiologisch verträglichen
Lösungen.
Alternativ kann der resultierende Komplex, wenn er in wässrigen
Lösemitteln schlecht
löslich
ist, mit einem nicht-ionischen Detergens, wie Tween oder Polyethylenglykol,
formuliert werden.
-
Nützliche
Lösungen
für eine
orale oder parenterale Verabreichung können mit beliebigen der Verfahren,
die in der Pharmazie gut bekannt sind und zum Beispiel in Remington's Pharmaceutical
Sciences (Gennaro, A., Hrsg.), Mack Pub., 1990, beschrieben werden,
präpariert
werden. Die Formulierungen können
zum Beispiel Polyalkylenglykole wie Polyethylenglykol, Öle pflanzlichen
Ursprungs, hydrierte Naphthaline und dergleichen enthalten. Formulierungen
speziell für
eine direkte Verabreichung können
Glycerin und andere Zusammensetzungen hoher Viskosität enthalten.
Biokompatible, vorzugsweise bioresorbierbare Polymere, zu denen
zum Beispiel Hyaluronsäure,
Collagen, Tricalciumphosphat, Polybutyrat, Polylactid, Polyglycolid
und Lactid/Glycolid-Copolymere gehören, können nützliche Hilfsstoffe zur Steuerung
der Freisetzung der Stressprotein-Peptid-Komplexe in vivo sein.
-
Formulierungen
für eine
inhalative Verabreichung können
zum Beispiel Lactose als Hilfsstoff enthalten. Wässrige Lösungen können zum Beispiel Polyoxyethylen-9-laurylether,
Glycocholat und Desoxycholat enthalten. Ölige Lösungen können für eine Verabreichung in Form
von Nasentropfen nützlich
sein. Gele können
topisch und intranasal verabreicht werden.
-
Die
hier bereit gestellten Zusammensetzungen können durch das Mischen mit
pharmazeutisch annehmbaren, nicht-toxischen Hilfsstoffen und Trägern zu
pharmazeutischen Zusammensetzungen formuliert werden. Außerdem können die
Formulierungen gegebenenfalls ein Adjuvans oder mehrere Adjuvanzien
enthalten. Zu bevorzugten Adjuvanzien gehören, ohne jedoch auf diese
beschränkt
zu sein, Pluronic-Tri-Block-Copolymere, Muramyldipeptid und seine
Derivate, entgiftetes Endotoxin, Saponin und seine Derivate, wie
QS-21, sowie Liposomen. Die vorliegende Erfindung zielt ferner auf
Formulierungen für
eine verzögerte
Freisetzung ab, bei denen der Komplex über einen längeren Zeitraum freigesetzt
wird.
-
Die
Dosierung und die Art der Verabreichung der Familie von Stressprotein-Peptid-Impfstoffen, die
gemäß der Erfindung
hergestellt wurden, hängen
notwendigerweise von der Art des Komplexes, dem intrazellulären Pathogen
und der Art der jeweiligen Erkrankung ab. Der Komplex sollte in
einer Menge verabreicht werden, die ausreicht, eine zytotoxische
T-Zell-Reaktion
gegen das intrazelluläre
Pathogen auszulösen.
Die bevorzugte Dosis des Arzneimittels, die verabreicht werden soll,
hängt wahrscheinlich
auch von solchen Variablen ab wie dem Typ der Krankheit, dem Alter,
dem Geschlecht und dem Gewicht des vorgesehenen Empfängers, dem
gesamten Gesundheitszustand des jeweiligen Patienten, der relativen
biologischen Wirksamkeit der ausgewählten Verbindung, der Formulierung
der Verbindung, der Anwesenheit und den Typen von Hilfsstoffen in
der Formulierung und dem Verabreichungsweg.
-
Ganz
allgemein können
die erfindungsgemäßen Verbindungen
in einer wässrigen
physiologischen Pufferlösung
bereit gestellt werden, die ungefähr 0,001 bis 10% (Gew./Vol.)
der Verbindung für
eine parenterale Verabreichung enthält. Typische Dosen liegen bei
ungefähr
0,1 bis ungefähr
1000 μg
des Komplexes/kg Körpergewicht
des Empfängers/Immunisierung,
und vorzugsweise liegen sie bei ungefähr 0,5 bis ungefähr 100 μg des Komplex/kg
Körpergewicht
des Empfängers/Immunisierung.
Man stellt sich vor, dass zwischen ungefähr 10 und ungefähr 250 μg des Komplexes
pro Dosis an einen Menschen, der ungefähr 75 kg wiegt, verabreicht
werden. Diese Mengen können
jedoch in Abhängigkeit
vom Adjuvans, das mit dem Komplex verabreicht wird, variieren.
-
Die
Impfstoffe können
unter Einsatz von Standardprotokollen verabreicht werden, zu denen,
ohne jedoch auf sie beschränkt
zu sein, eine intramuskuläre,
subkutane, intradermale, intraperitoneale, intravenöse, intravaginale,
intrarektale, orale, sublinguale, transkutane und intranasale Verabreichung
gehören.
Vorzugsweise sollte der Empfänger
viermal in Abständen von
jeweils einer Woche geimpft werden. Falls erforderlich, können die
Reaktionen zu einem späteren
Zeitpunkt durch die nachfolgende Verabreichung des Impfstoffs aufgefrischt
werden. Man stellt sich vor, dass die optimale Dosierung und das
optimale Impfschema für
jeden Stressprotein-Impfstoff mittels Techniken, die in diesem Gebiet
gut bekannt sind, empirisch bestimmt werden.
-
Verschiedene
Cytokine, Antibiotika und andere bioaktive Agenzien können ebenfalls
mit den Stressprotein-Komplexen verabreicht werden. Zum Beispiel
können
verschiedene bekannte Cytokine, z. B. IL-1α, IL-1β, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6,
IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-11, IL-12, IFNα, IFNβ, IFNγ, TNFα, TNFβ, G-CSF, GM-CSF und TGF-β zusammen
mit den Komplexen verabreicht werden, um die physiologische Reaktion
zu maximieren. Es wird jedoch vorausgesehen, dass auch andere, noch
nicht entdeckte Cytokine in der Erfindung wirksam sein können. Außerdem können herkömmliche
Antibiotika zusammen mit dem Stressprotein-Peptid-Komplex verabreicht werden. Die
Auswahl geeigneter Antibiotika hängt
ebenfalls von der jeweiligen Erkrankung ab.
-
Die
folgenden, nicht-einschränkenden
Beispiele veranschaulichen die Erfindung.
-
Beispiel 1. Immunogenität von Stressprotein-Peptid-Komplexen,
die aus Zellen isoliert wurden, die mit einem Gen, das für eine antigene
Determinante codiert, transfiziert wurden
-
1 zeigt
die antigenspezifische zytotoxische T-Zell-Aktivität von Splenozyten,
die von Mäusen stammten,
die mit einem gp96-Peptid-Komplex immunisiert wurden, der aus BALB/c-Fibroblasten
gewonnen wurde, die mit dem Nucleoprotein-Gen (NP-Gen) des PR8-Influenzavirus transfiziert
worden waren.
-
gp96-Peptid-Präparationen
wurden, um das ganze kurz zusammenzufassen, aus BALB/c-Zellen, die mit
dem NP-Gen des PR8-Influenzavirus transfiziert worden waren und
dieses exprimieren, isoliert. Der gp96-Peptid-Komplex wurde aus
dem 100 000-g-Überstand
mittels des nicht-modifizierten Protokolls zur Reinigung des gp60-Peptid-Komplexes
isoliert. Dann wurden die Präparationen
zur Immunisierung naiver BALB/c-Mäuse eingesetzt. Den Mäusen wurden
die gp96-Peptid-Komplexe zweimal in 10-tägigem Abstand subkutan injiziert.
Die Mäuse
wurden getötet,
und die Splenozyten wurden gewonnen. Die Milzzellen wurden zweimal
in vitro über
die Zugabe letal bestrahlter BALB/c-Zellen, die das NP-Gen exprimieren,
unter Einsatz des oben beschriebenen Mixed Lymphocyte Target Culture
(MLTC)-Tests stimuliert. Sechs Tage später wurden die Kulturen mittels
des 51Cr-Freisetzungstests auf Zytotoxizität getestet.
Zur Blockierung der MHC-Typ-I-Kaskade wurden die Milzzellen mit
dem vom K-44-Hybridom stammenden Überstand (der Anti-MHC-Typ-I-Immunglobuline
enthält)
inkubiert.
-
Die
zytotoxische Aktivität
wurde über
die Freisetzung von 51Cr aus BALB/c-Fibroblasten,
die das NP-Gen exprimieren (ausgefüllte Kreise), aus BALB/c-Zellen,
die das NP-Gen exprimieren, aber mit dem Anti-MHC-Typ-I-Antiserum
behandelt wurden (leere Kreise) und aus der syngenen, nicht-NP-transfizierten
Zelllinie 5117 (Sterne) getestet. Die Milzen der Mäuse, die
mit dem gp96-Komplex immunisiert worden waren, zeigten eine starke,
auf MHC-Klasse-I-beschränkte zytotoxische
T-Zell-Aktivität
gegen BALB/c-Zellen, die das NP-Gen exprimieren, aber keine gegen
die syngene, nicht-NP-transfizierte Zelllinie 5117. Weiterhin blockierten das
Anti-MHC-Typ-I-Antiserum die Reaktion. Demnach sieht es so aus,
dass die Immunisierung mit einem Stressprotein-Peptid-Komplex eine
spezifische zytotoxische T-Zell-Reaktion gegen das Peptid im Komplex hervorruft,
und dass die MHC-Klasse-I-Kaskade eine integrale Rolle bei der Stimulierung
der zytotoxischen T-Zell-Reaktion gegen Zellen, die mit dem intrazellulären Pathogen
infiziert sind, spielt.
-
Beispiel 2 Immunogenität von Stressprotein-Peptid-Komplexen,
die aus SV40-transformierten Zellen isoliert wurden
-
2 zeigt
die antigenspezifische zytotoxische T-Zell-Aktivität von Splenozyten,
die von Mäusen stammten,
die mit einem gp96-Peptid-Komplex immunisiert wurden, der aus SV40-transformierten SVB6-Zellen
gewonnen worden war.
-
gp96-Peptid-Präparationen
wurden, um das ganze kurz zusammenzufassen, aus SV40-transformierten SVB6-Zellen
isoliert und zur Immunisierung naiver (57BL/6)-Mäuse eingesetzt. Der gp96-Peptid-Komplex wurde
aus dem 100 000-g-Überstand
mittels des nicht-modifizierten Protokolls zur Reinigung des gp60-Peptid-Komplexes
isoliert. Den Mäusen
wurde der Komplex zweimal in 10-tägigem Abstand subkutan injiziert.
Die Mäuse
wurden getötet,
die Milzzellen wurden isoliert und in vitro durch die Zugabe letal
bestrahlter, SV40-transformierter SVB6-Zellen mittels des MLTC-Verfahrens stimuliert.
Sechs Tage später
wurden die Zellen mittels des 51Cr-Freisetzungstests
auf Zytotoxizität
getestet. Die zytotoxische Aktivität wurde über die Freisetzung von 51Cr aus SVB6-Zellen (ausgefüllte Dreiecke)
und aus der nicht-SV40-transfizierten
syngenen Zelllinie MCA (leere Dreiecke) getestet. Die MHC-Klasse-I-vermittelte
Aktivität
wurde auch über
die Zugabe von Anti-MHC-Typ-I-Immunglobulinen, die von der K-44-Hybridomzelllinie
stammten, zu den Milzzellen getestet.
-
Die
Milzzellen, die aus Mäusen
isoliert wurden, die mit dem gp96-Komplex immunisiert worden waren, zeigten
eine starke, auf MHC-Klasse-I-beschränkte Aktivität gegen
die SV40-transfizierten
SVB6-Zellen, aber keine gegen die nicht-NP-transfizierten Zellen.
-
Beispiel 3. Rekonstitution
immunogener Stressprotein-Peptid-Komplexe in vitro
-
3A–3D zeigt
die antigenspezifischen zytotoxischen T-Zell-Aktivitäten von
Splenozyten, die aus zwei Mäusen
stammten, die mit einem rekonstituierten Hsp70-Peptid-Komplex immunisiert
worden waren.
-
Nicht-komplexiertes
Hsp70 wurde, um das ganze kurz zusammenzufassen, mittels des oben
beschriebenen Verfahrens gereinigt, und das Peptid (SLSDLRGYVYQGL,
SEQ ID NO: 1) wurde durch Festphasen-Peptidsynthese synthetisiert.
Das Peptid (1 mg) und ATP-behandeltes Hsp70 (9 mg) wurden gemischt
und 3 Stunden bei Raumtemperatur in einem Bindungspuffer inkubiert,
der 20 mM Natriumphosphat, pH 7,2, 350 mM NaCl, 3 mM MgCl2 und 1 mM PMSF enthielt. Die resultierende
Präparation
wurde durch einen Centricon-10-Konzentrator (Millipore®) zentrifugiert,
um nicht-gebundenes Peptid zu entfernen.
-
Der
resultierende Komplex wurde zur Immunisierung von zwei naiven Mäusen verwendet.
Die Milzzellen wurden aus den Mäusen
isoliert und zweimal in vitro durch die Zugabe von letal bestrahlten
EL4-Zellen, die mit einem Minigen, das für das Peptid SLSDLRGYVYQGL
(SEQ ID NO: 1) codiert, transfiziert waren und es exprimierten,
mittels des MLTC-Verfahrens stimuliert. Die Zytotoxizitäten der
Milzzellen der beiden Mäuse wurden
nach der ersten (3A und 3C) und
der zweiten (3B und 3D) Stimulation
mittels des 51Cr-Freisetzungstests getestet. Die Freisetzung
von 51Cr wurde aus EL4-Zellen (leere Dreiecke)
und aus EL4-Zellen, die mit dem Peptid SLSDLRGYVYQGL (SEQ ID NO:
1) transfiziert waren und es exprimierten (ausgefüllte Dreiecke),
gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Stressproteine und Peptide
in vitro erfolgreich unter Erzeugung immunogener Stressprotein-Peptid-Komplexe rekonstituiert
werden können.
-
-
-