DE10337770A1 - Endothelial-cell specific gene-transfer system, useful for treating tumors, comprises virus that includes vascular endothelial growth factor in its capsid - Google Patents
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Abstract
Description
Die Entwicklung neuer Konzepte in der Tumortherapie steht seit vielen Jahren im Mittelpunkt der medizinischen Forschung. Trotz enormer Erfolge in einzelnen Gebieten der Onkologie steht man in anderen Bereichen erst am Anfang. Ein wesentliches Problem älterer Konzepte, wie Chemotherapie und Strahlentherapie, ist die unspezifische Anwendung und damit die hohe Belastung des Gesamtkörpers oder zumindest größerer Regionen des Körpers. Die operative Entfernung ist für viele solide Tumore die primäre Therapieform, muss jedoch meistens mit anderen Verfahren gekoppelt werden, um langfristige Erfolge zu erzielen. Ferner hat sich für einige Tumore ergeben, dass eine operative Entfernung auch nicht nur positive Effekte hat, da gezeigt werden konnte, dass die Entfernung bestimmter Primärtumore die Metastasierung fördert (Clark et al. 1989, Sugarbaker et al. 1977, Warren et al. 1977). Der Einsatz sogenannter Anti-Tumorfaktoren ist ein weiteres Konzept, wobei hier jedoch vor allem das Problem der Resistenzentwicklung auftritt und somit den Einsatz limitiert (Harris et al. 1996, Kerbel 1997).The Development of new concepts in tumor therapy has been available for many Years of medical research. Despite enormous Successes in certain areas of oncology can be found in others Areas just beginning. A major problem with older concepts, like chemo and radiotherapy, is the nonspecific application and thus the high load of the whole body or at least larger regions of the body. The operative removal is for many solid tumors the primary one Therapy, but usually needs to be coupled with other procedures to achieve long-term success. Furthermore, for some Tumors show that surgical removal is not just positive Has effects that could be shown to remove certain primary tumors promotes metastasis (Clark et al., 1989, Sugarbaker et al., 1977, Warren et al., 1977). The use of so-called anti-tumor factors is another concept, wherein Here, however, especially the problem of resistance development occurs thus limiting its use (Harris et al., 1996, Kerbel 1997).
Tumorentstehung und Metastasenbildung sind wesentlich von der Angiogenese abhängig (Folkman 1989, Kim et al. 1993, Millauer et al. 1994). Die Angiogenese im Tumorgewebe wird unter anderem stimuliert durch tumorspezifische Faktoren. Hierzu zählen Wachstumsfaktoren, wie der 'Fibroblast Growth Factor' (FGF) (Kandel et al. 1991) und der ,Vascular Endothelial Growth Factor' (VEGF) (Cornali et al. 1996). Neben der vermehrten Expression angiogenesefördernder Substanzen wurde auch eine vermehrte Expression entsprechender Rezeptoren im Tumorendothel beobachtet. Hier sind unter anderen zu nennen, der 'Epidermal Growth Factor Receptor' (EGF-R), 'Fibroblast Growth Factor-Receptor' (FGF-R) (Kandel et al. 1991), 'Plateled Derived Growth Factor Receptor' (PDGF-R) ,fms-like Domain Receptor' (FLT1-R), 'Kinase Domaine Receptor' (KDR) und die 'Tyrosine Kinase Receptor' Tief1 und Tek/Tie2 (Strawn et al. 1996).tumorigenesis and metastasis are significantly dependent on angiogenesis (Folkman 1989, Kim et al. 1993, Millauer et al. 1994). Angiogenesis in Tumor tissue is stimulated among other things by tumor-specific Factors. Which includes Growth factors such as fibroblast growth Factor '(FGF) (Kandel et al. 1991) and the Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) (Cornali et al. 1996). In addition to the increased expression angiogenesefördernder Substances also became an increased expression of corresponding receptors in the Tumor endothelium observed. Here are among others, the 'Epidermal Growth Factor Receptor '(EGF-R),' Fibroblast Growth Factor-Receptor '(FGF-R) (Kandel et al., 1991), 'Plateled Derived Growth Factor Receptor (PDGF-R) 'fms-like Domain Receptor' (FLT1-R), 'Kinase Domaine Receptor' (KDR) and the 'Tyrosine Kinase Receptor' Tief1 and Tek / Tie2 (Strawn et al., 1996).
Seit einiger Zeit wird an Therapiekonzepten gearbeitet, welche speziell auf eine Unterbindung der vaskulären Versorgung von Tumoren abzielen. Ansätze mit Angiogenese-Inhibitoren wurden bereits durchgeführt und scheinen vielversprechend zu sein (Böhm et al. 1997, Kerbel 1997). Bei Applikation von Antikörpern gegen VEGF- konnte zum Beispiel in Mäusen eine Tumor-Regression beobachtet werden (Chesney et al. 1998, Kim et al. 1993). Eine neuere Strategie ist das spezifische Eingreifen in die Struktur und Funktion des Tumorendothels, um letztendlich die Versorgung des Tumors zu unterbinden. Hierbei können Gentransfersysteme eine wichtige Rolle spielen. Die gezielte Expression bestimmter Proteine im Tumorendothel soll über spezifisches Targeting oder aber gezielt regulierte Expression erfolgen. Beim Letzteren macht man sich zu Nutze, dass Tumorendothel im Gegensatz zu normalen Endothel kein ruhendes Gewebe darstellt und somit die Verwendung bestimmter zellzyklusabhängiger Promotoren zur Expression entsprechender Fremdproteine eingesetzt werden können. Die Umsetzung dieses vielversprechenden Konzeptes ist zur Zeit behindert durch das Fehlen eines Systems, das ein spezifisches Endothelzelltargeting vermittelt.since For some time we are working on therapy concepts, which are specific on a ligation of the vascular Target tumor care. Approaches with angiogenesis inhibitors have already been done and seem promising (Böhm et al 1997, Kerbel 1997). When applying antibodies For example, a tumor regression could be detected in mice against VEGF- (Chesney et al 1998, Kim et al., 1993). A newer strategy is the specific intervention in the structure and function of the Tumor endothelium, to ultimately prevent the supply of the tumor. Here you can Gene transfer systems play an important role. Targeted expression certain proteins in the tumor endothelium are targeted via specific targeting or but specifically regulated expression done. When the latter does It is useful to note that tumor endothelium, unlike normal endothelium, does not represents dormant tissue and thus the use of certain cell cycle-dependent promoters can be used to express corresponding foreign proteins. The Implementation of this promising concept is currently hampered by the absence of a system that targets a specific endothelial cell taught.
Die humane Gentherapie ist eine der jüngsten Technologien in der Onkologie, die vielversprechende therapeutische Möglichkeiten bietet. Die Entwicklung steht allerdings noch am Anfang, und die geringe Effizienz des somatischen Gentransfers und der Expression stellen zur Zeit die Hauptprobleme dar. Gründe hierfür sind die Ineffizienz der Transfersysteme, das spezifische Targeting, die notwendigen regulatorischen Sequenzen für die Expression in den einzelnen Zelltypen, sowie das Ausschalten der Wirtsimmunantwort.The Human gene therapy is one of the youngest technologies in the world Oncology, the most promising therapeutic options offers. However, development is still in its infancy and the low Efficiency of somatic gene transfer and expression The main problems at the moment are the reasons for this Transfer systems, the specific targeting, the necessary regulatory Sequences for the expression in the individual cell types, as well as the switching off the host immune response.
GentherapieGene Therapy
Es gibt verschiedene Kategorien der somatischen Gentherapie:
- (1) ex vivo: Hierbei werden dem Körper Zellen (z.B. Blutzellen) ent nommen, welche dann nach Gentransfer wieder in den Körper eingebracht werden (retrovirale Vektoren).
- (2) in situ: In diesem Fall werden Gentransfersysteme lokal appliziert (z.B. adenovirale Vektoren in der Trachea und den Bronchien bei zystischer Fibrose).
- (3) in vivo: Bei dieser Art von Gentherapie werden Vektoren ins Blut injiziert und somit eine systemische Anwendung ermöglicht. Die letztere Kategorie ist wohl für die meisten klinischen Anwendungen die Technik der Wahl.
- (1) ex vivo: Here, the body cells (eg blood cells) ent taken, which are then introduced after gene transfer back into the body (retroviral vectors).
- (2) in situ: In this case, gene transfer systems are administered locally (eg adenoviral vectors in the trachea and the bronchi in cystic fibrosis).
- (3) in vivo: In this type of gene therapy, vectors are injected into the blood, allowing for systemic application. The latter category is probably the technology of choice for most clinical applications.
Für den Gentransfer wurden bislang entweder virale oder nicht-virale Systeme (Plasmid-Liposomen-Partikel) eingesetzt. Für die nicht-viralen Transfersysteme spricht vor allem die Sicherheit. Da die Systeme entweder proteinfrei sind, oder nur sehr begrenzt Proteine enthalten, sind in den meisten Fällen auch die Immunreaktionen wesentlich schwächer (Farhood et al. 1994). Ein weiterer Vorteil liegt in der relativ hohen Kapazität für die Inkorporation von Fremd-DNA. Der große Nachteil gegenüber den viralen Transfersystemen liegt im Targeting und der Ineffizienz des Transfers (Crystal 1995). Diese Ineffizienz kann nur durch die Applikation hoher Partikelzahlen ausgeglichen werden, wodurch technische Probleme und toxische Effekte auf die Zielzellen entstehen können (Buschle et al. 1995). Daher stellen die viralen Transfersysteme, auf die nachfolgend genauer eingegangen werden soll, eine wichtige Alternative in der Gentherapie dar.For gene transfer, either viral or non-viral systems (plasmid-liposome particles) have heretofore been used. Above all safety speaks for the non-viral transfer systems. Since the systems are either protein-free or contain only very limited proteins, in most cases the immune reactions are also considerably weaker (Farhood et al., 1994). Another advantage is the relatively high capacity for the incorporation of foreign DNA. The major disadvantage compared to the viral transfer systems lies in the targeting and inefficiency of the transfer (Crystal 1995). This inefficiency can only be compensated by the application of high numbers of particles, which may result in technical problems and toxic effects on the target cells (Buschle et al., 1995). Therefore, the viral transfer systems are more specific to the following is an important alternative in gene therapy.
Als virale Gentransfersysteme sind geeignet:When viral gene transfer systems are suitable:
(A) Retrovirale Vektoren(A) Retroviral vectors
Retrovirale Vektoren waren bis heute die bevorzugten Gentransfer-Vehikel (Anderson 1984), und zur Zeit beruhen etwa 60% aller klinischen Studien auf diesen Vektoren. Die Vektoren sind traditionell abgeleitet von den murinen Leukämieviren (MuLV) und enthalten alle für die Integration notwendigen Sequenzen der LTR-Regionen und das für die Verpackung verantwortliche Element. Die Bereiche der Gene für virale Proteine sind durch die Fremdgene und deren Kontrollsequenzen ersetzt. Die Vektoren werden in Helferzellinien exprimiert, die eine Kopie des kompletten Retrovirusgenoms enthalten, jedoch mit einem Defekt in der Sequenz. Von den Zellen werden somit alle notwendigen Proteine zur Verfügung gestellt, wogegen nur die transgene RNA verpackt werden kann, da sie eine eigene Region besitzt. Die rekombinanten replikationsdefizienten Virionen können über die Hüllproteine an Zellen adsorbieren und das Genom ins Zytoplasma einbringen (Fusion). Die transgene RNA wird intrazellulär in DNA umgeschrieben und in das Wirtszellgenom integriert, dies führt zur permanenten Modifizierung des Targetzellengenoms (Mulligan 1993). Dieses kann vorteilhaft sein, wenn erbliche oder chronische Defekte im Genom dadurch beseitigt werden, aber auch negative Auswirkungen auf die Zellen sowie den Organismus haben, indem das inserierte Genom überexprimiert wird und somit toxisch auf die Zelle wirkt. Es könnte auch die provirale DNA ein Tumorsuppressorgen zerstören oder ein Onkogen durch die Long Terminal Repeats (LTRs) Promotorsequenz aktiviert werden. Die Aufnahmekapazität der Vektoren liegt bei etwa 8 Kilobasenpaaren (Kb) (Verma and Somia 1997). Klinische Studien mit retroviralem Vektorsystemen beruhen vorwiegend auf dem ex vivo-Ansatz. Es werden vorwiegend Zellen transduziert, die einen hohen Expressionslevel des natürlichen Rezeptors von MuLV aufweisen und teilungsfähig sind. Der Vorteil der retroviralen Vektoren ist die stabile Integration der Fremdgene, die, die Weitergabe auf die Tochterzellen bei der Zellteilung gewährleisten. Die Vektoren müssen ferner nicht mehrfach appliziert werden, wodurch die Eliminierung durch das Immunsystems limitiert ist. Die Hauptprobleme der retroviralen Vektoren sind das unspezifische Targeting und dadurch bedingt ein ineffizienter Transfer in die spezifischen Zielzellen. Aufgrund des relativ unspezifischen Targeting müssen extrem hohe Partikelzahlen appliziert werden. Zur Zeit wird versucht, das spezifische Targeting zu verbessern, indem man die natürlichen Rezeptorbindungsdomäne durch Fremddomänen ersetzt. Hierbei treten allerdings Probleme in der Faltung des Oberflächenproteins auf, die letztendlich die Fusionsfähigkeit und damit den Transfer beeinträchtigen können. Die Aufrechterhaltung einer langanhaltenden Expression ist ein weiteres Problem, welches allerdings auf alle bislang benutzten Systeme zutrifft.Retroviral Vectors have been the preferred gene transfer vehicles to date (Anderson 1984), and currently about 60% of all clinical trials are based these vectors. The vectors are traditionally derived from the murine leukemia viruses (MuLV) and contain all for the integration of necessary sequences of the LTR regions and that for the packaging responsible element. The regions of the genes for viral proteins are through replaced the foreign genes and their control sequences. The vectors become expressed in helper cell lines containing a copy of the complete retrovirus genome contained, but with a defect in the sequence. Become from the cells thus provided all the necessary proteins, whereas only The transgenic RNA can be packed as it has its own region has. The recombinant replication-deficient virions can be expressed via the envelope proteins Adsorb to cells and bring the genome into the cytoplasm (fusion). The transgenic RNA is transcribed intracellularly into DNA and integrated into the host cell genome, this leads to permanent modification of the target cell genome (Mulligan 1993). This can be beneficial when eliminating hereditary or chronic defects in the genome but also negative effects on the cells as well as the Have an organism by overexpressing the inserted genome and thus toxic to the cell. It could also be the proviral DNA destroy a tumor suppressor gene or an oncogene through the Long Terminal Repeats (LTRs) promoter sequence to be activated. The absorption capacity of the vectors is approximately 8 kilobase pairs (Kb) (Verma and Somia 1997). Clinical studies with retroviral vector systems are based primarily on the ex vivo approach. It predominantly cells are transduced which have a high expression level of the natural Have receptors of MuLV and are capable of dividing. The advantage of retroviral Vectors is the stable integration of foreign genes, which, the passing on to ensure the daughter cells in cell division. The vectors must also be can not be applied multiple times, eliminating the elimination the immune system is limited. The main problems of the retroviral Vectors are nonspecific targeting and therefore conditional inefficient transfer into the specific target cells. by virtue of The relatively nonspecific targeting requires extremely high particle numbers be applied. We are currently trying to do the specific targeting to improve by keeping the natural ones Receptor binding domain through foreign domains replaced. However, there are problems in the folding of the surface protein ultimately, the ability to merge and thus the transfer impair can. Maintaining long-lasting expression is another Problem which, however, applies to all previously used systems.
(B) Adenovirale Vektoren(B) Adenoviral vectors
Adenovian (Serotyp 2 und 5) wurden bis heute unter allen DNA-Viren am häufigsten zum Gentransfer benutzt. Adenovirale Vektoren haben viele positive Eigenschaften, wie große Insertionskapazität (< 35 Kilobasen), effizienten Gentransfer für eine Vielzahl humaner Zellen, Gentransfer in teilungs- und nichtteilungsfähige Zellen und Anzucht zu hohen Titern in Kultur. Sie wurden bislang vor allem für in situ-Anwendungen eingesetzt. Adenovirusvektoren integrieren normalerweise nicht ins Wirtszellgenom. Es konnte gezeigt werden, dass die Vektoren in nichtteilungsfähigen Zellen für einige Zeit verbleiben. Die ersten Vektoren beruhten auf einer Deletion in der E1- und E3-Region, wodurch die Vektoren replikationsdefizient (E1) wurden und die Insertion von Fremdsequenzen erlaubten (E3). Der große Nachteil dieser Vektoren liegt in der Vermittlung einer sehr starken Immunantwort, welche unter anderem auf eine Restexpression adenoviraler Proteine zurückgeführt wird, sowie auf das Fehlen der E3-Region, welche immunsupprimierende Funktionen hat (Ali et al. 1994). Im Anschluss wurden Vektoren mit zusätzlichen Deletionen bis hin zu den sogenannten 'gutless vectors' (alle viralen Gene deletiert) entwickelt. Tierversuche ergeben jedoch unterschiedliche Resultate in Bezug auf die Immunogenität, Stabilität der Fremdgenexpression und der Persistenz (Haecker et al. 1996, Chen et al. 1997, Kaplan et al. 1997). Nach heutigem Stand scheint das spezifische Design der Vektoren eine große Bedeutung zu erlangen, wobei vor allem immunstimulierende Gene ausgeschaltet und eventuell immunsuppressive Gene zusätzlich inkorporiert werden. Die geeignete Kombination könnte in der Zukunft Vektoren liefern, die eine geringe Toxizität aufweisen und keine oder nur eine geringfügige Im munantwort induzieren. Nachteilig für den Einsatz adenoviraler Vektoren ist ferner die starke Prävalenz von Antikörpern in der Bevölkerung. Aus diesem Grund wurde in Erwägung gezogen, gleichzeitig mit der Vektorapplikation eine immunsupprimierende Therapie einzuleiten.Adenovian (Serotype 2 and 5) have been the most prevalent among all DNA viruses to date used for gene transfer. Adenoviral vectors have many positive ones Properties, how big insertion capacity (<35 kilobases), efficient gene transfer for a variety of human cells, gene transfer into dividable and non-dividable cells and raising to high titers in culture. They have been especially so far for in situ applications used. Adenovirus vectors usually do not integrate into the Host cell genome. It could be shown that the vectors in non-dividable cells for some Time remaining. The first vectors were based on a deletion in the E1 and E3 regions, making the vectors replication-deficient (E1) and allowed the insertion of foreign sequences (E3). The great Disadvantage of these vectors lies in the mediation of a very strong Immune response, which among other things adenoviraler to a residual expression Proteins is recycled, as well as the absence of the E3 region, which immunosuppressive functions has (Ali et al., 1994). Following were vectors with additional Deletions to the so-called 'gutless vectors' (all viral genes deleted) developed. Animal experiments, however, give different results in relation on immunogenicity, stability foreign gene expression and persistence (Haecker et al., 1996, Chen et al. 1997, Kaplan et al. 1997). As things stand today the specific design of the vectors to gain a lot of importance, being before all immune stimulating genes switched off and possibly immunosuppressive Genes in addition be incorporated. The appropriate combination could be vectors in the future which have low toxicity and no or only a minor one Induce in the immune response. Disadvantageous for the use of adenoviral Vectors is also the strong prevalence of antibodies in the population. For this reason, was considered pulled, simultaneously with the vector application an immunosuppressive therapy initiate.
(C) Adenoassoziierte virale Vektoren(C) adeno-associated viral vectors
Die Fähigkeit der adenoassoziierten Viren (AAV) (Parvoviridae), sich in vitro relativ ortspezifisch (Chromosom 19) und stabil ins Wirtszellgenom zu integrieren, sowie die Tatsache, dass AAV apathogen für den Menschen sind, und dass die Reaktivierung aus der Latenz auf die Anwesenheit von Helferviren (Adenoviren oder Herpesvirus) angewiesen ist, machen diese Viren zu geeigneten Vektoren für gentherapeutische Ansätze. Bei AAV-Vektoren sind die Gene für die Strukturproteine oder sämtliche kodierenden Sequenzen durch entsprechende Fremdsequenzen ersetzt. Das chimäre Genom wird in Helferzellen, welche die deletierten Virusfunktionen konstitutiv synthetisieren und mit Helferviren infiziert sind, in Kapside verpackt. Nach Infektion der Zellen kann dann das chimäre Genom mittels der LTR-Elemente in das Wirtszellgenom integriert und unter geeigneten Bedingungen die gewünschten Produkte exprimiert werden. Leider vermitteln die heute zur Verfügung stehenden AAV-Vektoren keine ortspezifische Integration, es konnten jedoch für einige Zellen effiziente Gentransfers nachgewiesen werden (Fisher et al. 1997, Miller 1997, Xiao and Samulski 1996). Die Vorzüge von AAV-Vektoren liegen in der Sicherheit des Systems und dem Gentransfer in nicht teilungsfähige Zellen. Die Nachteile des Systems sind die geringe Kapazität zur Aufnahme von Fremd-DNA (4.8 Kilobasenpaare) und die hohen Infektionsdosen, welche benötigt werden, um effizienten Gentransfer zu bewerkstelligen. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich durch die Präparation der Vehikel Probleme mit Helfervirus-Kontaminationen ergeben. Ebenso wie die adenoviralen Vektoren rufen auch AAV-Vektoren eine starke Immunreaktion hervor, und rund 80% der Patienten besitzen bereits aufgrund einer zuvor erfolgten Infektion spezifische Antikörper gegen AAV (Verma and Somia 1997).The ability of adeno-associated viruses (AAV) (Parvoviridae) to integrate relatively site-specific (chromosome 19) and stably into the host cell genome in vitro, as well as the fact that AAV are apathogenic to humans, and that reactivation from latency to the presence dependent on helper viruses (adenovirus or herpesvirus) make these viruses suitable vectors for gene therapy approaches. In AAV vectors, the Genes for the structural proteins or all coding sequences replaced by corresponding foreign sequences. The chimeric genome is packaged in capsids in helper cells that constitutively synthesize the deleted viral functions and are infected with helper viruses. After infection of the cells, the chimeric genome can then be integrated into the host cell genome by means of the LTR elements and the desired products can be expressed under suitable conditions. Unfortunately, the AAV vectors available today do not mediate site-specific integration, but efficient gene transfers have been demonstrated for some cells (Fisher et al 1997, Miller 1997, Xiao and Samulski 1996). The advantages of AAV vectors are in the safety of the system and gene transfer into non-dividable cells. The drawbacks of the system are the low capacity for uptake of foreign DNA (4.8 kilobase pairs) and the high doses of infection needed to accomplish efficient gene transfer. Another disadvantage is that the preparation of the vehicle results in problems with helper virus contamination. Like the adenoviral vectors, AAV vectors also elicit strong immune responses, and about 80% of patients already have specific antibodies to AAV due to previous infection (Verma and Somia 1997).
(D) Rhabdovirale Vektoren:(D) Rhabdoviral vectors:
Vesicular stomatitis Virus (VSV) ist ein Rhabdovirus, es verursacht extreme cytopatische Infektionen in den meisten tierischen Zellen sowie humanen T-Zellen in Kultur, ist aber normalerweise apathogen für den Menschen (Wagner and Rose 1996). VSV hat ein nicht-segmentiertes negatives RNA-Genom, das im Cytoplasma der infizierten Zelle repliziert. Durch die viruseigene RNA-Polymerase werden fünf verschiedene mRNAs transkribiert, die ihrerseits fünf Strukturproteine (N, P, M, G, L) kodieren. Nur eines dieser Proteine, das Glykoprotein (G) ist präsent in der viralen Membran und somit verantwortlich für die katalysierende Fusion der Virusmembran mit der zellulären Membran (Florkiewicz and Rose 1984, Riedel et al. 1984).Vesicular Stomatitis virus (VSV) is a rhabdovirus, it causes extreme cytopathic infections in most animal cells as well human T cells in culture, but is usually non-pathogenic to humans (Wagner and Rose 1996). VSV has a non-segmented negative RNA genome that replicates in the cytoplasm of the infected cell. By the viral RNA polymerase transcribes five different mRNAs, which in turn have five structural proteins (N, P, M, G, L) encode. Only one of these proteins, the glycoprotein (G) is present in the viral membrane and thus responsible for the catalyzing Fusion of the viral membrane with the cellular membrane (Florkiewicz and Rose 1984, Riedel et al. 1984).
(E) Andere virale Vektoren(E) Other viral vectors
Zur Zeit sind auch Vektoren basierend auf dem Herpes-Simplex-Virus und einigen Pockenviren in der Erforschung, die derzeit veröffentlichten Daten sind jedoch noch zu wenig fundiert, um Aussagen über den Einsatz zum somatischen Gentransfer machen zu können (Breakefield and De Luca 1991, Fink and Gloriose 1997, Jacoby et al. 1997).to Time are also vectors based on the herpes simplex virus and some smallpox viruses in the research that are currently published However, data are still under-founded to make statements about To make use of somatic gene transfer (Breakefield and De Luca 1991, Fink and Gloriose 1997, Jacoby et al. 1997).
Für die effiziente und schonende Anwendung am Patienten werden vor allem virale Vektorsysteme gesucht, die ein spezifisches Zielzelltargeting ermöglichen. Für den Einsatz in der Tumortherapie wird vor allem ein Gentransfersystem mit Endothelzelltargeting gesucht, um die vaskuläre Versorgung der Tumoren zu unterbinden.For the efficient and careful application to the patient will be mainly viral vector systems which allow for specific target cell targeting. For the Use in tumor therapy will be mainly a gene transfer system With endothelial cell targeting sought to increase the vascular supply of the tumors too prevention.
Ein natürlicher Ligand, der hochspezifisch an Endothel bindet, ist der Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF). VEGF wird von einer Vielzahl von Zelltypen exprimiert. Über 'splicing' entstehen vier unterschiedliche monomere Formen des VEGFs, wobei die beiden kleineren (VEGF121, VEGF165) sekretorische und die beiden größeren Formen (VEGF189, VEGF206) zellassoziierte Proteine sind (Cornali et al. 1996). Die beiden sekretorischen Isoformen unterscheiden sich in ihrer biologischen Aktivität. VEGF165 hat wesentlich stärkere mitogene Wirkung auf Endothelzellen und wird vom Endothel besser gebunden als VEGF121 (Keyt et al. 1996, Soker et al. 1997). Die biologisch aktive Form von VEGF ist ein über Disulfidbrücken verbundenes Homodimer, welches an spezifische Rezeptoren auf Endothelzellen bindet. Als Rezeptoren wurden der 180KDa große FLT-Rezeptor (Shibuya et al. 1990, de Vries et al. 1992) und der 200KDa große KDR-Rezeptor (Terman et al. 1992) identifiziert, welche in ihrer Expression primär auf Endothelzellen beschränkt sind. VEGF führt zu einer Erhöhung der vaskulären Permeabilität und zur Endothelzellproliferation, was unter anderem auch die Angiogenese fördert (Cornali et al. 1996). Es konnte gezeigt werden, dass viele Tumorzellen vermehrt VEGF produzieren und damit die eigene Neovaskularisierung fördern (Ferrara 1995, Plate et al. 1992, 1993). VEGF kommt damit eine große Rolle bei der Angiogenese sowie beim Wachstum verschiedener Tumore zu (Strawn et al. 1996). Jedoch ist derzeit kein virales Gentransfersystem bekannt, das ein spezifisches Endothelzelltargeting vermittelt.One naturally Ligand that binds highly specifically to endothelium is the vascular Endothelial Growth Factor (VEGF). VEGF is made from a variety of cell types expressed. About 'splicing' four different monomeric forms of the VEGF, the two smaller ones (VEGF121, VEGF165) secretory and the two major forms (VEGF189, VEGF206) cell-associated proteins (Cornali et al., 1996). The two secretory isoforms differ in their biological Activity. VEGF165 has much stronger mitogenic effect on endothelial cells and gets better from the endothelium bound as VEGF121 (Keyt et al., 1996, Soker et al., 1997). The The biologically active form of VEGF is a disulfide-linked compound Homodimer, which binds to specific receptors on endothelial cells binds. As receptors, the 180KDa FLT receptor (Shibuya et al. 1990, de Vries et al. 1992) and the 200KDa KDR receptor (Terman et al., 1992) which primarily expresses on endothelial cells in their expression are limited. VEGF leads to an increase the vascular permeability and the Endothelial cell proliferation, which among other things also angiogenesis promotes (Cornali et al., 1996). It could be shown that many tumor cells increasingly produce VEGF and thus its own neovascularization promote (Ferrara 1995, Plate et al., 1992, 1993). VEGF plays a big role in that in angiogenesis as well as in the growth of various tumors (Strawn et al., 1996). However, there is currently no viral gene transfer system known to mediate a specific endothelial cell targeting.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein virales Gentransfersystem zum endothelzellspezifischen Targeting bereitzustellen, das geringe Toxizität aufweist und zur Einschleusung wenigstens eines Genes in Endothelzellen eines Organismus geeignet ist.task The invention therefore provides a viral gene transfer system for endothelial cell-specific targeting to provide, which has low toxicity and for introduction at least one gene in endothelial cells of an organism suitable is.
Die Aufgabe wird durch Bereitstellen von replikationsdefizienten Pseudotypviren, die anstelle eines Virus-Proteins wenigstens ein spezifisches Protein zur Bindung an Rezeptoren des Wirtsorganismus, vorzugsweise den Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) als Rezeptorbindungsstelle enthaltendes Transmembranprotein tragen, gelöst.The The object is achieved by providing replication-deficient pseudotype viruses, which instead of a virus protein at least one specific protein for binding to receptors of the host organism, preferably the Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) as receptor binding site carry containing transmembrane protein dissolved.
Das Verfahren zur Herstellung eines endothelzellspezifischen Gentransfersystems umfasst die Schritte:
- a) Bereitstellen eines rekombinanten replikationsdefizienten Virus
- b) Bereitstellen eines eukariotischen Expressionsvektors, der den VEGF-ORF exprimiert
- c) Konstruktion des rekombinanten replikationsdefizienten Virus (a) in einer Zellinie bei gleichzeitiger Transfektion mit dem eukariotischen Expressionsvektors (b)
- e) Infektion mit einem Virus, das das in die Endothelzelle einzuschleusende Gen trägt.
- a) providing a recombinant replication-deficient virus
- b) providing a eukaryotic expression vector expressing the VEGF ORF
- c) Construction of the recombinant replication-deficient virus (a) in a cell line with simultaneous transfection with the eukaryotic expression vector (b)
- e) infection with a virus that carries the gene to be introduced into the endothelial cell.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen viralen Gentransfersystems liegen darin, dass die replikationsdefizienten Pseudotypviren -instabil oder auch stabil- als spezifisches Protein zur Bindung an Rezeptoren des Wirtsorganismus ein chimäres Transmembranprotein bestehend aus VEGF und CD8 tragen, mit dem sie hochspezifisch an Endothelzellen im Wirtsorganismus binden und somit als nicht-toxisches Gentransfersystem zur Einschleusung wenigstens eines Genes in Endothelzellen eines Organismus in der Gen- und Tumortherapie geeignet sind.The Advantages of the viral gene transfer system according to the invention lie in the fact that the replication-deficient pseudotype viruses are unstable or also stable - as a specific protein for binding to receptors of the host organism a chimeric one Transmembrane protein consisting of VEGF and CD8 carry with them bind highly specific to endothelial cells in the host organism and thus as a non-toxic gene transfer system for introduction at least of a gene in endothelial cells of an organism in gene and tumor therapy are suitable.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass replikationsdefiziente Pseudotypviren, die zu keiner Bindung und Fusion des Virus an der Wirtszellmembran mehr fähig sind, die infizierte Zelle jedoch dennoch durch "budding" verlassen können, besonders zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gentransfersystems geeignet sind.Surprisingly It was found that replication - deficient pseudotype viruses, the to no binding and fusion of the virus to the host cell membrane more are capable However, the infected cell can still rely on "budding," especially for manufacturing of the gene transfer system according to the invention are suitable.
Ein Beispiel für replikationsdefiziente Pseudotypviren ist ein rekombinantes rhabdovirales Vesicular stomatitis Virus (VSV), dem das komplette G-Protein-Gen fehlt (Schnell et al. 1997) und dem dadurch keine Bindung und Fusion des Virus an der Wirtszellmembran mehr möglich ist. Im Gegensatz zu den Retroviren kann dieses replikationsdefiziente VSV-Virus trotz der Abwesenheit des G-Protein die infizierte Zelle durch "budding" verlassen (Mebatsion and Conzelmann 1996).One example for Replication-deficient pseudotype viruses is a recombinant rhabdoviral Vesicular stomatitis virus (VSV), which is the complete G protein gene is missing (Schnell et al., 1997) and thus no binding and fusion the virus at the host cell membrane is more possible. In contrast to the Retroviruses can damage this replication-deficient VSV virus despite the Absence of the G protein by budding the infected cell (Mebatsion and Conzelmann 1996).
Erfindungsgemäß wird in replikationsdefiziente Pseudotypviren wenigstens ein spezifisches Protein zur Bindung an einen Rezeptor des Wirtsorganismus, im Besonderen das chimäre Transmembranprotein VEGF/CD8 stabil oder instabil inseriert, so dass die Pseudotypviren nach dem budding durch VEGF ein spezifisches Zielzelltargeting an den Endothelzellrezeptor der Endothelzellen ermöglichen.According to the invention is in replication-deficient pseudotype viruses at least one specific protein for binding to a receptor of the host organism, in particular the chimera Transmembrane protein VEGF / CD8 stably or unstably inserted, so that the pseudotype viruses after budding by VEGF a specific Target cell targeting to the endothelial cell receptor of endothelial cells enable.
Die erfolgreiche Expression von VEGF auf der Plasmamembran der Zelle wird erfindungsgemäß durch ein chimäres Transmembranprotein, im Folgenden die VEGF/CD8-Chimäre genannt, realisiert.The successful expression of VEGF on the plasma membrane of the cell is inventively a chimera Transmembrane protein, hereafter called the VEGF / CD8 chimera, realized.
Die folgende Zeichnung erläutert die Schritte zur Herstellung der VEGF/CD8-Chimäre:The the following drawing explains the steps for preparing the VEGF / CD8 chimera:
- A: 1040 Basenpaar-Abschnitt des offenen Leserahmens von CD8 (aus der Sequenz Littman et al. 1985). F1 bezeichnet eine 66 bp upstream-Region, das ATG-Startcodon liegt an Position 66, E bezeichnet eine 543 bp externe Domäne, M einen 80 bp Membrananker, C eine 84 bp cytoplasmatische Domäne, das Stopcodon befindet sich an Position 773, und F2 bezeichnet eine 267 bp flankierende downstream-Region. Mit Pfeilen sind die Positionen für Schnittstellen durch Restriktionsenzyme (HindIII, EcoRV und ApaI) eingezeichnet.
- B: Abschnitt des offenen Leserahmens von CD8 (aus der Sequenz
Littman et al. 1985) nach Restriktionsspaltung mit den Restriktionsenzymen HindIII
und ApaI. Es sind von der ursprünglichen Position
66 bis
773 noch die Domänen E, M und C erhalten, F1 und F2 fehlen. - C: Austausch der externen CD8 Domäne E gegen den ORF von VEGF nach Restriktionsspaltung mit den Restriktionsenzymen HindIII und EcoRV. Die cytoplasmatische Domäne C und der Membrananker M des CD8-ORF bleiben erhalten.
- D: zeigt schematisch eine Kontrollsequenz, die nur den VEGF-ORF trägt, ohne die cytoplasmatische Domäne C und den Membrananker M des CD8-ORF.
- A: 1040 base pair section of the open reading frame of CD8 (from the sequence Littman et al., 1985). F1 denotes a 66 bp upstream region, the ATG start codon is at position 66, E denotes a 543 bp external domain, M an 80 bp membrane anchor, C an 84 bp cytoplasmic domain, the stop codon is located at position 773, and F2 denotes a 267 bp flanking downstream region. Arrows indicate the positions for restriction enzyme sites (HindIII, EcoRV and ApaI).
- B: Section of the open reading frame of CD8 (from the sequence Littman et al., 1985) after restriction cleavage with the restriction enzymes HindIII and ApaI. They are from the original position 66 bis
773 still the domains E, M and C obtained, F1 and F2 missing. - C: Replacement of the external CD8 domain E against the ORF of VEGF after restriction cleavage with the restriction enzymes HindIII and EcoRV. The cytoplasmic domain C and the membrane anchor M of the CD8 ORF are retained.
- D: shows schematically a control sequence which carries only the VEGF ORF, without the cytoplasmic domain C and the membrane anchor M of the CD8 ORF.
Da
CD8 ebenso wie VEGF Dimere bildet (Gao et al. 1997, Muller et al
1997), wird als Donor einer hydrophoben Domäne erfindungsgemäß der carboxyterminale
Membrananker eines Typ-I-Transmembranproteins, bevorzugt CD8, gewählt. In
Die
externe Domäne
(E), der Membrananker (M) und die cytoplasmatische Domäne (C) des CD8-ORF
werden mit den Restriktionsenzymen HindIII und ApaI im Standardverfahren
aus dem CD8-ORF herausgeschnitten (
Um den VEGF165-ORF zu erhalten, wird zunächst RNA aus humanen Fibroblasten (HFF) mit dem Trizol Reagent (GibcoBRL, Karlsruhe, Germany) nach Herstellervorschrift extrahiert und eine Reverse Transkription mit Superscript II entsprechend den Herstellerangaben (Gibco BRL, Karlsruhe, Germany) durchgeführt. Anschließend wird der gesamte VEGF-ORF aus dem Material der Reversen Transkription mittels PCR amplifiziert, wobei die spezifischen Primer so gewählt sind, dass sie am 5'-Ende eine HindIII- und am 3'-Ende eine EcoRV-Erkennungssequenz tragen. Das DNA-Material der PCR-Reaktion wird durch Sequenzanalyse, einem dem Fachmann bekannten Routineverfahren, auf die VEGF165-Sequenz durch Vergleich mit einer bekannten VEGF Sequenz aus der Gen Bank (Leung et al. (1989) Science 246, 1306–1309) überprüft.Around To obtain the VEGF165 ORF, RNA is firstly made from human fibroblasts (HFF) with the Trizol Reagent (GibcoBRL, Karlsruhe, Germany) Manufacturer's instructions extracted and reverse transcribed with Superscript II according to the manufacturer's instructions (Gibco BRL, Karlsruhe, Germany). Subsequently the entire VEGF ORF is made from the material of reverse transcription amplified by PCR, the specific primers being selected that at the 5'-end one HindIII and at the 3'-end an EcoRV recognition sequence wear. The DNA material of the PCR reaction is analyzed by sequence analysis, a routine method known to those skilled in the art, to the VEGF165 sequence by comparison with a known VEGF sequence from the Gen Bank (Leung et al. (1989) Science 246, 1306-1309).
In
einem weiteren Schritt wird die externe Domäne (E) des CD8-ORF im pcDNA-CD8
Vektor gegen den VEGF165-ORF (Aminosäure 1 bis 215) ersetzt. Die
Deletion der externen Domäne
(E) des CD8-ORF aus pcDNA-CD8 erfolgt durch Restriktionsspaltung
des Plasmids pcDNA-CD8
mit den Restriktionsenzymen HindIII und EcoRV und anschließender Aufreinigung.
In das so vorbereitete Plasmid wird das Amplifikationsprodukt, der
VEGF-ORF über die
Restriktionsschnittstellen HindIII und EcoRV in das Plasmid pcDNA-CD8
einkloniert (
Ausgehend von den hier gewählten Restriktionsschnittstellen ist es dem Fachmann jedoch auch leicht möglich, andere Kombinationen an Erkennungssequenzen für Restriktionsenzyme auszuwählen und jeweils dafür geeignete Erkennungssequenzen an den Primern anzubringen, so dass das gewünschte Plasmid mit der Nukleinsäuresequenz für das chimäre Transmembranprotein VEGF/CD8 entsteht.outgoing from the ones chosen here Restriction interfaces, however, it is also easy for the skilled person possible, select other combinations of restriction enzyme recognition sequences, and for each to attach suitable recognition sequences to the primers such that the wished Plasmid with the nucleic acid sequence for the chimera Transmembrane protein VEGF / CD8 is formed.
Der Expressionsnachweis von pcDNA-VEGF/CD8 und pcDNA-VEGF wird transient in HeLa-Zellen durchgeführt. Unter Verwendung der Lipofektin-Transfektion wird die Expression von pcDNA-VEGF/CD8 und pcDNA-VEGF über den CMV-Promotor nachgewiesen. Der Nachweis erfolgt mit spezifischen kommerziellen Antikörpern in der Immunfluoreszenz und im Immunoblot nach dem Fachmann bekannten Standardverfahren. Die Expression von VEGF/CD8 über das Plasmid pcDNA3.0-VEGF/CD8 zeigt die Lokalisation an der Plasmamembran, d.h. die VEGF/CD8-Chimäre wird in der Plasmamembran verankert.Of the Expression detection of pcDNA-VEGF / CD8 and pcDNA-VEGF becomes transient performed in HeLa cells. Using lipofectin transfection, expression becomes of pcDNA-VEGF / CD8 and pcDNA-VEGF via the CMV promoter. Detection is carried out with specific commercial antibodies in the immunofluorescence and in the immunoblot after the expert Standard procedure. Expression of VEGF / CD8 via the plasmid pcDNA3.0-VEGF / CD8 shows the localization at the plasma membrane, i. the VEGF / CD8 chimera is in anchored to the plasma membrane.
Für das endothelzellspezifische Targeting und zum Einschleusen von wenigstens einem Gen oder genetischer Information in Endothelzellen eines Organismus werden rekombinante nichtinfektiöse Viruspartikel hergestellt, die sich von replikationsdefizienten Viren, beispielsweise den rekombinanten VSV Pseudotypviren (Schnell et al. 1997) ableiten, die erfindungsgemäß anstelle des VSV-spezifischen Glykoproteins (G) auf der Oberfläche stabil oder instabil VEGF bzw. das chimäre Transmembranprotein VEGF/CD8 exprimieren. Damit binden die Viren spezifisch an VEGF-Rezeptoren und ermöglichen ein endothelspezifisches Targeting.For the endothelial cell specific Targeting and introducing at least one gene or genetic Information in endothelial cells of an organism becomes recombinant noninfectious Virus particles are produced that are different from replication Viruses, for example the recombinant VSV pseudotype viruses (Schnell et al. 1997), which according to the invention instead of the VSV-specific Glycoproteins (G) on the surface stable or unstable VEGF or the chimeric transmembrane protein VEGF / CD8 express. Thus, the viruses bind specifically to VEGF receptors and allow an endothelium-specific targeting.
Das rekombinante VSV-System von Schnell et al. (1997) basiert auf der Infektion mit einem rekombinanten Vacciniavirus, das für die T7-Polymerase kodiert (vTF-3) und anschließender Transfektion mit Plasmiden, die für die Proteine des VSV-Polymerasekomplexes [pBS-N (Nucleoprotein), pBS-P (Phosphoprotein), pBS-L (Polymerase); alle unter T7-Promotorkontrolle) und für das Glykoprotein (T7-Promotorkontrolle) kodieren sowie ein weiteres Plasmid (pVSVFL), über das, das VSV-Genom bereitgestellt wird. Über transiente Expression der viralen Proteine in der Zelle entstehen rekombinante Viren, die in den Überstand ausgeschleust werden.The recombinant VSV system of Schnell et al. (1997) is based on the Infection with a recombinant vaccinia virus encoding T7 polymerase (vTF-3) and subsequent Transfection with plasmids coding for the proteins of the VSV polymerase complex [pBS-N (nucleoprotein), pBS-P (phosphoprotein), pBS-L (polymerase); all under T7 promoter control) and for the glycoprotein (T7 promoter control) as well as another plasmid (pVSVFL), via which, provided the VSV genome becomes. about transient expression of viral proteins in the cell arise recombinant viruses present in the supernatant be discharged.
Dieses VSV-System wird für die Verwendung zum endothelspezifischen Targeting so verbessert, dass eine Genommutante vorliegt, in der das VSV-Glykoproteingen (G) deletiert und/oder durch ein Fremdgen ersetzt ist oder sogar ein zusätzliches Fremdgen eingebaut ist. Exemplarisch wird als Fremdgen zunächst die Expression des ,Green Fluorescence Protein' (GFP) mittels rekombinanter infektiöser VSV-Viren getestet. Es werden mehrere Passagen durchgeführt, bei denen die Infektion leicht über die GFP-Expression kontrolliert werden kann.This VSV system is for its use for endothelial-specific targeting improved so that a gene mutant is present in which the VSV glycoprotein gene (G) is deleted and / or replaced by a foreign gene or even an additional foreign gene is installed. As a foreign gene, the first example is the Expression of the, Green Fluorescence Protein '(GFP) tested by recombinant infectious VSV viruses. It several passages are carried out where the infection is easily over the GFP expression can be controlled.
Es werden drei VSV-Genommutanten hergestellt:
- 1. VSV-Genommutante pVSV-GFP die das vollständige VSV-Genom mit Glykoprotein (G) und zusätzlich das ,Green Fluorescence Protein' (GFP) trägt,
- 2. VSV-Genommutante pVSV-ΔG-GFP mit Deletion des Glykoprotein (G) und zusätzlich das ,Green Fluorescence Protein' (GFP)
- 3. VSV-Genommutante pVSV-ΔG + GFP + VEGF/CD8 mit Deletion des Glykoprotein (G) und zusätzlich das ,Green Fluorescence Protein' (GFP) und der VEGF/CD8 Chimäre
- 1. VSV genome mutant pVSV-GFP bearing the complete VSV genome with glycoprotein (G) and additionally the 'Green Fluorescence Protein' (GFP),
- 2. VSV gene mutant pVSV- Δ G-GFP with deletion of the glycoprotein (G) and additionally the, Green Fluorescence Protein '(GFP)
- 3. VSV genome mutant pVSV- Δ G + GFP + VEGF / CD8 with deletion of the glycoprotein (G) and additionally the 'Green Fluorescence Protein' (GFP) and the VEGF / CD8 chimera
Alle VSV-Genommutanten werden zunächst im rekombinanten System auf Infektiösität getestet.All VSV genome mutants are initially in recombinant system tested for infectiousness.
Dazu wird eine BHK-21- oder Endothel-Zelllinie mit Modified Vaccinia Virus Ankara (MVA), einem rekombinanten, T7-RNA-Polymerase exprimierenden Vacciniavirus infiziert (Carroll and Moss 1997). Anschließend erfolgt die Transfektion nach der von Schnell et al. 1997 beschriebenen Methode mit den Plasmiden (pBS-N, pBS-P, pBS-L) und dem Plasmid pVSVΔG + GFP wobei Viren entstehen, welche 'Pseudotyp' für das Wildtyp VSV-G sind. Da die Viren kein Glycoprotein auf der Oberfläche tragen, sind sie nicht infektiös. Im Experiment wird dies dadurch deutlich, dass diese Zellen nicht leuchten, obwohl die Viren das GFP-Protein besitzen.To do this, a BHK-21 or endothelial cell line is infected with Modified Vaccinia Virus Ankara (MVA), a recombinant vaccinia virus expressing T7 RNA polymerase (Carroll and Moss 1997). The transfection is then carried out according to the method described by Schnell et al. Method 1997 described with the plasmids (pBS-N, pBS-P, pBS-L) and the plasmid pVSV Δ G + GFP wherein viruses produced which are 'pseudotype' for the wild type VSV-G. Because the viruses carry no glycoprotein on the surface, they are not infectious. In the experiment, this is made clear by the fact that these cells do not shine, even though the viruses have the GFP protein.
Zur Herstellung von rekombinanten replikationsdefizienten VSV-Viren, die VEGF, im Besonderen die VEGF/CD8-Chimäre tragen, werden BHK21- oder HeLa-Zellen mit MVA infiziert und wie beschrieben transfiziert. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Plasmiden (pBS-N, pBS-P, pBS-L, pVSV-ΔG + GFP) wird das Plasmid pcDNA-VEGF/CD8 kotransfiziert. Dabei entstehen rekombinante Viren, die das VEGF/CD8-Molekül an der Oberfläche tragen, jedoch kein VSV-G. Diese Viren binden bevorzug an Endothelzellen, weil diese die beiden VEGF-Rezeptoren (FLT-1 und KDR) auf der Zelloberfläche tragen. Um die transiente Expression der VEGF/CD8-Chimäre für die Bildung von rekombinanten replikationsdefizienten VSV-Viren zu erhöhen, wird eine Zelllinie bevorzugt, die die VEGF/CD8-Chimäre stabil exprimiert. Besonders bevorzugt wird eine Hela Zelllinie verwendet, da diese normalerweise keine VEGF Rezeptoren besitzt.To produce recombinant replication-deficient VSV viruses carrying VEGF, in particular the VEGF / CD8 chimera, BHK21 or HeLa cells are infected with MVA and transfected as described. In addition to the previously described plasmids (pBS-N, pBS-P, pBS-L, pVSV- Δ G + GFP) plasmid pcDNA-VEGF / CD8 is cotransfected. This results in recombinant viruses that carry the VEGF / CD8 molecule on the surface, but no VSV-G. These viruses preferentially bind to endothelial cells because they carry the two VEGF receptors (FLT-1 and KDR) on the cell surface. In order to increase transient expression of the VEGF / CD8 chimera for the production of recombinant replication-deficient VSV viruses, a cell line stably expressing the VEGF / CD8 chimera is preferred. Particularly preferred is a Hela cell line is used, since this normally has no VEGF receptors.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht das endothelzellspezifische Gentransfersystem aus rekombinanten replikationsdefizienten Pseudotypviren, die auf der Oberfläche VEGF tragen, das zuvor nicht stabil (transient) in die Membran der Zelle inseriert wird. Wenn die Viren die Zelle durch budding verlassen, tragen sie VEGF in der Virushülle.In an embodiment The invention consists of the endothelial cell-specific gene transfer system Recombinant replication - deficient pseudotypic viruses found on the surface Wear VEGF that previously was not stable (transient) in the membrane of the Cell is inserted. When the viruses leave the cell through budding, wear VEGF in the virus envelope.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung besteht das endothelzellspezifische Gentransfersystem aus rekombinanten replikationsdefizienten Pseudotypviren, die auf der Oberfläche VEGF tragen, das zuvor stabil ins Genom der Viren inseriert wird und anschließend in die Virushülle eingebaut wird.In an alternative embodiment The invention consists of the endothelial cell-specific gene transfer system from recombinant replication - deficient pseudotype viruses, which the surface VEGF previously stably inserted into the genome of the virus and subsequently in the virus envelope is installed.
In einer Form der erfindungsgemäßen Verwendung wird vorgeschlagen, dieses Verfahren des endothelspezifischen Targeting besonders in der Gen- und Tumortherapie einzusetzen. Mit Hilfe der endothel zellspezifischen Pseudotypviren wird wenigstens ein fremdes Gen in Endothelzellen eines Patienten eingeschleust, um dort defekte Gene in diesem Patienten auszuschalten, um defekte Gene gegen intakte Gene auszutauschen oder um die Zellen zur Bildung eines therapeutisch oder prophylaktisch aktiven Proteins zu veranlassen.In a form of use according to the invention It is proposed that this method of endothelial-specific targeting especially in gene and tumor therapy. With the help of endothelium cell-specific Pseudotypic viruses will be at least one foreign gene in endothelial cells a patient infiltrated there to defective genes in this patient turn off to exchange defective genes for intact genes or to the cells to form a therapeutically or prophylactically to induce active protein.
Das einzuführende Gen kann in Form von Nukleinsäure kodierend für das entsprechende Gen vorliegen, das gegebenenfalls mit den entsprechenden Regulationselementen, wie Promotoren, versehen ist. In bevorzugter Ausführungsform wird das einzuführende Gen ins Virusgenom inseriert.The introduced Gene can be in the form of nucleic acid coding for the appropriate gene, optionally with the appropriate Regulatory elements, such as promoters provided. In preferred embodiment will be introduced Gene inserted into the virus genome.
Der Begriff Patient bezieht sich dabei gleichermaßen auf Menschen und Wirbeltiere. Damit können die endothelzellspezifischen Pseudotypviren in der Human- und Veterinärmedizin verwendet werden. Die endothelzellspezifischen Pseudotypviren und das darin enthaltende therapeutisch wirksame Gen oder die Gene werden den Patienten, als Teil einer pharmazeutisch akzeptablen Komposition entweder oral, rektal, parenteral intravenös, intramuskulär oder subkutan, intracisternal, intravaginal, intraperitoneal, intravasculär, lokal (Puder, Salbe oder Tropfen) oder in Sprayform verabreicht.Of the The term patient refers equally to humans and vertebrates. With that you can the endothelial cell-specific pseudotype viruses in human and veterinary medicine be used. The endothelial cell-specific pseudotype viruses and the therapeutically effective gene or genes contained therein the patient, as part of a pharmaceutically acceptable composition either orally, rectally, parenterally intravenously, intramuscularly or subcutaneously, intracisternal, intravaginal, intraperitoneal, intravascular, local (Powder, ointment or drops) or administered in spray form.
Dosierungsformen für die örtliche Administration des Impfstoffes dieser Erfindung schließen Salben, Puder, Sprays oder Inhalationsmittel ein.dosage forms for the local Administration of the vaccine of this invention include ointments, Powders, sprays or inhalants.
Ausführungsbeispieleembodiments
1. Expression der VEGF/CD8-Chimäre1. Expression of the VEGF / CD8 chimera
Die
543 bp große
externe Domäne
(E), der 80 bp große
Membrananker (M) und die 84 bp große cytoplasmatische Domäne (C) des
CD8-Genes werden
mit den Restriktionsenzymen HindIII und ApaI aus dem von Littman
beschriebenen Plasmid mit dem CD8-Gen herausgeschnitten (
In einem Reaktionsansatz von 20 μl werden zu 10 μl CD8-DNA Ausgangsklon (Quelle siehe Littman et al. 1985 ) oder zu 10 μl PCRamplifizierte CD8-DNA (RNA isoliert aus T-Zellen) je 1 μl Restriktionsenzyme HindIII und ApaI mit 2 μl Reaktionspuffer, 6 μl H2O hinzugegeben und für 2 h bei 37°C inkubiert.In a reaction mixture of 20 ul to 10 μl CD8 DNA starting clone (source see Littman et al., 1985) or to 10 μl PCR amplified CD8 DNA (RNA isolated from T cells) per 1 μl restriction enzymes HindIII and ApaI with 2 μl reaction buffer, 6 μl H 2 O added and incubated for 2 h at 37 ° C.
Als
nächster
Schritt wird die externe Domäne (E)
von CD8 aus pcDNA-CD8
gegen den VEGF165-ORF (Aminosäure
1 bis 215) ersetzt (
Dazu wird zunächst die RNA des humanen VEGF165 aus humanen Fibroblasten (HFF) mit Trizol Reagent nach Herstellerangaben (GibcoBRL, Karlsruhe, Germany) isoliert und eine reverse Transkriptions-PCR (RT-PCR) durchgeführt: In einem Volumen von 20 μl werden 1 μg total RNA mit 40 U Superscript II und 1 μg oligo- (dT)18 nach Herstellerangaben (Gibco BRL, Karlsruhe, Germany) reverse transkribiert.For this purpose, first the RNA of human VEGF165 from human fibroblasts (HFF) with Trizol Reagent according to the manufacturer (GibcoBRL, Karlsruhe, Germany) isolated and carried out a reverse transcription PCR (RT-PCR): In a volume of 20 ul 1 μg total RNA with 40 U of Superscript II and 1 μg of oligo- (dT) 18 according to the manufacturer (Gibco BRL, Karlsruhe, Germany) reverse transcribed.
Anschließend erfolgt
die Amplifikation von VEGF-ORF mit Primern die HindIII bzw. EcoRV-Schnittstellen
tragen: In einem Reaktionsansatz von 100 μl befinden sich gemäß Standardprotokoll:
(Taq DNA, Boehringer Mannheim) 50 μl H2O,
20 μl 5× Puffer,
8 μl NTP,
8 μl Mg,
5 μl DTT,
1 μl Template (RNA),
1 μl Enzym
und je 3,5 μl
der beiden Primer:
3,5 μl
Primer 1: 5'-GAC
AAG CTT ATG AAC TTT CTG TCT-3'
3,5 μl Primer
2: 5'-GAC GAT ATC
TCC CCG CCT CGG CTT GTC-3'Subsequently, the amplification of VEGF-ORF with primers carried the HindIII or EcoRV interfaces: In a reaction mixture of 100 .mu.l are according to standard protocol: (Taq DNA, Boehringer Mannheim) 50 ul H 2 O, 20 ul 5 × buffer, 8 μl of NTP, 8 μl of Mg, 5 μl of DTT, 1 μl of template (RNA), 1 μl of enzyme and 3.5 μl each of the two primers:
3.5 μl Primer 1: 5'-GAC AAG CTT ATG AAC TTT CTG TCT-3 '
3.5 μl Primer 2: 5'-GAC GAT ATC TCC CCG CCT CGG CTT GTC-3 '
1 μl der transkribierten
cDNA wird im PCR system 2400 Thermocycler (Perkin Elmer, Weiterstadt,
Germany) mit den oben erwähnten,
für VEGF165-spezifischen
Primern amplifiziert, wobei folgende Parameter eingestellt werden:
Denaturation
für 45
sec bei 95°C,
Annealing
für 60
sec bei 60°C,
Extension
für 60
sec bei 72°C.1 μl of the transcribed cDNA is amplified in the PCR system 2400 thermocycler (Perkin Elmer, Weiterstadt, Germany) with the abovementioned, for VEGF165-specific primers, with the following parameters being set:
Denaturation for 45 sec at 95 ° C,
Annealing for 60 sec at 60 ° C,
Extension for 60 sec at 72 ° C.
Das PCR Produkt (der VEGF165-ORF) wird nach 35-40 Zyklen stark amplifiziert, gelchromatographisch analysiert und sequenziert.The PCR product (the VEGF165 ORF) is heavily amplified after 35-40 cycles, gel chromatographically analyzed and sequenced.
Zur
Herstellung eines Plasmids, das für ein chimäres Transmembranprotein aus
VEGF 165 und CD8 kodiert, wird die externe Domäne (E) von pcDNA-CD8 mit den
Restriktionsenzymen HindIII und EcoRV in folgendem 20 μl Reaktionsansatz
bei 37°C über 2h gespalten:
10 μl pcDNA-CD8-Ausgangsklon
1 μl HindIII,
1 μl EcoRV,
2 μl Reaktionspuffer,
6 μl H2OFor the preparation of a plasmid encoding a chimeric transmembrane protein from VEGF 165 and CD8, the external domain (E) of pcDNA-CD8 is cleaved with the restriction enzymes HindIII and EcoRV in the following 20 μl reaction mixture at 37 ° C. for 2 h:
10 μl pcDNA-CD8 output clone
1 μl HindIII, 1 μl EcoRV, 2 μl reaction buffer,
6 μl H 2 O
PCR-Produkt und Plasmid werden nach Standardprotokoll des QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, Hilden, Germany) in einem präpartiven Ansatz aufgereinigt.PCR product and plasmid are according to standard protocol of QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, Hilden, Germany) purified in a pre-preparation approach.
Anschließend erfolgt
die Klonierung von VEGF165 über
die Klonierungsstellen HindIII und EcoRV in den vorbereiteten pcDNA-CD8
zu pcDNA-VEGF/CD8). Die Ligation findet bei 37°C über 8 h in folgendem Reaktionsansatz
statt:
6 μl
H2O
2 μl Reaktionspuffer, 2 μl pcDNA-CD8-Ausgangsklon
10 μl VEGF/CD8
des PCR-Ansatzes
0,5 μl
LigaseSubsequently, the cloning of VEGF165 takes place via the cloning sites HindIII and EcoRV in the prepared pcDNA-CD8 to pcDNA-VEGF / CD8). The ligation takes place at 37 ° C. for 8 h in the following reaction mixture:
6 μl H 2 O
2 μl reaction buffer, 2 μl pcDNA-CD8 starting clone
10 μl VEGF / CD8 of the PCR mixture
0.5 μl ligase
Als
Kontrolle wird in gleicher Weise VEGF-ORF (
2. Expressionsnachweis der VEGF/CD8-Chimäre in HeLa-Zellen2. Expression detection the VEGF / CD8 chimera in HeLa cells
Der Expressionsnachweis erfolgt transient in HeLa-Zellen. Dazu werden die Plasmidkonstrukte durch Lipofektin-Transfektion in HeLa-Zellen überführt und ihre Expression nach Standardprotokoll der Immunfluoreszenz nachgewiesen.Of the Expression detection is transient in HeLa cells. To do this the plasmid constructs are transformed into HeLa cells by lipofectin transfection and their expression is detected by standard immunofluorescence protocol.
Für die Transfektion der HeLa-Zellen werden 250 μl FCS-free Dulbecco Medium mit 2.5 μl Lipofectin und 250 μl FCS-free Dulbecco Medium mit 1–2 μg DNA (pc3.0 DNA Vector mit VEGF oder VEGF/CD8 1 h bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend werden beide Medien gemixt und für 45 min erneut bei Raumtemperatur inkubiert. Der Medienmix wird dann vorsichtig auf die zu transfizierenden Zellen pipettiert. Die Transfektion der Zellen erfolgt für 4–6 h bei 37°C. Anschließend werden für 8–12 h bei 37°C 500 μl 10% FCS Dulbecco Medium hinzugegeben.For transfection HeLa cells are 250 μl FCS-free Dulbecco Medium with 2.5 μl Lipofectin and 250 μl FCS-free Dulbecco Medium with 1-2 μg DNA (pc3.0 DNA Vector with VEGF or VEGF / CD8 incubated for 1 h at room temperature. Then be both media mixed and for Incubated again at room temperature for 45 min. The media mix will then Carefully pipetted on the cells to be transfected. The transfection the cells are done for 4-6 h at 37 ° C. Then be for 8-12 h at 37 ° C 500 μl 10% FCS Dulbecco medium added.
Der Nachweis erfolgt mit spezifischen kommerziellen Antikörpern in der Immunfluoreszenz. Die Zellen werden permeablisiert und mit Paraformaldehyd für 30 min bei 4°C fixiert. Die Visualisierung der Membraninsertion von VEGF/CD8 wird mit der indirekten Immunfluoreszenz, durchgeführt mit goat anti-human IgG (VEGF) und einem zweiten fluorescein isothiocyanate (FITC) labeled rabbit anti-goat IgG (Dako A/S, Denmark) für 30 min bei 4°C. Für die Dokumentation wird das photographic equipment von Zeiss Axiopot Microscope und Spot Kamera (Diagnostic Instrument, Version 2.1.2. für Windows 95/98/NT) und Spot 32 Program benutzt.Of the Detection is carried out with specific commercial antibodies in of immunofluorescence. The cells are permeated and treated with paraformaldehyde for 30 min at 4 ° C fixed. The visualization of the membrane insertion of VEGF / CD8 becomes with indirect immunofluorescence, performed with goat anti-human IgG (VEGF) and a second fluorescein isothiocyanate (FITC) labeled rabbit anti-goat IgG (Dako A / S, Denmark) for 30 min at 4 ° C. For the documentation becomes the photographic equipment of Zeiss Axiopot Microscope and Spot Camera (Diagnostic Instrument, Version 2.1.2 for Windows 95/98 / NT) and Spot 32 programs used.
Als Ergebnis zeigt sich, das in der Kontrolle (Plasmid pcDNA-VEGF) VEGF165 von der Zelle freigesetzt wird, und in den HeLa-Zellen nachgewiesen werden kann, das chimäre Transmembranprotein VEGF/CD8 wird hingegen in der Plasmamembran inseriert.When Result shows that in the control (plasmid pcDNA-VEGF) VEGF165 released from the cell and detected in HeLa cells can, the chimera Transmembrane protein VEGF / CD8, however, is in the plasma membrane inserted.
3. Konstruktion von VEGF/CD8-Pseudotypviren3. Construction of VEGF / CD8 pseudotype viruses
Zunächst wird das von Schnell et al. 1997 bekannt rekombinante VSV-Genom und VSVΔG-Genom modifiziert, so dass zusätzlich zum G-Protein ein Fremdgen, beispielsweise für das Green Fluorescence Pro tein (GFP), eingebaut wird (VSV-GFP) oder anstelle des G Protein das. Green Fluorescence Protein (GFP) inseriert wird (VSVΔG-GFP)
- 1. VSV-Genommutante pVSV-GFP, die das vollständige VSV-Genom mit Glykoprotein (G) und zusätzlich das ,Green Fluorescence Protein' (GFP) trägt.
- 2. VSV-Genommutante pVSV-ΔG-GFP mit Deletion des Glykoprotein (G) und statt dessen das Green Fluorescence Protein (GFP).
- 3. VSV-Genommutante pVSV-ΔG + GFP + VEGF/CD8 mit Deletion des Glykoprotein (G) und zusätzlich das Green Fluorescence Protein (GFP) und die VEGF/CD8 Chimäre.
- 1. VSV genome mutant pVSV-GFP bearing the complete VSV genome with glycoprotein (G) and additionally the 'Green Fluorescence Protein' (GFP).
- 2. VSV gene mutant pVSV- Δ G-GFP with deletion of the glycoprotein (G) and instead the green fluorescence protein (GFP).
- 3. VSV gene mutant pVSV- Δ G + GFP + VEGF / CD8 with deletion of the glycoprotein (G) and additionally the Green Fluorescence Protein (GFP) and the VEGF / CD8 chimera.
Das GFP Gen wird mit dem Fachmann bekannten Klonierungsmethoden im Falle des Wildtyps in das Genom des VSV zwischen dem G-Gen und L-Gen inseriert und im Falle des deletierten VSV (VSVΔG) zwischen dem M-Gen und L-Gen über die Schnittstellen XhoI und NheI inseriert (Schnell et al. 1997).The GFP gene is inserted into the genome of the VSV between the G gene and L gene with the cloning methods known to those skilled in the art, and in the case of the deleted VSV (VSV Δ G) between the M gene and L gene via the Interfaces XhoI and NheI are inserted (Schnell et al., 1997).
Die Infektion von BHK-21 Zelllinie erfolgt mit dem rekombinanten, T7-RNA-Polymerase exprimierenden Vacciniavirus MVA.The Infection of BHK-21 cell line is done with the recombinant expressing T7 RNA polymerase Vaccinia virus MVA.
VSV-Genommutante pVSV-GFPVSV gene mutant pVSV-GFP
Transfektion nach der von Schnell et al. 1997 angegeben Methode mit den Plasmiden (pBS-N, pBS-P, pBS-L) und pVSVG + GFPtransfection according to the Schnell et al. 1997 given method with the plasmids (pBS-N, pBS-P, pBS-L) and pVSVG + GFP
VSV-Genommutante pVSV-ΔG-GFPVSV genome mutant pVSV- Δ G-GFP
Transfektion nach der von Schnell et al. 1997 angegeben Methode mit den Plasmiden (pBS-N, pBS-P, pBS-L) und pVSVΔG + GFPtransfection according to the Schnell et al. 1997 given method with the plasmids (pBS-N, pBS-P, pBS-L) and pVSVΔG + GFP
VSV-Genommutante pVSV-ΔG + GFP + VEGF/CD8VSV gene mutant pVSV- Δ G + GFP + VEGF / CD8
Transfektion nach der von Schnell et al. 1997 angegeben Methode mit den Plasmiden (pBS-N, pBS-P, pBS-L) und pVSVΔG + GFP und Kotransfektion mit dem Plasmid pcDNA3.0-VEGF/CD8.transfection according to the Schnell et al. 1997 given method with the plasmids (pBS-N, pBS-P, pBS-L) and pVSVΔG + GFP and cotransfection with the plasmid pcDNA3.0-VEGF / CD8.
Der Nachweis der Viren auf Infektiösität und ihre Lokalisation erfolgt durch single step Infektion und Messung der Expression von GFP. Dazu wird 1–3 ml Virusüberstand auf Endothelzellen aufgetragen und verfolgt, ob die Viren in die Zellen eindringen und diese im Falle von VSV-Genommutante pVSV-GFP und VSV-Genommutante pVSV-ΔG + GFP + VEGF/CD8 fluoreszieren.The detection of viruses for infectiousness and their localization is carried out by single step infection and measurement of the expression of GFP. For this purpose, 1-3 ml of virus supernatant is applied to endothelial cells and monitored whether the viruses penetrate into the cells and these fluoresce in the case of VSV genommutante pVSV-GFP and VSV genommutant pVSV- Δ G + GFP + VEGF / CD8.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht das endothelzellspezifische Gentransfersystem aus rekombinanten replikationsdefizienten Pseudotypviren, die auf der Oberfläche VEGF tragen, das zuvor nicht stabil (transient) in die Membran der Zelle inseriert wird. Wenn die Viren die Zelle durch budding verlassen tragen sie VEGF in der Virushülle.In an embodiment The invention consists of the endothelial cell-specific gene transfer system Recombinant replication - deficient pseudotypic viruses found on the surface Wear VEGF that previously was not stable (transient) in the membrane of the Cell is inserted. When the viruses leave the cell by budding wear VEGF in the virus envelope.
Ein wichtiger Vorteil in der entsprechenden Anwendung bei einer transienten Integration ist die einfache Handhabung da keine Einklonierung des VEGF ins Genom erfolgen muss.One important advantage in the corresponding application in a transient Integration is the ease of use as there is no encapsulation of the VEGF into the genome.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung besteht das endothelzellspezifische Gentransfersystem aus rekombinanten replikationsdefizienten Pseudotypviren, die auf der Oberfläche VEGF tragen, das zuvor stabil in die Membran der Zelle inseriert wird und bei verlassen der Viren aus der Zelle das VEGF mitgenommen wird.In an alternative embodiment The invention consists of the endothelial cell-specific gene transfer system from recombinant replication - deficient pseudotype viruses, which the surface Wear VEGF, which previously stably inserted into the membrane of the cell and when leaving the virus from the cell, the VEGF taken becomes.
Vorteil in der entsprechenden Anwendung bei einer stabilen Integration: es entstehen mehr neue Viren, die einen größeren Wirkradius erreichen können und spezifisch nur Endothelzellen binden.advantage in the corresponding application with a stable integration: there are more new viruses that can reach a greater impact radius and specifically bind only endothelial cells.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung besteht das endothelzellspezifische Gentransfersystem aus rekombinanten replikationsdefizienten Pseudotypviren, die auf der Oberfläche anstelle eines eigenen Proteins, VEGF tragen, das zuvor stabil ins Virusgenom inseriert wird.In a further alternative embodiment The invention consists of the endothelial cell-specific gene transfer system from recombinant replication - deficient pseudotype viruses, which the surface Instead of a proprietary protein, carry VEGF, which was previously stable Viral genome is inserted.
Der Fachmann kennt viele Entsprechungen oder kann diese mit Hilfe üblicher Experimente zu den spezifischen Anwendungen der hier beschriebenen Erfindung feststellen. Solche Entsprechungen liegen beabsichtigter weise im Rahmen der folgenden Ansprüche.Of the Specialist knows many analogies or can do this with the help of usual Experiments on the specific applications described here Determine invention. Such correspondences are more intentional Wise within the scope of the following claims.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003137770 DE10337770A1 (en) | 2003-08-14 | 2003-08-14 | Endothelial-cell specific gene-transfer system, useful for treating tumors, comprises virus that includes vascular endothelial growth factor in its capsid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003137770 DE10337770A1 (en) | 2003-08-14 | 2003-08-14 | Endothelial-cell specific gene-transfer system, useful for treating tumors, comprises virus that includes vascular endothelial growth factor in its capsid |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10337770A1 true DE10337770A1 (en) | 2005-03-24 |
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ID=34201596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2003137770 Withdrawn DE10337770A1 (en) | 2003-08-14 | 2003-08-14 | Endothelial-cell specific gene-transfer system, useful for treating tumors, comprises virus that includes vascular endothelial growth factor in its capsid |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10337770A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-08-14 DE DE2003137770 patent/DE10337770A1/en not_active Withdrawn
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8141 | Disposal/no request for examination |