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DE19503952A1 - Retroviral vector hybrids and their use for gene transfer - Google Patents

Retroviral vector hybrids and their use for gene transfer

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Publication number
DE19503952A1
DE19503952A1 DE19503952A DE19503952A DE19503952A1 DE 19503952 A1 DE19503952 A1 DE 19503952A1 DE 19503952 A DE19503952 A DE 19503952A DE 19503952 A DE19503952 A DE 19503952A DE 19503952 A1 DE19503952 A1 DE 19503952A1
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DE
Germany
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ltr
virus
region
gene
mesv
Prior art date
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Ceased
Application number
DE19503952A
Other languages
German (de)
Inventor
Christopher Dr Baum
Carol Dr Stocking-Harbers
Wolfram Prof Dr Ostertag
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Vision 7 GmbH
Original Assignee
Boehringer Mannheim GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boehringer Mannheim GmbH filed Critical Boehringer Mannheim GmbH
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Priority to ES95929100T priority patent/ES2202368T3/en
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Priority to AT95929100T priority patent/ATE244310T1/en
Priority to EP95929100A priority patent/EP0781343B1/en
Priority to DK95929100T priority patent/DK0781343T3/en
Priority to PT95929100T priority patent/PT781343E/en
Priority to US08/793,610 priority patent/US5858744A/en
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Priority to JP8509149A priority patent/JPH09511405A/en
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Abstract

The disclosure relates to replication defective retroviral vector hybrids characterized by the fact that they contain: ( a) in the leader region as U5 region and/or tRNA primer binding site, the U5 region and/or tRNA primer binding site of MESV; and (b) as U3 and R regions in 3'-LTR, the U3 and R regions from a Friend murine leukaemia virus (F-MuLV). The proposed hybrids are particularly suitable for effective gene transfer in haematopoietic stem cells.

Description

Die Erfindung betrifft retrovirale Vektorhybride und deren Verwendung zum Gentransfer, insbesondere für den Gentransfer in hämatopoietischen Stammzellen (ES).The invention relates to retroviral vector hybrids and their use for gene transfer, especially for gene transfer in hematopoietic stem cells (ES).

Replikationsdefekte retrovirale Vektoren sind gegenwärtig Standard in Gentransfer-und Gentherapieapplikationen an Zellen des menschlichen blutbildenden Systems (A.D. Miller (1992) (1), R.C. Mulligan (1993) (2), R. Vile und S.J. Russell (1994) (3)). Ihre wesentlichen Vorteile sind:Replication-defective retroviral vectors are currently standard in gene transfer and Gene therapy applications on cells of the human hematopoietic system (A.D. Miller (1992) (1), R.C. Mulligan (1993) (2), R. Vile and S.J. Russell (1994) (3)). Your essential The advantages are:

  • - die Infektion führt zu einer stabilen Integration des Vektors und der durch ihn übertragenen DNA-Sequenzen in das Wirtsgenom mitotisch aktiver Zellen- The infection leads to a stable integration of the vector and through it transferred DNA sequences into the host genome of mitotically active cells
  • - die Anzahl der Intregrationen in das Wirtsgenom ist über die Infektionsbedingungen steuerbar- The number of integrations into the host genome is beyond the infection conditions controllable
  • - die sicherheitsrelevanten Aspekte des retroviralen Gentransfers sind gut erforscht; Komplikationen traten bei zahlreichen Anwendungen am Menschen bisher nicht auf.- the safety-related aspects of retroviral gene transfer have been well researched; So far, complications have not occurred in numerous human applications.

Der meistgenannte Vorteil von retroviralen Vektoren, die hohe Gentransfereffizienz, trifft auf die Anwendung am blutbildenden System nur bedingt zu. Mit konventionellen, auf dem Moloney murine sarcoma Virus (MoMuSV) basierenden Vektoren lassen sich bevorzugt nur späte, ausreifende blutbildende Vorläuferzellen infizieren; 30-95% der mit diesen Vektoren transduzierten Vorläuferzellen zeigen infolge primärer Silencing-Mechanismen keine oder unzureichende Expression der übertragenen Gene (4); nach längerer Verweildauer in vivo wird zudem in einem hohen Prozentsatz der initial exprimierenden Zellen die retroviral gesteuerte Genexpression bis zur Funktionsunfähigkeit durch sekundäres Silencing abgeschwächt (Palmer et al. (1991) (5), Brenner et al. (1993) (6)).The most frequently mentioned advantage of retroviral vectors, the high gene transfer efficiency, applies use on the hematopoietic system is limited. With conventional, on the Moloney murine sarcoma virus (MoMuSV) based vectors are preferred only infecting late, maturing hematopoietic progenitor cells; 30-95% of those using these vectors Transduced progenitor cells show no or due to primary silencing mechanisms insufficient expression of the transferred genes (4); after a long stay in vivo also becomes retroviral in a high percentage of the initially expressing cells controlled gene expression up to inability to function through secondary silencing weakened (Palmer et al. (1991) (5), Brenner et al. (1993) (6)).

Es hat sich gezeigt, daß auch in embryonalen Zellen, wie embryonalen Carcinomazellen (myeloischen (nicht lymphatischen) Abkömmlingen von hämatopoietischen Stammzellen), die Viren zwar integriert werden, aber die Expression des integrierten Provirus geblockt wird.It has been shown that even in embryonic cells, such as embryonic carcinoma cells (myeloid (non-lymphatic) descendants of hematopoietic stem cells), the Viruses are integrated, but the expression of the integrated provirus is blocked.

Aus Stocking et al. (1993) (21) sind Mutationen und Derivate von MoMuSV bekannt, mit denen die retrovirale Genexpression in derartigen Zellen verbessert werden kann. Solche Hybride werden durch Punktmutationen in den LTRs, insbesondere in der U3-Region erhalten. Beispielsweise kann durch eine Punktmutation bei -345 von MoMuLV die Bindung des ECF-1 Repressors verringert werden. Ebenso vorteilhaft ist eine Punktmutation, welche eine Bindungsstelle für SP-1 schafft (z. B. Punktmutation bei -166 (5. McKnight und R. Tÿan (1986) (16)). Weiter vorteilhaft ist es, auch außerhalb der LTR-Bereiche Mutationen anzubringen. Es hat sich gezeigt, daß eine 18 bp Region, die sich direkt downstream an das 5′- LTR anschließt, ein negatives Regulationselement (NRE, Silencerbindungselement) darstellt. Durch Punktmutationen in diesem Element ist es möglich, die retrovirale Transkription zu verbessern (murines embryonales Stammzellvirus, MESV; M. Grez et al (1990) (22)).From Stocking et al. (1993) (21) mutations and derivatives of MoMuSV are known with which can improve retroviral gene expression in such cells. Such  Hybrids are caused by point mutations in the LTRs, especially in the U3 region receive. For example, a point mutation at -345 of MoMuLV can bind of the ECF-1 repressor can be reduced. A point mutation, which is also advantageous creates a binding site for SP-1 (e.g. point mutation at -166 (5. McKnight and R. Tÿan (1986) (16)). It is also advantageous to make mutations outside the LTR areas to attach. It has been shown that an 18 bp region directly downstream of the 5′- LTR connects, represents a negative regulatory element (NRE, silencer binding element). Point mutations in this element make it possible to increase retroviral transcription improve (murine embryonic stem cell virus, MESV; M. Grez et al (1990) (22)).

Aufgabe der Erfindung ist es, retrovirale Vektorhybride zur Verfügung zu stellen, mit denen die retrovirale Genexpression insbesondere in hämatopoietischen Stammzellen und ihren myeloischen (nicht-lymphatischen) Abkömmlingen weiter verbessert werden kann.The object of the invention is to provide retroviral vector hybrids with which the retroviral gene expression especially in hematopoietic stem cells and their myeloid (non-lymphatic) descendants can be further improved.

Gegenstand der Erfindung sind retrovirale Vektorhybride, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sieThe invention relates to retroviral vector hybrids, which are characterized in that that she

  • a) in der Leaderregion als US-Region und tRNA primer binding site die US-Region und tRNA primer binding site von MESV unda) in the leader region as the US region and tRNA primer binding site the US region and tRNA primer binding site from MESV and
  • b) als U3- und R-Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV)b) as U3 and R regions in 3'-LTR, the U3 and R regions from a friend murine leukemia virus (F-MuLV)

enthalten.contain.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Vektorhybride als Leaderregion die Leaderregion von MESV.The vector hybrids according to the invention preferably contain the leader region Leader region of MESV.

Ebenso bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Vektorhybride als 3′-LTR das LTR aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) und damit, außer den U3- und R-Regionen aus MoMuLV, auch die US-Region.The vector hybrids according to the invention likewise preferably contain the LTR as the 3′-LTR a friend murine leukemia virus (F-MuLV) and thus, except for the U3 and R regions MoMuLV, also the US region.

Die Vektorhybride können sowohl replikationsdefekt als auch replikationskompetent sein.The vector hybrids can be replication-defective as well as replication-competent.

Unter einem replikationsdefekten Vektor ist ein Vektor zu verstehen, der keine retroviralen Gen-Funktionen (gag, env, pol) enthält und dadurch nicht selbständig Viruspartikel bilden kann. Üblicherweise enthält der Vektor jedoch eine packaging-Funktion (psi). Zur Bildung von infektiösen retroviralen Partikeln wird eine packaging-Zellinie, welche die Gen- Funktionen gag env und pol stabil (als Episom oder ins Genom integriert) enthält, mit dem replikationsdefekten erfindungsgemäßen DNA-Vektor transfiziert. Es werden RNA- Transkripte gebildet, die aufgrund der gag- und env-Funktionen in Viruspartikel verpackt werden. Diese Viruspartikel sind replikationsdefizient, weil das in ihnen enthaltene RNA- Genom keine retroviralen Gen-Funktionen trägt.A replication-defective vector is a vector that is not retroviral Contains gene functions (gag, env, pol) and therefore do not form virus particles independently can. However, the vector usually contains a packaging function (psi). For education infectious retroviral particles become a packaging cell line that Contains functions gag env and pol stable (as an episome or integrated into the genome) with the  replication-defective DNA vector according to the invention transfected. RNA- Transcripts formed that are packaged in virus particles due to the gag and env functions will. These virus particles are replication deficient because the RNA Genome does not carry retroviral gene functions.

Replikationsfähige, retrovirale Vektorhybride enthalten zusätzlich die Genregionen gag; pol und env. Diese Genregionen können aus beliebigen Retroviren standen. Lediglich die env- Region muß, entsprechend der zu infizierenden Zelle, ausgewählt werden. Derartige Verfahren sind dem Fachmann jedoch bekannt. Auf diese Weise sind replikationsfähige ecotrope, xenotrope, amphotrope oder polytrope Retroviren herstellbar.Replication-capable, retroviral vector hybrids additionally contain the gene regions gag; pole and env. These gene regions can consist of any retroviruses. Only the env- Region must be selected according to the cell to be infected. Such procedures are known to the expert. In this way, replication-capable ecotropic, xenotropic, amphotropic or polytropic retroviruses can be produced.

Näheres hierzu sowie zur Herstellung von Vektoren, Viruspartikeln und Helferzellen ist beschrieben in M. Kriegler, Gene Transfer and Expression, A Laboratory Manual, W.H. Freeman & Co., New York (1990), 47-55 und 161-164) (31). Diese Publikation ist Gegenstand der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung.More on this as well as on the production of vectors, virus particles and helper cells is described in M. Kriegler, Gene Transfer and Expression, A Laboratory Manual, W.H. Freeman & Co., New York (1990), 47-55 and 161-164) (31). This publication is Subject of the disclosure of the present application.

Unter Silencerproteinen im Sinne der Erfindung sind zelluläre (z. B. aus der mutierten Zelle stammende) nukleäre Proteine, beispielsweise aus hämatopoietischen Stammzellen, zu verstehen, welche vorzugsweise an die unmittelbar dem 5′-LTR folgenden, ersten 450 bp, vorzugsweise die ersten 18 bp, von MoMuLV und MoMuSV binden und durch Interaktion mit cis-regulatorischen Sequenzen des Provirus die retrovirale Transkription innibitieren.Among silencing proteins in the sense of the invention are cellular (e.g. from the mutated cell derived) nuclear proteins, for example from hematopoietic stem cells understand which preferably to the first 450 bp immediately following the 5'-LTR, preferably bind the first 18 bp, of MoMuLV and MoMuSV and by interaction with retroviral transcription with cis-regulatory sequences of the provirus.

Unter Leaderregion von MESV ist die Summe von Sequenzen aus dem kurzen direkten terininalen Repeat (R), der US-Region und der unmittelbar an das 5′-LTR von MESV anschließenden Sequenz zu verstehen, welche sowohl die tRNA primer binding site als auch die packaging-Region (ψ) enthält. Die Leadersequenz kann maximal aus der vollständigen Sequenz bestehen, die im Virus von R bis zum Translationsstart enthalten ist. Vorzugsweise wird jedoch eine verkürzte Leaderregion verwendet, die neben R und US vorzugsweise aus in etwa den ersten 450 Basen downstream vom Ende der 5′-LTR-Region besteht. Ebenso ist es bevorzugt, daß ausschließlich oder im wesentlichen die US-Region und die tRNA primer binding site von MESV und die anderen Teile der Leadersequenz aus MoMuLV oder MoMuSV stammen. Ein geeigneter MESV-Bereich ist in den Abbildungen (Fig. 1-5) von KpnI (ca. 550) bis BalI (ca. 729) gezeigt.Leader region of MESV is to be understood as the sum of sequences from the short direct terinal repeat (R), the US region and the sequence immediately following the 5′-LTR of MESV, which includes both the tRNA primer binding site and the packaging Region (ψ) contains. The leader sequence can consist at most of the complete sequence which is contained in the virus from R to the start of translation. However, a shortened leader region is preferably used which, in addition to R and US, preferably consists of approximately the first 450 bases downstream from the end of the 5'-LTR region. It is also preferred that only or essentially the US region and the tRNA primer binding site from MESV and the other parts of the leader sequence originate from MoMuLV or MoMuSV. A suitable MESV range is shown in the illustrations ( Fig. 1-5) from KpnI (approx. 550) to BalI (approx. 729).

Die Leaderregion von MESV entspricht der Leaderregion von MoMuLV oder MoMuSV (Sequenz von U3, US und R von MoMuLV und PCMV, siehe (22) und (23)), in der Punktmutationen eingefügt sind, mit denen die Bindung von Silencerproteinen vermindert oder verhindert wird. Die Leaderregion von MESV enthält gegenüber MoMuLV und PCMV in der 18 bp Region, welche sich direkt an das 5′-LTR anschließt, 5 Punktmutationen (C. Stocking et al. (1993) (21)). Dadurch wird die inhibitorische Bindungsfähigkeit von Kernproteinen aus den infizierten Zeilen drastisch vermindert und die Expression eines im Vektorhybrid enthaltenen Gens entsprechend verbessert (L Petersen et al., Mol. Cell. Biol. 11 (1991) 1213-1221 (8)). Anstelle dieser Punktmutationen sind auch andere (mindestens eine) Punktmutationen in der Leaderregion (vorzugsweise innerhalb der ersten 450 Basen downstream vom Ende der 5′-LTR-Region, und besonders bevorzugt in der 18 bp Region) geeignet, die inhibitorische Bindung von Silencerproteinen z. B. an die Leaderregion zu vermindern oder zu verhindern. Damit ist im Sinne der Erfindung unter einer Leaderregion von MESV außer der obengenannten und in SEQ ID NO: 1 beschriebenen Sequenz auch eine Sequenz zu verstehen, die im wesentlichen diesem Abschnitt von SEQ ID NO: 1 entspricht, eine tRNA-Bindungsstelle und eine psi-Funktion enthält und durch Punktmutationen so modifiziert ist, daß die inhibitorische Bindung von Silencerproteinen aus den Zellen, die zur Transfektion vorgesehen sind, vermindert oder verhindert wird.The leader region of MESV corresponds to the leader region of MoMuLV or MoMuSV (Sequence of U3, US and R of MoMuLV and PCMV, see (22) and (23)), in the  Point mutations are inserted with which the binding of silencer proteins is reduced or is prevented. The leader region of MESV contains MoMuLV and PCMV in the 18 bp region, which directly adjoins the 5′-LTR, 5 point mutations (C. Stocking et al. (1993) (21)). The inhibitory binding ability of Core proteins from the infected lines were drastically reduced and the expression of an im Vector hybrid contained gene accordingly improved (L Petersen et al., Mol. Cell. Biol. 11 (1991) 1213-1221 (8)). Instead of these point mutations there are also other (at least one) Point mutations in the leader region (preferably within the first 450 bases downstream from the end of the 5′-LTR region, and particularly preferably in the 18 bp region) suitable, the inhibitory binding of silencer proteins z. B. to the leader region reduce or prevent. This is in the spirit of the invention under a leader region of MESV in addition to the sequence mentioned above and described in SEQ ID NO: 1 also a To understand the sequence which essentially corresponds to this section of SEQ ID NO: 1, contains a tRNA binding site and a psi function and so through point mutations is modified that the inhibitory binding of silencer proteins from the cells which are used for Transfection are provided, is reduced or prevented.

Zur Überprüfung, ob eine Punktmutation geeignet ist, die Bindung von Silencerproteinen an die Leaderregion zu verhindern, wird üblicherweise ein Plasmid hergestellt, welches ein LTR, die zu überprüfende Leaderregion und ein Indikatorgen, vorzugsweise das CAT-Gen, enthält. Die zu überprüfenden Zeilen werden mit diesem Plasmid transfiziert und die CAT-Aktivität nach vorzugsweise 48 Stunden bestimmt (transiente Transfektion). Ist die CAT-Aktivität deutlich vorhanden, so ist die Punktmutation geeignet, die Bindung des Silencerproteins in diesen Zellen zu verhindern (P. Artelt et al. (1991) (32)).To check whether a point mutation is suitable, the binding of silencer proteins to prevent the leader region, a plasmid is usually produced which contains an LTR, contains the leader region to be checked and an indicator gene, preferably the CAT gene. The lines to be checked are transfected with this plasmid and the CAT activity determined after preferably 48 hours (transient transfection). Is the CAT activity the point mutation is clearly present, the binding of the silencer protein in to prevent these cells (P. Artelt et al. (1991) (32)).

Mit transienten Transfektionsexperimenten zeigt sich, daß in der Leadersequenz von MoMuSV cis-regulatorische Sequenzen lokalisiert sind, die einen inhibitorischen Einfluß auf die Genexpression insbesondere in frühen, multipotenten myeloischen Zellen haben (primäres Silencing). Austausch dieses Bereiches gegen Leader-sequenzen des murinen embryonalen Stammzellvirus [MESV (22)] hebt den inhibitorischen Einfluß in myeloischen Stammzellen vollständig auf. Die Leader-Sequenz von MESV geht zurück auf das endogene Mausretrovirus dl-S87rev (23) und wurde in MESV eingeführt, um das am MoMuSV-Leader beobachtete Silencing in embryonalen Stammzellen auszuheben (22). Entscheidend für die Aufhebung des Silencings sind Mutationen der retroviralen primer binding site (PBS), die unmiftelbar 3′ des 5′LTRs gelegen ist (22). Transient transfection experiments show that the leader sequence of MoMuSV cis-regulatory sequences are localized, which have an inhibitory influence on have gene expression especially in early, multipotent myeloid cells (primary Silencing). Exchange of this area for leader sequences of the murine embryonic Stem cell virus [MESV (22)] increases the inhibitory influence in myeloid stem cells completely on. The leader sequence of MESV goes back to the endogenous Mouse Retrovirus dl-S87rev (23) and was introduced in MESV to that on the MoMuSV leader observed silencing in embryonic stem cells (22). Crucial for that Abolition of silencing are mutations of the retroviral primer binding site (PBS) that is located 3 'of the 5'LTR (22).  

Retroviren der F-MuLV-Gruppe sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in D. Linnemeyer et al. (1981) (7), J. Friel et al. (1990) (9), S.P. Clark und T.W. Mak (1982) (10), L. Wolff et al. (1985) (11), R.K. Bestwick et al. (1984) (12), W. Koch et al. (1984) (13) und k Adachi et al. (1984) (14) beschrieben. Eine Übersicht findet sich in W. Ostertag et al. (1987) (15). Vorzugsweise werden die 3′-LTRs vom malignen Histiosarkomvirus (MHSV) (9), SFFVp Lilly-Steeves (10), SFFVa (11), Rauscher SFFV (12), F-MuLV c157 (13) und Friend-nunk cell focus forming Virus (F-MCFV FrNx (14), F-MCFV pFM548 (13)) verwendet.Retroviruses of the F-MuLV group are known to the person skilled in the art and are, for example, in D. Linnemeyer et al. (1981) (7), J. Friel et al. (1990) (9), S.P. Clark and T.W. Mak (1982) (10), L. Wolff et al. (1985) (11), R.K. Bestwick et al. (1984) (12), W. Koch et al. (1984) (13) and k Adachi et al. (1984) (14). An overview can be found in W. Ostertag et al. (1987) (15). The 3'-LTRs are preferably from the malignant histiosarcoma virus (MHSV) (9), SFFVp Lilly-Steeves (10), SFFVa (11), Rauscher SFFV (12), F-MuLV c157 (13) and Friend-nunk cell focus forming virus (F-MCFV FrNx (14), F-MCFV pFM548 (13)) used.

Erfindungsgemäß sind als 3′-LTR Sequenzen der genomischen Vektor-RNA geeignet, welche in der U3-Region eine hochgradige Sequenzhomologie zu den 3′-LTR Bereichen der obengenannten Friend-Virus-Familie zeigen. Die LTR-Sequenz von SFFVp ist in SEQ II) NO:1 beschrieben (Nucleotide 1707-2283).According to the invention, 3′-LTR sequences of the genomic vector RNA are suitable, which in the U3 region a high-grade sequence homology to the 3′-LTR areas of the show above friend virus family. The LTR sequence of SFFVp is in SEQ II) NO: 1 (nucleotides 1707-2283).

Die erfindungsgemäßen Vorteile zeigen sich bei transienten Transfektionen von Reportergenkonstrukten in einer Vielzahl von repräsentativen Zellinien von Mensch und Maus. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß U3-Sequenzen von Mausretroviren der Friend murine leukemia virus (F-MuLV) Familie in Kombination mit Leadersequenzen (vorzugsweise tRNA binding site) von MESV eine insbesondere effiziente Genexpression in myeloischen Stamm-und Vorläuferzellen ermöglichen. Die Steigerung der Genexpression mit erfindungsgemäßen Vektorhybriden gegenüber MoMuSV beträgt mehr als eine Zehnerpotenz. Dies trifft sowohl für relativ späte Vorläuferzellen der Granulozyten, Makrophagen und Erythrozyten als auch für frühe, multipotente Vorläufer und auch Stammzellen des myeloischen Systems zu. Insbesondere bei den unreifen, multipotenten myeloischen Zellen, bei denen MoMuSV-LTR ein ausgeprägtes primäres Silencing zeigt, erlauben die erfindungsgemäßen Vektorhybride eine effiziente Genexpression. Auch im lymphatischen System sowie in Fibroblasten ist die Aktivität hoch.The advantages according to the invention can be seen in transient transfections of Reporter gene constructs in a variety of representative human and cell lines Mouse. Surprisingly, it has been shown that U3 sequences from mouse retroviruses Friend murine leukemia virus (F-MuLV) family in combination with leader sequences (preferably tRNA binding site) from MESV a particularly efficient gene expression in enable myeloid stem and progenitor cells. The increase in gene expression with vector hybrids according to the invention compared to MoMuSV is more than a power of ten. This applies to both relatively late granulocyte, macrophage and progenitor cells Erythrocytes as well as for early, multipotent precursors and also stem cells of myeloid system too. Especially in the immature, multipotent myeloid cells which MoMuSV-LTR shows a pronounced primary silencing, allow vector hybrids according to the invention an efficient gene expression. Even in the lymphatic System as well as in fibroblasts the activity is high.

Besonders bevorzugt ist ein frühes Isolat des Polyzythämie-induzierenden spleen focus forming virus (SFFVp (7)), dessen LTR-Sequenz in SEQ ID NO: 1 (bp 2654-3230) beschrieben ist, sowie das maligne Histiosarkomvirus (MHSV (9), LTR SEQ ID NO:4, bp 1707-2324). In der U3-Region dieser Viren besteht eine hochgradige Sequenzhomologie zu anderen Vertretern der Friendvirus-Familie wie SFFVp Lilly-Steeves (10), SFFVa (11), Rauscher SFFV (12), F-MuLV c157 (13) und Friend-mink cell focus forming Virus [F-MCFV FrNx (14), F-MCFV pFM548 (13)]. Diese und ähnliche Friend-verwandte Retroviren weisen aufgrund der Sequenzhomologie der U3-Regionen ein ähnliches Expressionsmuster wie SFFVp und MHSV auf.An early isolate of the polycythemia-inducing spleen focus is particularly preferred forming virus (SFFVp (7)), whose LTR sequence is shown in SEQ ID NO: 1 (bp 2654-3230) and the malignant histiosarcoma virus (MHSV (9), LTR SEQ ID NO: 4, bp 1707-2324). In the U3 region of these viruses there is a high degree of sequence homology other representatives of the friend virus family such as SFFVp Lilly-Steeves (10), SFFVa (11), Rauscher SFFV (12), F-MuLV c157 (13) and Friend-mink cell focus forming virus [F-MCFV FrNx (14), F-MCFV pFM548 (13)]. This and similar friend-related retroviruses indicate  an expression pattern similar to that due to the sequence homology of the U3 regions SFFVp and MHSV.

Besonders vorteilhaft für die im Vergleich zu MoMuSV ausgeprägte Steigerung der Genexpression in myeloischen Stamm- und Vorläuferzellen durch die erfindungsgemäßen Vektoren sind Mutationen in der Enhancerregion von U3 [340 bis 140 Nukleotide 5′ des Transkriptionsstarts gelegen (10)]. Von Bedeutung ist die partielle Duplikation des sogenannten direct-repeat Elements bei SFFVp (ähnlich F-MCFV FrNx) und MHSV. Möglicherweise sind hier Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren lokalisiert, die in myeloischen Zellen für effiziente Genexpression sorgen.Particularly advantageous for the marked increase in the compared to MoMuSV Gene expression in myeloid stem and progenitor cells by the invention Vectors are mutations in the enhancer region of U3 [340 to 140 nucleotides 5 'des Transcription starts located (10)]. The partial duplication of the so-called direct-repeat elements at SFFVp (similar to F-MCFV FrNx) and MHSV. Binding sites for transcription factors that are located in myeloid cells ensure efficient gene expression.

Unmittelbar 5′ des direct repeats tragen SFFVp und MHSV sowie Friend MCFV eine Bindungsstelle für den Transkriptionsfaktor Spl (16). Spl ist zu multiplen Interaktionen mit umgebenden Transkriptionsfaktoren fing, die in der Regel zu einer erheblichen Steigerung der Genexpression führen. Bei den MoMuSV-Derivaten Myeloproliferatives Sarkomvirus (MPSV (17), (18)) und PCC4-Zell passagiertes MPSV (PCMV (19)) ist das Auftreten einer Spl-Bindungsstelle in der U3-Region außerdem notwendig für die Aufhebung des Silencings des MoMuSV-LTRs in embryonalen Stammzellen (20) sowie wahrscheinlich auch in Blutstammzellen (21). Eine analoge Funktion könnte auch der Spl-Bindungsstelle von SFFVp, MHSV sowie Friend-MCF-Viren zukommen.Immediately 5 ′ of the direct repeat carry SFFVp and MHSV as well as Friend MCFV Binding site for the transcription factor Spl (16). Spl is about having multiple interactions surrounding transcription factors that usually led to a significant increase of gene expression. Myeloproliferative sarcoma virus for the MoMuSV derivatives (MPSV (17), (18)) and PCC4 cell-passaged MPSV (PCMV (19)) is the occurrence of one Spl binding site in the U3 region is also necessary for the abolition of silencing of the MoMuSV LTR in embryonic stem cells (20) and probably also in Blood stem cells (21). An analog function could also be the Spl binding site of SFFVp, MHSV and Friend MCF viruses.

In 5′-LTR können beliebige U3- und R-Regionen verwendet werden, da nach der Integration des Virus das U3 aus 3′-LTR in der Zielzelle nach Ablauf des retroviralen Lebenszyklus auch an die 5′-LTR-Position kopiert wird und die Genexpression treibt. U3- und R-Regionen stammen beispielsweise aus MoMuLV- oder MoMuSV-Derivaten, wie beispielsweise MPSV, PCMV und MESV. Ebenso geeignet als 5′-LTR sind 5′-LTRs von F-MuLV.Any U3 and R regions can be used in 5′-LTR since after the integration of the virus, the U3 from 3'-LTR in the target cell after the retroviral life cycle is copied to the 5'-LTR position and drives gene expression. U3 and R regions come, for example, from MoMuLV or MoMuSV derivatives, such as MPSV, PCMV and MESV. Also suitable as 5'-LTR are 5'-LTRs from F-MuLV.

Die erfindungsgemäßen Vektorhybride zeigen nach retroviraler Transduktion von myeloischen Stamm- und Vorläuferzellen eine hohe gewebsspezifische Expression. Diese Vektoren haben daher das Potential, die Gentransfereffizienz in myeloische Stamm-und Vorläuferzellen gegenüber MoMuSV-Vektoren deutlich zu erhöhen. Die erfindungsgemäßen Vektoren haben außerdem das Potential, in wesentlich geringerem Ausmaß Silencingvorgängen in myeloischen Zellen unterworfen zu sein als MoMuSV-Vektoren. Die hohe und eventuell auch persistierende Genexpression dieser Vektoren in myeloischen Zellen kann die Grundlage schaffen für die erfolgreiche Applikation zahlreicher Gentransferprotokolle am blutbildenden System des Menschen. Die in den Beispielen beschriebenen Konstrukte sind so aufgebaut, daß die vom Vektor übertragenen cDNAs problemlos durch andere Gene ersetzt werden können.The vector hybrids according to the invention show after retroviral transduction of myeloid Stem and progenitor cells have a high tissue-specific expression. Have these vectors hence the potential for gene transfer efficiency in myeloid stem and progenitor cells to increase significantly compared to MoMuSV vectors. The vectors according to the invention have also the potential, to a much lesser extent, of silencing processes in myeloid Cells to be subjected as MoMuSV vectors. The high and possibly also Persistent gene expression of these vectors in myeloid cells can be the basis create for the successful application of numerous gene transfer protocols on the hematopoietic  Human system. The constructs described in the examples are constructed so that the cDNAs transferred from the vector can easily be replaced by other genes.

Die Gewebspezifität der Expression ist geeignet, das bei konventionellen MoMuSV-Vektoren beobachtete primäre Silencing im myeloischen System auszuheben. Dies führt zu einer deutlichen Steigerung der funktionellen Gentransferraten in myeloische Zellen. Da eine hohe funktionale Gentransferrate bei den meisten Gentransfer-/Gentherapie-applikationen am myeloischen System erwünscht ist, liegt hier ein generell nutzbarer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstrukte.The tissue specificity of the expression is suitable, that of conventional MoMuSV vectors observed primary silencing in the myeloid system. This leads to a significant increase in functional gene transfer rates in myeloid cells. Because a high functional gene transfer rate in most gene transfer / gene therapy applications on myeloid system is desired, there is a generally usable advantage of constructs according to the invention.

Die Friendvirus-verwandten U3-Regionen wurden im myeloischen System der Maus auch auf Persistenz der Genexpression in vivo selektioniert. Sekundäres Silencing tritt mit diesen Vektoren in wesentlich geringerem Ausmaß auf als bei MoMuSV-Vektoren. Die Exklusion von inhibitorischen Leadersequenzen durch Austausch gegen MESV-Sequenzen wird diesbezüglich zusätzlich von Vorteil sein. Dies ist von Bedeutung für alle Gentransfer- /Gentherapieapplikationen, bei denen eine langanhaltende (womöglich lebenslange) Expression der retroviral übertragenen Sequenzen im myeloischen System erwünscht ist (Genmarkierungsstudien, Korrektur metabolischer Defekte).The friend virus-related U3 regions were also found in the mouse myeloid system Persistence of gene expression selected in vivo. Secondary silencing occurs with these Vectors to a much lesser extent than with MoMuSV vectors. The exclusion of inhibitory leader sequences by exchange for MESV sequences be an additional advantage in this regard. This is important for all gene transfer / Gene therapy applications in which long-lasting (possibly lifelong) expression the retrovirally transmitted sequences are desired in the myeloid system (Gene labeling studies, correction of metabolic defects).

Hierfür können die erfindungsgemäßen Vektorhybride mindestens ein für das Virus heterologes, in eukaryontischen Zellen exprimierbares Gen enthalten. Derartige Gene sind beispielsweise das multiple drug resistance-Gen (MDR-Gen), ein Antibiotikaresistenzgen wie das neo®-Gen, das LNGFR-Gen, das Cerebrosidasegen oder das Herpes simplex TK-Gen. In einer bevorzugten Ausführungsform können auch mehrere, vorzugsweise zwei oder drei heterologe Gene im Vektorhybrid enthalten sein. Um eine Expression dieser getrennten Gene zu ermöglichen, wird zweckmäßig vor das zweite bzw. dritte Gen ein Promotor, eine splicing site (vorzugsweise von SF7Vp) oder eine internal ribosomal entry site (IRES, vorzugsweise von Polio-Viren (I.R. Ghattas et al. (1991) (26))) eingefügt.For this, the vector hybrids according to the invention can have at least one for the virus heterologous gene that can be expressed in eukaryotic cells. Such genes are for example the multiple drug resistance gene (MDR gene), an antibiotic resistance gene such as the neo® gene, the LNGFR gene, the cerebrosidase gene or the herpes simplex TK gene. In In a preferred embodiment, several, preferably two or three, can also be used heterologous genes can be contained in the vector hybrid. To express these separate genes To make it possible, a promoter, a splicing, is expediently placed in front of the second or third gene site (preferably from SF7Vp) or an internal ribosomal entry site (IRES, preferably of polio viruses (I.R. Ghattas et al. (1991) (26))).

Die Erzeugung hoher Virustiter in fibroblastoiden Verpackungszellinien ist eine weitere wichtige Anforderung an retrovirale Vektoren, die für den Gentransfer in myeloische Zellen eingesetzt werden sollen. Die Aktivität der Friend-verwandten U3-Regionen in fibroblastischen Retrovirus-Verpackungszellinien reicht bei den unten aufgeführten Beispielkonstrukten in jedem Fall aus, die erforderlichen Titer von 105 bis 106 vektorübertragenden retroviralen Partikeln/mi Zellkulturüberstand zu erzeugen. The generation of high virus titers in fibroblastoid packaging cell lines is another important requirement for retroviral vectors for gene transfer into myeloid cells should be used. The activity of friend-related U3 regions in retrovirus fibroblastic packaging cell lines are sufficient for those listed below Example constructs in any case, the required titer from 105 to 106 to generate vector-transmitting retroviral particles / ml of cell culture supernatant.  

Gegenstand der Erfindung ist demnach auch ein Verfahren zur Herstellung einer retroviral transduzierten, eukaryontischen Zelle, welche ein aktives exogenes Gen enthält, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die eukaryontische Zelle transduziert wird mit einem repliktionsdefekten, retroviralen Vektorvirus, der in seinem Genom alsThe invention accordingly also relates to a method for producing a retroviral transduced eukaryotic cell containing an active exogenous gene which characterized in that the eukaryotic cell is transduced with a replication-defective, retroviral vector virus, which in its genome as

  • a) Leaderregion die Leaderregion von MESV,a) Leader region the MESV leader region,
  • b) als U3- und R-Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) undb) as U3 and R regions in 3'-LTR, the U3 and R regions from a friend murine leukemia virus (F-MuLV) and
  • c) das genannte exogene Gen enthält.c) contains said exogenous gene.

Vorzugsweise wird als 3′-LTR das LTR aus F-MuLV verwendet, welches dann die genannten U3- und R-Regionen enthält.Preferably, the LTR from F-MuLV is used as the 3'-LTR, which is then the one mentioned Contains U3 and R regions.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind retroviral transduzierte, eukaryontische Zellen, dadurch erhältlich, daß die eukaryontische Zelle transduziert wird mit einem replikationsdefekten, retroviralen Vektorvirus, der in seinem Genom alsThe invention further relates to retrovirally transduced, eukaryotic cells, obtainable by transducing the eukaryotic cell with a replication-defective, retroviral vector virus, which in its genome as

  • a) Leaderregion die Leaderregion von MESV unda) Leader region the leader region of MESV and
  • b) als U3- und R-Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) enthält.b) as U3 and R regions in 3'-LTR, the U3 and R regions from a friend murine leukemia virus (F-MuLV) contains.

Gegebenenfalls enthält dieser Vektor ein oder mehrere (bis zu drei) exogene Gene, die in der eukaryontischen Zelle exprimierbar sind. Vorzugsweise werden als eukaryontische Zellen Säugerzellen, vorzugsweise hämatopoietische Zellen, insbesondere hämatopoietische Stammzellen verwendet.Optionally, this vector contains one or more (up to three) exogenous genes that are in the eukaryotic cell are expressible. Preferably used as eukaryotic cells Mammalian cells, preferably hematopoietic cells, especially hematopoietic cells Stem cells used.

Vorzugsweise wird als 3′-LTR das LTR aus F-MuLV verwendet, welches dann die genannten U3- und R-Regionen enthält.Preferably, the LTR from F-MuLV is used as the 3'-LTR, which is then the one mentioned Contains U3 and R regions.

Unter einem aktiven exogenen Gen ist ein Gen zu verstehen, welches von außen in die Zelle eingebracht wird und in dieser Zelle nach Integration ins Genom exprimiert wird (aktiv ist). Das exogene Gen kann ein im Zellgenom nicht enthaltenes Gen (z. B. ein Antibiotikaresistenzgen wie neoR, LNGFR-Rezeptor (D. Johnson et al. (1986) (33)), das Cerebrosidase-Gen oder das Herpes simplex TK-Gen) sein oder ein im Genom enthaltenes, dort aber nicht oder nur ungenügend exprimiertes Gen sein, wie das multiple drug resistance (MDR) gene.An active exogenous gene is to be understood as a gene that enters the cell from the outside is introduced and is expressed in this cell after integration into the genome (is active). The exogenous gene can be a gene not contained in the cell genome (e.g. a Antibiotic resistance gene such as neoR, LNGFR receptor (D. Johnson et al. (1986) (33)), the Cerebrosidase gene or the herpes simplex TK gene) or one contained in the genome, but there is no or only insufficiently expressed gene there, such as multiple drug resistance (MDR) gene.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein replikationsdefektes, infektiöses Viruspartikel, welches als Genom eine retrovirale RNA enthält, wobei das Genom eine Leaderregion aus MESV enthält, welche eine packaging-Funktion und eine t-RNA-Bindungsstelle enthält, ein in einer eukaryontischen Zelle exprimierbares und für den Virus heterologes Gen und am 3′-Ende U3 und R aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV), jedoch keine aktiven gag-, env- und pol-Sequenzen enthält.Another object of the invention is a replication-defective, infectious virus particle, which contains a retroviral RNA as the genome, the genome comprising a leader region  MESV, which contains a packaging function and a t-RNA binding site, contains an in a eukaryotic cell that is expressible and heterologous for the virus and at the 3'-end U3 and R from a Friend murine leukemia virus (F-MuLV), but no active gag, env and contains pol sequences.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines replikationsdefekten, infektiösen Viruspartikel durch Transfektion einer eukaryontischen Helferzelle, welche die Helferfunktionen gag, env und pol besitzt, mit einem Vektorhybrid, welches als Leaderregion die Leaderregion von MESV und als 3′-LTR das LTR aus einem Friend murine leukemia virus enthält, Produktion von der DNA des Vektorhybrids entsprechender RNA als Virusgenom in der Zelle (beispielsweise durch zelluläre Polymerasen), Verpackung der genannten RNA in in der Zelle entstandene, replikationsdefiziente, leere Virushüllen und Isolation der infektiösen Viruspartikel, welche das genannte Virusgenom enthalten.Another object of the invention is a method for producing a replication-defective, infectious virus particles by transfection of a eukaryotic Helper cell, which has the helper functions gag, env and pol, with a vector hybrid, which as leader region is the leader region of MESV and as 3′-LTR the LTR from one Friend murine leukemia virus contains, production of the DNA of the vector hybrid corresponding RNA as a virus genome in the cell (for example through cellular Polymerases), packaging of the RNA mentioned in the cell, replication-deficient, empty virus envelopes and isolation of the infectious virus particles, which the contain called virus genome.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen replikationsdefekten, retroviralen Vektorhybrids, welches als Leaderregion die Leaderregion von MESV und als U3- und R-Regionen in 3′LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) enthält, zur Herstellung eines Arzneimittels zur ex vivo oder in vivo Gentherapie. Another object of the invention is the use of an inventive Replication-defective, retroviral vector hybrids, which is the leader region from MESV and as U3 and R regions in 3′LTR, the U3 and R regions from a friend contains murine leukemia virus (F-MuLV), for the manufacture of a medicinal product for ex vivo or in vivo gene therapy.  

Anwendungsgebieteapplication areas I. Alle sornatischen Gentransfer-/Gentherapieverfahren, bei denen myeloische Stamm- und Vorläuferzellen Zielpopulation für retrovirale Vektoren sindI. All sornatic gene transfer / gene therapy procedures in which myeloid stem and Precursor cells are target population for retroviral vectors

Die individuellen Protokolle werden jeweils unterschiedliche cDNAs in die Vektoren integrieren. Beispiele sindThe individual protocols are each different cDNAs in the vectors integrate. examples are

  • - Genmarkierungsstudien (1): selektionierbare Markergene wie neoR oder verkürzter nerve growth factor receptor werden übertragen um das Schicksal der markierten Zellpopulation im Organismus unter den Voraussetzungen der jeweils untersuchten Erkrankung Pherapie zu verfolgen. Die neoR-Vektoren pSF1N und pMH1N, die neoR unter Kontrolle des SFFVp U3 bzw. MHSV U3 tragen (MESV-Leader) zeigen im Vergleich zu neoR-übertragenden Moloney-Vektoren eine deutliche Steigerung der funktionalen Gentransferrate im Modellsystem der Maus-Stammzellinie FDCPmix. Sie sind für den neoR-Transfer in humane myeloische Stammzellen geeignet.- Gene labeling studies (1): selectable marker genes such as neoR or shortened nerve growth factor receptor are transmitted to the fate of the labeled cell population in the Organism under the conditions of the disease examined in each case follow. The neoR vectors pSF1N and pMH1N, the neoR under the control of SFFVp U3 or wear MHSV U3 (MESV leader) show in comparison to neoR-transmitting Moloney vectors a significant increase in the functional gene transfer rate in the Model system of the mouse stem cell line FDCPmix. They are for the neoR transfer to humane myeloid stem cells.
  • - Schutz des Knochenmarks gegen die Nebenwirkungen einer Hochdosis-Chemotherapie (28): Chemotherapieresistenz-vermittelnde Gene wie MDR1 oder Alkyltransferasen werden übertragen. Hohe Transferrate und Expression über die optimierten Friendvirus-verwandten Vektoren verhindern myelosuppressive Nebenwirkungen und evtl. auch Zweittumorinduktion der Chemotherapie.- Protection of the bone marrow against the side effects of high-dose chemotherapy (28): Chemotherapy resistance-mediating genes such as MDR1 or alkyl transferases transfer. High transfer rate and expression via the optimized friend virus-related Vectors prevent myelosuppressive side effects and possibly also secondary tumor induction of chemotherapy.
  • - Korrektur metabolischer Erkrankungen: Bei monogenen Erbleiden werden über retroviralen Gentransfer in myeloische Stammzellen intakte Kopien der defekten Gene eingebracht. Anwendungen sind z. B. denkbar bei Erbleiden, deren Gendefekt Auswirkungen im myeloischen Sytem hat (Speicherkrankheiten wie Hurler-Syndrom; M. Gaucher (29)):- Correction of metabolic diseases: With monogenic hereditary diseases are over retroviral gene transfer to myeloid stem cells intact copies of the defective genes brought in. Applications are e.g. B. conceivable for suffering, whose genetic defect effects in the myeloid system (storage diseases such as Hurler syndrome; M. Gaucher (29)):
II. Klonierung replikationskompetenter Friend-verwandeter RetrovirenII. Cloning of replication-competent friend-related retroviruses

Die erfindungsgemäßen Viren sind aufgrund ihres in Richtung auf frühe myeloische Stamm- und Vorläuferzellen erweiterten Wirtsspektrums besonders gut für die Insertionsmutagenese in diesen Zellen geeignet. Über Insertionsmutagenese lassen sich Gene klonieren, die eine wichtige Funktion bei der physiologischen Wachstumsregulation des myeloischen Systems haben. The viruses of the invention are due to their early myeloid strain and progenitor cells expanded host spectrum particularly well for insertion mutagenesis in suitable for these cells. Insertion mutagenesis can be used to clone genes, the one important function in the physiological growth regulation of the myeloid system to have.  

Das Prinzip, Retroviren als Insertionsmutagen zu verwenden, wurde schon mehrfach beschrieben (Review: Kung et al. (1991) (34)). Retroviren integrieren DNA-Sequenz­ unspezifisch ins Genom und können dabei Gene aktivieren oder inaktivieren. Replizierbare Retroviren infizieren Gewebe mit einer sehr hohen Effizienz und können daher die Wahrscheinlichkeit steigern, daß durch Integration Mutationen erzeugt werden. Solche Mutationen können wiederum zu einer Entarung der mutierten Zellen führen, d. h. Tumoren entstehen.The principle of using retroviruses as insertion mutagen has been used several times (Review: Kung et al. (1991) (34)). Retroviruses integrate DNA sequences non-specific into the genome and can activate or deactivate genes. Replicable Retroviruses infect tissues with a very high efficiency and can therefore Increase the likelihood that mutations will be created by integration. Such Mutations can in turn lead to degeneration of the mutated cells, i.e. H. Tumors arise.

Bei in vivo Experimenten mit Mäusen (gewöhnlich an neugeborenen Mäusen, da sie noch kein effizient arbeitendes Immunsystem haben und daher gegen Retroviren sehr empfindlich sind) zur Identifizierung regulatorischer Gene werden jene mit Retroviren infiziert, und nach einer Latenzperiode von ca. 3 Monaten können spezifische Tumoren (abhängig vom Virustyp) entdeckt und untersucht werden. Analysen der klonalen, retroviralen Integrationsstellen enthüllen Gene, deren Aktivierung bzw. Inaktivierung zu Zellen veränderten bzw. entarteten Phänotypes führen kann. Damit ist es möglich, eine große Zahl verschiedenster Gen-Typen zu entdecken, wie Gene für Liganden, Rezeptoren, Signal-Transduktoren und Transkriptionsfaktoren. Signifikaterweise existiert eine hohe Korrelation zwischen dem gefundenen Tumortypus, der durch bestimmte Viren erzeugt wird, und dem aktiviertenfraktivierten Gen (z. B. bei der Erythroleukämie, die durch Friend-MuLV induziert wird, zeigen ca. 80% der Tumoren Integrationsereignisse im Fli-1 Locus und transkriptionelle Aktivierung des Transkriptionsfaktor PU-1-Gens: Interaglerende Oncogene konnten identifiziert werden, indem transgene Mäuse mit ecotroper Expression eines Oncogens (z. B. myc) infiziert und die Tumorgenese beobachtet wurde. Nach deutlich verkürzter Latenzzeit entstanden Tumoren durch Sekundärmutationen ("Seeond Hit", z. B. im pim-1-Gen)).In in vivo experiments with mice (usually on newborn mice since they do not yet have any have an efficient immune system and are therefore very sensitive to retroviruses) to identify regulatory genes, those are infected with retroviruses, and after one Latency period of approx. 3 months can specific tumors (depending on the virus type) discovered and examined. Analyzes of the clonal, retroviral integration sites reveal genes, the activation or inactivation of which changed or degenerated into cells Phenotype. This makes it possible to apply a large number of different types of genes discover how genes for ligands, receptors, signal transducers and Transcription factors. Significantly, there is a high correlation between the found tumor type, which is produced by certain viruses, and the activatedfractivated gene (e.g. in erythroleukemia induced by Friend-MuLV 80% of the tumors show integration events in the Fli-1 locus and transcriptional Activation of the transcription factor PU-1 gene: Interaglerende Oncogene could can be identified by transgenic mice with ecotropic expression of an oncogene (e.g. myc) and the tumorigenesis was observed. After a significantly reduced latency tumors were caused by secondary mutations ("Seeond Hit", eg in the pim-1 gene)).

Dennoch konnte mit bisherigen Retroviruskonstrukten lediglich ein Ausschnitt an möglichen Genen identifiziert werden. Das Spektrum an Genen, das mit diesem Ansatz, durch Aktivierung/Inaktivierung und die damit verbundene, phänotypische Veränderung der Zelle, auffindbar ist, hängt stark von der Spezifität der verwendeten Retroviren für bestimmte Zelltypen ab. So zeigen bisher verwendete Retroviren nur sehr geringe Infektiösität in hämatopoietischen und embryonalen Stammzellen (vgl. Review: Stocking et al. (1993) (21)). Dies ist auf mehrere Ursachen zurückführbar; primär auf Transkriptionskontrollelemente in den retroviralen LTRs (Stocking et al. (1985) (18)), sekundär aber auch auf, für die Virusreplikation notwendige, Proteininteraktionen zwischen zellulären und viralen Proteinen. Nevertheless, only a selection of possible ones could be made with previous retrovirus constructs Genes are identified. The range of genes that go through with this approach Activation / inactivation and the associated phenotypic change in the cell, is heavily dependent on the specificity of the retroviruses used for certain Cell types. Retroviruses used so far show very little infectiousness in hematopoietic and embryonic stem cells (see review: Stocking et al. (1993) (21)). There are several reasons for this; primarily on transcription control elements in the retroviral LTRs (Stocking et al. (1985) (18)), but also secondarily for which Virus replication necessary, protein interactions between cellular and viral proteins.  

Replikationskompetente Retroviren erzeugen durch Infektion neue Retrovirusproduzentenzellen, was zu einer vollständigen Infektion der gesamten Zellpopulation und mit einer weit größeren Wahrscheinlichkeit zur Ausbildung von Mutationen führt. Ähnliche Effizienz läßt sich nur durch eine aufwendigere und zeitraubendere Cokultivierung der Retrovirusverpackungslinie mit der Zielzellinie erreichen.Replication-competent retroviruses create new ones through infection Retrovirus producer cells, leading to complete infection of the whole Cell population and is much more likely to develop Mutations. Similar efficiency can only be achieved through a more complex and time-consuming process Reach cocultivation of the retrovirus packaging line with the target cell line.

Friend-verwandte replikationskompetente Viren können außerdem zur Erzeugung von forced­ passage-Mutanten eingesetzt werden, die eine zusätzliche Verbesserung der Infizierbarkeit von Blutstammzellen aufweisen. Mutationen in retroviralen Strukturproteinen dieser Viren können Verwendung finden bei der Erzeugung optimierter Verpackungszellinien für den Gentransfer in myeloische Zellen. Mutationen in cis-regulatorischen Sequenzen dieser Viren können eingesetzt werden zur weiteren Optimierung retroviraler Vektoren für den Blutsammzellgentransfer.Friend-related replication-competent viruses can also be used to generate forced passage mutants are used, which further improve the infectability of blood stem cells. Mutations in retroviral structural proteins of these viruses can be used in the production of optimized packaging cell lines for the Gene transfer to myeloid cells. Mutations in cis-regulatory sequences of these viruses can be used for further optimization of retroviral vectors for the Blood stem cell gene transfer.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind replikationsfähige, ecotrope, xenotrope, amphotrope oder polytrope Retroviren, mit den regulatorischen Elementen (Leaderregion) von MESV und gegebenenfalls MoMuLV oder MoMuSV, kombiniert mit U3- und R- Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Reglonen aus einem Friend murine leukemia virus (F- MuLV), die dadurch in der Lage sind, murine (in vivo und in vitro) oder humane (in vitro) Vorläuferzellen effizienter zu inneren und Mutationen auszulösen. Vorzugsweise enthalten die Retroviren als 3′-LTR das LTR aus F-MuLV.The invention further relates to replication-capable, ecotropic, xenotropic, amphotropic or polytropic retroviruses, with the regulatory elements (leader region) from MESV and possibly MoMuLV or MoMuSV, combined with U3- and R- Regions in 3′-LTR, the U3 and R reglones from a Friend murine leukemia virus (F- MuLV), which are able to produce murine (in vivo and in vitro) or human (in vitro) Progenitor cells more efficiently to trigger inner and mutations. Preferably included the retroviruses as 3′-LTR the LTR from F-MuLV.

Die Kombination beider Komponenten führt zu retroviralen Insertionsmutagenesekonstrukten einer neuen Qualität, mit deren Hilfe neue, mit herkömmlichen, replikationsfähigen Retroviren nicht auffindbare Gene, identifiziert werden können. Sie sind mit einem sehr hohen Titer erzeugbar und ergeben eine nahezu 100%ige Infektionsrate, da jede befallene Zelle zur Produzentenzelle für neue Viren wird. In ihnen kann das Neomycin-Resistenzgen, das in retroviralen Vektoren zur Selektion Verwendung findet, deletiert werden. Dies führt zu einer höheren Transkription der LTR-Promotoren, da neoR als Silencer funktioniert (Artelt et al. (1991) (32)), und demzufolge zu einer verbesserten Insertionsrate.The combination of both components leads to retroviral insertion mutagenesis constructs a new quality, with the help of new, with conventional, replication-capable retroviruses genes not found, can be identified. They are with a very high titer can be generated and result in an almost 100% infection rate, since each infected cell is used for Producer cell for new viruses. The neomycin resistance gene, which is found in retroviral vectors for selection are used, deleted. This leads to a higher transcription of the LTR promoters, since neoR functions as a silencer (Artelt et al. (1991) (32)), and consequently to an improved insertion rate.

Durch die erfindungsgemäßen Retroviren können murine als auch humane hämatopoietische und embryonale Stammzellen in vitro mit hoher Effizienz infiziert und durch Insertion ins Genom Mutanten (Aktivierung bzw. Inaktivierung von Genen) erzeugt werden. Es ist daher auch für in vivo-Ansätze zu erwarten, daß die erfindungsgemäßen Viren frühe hämatopoietische und embryonale Zeilen mit höherer Effizienz infizieren und Gene durch Integration ins Genom aktivieren bzw. inaktivieren.The retroviruses according to the invention allow murine and human hematopoietic and embryonic stem cells infected in vitro with high efficiency and by insertion into the Genome mutants (activation or inactivation of genes) are generated. It is therefore also expected for in vivo approaches that the viruses according to the invention are early  hematopoietic and embryonic lines infect and genes with greater efficiency Activate or deactivate integration into the genome.

Eine Genaktivierung kann auf mehrere Weisen passieren. So kann eine Integration stromaufwärts eines Genes jenes unter der transkriptionellen Kontrolle des 3′-LTR-Promotors aktivieren. Es kann auch die Bindungsstellen von negativen Kontrollelementen inaktiviert werden, was zu einer Genaktivierung führen kann. Es existieren aber auch mehrere Beispiele (Kung et al. (1991) (34)), die belegen, daß der 5′-LTR-Promotor direkt über Durchlesen oder aber über seine Enhancer-Wirkung auch viele Basen stromaufwärts, aber auch innerhalb eines Introns, nach erfolgter Insertion, ein Gen aktivieren kann.Gene activation can happen in several ways. So can an integration upstream of a gene that under the transcriptional control of the 3'-LTR promoter activate. It can also inactivate the binding sites of negative control elements what can lead to gene activation. However, there are also several examples (Kung et al. (1991) (34)), who prove that the 5'-LTR promoter can be read directly or but because of its enhancer effect also many bases upstream, but also within one Introns, after insertion, can activate a gene.

Eine Integration innerhalb eines Genes oder in der zugehörigen Promotor/Enhancer-Region kann aber auch zu einer Inaktivierung des entsprechenden Genes führen.Integration within a gene or in the associated promoter / enhancer region can also lead to inactivation of the corresponding gene.

Sind für die Regulation der Zelle wichtige Gene betroffen, können die Zellen entarten, d. h. es können Tumoren entstehen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Viren können daher andere Gene, z. B. Gene, welche bei der Zellregulation von hämatopoietischen oder embryonalen Stammzellen involviert sind, gefunden werden, als mit herkömmlichen Viren, welche in jenen Zelltypen nicht oder nur sehr schlecht replizieren können.If genes that are important for the regulation of the cell are affected, the cells can degenerate. H. it can cause tumors. With the help of the viruses according to the invention, others can therefore Genes, e.g. B. genes involved in cell regulation of hematopoietic or embryonic Stem cells are involved than with conventional viruses found in those Can not replicate or only very poorly replicate cell types.

Die erfindungsgemäßen replikationskompetenten Viren können in vitro beispielsweise folgendermaßen angewendet werden:
Faktorenabhängige, promyelocytische Zellinien wurden durch retrovirale Insertionsmutagenese faktorunabhängig gemacht, d. h. das Wachstumsfaktorgen wurde durch retrovirale Integration aktiviert. Die Retrovirusinfektion erfolgte durch Cokultivierung der Zielzellinie mit MPSV-Vektor produzierenden Verpackungslinien. Dieser in vitro-Ansatz läßt sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Konstrukte effizienter gestalten. Des weiteren sind mit den erfindungsgemäßen Viren murine oder humane, embryonale und hämatopoietische Stammzellen obigen Untersuchungen zugänglich.
The replication-competent viruses according to the invention can be used in vitro, for example, as follows:
Factor-dependent, promyelocytic cell lines were made factor-independent by retroviral insertion mutagenesis, ie the growth factor gene was activated by retroviral integration. The retrovirus infection was carried out by coculturing the target cell line with packaging lines producing MPSV vector. This in vitro approach can be made more efficient with the help of the constructs according to the invention. Furthermore, murine or human, embryonic and hematopoietic stem cells are accessible with the viruses according to the invention.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in Experimenten, die das Ziel haben, bessere Vektorvirusverpackungslinien z. B. für die Gentherapie herzustellen, die Viren mit einer höheren Infektionseffizienz in Vorläuferzellen produzieren können. In jenen Zellen existieren mehrere Blocks, die mit der retroviralen Infektion/Replikation interferieren. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Konstrukte hat gegenüber replikationsfähigen Wildtyp MoMuLV oder AM4070 den Vorteil, daß die transkriptionellen Blocks bereits beseitigt sind. Verbesserungen in der Infektionseffinzienz lassen sich daher auf entsprechende Mutationen in den viralen Proteinen zurückführen.Another application is in experiments that aim to do better Vector virus packaging lines e.g. B. for gene therapy, the viruses with a can produce higher infection efficiency in progenitor cells. Exist in those cells several blocks that interfere with the retroviral infection / replication. The usage of the constructs according to the invention has MoMuLV or  AM4070 the advantage that the transcriptional blocks are already removed. Improvements In the efficacy of infection, corresponding mutations can therefore be found in the viral Return proteins.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Konstrukte liegt in der Erzeugung von "Knock Out"-Mäusen durch Intionsinaktivierung eines oder mehrerer Gene in embryonalen Stammzellen.Another possible application of the constructs according to the invention is in Generation of "knock out" mice by inactivating one or more genes in embryonic stem cells.

Die folgenden Beispiele, Zeichnungen und Sequenzprotokolle erläutern die Erfindung weiter.The following examples, drawings and sequence listings further illustrate the invention.

Die Sequenzprotokolle zeigen:
SEQ ID NO:1 Sequenz von pSF1
SEQ ID NO:2 Sequenz von pSF2
SEQ ID NO:3 Sequenz von pSF3
SEQ ID NO:4 Sequenz von pMM1
SEQ ID NO:5 Sequenz von pSF-MDR (dargestellt ist jeweils nur der provirale Teil der Sequenzen)
The sequence listings show:
SEQ ID NO: 1 sequence of pSF1
SEQ ID NO: 2 sequence of pSF2
SEQ ID NO: 3 sequence of pSF3
SEQ ID NO: 4 sequence of pMM1
SEQ ID NO: 5 sequence of pSF-MDR (only the proviral part of the sequences is shown)

Fig. 1A zeigt die Plasmidkarte von pSF-MDR. (orientierende Angabe der Restriktionsstellen) Figure 1A shows the plasmid map of pSF-MDR. (indicative information about the restriction sites)

Fig. 1B zeigt die Plasmidkarte von pSF-MDR (genaue Angabe der Restriktionsstellen) FIG. 1B shows the plasmid map of pSF-MDR (accurate indication of restriction sites)

Fig. 2A zeigt die Restriktionskarte von pSF1. Figure 2A shows the restriction map of pSF1.

Fig. 2B zeigt die Restriktionskarte von pSF1N. Dieser Vektor entspricht pSF1, in den in die multiple cloning site (MCS) das neoR Gen insertiert wurde. Figure 2B shows the restriction map of pSF1N. This vector corresponds to pSF1 into which the neoR gene has been inserted into the multiple cloning site (MCS).

Fig. 3A zeigt die Restriktionskarte von pSF2. Figure 3A shows the restriction map of pSF2.

Fig. 3B zeigt die Restriktionskarte von pSF2N, welche pSF2 nach Integration des neoR Gens entspricht. Fig. 3B shows the restriction map of pSF2N which pSF2 corresponds to integration of the neo R gene.

Fig. 4A zeigt die Restriktionskarte von pSF3. Figure 4A shows the restriction map of pSF3.

Fig. 4B zeigt die Restriktionskarte von pSF3N, welche pSF3 nach Integration des neoR Gens entspricht. FIG. 4B shows the restriction map of pSF3N which pSF3 corresponds to integration of the neo R gene.

Fig. 5A zeigt die Restriktionskarte von pMH1. Figure 5A shows the restriction map of pMH1.

Fig. 5B zeigt die Restriktionskarte von pMH1N, welches pMH1 nach Integration des neoR Gens entspricht. Figure 5B shows the restriction map of pMH1N, which corresponds to pMH1 after integration of the neoR gene.

Fig. 6 zeigt das Entstehungsschema des Vektors pSF-MDR1. Fig. 6 shows the formation scheme of the vector pSF-MDR1.

Fig. 7 zeigt das Entstehungsschema der Vektoren pSF2N, pSF2N, pSF3N und pMH1N. Fig. 7 shows the formation scheme of the vectors pSF2N, pSF2N, pSF3N and pMH1N.

Beispiel 1example 1 a) Konstruktionsbeschreibunga) Construction description Tabelle 1 zeigt die Klonierungsstrategien der erfindungsgemäßen KonstrukteTable 1 shows the cloning strategies of the constructs according to the invention I. pSF-MDR (Fig. 1, 6, Tabelle 1, SEQ ID NO:5)I. pSF-MDR ( Fig. 1, 6, Table 1, SEQ ID NO: 5)

Dieser Vektor wurde kloniert auf der Basis des MESV-Vektors R224 (Basis pUC 19), bei dem Teile der env-Region sowie die komplette U3-Region des 3′LTR durch SFFVp- Sequenzen ersetzt wurden. Auf diese Weise wurde der Vektor pSFs + 3 (vgl. Fig. 6) erhalten. In einem zweiten Schritt erfolgte die Insertion der für MDR1 kodierenden cDNA (aus pMDR2000XS (25)) in die multiple cloning site (Not1, Xba1, BamH1, Hind3).This vector was cloned on the basis of the MESV vector R224 (base pUC 19), in which parts of the env region and the complete U3 region of the 3′LTR were replaced by SFFVp sequences. In this way, the vector pSFs + 3 (see FIG. 6) was obtained. In a second step, the cDNA coding for MDR1 (from pMDR2000XS (25)) was inserted into the multiple cloning site (Not1, Xba1, BamH1, Hind3).

II. pSF1N, pSF2N, pSF3N, pMH1N (Fig. 2-5, 7, Tabelle 1)II. PSF1N, pSF2N, pSF3N, pMH1N ( Fig. 2-5, 7, Table 1)

Das Rückgrat dieser Plasmide basiert auf dem MESV-Vektor R224, bei dem eine große Deletion zwischen der Xbal-Schnittstelle des 5′LTR und der Kpnl-Schnittstelle im 3′LTR vorgenommen wurde. Der Dreifragmentligationen wurden die komplementierenden Sequenzen eingeführt; es resultierten die Basisvektoren pSF1, pSF2, pSF3 und pMH1 (Entstehungsschema und Klonierungsstrategie, Fig. 7, Tabelle 1, Sequenzen in SEQ ID NO:1-4 beschrieben). Die für die Dreinagmentligation eingesetzten Fragmente werden aus Hilfskonstrukten gewonnen (s. Entstehungsschema, Fig. 6), in denen leicht Modifikationen zur weiteren Optimierung der Vektoren vorgenommen werden können. Denkbar sind Austausch der SFFVp bzw. MHSV U3-Regionen gegen analoge Sequenzen anderer Friend-verwandter Retroviren oder die oben erwähnten Modifikationen des Leaders zur Titeroptimierung. Nach Insertion der neoR cDNA (aus R229) entstanden die Beispielkonstrukte pSF1N, pSF2N, pSF3N, pMH1N. Die Beispielkonstrukte tragen Polylinker mit singulären Restriktionsschnittstellen, die zum Austausch der zu transferierenden Gene verwendet werden können. An diesen Schnittstellen können außerdem regulatorische Sequenzen für eine eventuell notwendige Zweitgenexpression wie der splice acceptor von SFFVp oder die sog. interne Ribosomeneintrittsstelle IRES (I.R. Ghattas et al. (1991) (26)) eingeführt werden. The backbone of these plasmids is based on the MESV vector R224, in which there was a large deletion between the Xbal interface of the 5'LTR and the Kpnl interface in the 3'LTR. The complementing sequences of the three-fragment ligations were introduced; the base vectors pSF1, pSF2, pSF3 and pMH1 resulted (development scheme and cloning strategy, FIG. 7, Table 1, sequences described in SEQ ID NO: 1-4). The fragments used for the three-tag ligation are obtained from auxiliary constructs (see development diagram, FIG. 6), in which modifications can easily be made to further optimize the vectors. It is conceivable to exchange the SFFVp or MHSV U3 regions for analogue sequences from other friend-related retroviruses or to modify the leader mentioned above to optimize the titer. After insertion of the neoR cDNA (from R229), the sample constructs pSF1N, pSF2N, pSF3N, pMH1N were created. The sample constructs carry polylinkers with unique restriction sites that can be used to exchange the genes to be transferred. Regulatory sequences for a possibly necessary second gene expression such as the splice acceptor of SFFVp or the so-called internal ribosome entry point IRES (IR Ghattas et al. (1991) (26)) can also be introduced at these interfaces.

Die in den Beispielkonstrukten als U3 und R klonierten Friend-verwandten Regionen (im 3′LTR) sind nach Ablauf eines retroviralen Lebenszyklus auch an die 5′LTR-Position kopiert und treiben dann die Genexpression in den Zielzellen. Die Beispielkonstrukte enthalten alle für retroviralen Gentransfer und retrovirale Genexpression notwendigen cis-regulatorischen Elemente. Bei diesen Konstrukten sind Eigenschaften von SFFVp (bzw. MHSV), MESV und MoMuSV kombiniert. Als sicherheitsrelevante Modifikationen sind integriert die Punktmutation des Startcodons für das retrovirale gag-Protein zu einem Stopcodon (A.D. Miller und G.J. Rosman (1990) (27)) sowie - bei pSF1N, pSF2N, pSF3N, pMH1N - die Deletion überflüssiger env-Squenzen (27).The friend-related regions cloned as U3 and R in the sample constructs (in 3′LTR) are also copied to the 5′LTR position after the end of a retroviral life cycle and then drive gene expression in the target cells. The sample constructs contain all for retroviral gene transfer and retroviral gene expression necessary cis-regulatory Elements. The properties of SFFVp (or MHSV), MESV and MoMuSV combined. The are integrated as safety-relevant modifications Point mutation of the start codon for the retroviral gag protein to a stop codon (A.D. Miller and G.J. Rosman (1990) (27)) and - for pSF1N, pSF2N, pSF3N, pMH1N - the Deletion of unnecessary env-squences (27).

Tabelle 1 Table 1

Klonierungsstrategien der erfindungsgemaßen Konstrukte und Hilfskonstrukte Cloning strategies of the constructs and auxiliary constructs according to the invention

Beispiel 2Example 2 Steigerung der funktionalen Gentransferrate gegenüber konventionellen Moloney- VektorenFunctional gene transfer rate increased compared to conventional Moloney Vectors

Das multiple drug resistance 1 (MDR1) Gen kodiert für eine membranstandige Effluxpumpe (P-Glycoprotein), die Resistenz gegen eine Reihe klinisch wichtiger Zytostatika vermittelt (I. Pastan et al. (1988) (25)). Der Grad der Resistenz ist eng an die Expressionshöhe von P- Glycoprotein geknüpft. Gelingt es, myeloische Stammzellen durch retroviralen MDR1- Transfer zytostatikaresistent zu machen, könnte ein wichtiger Beitrag zur Senkung der Nebenwirkungsrate einer Tumor-Chemotherapie geleistet werden.The multiple drug resistance 1 (MDR1) gene codes for an efflux pump with a membrane (P-glycoprotein), which mediates resistance to a number of clinically important cytostatics (I. Pastan et al. (1988) (25)). The level of resistance is closely related to the level of expression of P- Glycoprotein linked. If myeloid stem cells are successful with retroviral MDR1 Making cytostatic resistant transfer could make an important contribution to lowering the Side effect rate of tumor chemotherapy can be performed.

In dem Experiment wurden K562-Zellen (ATCC C11243) und TF1-Zellen (humane myeloide Progenitorzellinien) mit retroviralen Vektoren infiziert, die MDR1 unter Kontrolle des SFFV- LTRs exprimieren (Virus SF-MDR hervorgegangen aus Konstrukt pSF-MDR mit MESV- Leader).In the experiment, K562 cells (ATCC C11243) and TF1 cells (human myeloid Progenitor cell lines) infected with retroviral vectors, the MDR1 under the control of the SFFV Express LTRs (Virus SF-MDR emerged from construct pSF-MDR with MESV- Leader).

Die TF1-Zellinie wurde wie bei T. Kitamura et al. (1989) (30) beschrieben von einem Patienten mit Erythroleukämie erhalten. Die Zellen werden in RPMJ-Medium (supplementiert mit 20% fötalem Kälberserum, 1 mM Na-Pyruvat, 4 mM Glutamin und 20 U/ml rekombinantem GM-CSF) in Kultur gehalten.The TF1 cell line was as described in T. Kitamura et al. (1989) (30) described by one Receive patients with erythroleukemia. The cells are supplemented in RPMJ medium ( with 20% fetal calf serum, 1 mM Na pyruvate, 4 mM glutamine and 20 U / ml recombinant GM-CSF) kept in culture.

In einem identischen Ansatz erfolgte die Infektion von K562-Zellen und TF1-Zellen mit einem Moloney-MDR1 Vektor (Virus V-MDR hervorgegangen aus dem Konstrukt pVMDR), der in einem klinischen Gentransferprotokoll unter Leitung von Prof. A. Deisseroth am MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas, eingesetzt wird. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, führt SF-MDR bei K562 zu einer ca. 20fachen Steigerung der Gentransferrate gegenüber VMDR, gemessen an der Zahl der unter Zytostatikaapplikation (ca. 10fache LDSO bei K562) wachsenden Kolonien.In an identical approach, K562 cells and TF1 cells were infected with a Moloney-MDR1 vector (Virus V-MDR originated from the construct pVMDR), which in a clinical gene transfer protocol headed by Prof. A. Deisseroth at the MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas. As can be seen from Table 2, SF-MDR in K562 leads to an approximately 20-fold increase in the gene transfer rate VMDR, measured by the number of cytostatic applications (approx. 10 times LDSO for K562) growing colonies.

Die Erhöhung der funktionalen Gentransferrate bei myeloischen Zellen ist Ausdruck der durchschnittlichen Erhöhung der Genexpressionsrate in den transduzierten Zellen. Dies ist von Bedeutung bei Gentransferapplikationen, deren Erfolg auch von der Höhe der Genexpression abhängt (s. Anwendungsbeispiel: Knochenmarksschutz bei Hochdosis-Chemotherapie). Werden bei dem oben beschriebenen Experiment (Infektion von humanen myeloischen Zellen mit SFMDR oder V-MDR) die Zellen unter sehr hohen Zytostatikadosen plattiert (ca. 20fache LD50 bei TF1), sind nur SF-MDR infizierte Zellen in der Lage, Kolonien zu bilden (Tabelle 2).The increase in the functional gene transfer rate in myeloid cells is an expression of average increase in gene expression rate in the transduced cells. This is from Importance in gene transfer applications, their success also depends on the level of gene expression depends (see application example: bone marrow protection in high-dose chemotherapy). In the experiment described above (infection of human myeloid cells with SFMDR or V-MDR) the cells are plated under very high cytostatic doses (approx. 20 times  LD50 in TF1), only SF-MDR infected cells are able to form colonies (Table 2).

Tabelle 2 Table 2

Kolonienzahl unter Colchicinselektion nach Infektion von humanen hämatopoetischen Zellen K562 und TF1 durch MDR1-tansduzierende retrovirale Vektoren Colony count under colchicine selection after infection of human hematopoietic cells K562 and TF1 by MDR1-tansducing retroviral vectors

Der SFFVp-/MESV-Vektor steigert die funktionelle Gentransferrate im Vergleich zum konventionellen MoMuLV-Vektor deutlich The SFFV p - / MESV vector significantly increases the functional gene transfer rate compared to the conventional MoMuLV vector

Die Zellen wurden mit retroviralem Überstand von amphotropen Verpackungszellinien infiziert. Der Titer auf Fibroblasten war für beide Vektoren zum Zeitpunkt des Experiments ca. 2×104/ml. Das Verhältnis Vektor/Zielzelle war bei der Infektion < 1. 24 Stunden nach Infektion wurden 5×10⁴ Zellen in Colchicinhaltigem Weichagarmedium plattiert. Die Auswertung erfolgte am Tag 8 der Agarkloierung. Die Klonierungseffizienz ohne Selektion betrug für beide Zellinien ca. 15%. Die Experimente erfolgten in Duplikaten.The cells were filled with retroviral supernatant from amphotropic packaging cell lines infected. The titer on fibroblasts was for both vectors at the time of the experiment approx. 2 × 104 / ml. The ratio of vector / target cell was <1. 24 hours after infection Infection, 5 × 10⁴ cells were plated in colchicine-containing soft agar medium. The Evaluation was carried out on day 8 of the agar solution. The cloning efficiency without selection was approximately 15% for both cell lines. The experiments were carried out in duplicates.

Für einen Vektor, dessen U3-Region aus MoMuLV und dessen Leader aus MESV stammt, werden analoge Ergebnisse wie mit dem Vektor V-MDR erhalten.For a vector whose U3 region comes from MoMuLV and whose leader from MESV, results similar to those obtained with the V-MDR vector are obtained.

Im MDR1-System haben Konstrukte mit einem MESV-Leader gegenüber konventionellen MoMuSV-Vektoren etwas reduzierte Titer. Dies könnte auf Mutationen im Packagingbereich von MESV zurückzuführen sein. Hybride zwischen den Leadersequenzen von MESV und MoMuSV haben das Potential, Vektoren mit höherem Titer aufgrund verbesserter Verpackungsfunktion in retroviralen Verpackungszellinien unter gleichzeitigem Ausschluß cis­ inhibitorischer Sequenzen zu erzeugen. Dies wurde bei der Klonierung der Beispielkonstrukte pSF2N und pSF3N berücksichtigt. In the MDR1 system, constructs with an MESV leader have compared to conventional ones MoMuSV vectors somewhat reduced titers. This could be due to packaging mutations from MESV. Hybrid between the MESV and MoMuSV have the potential to improve vectors with higher titer due to Packaging function in retroviral packaging cell lines with simultaneous exclusion cis to generate inhibitory sequences. This was when the sample constructs were cloned pSF2N and pSF3N taken into account.  

Beispiel 3Example 3 Konstruktion von replikationsfähigen Insertionsmutagenese-Vektoren basierend auf den erfindungsgemäßen Friend-JMESV-VektorkonstruktenConstruction of replication-capable insertion mutagenesis vectors based on the Friend-JMESV vector constructs according to the invention

Das Beispielkonstrukt eines replikationsfähigen, amphotropen Friend-/MESV-Vektors zur Insertionsmutagenese wurde durch Klonierung der zur retroviralen Replikation notwendigen gag-pol-env-Gene in dem Friend-/MESV-Vektor pSF1 und pSF3 (siehe Fig. 2A und 4A) hergestellt.The example construct of a replication-capable, amphotropic Friend / MESV vector for insertion mutagenesis was produced by cloning the gag-pol-env genes necessary for retroviral replication in the Friend / MESV vector pSF1 and pSF3 (see FIGS . 2A and 4A).

Dazu wurde die gesamte 7,2 kb umfassende gag-pol-env-Genkassette aus pAM (Miller et al. (1985) (35)) mit Hilfe des "Expand long template PCR Systems" (Boehringer Mannheim, siehe auch: W.M. Barns (1994) (36)) amplifiziert und in pSF1 und pSF3 eingebaut.For this purpose, the entire 7.2 kb gag-pol-env gene cassette made of pAM (Miller et al. (1985) (35)) using the "Expand long template PCR system" (Boehringer Mannheim, see also: W.M. Barns (1994) (36)) amplified and incorporated into pSF1 and pSF3.

pAM stellt ein Fusionskonstrukt aus dem ecotropen MoMuLV-Vektor pMLV-K (gag-pol bis SalI-Schnittstelle) und aus dem amphotropen Virus 4070A-Vektor p4070A (pol ab SalI- Schnittstelle und envamphotrop) dar. Der obere PCR-Primer wurde 60 bp stromaufwärts des gag-Startcodons (direkt angrenzend an PstI-Schnittstelle), der untere PCR Primer direkt ans Ende des envamphotrop-Gens gelegt. Das 7,2 kb gag-pol-envamphotrop PCR-Amplifikat wurde ungeschnitten, d. h. mit stumpfen Enden, in den mit PstI und Hindin geschnittenen und zur Beseitigung der Überhänge mit Klenow-Enzym behandelten (Sambrook et al. (1989) (37)) Vektor pSF1 und pSF3 eingebaut. Die resultierenden Vektoren erhielten die Bezeichnungen pSF1-AM, pSF3-AM und haben folgenden prinzipiellen Aufbau: 5′-LTRMESV- PBS(-)MESV-gag-pol-envamphotrop-3′-LTRSFFV (pSF1-AM) und 5′-LTRMESV- PBS(-)MUSV-gag-polenvanphotrop-3′-LTRSFFV(pSF3-AM). Nach Transfektion in humane oder murine Zellen sind sie in der Lage, replikationskompetente Retroviren (RCR) zu bilden, die zur Insertionsmutagenese in hämatopoietischen Stamm- und Progenitorzellen eingesetzt werden können.pAM represents a fusion construct from the ecotropic MoMuLV vector pMLV-K (gag-pol to SalI interface) and from the amphotropic virus 4070A vector p4070A (pol from SalI interface and envamphotropic). The upper PCR primer was 60 bp upstream of the gag start codon (directly adjacent to the PstI interface), the lower PCR primer placed directly at the end of the env amphotropic gene. The 7.2 kb gag-pol-env amphotropic PCR amplificate was cut uncut, ie with blunt ends, into those cut with PstI and Hind and treated with Klenow enzyme to remove the overhangs (Sambrook et al. (1989) (37)) ) Vector pSF1 and pSF3 built in. The resulting vectors were given the names pSF1-AM, pSF3-AM and have the following basic structure: 5'-LTR MESV - PBS (-) MESV -gag-pol-env amphotropic -3'-LTR SFFV (pSF1-AM) and 5 ′ -LTR MESV - PBS (-) MUSV -gag-polenv anphotropic -3′-LTR SFFV (pSF3-AM). After transfection into human or murine cells, they are able to produce replication-competent retroviruses (RCR), which can be used for insertion mutagenesis in hematopoietic stem and progenitor cells.

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SEQUENZ PROTOKOLL SEQUENCE PROTOCOL

Claims (28)

1. Retrovirales Vektorhybrid, dadurch gekennzeichnet, daß es
  • a) in der Leaderregion als US-Region und tRNA primer binding site die US-Region und tRNA primer binding site von MESV oder MoMuSV und
  • b) als U3- und R-Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) enthält.
1. Retroviral vector hybrid, characterized in that it
  • a) in the leader region as the US region and tRNA primer binding site the US region and tRNA primer binding site of MESV or MoMuSV and
  • b) as U3 and R regions in 3'-LTR, which contains U3 and R regions from a Friend murine leukemia virus (F-MuLV).
2. Retrovirales Vektorhybrid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als 3′-LTR das LTR aus F-MuLV enthält.2. Retroviral vector hybrid according to claim 1, characterized in that it as a 3'-LTR contains the LTR from F-MuLV. 3. Vektorhybrid nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Leaderregion die Leaderregion von MESV enthält.3. vector hybrid according to claims 1 or 2, characterized in that it as Leader region contains the leader region of MESV. 4. Vektorhybrid nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das 3′-LTR vom malignen Histiosarkomvirus (MHSV), SFFVp Lilly-Steeves, SFFVa, Rauscher SFFV, F-MuLV c157 oder Friend-mink cell focus forming Virus (F-MCFV FrNx, F- MCFV pFMs48) verwendet wird.4. vector hybrid according to claims 1 to 3, characterized in that the 3'-LTR from the malignant histiosarcoma virus (MHSV), SFFVp Lilly-Steeves, SFFVa, Rauscher SFFV, F-MuLV c157 or Friend-mink cell focus forming virus (F-MCFV FrNx, F- MCFV pFMs48) is used. 5. Vektorhybrid nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als U3- und R- Regionen die U3- und R-Regionen aus MPSV, MESV oder PCMV verwendet werden.5. vector hybrid according to claims 1 to 4, characterized in that as U3 and R Regions the U3 and R regions from MPSV, MESV or PCMV are used. 6. Vektorhybrid nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als 5′-LTR das LTR aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) verwendet wird.6. Vector hybrid according to claims 1 to 4, characterized in that the 5'-LTR LTR from a Friend murine leukemia virus (F-MuLV) is used. 7. Vektorhybrid nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als 5′-LTR bp 142-657 aus SEQ II) NO:1 und/oder als 3′-LTR bp 1707-2283 aus SEQ II) NO:1 verwendet wird.7. vector hybrid according to claims 1 to 6, characterized in that as 5'-LTR bp 142-657 from SEQ II) NO: 1 and / or as 3'-LTR bp 1707-2283 from SEQ II) NO: 1 is used. 8. Vektorhybrid nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein für das Virus heterologes, in eukaryontischen Zellen exprimierbares Gen enthält.8. vector hybrid according to claims 1 to 7, characterized in that it is at least contains a gene which is heterologous to the virus and which can be expressed in eukaryotic cells. 9. Vektorhybrid nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es als heterologes Gen ein multiple drug resistance Gen (MDR Gen), ein Antibiotikaresistenzgen wie das neo®- Gen, das LNGFR-Gen, das Cerebrosidase-Gen oder das Herpes simplex TK-Gen ent­ hält. 9. vector hybrid according to claim 8, characterized in that it is a heterologous gene multiple drug resistance gene (MDR gene), an antibiotic resistance gene like the neo® Gene, the LNGFR gene, the cerebrosidase gene or the herpes simplex TK gene holds.   10. Vektorhybride pSF1, pSF2, pSF3, pHM1.10. Vector hybrids pSF1, pSF2, pSF3, pHM1. 11. Replikationsdefektes Vektorhybrid nach den Ansprüchen 1 bis 10.11. Replication defective vector hybrid according to claims 1 to 10. 12. Replikationskompetentes Vektorhybrid nach den Ansprüchen 1 bis 7.12. Replication-competent vector hybrid according to claims 1 to 7. 13. Verfahren zur Herstellung einer retroviral transduzierten, eukryontischen Zelle, welche ein aktives exogenes Gen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die eukaryontische Zelle transduziert wird mit einem retroviralen Vektorvirus, der in seinem Genom
  • a) in der Leaderregion als US-Region und tRNA primer binding site die US-Region und tRNA primer binding site von MESV oder MoMuSV,
  • b) als U3- und R-Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) und
  • c) das genannte exogene Gen enthält.
13. A method for producing a retrovirally transduced, eukryotic cell, which contains an active exogenous gene, characterized in that the eukaryotic cell is transduced with a retroviral vector virus, which is in its genome
  • a) in the leader region as the US region and tRNA primer binding site, the US region and tRNA primer binding site of MESV or MoMuSV,
  • b) as U3 and R regions in 3'-LTR, the U3 and R regions from a Friend murine leukemia virus (F-MuLV) and
  • c) contains said exogenous gene.
14. Verfahren zur Herstellung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das retrovirale Vektorvirus als 3′-LTR das LTR aus F-MuLV enthält.14. A method for producing according to claim 12, characterized in that the retroviral vector virus as 3'-LTR which contains LTR from F-MuLV. 15. Verfahren nach den Ansprüchen 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Leaderregion die Leaderregion von MESV verwendet wird.15. The method according to claims 12 or 14, characterized in that as Leader region the leader region is used by MESV. 16. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein replikationsdefektes, retrovirales Vektorvirus verwendet wird.16. The method according to claims 12 to 15, characterized in that a replication-defective, retroviral vector virus is used. 17. Retroviral transduzierte, eukaryontische Zelle, dadurch erhältlich, daß die eukaryonti­ sche Zelle transduziert wird mit einem retroviralen Vektorvirus, das in seinem Genom
  • a) in der Leaderregion als US-Region und tRNA primer binding site die US-Region und tRNA primer binding site von MESV und
  • b) als U3- und R-Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) enthält.
17. Retrovirally transduced eukaryotic cell, obtainable by transducing the eukaryotic cell with a retroviral vector virus found in its genome
  • a) in the leader region as the US region and tRNA primer binding site the US region and tRNA primer binding site of MESV and
  • b) as U3 and R regions in 3'-LTR, which contains U3 and R regions from a Friend murine leukemia virus (F-MuLV).
18. Zellen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das retrovirale Vektorvirus in seinem Genom als 3′-LTR das LTR aus F-MuLV enthält. 18. Cells according to claim 17, characterized in that the retroviral vector virus in his genome as 3'-LTR contains the LTR from F-MuLV.   19. Zelle nach den Ansprüchen 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Leaderregion die Leaderregion von MESV verwendet wird.19. Cell according to claims 17 or 18, characterized in that as the leader region the leader region is used by MESV. 20. Zelle nach den Ansprüchen 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein replikationsdefektes, retrovirales Vektorvirus verwendet wird.20. Cell according to claims 17 to 19, characterized in that a replication-defective, retroviral vector virus is used. 21. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als eukaryonti­ sche Zellen hämatopoietische Stammzellen verwendet werden.21. The method according to claims 13 to 16, characterized in that as eukaryonti hematopoietic stem cells are used. 22. Replikationsdefektes, infektiöses Viruspartikel, welches als Genom eine retrovirale RNA enthält, wobei das Genom als US-Region und tRNA primer binding site die US-Region und tRNA primer binding site von MESV oder MoMuSV, eine packaging-Funktion, ein in einer eukaryontischen Zelle exprimierbares und für das Virus heterologes Gen und am 3′-Ende U3 und R aus aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV), jedoch keine aktiven gag-, env- und pol-Sequenzen enthält.22. Replication-defective, infectious virus particle, which as a genome is a retroviral RNA contains, the genome as the US region and tRNA primer binding site the US region and tRNA primer binding site from MESV or MoMuSV, a packaging function in a eukaryotic cell expressible and for the virus heterologous gene and am 3′-end U3 and R from a Friend murine leukemia virus (F-MuLV), but none contains active gag, env and pol sequences. 23. Verfahren zur Herstellung eines replikationsdefekten, infektiösen Viruspartikel durch Transfektion einer eukaryontischen Helferzelle, welche die Helferfunktionen gag, env und pol besitzt, mit einem Vektorhybrid, welches in der Leaderregion als US-Region und tRNA primer binding site die US-Region und tRNA primer binding site von MESV und als U3- und R-Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) enthält, Produktion der DNA des Vektorhybrids entsprechender RNA als Virusgenom in der Zelle, Verpackung des Virusgenoms in in der Zelle entstandene replikationsdefiziente, leere Virushüllen und Isolation der infektiösen Viruspartikel, welche das genannte Virusgenom enthalten.23. A method for producing a replication-defective, infectious virus particle Transfection of a eukaryotic helper cell, which gag the helper functions, env and pol owns, with a vector hybrid which is in the leader region as a US region and tRNA primer binding site the US region and tRNA primer binding site from MESV and as U3 and R regions in 3′-LTR, the U3 and R regions from a friend murine leukemia virus (F-MuLV) contains, production of the DNA of the vector hybrid corresponding RNA as virus genome in the cell, packaging of the virus genome in replication deficient, empty virus envelopes and isolation of the infectious virus particles that contain the named virus genome. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als 3′-LTR das LTR aus F-MuLV verwendet wird.24. The method according to claim 23, characterized in that the LTR as 3'-LTR F-MuLV is used. 25. Verfahren nach den Ansprüchen 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Leaderregion die Leaderregion von MESV verwendet wird.25. The method according to claims 23 or 24, characterized in that as Leader region the leader region is used by MESV. 26. Verwendung eines replikationsdefekten, retroviralen Vektorhybrids, welches in der Leaderregion als US-Region und tRNA primer binding site die US-Region und tRNA primer binding site von MESV und als als U3- und R-Regionen in 3′-LTR, die U3- und R-Regionen aus einem Friend murine leukemia virus (F-MuLV) enthält, zur Herstellung eines Arzneimittels zur ex vivo oder in vivo Gentherapie.26. Use of a replication-defective, retroviral vector hybrid, which in the Leader region as the US region and tRNA primer binding site the US region and tRNA primer binding site from MESV and as U3 and R regions in 3′-LTR, the U3 and  Contains R regions from a Friend murine leukemia virus (F-MuLV) for the production a drug for ex vivo or in vivo gene therapy. 27. Verwendung eines Vektorhybrids nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß es als 3′-LTR das LTR aus F-MuLV verwendet wird.27. Use of a vector hybrid according to claim 26, characterized in that it as 3'-LTR the LTR from F-MuLV is used. 28. Verwendung nach den Ansprüchen 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Leaderregion die Leaderregion von MESV verwendet wird.28. Use according to claims 26 or 27, characterized in that as Leader region the leader region is used by MESV.
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