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DE60017259T2 - Modulation der CPG-Oligonukleotid-vermittelten Immunstimulation durch Positionsbedingte Modifikation von Nukleosiden - Google Patents

Modulation der CPG-Oligonukleotid-vermittelten Immunstimulation durch Positionsbedingte Modifikation von Nukleosiden Download PDF

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DE60017259T2
DE60017259T2 DE60017259T DE60017259T DE60017259T2 DE 60017259 T2 DE60017259 T2 DE 60017259T2 DE 60017259 T DE60017259 T DE 60017259T DE 60017259 T DE60017259 T DE 60017259T DE 60017259 T2 DE60017259 T2 DE 60017259T2
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oligonucleotide
oligo
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Sudhir Agrawal
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Hybridon Inc
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft die therapeutische Verwendung von Oligonukleotiden sowohl im Antisense-Verfahren als auch als immunstimulatorische Agenzien.
  • ZUSAMMENFASSUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Oligonukleotide sind nicht mehr wegzudenkende Werkzeuge in der modernen Molekularbiologie, die für eine Vielzahl von Techniken eingesetzt werden, beginnend von diagnostischen Sondenverfahren über PCR bis hin zur Antisense-Inhibition der Genexpression. Diese breite Verwendung von Oligonukleotiden führte zu einer gestiegenen Nachfrage an schnellen, billigen und effizienten Verfahren zur Synthese von Oligonukleotiden. Die Synthese von Oligonukleotiden für Antisense- und diagnostische Anwendungen kann nun routinemäßig durchgeführt werden. Siehe z.B. Methods in Molecular Biology, Band 20: Protocols for Oligonukleotides and Analogs Seiten 165–189 (S. Agrawal, Ed., Humana Press, 1993); Oligonukleotides and Analogues: A Practical Approach, Seiten 87–108 (F. Eckstein, 1991); und Uhlmann und Peyman, supra. Agrawal und Iyer, Curr. Op. in Biotech. 6: 12 (1995); und Antisense Research and Applications (Crooke und Lebleu, Eds., CRC Press, Boca Raton, 1993). Frühere synthetische Verfahren schlossen chemische Phosphodiester- und Phosphotriester-Verfahren ein. Khorana et al., J. Molec. Biol. 72: 209 (1972) offenbart ein chemisches Phosphodiester-Verfahren zur Oligonukleotidsynthese. Reese, Tetrahedron Lett. 34: 3143–3179 (1978) offenbart ein chemisches Phosphotriester-Verfahren zur Synthese von Oligonukleotiden und Polynukleotiden. Diese früheren Verfahren eröffneten zum großen Teil die effizienteren Phosphoramidit- und H-Phosphonat-Synthese-Verfahren. Beaucage und Caruthers, Tetrahedron Lett. 22: 1859–1862 (1981), offenbaren die Verwendung von Desoxynukleosid-Phosphoramiditen in der Polynukleotidsynthese. Agrawal und Zamecnik, U. S. Patent Nr. 5,149,798 (1992), offenbaren eine optimierte Synthese von Oligonukleotiden durch das H-Phosphonat-Verfahren.
  • Beide dieser modernen Verfahren wurden verwendet, um Oligonukleotide mit einer Vielzahl von modifizierten Internukleotidverknüpfungen zu synthetisieren. Agrawal und Goodchild, Tetrahedron Lett. 28: 3539–3542 (1987), offenbaren die Synthese von Oligonukleotidmethylphosphonaten bei Verwendung eines chemischen Phosphoramidit-Verfahrens. Connolly et al., Biochemistry 23: 3443 (1984), offenbaren die Synthese von Oligonukleotidphosphorothioaten bei Verwendung eines chemischen Phosphoramidit-Verfahrens. Jager et al., Biochemistry 27: 7237 (1988), offenbaren die Synthese von Oligonukleotid-Phosphoramidaten bei Verwendung eines chemischen Phosphoramidit-Verfahrens. Agrawal et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 7079–7083 (1988), offenbaren die Synthese von Oligonukleotid-Phosphoramidaten und - Phosphorothioaten bei Verwendung eines chemischen H-Phosphonat-Verfahrens.
  • Kürzlich haben mehrere Forscher die Gültigkeit des Antisense-Verfahrens zur therapeutischen Behandlung einer Erkrankung gezeigt. Crooke, Antisense Nucleic Acid Drug Dev. 8: vii-viii, offenbart die erfolgreiche Marktzulassung eines Phosphorothioatoligonukleotids zur Behandlung einer humanen Cytomegalovirus-induzierten Retinitis. Leider wurde die Verwendung von Phosphorothioatoligonukleotiden komplexer als ursprünglich erwartet. Bestimmte Wirkungen, die durch Phosphorothioatoligonukleotide verursacht werden, konnten nicht anhand des erwarteten Antisense-Mechanismus erklärt werden. Zum Beispiel lehren McIntyre et al., Antisense Res. Dev. 3: 309–322 (1993), dass ein „Sinn" Phosphorothioatoligonukleotid eine spezifische Immunstimulation verursacht. Diese und andere Nebenwirkungen haben das Bild von Phosphorothioatoligonukleotiden verkompliziert. Zhao et al., Biochemical Pharmacology 51: 173–182 (1996) offenbaren eine Immunstimulation die durch 2'-CpG-enthaltenden Oligonukleotide vermittelt wurde, wobei eines davon komplementär zu dem gag-Gen von HIV-1 (5'-CTCTCGCACCCATCTCTCTCCTTCT-3') ist und das andere komplementär zu dem rev-Gen von HIV-1 (5'-TCGTCGCTGTCTCCGCTTCTTCTTGCC-3') ist.
  • Andererseits hat die Beobachtung, dass Phosphodiester- und Phosphorothioatoligonukleotide eine Immunstimulation induzieren können, Interesse für die Weiterentwicklung dieser Nebenwirkung als ein therapeutisches Werkzeug geweckt. Diese Anstrengungen zielen auf Phosphorothioatoligonukleotide, die das Dinukleotid CpG enthalten. Kuramoto et al., Jpn. J. Cancer Res. 83: 1128–1131 (1992) lehren, dass Phosphodiesteroligonukleotide, die ein Palindrom enthalten, welches ein CpG-Dinukleotid einschließt, eine Interferon-alpha und -gamma-Synthese induzieren können und eine natürliche Killeraktivität verstärken können. Krieg et al., Nature 371: 546–549 (1995) offenbaren, dass die CpG-enthaltende Phosphorothioatoligonukleotide immunstimulatorisch sind. Liang et al., J. Clin. Invest. 98: 1119–1129 (1996) offenbaren, dass solche Oligonukleotide humane B-Zellen aktivieren. Moldoveanu et al., Vaccine 16: 1216–124 (1998) lehren, dass CpG-enthaltende Phosphoroatoligonukleotide die Immunantwort gegenüber dem Influenzavirus verstärken. McCluskie und Davis, The Journal of Immunology 161: 4463–4466 (1998) lehren, dass CpG-enthaltende Oligonukleotide als potentielle immunstimulatorische Agenzien wirken und die Immunantwort gegenüber dem Oberflächenantigen von Hepatitis B verstärken. Agrawal, U. S. Patent Nr. 5,968,909, offenbart, dass eine Modifikation von C oder G des Gerüsts diese Wirkung unterdrückt.
  • Diese Berichte machen klar, dass ein Bedarf vorhanden ist, um in der Lage zu sein, die Immunantwort, die durch CpG-enthaltende Oligonukleotide verursacht wird, zu modulieren. Idealerweise sollte eine solche Modulation sowohl das Absenken der immunstimulatorischen Wirkung für Antisense-Anwendungen als auch das Verstärken der immunstimulatorischen Wirkung für immuntherapeutische Anwendungen einschließen.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung stellt Verfahren zum Modulieren der durch CpG-enthaltenden Oligonukleotide verursachten Immunantwort zur Verfügung. Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen das Verstärken der immunstimulatorischen Wirkung für immuntherapeutische Anwendungen. Daher stellt die Erfindung weiter Oligonukleotide zur Verfügung, die optimale Level einer immunstimulatorischen Wirkung für eine beliebige Anwendung aufweisen, sowie Verfahren zur Verwendung solcher Oligonukleotide.
  • Der Erfinder hat überraschenderweise festgestellt, dass eine positionsbedingte Modifikation von CpG-enthaltenden Oligonukleotiden deren immunstimulatorische Fähigkeiten dramatisch beeinflusst.
  • Insbesondere verstärkt oder erniedrigt eine 2'-Alkylierung oder -Alkoxylierung von Oligonukleotiden an bestimmten Positionen 5' oder 3' zu dem CpG-Dinukleotid deren immunstimulatorische Wirkung.
  • In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Verstärken der immunstimulatorischen Wirkung eines CpG-enthaltenden Oligonukleotids bereit, wobei das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid ist, das komplementär ist zu Ha-ras oder dem gag- oder rev-Gen des humanen Immundefizienzvirus Typ 1. Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfasst das Einführen eines 2'-substituierten Nukleosids in das Oligonukleotid an einer Position ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zweites Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, erstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, zweites Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid und Kombinationen davon oder vier kontinuierliche Nukleoside an dem siebten bis zehnten Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid. In alternativen Ausführungsformen kann das Oligonukleotid ein Antisense-Oligonukleotid sein.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung CpG-enthaltende Oligonukleotide bereit, die verstärkte immunstimulatorische Wirkungen aufweisen, wobei das Oligonukleotid ein 2'-substituiertes Nukleosid an einer Position umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zweites Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, erstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, zweites Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 3' zu dem CpG- Dinukleotid und Kombinationen davon oder vier kontinuierliche Nukleoside an dem siebten bis zehnten Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, wobei das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid ist, das komplementär zu Ha-ras oder dem gag- oder rev-Gen des humanen Immundefizienzvirus Typ 1 ist. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Zusammensetzung zur pharmazeutischen Verwendung bereit, umfassend ein erfindungsgemäßes CpG-enthaltendes Oligonukleotid.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt die Ergebnisse eines Proliferationsassays von Milzzellen der Maus in der Gegenwart von keinem Oligonukleotid (C), Lipopolysaccharid (LPS) oder verschiedenen Oligonukleotiden.
  • 2 zeigt die Vergrößerung der Milz in Mäusen, denen kein Oligonukleotid oder verschiedene Oligonukleotide verabreicht wurden.
  • 3 zeigt bevorzugte Ausführungsformen von modifizierten Basen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die Erfindung betrifft die therapeutische Verwendung von Oligonukleotiden sowohl im Antisense-Verfahren als auch als immunstimulatorische Agenzien. Die hier zitierten Patentschriften und Publikationen geben den Wissensstand auf dem Gebiet wieder und sind hier unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen. Im Falle eines Konfliktes zwischen einer Lehre einer beliebigen hier zitierten Referenz und der vorliegenden Beschreibung, soll die letztere für die Zwecke der Erfindung herangenommen werden.
  • Die Erfindung stellt Verfahren zum Modulieren der Immunantwort bereit, welche durch CpG-enthaltende Oligonukleotide verursacht wurde. Die Verfahren gemäß der Erfindung ermöglichen das Verstärken der immunstimulatorischen Wirkung für Antisense-Anwendungen als auch das Verstärken der immunstimulatorischen Wirkung für immuntherapeutische Anwendungen. Somit stellt die Erfindung weiter Oligonukleotide bereit, die optimale Spiegel einer immunstimulatorischen Wirkung für eine beliebige Anwendung aufweisen und Verfahren zur Verwendung solcher Oligonukleotide.
  • Der Erfinder hat überraschender Weise festgestellt, das eine positionsbedingte Modifikation von CpG-enthaltenden Oligonukleotiden dramatisch deren immunstimulatorischen Fähigkeiten beeinflusst. Insbesondere verstärkt eine 2'-Substitution, einschließlich und ohne Beschränkung einer Alkylierung oder Alkoxylierung von Oligonukleotiden, an bestimmten Positionen 5' oder 3' zu dem CpG-Dinukleotid deren immunstimulatorischen Wirkung.
  • In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Verstärken der immunstimulatorischen Wirkung eines immunstimulatorischen Motivs (z.B. CpG)-enthaltenden Oligonukleotids bereit, wobei das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid ist, das komplementär ist zu Ha-ras oder dem gag- oder rev-Gen des humanen Immundefizienzvirus Typ 1. Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Einführen eines 2'-substituierten Nukleosids in das Oligonukleotid an einer Position ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zweites Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, erstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, zweites Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid und Kombinationen davon oder vier kontinuierliche Nukleoside an dem siebten bis zehnten Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid.
  • Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann ohne weiteres durch Verwendung einer beliebigen etablierten Synthesetechnik ausgeführt werden, indem einfach das geeignete 2' substituierte Monomersynthon in dem Zyklus des Syntheseverfahrens verwendet wird, der unmittelbar nach der Einführung des CpG-Dinukleotids folgt. Bevorzugte Monomere schließen Phosphoramidite, Phosphotriester und H-Phosphonate ein. Daher bedeutet im Sinne der Erfindung „Einführen eines 2'-substituierten Nukleosids in das Oligonukleotid an einer Position ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zweites Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, erstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, zweites Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid und Kombinationen davon oder vier kontinuierliche Nukleoside an dem siebten bis zehnten Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid" einfach das Synthetisieren eines Oligonukleotids mit einem 2-substituierten Nukleosid an einer solchen Position oder Positionen.
  • Im Sinne all dieser Aspekte der Erfindung bezeichnet ein „Antisense-Oligonukleotid" ein Oligonukleotid, das exakt komplementär ist zu einem Gen oder Gentranskript und das zur Reduktion der Expression des Gens oder Gentranskripts, zu dem es exakt komplementär ist, fähig ist.
  • In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung immunstimulatorisches Motiv (CpG)-enthaltende Oligonukleotide mit verstärkten immunstimulatorischen Wirkungen bereit, wobei ein Oligonukleotid ein 2'-substituiertes Nukleosid an einer Position umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zweites Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, erstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, zweites Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid und Kombinationen davon oder vier kontinuierliche Nukleoside an dem siebten bis zehnten Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, wobei das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid ist, das komplementär ist zu Ha-ras oder dem gag- oder rev-Gen des humanen Immundefizienzvirus Typ 1. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid. Bevorzugte Oligonukleotide gemäß all den Aspekten der Erfindung haben eine Länge von ungefähr 6 bis ungefähr 50 Nukleotiden und können weiter modifizierte Internukleotidverknüpfungen oder modifizierte Zucker umfassen, um die Stabilität zu verbessern.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Zusammensetzung zur pharmazeutischen Verwendung, umfassend ein erfindungsgemäßes CpG-enthaltendes Oligonukleotid zur Induktion einer Immunantwort in einem Säugetier bereit. Die Zusammensetzung umfasst ein immunstimulatorisches Motiv (z.B. CpG)-enthaltendes Oligonukleotid, umfassend ein 2'-substiuiertes Nukleosid an einer Position, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zweites Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, erstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, zweites Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, drittes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, viertes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, fünftes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, sechstes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid und Kombinationen davon oder vier kontinuierliche Nukleoside an dem siebten bis zehnten Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, wobei das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid ist, das komplementär ist zu Ha-ras oder dem rev- oder gag -Gen des humanen Immundefizienzvirus Typ 1. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen dieses Aspekts der Erfindung ist das Oligonukleotid kein Antisense-Oligonukleotid.
  • In der Verwendung gemäß diesem Aspekt der Erfindung sollte die Verabreichung der Oligonukleotide bevorzugt parenteral, oral, sublingual, transdermal, topisch, internasal, intravitreal oder intrarektal erfolgen. Eine Verabreichung der therapeutischen Zusammensetzungen kann durch Anwendung bekannter Verfahren mit Dosierungen und Zeiträumen durchgeführt werden, die wirksam sind, um die Symptome oder Nebenerscheinungen der Erkrankung zu lindern. Bei einer systemischen Verabreichung wird die therapeutische Zusammensetzung vorzugsweise bei einer geeigneten Dosierung verabreicht, um einen Blutspiegel des Oligonukleotids von ungefähr 0,01 Mikromolar bis ungefähr 10 Mikromolar zu erreichen. Für eine lokalisierte Verabreichung können viel geringere Konzentrationen als diese wirksam sein und es können viel höhere Konzentrationen toleriert werden. Vorzugsweise wird die Gesamtdosierung des Oligonukleotids im Bereich von 0,01 mg Oligonukleotid pro Patient pro Tag bis ungefähr 200 mg Oligonukleotid pro kg Körpergewicht pro Tag betragen. Es kann wünschenswert sein, eine therapeutisch wirksame Menge einer oder mehrerer der erfindungsgemässen therapeutischen Zusammensetzungen gleichzeitig oder nacheinander an ein Individuum in Form einer Einzelbehandlung zu verabreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine oder mehrere Messungen von den biologischen Wirkungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus IL-12-Induktion und Mytogenese von Immunzellen vorgenommen, nachdem die Stoffzusammensetzung verabreicht worden ist. Die Oligonukleotide können alleine oder in Kombination mit spezifischen Antigenen verabreicht werden, welche physikalisch an das Oligonukleotid verbunden sein können oder nicht. Eine solche Verabreichung kann gegebenenfalls die Verwendung von Adjuvanzien einschließen.
  • Die Zusammensetzung gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist nützlich für Modelluntersuchungen des Immunsystems und ist desweiteren zur therapeutischen Behandlung einer humanen Erkrankung nützlich.
  • Für die Zwecke all dieser Aspekte der Erfindung umfasst der Ausdruck „Oligonukleotid" Polymere von zwei oder mehreren Desoxyribonukleotiden oder ein beliebiges modifiziertes Nukleosid, einschließlich 2'-Halo-Nukleoside, 2'-O-substituierte Nukleoside, Ribonukleoside, Deazanukleoside oder eine beliebige Kombination davon. Solche Monomere können aneinander durch eine beliebige der zahlreich bekannten Internukleosidverknüpfungen gekoppelt sein. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen können diese Internukleosidverknüpfungen nicht ionische, Boron-, Phosphodiester-, Phosphotriester-, Phosphorothioat- oder Phosphoramidat-Verknüpfungen 2'-5'-, 3'-5'-, 3'-3'-Verknüpfungen von einer der vorausgehenden Verknüpfungen oder Kombinationen davon sein. Der Ausdruck Oligonukleotid umfasst auch solche Polymere, die chemisch modifizierte Basen oder Zucker und/oder zusätzliche Substituenten aufweisen, einschließlich aber ohne Beschränkung lipophile Gruppen interkalierende Agenzien, Diamine und Adamantan.
  • Für die Zwecke der Erfindung bedeutet der Ausdruck „2'-O-substituiertes Mittel" die Substitution der 2'-Position des Pentoserestes mit einem Halogen (vorzugsweise Cl, Br, oder F) oder eine -O-niedere Alkylgruppe, die 1 bis 6 gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffatome enthält, oder mit einer O-Aryl- oder -Allylgruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wobei eine solche Alkyl-, Aryl- oder Allylgruppe nicht substituiert oder substituiert sein kann, z.B. mit Halogen-, Hydroxy-, Trifluormethyl-, Cyan-, Nitro-, Acyl-, Acyloxy-, Alkoxy-, Carboxyl-, Carbaloxyl- oder Aminogruppen oder eine solche 2'-Substitution kann mit einer Hydroxygruppe (um ein RiboNukleosid zu erzeugen) einer Amino- oder einer Halogengruppe, nicht aber mit einer 2'-H-Gruppe durchgeführt werden. Solche Oligonukleotide schließen Oligonukleotide mit modifizierten Zuckern (z.B. Arabinose, Hexose) und andere Modifikationen des Gerüsts ein wie z.B. in Peptidnukleinsäure und geschlossene Nukleinsäure. Solche Oligonukleotide können auch natürlich vorkommende Basen oder modifizierte heterozyklische Ringe sein, einschließlich aber ohne Beschränkung von jenen, die in der 3 gezeigt sind. Für die Zwecke all dieser Aspekte der Erfindung bedeuten die Ausdrücke „CpG-" oder CpG-Dinukleotid" das Dinukleotid 5'-Cytidin-Guanidin-3', wobei p eine Internukleotidverknüpfung darstellt und wobei das Zuckergerüst der Dinukleotiddesoxyribose ein modifizierter Zucker oder Kombination davon darstellt. In bevorzugten Ausführungsformen der ersten drei Aspekte der Erfindung ist p ausgewählt aus beliebigen der oben genannten kovalenten Phosphodiester, Phosporothioat, Phosphordithioat stereospezifisches (Rp oder Sp) Phosphorothioat-Verknüpfungen. Die Nicht-Phosphodiester-, Nicht-Phosphorothioat-Ausführungsformen werden weiter die immunstimulatorischen Wirkungen reduzieren. In bestimmten Ausführungsformen der Aspekte der Erfindung ist p ausgewählt aus Phosphodiester, Phosphorothioat und Phosphordithioat.
  • Die vorliegenden Beispiele beabsichtigen bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichen und sollen nicht den Umfang der Erfindung beschränken.
  • BEISPIEL 1
  • MODULATION DER IMMUNSTIMULATORISCHEN WIRKUNG IN VITRO
  • Um die Bedeutung der Stelle der chemischen Modifikation von PS-Oligos, die ein CpG-Motiv enthalten, zu untersuchen, haben wir zwei Oligonukleotide ausgewählt. Oligo 1 das ein CpG-Motiv enthält und Oligo 2 das zwei CpG-Motive enthält. Beide Oligos wurden früher untersucht und es wurde gezeigt, dass sie immunstimulatorisch sind. Um die immunstimulatorische Aktivität der Oligonukleotide in der vorliegenden Studie zu bewerten, haben wir einen Proliferationsassay von Milz-Zellen der Maus verwendet.
  • TABELLE 1 OLIGODESOXYNUKLEOTID-PHOSPHOROTHIOATE UND STELLE DER MODIFIKATION:
    Figure 00110001
  • Milz-Lymphozyten der Maus wurden mit den Oligonukleotiden bei Konzentrationen von 0,1, l und 10 μg/ml kultiviert. Oligo 1 induzierte eine dosisabhängige Wirkung auf die Zellproliferation. Bei 0,1 μg/ml betrug der Proliferationsindex 2,87 (1). Eine Substitution von 5'-flankierenden GA-Desoxynukleosiden des CpG-Motivs von Oligo 1 mit 2'-OMe, (Oligo 2) ergab eine vollständige Suppression der Zellproliferation bei allen verwendeten Konzentrationen (1). Bei 0,1 μg/ml war der Proliferationsindex ähnlich dem für das Medium alleine. Eine Substitution der 3'-flankierenden TT-Desoxynukleosiden des CpG-Motivs von Oligo 1 mit 2'-OMe (Oligo 6) zeigte keine derartige Auswirkung auf die Zellproliferation. Der Proliferationsindex mit Oligo 6 betrug 2,07 (1). Um weiter zu verstehen, ob eine Substitution von zwei Desoxyribonukleosiden in der 5'-flankierenden Region mit 2'-OMe in Entfernung zum CpG-Motiv eine Auswirkung auf die induzierte Zellproliferation haben könnte, haben wir Oligos 3, 4 und 5 synthetisiert (Tabelle 1). Zwei Desoxynukleoside wurden mit 2'-OMe substituiert, wobei ein, zwei bzw. drei Desoxyribonukleoside zwischen der Substitutionsstelle und dem CpG-Motiv gelassen wurden. Der Proliferationsindex von Oligo 3, 4 und 5 betrug 3,42, 8,44, bzw. 10,38, was einen Anstieg von 29,297 bzw. 400% im Vergleich zu Oligo 1 entspricht (1). Eine Substitution der verbleibenden Desoxynukleoside weiter zum 5'-Ende als in Oligo 5, zeigte keinen weiteren Anstieg beim Proliferationsindex (Daten nicht gezeigt).
  • Ähnliche Substitutionen wurden in Oligo 1 in der 3'-flankierenden Region zum CpG-Motiv durchgeführt. Oligo 7, 8, 9, 10 und 11 wurden synthetisiert, in denen zwei Desoxynukleoside mit 2-OMe substituiert wurden, wobei eins, zwei, drei, vier bzw. fünf Desoxynukleoside zwischen dem CpG-Motiv und der 2-OMe Substitution gelassen wurden. Der Proliferationsindex von Oligo 7, 8 , 9, 10 und 11 betrug 3,63, 7,22, 7,01, 8,85 bzw. 9,24. Im Vergleich zu Oligo 1 hatte die Zunahme beim Proliferationsindex für Oligo 7, 8, 9, 10 und 11 einen Wert von 39, 231, 221, 317 bzw. 338%.
  • Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass eine Substitution von zwei Desoxynukleotiden entweder am 5'-Ende oder am 3'-Ende des CpG-Motivs (z.B. Oligo 5 oder 9) die immunstimulatorische Aktivität erhöht. Ist es möglich, dass eine Substitution, die in Oligo 5 oder 9 gemacht wurde, weitere Wirkungen bezüglich einer Zunahme der immunstimulatorischen Aktivität hat? Wir synthetisierten Oligo 12, das zwei Desoxynukleoside hatte welche mit 2-OMe sowohl am 3'-Ende als auch am 5'-Ende substituiert waren. Oligo 12 zeigte keinen weiteren Anstieg beim Proliferationsindex im Vergleich zu Oligo 5, jedoch hatte es einen höheren Proliferationsindex im Vergleich zu Oligo 9.
  • Um festzustellen, ob die oben genannten Beobachtungen, die bei der Verwendung von Oligos 3 bis 5 und Oligos 7 bis 11 gewonnen wurden, sequenzspezifisch oder allgemein gültig sind, haben wir dieselben Modifikationen an Oligo 15 durchgeführ, welches zwei CpG-Motive enthält.
  • Oligo 15 hatte einen Proliferationsindex von 5,83 bei einer Konzentration von 0,1 g/ml. Eine Substitution von zwei Desoxynukleosiden an den 5'-Enden der einzelnen CpG-Motive lässt zwei Desoxynukleoside zwischen dem CpG-Motiv und der Substitution mit 2'-OMe, wobei Oligo 16 und 17 einen Proliferationsindex von 7,34 bzw. 7,13 aufwiesen, was einem Anstieg von 20% im Vergleich zu Oligo 15 entspricht. Eine Substitution von zwei Desoxynukleosiden in der 5'-flankierenden Region von beiden CpG-Motiven (Oligo 18) ergab einen höheren Proliferationsindex von 10,62, was einem Anstieg von ungefähr 50% im Vergleich zu Oligo 15 entspricht.
  • BEISPIEL 2
  • WIRKUNG DER NUKLEASESTABILITÄT AUF DIE IMMUNSTIMULATORISCHE AKTIVITÄT
  • Neben einer stellenspezifischen Substitution fragten wir auch, ob eine erhöhte metabolische Stabilität eines CpG-Motiv-enthaltenden PS-Oligos eine erhöhte Zellproliferation bewirkt und ob diese mit 5'-Substitutionen kombiniert werden kann, um die Aktivität der Zellproliferation weiter zu erhöhen. Oligo 13 wurde synthetisiert, beidem vier kontinuierliche Desoxyribonukleoside an dem 3'-Ende von Oligo 1 mit 2'-OMe substituiert wurde, was einen signifikanten Anstieg an Stabilität gegenüber Nukleasen bewirkt. Oligo 13 hatte einen Proliferationsindex von 11,92, was einem Anstieg von 480% im Vergleich zu Oligo 1 entspricht (1). Eine weitere Modifikation von Oligo 13 durch Substitution von zwei Desoxynukleosiden an dem 5'-Ende (Oligo 14), ergab keinen weiteren Anstieg beim Proliferationsindex.
  • Nach der Feststellung dass die oben genannten Substitutionen in den PS-Oligos, deren immunstimulatorische Aktivität auf der Basis eines Zellkulturassays modulieren, verabreichten wir die in Tabelle 1 aufgeführten Oligonukleotide intraperitoneal an Mäusen und haben die Milzgewichte gemessen, um nachzuweisen, ob die Substitutionen dieselbe Wirkung in vivo besitzen. Eine Verabreichung von Oligo 1 verursachte einen ungefähr 50%igen Anstieg bei dem Milzgewicht (2). Oligo 2, das keine immunstimulatorische Aktivität in dem Zellkulturassay zeigte, zeigte keinen Anstieg bei den Milzgewichten (2). Eine Substitution von zwei Desoxynukleotiden entfernt zum CpG-Motiv in Richtung 5'-Ende, zeigte bei Oligo 3, 4 und 5 einen progressiven Zuwachs bei den Milzgewichten, welche 67, 95 bzw. 157%, im Vergleich zu den Mäusen die mit Oligo 1 behandelt worden waren (2) betrugen, was einen Anstieg in deren immunstimulatorischen Aktivität bestätigt. Substitutionen von zwei Desoxynukleosiden mit 2'-OMe zum 3'-Ende des CpG-Motivs wies im Allgemeinen einen weniger signifikanten Anstieg beim Milzgewicht auf. Lediglich Oligo 6 und 11 verursachten einen Anstieg beim Milzgewicht um 97 und 95% im Vergleich zu Oligo 1. Oligo 12, welches Substitutionen, die sowohl an dem 3'- Ende als auch an dem 5'-Ende gemacht wurden, zeigte einen Anstieg beim Milzgewicht um 95% im Vergleich zu Oligo 1 (2).
  • Oligos 15, 16, 17 und 18, die alle jeweils zwei CpG-Motive enthalten, zeigten einen Anstieg beim Milzgewicht nach Verabreichung einer Dosis mit 5 mg/kg. Oligo 15 verursachte eine Zunahme beim Milzgewicht um 175% im Vergleich zu unbehandelten Mäusen. Oligo 16, bei dem zwei der CpG-Motive des 5'-Endes mit 2-OMe substituiert waren, verursachte eine Zunahme beim Milzgewicht um 93% im Vergleich zu Oligo 15 (2). Oligo 17, welches zwei Substitutionen am 5'-Ende von einem CpG hat (aber am 3'-Ende des anderen CpG-Motivs), zeigte keine weitere Zunahme beim Milzgewicht. Eine Substitution am 5'-Ende beider CpG-Motive ergab keine weitere Zunahme beim Milzgewicht im Vergleich zu Oligo 16, jedoch hatten sie lediglich eine Zunahme von ungefähr 60% gegenüber dem Oligo 15 (2).
  • Oligo 13, das metabolisch stabil ist im Vergleich zu Oligo 1, zeigte eine Zunahme beim Milzgewicht um 114% im Vergleich zu Oligo 1 und stimmte mit den Zellproliferationsdaten überein. Ähnliche Ergebnisse wurden mit Oligo 14 gewonnen, welches eine erhöhte metabolische Stabilität aufwies und an dem 5'-Ende des CpG-Motivs substituiert war (2).

Claims (4)

  1. CpG enthaltendes Oligonukleotid mit verstärkten immunstimulatorischen Wirkungen, wobei das Oligonukleotid ein 2'-substituiertes Nukleosid an einer Position umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus zweites Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, 3tes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, 4tes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, 5tes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, 6tes Nukleosid 5' zu dem CpG-Dinukleotid, 1tes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, 2tes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, 3tes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, 4tes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid, 5tes Nukleosid 3' zu der CpG-Dinukleotid, 6tes Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid und Kombinationen davon, oder vier kontinulierliche Nukleoside an dem 7tem bis 10tem Nukleosid 3' zu dem CpG-Dinukleotid.
  2. Oligonukleotid nach Anspruch 1, wobei das Oligonukleotid eine Länge von ungefähr 6 bis ungefähr 50 Nukleotiden hat.
  3. Oligonukleotid nach Anspruch 1, wobei das Oligonukleotid weiter modifizierte Internukleotid-Verknüpfungen, modifizierte Basen oder modifizierte Zucker umfasst.
  4. Zusammensetzung zur pharmazeutischen Verwendung, umfassend ein CpG enthaltendes Oligonukleotid nach einem der Ansprüche 1–3.
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