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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Peptide, die für
die Verwendung in einer Impfung gegen AIDS geeignet sind.
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Das menschliche Immunschwächevirus
(HIV) ist für
die Krankheit verantwortlich, die als erworbenes Immundefizienzsyndrom
(AIDS) bekannt wurde. Obwohl sie zuerst 1981 erkannt wurde, wurde
bislang kein Heilmittel gegen diese zwangsläufig tödliche Erkrankung gefunden.
HIV wird über
eine Vielzahl von Wegen wie sexuellen Kontakt, infiziertes Blut
oder Blutprodukte und perinatal verbreitet. Aufgrund der Komplexität der HIV-Infektion
und der geringen Zahl wirksamer Therapien wird die Ausrottung von
AIDS sehr wahrscheinlich eher durch die Verhinderung von Neuinfektionen
als durch die Heilung bereits infizierter Personen geschehen. Zu
diesem Zweck wurde sehr viel Mühe
für die
Entwicklung von Methoden aufgewendet, eine Infektion zu entdecken
und zu verhindern. Es wurden diagnostische Verfahren zur Identifikation
von infizierten Personen, infiziertem Blut und anderen biologischen
Produkten entwickelt.
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Wie die meisten Viren ruft HIV oft
die Herstellung neutralisierender Antikörper hervor, jedoch sind im Gegensatz
zu vielen anderen Viren oder anderen infektiösen Agenzien, bei denen die
Infektion zu einem Immunschutz führt,
HIV-spezifische Antikörper
nicht in der Lage, das Fortschreiten der Krankheit aufzuhalten. Deshalb
könnte
sich im Fall von HIV ein Impfstoff, der die Immunität gegen
eine natürliche
Infektion hervorruft, als unwirksam erweisen. In der Tat scheinen
Impfstoffe, die aus dem HIV-Protein gp 160 hergestellt wurden, eine
geringe Immunität
gegen eine HIV-Infektion zu liefern, obwohl sie neutralisierende Antikörper hervorrufen. Das
Scheitern, einen wirksamen anti-HIV-Impfstoff herzustellen, hat
zu der Behauptung geführt,
dass eine wirksame Vakzine nicht bis zum Ende der 1990er Jahre verfügbar sein
wird.
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Das HIV-Genom ist gut beschrieben
worden. Seine annähernd
10 kb codieren Sequenzen, die sowohl regulatorische Abschnitte für die HIV-Replikation
als auch die gag-, pol-, und env-Gene
enthalten, die die Kernproteine, die reverse Transkriptase-Protease-Endonuclease
und die inneren beziehungsweise die äußeren Hüllglycoproteine codieren.
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Das HIV-env-Gen codiert das intrazelluläre Glycoprotein
gp160, das normalerweise durch proteolytische Spaltung prozessiert
wird, um gp120, das äußere virale
Glykoprotein, und gp41, das virale Transmembranglykoprotein, zu
bilden. Das gp120 bleibt mit den HIV-Virionen auf Grund von nicht kovalenten
Wechselwirkungen mit gp41 verbunden. Diese nicht kovalenten Wechselwirkungen
sind schwach, folglich wird der größte Teil von gp 120 von den
Zellen und den Virionen in einer löslichen Form freigesetzt.
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Frühere Studien haben gezeigt,
dass die von den gag-und insbesondere von den env-Regionen des HIV-1-Genoms
codierten Proteine immunogen sind, da in den Seren von HIV infizierten,
AIDS- und ARC- („AIDS
verwandter Zustand") Patienten Antikörper gegen die Produkte der
gag-und env-Gene gefunden wurden.
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Es wurde früher gezeigt, dass einige Antikörper, die
aus Seren von AIDS- und ARC-Patienten und von mit dem Virus infizierten,
asymptomatischen Personen erhalten wurden, spezifisch für gp120
und gp160 sind. Gelegentlich sind diese Antikörper neutralisierend. Die Hüllglycoproteine
sind das HIV-1-Antigen, das meist durchweg durch die Antikörper in
AIDS- und ARC-Patientenseren erkannt wird. Allan et al., „Major
Glycoprotein Antigens that Induce Antibodies in AIDS Patients are
Encoded by HTLV-III", Science, 228: 1091–1094 (1985); und Barin et
al., „Virus
Envelope Protein of HTLV-III Represents Major Target Antigen for
Antibodies in AIDS Patients", Science, 228: 1094–1096 (1985). Außerdem erkennen
die Antikörper
in Patientenseren auch Epitope der viralen Kernproteine, die von
dem gag-Gen codiert werden.
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Immunologisch wichtige HIV-1 Antigene
für eine
Verwendung für
die Diagnose und als mögliche
Vakzinzusammensetzungen wurden durch das Clonieren von Teilen des
HIV-1 Genoms in verschiedene Expressionssysteme wie Bakterien, Hefe
oder Vaccinia hergestellt. Cabradilla et al., „Seradiagnosis of Antibodies
to the Human AIDS Retrovirus With a Bacterially Synthesized env
Polypeptide", Biotechnology, 4: 128–133 (1986); und Chang et al., „Detection
of Antibodies to Human T-Cell Lymphotropic Virus-III (HTLV-III)
With an Immunoassay Employing a Recombinant Escherichia coli – Derived
Viral Antigenic Peptide", Biotechnology, 3: 905–909 (1985). Durch rekombinante
DNA-Verfahren hergestellte HIV-1-Antigene müssen jedoch noch mühsam gereinigt
werden, um nachteilige Reaktionen auf die Impfung und falsch positive
Reaktionen in ELISA-Tests zu vermeiden, die auf eine Antikörperreaktivität gegen
Antigene des Expressionssystems, die die HIV-1-Antigenpräparation verunreinigen können, zurückzuführen sind.
Außerdem
kann die Denaturierung der HIV-1-Antigene während der Reinigung wichtige
Antigenaktivität
zerstören.
Die Präparation
von Proteinen aus intakten Viren kann ebenfalls eine Verunreinigung
durch intaktes Virus zur Folge haben.
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Mehrere Veröffentlichungen haben Daten
vorgelegt, die eine immunologische Reaktivität von ausgewählten, den
antigenen Proteinen von HIV-1 entsprechenden synthetischen Peptiden
zeigen. In eine Studie wurde ein Peptid synthetisiert, das die Aminosäuresequenz Tyr-Asp-Arg-Pro-Glu-Gly-Tle-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Glu-Arg-Asp-Arg-Asp-Arg-Ser-Gly-Cys
besitzt, was den Aminosäureresten
735–752
von HIV-1 entspricht. Kennedy et al., „Antiserum to a Synthetic
Peptide Recognizes the HTLV-III Envelope Glycoprotein", Science,
231: 1556– 1559
(1986). Dieses Peptid, das von einem Teil von gp41 stammt, wurde
für die
Immunisierung von Kaninchen in einem Versuch verwendet, eine neutralisierende
Antikörperantwort
gegen HIV-1 hervorzurufen. Außerdem
reagierten mehrere Seren von AIDS-Patienten, für die bekannt war, das sie
anti-gp41 Antikörper
enthielten, schwach mit diesem. Peptid und wiesen folglich darauf
hin, dass dieses Peptid mindestens ein Epitop enthält, das
bis zu einem gewissen Grad von gegen natives gp160/gp41 gerichteten
Antikörpern
erkannt wird.
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Jedoch konnte für dieses Peptid weder gezeigt
werden, dass es in Säugern,
außer
in Kaninchen neutralisierende Antikörper hervorruft, noch wurde
es für
die Verwendung als Impfstoff für
den Menschen empfohlen.
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Peptide vom HIV-1-gp120-Protein werden
in den folgenden Dokumenten weiter offenbart:
WO-A-87 07616
offenbart ein Peptid mit den Aminosäurekoordinaten 142–159.
WO-A-89
10416 offenbart ein Peptid mit den Aminosäurekoordinaten 151–174.
CHEMICAL
ABSTRACTS, Bd. 112. Nr. 23, 4. Juni 1990, (Columbus Ohio, US),
NEURATH,
A. R. ET AL.: „B
cell epitope mapping of human immunodeficiency virus envelope glycoproteins with
long (19- bis 36-residues) synthetic peptides", vgl. Seite 454,
Auszug 214787s, & J.
Gen. Virol. 1990, 71 (1), 85–95
offenbaren Peptide mit den Aminosäurekoordinaten 158–181, 213–239 und
248–275.
EP-A-0
330 359 offenbart Peptide mit den Aminosäurekoordinaten 183–202, 226–281 und
228–246.
WO-A-86
02383 offenbart Peptide mit den Aminosäurekoordinaten 155–170 und
245–259.
JOURNAL OF ACQUIRED IMMUNE DEFICIENCY SYNDROMES, Bd. 2, 1989, Seiten
21 bis 27;
S. MODROW ET AL.: „Use of Synthetic Oligopeptides
in Identification and Characterization of Immunological Functions
in the Amino acid Sequence of the Envelope Protein of HIV-1" offenbart
Peptide mit den Aminosäurekoordinaten
162–174,
186–212,
205–217
und 246–259.
Ed. Dani Bolognesi, HUMAN RETROVIRUSES, CANCER AND AIDS: Seiten
269–281,
J. S. MC DOUGAL ET AL.: „HIV
binding to the CD4 molecule: conformation dependence and binding
inhibition studies" offenbaren Peptide mit den Aminosäurekoordinaten 141–156, 204– 216, 218–227 und
246–260.
TIBITECH,
Bd. 8, 1990, Seiten 40 bis 45;
D. P. BOLOGNESI: „Approaches
to HIV vaccine design", und AIDS, Bd. 3, 1989, Seiten 111 bis 118;
D.
P. BOLOGNESI: „HIV
antibodies and vaccine design" offenbart ein Peptid mit den Aminosäurekoordinaten 248–268.
SCIENCE,
Bd. 239, Februar 1988, Seiten 1021 bis 1023;
D. D. HO ET AL.: „Second
Conserved Domain of gp 120 Is Important for HIV Infectivity and
Antibody Neutralization, und
WO-A-89 05820 offenbaren Peptide
mit den Aminosäurekoordinaten
235–253
und 246–266.
US-A-4
943 628 offenbart ein Peptid mit den Aminosäurekoordinaten 248–262.
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Die Zwischendokumente WO-A-91 15512,
EP-A-0 459 779 und WO-A-91 04045 offenbaren ebenfalls Peptide von
dem HIV-1-gp120-Protein, greifen jedoch der Neuheit der Peptide
gemäß vorliegender
Erfindung nicht vor.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß vorliegender Erfindung werden
neue Peptide, die Epitopen des gp120-Proteins von HIV-1 entsprechen,
bereitgestellt. Diese Peptide können
allein oder in Kombination, ungekoppelt oder gekoppelt an andere
Moleküle
oder Substrate verwendet werden. Die Peptide, sind für eine Immunisierung
gegen eine HIV-Infektion, für
die Induktion einer stärkeren
Immunantwort gegen HIV und für
die Herstellung von polyclonalen und monoclonalen Antikörpern nützlich.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
Peptide bereit, für
die, gefunden wurde, dass sie eine Produktion von HIV neutralisierenden
Antikörpern
durch Primaten hervorrufen. Die vorliegende Erfindung stellt außerden eine Impfstoffzusammensetzung
bereit, die diese Peptide enthält.
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Die Peptide entsprechen Regionen
des gp120-Proteins mit den von Kennedy et al.: „Antiserum to a Synthetic
Pepide Recognizes the HTLV-III Envelope Glycoprotein", Science,
231: 1556–1559
(1986) definierten Koordinaten. Die Peptide der vorliegenden Erfindung
werden als gp120-15 (Aminosäurekoordinaten 200–225), und
gp120-16 (Aminosäurekoordinaten
213–237)
bezeichnet. Die Peptide gp120-12 (Aminosäurekoordinaten 159– 183) und
gp120-19 (Aminosäurekoordinaten
255–276)
sind in der weiteren Beschreibung nur als Vergleich mit den Peptiden
gp120-15 und gp120-16 der vorliegenden Erfindung vorhanden. Obwohl das
Peptid gp120-19 einem Peptid ähnelt,
das bereits beschrieben wurde (Ho et al., Science, 239: 1021–1023 (1988),
wurde nun gefunden, dass gp120-19 in Primaten neutralisierende Antikörper hervorruft.
Die Peptide der vorliegenden Erfindung können als Immunogene in einer
impfstoffzusammensetzung und zum Auslösen der Produktion von polyclonalen
oder monoclonalen Antikörpern
verwendet werden; besonders wichtig sind HIV neutralisierende Antikörper.
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Proteine enthalten eine Anzahl an
antigenen Determinanten oder Epitopen, die die Proteinregionen darstellen,
die die Erkennungs- und Bindungsstellen für spezifische Antikörper beinhalten.
Im Allgemeinen enthalten Proteine 5 bis 10 Epitope, von denen jedes
aus einer Sequenz von 6 bis 8 Aminosäuren besteht. Epitope können entweder
kontinuierlich sein, wobei die 6 bis 8 Aminosäuren in einer linearen Abfolge
vorliegen, oder diskontinuierlich, wobei die das Epitop bildenden
Aminosäuren
durch die dreidimensionale Faltung des Proteins zusammengebracht
werden. Wenn auch ein Epitop aus nur relativ wenigen Aminosäuren besteht, kann
seine Reaktivität
mit einem Antikörper
durch die das Epitop umgebenden Aminosäuren in dem Protein beeinflußt werden.
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Studien, die beabsichtigen, antigene
Stellen oder Epitope von Proteinen zu kartieren, wurden durch die
Verwendung von synthetischen Peptiden, die verschiedenen Bereichen
der Proteine von Interesse entsprechen, unterstützt. Lerner et al., in, The
Biology of Immunological Disease: A Hospital Practice Book, (Dixon und
Fisher, Hrsg.), S. 331–338
(1983); und Lerner, Adv. Immunol., 36 : 1 (1984). Zusätzlich zu
ihrer Nützlichkeit für Epitopkartierungsstudien
haben synthetische Peptide, wenn sie die antigenen Hauptdeterminaten
eines Proteins umfassen, Potentiale als Impfstoffe und diagnostische
Reagentien. Van Regenmortel., Ann. Inst. Pasteur/Virol. 137E: 497–528 (1986);
und Van Regenmortel, Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology,
Buroden und Van Knippenburg Hrsg. Bd. 19, Synthetic Peptides as
Antigens, Elsevier ISBN 0-444-80974-0 (1988).
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Synthetische Peptide haben mehrere
Vorteile im Hinblick auf eine spezifische Antikörperproduktion und Reaktivität. Die genaue
Sequenz der synthetisierten Peptide kann aus der Aminosäuresequenz
des Proteins, die durch Aminosäuresequenzierung
des Proteins bestimmt wurde, oder aus der vorausgesagten Aminosäuresequenz
durch Sequenzbestimmung der. das Protein codierenden DNA ausgewählt werden.
Die Verwendung spezifischer synthetischer Peptide beseitigt die
Notwendigkeit, das Protein in seiner Gesamtlänge für die Impfung und bei , der
Antikörperherstellung
oder der Untersuchung auf . Antikörper einzusetzen. Außerdem erlaubt
es die synthetische Peptidfestphasentechnik von Merrifield und Mitarbeitern,
im Wesentlichen unbegrenzte Mengen an interessierenden, synthetischen
Peptiden auf chemischem Wege herzustellen. Erickson und Merrifield
in The Proteins, 3. Ausg., Bd. 2, Academic Press, New York, Kapitel
3 (1976). Die Verfügbarkeit
automatisierter Peptidsynthegeräte
hat solche Techniken weiter verbessert.
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Obwohl eine Vielzahl von Kriterien
verwendet werden kann, um die antigenen Bereiche von Proteinen vorauszusagen,
mögen die
diesen Bereichen entsprechenden Peptide als Impfstoffe nicht immer
nützlich
sein. Es kann zum Beispiel die Antigenität verloren gegeangen sein,
weil das Peptid nicht in der richtigen räumlichen Orientierung vorliegt,
um von Antikörpern
erkannt zu werden, die mit dem Protein reagieren. Es wurde auch gefunden,
dass bestimmte Peptide, die von Retroviren vom C-Typ und HIV stammen,
so wie . HIV selbst als immunsuppressive Agentien wirken. Cianciolo
et al., J. Immunol., 124: 2900–2905
(1980); und Cianciolo et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 230: 453–455 (1985).
Peptide wie diese, die auf den Patienten einen gegenteiligen Effekt
haben, wären
für die
Verwendung als Impfstoffe ungeeignet.
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Wie es besonders bei HIV-1 und HIV-2
offensichtlich ist, gibt es darüberhinaus
eine signifikante genetische Variabilität innerhalb jeder dieser zwei
Virusgruppen, die zu vielen Virusserotypen oder Virusisolaten führt. Dies
hat einen bedeutenden Zwang ausgeübt, einen Bereich eines Proteins
auszuwählen,
um ein Peptid für
die Formulierung von Immunogenen abzuleiten. Dennoch wurden bestimmte
immundominante Teile von HIV-1- und HIV-2-Proteinen als verhältnismäßig invariant befunden. Synthetische
Peptide können
auch der Schlüssel
zu viralen Impfstoffen sein, dadurch dass sie eine Immunantwort
gegen gemeinsame Sequenzen, die im ursprünglichen Molekül normalerweise
nicht immunogen sind, induzieren können. Diese sonst stillen Epitope
können
von breiter schützender
Spezifität
sein. Stevard et al., Immunol. Today, 8: 51–58 (1987). Es wurden mehrere
experimentelle Impfstoffe formuliert, mit dem Ziel, eine Infektion
bei den Menschen zu verhindern, die wahrscheinlich dem Virus ausgesetzt
sind. Berman et al., „Protection
of Chimpanzees from Infection by HIV-1 After Vaccination With Recombinant
Glycoprotein gp120 but not gp160", Nature, 345: 622–625 (1990).
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Synthetische Peptide, die Bereichen
immunologisch wichtiger Proteine von HIV entsprechen, haben nun
eine direkte Verwendung in diagnostischen Verfahren zur HIV-Detektion,
als mögliche
HIV-Impfstoffe und in der Herstellung von polyclonalen und monoclonalen
Antikörpern
gefunden.
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Eine Anzahl neutralisierender Epitope
von gp120 wurde von mehreren Forschern gefunden und definiert; für eine Übersicht,
vgl. Bolognesi, AIDS, 3 (Ergänzungsband
1): S111–S118
(1989). In seiner Übersicht bezieht
sich Bolognesi auf vier verschiedene Virus neutralisierende Epitope
mit den folgenden Aminosäurekoordinaten:
254–274,
303–337,
458– 484
und 491–523.
Das Peptid mit den Aminosäurekoordinaten
254–274 wurde
zur Immunisierung von Kaninchen verwendet, und das resultierende
Antiserum wurde als HIV-1 neutralisierend, wie vorstehend beschrieben,
befunden.
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Die Peptide, die von der Erfindung
eingeschlossen werden, beinhalten Aminosäuresequenzen, von denen jede
mindestens ein kontinuierliches (lineares) Epitop enthält, das
die Produktion von HIV spezifischen Antikörpern im immunisierten Wirt
hervorruft.
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Somit umfasst die Erfindung immunogene
Peptide, die den beanspruchten Bereichen des HIV-Proteins gp120
entsprechen, das durch das Hüllgen
von HIV-1-HTLV III-B, wie von Muesing et al., in „Nucleic
Acid Structure and Expression of the Human AIDS/Lymphadenopathy
Retrovirus", Nature, 313: 450–458
(1985) beschrieben, codiert wird. Die Nucleotidsequenz wird in Genbank
Release 63 unter der Bezeichnung HIVPV22 wiedergegeben.
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Die Peptide wurden durch bekannte
Techniken der Festphasenpeptidsynthese hergestellt. Merrifield und
Barany, The Peptides: Analysis, Synthesis, Biology, Bd. 1, Gross
und Meinenhofer, Hrsg., Academic Press, New York, Kap. 1 (1980).
Die Synthese ermöglicht
es außerdem,
eine oder mehrere Aminosäuren,
die nicht der Originalproteinsequenz entsprechen, dem Amino- oder
dem Carboxylende des Peptids zuzufügen. Solche zusätzlichen
Aminosäuren
sind nützlich,
um die Peptide an ein anderes Peptid, an ein großes Trägerprotein oder an einen festen
Träger
zu koppeln. Aminosäuren,
die für
diese Zwecke nützlich
sind, schließen Tyrosin,
Lysin, Glutaminsäure,
Asparaginsäure,
Cystein und Abkömmlinge
davon ein, sind jedoch nicht auf diese. beschränkt. Es können zusätzliche Proteinmodifikationstechniken
verwendet werden, z. B., NH2-Acetylierung
oder COOH-Endamidierung,
um zusätzliche
Wege zur Verfügung
zu stellen, die Peptide an ein anderes Protein oder ein Peptidmolekül oder an
einen Träger
zu koppeln.: Verfahren, Peptide aneinander, an Trägerproteine
oder feste Stützen
zu koppeln, sind auf dem Fachgebiet gut bekannt. Peptide, die die
obenstehend erwähnten
zusätzlichen
Aminosäurereste
enthalten, entweder am Carboxyende oder am Aminoende, angekoppelt
oder gekoppelt an einen Träger
oder feste Stützen,
befinden sich folglich im Rahmen der Erfindung.
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Die Bezugnahme auf die Peptide der
vorliegenden Erfindung, umfasst alle Ausführungsformen, die hierin erörtert werden.
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Ein alternatives Verfahren zur Impfstoffherstellung
ist die Verwendung von molekularbiologischen Techniken, um ein Fusionsprotein
herzustellen, das eines oder mehrere der Peptide der vorliegenden
Erfindung und ein hoch immunogenes Protein enthält. Es wurde z. B. für Fusionsproteine,
die das interessierende Antigen und die B-Untereinheit des Choleratoxins
enthalten, gezeigt, dass sie eine Immunantwort auf das interessierende
Antigen herbeiführen.
Sanchez et al., „Recombinant
System For Overexpression of Cholera Toxin B Subunit In Vibrio cholerae
as a Basis for Vaccine Development", Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
86: 481–485 (1989).
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Die neuen Peptidsequenzen werden
nachstehend bekanntgemacht. Die Aminosäurereste wurden von der früher von
Muesing et al., in „Nucleic
Acid Structure and Expression of the Human AIDS/Lymphadenopathy Retrovirus",
Nature , 313: 450–458
(1985) beschriebenen Nucleotidsequenz abgeleitet. Es wird bevorzugt, dass
die Peptide eher eine Amidogruppe an ihrem Carboxyterminus besitzen
als eine Carboxylgruppe. Das Carboxyende kann außerdem sowohl eine Carboxylgruppe
sein als auch eine Einheit, die nachstehend beschrieben ist.
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wobei X entweder ein Wasserstoffatom
der aminoterminalen NH2-Gruppe des Peptids
oder eine zusätzliche
Aminosäure
ist, die ausgewählt
wurde, um das Koppeln des Peptids an einen Träger zu erleichtern; Y abwesend
ist Cys; und Z die Carboxylgruppe der carboxyterminalen Aminosäure oder
eine Amidogruppe ist. Die verwendeten Aminosäureabkürzungen sind in Tabelle 2 definiert.
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Die Peptide sind als Impfstoffe nützlich,
um gegen eine künftige
HIV-Infektion zu schützen
oder um die Immunantwort gegen HIV in bereits mit HIV infizierten
Patienten zu verstärken.
Obwohl jedes menschliche Individuum mit den Peptiden geimpft werden
könnte,
sind die geeignetsten Personen Menschen mit dem Risiko einer HIV-Infektion.
Solche Personen schließen
Homosexuelle, Prostituierte, die Konsumenten intravenöser Drogen
und diejenigen ein, die in ihren medizinischen Berufen Kontakt mit
Patienten oder mit biologischen Proben haben, beschränken sich
aber nicht auf diese. Die Erfindung stellt außerdem monoclonale und polyclonale Antikörper bereit,
die die Peptide spezifisch erkennen. Die Erfindung stellt außerdem Antikörper, die
HIV neutralisieren, bereit.
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In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, werden die Peptide in Zusammensetzungen
für die
Verwendung als Immunogene formuliert. Diese Immunogene können in
Säugern,
einschließlich
Menschen als Impfstoffe verwendet werden, oder in Tieren, um die
Produktion polyclonaler oder monoclonaler Antikörper hervorzurufen. Zur Formulierung
solcher Zusammensetzungen wird eine immunogen wirksame Menge mindestens
eines der Peptide einem physiologisch verträglichen Träger beigemischt, der für die Verabreichung
an Säugern
einschließlich
des Menschen geeignet ist. Die Peptide können kovalent aneinander, an
andere Peptide, an einen Proteinträger oder an andere Träger, eingebaut
in Liposome oder in andere solche Bläschen und/oder gemischt mit
einem Adjuvans oder Absorbens gebunden sein, wie es auf dem Impfstofffachgebiet
bekannt ist. Das Peptid oder die Peptide können beispielsweise mit immunstimulierenden
Komplexen, wie von Takahashi et al., in „Induction of CD8+ Cytotoxic
T Cells by Immunization With Purified HIV-1 Envelope Protein and
ISCOMS", Nature, 344: 873–875
(1990) beschrieben, gemischt werden. Alternativ werden. die Peptide
ungekoppelt und lediglich mit einem physiologisch verträglichen
Träger
wie normale Kochsalzlösung
oder eine Pufferverbindung gemischt, der für die Verabreichung an Säugern einschließlich des Menschen
geeignet ist.
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Wie bei allen immunogenen, Antikörper hervorrufenden
Zusammensetzungen muss die immunologisch wirksame Menge der Peptide
der Erfindung empirisch bestimmt werden. Faktoren, die berücksichtigt werden
müssen,
schließen
die Immunogenität
des nativen Peptids, ob das Peptid komplexiert ist mit oder kovalent
an ein Adjuvans oder ein Trägerprotein
oder einen anderen Träger
gebunden ist und den Weg der Verabreichung der Zusammensetzung,
z. B. intravenös,
intramuskulär,
subkutan, etc. und die Anzahl der immunisierenden Dosen, die verabreicht
werden sollen, ein. Solche Faktoren sind auf dem Impfstofffachgebiet
bekannt, und es liegt ganz in der Fachkenntnis der Immunologen,
solche Bestimmungen ohne unangebrachtes Experimentieren durchzuführen.
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Die Erfindung wird außerdem durch
die folgenden spezifischen Beispiele veranschaulicht, die in keiner Weise
beabsichtigen, den Rahmen der Endung zu begrenzen.
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Beispiel 1
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Peptidsynthese
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Ein Peptidsynthesegerät von Applied
Biosystems, Modell 430A wurde für
die Synthese der Peptide der vorliegenden Erfindung verwendet. Für jede Synthese
wurde ein p-Methylbenzylhydrylamin-Festphasenträgerharz
(Peptides International, Louisville, KY) verwendet. Die Peptide
wurden gemäß dem Benutzerhandbuch
für das
Peptidsynthesegerät
Modell430A, Applied Biosystems, 1986 synthetisiert.
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Alle für die Synthese verwendeten
Aminosäuren
enthielten t-Butylcarbonylgruppen (t-Boc), die die α-NH2-Gruppe schützen und von der Novabiochem
AG, Schweiz bezogen wurden. Aminosäuren mit reaktiven Seitenkettengruppen
enthielten zusätzliche
Schutzgruppen, um ungewollte und unerwünschte Seitenkettenreaktionen
zu verhindern. Die einzelnen geschützten Aminosäuren, die
verwendet wurden, um alle Peptide zu synthetisieren, werden in Tabelle
1 bekanntgemacht.
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Tabelle 1
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In der Peptidsynthese verwendete
Aminosäuren
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Boc-Ala-OH
Boc-Arg(Tos)-OH
Boc-Asn-OH
Boc-Asp(Obzl)-OH
Boc-Cys(Pmeobzl)-OH
Boc-Glu(Obzl)-OH
Boc-Gln-OH
Boc-Gly-OH
Boc-His-(Tos)-OH
Boc-Ile-OH^1/2H2O
Boc-Leu-OH^H2O
Boc-Lys(2-Cl-Z)-OH(kryst.)
Boc-Met-OH
Boc-Phe-OH
Boc-Pro-OH
Boc-Ser(Bzl)-OH^DCHA
Boc-Thr(Bzl)-OH
Boc-Trp(Formyl)-OH
Boc-Tyr(2-Br-Z)-OH
Boc-Val-OH
Tos:
Tosyl oder p-Toluolsulfonsäure
Obzl
= Benyloxy
Pmeobzl = p-Methylbenzyloxy
2-CL-Z = Carbobenzoxychlorid
2-Br-Z
= Carbobenzoxybromid
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Nach Vollendung einer einzelnen Synthese
werden die Schutzgruppen vom synthetisierten Peptid entfernt und
das Peptid wurde durch Behandlung mit Trifluormethansulfonsäure (TFMSA)
vom festen Trägerharz gemäß dem von
Bergot et al., in „Utility
of Trifluormethane Sulfonic Acid as a Cleavage Reagent in Solid
Phase Peptide Synthesis", Applied Biosystems User Bulletin, Peptide
Synthesizer, Ausgabe Nr. 16, Sept. 2, 1986 beschriebenen Verfahren
abgespalten. Es wurde das folgende detaillierte Protokoll verwendet.
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- 1. Für
1 Gramm Peptidharz wurden 3 ml Thio-Anisol 1,2-Ethan-Dithiol (2
: 1) als Fängeragens
zugegeben, und das Gemisch wurde unter kontinuierlichem Rühren für 10 Min.
bei Raumtemperatur inkubiert.
- 2. 10 ml Trifluoressigsäure
(TFA) wurde zugefügt
und kontinuierlich für
10 Min. bei Raumtemperatur gerührt.
- 3. 1 ml TFMSA wurde tröpfchenweise
unter kräftigem
Rühren
zugefügt
und für
25 Min. bei Raumtemperatur zur Reaktion gebracht.
- 4. Nach der Spaltung wurden die Feptide mit wasserfreiem Ether
präzipitiert
und gewaschen.
- 5. Die präzipitierten
und gewaschenen Peptide wurden in einem kleinen Volumen TFA (etwa
5 ml) gelöst.
- 6. Die gelösten
Peptide wurden erneut wie vorstehend in Schritt 4 präzipitiert
und gewaschen und das Präzipitat
wurde unter einem N2-Strom getrocknet.
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Vor der Verwendung in spezifischen
Versuchen können
die Peptide, wenn gewünscht,
weiter durch Umkehrphasen-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC)
gereinigt werden. Eine besonders geeignete Säule für eine solche Reinigung ist
die Umkehrphasen-Vydak® C-18-Säule unter
Verwendung, eines Wasser (TFA)-Acetonitril (TFA) Gradienten, um
die Peptide zu eluieren. Es wurden vierzig Peptide synthetisiert,
die die in Tabelle 2 gezeigten Aminosäuresequenzen besitzen.
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Beispiel 2
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Zellen und Virus-Stammlösungen
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Alle Neutralisationstests wurden
unter Verwendung von H-9-Zellen und HTLV-111B-Virus (ursprünglich stammend
von R. C. Gallo und bereitgestellt von Dr. William Hall, North Shore
Hospital, Manhasset, New York) durchgeführt. Die H-9-Zellen (bezeichnet
als H9 NY) wurden in RPMI-Medium (Gibco), dem 20% fötales Kälberserum
(FCS), Penicillin/Streptomycin (PEN/STREP je 50 mg/ml und ohne jegliche
Fungizide) zugesetzt wurden, gehalten. Die Zellen wurden alle 4
Tage bei einer Verdünnung
von 1 : 3 subkultiviert. Die Zellen wurden von den Platten geschabt
und durch Zentrifugation bei 325 × g pelletiert. Die pelletierten
Zellen wurden in 1 ml einer vorher 1/10 verdünnten Virus-Stammlösung resuspendiert,
und es wurde eine Adsorption für
60 Min. bei 37°C
bei regelmäßigem Rühren zugelassen.
Nach der Virusadsorption wurden die Zellen erneut zentrifugiert
und in 10 ml RPMI-Medium mit 20% FCS und Polybrene
(2 μg/ml)
resuspendiert (ergibt eine Endkonzentration von 5 × 105 Zellen/ml ) und bei 37°C in 5% CO2 inkubiert.
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Die infizierten Zellen waren an den
Tagen 4–5
nach der Infektion (p. i.) durch Überwachung der Syncytienbildung,
durch Immunfluoreszenz der positiven Zellen und durch die p-24 Produktion
(untersucht durch den Abbott p-24-Antigentest) feststellbar. Die
Spitze der HIV-Produktion
wurde an den Tagen 10–15
p. i. festgestellt; zu dieser Zeit wurde das Virus gewonnen. Nach
Zentrifugation mit geringer Geschwindigkeit, um Trümmer zu
entfernen, wurden die virushaltigen Überstände in Stocklösungen bei –19 °C eingefroren.
Ein Virusstock (als NT3-NT19 bezeichnet) mit einem Enditer von 40.000
50% Gewebekultur infizierenden Dosen (TCID50)
wurde durchweg in den Studien verwendet.
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Beispiel 3
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Präparation
von Peptiden für
die Immunisierung
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Die Peptide gemäß vorliegender Erfindung wurden
kovalent an Ovalbumin Grad V (Sigma, St. Louis, MO, USA) in einem
annäherenden
molaren Verhältnis
(Peptid : Ovalbumin) von 10 : 1 unter der Verwendung von N-Succinimidyl-3-(2-pyridyldithio)propionat
(SPDP), (Pharmacia, Uppsala, Schweden) als bifunktionalem Linker
nach den. Anweisungen des Herstellers (Pharmacia) gekoppelt, d.
h. wie kurz im folgenden beschrieben.
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Ovalbumin wurde in Kopplungspuffer
(0,2 M NaHP2O4,
pH-Wert 8,5) gelöst.
Das gelöste
Ovalbumin lief unter Verwendung, des gleichen Puffers durch eine
Sephadex G-25M-Säule
(Pharmacia, Schweden). Die Proteinkonzentration wurde bei 280 nm
gemessen und die Gewinnung bestimmt. SPDP wurde in 99,5% Ethanol
bis zu einer Endkonzentration von 40 mM gelöst. Dann wurde SPDP tröpfchenweise
zu der Ovalbuminlösung
unter Rühren
zugegeben. Das SPDP-Ovalbumin-Gemisch wurde dann für circa
30 Minuten bei Raumtemperatur belassen. Das Ovalbumin-SPDP-Konjugat
wurde von ungebundenem SPDP durch einen Lauf des Gemisches über eine
Sephadex G-25M-Säule
unter Verwendung von Wasser als Eluenten getrennt. Der Substitutionsgrad
für das
Ovalbumin-SPDP-Konjugat wurde nach Verdünnung von 50 μl Konjugat
in 2 ml Wasser, durch Messung des vedünnten Konjugats bei 280 nm
und des verdünnten
Konjugates plus 100 μl
Dithiothreit (DTT) (Sigma) bei 343 nm bestimmt, um die Menge der
zuzugebenden Peptidlösung
zu bestimmen. Schließlich
wurde das an das Ovalbumin-SPDP-Konjugat zu koppelnde synthetische
Peptid in 10% Essigsäure
bis zu einer Endkonzentration von 1 mg/ml gelöst und eine geeignete Menge
von Ovalbumin-SPDP-Konjugat (wie durch den vorstehenden Subtitutionsgrad
bestimmt) zugegeben und über
Nacht bei Raumtemperatur stehen gelassen.
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Beispiel 4
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Immunisierungsprotokolle
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Um Antikörper zu erzeugen, wurde Maccaca
fascicularis verwendet. Vor der Anfangspeptidinjektion wurde den
Affen eine Blutprobe entnommen. Diese Ausgangsblutprobe wurde als „Präimmun" (Tabellen
3–6) bezeichnet
und wurde als interne Kontrolle verwendet und gleichzeitig mit dem
jeweiligen Immunserum analysiert.
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Den Affen wurden 100 μg in 0,5
ml phosphatgepufferte Kochsalzlösung
(PBS) suspendiertes Peptid-SPDP-Ovalbumin injiziert. Die Affen wurden
dreimal intramuskulär
mit dreiwöchigem
Abstand immunisiert. Als Adjuvans wurden für alle Immunisierungen 0,5
ml komplettes Freundsches Adjuvans verwendet. Zwei Wochen nach der
letzten Immunisierung wurden die Affen zur Ader gelassen, und die
Präimmun-
und Hyperimmunseren wurden Neutalisationstests unterworfen, wie
in Beispiel 5 beschrieben.
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Beispiel 5
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HIV-1 Neutralisationstest
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Seren, die Antikörper enthalten, die die Infektiösität von HTLV
III-B neutralisieren, wurden auf Grund ihrer Fähigkeit nachgewiesen, die Bildung
von HIV-1-Syncytien und die p-24-Antigenprodukt
on zu verhindern und die Anzahl infizierter Zellen, wie sie durch
Immunfluoreszenzmarker bestimmt wurden, u vemindern, verglichen
mit Kontrollinfektionen, denen die peptidspezifischen Antiseren
fehlen. Die in Beispiel 2 beschriebene Virusstammlösung wurde
auf 100 TCID50 verdünnt und mit einer vierfachen
Verdünnungsreihe
(1/5, 1/20 und 1/80) von komplementinaktivierten Immunseren, die
von den wie in Beispiel 4 beschrieben immunisierten Affen erhalten
wurden, gemischt. Als Positivkontrolle wurde ein Meerschweinchen-Hyperimmunserum
(als MSV bezeichnet) mit einem bekannten HIV-Neutralisationstiter
von 1/40 bis 1/60 in alle Experimente eingeschlossen (freundlicherweise
zur Verfügung
gestellt von Prof. B. Morein, Abteilung für veterinäre Virology, BMC, Uppsala, Schweden).
Nach Inkubation für
60 min bei 37°C
oder für
16 Stunden bei 4°C
wurde das Serum-Virus-Gemisch 1 × 106 H-9
Zellen zugefügt
und für
weitere 60 min bei 37°C
inkubiert. Nach der Inkubation wurden die Zellen einmal gewaschen
und in Platten mit mehreren Schalen mit 24 Vertiefungen mit 2 ml
Wachstumsmedium (RPMI, 10% FKS, 2 μg Polybrene/ml) pro Vertiefung
gegeben.
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Die Zellen wurden unter dem Mikroskop
(Vergrößerung × 200) auf
das Vorhandensein von Syncytien an den Tagen 5–12 p. i. untersucht. Überstände von
infizierten Zellen wurden auf das Vorhandensein von p-24-Antigen
gemäß den Anweisungen
des Herstellers (Abbott ag Test HIVAG-1®, Enzyme Immunoassay for the
Detection of Human Immunodeficiency Virus Type I (HIV-1) Antigens)
in Human Serum or Plasma) in zehnfachen Verdünnungsreihen (1/10 bis 1/1000)
am Tag 10 p. i. überprüft. Die
Ergebnisse werden als Absorptionswerte bei 454 nm präsentiert,
wobei höhere
Absorptionswerte eine höhere
Proteinkonzentration und somit HIV-Infektion anzeigen. Die Verdünnungsreihen
der Überstände wurden
so hergestellt, um p-24-Konzentrationen im Bereich, der am genauesten
ist (<2,0 Absorptionseinheiten),
nachzuweisen.
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Die Anzahl infizierter Zellen wurden
am Ende des Experimentes (üblicherweise
am Tag 15 p. i.) durch Acetonfixierung der Zellen auf für Immunfluoreszenz
(IF) geeignete Objektträger
bestimmt. Es wurde ein direkter IF-Test nach dem in Jeansson et
al., „Elimination
of Mycoplasmas from Cell Cultures Utilizing Hyperimmune Sera", Ex.
Cell Res., 161: 181–188
(1985) beschriebenen Standardverfahren verwendet, mit 1/400 verdünnten Hyperimmunseren
von HIV-infizierten Personen und einem 1/100 verdünnten Fluoresceinisothiocyanat
(FITC) markierten anti-Mensch-IgG-Antikörper (Bio-Merieux, Frankreich).
Die Tabellen 3–6
zeigen die Ergebnisse, die von der Durchmusterung der Hyperimmunseren
von mit den Peptiden 1– 40
immunisierten Affen erhalten wurden.
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In den Tabellen 3 (A-D) bis 6 wurde
der p24-Antigen-Gehalt der Überstände durch
ELISA, wie vorstehend beschrieben, untersucht. Die jeweilige Menge
an Antigen-positiven Zellen wird als AG POS-Zellen dargestellt,
wobei die Prozente dargestellt werden durch:
– = 0%,
+ => 0–2%, ++
= 3–10%
und +++ = 11–20%,
wobei die Prozentintervalle die Anzahl Antigen positiver Zellen
anzeigen.
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Tabelle 3A (HIVNT3P1.XLS) stellt
die Ergebnisse dar, die mit Seren erhalten wurden, die von mit den Peptiden
gp120-1 – gp120-10
immunisierten Affen stammten. Die verwendeten Zellen waren H9 NY,
und das verwendete Virus war HTLV-IIIB, Charge 18, wie in Beispiel
2 beschrieben. Das Inkubationsprotokoll (Virus plus Serum) bestand
aus einer einstündigen
Inkubation bei 37°C.
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Tabelle 3B (HIVNT4PI.XLS) stellt
die Ergebnisse dar, die mit Seren erhalten wurden, die von mit den Peptiden
gp120-11 – gp120-20
immunisierten Affen stammten. Die verwendeten Zellen waren H9 NY,
und das verwendete Virus war HTLV-IIIB, Charge 18, wie in Beispiel
2 beschrieben. Das Inkubationsprotokoll (Virus plus Serum) bestand
aus einer einstündigen
Inkubation bei 37°C.
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Tabelle 3C (HIVNT5P1.XLS) stellt
die Ergebnisse dar, die mit Seren erhalten wurden, die von mir den Peptiden
gp120-21 – gp120-30
immunisierten Affen stammten. Die verwendeten Zellen wären H9 NY,
und das verwendete Virus war HTLV-IIIB, Charge 18, wie in Beispiel
2 beschrieben. Das Inkubationsprotokoll, das verwendet wurde (Virus
plus Serum), bestand aus einer einstündigen Inkubation bei 37 °C.
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Tabelle 3D (HIVNT6P1.XLS) stellt
die Ergebnisse dar, die mit Seren erhalten wurden, die von mit den Peptiden
gp120-31 – gp120-40
immunisierten Affen stammten. Die verwendeten Zeilen waren H9 NY,
und das verwendete Virus war HLTV-IIIB, Charge 18, wie in Beispiel
2 beschrieben. Das Inkubationsprotokoll (Virus und Serum) bestand
aus einer einstündigen
Inkubation bei 37 °C.
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Tabelle 4 (HIVTAB4.XLS) zeigt die
Ergebnisse des ersten Wiederholungstest von möglichen neutralisierenden durch
den ersten Tests ermittelten Antikörpern (Tabellen 3A–D). In
jedem Test wurden das Virus HTLV-IIIB, Charge 18 und die Zellen
H9 NY verwendet. Die Ergebnisse des Ersten Wiederholungstests in
den Reihen 1–19
sind die Ergebnisse von Neutralisationstest Nummer 5. Das Inkubationsprotokoll
bestand aus einer einstündigen
Inkubation bei 37 °C.
Die Ergebnisse des Ersten Wiederholungstests in den Reihen 20–32 sind
die Ergebnisse von Neutralisationstest Nummer 7. Das Inkubationsprotokoll
bestand aus einer einstündigen
Inkubation bei 37 °C.
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Tabelle 5 (HIVAB5.XLS) zeigt die
Ergebnisse des Zweiten, Dritten und Vierten Wiederholungstests auf positive
Peptide. In jedem Test war das verwendete Virus HTLV-IIIB, Charge 18;
und die verwendeten Zellen waren H9 NY. Die Ergebnisse des Zweiten
Wiederholungstest in den Reihen 1–4 waren die Ergebnisse von Neutralisationstest
Nummer 7. Das Inkubationsprotokoll bestand aus einer einstündigen Inkubation
bei 37 °C. Die
Ergebnisse, des Zweiten Wiederholungstest in den Reihen 5–13 sind
die Ergebnisse von Neutralisationstest Nummer 12. Die Ergebnisse
des Dritten Wiederholungstest in den Reihen 14–16 sind die Ergebnisse von Neutralisationstest
Nummer 12. Das Inkubationsprotokoll bestand aus einer einstündigen Inkubation
bei 37 °C. Die
Ergebnisse des Vierten Inkubationstest in den Reihen 17–39 sind
die Ergebnisse von Neutralisationstest Nummer 16. Das Inkubationsprotokoll
bestand aus 16 Stunden bei 4 °C.
Die Ergebnisse des Zweiten Wiederholungstest in den Reihen 40–53 sind
die Ergebnisse von Neutralisationstest 19. Das Inkubationsprotokoll (Zellen
plus Virus) bestand aus 16 Stunden bei 4 °C.
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Tabelle 6 (HIVKOMBP.XLS) zeigt die
Ergebnisse des Neutralisationstests mit kombinierten Hyperimmunseren.
Man beachte, dass die Inkubation von Virus und Zellen für 16 Stunden
bei 4 °C
stattfand.
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Die in den Tabellen 3 (A-D)-6 dargestellten
Ergebnisse deuten darauf hin; dass die Peptide der vorliegenden
Erfindung die Produktion von HIV neutralisierenden Antikörpern in
Primatenversuchstieren hervorrufen. Die Verwendung der Peptide für die Impfung,
menschlicher Individuen ist deshalb geeignet, eine Infektion durch
HIV zu verhindern oder eine verstärkte Immunantwort in bereits
mit HIV infizierten Patienten herbeizuführen.
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