【発明の詳細な説明】
HTLV-I感染およびHTLV-II感染を予防するためのenv-糖タンパク質ワクチン
本出願は、同時係属出願第08/681,054号(1996年7月22日出願)の一部係属出
願であり、その全文を参考として本明細書に組み入れるものとする。
1.緒言
本発明は、ヒトT細胞白血病ウイルス−I(HTLV-I)感染およびHTLV-II感染
の治療用および予防用ワクチンに使用するための新規なタンパク質抗原、ならび
にそのような抗原を効率的に産生するための新規な方法に関する。本発明はさら
に、該新規な抗原をコードするヌクレオチド配列、ならびに該新規な抗原を発現
するためのベクターおよび発現系(真核生物系および原核生物系の双方)に関す
る。さらに特定すると、本発明は、昆虫および哺乳動物の細胞系を用いて有用量
の組換え体HTLVエンベロープ(env)糖タンパク質を発現させる、該エンベロープ
糖タンパク質の産生方法に関する。
2.発明の背景
ヒトT細胞白血病ウイルスI型(HTLV-I)および2型(HTLV-II)は遺伝学的
および血清学的に関連しているレトロウイルス群のメンバーであり、これらはT
リンパ球に対する向性を有する点および珍しいリンパ向性疾患を伴う点が共通し
ている(Hallら,1994,Seminars in Virology 5:165-178)。HTLV-Iは、十分に
確証されている幾つかの地域に特有のものであり、感染すると、成人T細胞白血
病(ATL)、成熟Tリンパ球の悪性化、ならびにHTLV-I随伴(HTLV-Iassociated)
脊髄障害(ミエロパシー)および熱帯性痙性不全対麻痺(HAM/TSP)として知ら
れている慢性脳脊髄障害が発症する。
HTLV-I感染は日本の南西部、西インド諸島、南アメリカおよびアフリカの幾つ
かの地域に特有である。HTLV-II感染は現在では多数のアメリカインディアン原
住民に特有であることが判明しており、北アメリカおよびヨーロッパでは静脈注
射による薬物乱用者(IVDA)においても高比率で感染していることが実証され
ている(Hallら,1994,Seminars in Virology 5:165-178)。
感染者の大多数が無症状の保菌者(キャリア)のままであり、ウイルスのさら
なる伝播源となる。HTLV-IIの伝播様式はHTLV-Iほどには十分には解明されてい
ないが、現在までに得られているあらゆる証拠から、それらが同一ではないにし
ても類似していることが示唆される。HTLV-Iの伝播は、3つの主要な経路によっ
て起こる。すなわち、母親から子供へ、という垂直経路(これは主に母乳を与え
ることによって起こる);異性愛者間および同性愛者間での伝播;および混入物
を含む血液製品によるもの(これは輸血の後で、または静脈注射による薬物乱用
により起こり得る)、である(Hollsbergら,1993,New England J.Medicine 32
8: 1173)。
過去十年間にわたって、HTLV-II感染が或る範囲の神経学的(おそらくは珍し
いリンパ増殖性の)障害を伴い得る、という証拠を蓄積してきた。現在のところ
、HTLV-IIがHTLV-Iよりも病原性が低いかどうか、または臨床的障害が観察され
ていないということが、単に、これまでに同定され臨床的に評価されてきた感染
者の数が少ないことを反映しているのかどうか、については不明である。
HTLV-IIプロウイルスの大きさおよび構造構成は、HTLV-Iと非常に類似してい
ることがわかっている(Shimotonoら,1985 Proc.Natl.Acad.Sci.USA82:310
1-3105)。大部分のアミノ酸一次配列も同様に同一であることから、HTLV-IとHT
LV-IIとの間の抗原交叉反応性が示唆されるであろう。ゲノムは、RNAポリメ
ラーゼに対する結合部位とウイルスの転写を調節する配列とを含む長末端反復配
列(LTR)に挟まれている。4つの主要な遺伝子が同定されており、これらはゲ
ノム中でLTR−gag−pol−env−pX−LTRという位置を占めている(Selkiら,1983
Proc.Natl.Acad.Sci.80:3618-3622)。
gag遺伝子は、3種の内部ウイルス構造タンパク質を生じるようにプロセシン
グされているポリタンパク質をコードする。pol遺伝子は、逆転写酵素RNaseH
およびインテグラーゼをコードし、それらは全てプロウイルスの合成およびプロ
ウイルスの宿主ゲノムへの組込みに関与する。推定上のウイルス・プロテアーゼ
のオープン・リーディング・フレームはgag遺伝子の3’末端に位置する。これ
はpol領域にまで伸びており、mRNAからリボソームのフレームシフトに関
わる機構によって発現されると考えられる(Sh1motonoら,1985Proc.Natl.Aca
d.Sc1.USA 82:3101-3105)。
env遺伝子は、pol遺伝子の3’末端の上流に位置し、pol遺伝子と部分的に重
複している。env遺伝子は前駆体タンパク質p63をコードする。p63はタンパク質
分解による切断を受け、続いてグリコシル化されて、2つの糖タンパク質gp46お
よびgp2lを生じる。gp46タンパク質は、電子顕微鏡により天然ウイルス粒子上に
観察される表面の突出部を構成しており、受容体結合活性を有すると考えられ、
中和抗体の産生を担うドメインを含んでいる。gp2lタンパク質は膜貫通糖タンパ
ク質であり、HIVと同様に細胞融合活性に関与し得る。envタンパク質は、現在で
は未だ同定されていない細胞受容体と相互作用して、ウイルスの侵入を媒介する
。
envタンパク質は、そのヌクレオチド配列から、アミノ末端に疎水性シグナル
配列を有し、中心部に炭水化物と結合したN-グリコシル化のための5つの可能
性のある受容体部位を有し、そして推定上の膜貫通ドメインに疎水性アミノ酸の
第2のクラスターを有すると推定される(Seikiら,1983 Proc.Natl.Acad.Sc
l.80:3618-3622)。その配列の特徴から、envタンパク質が細胞膜糖タンパク質
の典型的な構造を有することが示唆される。
HTLV-IおよびHTLV-IIに対するワクチンの開発に向けて多大な研究がなされて
いる。envタンパク質はそのようなワクチンの標的であったが、有効な抗原とし
て用いるための完全長gp63を開発しようとする努力は失敗に終わった。有用レベ
ルのHTLV envタンパク質を発現させようとするこれまでの試みはうまくいかなか
った。したがって、それに代わって、幾つかのグループが、HTLV-Iに対する抗原
として(米国特許第5,378,805号、米国特許第5,066,579号)、そしてHTLV-IIに
対する抗原として(米国特許第5,378,805号、米国特許第5,359,029号)、envタ
ンパク質の配列から誘導される合成ペプチドを開発した。これらのペプチドの主
な使用は、疾患の診断およびワクチンの開発のためである。タンパク質表面上の
抗原決定基をマップするために、そして可能性のあるワクチンとして、合成ペプ
チドが次第に使用されてきている。これらの化学合成ペプチドは、HTLV-I感染と
HTLV-II感染とを区別したリワクチンを開発するための高感度の
アッセイに利用されている(米国特許第5,476,765号)。
組換え体envタンパク質を発現できるウイルスベクター(例えば、HTLV-Iエン
ベロープタンパク質を発現する生存しているアデノウイルス組換え体ウイルス)
がHTLV-Iに対するワクチンとして提案されている(deTheら,1994,Ciba Founda
tion Symposium 187:47-60)。ワクシニアウイルスで発現されるHTLV-I envタン
パク質もまた、ワクチン製剤へと製剤化されている(Seiklら,1990,Virus Gen
es 3:235-249; Shidaら,1987,EMBO J.6:3379-3384)。別のグループが、HTLV
-Iの完全長エンベロープタンパク質を発現する生存している組換え体ポックスウ
イルスからなるワクチンを開発した(Franchiniら,1995,AIDS Researach and
Human Retroviruses 11:307-313)。しかしながら、このワクチンにgp63タンパ
ク質サブユニットの2回の追加免疫(additional boosts)を組合せても予防をも
たらすことはできず、このことから、gp63タンパク質サブユニットの投与がワク
チンの予防効力を無効にしたことが示唆された。
完全長グリコシル化gp63の精製は、生物学的試料中の抗-HTLV抗体の存在の有
無を調べるアッセイでの使用について記載されている。同報文では、完全長グリ
コシル化gp63はワクチン製剤に用い得ることが示唆されているが、この種のワク
チンの効力は記載されていない(米国特許第4,743,678号、米国特許第5,045,448
号)。
したがって、ワクチン製剤に用いる有効な完全長HTLV env抗原、およびそのよ
うな抗原を産生するための効率的な手段が依然として必要とされている。
3.発明の概要
本発明は、HTLV-IおよびHTLV-II感染症の予防および治療用ワクチンとして使
用できるHTLV envタンパク質に由来する新規なタンパク質抗原、並びに前記抗原
の新規な産生方法に関する。本発明は、新規な抗原性タンパク質をコードするヌ
クレオチド配列、その突然変異体および誘導体に関する。本発明はさらに、発現
ベクターおよび細胞系(真核細胞と原核細胞の両方)を含めて、新規抗原の発現
方法に関する。本発明はさらに、HTLV-IおよびHTLV-II感染症の予防および/ま
たは治療用ワクチン製剤における免疫原としてのこの新規抗原の使用方法に関す
る。
本発明は、組換え的に発現されたとき、ポリペプチドが宿主細胞の膜に固着さ
れないように、その膜架橋ドメイン(membrane spanning domain)の全部または一
部を欠失しているHTLV envタンパク質に関する。本発明の好ましい実施態様にお
いて、可溶性のHTLV envタンパク質はそのアミノ末端の全部または一部を欠失し
ている。本発明はさらに、可溶性で、宿主細胞の細胞質中に蓄積するアミノ末端
切断型のHTLV envタンパク質に関する。その結果、HTLV envタンパク質は溶解し
た宿主細胞から容易に精製される。
さらに特定すると、本発明は、アミノ末端切断型のHTLV envタンパク質をコー
ドするヌクレオチド配列、宿主細胞系における組換えHTLV envタンパク質の発現
、およびHTLV感染症予防用ワクチン製剤における組換えHTLV envタンパク質の使
用に関する。
哺乳動物組換え遺伝子発現に関しての目下の難点は、多くのタンパク質が多く
の系において発現に抵抗することであり、したがって、成功の可能性を予測する
ことが困難である。HTLV envタンパク質を高レベルで発現させようとする以前の
試みは成功を収めていない。本発明は、バキュロウイルス発現系において末端切
断型のHTLV env遺伝子を発現させることによりこの難点を克服した。アミノ末端
切断型のHTLV envタンパク質に対応するcDNAの転写は、予期されないほど豊
富な転写タンパク質をもたらす。免疫学的に有用なHTLV-I envタンパク質の発現
の(哺乳動物細胞における全長遺伝子の発現に対比して)約50倍増加を達成しう
ることが判明した。
本発明はさらに、アミノ末端のリーダーまたはシグナル配列が欠失されたHTLV
-IまたはHTLV-II envタンパク質のアミノ酸配列を有する抗原性タンパク質が、H
TLV-IまたはHTLV-IIの接種によりチャレンジしたとき、レシピエントを防御しう
るという本出願人の知見に基づいている。このタンパク質の免疫原性は予期せざ
るほどに強力である。
本発明の好ましい実施態様において、アミノ末端切断型のHTLV envタンパク質
をコードするヌクレオチド配列は、適切な宿主細胞で発現させると、抗原性また
は免疫原性があるポリペプチドを生成させる。抗原性ポリペプチドはこの抗原に
対する抗体と免疫特異的に結合することができる。免疫原性ポリペプチドはこの
抗原に対する免疫応答を引き出すことができ、例えば、このポリペプチドによる
免疫感作はこの抗原と免疫特異的に結合する抗体を産生させるか、またはこの抗
原に対する細胞性免疫応答を生じさせる。
本発明の他の好ましい実施態様において、本発明の抗原タンパク質は非グリコ
シル化抗原を産生するバキュロウイルス系で発現されるか、グリコシル化抗原を
産生する安定にトランスフェクトされたT細胞系で発現される。本発明のさらに
別の好ましい実施態様では、アミノ末端切断型のHTLV envタンパク質が、このタ
ンパク質の精製を容易にするために、融合タンパク質として発現される。
本発明の他の面では、これら新規な抗原性タンパク質の使用方法が記載される
。こうした方法は、単に予防的な方法で、および/またはレシピエントがHTLV-I
かHTLV-IIのいずれかまたは両方にすでに感染した後では治療的方法で、ワクチ
ン製剤においてこれら新規な抗原性タンパク質を使用することを含む。また、本
発明の新規な抗原性タンパク質は診断イムノアッセイ、受動免疫療法、および抗
イディオタイプ抗体の生成においても有用である。
3.1.定義
本明細書中で用いる以下の用語は次の意味を有するものである。
「gp63」という用語は、HTLV-IまたはHTLV-IIウイルスの外膜タンパク質つま
りenvタンパク質の63キロダルトン前駆体タンパク質をさす。この用語はgp63の
突然変異体、変異型または断片をも意味する。
「gp46」という用語は、HTLV-IまたはHTLV-IIウイルスの46キロダルトンの外
膜タンパク質つまりenvタンパク質をさす。この用語はgp46の突然変異体、変異
型または断片をも意味する。
「envタンパク質」とは、HTLV-Iおよび/または-II envタンパク質(全長およ
び末端切断型)の天然配列を含むポリペプチド、並びにその類似体のことである
。好ましい類似体は、対応する天然のアミノ酸配列に実質的に相同なものであり
、最も好ましくは、少なくとも1つの天然HTLV-Iおよび-II envエピトープ、例
えば中和エピトープ、をコードするものである。より好ましい種類のHTLV-Iおよ
び-II envポリペプチドは、本発明の昆虫または哺乳動物細胞発現宿主からの高
レベルでのHTLV-Iおよび-II envタンパク質の効率的な発現および/または分泌
を促進するために、C末端の膜貫通ドメインの十分な部分を欠失しているもので
ある。
「有効量」とは、ポリペプチドが投与される被験者において免疫応答を引き出
すのに十分なHTLV-Iおよび-II envポリペプチドの量をさす。免疫応答は細胞性
および/または体液性免疫の誘導を含みうるが、これに限らない。
「HTLV感染症を治療または予防する」という用語は、HTLVウイルスの複製を阻
止すること、HTLVの伝播を抑制すること、またはHTLVがその宿主内でそれ自身を
樹立するのを防止すること、およびHTLV感染により引き起こされる疾患の徴候を
軽減もしくは緩和することを意味する。ウイルス負荷量の減少、死亡率および/
または罹患率の低下が見られる場合は治療とみなされる。
「製薬上許容される担体」という用語は、活性成分の生物学的活性の有効性を
妨害せず、化学的に不活性で、それが投与される患者に毒性を示さない担体媒体
を意味する。
「治療薬」とは、ウイルス感染またはそれにより引き起こされる疾患の治療に
役立つ任意の分子化合物、好ましくは抗ウイルス薬をさす。
4.図面の簡単な説明
図1は、HTLV-I envタンパク質のヌクレオチド配列及びアミノ酸配列である。
この配列の四角く括った部分は、本発明のHTLV-I env抗原のアミノ末端切断形態
の一具体例における欠失されるそれらの配列に相当する。
図2は、HTLV-II envタンパク質のヌクレオチド配列及びアミノ酸配列である
。この配列の四角く括った部分は、本発明のHTLV-II env抗原のアミノ末端切断
形態の一具体例における欠失されるそれらの配列に相当する。
図3は、HTLV-II感染ヒト血清を特異抗体として用いるウエスタンブロッティ
ングによる、H5細胞中に発現された63kDaのHTLV-II組換えenv糖タンパク質(rgp
63)の検出である(レーン1)。このタンパク質は非感染昆虫細胞では検出されな
かった(レーン2)。HTLV-II陰性ヒト血清は、昆虫細胞中に発現されたHTLV-II e
nv糖タンパク質と反応しなかった(レーン3)。
図4は、rgp63によるR3及びR4の免疫後1週間でのenv gp46に対する抗体の検
出である(それぞれレーン2と3)。この検出系で使用した抗原はGSTHTLV-II gp4
6融合タンパク質であった。免疫前のR3の血清はGST-gp46融合タンパク質に対す
る抗体と反応しなかった(レーン1)。
図5は、免疫したウサギR3を用いるHTLV-II感染細胞系のFACS分析である。陽
性染色が細胞系Vines及びMo-Tで検出された。対照的にCEMは陰性であった。点線
は対照のFITC標識抗ウサギ抗体である。実線は1:10希釈で用いた抗HTLV-II en
vタンパク質ウサギ血清である。F1は蛍光強度である。
図6Aは、粒子凝集(PA)法で調べたHTLV-II-Vines接種後の動物の抗体価である
。左の図(A)は、非免疫ウサギの抗体価を示す。右の図(B)は、予め組換えgp
63で免疫したウサギにおける抗体反応を示す。黒丸はR1、白丸はR2、白四角はR3
、黒四角はR4である。
図6Bは、HTLV-II-Vines細胞接種後のR1のGST-gp46に対する抗体の検出であ
る。抗体は2週間後に初めて検出され現れた。この検出系で使用した抗原は、ナ
イロン膜に転写されたGST-gp46融合タンパク質であった。
図7は、入れ子型(nested)PCRのサザンハイブリダイゼーションによるHTLV-
IIプロウイルスDNAの検出である。数字は接種後の週数を示す。
HTLV-II-Vines細胞を接種した生きたウサギ(R1、R2及びR5)だけが長時間後に
陽性を示した。対照的に、ワクチン接種した動物(R3、R4、R8及びR9)又は熱不
活化HTLV-II-Vines細胞を注入したウサギ(R6及びR7)は陰性反応を示した。
5.発明の詳細な説明
本発明は、HTLV envタンパク質由来の新規の抗原性タンパク質に関する。この
タンパク質は、HTLV-I感染とHTLV-II感染の予防及び治療を助けるワクチン製剤
中の免疫原として使用できる。本発明はまた、そのような抗原の製造方法にも関
する。
本発明は、膜に広がるドメインの全部又は一部を欠失するHTLV envボリペプチ
ドに関する。この欠失により、組換え的に発現される際に該ポリペプチドは宿主
細胞の該膜中に固着されない。本発明の好適実施態様において、可溶性HTLVenv
タンパク質はそのアミノ末端の全部又は一部を欠いている。本発明はさらに、宿
主細胞の細胞質中に蓄積する可溶性の、HTLV envタンパク質のアミノ末端切断形
態に関する。このためにHTLV envタンパク質は溶解された宿主細胞から容易に精
製される。
本発明は、一部には、アミノ末端リーダー若しくはシグナル配列が欠失された
HTLV-I又はHTLV-IIエンベロープタンパク質のアミノ酸配列を有する抗原性又は
免疫原性タンパク質が、HTLV-I又はHTLV-IIの接種によりチャレンジ(抗原刺激
)されたときにレシピエントを保護するのに有用であるという本出願人の知見に
基づいている。さらに、真核生物若しくは原核生物発現系のいずれかにおいて、
本発明の新規の抗原性タンパク質に対応するcDNA転写体の転写は転写タンパク質
の予期せぬ富化に導いた。
本発明は、新規の抗原性タンパク質、その変異体及び誘導体をコードするヌク
レオチド配列に関する。本発明はさらに、新規の抗原を発現する方法に関し、こ
の方法には発現ベクター並びに真核及び原核細胞系が含まれる。
本発明の好適実施態様において、適する宿主細胞での発現の際に、上記ヌクレ
オチド配列は抗原性若しくは免疫原性であるポリペプチドを産生する。抗原性ポ
リ
ペプチドには、その抗原に対する抗体が免疫特異的に結合可能である。免疫原性
ポリペプチドは、例えば該ポリペプチドで免疫する場合に抗原に対し免疫応答を
引き出すことが可能であり、該抗原と免疫特異的に結合する抗体の産生を誘発す
るか、あるいは該抗原に対する細胞性免疫応答を誘発する。
本発明の別の好適実施態様において、本発明の抗原タンパク質はバキュロウイ
ルス系中で発現されて非グリコシル化抗原を生成するし、あるいは該抗原が安定
にトランスフェクトされたT細胞系中で発現されてグリコシル化抗原を生成する
。本発明のさらに別の好適実施態様において、アミノ末端が切断(truncated)
されたenvタンパク質は、該タンパク質の精製を容易にするために融合タンパク
質として発現される。
本発明の別の態様において、上記の新規抗原性タンパク質を使用する方法が記
載される。これらの方法は、単独に予防する方法でのワクチン製剤中に、及び/
又は、レシピエントがHTLV-I若しくはHTLV-IIのいずれかに又はその両方にすで
に感染した後の治療処置に、上記抗原性タンパク質を使用することを包含する。
本発明の新規抗原性タンパク質はまた、診断イムノアッセイ、能動免疫療法、及
び抗イディオタイプ抗体の生成に使用される。
5.1新規ENV糖タンパク質抗原
本発明は、一部には、有用量のHTLV-envタンパク質を発現することの困難性が
昆虫細胞又は肺乳類Tリンパ球においてHTLV envタンパク質のアミノ切断形態を
発現することによって解消することができたという本出願人の意外な知見に基づ
いている。HTLV envタンパク質のアミノ切断形態に対応するcDNAの転写により、
転写タンパク質の予期せぬ富化が生じる。免疫学的に有用なHTLV envタンパク質
の発現において約50倍の増加が達成できた。
本発明はさらに、このタンパク質の抗原性が意外にも強力であるという本出願
人の知見に基づく。アミノ末端リーダー配列が欠失されたHTLV envタンパク質の
アミノ酸配列を有する抗原性タンパク質は、レシピエントにおいて抗HTLV-II抗
体の産生を誘発し、またHTLV-I若しくはHTLV-IIの接種によりチャレンジされた
場合に該レシピエントを保護するために有用であった。HTLV-IとHTLV-II
の地域的に異なる株のアミノ酸配列間の高いレベルのアミノ酸配列同一性のため
に、本発明のHTLV-I env抗原はHTLV-Iの多くの地域的単離物に対しする保護に有
用であろうし、また本発明のHTLV-II env抗原はHTLV-IIの多くの地域的単離物に
対する保護に有用であろう。
本発明の好適実施態様において、本発明の抗原タンパク質は、バキュロウイル
ス系で発現されて非グリコシル化抗原を生成するし、あるいは、該抗原タンパク
質は安定にトランスフェクトされたT細胞系中で発現されてグリコシル化抗原を
生成する。
5.2.抗原をコードするヌクレオチド配列
本発明は、HTLV envタンパク質並びにその断片、末端切断物及び変異体をコー
ドするヌクレオチド配列を包含する。本発明の好ましい態様では、アミノ末端切
断型HTLV envタンパク質をコードするヌクレオチド配列を包含する。本発明のよ
り好ましい態様では、HTLV-I envタンパク質のアミノ末端33アミノ酸切断物を
コードするヌクレオチド配列を包含する。本発明はさらに、アミノ末端から1〜
10、10〜15、15〜20、20〜25、25〜30、30〜35、35〜
40、40〜45、45〜50、50〜55、55〜60、60〜65、又は6
5〜70アミノ酸を切断したHTLV-I envタンパク質をコードするヌクレオチド配
列を包含する。本発明はさらに、アミノ末端切断型HTLV-I envタンパク質をコー
ドするヌクレオチド配列であって、組換え法により発現されるポリペプチドは宿
主細胞の膜に固着されないが、完全長HTLV-I envタンパク質と同様の抗原活性を
保持したままであるような前記ヌクレオチド配列を包含する。さらに、本発明は
中間部欠失を包含し、これは、組換え法により発現されるポリペプチドを宿主細
胞の膜に固着させないが、完全長HTLV-I envタンパク質と同様の抗原活性を保持
したままとするのに十分なシグナル配列ドメインの部分を欠失させることを含む
。本発明のHTLV-I envヌクレオチド配列としては、次のDNA配列が挙げられる
:(1)免疫学的に抗HTLV-I env抗体との反応性を有するHTLV-I envタンパク質を
コードする全てのDNA配列;(2)図1に示すアミノ酸配列を含有するHTLV-I en
vタンパク質をコードする全てのDNA配列;(3)図1に示すDNA配列の相補鎖
に、高度にストリンジェントな条件下でハイブリダイズし(例えば、0.5MNaHPO4
、7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、1mMEDTA中、65℃でのフィルター結合
DNAへのハイブリダイゼーション、及び0.1×SSC/0.1%SDS中、68℃での洗
浄(Ausubel F.M.ら,編,1989,Current Protocols in Molecular Biology,Vol
.I,Green Publishing Associates,Inc.,and John Wiley & Sons,Inc.,New
York,at p.2.10.3))、機能的に等価な遺伝子産物をコードする全てのヌクレ
オチド配列;(4)図1に示すDNA配列の相補鎖に、中程度にストリンジェント
な条件等のより低度にストリンジェントな条件下でハイブリダイズし(例えば、
0.2×SSC/0.1%SDS中、42℃での洗浄(Ausubel F.M.ら,1989,上掲))、依然
として機能
的に等価なHTLV env遺伝子産物をコードする全てのヌクレオチド配列;及び(5)
図1に示すDNA配列の相補鎖に、低度にストリンジェントな条件等のより低度
にストリンジェントな条件下でハイブリダイズし(例えば、0.2×SSC/0.1%SDS
中、37℃での洗浄)、依然として機能的に等価な遺伝子産物をコードする全て
のヌクレオチド配列。機能的に等価な遺伝子産物には、高レベルで生産され、免
疫学的に抗HTLV-I env抗体との反応性を有する遺伝子産物が包含される。
本発明の別の好ましい態様では、HTLV-II envタンパク質のアミノ末端17ア
ミノ酸切断物をコードするヌクレオチド配列を包含する。本発明はさらに、アミ
ノ末端から1〜10、10〜15、15〜20、20〜25、25〜30、30
〜35、35〜40、40〜45、45〜50、50〜55、55〜60、60
〜65、又は65〜70アミノ酸を切断したHTLV-II envタンパク質をコードす
るヌクレオチド配列を包含する。本発明はさらに、アミノ末端切断型HTLV-II en
vタンパク質をコードするヌクレオチド配列であって、組換え法により発現され
るポリペプチドは宿主細胞の膜に固着されないが、完全長HTLV-II envタンパク
質と同様の抗原活性を保持したままであるような前記ヌクレオチド配列を包含す
る。さらに、本発明は中間部欠失を包含し、これは、組換え法により発現される
ポリペプチドを宿主細胞の膜に固着させないが、完全長HTLV-II envタンパク質
と同様の抗原活性を保持したままとするのに十分なシグナル配列ドメインの部分
を欠失させることを含む。さらに、本発明は中間部欠失を包含し、これは、組換
え法により発現されるポリペプチドを固着させないのに十分なシグナル配列ドメ
インの部分を欠失させる。本発明のHTLV-II envヌクレオチド配列としては、次
のDNA配列が挙げられる:(1)免疫学的に抗HTLV-II env抗体との反応性を有す
るHTLV-II envタンパク質をコードする全てのDNA配列;(2)図2に示すアミノ
酸配列を含有するHTLV-II envタンパク質をコードする全てのDNA配列;(3)図
2に示すDNA配列の相補鎖に、高度にストリンジェントな条件下でハイブリダ
イズし(例えば、0.5MNaHPO4、7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、1mMEDTA中
、65℃でのフィルター結合DNAへのハイブリダイゼーション、及び0.1×SSC
/0.1%SDS中、68℃での洗浄(Ausubel F.M.ら,編,1989,Current Protocols
in Molecular Biology,Vol.I,Green Publishing Associates,Inc.,and Jo
hn Wiley
& Sons,Inc.,New York,at p.2103))、機能的に等価な遺伝子産物をコードす
る全てのヌクレオチド配列;(4)図2に示すDNA配列の相補鎖に、中程度にスト
リンジェントな条件等のより低度にストリンジェントな条件下でハイブリダイズ
し(例えば、0.2×SSC/0.1%SDS中、42℃での洗浄(Ausubel F.M.ら,1989,上
掲))、依然として機能的に等価なHTLV-II env遺伝子産物をコードする全てのヌ
クレオチド配列;及び(5)図2に示すヌクレオチド配列の相補鎖に、低度にスト
リンジェントな条件等のより低度にストリンジェントな条件下でハイブリダイズ
し(例えば、0.2×SSC/0.1%SDS中、37℃での洗浄)、依然として機能的に等価
な遺伝子産物をコードする全てのヌクレオチド配列。機能的に等価な遺伝子産物
には、高レベルで生産され、免疫学的に抗HTLV-II env抗体との反応性を有する
遺伝子産物が包含される。
本発明はまた、HTLV envタンパク質の免疫学的に等価な断片をコードするヌク
レオチド配列の発現をも包含する。このようなHTLV envの免疫学的に等価な断片
は、そのタンパク質をコードするヌクレオチド配列の類似体であって、配列の5
’及び/若しくは3'末端における切断並びに/又はl以上の中間欠失を有する該
類似体を作製し、該類似体ヌクレオチド配列を発現させ、そして、得られる断片
がHTLV抗体と免疫学的に相互作用するかどうか、又はこのような抗体、特に中和
抗体の生産をin vivoで誘発するかどうかを決定することにより、同定すること
ができる。例えば、本発明の好ましい態様では、アミノ末端シグナル配列ドメイ
ン及びenvタンパク質の分泌を促進する可能性のある中間領域が欠失したHTLV en
vタンパク質をコードするヌクレオチド配列の発現が包含される。
本発明はまた、上記コード配列の発現を支配する調節エレメントに作動可能に
結合された該コード配列のいずれかを含有するDNA発現ベクター、及び宿主細
胞中で上記コード配列の発現を支配する調節エレメントに作動可能に結合された
該コード配列のいずれかを含有する、遺伝子工学的に作製された該宿主細胞を包
含する。本明細書においては、調節エレメントとしては誘導及び非誘導プロモー
ター、エンハンサー、オペレーター、並びに発現を操作及び調節するものとして
当業者に公知の他のエレメントが挙げられるが、これらに限定されない。
env糖タンパク質遺伝子産物又はそのペプチド断片は、当技術分野で周知の技
術を用いる組換えDNA技術により製造することができる。従って、本発明のen
v糖タンパク質遺伝子ポリペプチド及びペプチドを、env糖タンパク質遺伝子配列
を含有する核酸を発現させることにより調製する方法は、本明細書中に記載され
ている。当業者に公知の方法を用いて、env糖タンパク質遺伝子産物コード配列
並びに適切な転写及び翻訳制御シグナルを含有する発現ベクターを構築すること
ができる。このような方法としては、例えば、in vitro組換えDNA技術、合成
技術、及びin vivo遺伝子組換えが挙げられる。例えば、上記Sambrookら(1989)
及びAusubelら(1989)に記載されている技術を参照されたい。あるいは、env糖タ
ンパク質遺伝子産物配列をコードすることのできるRNAを、例えば合成装置を
用いて化学的に合成してもよい。例えば、「オリゴヌクレオチド合成(Oligonucl
eotide Synthesis)」(Gait,M.J.編,1984,IRL Press,Oxford)(これは参考
としてその全体を本明細書に組み込む)に記載されている技術を参照されたい。
本発明はまた、HTLV env遺伝子産物のペプチド断片をコードするヌクレオチド
配列を包含する。好ましい態様では、本発明は、ライズされた宿主細胞からのHT
LV envタンパク質の精製が容易となるような、可溶性で宿主細胞の細胞質中に蓄
積されるアミノ末端切断型HTLV envタンパク質に対応するポリペプチド又はペプ
チドに関する。例えば、HTLV envタンパク質の細胞外ドメインに対応するポリペ
プチド又はペプチドは、分泌を促進する「可溶性」タンパク質として有用である
。HTLV envタンパク質遺伝子産物又はそのペプチド断片は、市販の抗体により認
識される異種エピトープに結合させることができ、これもまた本発明に含められ
る。耐久性融合タンパク質を設計することもできる。これは、すなわち、HTLV e
nv配列と異種タンパク質配列との間に配置した切断部位を有し、HTLV envを異種
部分から切除することのできる融合タンパク質である。例えば、コラーゲナーゼ
切断認識コンセンサス配列を、HTLV envタンパク質若しくはペプチドと異種ペプ
チド若しくはタンパク質の間に設計することができる。HTLV envドメインは、コ
ラーゲナーゼ処理によりこの融合タンパク質から放出することができる。本発明
の好ましい態様では、グルタチオン−S−トランスフェラーゼとHTLV env46kd
タンパク質の融合タンパク質を設計することができる。
5.3.HTLV ENV 抗原性タンパク質及びポリペプチド
本発明は、ポリペプチドが遺伝子組換え的に発現されたときに宿主細胞の膜中
に固着されないように、シグナル配列又は膜貫通ドメインの全て又は一部を欠く
HTLV envポリペプチドに関する。本発明の好ましい実施態様において、この可溶
性HTLV envタンパク質はそのアミノ末端の全て又は一部を欠いている。本発明の
好ましい実施態様は、アミノ末端の33個のアミノ酸を欠くHTLV-I envポリペプチ
ド及びアミノ末端の17個のアミノ酸を欠くHTLV-II envポリペプチドを含む。
HTLV envタンパク質、ポリペプチド、及びペプチド、変異型、末端切断型、又
は欠失型のHTLV envタンパク質はHTLV-I及び-II感染の処置及び予防に有用なワ
クチン調製物用、及び医薬として調製され得る。
このenvタンパク質は、そのヌクレオチド配列により、アミノ末端に疎水性シ
グナル配列、中央部分にN-グリコシド糖鎖が連結する可能性のある5つのアクセ
プター部位、及び推定膜貫通ドメイン中に疎水性アミノ酸の第2のクラスターを
有することが推測されている(Seikiら、1983、Proc.Natl.Acad.Sci.80:3618-3
622)。その配列の特性は、それが細胞膜糖タンパク質の典型的な構造を有するこ
とを示唆している。
このenv遺伝子は、タンパク質分解を受け、引き続くグリコシル化により2つ
の糖タンパク質、gp46及びgp21を産生する前駆体タンパク質gp63をコードしてい
る。gp46タンパク質は、ネイティブなウイルス粒子上に電子顕微鏡によって観察
される表面突出部を構成し、レセプター結合活性を有すると信じられ、そして中
和抗体の産生を担うドメインを含む。gp21タンパク質は、膜貫通糖タンパク質で
あり、そして細胞融合活性に関与し得る。
さらに、本発明はまた、特徴(限定されないがHTLV env抗体により認識される
能力)の数により判断されるように、5.2.節に記載のヌクレオチド配列によりコ
ードされるHTLV envタンパク質と機能的に等価なタンパク質を含む。このような
等価なHTLV env遺伝子産物は、上記のHTLV env遺伝子配列によりコードされるア
ミノ酸配列内にアミノ酸の欠失、付加、置換を含み得るが、これはサイレントな
変化をもたらすものであり、従って機能的に等価なHTLV env遺伝子産物を産生す
る。アミノ酸置換は、含まれる残基の極性、荷電、溶解性、疎水性、親水性、及
び/又は両親媒性の性質における類似性に基づいて行われ得る。例えば、非極性
(疎水性)アミノ酸としては、アラニン、ロイシン、イソロイシン、バリン、プロ
リン、フェニルアラニン、トリプトファン及びメチオニンが挙げられ;極性中性
アミノ酸としてはグリシン、セリン、スレオニン、システイン、チロシン、アス
パラギン及びグルタミンが挙げられ;正に荷電した(塩基性)アミノ酸としては、
アルギニン、リジン及びヒスチジンが挙げられ;そして負に荷電したアミノ酸と
しては、アスパラギン酸及びグルタミン酸が挙げられる。本明細書中において用
いる「機能的に等価な」とは、HTLV env抗体により認識され得るタンパク質をい
い、これは上記の内生HTLV env遺伝子産物と実質的に類似した免疫学的応答を誘
発し得るタンパク質である。
一方、ランダム変異が(当業者に周知のランダム変異技術を用いて)、HTLV env
ヌクレオチド配列に行われ得、そして得られるHTLV envタンパク質についてその
活性が試験される。また、HTLV envをコードする配列の部位特異的変異が(当業
者に周知の部位特異的変異技術を用いて)行われ、機能の向上した(例えば、増大
した発現又は抗原性を導く)変異HTLV envタンパク質を生じ得る。
ワクチン調製物における使用のための本発明のHTLV envタンパク質は、実質的
に純粋又は均一である。そのタンパク質は少なくとも60〜70%のサンプルが単一
のポリペプチド配列を示す場合に、実質的に純粋又は均一と考えられる。実質的
に純粋なタンパク質は、好ましくは60〜90%、より好ましくは約95%そして最も
好ましくは99%のタンパク質サンプルを含む。当業者に周知の方法(例えば、サ
ンプルをポリアクリルアミド電気泳動後、染色してゲル上に単一のポリペプチド
バンドを可視化すること)が、タンパク質の純度又は均一性を決定するために用
いられ得る。より詳細な解析(higher resolution)は、HPLC又は当該分野で周知
の他の類似の方法を用いて行われ得る。
本発明は、これらのタンパク質をコードする組換えヌクレオチド配列を発現す
る宿主細胞から典型的に精製されるポリペプチドを含む。そのようなタンパク質
精製は当該分野で周知に様々な方法によって達成され得る。好ましい実施態様に
おいて、本発明のHTLV envタンパク質は、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ
との融合タンパク質として発現される。得られる組換え融合タンパク質は、アフ
ィニティークロマトグラフィーによって精製され、HTLV envドメインが異種部分
から切り離され、実質的に純粋なHTLV envタンパク質サンプルが生じる。他の方
法も用いられ得る。例えば、「Methods In Enzymology」,1990,Academic Press,I
nc.,San Diego、「Protein Purification:Principles and practice」,1982,Sp
ringer-Verlag,NewYorkを参照のこと。
5.4.発現システム
本発明は発現システムを含み、真核細胞用及び原核細胞用の両発現ベクターが
、末端切断型及び完全長型のHTLV envタンパク質を発現させるために用いられ得
る。
本発明の好ましい実施態様において、図1のヌクレオチド配列(四角で囲んだ
領域が欠失され、末端切断型HTLV-I envタンパク質をコードする)が、真核細胞
用又は原核細胞用発現ベクターのいずれかにおいて発現される。
本発明の好ましい実施態様は、完全長型及び末端切断型HTLV env遺伝子産物の
、バキュロウイルスにおける発現を含み、非グリコシル化抗原が産生される。
本発明の別の実施態様は、完全長型及び末端切断型HTLV env遺伝子産物の、安
定にトランスフェクトされたT細胞系における発現を含み、非グリコシル化抗原
が産生される。
様々な宿主-発現ベクター系が、本発明の配列をコードするenv糖タンパク質を
発現するために利用され得る。そのような宿主-発現系は、目的のコード配列が
産生され且つ実質的に精製され得る運搬体(vehicle)を意昧するが、適切なヌク
レオチドコード配列で形質転換又はトランスフェクトされた場合に、in situに
おいて本発明のenv糖タンパク質遺伝子産物を示し得る細胞も意味する。これら
のものとしては、それらに限定されないが、以下のものが挙げられる:env糖タ
ンパク質遺伝子産物コード配列を含む、組換えバクテリオファージDNA、プラス
ミドDNA、又はコスミドDNAで形質転換された細菌(例えばE.コリ(E.coli)、B.ズ
ブチリス(B.subtilis));env糖タンパク質遺伝子産物コード配列を含む、組換え
酵母発現ベクターで形質転換された酵母(例えば、サッカロマイセス(Saccharomy
ces)、ピヒア(Pichla));env糖タンパク質遺伝子産物コード配列を含む、組換え
ウイルス発現ベクター(例えば、バキュロウイルス)で形質転換され
た昆虫細胞系;env糖タンパク質遺伝子産物コード配列を含む、組換えウイルス
発現ベクター(例えば、カリフラワーモザイクウイルス,CaMV;タバコモザイク
ウイルス,TMV)を感染させた植物細胞系又は組換えプラスミド発現ベクター(例え
ば、Tiプラスミド)で形質転換された植物細胞系;あるいは哺乳類細胞のゲノム
由来のプロモーター(例えば、メタロチオネインプロモーター)又は哺乳類ウイル
ス由来のプロモーター(例えば、アデノウイルス後期プロモーター;ワクシニア
ウイルス7.5Kプロモーター)を保持する哺乳類細胞系(例えば、Cos、CHO、BHK、2
93、3T3)。
細菌系においては、env糖タンパク質遺伝子産物の発現のために意図される使
用に依存して、好適に多数の発現ベクターが選択され得る。例えば、env糖タン
パク質の医薬組成物の調製のため又はenv糖タンパク質に対する抗体を生じさせ
るために、そのようなタンパク質を大量に産生させる場合には、高い発現レベル
を有し、容易に精製を行うことが可能な融合タンパク質産物の発現を指令するベ
クターが所望され得る。そのようなベクターとしては、限定されないが、E.コリ
発現ベクターpUR278(Rytherら、1983、EMBO.2:1791)(この発現ベクターにおいて
は、env糖タンパク質遺伝子産物コード配列は、融合タンパク質が産生されるよ
うにlacZコード領域とインフレームにベクターに個々に連結され得る);pINベク
ター(Inoue及びInoue,1985,Nucleic Acids Res.13:3101-3109;Van Heeke及びSc
huster,1989,J.Biol.Chem.264:5503-5509)などが挙げられる。PGEXベクターもま
た、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質として外来タ
ンパク質を産生するために用いられ得る。一般に、そのような融合タンパク質は
可溶性であり且つグルタチオン-アガロースビーズに吸着後、遊離のグルタチオ
ンの存在下での溶出により溶解させた細胞から容易に精製され得る。pGEXベクタ
ーは、クローン化標的遺伝子産物がGST部分から遊離され得るようにトロンビン
又は第Xaプロテアーゼ切断部位を含むように設計される。
昆虫系においては、オートグラファ・カリフォルニア(Autographa california
)核ボリヘドロシスウイルス(AcNPV)が外来遺伝子を発現するためのベクターとし
て用いられる。このウイルスはスポドプテラ・フルギペルダ(Spodoptera frugip
erda)細胞中で増殖する。env糖タンパク質コード配列は、個々にウイルスの非必
須領域(例えばポリヘドリン遺伝子)にクローン化され、そしてAcNPVプロ
モーター(例えばポリヘドリンプロモーター)の制御下に配置される。env糖タン
パク質遺伝子の好結果の挿入は、ポリヘドリン遺伝子の不活化をもたらし、非閉
塞(non-occluded)組換えウイルス(すなわち、ポリヘドリン遺伝子によりコード
されるタンパク質コートを欠くウイルス)。次いでこれらの組換えウイルスは、
挿入したウイルスが発現される昆虫スポドプテラ・フルギペルダ(Spodopterafru
giperda)細胞への感染に用いられる。(例えば、Smithら、1983、J.Virol.46:584
;Smith,米国特許第4,215,051号を参照のこと)。
哺乳動物の宿主細胞において、ウイルスに基づく多くの発現システムを利用す
ることができる。アデノウイルスが発現ベクターとして使用される場合は、興味
の対象であるenv糖タンパク質遺伝子のコード配列を、アデノウイルス転写/翻
訳調節複合体(例えば後期プロモーター及び三部分リーダー配列)に連結するこ
とができる。次に、このキメラ遺伝子をin vitro又はin vivo組換えによりアデ
ノウイルスゲノムに挿入することができる。ウイルスゲノムの非本質領域(例え
ば領域E1又はE3)に挿入すると、感染した宿主中で生存可能であり、かつenv糖
タンパク質遺伝子産物を発現し得る組換えウイルスをが得られるであろう(例え
ばLogan & Shenk,1984,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 81:3655-3659を参照)。特定の
開始シグナルもまた、挿入したenv糖タンパク質遺伝子産物コード配列を十分に
翻訳するために要求してもよい。これらのシグナルはATG開始コドン及び隣接配
列を含む。env糖タンパク質遺伝子全体(それ自身の開始コドン及び隣接配列を
含んでいる)を適当な発現ベクターに挿入する場合は、追加の翻訳調節シグナル
を必要としなくてもよい。しかしながら、env糖タンパク質遺伝子コード配列の
ある一部のみを挿入する場合は、恐らくATG開始コドンを含んでいる外因性の翻
訳調節シグナルを提供しなければならない。さらに、開始コドンは、所望のコー
ド配列のリーディングフレームと同調させて全体の挿入物の翻訳を確実にしなけ
ればならない。これら外因性の翻訳調節シグナル及び開始コドンは、天然及び合
成の両者とも種々の起源であり得る。発現の有効性は、適当な転写のエンハンサ
ー要素、転写のターミネーター等を含めることにより増大させてもよい(Bittner
et al.,1987,Methods in Enzymol.153:516-544を参照)。
5.5細胞系
本発明は、動物及び昆虫の細胞系におけるHTLV env糖タンパク質の発現を含む
。本発明の好ましい態様においては、env糖タンパク質は昆虫細胞系のバキュロ
ウイルスベクター中で発現させて非グリコシル化抗原を生成させる。本発明の他
の好ましい態様においては、安定にトランスフェクトされたTリンパ球細胞系en
v糖タンパク質を発現させ、グリコシル化した抗原を生成させる。
宿主細胞系は、挿入された配列の発現を変えるもの、又は特定の所望の様式で
遺伝子産物を修飾及びプロセシングするものを選択することができる。タンパク
質産物のこのような修飾(例えばグリコシル化)及びプロセシング(例えば切断
)は、タンパク質の機能にとって重要であり得る。異なる宿主細胞は、タンパク
質及び遺伝子産物の翻訳後プロセシング及び修飾に対する特徴的かつ特異的な機
構を有する。適当な細胞系又は宿主システムを選択して、発現された外来タンパ
ク質の正しい修飾を確実にする。この目的のために、一次転写物の適切なプロセ
シング、グリコシル化、及び遺伝子産物のリン酸化のための細胞機構を保有する
真核宿主細胞を使用することができる。このような哺乳動物宿主細胞は、CHO、V
ERO、BHK、HeLa、COS、MDCK、293、3T3及びWI38細胞系を含むが、これらに限定
されるものではない。
長期間にわたる組換えタンパク質の高収率生産、安定した発現が好ましい。例
えば、env糖タンパク質遺伝子産物を安定に発現する細胞系を操作することがで
きる。複製のウイルス起源を含む発現ベクターを用いるよりも、宿主細胞は、適
当な発現調節要素(例えばプロモーター、エンハンサー、配列、転写ターミネー
ター、ポリアデニル化部位等)及び選択マーカーにより制御されたDNAで形質転
換することができる。外来DNAの導入に続き、操作した細胞を富化培地中で1〜2
日増殖させることができ、続いて選択培地に交換する。組換えプラスミド中の選
択可能なマーカーは、選択に対する耐性を付与し、細胞がその染色体中にプラス
ミドを安定に組み込んで増殖してフォーカスを形成し、その後クローン化され細
胞系になることを可能にする。この方法は、env糖タンパク質遺伝子産物を発現
する細胞系を操作するために有利に使用することができる。このような細胞系は
、env糖タンパク質遺伝子産物の内因性活性に影響を与える化合物のスクリーニ
ング及び評価に、特に有用であろう。
多くの選択システムを使用することができる。ヘルペス単純ウイルスチミジン
キナーゼ(Wigler,et al.,1977,Cell 11:223)、ヒポキサンチン-グアニンホスホ
リボシルトランスフェラーゼ(Szybalska & Szybalski,1962,Proc.Natl.Acad.Sci
.USA 48:2026)、及びアデニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(Lowy,et al.,
1980,Cell 22:817)遺伝子を、それぞれtk-、hgprt-又はaprt-細胞中に採用する
ことができることを含むが、これらに限定されるものではない。また、代謝拮抗
物
質耐性を以下の遺伝子について選択する基礎として使用することができる。メソ
トレキサートに対する耐性を付与するdhfr(Wigler,et al.,1980,Natl,Acad.Sci.
USA 77:3567;O'Hare,et al.,1981,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78:1527);マイコフ
ェノール酸に対する耐性を付与するgpt(Mulligan & Berg,1981,Proc.Natl.Acad.
Sci.USA 78:2072);アミノグリコシドG-418に対する耐性を付与するneo(Colberre
-Garapin,et al.,1981,J.Mol.Biol.159:1);及びハイグロマイシンに対する耐性
を付与するhygro(Santerre,et al.,1984,Gene 30:147)。
あるいは、発現されている融合タンパク質に対して特異的な抗体を利用するこ
とにより、任意の融合タンパク質をたやすく精製することができる。例えば、Ja
nknechtらにより記載されているシステムは、ヒト細胞系に発現されている非変
性融合タンパク質の迅速な精製を可能にする(Janknecht,et al.,1991,Proc.Natl
.Acad.Sci.USA 88:8972-8976)。このシステムにおいて、興味の対象である遺伝
子をワクシニア組換えプラスミドにサブクローン化し、遺伝子のオープンリーデ
ィングフレームを、6個のヒスチジン残基からなるアミノ末端タッグに翻訳的に
融合するようにする。組換えワクシニアウイルスで感染された細胞からの抽出物
をNi2+ニトリロ酢酸-アガロースカラム上にのせ、イミダゾール含有緩衝液でヒ
スチジン付加タンパク質を選択的に溶出する。
5.6ワクチン製剤及び投与方法
本発明のHTLV env糖タンパク質抗原は大量に生産することができるため、こう
して生産及び精製した抗原はワクチン調製物についての用途を有する。HTLVenv
タンパク質はまた、例えば、ワクチン接種された被検者からの体液試料において
、抗原に対する抗体の存在を検出又は測定し、こうして感染を診断し、及び/又
はワクチン接種後の被検者の免疫反応をモニターするためのイムノアッセイにお
ける有用性をもつ。
活性成分としての免疫原性ポリペプチドを含むワクチンの調製は、当業者に知
られている。
5.6.1.ワクチン効能の決定
HTLV env抗原で免疫した後の試験動物における免疫応答をモニタリングするこ
とにより、あるいは当業者に知られている任意のイムノアッセイを使用すること
により、HTLV env抗原の免疫効力を決定することができる。液性(抗体)応答及び
/又は細胞媒介免疫の産生は、免疫応答の指標として採用することができる。試
験動物は、マウス、ハムスター、イヌ、ネコ、サル、ウサギ、チンパンジー等、
そしてついにはヒトの被検者を含み得る。
ワクチンを取り入れる方法は、経口、大脳内、皮内、筋肉内、腹腔内、静脈内
、皮下、鼻内又は他のあらゆる免疫化標準ルートを含み得る。試験した被検者の
免疫応答は、種々のアプローチにより分析することができる。例えば、イムノソ
ルベントアッセイ(ELISA)、免疫ブロット、放射免疫沈降等の既知の技術により
アッセイされるような、HTLV env抗原に対して得られる免疫血清の反応性、ある
いはHTLV env抗原が抗原性又は免疫原性を表示する場合は、HTLVによる感染から
免疫宿主を防御することにより、及び/又は免疫した宿主におけるHTLVの感染に
よる徴候の軽減により、分析することができる。
HTLV envワクチンの適切な動物試験の一例として、本発明のワクチンを、HTLV
env抗原に対する抗体反応を誘導する能力について、ウサギで試験することがで
きる。オス特異的病原体不含(SPF)の若い大人のニュージーランド白ウサギを
使用することができる。各試験群は、決まった濃度のワクチンを受ける。対照群
は、HTLV env抗原を含まない1mMのTris-HCl pH9.0の注入を受ける。
血液試料は1週又は2週ごとにウサギから採取することができ、HTLV envタン
パク質に対する抗体について血清を分析することができる。抗原に対して特異的
な抗体の存在は、例えばELISAを用いてアッセイすることができる。
5.6.2.ワクチン製剤
このようなワクチンの適当な調製は、液体溶解物又は懸濁液のいずれかのよう
な注入可能なものを含み;注入に先立って液体中に溶解又は懸濁するのに適した
固形剤形も調製することができる。調製物は、乳化することもでき、あるいはポ
リペプチドをリポソーム中に封入してもよい。活性な免疫原性成分は、活性成分
と製剤学上許容可能な及び適合可能な賦形剤とともにしばしば混合することがで
きる。適当な賦形剤は、例えば食塩水、デキストロース、グリセロール、エタノ
ールなど及びこれらの組み合わせである。加えて、所望により、ワクチン調製物
は湿潤剤、乳化剤、pH緩衝剤、及び/又はワクチンの効果を増大させるアジュバ
ントなどの補助物質を少量含めてもよい。
有効となり得るアジュバントの例は、水酸化アルミニウム、N-アセチル-ムラ
ミル-L-スレオニル-D-イソグルタミン(thr-MDP)、N-アセチル-ノル-ムラミル-L-
アラニル-D-イソグルタミン、N-アセチルムラミル-L-アラニル-D-イソグルタミ
ニル-L-アラニン-2-(1'-2'-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ヒドロキシホスホリ
ルオキシ)-エチルアミンである。
アジュバンドの有効性は、HTLV envポリペプチドエピトープを含む免疫原性ポ
リペプチドに対する抗体の誘導を測定することにより決定することができる。そ
して、この抗体は、様々なアジュバンドをも含むワクチン中の上記ポリペプチド
を投与することによって得られる。
上記ポリペプチドは、中性又は塩形態として製剤化してワクチンとすることが
できる。製剤学的に許容され得る塩としては、ペプチドの遊離アミノ基によって
形成される酸付加塩、無機酸(例えば、塩酸、リン酸等)又は有機酸(例えば、
酢酸、シュウ酸、酒石酸、マレイン酸等)によって形成される酸付加塩が挙げら
れる。また、遊離カルボキシル基によって形成される塩も、無機塩基(例えば、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カルシウム、
水酸化第二鉄等)又は有機塩基(例えば、イソプロピルアミン、トリメチルアミ
ン、2-エチルアミノエタノール、ヒスチジン、プロカイン等)から誘導すること
ができる。
本発明のワクチンは、多価又は1価のいずれであってもよい。多価ワクチンは
、一種よりも多くの抗原を発現し得る組換えウイルスから作製することができる
。
多くの方法によって、本発明のワクチン製剤を導入することができる。このよ
うな方法としては、例えば、経口、皮内、筋内、腹腔内、静脈内、皮下、鼻内等
の経路や、乱切(例えば、分岐針を用いて皮膚の上層を引っ掻く)による経路が
挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
本発明のワクチンを投与する患者は、好ましくは哺乳動物であり、最も好まし
くはヒトであるが、ヒト以外の動物(例えば、ウシ、ウマ、ヒツジ、ブタ、トリ
(例えばニワトリ)、ヤギ、ネコ、イヌ、ハムスター、マウス、ラット等が挙げら
れるが、これらに限定されるわけではない)であってもよい。
本発明のワクチン製剤は、有効免疫量のHTLV envタンパク質及び製剤学的に許
容され得る担体又は賦形剤を含む。ワクチン製剤は、有効免疫量の一種以上の抗
原及び製剤学的に許容され得る担体又は賦形剤を含む。製剤学的に許容され得る
担体は、当業者によく知られており、例えば、食塩水、緩衝化食塩水、デキスト
ロース、水、グリセロール、滅菌等張水溶性緩衝液、又はこれらの組み合わせが
挙げられるが、これらに限定されるわけではない。このような許容され得る担
体の一例としては、一種以上の安定化剤(例えば、安定化加水分解化タンパク質
、ラクトース等)を含む生理的平衡培養培地が挙げられる。そのような担体は、
好ましくは滅菌したものである。製剤化は、投与形態と適合させるべきである。
上記組成物は、必要に応じて、少量の湿潤剤、乳化剤又はpH緩衝剤を含んでい
てもよい。上記組成物は、水剤、懸濁剤、乳剤、錠剤、丸剤、カプセル剤、持効
性製剤、又は散剤であってもよい。経口製剤としては、標準的な担体(例えば、
製剤品等のマンニトール、ラクトース、デンプン、ステアリン酸マグネシウム、
ナトリウムサッカリン(sodium saccharine)、セルロース、炭酸マグネシウム等
)が挙げられる。
一般に、上記成分は、別々に又は混合して一緒に、有効薬剤の量に応じたアン
プル又はサケット(sachette)等の密閉容器中の凍結乾燥粉末又は無水濃縮物と
して供給する。注射によって上記組成物を投与する場合には、上記成分を投与前
に混合し得るように、滅菌希釈物のアンプルとして供給することができる。
具体的な実施態様においては、凍結乾燥した本発明のHTLV envポリペプチドを
第一の容器に供給し、第二の容器には、50%グリセリン、0.25%フェノール、及
び防腐剤(例えば、0.005%ブリリアントグリーン)からなる希釈物を含ませる
。
また、製剤化するワクチン製剤の正確な投与量は、投与経路及び患者の特質に
依存し、現場の医師の判断及び標準的臨床技術に応じた各患者の状態に従って決
定すべきである。有効免疫量は、ワクチン製剤を投与する宿主中の抗原に対して
免疫応答するのに十分な量である。
精製した抗原のワクチン製剤としての使用は、標準的な方法によって行うこと
ができる。例えば、精製したタンパク質を適当な濃度に調製し、適当なワクチン
アジュバンドと製剤し、包装して使用することができる。適当なアジュバンドと
しては、例えば、ミネラルゲル(例えば、水酸化アルミニウム)、界面活性物質(
例えば、リゾレシチン、プルロニックポリオール(pluronic polyols))、ポリア
ニオン、ペプチド、オイルエマルション、ミョウバン、及びMDPが挙げられるが
、これらに限定されるわけではない。また、免疫原はリポソームに組み込んでも
よいし、多糖及び/又はワクチン製剤化に使用し得るその他のポリマーに結合さ
せてもよい。例えば、組換え抗原がハプテン(すなわち、同種の抗体と選択的に
反
応し得る点で抗原性を有しているが、免疫反応を誘起し得ない点で免疫原性を有
していない分子)である場合には、そのハプテンを担体又は免疫原性分子に共有
結合させてもよい。例えば、血清アルブミン等の巨大タンパク質は、それに結合
したハプテンに免疫原性を与えることができる。ハプテン−担体は、製剤化して
ワクチンとして使用してもよい。
また、本発明のワクチンの有効投与量(免疫量)は、動物モデル試験系から得
られた用量−反応曲線に基づいて推定することができる。
本発明は、本発明のワクチン製剤の成分の一種以上を含む一以上の容器を含む
製剤パック又はキットをも提供する。そのような容器には、製剤又は生物学的製
品の製造、使用又は販売を規制する政府機関によって規定された形態で注意書を
貼付することができ、その注意書はヒトへの投与に関する製造、使用又は販売に
ついての政府機関による許可を表すものである。
このように、本発明は、動物を免疫する方法、又は動物における様々な病気若
しくは疾忠を治療若しくは予防する方法を提供し、これらの方法は、有効免疫量
の本発明のワクチンを動物に投与することを含む。
5.6.3 本発明のワクチンにより作製した抗体の使用
本発明のHTLV envタンパク質を用いて免疫することにより抗原に対して生じた
抗体は、診断上のイムノアッセイ、受動的免疫療法、及び抗イディオタイプ抗体
の作製においても有用である。
生じた抗体は、当業者に公知の標準的技術(例えば、イムノアフィニティーク
ロマトグラフィー、遠心分離、沈殿等)によって単離することができ、診断上の
イムノアッセイに使用することができる。また、上記抗体は、治療及び/又は病
気の経過をモニターするために使用することもできる。上記のような当業者に公
知のいかなるイムノアッセイ系をこの目的のために使用してもよい。少ないが例
示を挙げれば、ラジオイムノアッセイ、ELISA(enzyme-linked immunosorbentass
ay)、“サンドウィッチ”イムノアッセイ、沈降反応、ゲル拡散沈降反応、免疫
拡散アッセイ、凝集アッセイ、補体結合アッセイ、免疫放射アッセイ、蛍光イ
ムノアッセイ、プロテインAイムノアッセイ及び免疫電気泳動アッセイ等の技術
を用いる競合的及び非競合的アッセイ系を挙げることができるが、これらに限定
されるわけではない。
本発明のワクチン製剤を使用して受動的免疫療法に使用するための抗体を作製
することもでき、受動的免疫療法においては、異種生物に対して予め形成させた
抗体を投与することによって、宿主を短期間保護することができる。
本発明のワクチン製剤によって作製した抗体は、抗イディオタイプ抗体の作製
に使用することもできる。抗イディオタイプ抗体もまた免疫するために使用する
ことができ、これによって病原性微生物の初期抗原に結合する抗体群を作製する
ことができる(Jerne,1974,Ann.Immunol.(Paris)125c:373;Jerneら.,1982,EMB
O J.1:234)。
免疫方法において使用すべき免疫原の量及び免疫スケジユールは、当該技術分
野の医師が決定することができ、免疫反応及び被検者の抗体力価を参考にして投
与することができる。
5.6.4 パッケージング
上記組成物は、必要に応じて、有効成分を含む一以上の一回投与量製剤を含有
するパック又はディスペンサーディバイスに入れることができる。パックは例え
ばブリスターパック等の金属又はプラスティックホイルを含んでいてもよい。パ
ック又はディスペンサーディバイスには、投与の指示書を添付してもよい。また
、相溶性の製剤担体中に製剤化した本発明の化合物を含む組成物を調製し、適当
な容器中に配置し、指示した条件で処理されるようにラベルしてもよい。
6.実施例:HTLV−IIエンベロープタンパク質の発現
ここに挙げる実施例において、アミノ末端切断型のHTLVエンベロープタンパク
質の発現を証明する。更に、生成する組換えHTLVエンベロープタンパク質が免疫
反応性であることを証明する。6.1 .物質および方法
バキュロウイルス形質転換ベクターおよびGST融合ベクターの構築
これらの構築物中で使用するHTLV−IIエンベロープ遺伝子のヌクレオチド配列
を図2に示す。HTLV−IIエンベロープ遺伝子から欠失したヌクレオチド配列を図
2の囲み領域に示す。HTLV−IIエンベロープ遺伝子の切断型を増幅するために使
用するプライマーには図2中で下線を引いた。
バキュロウイルス形質転換ベクターおよびGST融合ベクター中で発現しうるHTL
V−Iエンベロープ遺伝子のヌクレオチド配列を図1に示す。HTLV−Iエンベロー
プ遺伝子から欠失したヌクレオチド配列を図1の囲み領域に示す。HTLV−Iエン
ベロープ遺伝子の切断型を増幅するために使用するプライマーには図1中で下線
を引いた。
taqポリメラーゼ(Cetus)、30サイクルの増幅(94℃、30秒、56℃、30秒
、72℃、1分)、および以下のオリゴヌクレオチドプライマー:5'−AAGGATCC
ATGGGTAATGTTTTCTTC−3'(5180−5197)及び5'−AAGGATCCTTATAGCATGGTTTCTGG
−3'(6643-6626)(BamH1部位を下線で示し、配列番号はHTLV−II−Mo(Shimot
ono)の公表された配列に由来する)を使用して、3'ハーフゲノムを有するプラ
スミドMo(Shimotono)からPCRによってHTLV−IIエンベロープ遺伝子を増幅した
。PCR−増幅産物をBamH1で切断し、電気泳動の後、低融点のアガロースゲル中で
精製した。DNAバンドを切り出し、ポリヘドロンプロモーターの下流に位置するB
amH1部位でバキュロウイルス形質転換ベクターpVL1 392にライゲートした。こ
れらの構築物を作成するために使用するバキュロウイルスベクターであるpVLI
392はInvitrogen,San Diego,CAから得られる。この組換えプラスミドを昆虫細
胞をトランスフェクトするために使用した。
同様に、グルタチオンS−トランスフェラーゼ(GST)とHTLV−IIエンベロー
プ切断タンパク質gp46の融合タンパク質を、プライマ−5'−AAGGATCCATGGGTAAT
GTTTTCTTC−3'(5180−5197)及び5'−AAGAATTCACGGCGGCGTCTTGTCGCGCCAGG−
3'(6103−6086)を用いてプラスミドMo−Tを増幅して調製した。BamH1およびEco
RI付着末端をこれらのプライマーで導入し、断片を共にライゲートするために使
用した。発現プラスミドpGEX2T(Pharmacia,Upsala,Sweden)を使用して、GST
−gp46タンパク質を発現させ、製造者の指示に従って精製した。
組換えバキュロウイルスの製造
組換えバキュロウイルスを作成するために、昆虫細胞106個を含有する単層
(High Five(H5),Invitrogen,San Diego,CA)を、リン酸カルシウム法を使用し
て、上記のエンベロープcDNAを有する形質転換ベクターDNA、および線状化した
バキュロウイルスDNA(Baculogold,PharMingen,San Diego,CA)で共にトランス
フェクトした。組換えウイルスを含む単一のプラークを上清から精製し、H5単層
細胞中で増幅した。
ウエスタンイムノブロット分析
バキュロウイルス感染細胞中に発現したエンベロープタンパク質のヒト抗血清
との反応性を評価するためにウエスタンブロットを使用した。組換えバキュロウ
イルスに感染したH5細胞からの全細胞抽出物を10%SDSポリアクリルアミドゲ
ル(SDS−PAGE)上で電気泳動にかけ、PVDF膜(Immobilon,Bedford,Mにトランス
ファーした。フィルターを200倍希釈したHTLV−11感染被験者の血清(Hall)
でプローブした。フィルターに1:5000希釈の西洋ワサビペルオキシダーゼ結合
抗一ヒト抗体(DAKO A/S,Denmark)を接種し、次いで化学ルミネセンス(ELC,Am
erciam,Buckinghamshire,England)で展開することによって、結合した抗体を検
出した。
細胞およびウイルス
HTLV−IIのためのT細胞ネガティブ対照としてT−細胞系CEMを、融合アッセ
イのためにB−細胞系BJABを使用した。HTLV−II−Vinesはヒトの免疫不全ウイ
ルスに感染していない男性の静脈内薬物乱用者から単離し、HTLV−II−保有ヒト
リンパ系細胞系(Hall)を確立するために使用した。HTLV−II−Mo−Tは有毛細
胞(hairly cell)白血病のT−細胞変異体を有するMo被験者由来のHTLV−II−
感染リンパ芽球系T細胞系(Saladoon)である。細胞系は全て、ウシ胎児血清1
0%、グルタミン2%およびゲンタマイシン50μg/mlを添加したRPMI16
40培地中で維持し、5%CO2中、37℃で培養した。
昆虫細胞High Five(H5,Invitrogen,San Diego,CA)は、ウシ胎児血清10%お
よびカナマイシン50μg/mlを含有するTC100培地(Gibco BRL,Gaithersbur
g,MD)中に維持した。6.1 .結果
HTLV-IIエンベロープ遺伝子を含有した精製組換えバキュロウイルスをH5昆虫
細胞の単層に感染させるために使用した。感染した昆虫細胞を感染4日後に収集
し、HTLV−IIエンベロープポリペプチドの発現を調べた。溶解した細胞からポリ
アクリルアミドゲルによってタンパク質を分離し、PVDF膜にトランスファーし、
HTLV−II感染被験者の血清(Hall)でプローブした(図2)。見かけの分子量が6
3kDaであるタンパク質に免疫反応性があった。
昆虫細胞における組換えタンパク質gp63(rgp63)の位置を免疫蛍光法によっ
て調べた。同様に、感染した昆虫細胞を感染2日後に収集し、HTLV−II感染被験
者の血清とインキュベートした。感染した昆虫細胞の過半数は抗体に結合し、組
換えgp63が感染昆虫細胞の表面に位置していることが示唆された(データは示し
ていない)。
これらの結果から、免疫反応性のあるHTLVエンベロープ抗原がバキュロウイル
ス感染昆虫細胞系においてうまく発現したことが証明される。
7.実施例:HTLV−IIエンベロープタンパク質による免疫化
組換えgp63エンベロープタンパク質をウサギに接種した場合の効果を調べる
ために、以下の分析を実施した。この分析において、ウサギをgp63発現昆虫細胞
で免疫感作し、ウサギの血清をHTLVエンベロープタンパク質に対する抗体につい
てアッセイした。抗−HTLVエンベロープ抗体の存在は、(1)細菌中で発現して
いる組換えGST−gp46融合タンパク質の検出能、および(2)FACS分析におけるH
TLV−II感染ヒト細胞の認識能、によって測定した。
7.1.物質および方法
細胞およびウイルス
HTLV−IIのためのT細胞ネガティブ対照としてT−細胞系CEMを、融合アッセ
イのためにB−細胞系BJABを使用した。HTLV−II−Vinesはヒトの免疫不全ウイ
ルスに感染していない男性の静脈内薬物乱用者から単離し、HTLV−II−保有ヒト
リンパ系細胞系(Hall)を確立するために使用した。HTLV−II−Mo−Tは有毛細
胞白血病のT−細胞変異体を有するMo被験者由来のHTLV−II−感染リンパ芽球系
T細胞系(Saladoon)である。細胞系は全て、ウシ胎児血清10%、グルタミン
2%およびゲンタマイシン50μg/mlを添加したRPMI1640培地中で維持
し、5%CO2中、37℃で培養した。
昆虫細胞High Five(H5,Invitrogen,San Diego,CA)は、ウシ胎児血清10%お
よびカナマイシン50μg/mlを含有するTC100培地(Gibco BRL,Gaithersbur
g,MD)中に維持した。
FACS分析
HTLV−II−Vines、Mo−T、およびCEM細胞系を免疫したウサギ血清で染色し、P
BSで3回洗浄した後、ウシ胎児血清2%の存在下でFITC結合ヤギ抗−ヒト血清(
DAK0 A/S,Denmark)と1−50でインキュベートした。相対蛍光強度をフローサ
イトメトリーで検出した。
ウサギ
特定病原体のない雌ニュージーランド白ウサギ(2.5kg)を商業的なウサギ飼
育業者(日本、静岡のSCL)から入手した。表1のように、ウサギのグループに
5×107個のHTLV−II感染細胞または熱不活性化細胞(70℃で20分)を静脈
注射して接種した。HTLV−IIに感染被験者の血清を使用して蛍光抗体アッセイに
より測定した結果、HTLV−II感染細胞は90%感染されていた(図5)。
シンシチウム阻害アッセイ
HTLV−II−Vines細胞をRPMI培地に1ml当たり106細胞で懸濁し、アリコー
ト(1ウェルあたり50μl)を、熱不活性化した希釈ウサギ血清100μlと
ともに96ウェルプレート中37℃で15分間インキュベートし、次いでBJAB細
胞懸濁物(1mlあたり106細胞)50μlを各ウェルに加えた。5%CO2イン
キュベーター内で中37℃で16時間インキュベートした後、各ウェルを倒立顕
微鏡を用いてシンシチウム(巨大多角細胞)について調べた。抗体試料の中和力
価は、ミクロ培養物中でシンシチウム形成が完全に(100%)阻害される試料
希釈度の逆数として表される。
ウサギの免疫感作
組換え−バキュロウイルス−感染H5細胞を遠心分離して沈降させ(pelleted)、
PBSで1回洗浄し、107細胞/mlの濃度でPBS中に再懸濁した。完全(0日目
)または不完全(14、28および42日目)フロイントアジュバント中に乳化させた
試料(107細胞)を、雌のニュージーランド白ウサギ(2.5kg)に筋肉内注射し
た。ウサギは日本の静岡にあるSLCから購入した。ウサギの免疫血清を56日目に
回収した。
7.2.結果
ウサギを組換えgp63発現昆虫細胞で免疫感作し、細菌中で発現している切断型
のエンベロープタンパク質gp46を用い、血清を組換えGST−融合タンパク質の検
出のためにアッセイした。昆虫細胞の抗原性は細菌と異なることから、免疫感作
後のウサギ抗血清はこの融合タンパク質と交差反応性を示さない。免疫感作の1
週間後、ウサギ3および4の血清はGST−gp46に対して反応性を示した(図4、第
2列及び第3列)が、免疫感作前のR3の血清は反応しなかった(第1列)。
組換えgp63発現昆虫細胞で免疫感作したウサギおよび血清を、FACS分析により
、HTLV−II感染ヒト細胞の検出のためにアッセイした。FACS分析によって、Vine
sおよびMo−T細胞系において陽性の染色が示された(図5)。これと対照的に、感
染していないT細胞系CEMでは陰性の染色パターンが示され、ウサギ血清がHTLV
−IIエンベロープタンパク質に対する抗体を含んでいることが示唆された。8.ワクチン接種後の動物からの血清の中和活性
HTLV-II感染細胞はB−細胞系BJAB(Hall)と共培養した後の細胞に細胞融合を
誘発させる。従って、組換えgp63で免疫感作したウサギからの血清を、細胞が細
胞融合するのを阻止する能力についてアッセイした。
8.1.材料および方法
ウサギ
特定病原体のない雌のニュージーランド白ウサギ(2.5kg)を市場向けのウサギ
飼育業者(日本、静岡のSCL)から入手した。表1のように、ウサギのグループに5
×107個のHTLV-II感染細胞または熱不活性化細胞(70℃で20分)を静脈内接種した
。HTLV-IIに感染した被験者の血清を使用して蛍光抗体アッセイにより測定した
結果、HTLV-II感染細胞は90%感染されていた(図4)。
シンシチウム阻害アッセイ
HTLV-II-Vines細胞をRPMI培地に1mlあたり106細胞で懸濁し、アリコー
ト(1ウェルあたり50μl)を、熱不活性化した希釈ウサギ血清100μlとともに96
ウェルプレート中37℃で15分間インキュベートし、次いでBJAB細胞懸濁物(1mlあ
たり106細胞)50μlを各ウエルに加えた。5% CO2インキュベーター内で37℃で16
時間インキュベートした後、各ウェルを倒立顕微鏡を用いてシンシチウム(巨大
多核細胞)について調べた。抗体サンプルの中和力価は、ミクロ培養物中でシン
シチウム形成が完全に(100%)阻害されるサンプル希釈度の逆数として表される
。
ウサギの免疫感作
組換え−バキュロウイルス−感染H5細胞を遠心分離で沈降させ(pelleted)、PB
Sで1回洗浄し、107細胞/mlの濃度でPBS中に再懸濁した。完全(0日目)または
不完全(14、28、および42日目)フロイントアジュバントに中に乳化させたサンプ
ル(107細胞)を、雌のニュージーランド白ウサギ(2.5kg)に筋肉内注射した。ウサ
ギは日本の静岡にあるSLCから購入した。ウサギの免疫血清を56日目に回収した
。
粒子凝集法(particle agglutination method)
ウサギ血清のHTLV-II抗原に対する力価を粒子凝集キット(日本、東京のFujire
bio社)により算出した。精製したHTLV-I粒子が付着したビーズを種々の希釈度の
血清とともにインキュベートし、凝集が引き起こされる最大希釈度を抗体力価と
して記載した。
8.2.結果
HTLV-II感染細胞をgp62に対する種々の希釈度の抗血清とともにインキュベー
トした結果により、最初の採血(bleeding)における融合を完全に阻止するにはサ
ンプルR3、R4、R8およびR9からの血清のせいぜい1:50の希釈物で充分であるこ
とが示された。融合は抗血清とともにインキュベートすることでブロックされる
が、免疫前の血清(preimmune sera)とともにインキュベートしてもブロックされ
ない。このことは融合活性を引き出すエピトープがgp63、envタンパク質
中に配置されていることを示唆している。従来の研究では、細胞融合をブロック
しうる血清は必ずウイルス感染の中和を示すことが示されていた。さらに、HTLV
-IおよびIIの感染においては、セルフリーの感染が不可能であるので、ウサギgp
63免疫化血清により誘導される細胞融合の阻害は、HTLV-II感染の阻害を示す。
従って、これらの結果はウサギgp63免疫化血清がHTLV-IIに対する中和活性を有
することを示す。
9.HTLV-II 感染からのウサギの防御
本明細書中に示す実施例において、本発明のHTLV env抗原の能力をそのHTLV-I
I感染からウサギを防御する能力についてアッセイした。
9.1.材料および方法
HTLV-IIチャレンジおよびPCRによるプロウイルスの検出
HTLV-II-Vines細胞をPBSで洗浄し、熱不活性化した後あるいは不活性化せずに
ウサギに静脈内注射した(5×107細胞)。感染後毎週、ヘパリン化(heparinized)
血液サンプルからウサギのリンパ球用密度分離培地、lympholyte−Rabbit(Cedar
lane Laboratories,Hornby,Ontario,Canada)によりPBLを単離した。
DNAサンプルをDNAzol(Gibco BRL,Gaitherburg,MD)によりPBMCから調製
し、1μgのDNAサンプルをPCR分析に供した。tax領域を増幅するためにPCR
で用いたプライマーは、SK43 5'TGGATA CCC CGT CTA CGT GT3'(7248〜7267)お
よびSK44,5'GAG CTG ACA ACG CGT CCA TCG3'(7406〜7386)であり、PCRの第2工
程に使用したプライマーは、SK43のすぐ下流に位置しかつSK44とともにnestedプ
ライマーとして作動するSK43’5'GCG ATT GTG TAC AGG CCG ATT GGT 3'(7271〜7
294)であった(SK43および44はPCR protocols M.A.Innis,David H.Gelfand,J.J.S
ninskyおよびT.J.White.Academic pressより得た)。
サザンハイブリダイゼーション
10μ1(50μlのPCRサンプルから)のnested増幅DNAを1.5%アガロースゲルで
分離し、ナイロン膜(Schlicher & Schuell)にブロットした。これらの膜をHybri
Quick溶液(Strategen,San Diego,CA)中68℃で2時間ハイブリダイズさせた。S
K43および44プライマーを用いて作製したPCR断片をアガロースゲルから精製し、
(α-32P)dCTPでランダムプライミング標識した後プローブとして使用した。
9.2.結果
ウサギに5x107個のHTLV-II-Vines細胞を静脈内接種した。1回目の実験では、
非免疫群R1およびR2がチャレンジの2週間後にHTLV-IIに関してセロコンバージ
ョンされ、次の8週間で抗体価が最大に上昇した(図4)。R1のウエスタンブロ
ット分析から、チャレンジ後に組換え体開裂env-融合タンパク質に対する抗体の
存在が実証された(図6)。HTLV-II envを発現する昆虫細胞で免疫したウサギR
3およびR4では、チャレンジ後の次の10週間において抗体価がプラトーのままだ
った(図5)。
免疫ウサギから単離した末梢血リンパ球(PBL)中のHTLV-IIヌクレオチド配列の
存在をPCR分析でアッセイした。1回目の実験では、表1に要約したとおり、非
免疫ウサギのPBLからのDNAサンプル中にHTLV-IIプロウイルスが検出されたが
、免疫ウサギ由来のPBL中には20週間にわたり検出されなかった。また、2回目
のチャレンジでは免疫ウサギのみにHTLV-IIプロウイルスが検出された。HTLV-II
感染を確認するために、熱不活性化HTLV-II-Vinesでさらにチャレンジしたとこ
ろ、予期したように20週間後にプロウイルスは検出されなかった。免疫ウサギに
おけるプロウイルスの非存在および非免疫ウサギにおけるプロウイルスの存在を
確かめるために、HTLV tax遺伝子PCR産物を両チャレンジ後に増幅し、サザンハ
イブリダイゼーションにかけた(図6)。2回目のPCR分析の結果から、HTLV-II
チャレンジ後に、非免疫ウサギはHTLVプロウイルスを含んでいたが、免疫ウサギ
にはHTLV-IIプロウイルスがまったく検出されないことが実証された。これらの
結果は、本発明のHTLV env抗原がHTLV-IIウイルスのチャレンジからの防御を免
疫ウ
サギに賦与したことを示す。
本発明は、本明細書中に記載した特定の実施態様によってその範囲が制限され
るものではない。実際、ここに記載したものに加えて本発明の種々の変更が前記
の説明および添付の図面から当業者には明らかだろう。かかる変更も請求の範囲
に含まれるものとする。
本明細書中には種々の刊行物が引用されているが、それらの開示内容をそのま
ま参考としてここに組み入れる。[DETAILED DESCRIPTION OF THE PRESENT APPLICATION]
env-Glycoprotein Vaccine for Preventing HTLV-I and HTLV-II Infection
This application is a continuation-in-part of co-pending application Ser. No. 08/681,054 (filed Jul. 22, 1996), the entire contents of which are incorporated herein by reference.
1.IntroductionThe present invention relates to novel protein antigens for use in vaccines for the treatment and prevention of human T-cell leukemia virus-I (HTLV-I) and HTLV-II infections, and to novel methods for the efficient production of such antigens. The invention further relates to nucleotide sequences encoding the novel antigens, and vectors and expression systems (both eukaryotic and prokaryotic) for expressing the novel antigens. More specifically, the invention relates to methods for the production of recombinant HTLV envelope (env) glycoproteins using insect and mammalian cell systems to express useful amounts of the envelope glycoproteins. 2.The inventionContext Human T-cell leukemia viruses types I (HTLV-I) and II (HTLV-II) are members of a group of genetically and serologically related retroviruses that share a common tropism for T-lymphocytes and an uncommon lymphotropic disease (Hall et al., 1994, Seminars in Virology 5:165-178). HTLV-I is endemic to several well-established geographic regions and causes adult T-cell leukemia (ATL), malignant transformation of mature T-lymphocytes, and chronic cerebrospinal disorders known as HTLV-I-associated myelopathy and tropical spastic paraparesis (HAM/TSP). HTLV-I infection is endemic to southwestern Japan, the West Indies, South America, and some areas of Africa. HTLV-II infection is now known to be endemic in many Native American populations, and a high proportion of intravenous drug abusers (IVDA) have been documented in North America and Europe (Hall et al., 1994, Seminars in Virology 5:165-178). The majority of infected individuals remain asymptomatic carriers, providing a source of further transmission of the virus. The mode of transmission of HTLV-II is less well understood than that of HTLV-I, but all available evidence to date suggests that they are similar, if not identical. Transmission of HTLV-I occurs by three major routes: There are three ways HTLV-II infection can be transmitted: vertically from mother to child (which occurs primarily through breast-feeding); through heterosexual and homosexual transmission; and through contaminated blood products (which can occur after transfusion or through intravenous drug abuse) (Hollsberg et al., 1993, New England J. Medicine 32 8: 1173).
Over the past decade, evidence has accumulated that HTLV-II infection can be associated with a range of neurologic (and possibly unusual lymphoproliferative) disorders. At present, it is unclear whether HTLV-II is less pathogenic than HTLV-I or whether the lack of observed clinical disorders simply reflects the small number of infected individuals that have been identified and clinically evaluated to date.
The size and structural organization of the HTLV-II provirus have been found to be very similar to that of HTLV-I (Shimotono et al., 1985 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82:310 1-3105). Most of the primary amino acid sequence is also identical, suggesting antigenic cross-reactivity between HTLV-I and HTLV-II. The genome is flanked by long terminal repeats (LTRs) that contain binding sites for RNA polymerase and sequences that regulate viral transcription. Four major genes have been identified, which occupy the following position in the genome: LTR-gag-pol-env-pX-LTR (Selki et al., 1983 Proc. Natl. Acad. Sci. 80:3618-3622). The gag gene encodes a polyprotein that is processed to produce the three internal viral structural proteins. The pol gene encodes the reverse transcriptase RNaseH and integrase, all of which are involved in the synthesis of the provirus and its integration into the host genome. An open reading frame for a putative viral protease is located at the 3' end of the gag gene. It extends into the pol region and is thought to be expressed from the mRNA by a mechanism involving ribosomal frameshifting (Sh1motono et al., 1985 Proc. Natl. Acad. Sc1. USA 82:3101-3105). The env gene is located upstream of the 3' end of the pol gene and partially overlaps with it. The env gene encodes the precursor protein p63, which undergoes proteolytic cleavage and subsequent glycosylation to produce two glycoproteins, gp46 and gp2l. The gp46 protein constitutes the surface protrusions observed on native virus particles by electron microscopy, is thought to have receptor binding activity, and contains the domain responsible for the production of neutralizing antibodies. The gp21 protein is a transmembrane glycoprotein that may be involved in cell fusion activity, similar to HIV. The env protein interacts with a currently unidentified cellular receptor to mediate viral entry. The nucleotide sequence of the env protein predicts that it has a hydrophobic signal sequence at the amino terminus, five potential receptor sites for carbohydrate-linked N-glycosylation in the central region, and a second cluster of hydrophobic amino acids in the putative transmembrane domain (Seiki et al., 1983 Proc. Natl. Acad. Scl. 80:3618-3622). The sequence features suggest that the env protein has a typical structure for cell membrane glycoproteins. Extensive research is being conducted toward the development of vaccines against HTLV-I and HTLV-II. The env protein has been the target of such a vaccine, but efforts to develop full-length gp63 for use as an effective antigen have failed. Previous attempts to express useful levels of the HTLV env protein have been unsuccessful. Instead, several groups have developed synthetic peptides derived from the env protein sequence as antigens for HTLV-I (U.S. Pat. No. 5,378,805; U.S. Pat. No. 5,066,579) and for HTLV-II (U.S. Pat. No. 5,378,805; U.S. Pat. No. 5,359,029). The primary use of these peptides is for disease diagnosis and vaccine development. Synthetic peptides have been increasingly used to map antigenic determinants on protein surfaces and as potential vaccines. These chemically synthesized peptides have been used in sensitive assays to develop vaccines that distinguish between HTLV-I and HTLV-II infections (U.S. Patent No. 5,476,765). Viral vectors capable of expressing recombinant env proteins (e.g., live adenovirus recombinants expressing HTLV-I envelope proteins) have been proposed as vaccines against HTLV-I (deThe et al., 1994, Ciba Foundation Symposium 187:47-60). HTLV-I env proteins expressed in vaccinia virus have also been formulated into vaccine preparations (Seikl et al., 1990, Virus Genes 3:235-249; Shida et al., 1987, EMBO J. 6:3379-3384). Another group developed a vaccine consisting of a live recombinant poxvirus expressing the full-length envelope protein of HTLV-I (Franchini et al., 1995, AIDS Research and Human Retroviruses 11:307-313). However, combining this vaccine with two additional boosts of the gp63 protein subunit failed to provide protection, suggesting that administration of the gp63 protein subunit abolished the protective efficacy of the vaccine. Purification of full-length glycosylated gp63 has been described for use in assays to determine the presence of anti-HTLV antibodies in biological samples. The same publication suggests that full-length glycosylated gp63 could be used in vaccine formulations, but does not describe the efficacy of this type of vaccine (U.S. Patent No. 4,743,678; U.S. Patent No. 5,045,448). Thus, there remains a need for effective full-length HTLV env antigens for use in vaccine formulations, and efficient means for producing such antigens.
3.Summary of the InventionThe present invention relates to novel protein antigens derived from HTLV env protein that can be used as vaccines for the prevention and treatment of HTLV-I and HTLV-II infections, as well as novel methods for producing said antigens. The present invention relates to nucleotide sequences encoding the novel antigenic proteins, mutants and derivatives thereof. The present invention further relates to methods for the expression of the novel antigens, including expression vectors and cell systems (both eukaryotic and prokaryotic). The present invention further relates to the use of the novel antigens as immunogens in vaccine formulations for the prevention and/or treatment of HTLV-I and HTLV-II infections. The present invention relates to HTLV env proteins that lack all or part of their membrane spanning domain, such that the polypeptide is not anchored to the membrane of a host cell when recombinantly expressed. In a preferred embodiment of the present invention, the soluble HTLV env protein lacks all or part of its amino terminus. The present invention further relates to amino-terminally truncated HTLV env proteins that are soluble and accumulate in the cytoplasm of a host cell. As a result, the HTLV env protein is easily purified from lysed host cells.
More specifically, the present invention relates to nucleotide sequences encoding amino-terminal truncated HTLV env proteins, the expression of recombinant HTLV env proteins in host cell systems, and the use of recombinant HTLV env proteins in vaccine formulations for preventing HTLV infection.
A current difficulty with mammalian recombinant gene expression is that many proteins are resistant to expression in many systems, making it difficult to predict the likelihood of success. Previous attempts to express HTLV env proteins at high levels have been unsuccessful. The present invention overcomes this difficulty by expressing truncated HTLV env genes in a baculovirus expression system. Transcription of cDNAs corresponding to amino-terminal truncated HTLV env proteins results in unexpectedly abundant transcribed proteins. It has been found that an approximately 50-fold increase in expression of immunologically useful HTLV-I env protein (relative to expression of the full-length gene in mammalian cells) can be achieved. The present invention is further based on the applicant's discovery that an antigenic protein having the amino acid sequence of an HTLV-I or HTLV-II env protein with a deleted amino-terminal leader or signal sequence can protect a recipient when challenged with HTLV-I or HTLV-II vaccination. The immunogenicity of the protein is unexpectedly strong. In a preferred embodiment of the present invention, a nucleotide sequence encoding an amino-terminal truncated HTLV env protein produces an antigenic or immunogenic polypeptide when expressed in a suitable host cell. An antigenic polypeptide is capable of immunospecifically binding to an antibody against the antigen. An immunogenic polypeptide is capable of eliciting an immune response against the antigen, e.g., immunization with the polypeptide produces antibodies that immunospecifically bind to the antigen or generates a cellular immune response against the antigen. In another preferred embodiment of the invention, the antigenic proteins of the invention are expressed in a baculovirus system producing non-glycosylated antigens or in a stably transfected T cell line producing glycosylated antigens. In yet another preferred embodiment of the invention, an amino-terminal truncated version of the HTLV env protein is expressed as a fusion protein to facilitate purification of the protein.
In another aspect of the invention, methods of using these novel antigenic proteins are described.
Such methods include using these novel antigenic proteins in vaccine formulations, either solely in a prophylactic manner and/or in a therapeutic manner after the recipient has already been infected with either HTLV-I or HTLV-II or both.
The novel antigenic proteins of the invention are also useful in diagnostic immunoassays, passive immunotherapy, and for the generation of anti-idiotypic antibodies.
3.1.DefinitionAs used herein, the following terms have the following meanings:
The term "gp63" refers to the 63 kilodalton precursor protein of the envelope protein or env protein of the HTLV-I or HTLV-II virus. This term also refers to mutants, variants, or fragments of gp63.
The term "gp46" refers to the 46 kilodalton envelope protein or env protein of the HTLV-I or HTLV-II virus. This term also refers to mutants, variants, or fragments of gp46.
"env protein" refers to a polypeptide that includes the native sequence of the HTLV-I and/or -II env protein (full-length and truncated), as well as analogs thereof.
Preferred analogs are those that are substantially homologous to the corresponding native amino acid sequence, and most preferably encode at least one native HTLV-I and -II env epitope, e.g., a neutralizing epitope. A more preferred type of HTLV-I and -II env polypeptide lacks a sufficient portion of the C-terminal transmembrane domain to facilitate efficient expression and/or secretion of HTLV-I and -II env proteins at high levels from the insect or mammalian cell expression hosts of the invention. An "effective amount" refers to an amount of HTLV-I and -II env polypeptide sufficient to elicit an immune response in a subject to which the polypeptide is administered. The immune response may include, but is not limited to, induction of cellular and/or humoral immunity. The term "treating or preventing HTLV infection" refers to inhibiting HTLV viral replication, inhibiting the spread of HTLV, or preventing HTLV from establishing itself in the host, and reducing or alleviating the symptoms of disease caused by HTLV infection. A reduction in viral load, mortality and/or morbidity is considered treatment. The term "pharmaceutical acceptable carrier" refers to a carrier medium that does not interfere with the effectiveness of the biological activity of the active ingredient, is chemically inert, and is not toxic to the patient to whom it is administered. "Therapeutic agent" refers to any molecular compound, preferably an antiviral agent, useful in treating a viral infection or a disease caused thereby. 4.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS1 shows the nucleotide and amino acid sequences of the HTLV-I env protein. The boxed portions of this sequence correspond to those sequences deleted in one embodiment of the amino-terminal truncated form of the HTLV-I env antigen of the present invention. 2 shows the nucleotide and amino acid sequences of the HTLV-II env protein. The boxed portions of this sequence correspond to those sequences deleted in one embodiment of the amino-terminal truncated form of the HTLV-II env antigen of the present invention. 3 shows the detection of the 63 kDa HTLV-II recombinant env glycoprotein (rgp63) expressed in H5 cells by Western blotting using HTLV-II-infected human serum as a specific antibody (lane 1). This protein was not detected in uninfected insect cells (lane 2). HTLV-II-negative human serum did not react with the HTLV-II env glycoprotein expressed in insect cells (lane 3). Figure 4 shows the detection of antibodies against env gp46 one week after immunization of R3 and R4 with rgp63 (lanes 2 and 3, respectively). The antigen used in this detection system was GSTHTLV-II gp46 fusion protein. Pre-immunization serum from R3 did not react with antibodies against the GST-gp46 fusion protein (lane 1).
Figure 5 shows the FACS analysis of HTLV-II infected cell lines using immunized rabbit R3. Positive staining was detected in cell lines Vines and Mo-T. In contrast, CEM was negative. The dotted line is the control FITC-labeled anti-rabbit antibody. The solid line is the anti-HTLV-II env protein rabbit serum used at a 1:10 dilution. F1 is the fluorescence intensity.
Figure 6A shows the antibody titers of animals after HTLV-II-Vines vaccination, as determined by the particle agglutination (PA) method. The left panel (A) shows the antibody titers of non-immunized rabbits. The right panel (B) shows the antibody response in rabbits previously immunized with recombinant gp63. The black circle is R1, the white circle is R2, the white square is R3, and the black square is R4.
Figure 6B shows the detection of antibodies against GST-gp46 in R1 after inoculation with HTLV-II-Vines cells. The antibodies were first detected and appeared after 2 weeks. The antigen used in this detection system was a GST-gp46 fusion protein transferred to a nylon membrane.
Figure 7 shows the detection of HTLV-II proviral DNA by Southern hybridization of nested PCR. The numbers indicate the number of weeks after inoculation.
Only live rabbits inoculated with HTLV-II-Vines cells (R1, R2, and R5) showed positivity after a long time. In contrast, vaccinated animals (R3, R4, R8, and R9) or rabbits injected with heat-inactivated HTLV-II-Vines cells (R6 and R7) showed negative responses.
5.Detailed Description of the InventionThe present invention relates to novel antigenic proteins derived from the HTLV env protein. The proteins can be used as immunogens in vaccine formulations to aid in the prevention and treatment of HTLV-I and HTLV-II infections. The present invention also relates to methods for producing such antigens. The present invention relates to HTLV env polypeptides lacking all or part of the membrane-spanning domain. This deletion prevents the polypeptide from anchoring in the membrane of a host cell when recombinantly expressed. In a preferred embodiment of the present invention, the soluble HTLV env protein lacks all or part of its amino terminus. The present invention further relates to soluble, amino-terminally truncated forms of the HTLV env protein that accumulate in the cytoplasm of host cells. This allows the HTLV env protein to be easily purified from lysed host cells. The present invention is based, in part, on the applicant's discovery that antigenic or immunogenic proteins having the amino acid sequence of HTLV-I or HTLV-II envelope proteins with the amino-terminal leader or signal sequence deleted are useful for protecting recipients when challenged by inoculation with HTLV-I or HTLV-II. Furthermore, transcription of cDNA transcripts corresponding to the novel antigenic proteins of the present invention in either eukaryotic or prokaryotic expression systems led to an unexpected enrichment of the transcribed proteins. The present invention relates to nucleotide sequences encoding the novel antigenic proteins, variants and derivatives thereof. The present invention further relates to methods of expressing the novel antigens, including expression vectors and eukaryotic and prokaryotic cell systems. In a preferred embodiment of the present invention, the nucleotide sequences, upon expression in a suitable host cell, produce polypeptides that are antigenic or immunogenic. The antigenic polypeptides are capable of immunospecific binding by antibodies against the antigen. Immunogenic polypeptides are capable of eliciting an immune response against an antigen, for example, when immunized with the polypeptide, eliciting the production of antibodies that immunospecifically bind to the antigen, or eliciting a cellular immune response against the antigen. In another preferred embodiment of the invention, the antigenic proteins of the invention are expressed in a baculovirus system to produce a non-glycosylated antigen, or in a stably transfected T cell line to produce a glycosylated antigen. In yet another preferred embodiment of the invention, an amino-terminally truncated env protein is expressed as a fusion protein to facilitate purification of the protein. In another aspect of the invention, methods of using the novel antigenic proteins described above are described. These methods include the use of the antigenic proteins in vaccine formulations in a solely prophylactic manner and/or in therapeutic treatments after the recipient has already been infected with either HTLV-I or HTLV-II, or both. The novel antigenic proteins of the present invention are also used in diagnostic immunoassays, active immunotherapy, and for the generation of anti-idiotypic antibodies.
5.1Novel ENV glycoprotein antigensThe present invention is based, in part, on the applicant's surprising discovery that the difficulty of expressing useful amounts of HTLV-env protein could be overcome by expressing an amino-truncated form of the HTLV env protein in insect cells or pulmonary mammalian T lymphocytes. Transcription of a cDNA corresponding to the amino-truncated form of the HTLV env protein results in an unexpected enrichment of the transcribed protein. An approximately 50-fold increase in expression of immunologically useful HTLV env protein could be achieved. The present invention is further based on the applicant's discovery that the antigenicity of this protein was unexpectedly strong. An antigenic protein having the amino acid sequence of the HTLV env protein with the amino-terminal leader sequence deleted was useful for inducing the production of anti-HTLV-II antibodies in recipients and for protecting the recipients when challenged by vaccination with HTLV-I or HTLV-II. Due to the high level of amino acid sequence identity between the amino acid sequences of geographically distinct strains of HTLV-I and HTLV-II, the HTLV-I env antigens of the present invention will be useful for protection against many geographic isolates of HTLV-I, and the HTLV-II env antigens of the present invention will be useful for protection against many geographic isolates of HTLV-II. In a preferred embodiment of the present invention, the antigen proteins of the present invention are expressed in a baculovirus system to produce non-glycosylated antigens, or the antigen proteins are expressed in a stably transfected T cell line to produce glycosylated antigens. 5.2.Nucleotide sequence encoding the antigenThe present invention encompasses nucleotide sequences encoding HTLV env proteins and fragments, truncations, and variants thereof. In preferred embodiments of the present invention, nucleotide sequences encoding amino-terminal truncated HTLV env proteins are included. In more preferred embodiments of the present invention, nucleotide sequences encoding amino-terminal 33 amino acid truncations of HTLV-I env proteins are included. The present invention further encompasses nucleotide sequences encoding HTLV-I env proteins truncated by 1-10, 10-15, 15-20, 20-25, 25-30, 30-35, 35-40, 40-45, 45-50, 50-55, 55-60, 60-65, or 65-70 amino acids from the amino terminus. The present invention further includes nucleotide sequences encoding amino-terminal truncated HTLV-I env proteins, where the recombinantly expressed polypeptide is not anchored to the host cell membrane but retains antigenic activity similar to the full-length HTLV-I env protein. The present invention further includes intermediate deletions, which include deleting a sufficient portion of the signal sequence domain to cause the recombinantly expressed polypeptide to not be anchored to the host cell membrane but retain antigenic activity similar to the full-length HTLV-I env protein. The HTLV-I env nucleotide sequences of the present invention include the following DNA sequences: (1) any DNA sequence encoding an HTLV-I env protein that is immunologically reactive with anti-HTLV-I env antibodies; (2) any DNA sequence encoding an HTLV-I env protein that contains the amino acid sequence shown in FIG. 1; (3) any DNA sequence that hybridizes to the complement of the DNA sequence shown in FIG. 1 under highly stringent conditions (e.g., 0.5M NaHPO4 , 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 1 mM EDTA at 65° C., and washed in 0.1×SSC/0.1% SDS at 68° C. (Ausubel F.M. et al., eds., 1989, Current Protocols in Molecular Biology, Vol. I, Green Publishing Associates, Inc., and John Wiley & Sons, Inc., New York, at p. 2.10.3)) and still encode functionally equivalent gene products; (4) all nucleotide sequences that hybridize to the complement of the DNA sequence shown in FIG. 1 under less stringent conditions, such as moderately stringent conditions (e.g., washed in 0.2×SSC/0.1% SDS at 42° C. (Ausubel F.M. et al., 1989, supra)) and still encode functionally equivalent HTLV-binding proteins; All nucleotide sequences encoding the env gene product; and (5) all nucleotide sequences that hybridize to the complementary strand of the DNA sequence shown in FIG. 1 under less stringent conditions, such as low stringency conditions (e.g., washing in 0.2×SSC/0.1% SDS at 37° C.) and still encode a functionally equivalent gene product. Functionally equivalent gene products include gene products that are produced at high levels and are immunologically reactive with anti-HTLV-I env antibodies. Another preferred embodiment of the present invention includes a nucleotide sequence encoding an amino-terminal 17 amino acid truncation of the HTLV-II env protein. The invention further includes nucleotide sequences encoding HTLV-II env proteins truncated by 1-10, 10-15, 15-20, 20-25, 25-30, 30-35, 35-40, 40-45, 45-50, 50-55, 55-60, 60-65, or 65-70 amino acids from the amino terminus. The invention further includes nucleotide sequences encoding amino-terminal truncated HTLV-II env proteins, such that the recombinantly expressed polypeptide is not anchored to the membrane of a host cell but retains antigenic activity similar to the full-length HTLV-II env protein. Additionally, the invention includes intermediate deletions, which include deleting a sufficient portion of the signal sequence domain to cause the recombinantly expressed polypeptide to not be anchored to the membrane of a host cell but retain antigenic activity similar to the full-length HTLV-II env protein. Additionally, the present invention encompasses intermediate deletions, which delete a sufficient portion of the signal sequence domain to render the recombinantly expressed polypeptide unanchored. The HTLV-II env nucleotide sequences of the present invention include the following DNA sequences: (1) any DNA sequence encoding an HTLV-II env protein that is immunologically reactive with anti-HTLV-II env antibodies; (2) any DNA sequence encoding an HTLV-II env protein that contains the amino acid sequence shown in Figure 2; (3) any DNA sequence that hybridizes to the complement of the DNA sequence shown in Figure 2 under highly stringent conditions (e.g., 0.5M NaHPO4, 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 1 mM EDTA, hybridization to filter-bound DNA at 65° C., and washing in 0.1×SSC/0.1% SDS at 68° C. (Ausubel F.M. et al., eds., 1989, Current Protocols in Molecular Biology, Vol. I, Green Publishing Associates, Inc., and John Wiley & Sons, Inc., New York, at p. 2103)) and encoding a functionally equivalent gene product; (4) all nucleotide sequences that hybridize to the complement of the DNA sequence shown in FIG. 2 under less stringent conditions, such as moderately stringent conditions (e.g., washing in 0.2×SSC/0.1% SDS at 42° C. (Ausubel F.M. et al., 1989, supra)) and still produce a functionally equivalent HTLV-II gene product; (5) all nucleotide sequences that hybridize to the complement of the nucleotide sequence shown in FIG. 2 under less stringent conditions, such as low stringency conditions (e.g., washing in 0.2×SSC/0.1% SDS at 37° C.) and still encode a functionally equivalent gene product. Functionally equivalent gene products include gene products that are produced at high levels and are immunologically reactive with anti-HTLV-II env antibodies. The present invention also encompasses the expression of nucleotide sequences that encode immunologically equivalent fragments of the HTLV env protein. Such immunologically equivalent fragments of HTLV env can be identified by making analogs of the nucleotide sequence encoding the protein, with truncations at the 5' and/or 3' ends of the sequence and/or one or more intermediate deletions, expressing the analog nucleotide sequence, and determining whether the resulting fragments immunologically interact with HTLV antibodies or induce the production of such antibodies, particularly neutralizing antibodies, in vivo. For example, preferred embodiments of the invention include expression of nucleotide sequences encoding HTLV env proteins that lack the amino-terminal signal sequence domain and an intermediate region that may facilitate secretion of the env protein. The invention also includes DNA expression vectors containing any of the coding sequences operably linked to regulatory elements that govern expression of the coding sequences, and genetically engineered host cells containing any of the coding sequences operably linked to regulatory elements that govern expression of the coding sequences in the host cells. As used herein, regulatory elements include, but are not limited to, inducible and non-inducible promoters, enhancers, operators, and other elements known to those skilled in the art to drive and regulate expression. The env glycoprotein gene products or peptide fragments thereof can be produced by recombinant DNA techniques using techniques well known in the art. Thus, methods for preparing the env glycoprotein gene polypeptides and peptides of the invention by expressing nucleic acids containing env glycoprotein gene sequences are described herein. Methods known to those skilled in the art can be used to construct expression vectors containing the env glycoprotein gene product coding sequence and appropriate transcriptional and translational control signals. Such methods include, for example, in vitro recombinant DNA techniques, synthetic techniques, and in vivo genetic recombination. See, for example, the techniques described in Sambrook et al. (1989) and Ausubel et al. (1989), supra. Alternatively, RNA capable of encoding the env glycoprotein gene product sequence can be chemically synthesized, for example, using a synthesizer. See, for example, the techniques described in "Oligonucleotide Synthesis" (Gait, M. J., ed., 1984, IRL Press, Oxford), which is incorporated herein by reference in its entirety. The present invention also encompasses nucleotide sequences encoding peptide fragments of the HTLV env gene product. In a preferred embodiment, the present invention relates to polypeptides or peptides corresponding to amino-terminally truncated HTLV env proteins that are soluble and accumulate in the cytoplasm of host cells, facilitating purification of the HTLV env protein from cultured host cells. For example, polypeptides or peptides corresponding to the extracellular domain of the HTLV env protein are useful as "soluble" proteins to facilitate secretion. The HTLV env protein gene product or peptide fragments thereof can be conjugated to heterologous epitopes recognized by commercially available antibodies, which are also included in the present invention. Durable fusion proteins can also be designed. This is a fusion protein that has a cleavage site located between the HTLV env sequence and the heterologous protein sequence, allowing the HTLV env to be excised from the heterologous moiety. For example, a collagenase cleavage recognition consensus sequence can be engineered between the HTLV env protein or peptide and the heterologous peptide or protein. The HTLV env domain can be released from this fusion protein by collagenase treatment. In a preferred embodiment of the present invention, a fusion protein of glutathione-S-transferase and the HTLV env 46 kd protein can be engineered. 5.3.HTLV ENV Antigenic Proteins and PolypeptidesThe present invention relates to HTLV env polypeptides lacking all or a portion of the signal sequence or transmembrane domain such that the polypeptide is not anchored in the membrane of a host cell when recombinantly expressed. In a preferred embodiment of the invention, the soluble HTLV env protein lacks all or a portion of its amino terminus. Preferred embodiments of the invention include HTLV-I env polypeptides lacking 33 amino acids at the amino terminus and HTLV-II env polypeptides lacking 17 amino acids at the amino terminus. HTLV env proteins, polypeptides, and peptides, mutant, truncated, or deleted forms of HTLV env proteins can be prepared for use in vaccine preparations and as pharmaceuticals useful for the treatment and prevention of HTLV-I and -II infections. The nucleotide sequence of the env protein predicts that it has a hydrophobic signal sequence at the amino terminus, five potential acceptor sites for N-glycosidic attachment in the central region, and a second cluster of hydrophobic amino acids in the putative transmembrane domain (Seiki et al., 1983, Proc. Natl. Acad. Sci. 80:3618-3622). The sequence properties suggest that it has a typical structure of a cell membrane glycoprotein. The env gene encodes a precursor protein, gp63, which undergoes proteolysis and subsequent glycosylation to produce two glycoproteins, gp46 and gp21. The gp46 protein constitutes the surface protrusions observed by electron microscopy on native virus particles, is believed to have receptor binding activity, and contains a domain responsible for the production of neutralizing antibodies. The gp21 protein is a transmembrane glycoprotein and may be involved in cell fusion activity. Additionally, the present invention also includes proteins that are functionally equivalent to the HTLV env proteins encoded by the nucleotide sequences set forth in Section 5.2, as judged by a number of characteristics, including but not limited to the ability to be recognized by HTLV env antibodies. Such equivalent HTLV env gene products may contain deletions, additions, or substitutions of amino acids within the amino acid sequences encoded by the HTLV env gene sequences set forth above, which result in silent changes, thus producing functionally equivalent HTLV env gene products. Amino acid substitutions may be made on the basis of similarity in polarity, charge, solubility, hydrophobicity, hydrophilicity, and/or the amphipathic nature of the residues involved. For example, non-polar (hydrophobic) amino acids include alanine, leucine, isoleucine, valine, proline, phenylalanine, tryptophan, and methionine; polar neutral amino acids include glycine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, asparagine, and glutamine; positively charged (basic) amino acids include arginine, lysine, and histidine; and negatively charged amino acids include aspartic acid and glutamic acid. As used herein, "functionally equivalent" refers to a protein that can be recognized by HTLV env antibodies, which is a protein that can elicit an immunological response substantially similar to the endogenous HTLV env gene product described above. Alternatively, random mutations (using random mutation techniques well known to those skilled in the art) can be made into the HTLV env nucleotide sequence, and the resulting HTLV env protein tested for activity. Also, site-specific mutations of the HTLV env coding sequence can be made (using site-specific mutagenesis techniques well known to those of skill in the art) to produce mutant HTLV env proteins with improved function (e.g., leading to increased expression or antigenicity).
HTLV env proteins of the invention for use in vaccine preparations are substantially pure or homogeneous. The protein is considered substantially pure or homogeneous when at least 60-70% of the sample exhibits a single polypeptide sequence. A substantially pure protein preferably comprises 60-90%, more preferably about 95% and most preferably 99% of the protein sample. Methods well known to those of skill in the art (e.g., polyacrylamide electrophoresis of the sample followed by staining to visualize a single polypeptide band on the gel) can be used to determine the purity or homogeneity of the protein. Higher resolution can be performed using HPLC or other similar methods well known in the art.
The invention includes polypeptides that are typically purified from host cells expressing recombinant nucleotide sequences encoding these proteins. Such protein purification can be accomplished by a variety of methods well known in the art. In a preferred embodiment, the HTLV env protein of the present invention is expressed as a fusion protein with glutathione-S-transferase. The resulting recombinant fusion protein is purified by affinity chromatography to separate the HTLV env domain from the heterologous moiety, resulting in a substantially pure HTLV env protein sample. Other methods may also be used. See, e.g., "Methods In Enzymology," 1990, Academic Press, Inc., San Diego; "Protein Purification: Principles and practice," 1982, Springer-Verlag, New York. 5.4.Expression systemThe present invention includes expression systems, both eukaryotic and prokaryotic expression vectors, that can be used to express truncated and full-length HTLV env proteins. In a preferred embodiment of the invention, the nucleotide sequence of FIG. 1 (with the boxed region deleted and encoding a truncated HTLV-I env protein) is expressed in either a eukaryotic or prokaryotic expression vector. A preferred embodiment of the invention includes expression of full-length and truncated HTLV env gene products in baculovirus to produce non-glycosylated antigens. Another embodiment of the invention includes expression of full-length and truncated HTLV env gene products in stably transfected T cell lines to produce non-glycosylated antigens. A variety of host-expression vector systems can be utilized to express the env glycoprotein encoding sequences of the invention. Such host-expression systems refer to vehicles in which a coding sequence of interest may be produced and substantially purified, but also to cells which, when transformed or transfected with the appropriate nucleotide coding sequence, are capable of displaying the env glycoprotein gene product of the present invention in situ. These include, but are not limited to, bacteria (e.g., E. coli, B. subtilis) transformed with recombinant bacteriophage DNA, plasmid DNA, or cosmid DNA containing the env glycoprotein gene product coding sequence; yeast (e.g., Saccharomyces, Pichla) transformed with recombinant yeast expression vectors containing the env glycoprotein gene product coding sequence; and yeast (e.g., Saccharomyces, Pichla) transformed with recombinant viral expression vectors (e.g., baculovirus) containing the env glycoprotein gene product coding sequence. plant cell systems infected with recombinant viral expression vectors (e.g., cauliflower mosaic virus, CaMV; tobacco mosaic virus, TMV) or transformed with recombinant plasmid expression vectors (e.g., Ti plasmid) containing the env glycoprotein gene product coding sequence; or mammalian cell systems (e.g., Cos, CHO, BHK, 293, 3T3) carrying promoters derived from mammalian cell genomes (e.g., metallothionein promoter) or mammalian virus (e.g., adenovirus late promoter; vaccinia virus 7.5K promoter). In bacterial systems, a number of suitable expression vectors may be selected depending on the intended use for the expression of the env glycoprotein gene product. For example, when producing large quantities of such protein for the preparation of pharmaceutical compositions of env glycoprotein or for raising antibodies against env glycoprotein, vectors directing the expression of fusion protein products having high expression levels and which can be easily purified may be desired. Such vectors include, but are not limited to, the E. coli expression vector pUR278 (Ryther et al., 1983, EMBO. 2:1791), in which the env glycoprotein gene product coding sequence can be individually ligated into the vector in frame with the lacZ coding region to produce a fusion protein; pIN vectors (Inoue and Inoue, 1985, Nucleic Acids Res. 13:3101-3109; Van Heeke and Schuster, 1989, J. Biol. Chem. 264:5503-5509), and the like. PGEX vectors can also be used to produce foreign proteins as fusion proteins with glutathione-S-transferase (GST). In general, such fusion proteins are soluble and can be easily purified from lysed cells by adsorption to glutathione-agarose beads followed by elution in the presence of free glutathione. pGEX vectors are designed to contain thrombin or factor Xa protease cleavage sites so that the cloned target gene product can be released from the GST moiety. In an insect system, Autographa california nuclear polyhedrosis virus (AcNPV) is used as a vector to express foreign genes. The virus is grown in Spodoptera frugiperda cells. The env glycoprotein coding sequence is cloned individually into non-essential regions of the virus (e.g., the polyhedrin gene) and placed under control of an AcNPV promoter (e.g., the polyhedrin promoter). Successful insertion of the env glycoprotein gene results in the inactivation of the polyhedrin gene and produces non-occluded recombinant viruses (i.e., viruses lacking the protein coat encoded by the polyhedrin gene). These recombinant viruses are then used to infect insect Spodoptera frugiperda cells in which the inserted virus is expressed. (See, e.g., Smith et al., 1983, J. Virol. 46:584; Smith, U.S. Pat. No. 4,215,051). In mammalian host cells, a number of viral-based expression systems are available. When adenovirus is used as an expression vector, the coding sequence of the env glycoprotein gene of interest can be ligated to an adenovirus transcription/translation regulatory complex (e.g., the late promoter and tripartite leader sequence). This chimeric gene can then be inserted into the adenovirus genome by in vitro or in vivo recombination. Insertion into a non-essential region of the viral genome (e.g., region E1 or E3) will result in a recombinant virus that is viable in an infected host and capable of expressing the env glycoprotein gene product (see, e.g., Logan & Shenk, 1984, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81:3655-3659). Specific initiation signals may also be required for efficient translation of the inserted env glycoprotein gene product coding sequence. These signals include the ATG initiation codon and adjacent sequences. If the entire env glycoprotein gene (including its own initiation codon and adjacent sequences) is inserted into the appropriate expression vector, no additional translational control signals may be required. However, if only a portion of the env glycoprotein gene coding sequence is inserted, exogenous translational control signals, possibly including the ATG initiation codon, must be provided. Furthermore, the initiation codon must be in phase with the reading frame of the desired coding sequence to ensure translation of the entire insert. These exogenous translational control signals and initiation codons can be of various origins, both natural and synthetic. Efficiency of expression may be increased by the inclusion of appropriate transcriptional enhancer elements, transcriptional terminators, etc. (see Bittner et al., 1987, Methods in Enzymol. 153:516-544). 5.5 Cell Lines The present invention includes expression of HTLV env glycoprotein in animal and insect cell lines. In a preferred embodiment of the invention, the env glycoprotein is expressed in a baculovirus vector in an insect cell line to produce a non-glycosylated antigen. In another preferred embodiment of the invention, the env glycoprotein is expressed in a stably transfected T lymphocyte cell line to produce a glycosylated antigen. Host cell lines can be selected that alter expression of the inserted sequences or that modify and process the gene product in a particular desired manner. Such modifications (e.g., glycosylation) and processing (e.g., cleavage) of protein products may be important for the function of the protein. Different host cells have characteristic and specific mechanisms for post-translational processing and modification of proteins and gene products. An appropriate cell line or host system is selected to ensure correct modification of the expressed foreign protein. To this end, eukaryotic host cells that possess the cellular machinery for proper processing of the primary transcript, glycosylation, and phosphorylation of the gene product can be used. Such mammalian host cells include, but are not limited to, CHO, VERO, BHK, HeLa, COS, MDCK, 293, 3T3, and WI38 cell lines. For long-term, high-yield production of recombinant proteins, stable expression is preferred. For example, cell lines that stably express the env glycoprotein gene product can be engineered. Rather than using an expression vector containing a viral origin of replication, a host cell can be transformed with DNA controlled by appropriate expression regulatory elements (e.g., promoter, enhancer, sequences, transcription terminators, polyadenylation sites, etc.) and a selection marker. Following introduction of the foreign DNA, the engineered cells can be grown in rich medium for 1-2 days, followed by switching to a selective medium. The selectable marker in the recombinant plasmid confers resistance to the selection, allowing the cells to stably integrate the plasmid into their chromosomes and grow to form foci that are then cloned into cell lines. This method can be advantageously used to engineer cell lines that express the env glycoprotein gene product. Such cell lines would be particularly useful for screening and evaluating compounds that affect the endogenous activity of the env glycoprotein gene product. Many selection systems can be used. The herpes simplex virus thymidine kinase (Wigler, et al., 1977, Cell 11:223), hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase (Szybalska & Szybalski, 1962, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 48:2026), and adenine phosphoribosyltransferase (Lowy, et al., 1980, Cell 22:817) genes were cloned into tk-, hgprt-or aprt-These include, but are not limited to, the ability to employ genes in cells that are capable of inhibiting metabolic pathways, and antimetabolite resistance can be used as the basis for selection for genes that inhibit metabolic pathways, such as: dhfr, which confers resistance to methotrexate (Wigler, et al., 1980, Natl. Acad. Sci. USA 77:3567; O'Hare, et al., 1981, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78:1527); gpt, which confers resistance to mycophenolic acid (Mulligan & Berg, 1981, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78:2072); neo, which confers resistance to the aminoglycoside G-418 (Colberre-Garapin, et al., 1981, J. Mol. Biol. 159:1); and hygro, which confers resistance to hygromycin (Santerre, et al., 1984, Gene 30:147). Alternatively, any fusion protein can be readily purified by utilizing an antibody specific for the expressed fusion protein. For example, a system described by Janknecht et al. allows for the rapid purification of non-denatured fusion proteins expressed in human cell lines (Janknecht, et al., 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:8972-8976). In this system, the gene of interest is subcloned into a vaccinia recombination plasmid such that the open reading frame of the gene is translationally fused to an amino-terminal tag consisting of six histidine residues. Extracts from cells infected with the recombinant vaccinia virus are incubated with Ni2+The HTLV env glycoprotein antigen of the present invention can be produced in large quantities, and the antigen thus produced and purified has utility for vaccine preparations. The HTLV env protein also has utility in immunoassays to detect or measure the presence of antibodies against the antigen, for example in a body fluid sample from a vaccinated subject, thus diagnosing infection and/or monitoring the immune response of the subject after vaccination. The preparation of vaccines containing immunogenic polypeptides as active ingredients is known to those skilled in the art. 5.6.1. Determination of Vaccine Efficacy The immunopotency of the HTLV env antigen can be determined by monitoring the immune response in test animals after immunization with the HTLV env antigen, or by using any immunoassay known to those skilled in the art. The production of humoral (antibody) responses and/or cell-mediated immunity can be taken as indicators of immune response. Test animals can include mice, hamsters, dogs, cats, monkeys, rabbits, chimpanzees, etc., and finally human subjects. Methods of administering the vaccine can include oral, intracerebral, intradermal, intramuscular, intraperitoneal, intravenous, subcutaneous, intranasal, or any other standard route of immunization. The immune response of the tested subjects can be analyzed by various approaches, for example, by the reactivity of immune sera obtained against HTLV env antigens, as assayed by known techniques such as immunosorbent assay (ELISA), immunoblot, radioimmunoprecipitation, etc., or, if the HTLV env antigens display antigenicity or immunogenicity, by protection of the immunized host from infection with HTLV and/or by reduction of symptoms of HTLV infection in the immunized host. As an example of a suitable animal test for an HTLV env vaccine, the vaccine of the present invention can be tested in rabbits for its ability to induce an antibody response to HTLV env antigens. Male specific pathogen-free (SPF) young adult New Zealand white rabbits can be used. Each test group receives a fixed concentration of vaccine. A control group receives an injection of 1 mM Tris-HCl pH 9.0 without HTLV env antigens. Blood samples can be taken from the rabbits every week or two and the serum can be analyzed for antibodies to HTLV env proteins. The presence of antibodies specific to the antigen can be assayed, for example, using ELISA. 5.6.2. Vaccine Formulations Suitable preparations of such vaccines include injectables, either as liquid dissolutions or suspensions; solid dosage forms suitable for dissolution or suspension in liquid prior to injection can also be prepared. The preparations can also be emulsified or the polypeptides can be encapsulated in liposomes. The active immunogenic ingredient can often be mixed with excipients that are pharma-
ceutically acceptable and compatible with the active ingredient. Suitable excipients are, for example, saline, dextrose, glycerol, ethanol, and the like, and combinations thereof. In addition, if desired, the vaccine preparation may contain small amounts of auxiliary substances such as wetting agents, emulsifying agents, pH buffering agents, and/or adjuvants that enhance the effectiveness of the vaccine. Examples of adjuvants that may be effective are aluminum hydroxide, N-acetyl-muramyl-L-threonyl-D-isoglutamine (thr-MDP), N-acetyl-nor-muramyl-L-alanyl-D-isoglutamine, N-acetyl-muramyl-L-alanyl-D-isoglutaminyl-L-alanine-2-(1'-2'-dipalmitoyl-sn-glycero-3-hydroxyphosphoryloxy)-ethylamine. The effectiveness of an adjuvant can be determined by measuring the induction of antibodies against an immunogenic polypeptide containing an HTLV env polypeptide epitope, which can be obtained by administering the polypeptide in a vaccine that also contains various adjuvants. The polypeptide can be formulated as a neutral or salt form to form a vaccine. Pharmaceutically acceptable salts include acid addition salts formed with free amino groups of the peptide, and acid addition salts formed with inorganic acids (e.g., hydrochloric acid, phosphoric acid, etc.) or organic acids (e.g., acetic acid, oxalic acid, tartaric acid, maleic acid, etc.). Salts formed with free carboxyl groups can also be derived from inorganic bases (e.g., sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, calcium hydroxide, ferric hydroxide, etc.) or organic bases (e.g., isopropylamine, trimethylamine, 2-ethylaminoethanol, histidine, procaine, etc.). The vaccine of the present invention can be either multivalent or monovalent. Multivalent vaccines can be made from recombinant viruses capable of expressing more than one antigen.
The vaccine formulation of the present invention can be introduced by many methods, including, but not limited to, oral, intradermal, intramuscular, intraperitoneal, intravenous, subcutaneous, intranasal, and scarification (e.g., scratching the upper layer of the skin with a bifurcated needle).
The patient to whom the vaccine of the present invention is administered is preferably a mammal, most preferably a human, but may also be a non-human animal, including, but not limited to, cows, horses, sheep, pigs, poultry (e.g., chickens), goats, cats, dogs, hamsters, mice, and rats.
The vaccine formulation of the present invention comprises an effective immunizing amount of HTLV env protein and a pharmaceutically acceptable carrier or excipient. The vaccine formulation comprises an effective immunizing amount of one or more antigens and a pharmaceutically acceptable carrier or excipient. Pharmaceutically acceptable carriers are well known to those skilled in the art and include, but are not limited to, saline, buffered saline, dextrose, water, glycerol, sterile isotonic aqueous buffer, or combinations thereof. One example of such an acceptable carrier is a physiologically balanced culture medium containing one or more stabilizers (e.g., stabilized hydrolyzed protein, lactose, etc.). Such carriers are preferably sterile. The formulation should be compatible with the mode of administration. The composition may contain minor amounts of wetting agents, emulsifying agents, or pH buffering agents, as required. The composition may be in the form of a solution, suspension, emulsion, tablet, pill, capsule, sustained release formulation, or powder. Oral formulations include standard carriers (e.g., pharmaceutical preparations such as mannitol, lactose, starch, magnesium stearate, sodium saccharine, cellulose, magnesium carbonate, etc.). Generally, the components are supplied separately or mixed together as lyophilized powders or anhydrous concentrates in a sealed container such as an ampule or sachette depending on the amount of active agent. If the composition is to be administered by injection, the components can be supplied in ampules of sterile dilution so that they can be mixed prior to administration. In a specific embodiment, a lyophilized HTLV env polypeptide of the invention is provided in a first container, and a second container contains a diluent consisting of 50% glycerin, 0.25% phenol, and a preservative (e.g., 0.005% brilliant green). The exact dosage of the vaccine formulation to be formulated will also depend on the route of administration and the characteristics of the patient, and should be determined according to the judgment of the practitioner and standard clinical techniques for each patient's condition. An effective immunizing amount is an amount sufficient to produce an immune response to the antigen in the host to which the vaccine formulation is administered. The use of purified antigens as vaccine formulations can be carried out by standard methods. For example, the purified protein can be prepared to an appropriate concentration, formulated with a suitable vaccine adjuvant, and packaged for use. Suitable adjuvants include, but are not limited to, mineral gels (e.g., aluminum hydroxide), surfactants (e.g., lysolecithin, pluronic polyols), polyanions, peptides, oil emulsions, alum, and MDP. The immunogen can also be incorporated into liposomes or conjugated to polysaccharides and/or other polymers that can be used in vaccine formulations. For example, if the recombinant antigen is a hapten (i.e., a molecule that is antigenic in that it can selectively react with cognate antibodies, but not immunogenic in that it cannot elicit an immune response), the hapten can be covalently linked to a carrier or immunogenic molecule. For example, large proteins such as serum albumin can confer immunogenicity to a hapten bound to it. The hapten-carrier may be formulated and used as a vaccine.
An effective dose (immunizing dose) of the vaccine of the invention may also be estimated based on dose-response curves obtained from animal model test systems.
The invention also provides a formulation pack or kit comprising one or more containers containing one or more of the components of the vaccine formulation of the invention. Such containers may bear a notice in a form prescribed by a governmental agency regulating the manufacture, use or sale of pharmaceuticals or biological products, the notice indicating approval by the governmental agency for manufacture, use or sale for administration to humans.
Thus, the invention provides a method of immunizing an animal or treating or preventing various diseases or disorders in an animal, which method comprises administering to the animal an effective immunizing dose of the vaccine of the invention.
5.6.3Uses of antibodies generated by the vaccines of the inventionAntibodies generated against antigens by immunization with the HTLV env protein of the present invention are also useful in diagnostic immunoassays, passive immunotherapy, and in the generation of anti-idiotypic antibodies. The antibodies generated can be isolated by standard techniques known to those skilled in the art (e.g., immunoaffinity chromatography, centrifugation, precipitation, etc.) and used in diagnostic immunoassays. The antibodies can also be used to monitor the progress of treatment and/or disease. Any immunoassay system known to those skilled in the art as described above may be used for this purpose. Examples include, but are not limited to, competitive and non-competitive assay systems using techniques such as radioimmunoassays, enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs), "sandwich" immunoassays, precipitation reactions, gel diffusion precipitation reactions, immunodiffusion assays, agglutination assays, complement fixation assays, immunoradiometric assays, fluorescent immunoassays, protein A immunoassays, and immunoelectrophoretic assays, to name a few. The vaccine formulations of the present invention can also be used to generate antibodies for use in passive immunotherapy, in which preformed antibodies against a foreign organism are administered to provide short-term protection to the host. The antibodies generated by the vaccine formulations of the present invention can also be used to generate anti-idiotypic antibodies. Anti-idiotypic antibodies can also be used for immunization, which generate a population of antibodies that bind to the initial antigens of pathogenic microorganisms (Jerne, 1974, Ann. Immunol. (Paris) 125c: 373; Jerne et al., 1982, EMB O J. 1: 234). The amount of immunogen to be used in the immunization method and the immunization schedule can be determined by a physician skilled in the art and can be administered with reference to the immune response and antibody titer of the subject. 5.6.4PackagingThe compositions may, if desired, be presented in a pack or dispenser device containing one or more unit dosage forms of the active ingredient. The pack may, for example, comprise metal or plastic foil, such as a blister pack. The pack or dispenser device may be accompanied by instructions for administration. Alternatively, compositions comprising a compound of the invention formulated in a compatible pharmaceutical carrier may be prepared, placed in a suitable container, and labeled for processing under the indicated conditions. 6.Example: Expression of HTLV-II envelope proteinIn the examples presented herein, we demonstrate the expression of amino-terminally truncated forms of HTLV envelope proteins. We further demonstrate that the resulting recombinant HTLV envelope proteins are immunoreactive.6.1 Materials and Methods
Construction of Baculovirus Transformation Vectors and GST Fusion Vectors
The nucleotide sequences of the HTLV-II envelope genes used in these constructs are shown in Figure 2. The nucleotide sequences deleted from the HTLV-II envelope genes are shown in the boxed regions of Figure 2. The primers used to amplify the truncated forms of the HTLV-II envelope genes are underlined in Figure 2.
The nucleotide sequences of the HTLV-I envelope genes that can be expressed in the baculovirus transformation vectors and GST fusion vectors are shown in Figure 1. The nucleotide sequences deleted from the HTLV-I envelope genes are shown in the boxed regions of Figure 1. The primers used to amplify the truncated forms of the HTLV-I envelope genes are underlined in Figure 1.
Taq polymerase (Cetus), 30 cycles of amplification (94°C, 30 sec, 56°C, 30 sec, 72°C, 1 min), and the following oligonucleotide primers: 5'-AAGGATCCATGGGTAATGTTTTCTTC-3' (5180-5197) and 5'-AAGGATCCThe HTLV-II envelope gene was amplified by PCR from the 3' half genome-containing plasmid Mo (Shimotono) using the following sequence: TTATAGCATGGTTTCTGG-3'(6643-6626) (the BamH1 site is underlined, and the sequence number is derived from the published sequence of HTLV-II-Mo (Shimotono)). The PCR-amplified product was digested with BamH1 and purified in a low melting agarose gel after electrophoresis. The DNA band was excised and ligated into the baculovirus transformation vector pVL1 392 at the BamH1 site located downstream of the polyhedron promoter. The baculovirus vector used to generate these constructs, pVL1 392, is obtained from Invitrogen, San Diego, CA. This recombinant plasmid was used to transfect insect cells. Similarly, a fusion protein of glutathione S-transferase (GST) and the HTLV-II envelope cleavage protein gp46 was prepared by amplifying the plasmid Mo-T with the primers 5'-AAGGATCCATGGGTAATGTTTTCTTC-3' (5180-5197) and 5'-AAGAATTCACGGCGGCGTCTTGTCGCGCCAGG-3' (6103-6086). BamH1 and EcoRI sticky ends were introduced with these primers and used to ligate the fragments together. The expression plasmid pGEX2T (Pharmacia, Upsala, Sweden) was used to express the GST-gp46 protein and purified according to the manufacturer's instructions.
Production of recombinant baculovirus
To generate recombinant baculovirus, 100 ng of insect cells were cultured in 100 ng of ...6Monolayers containing baculovirus (High Five (H5), Invitrogen, San Diego, CA) were co-transfected with the above transformation vector DNA carrying the envelope cDNA and linearized baculovirus DNA (Baculogold, PharMingen, San Diego, CA) using the calcium phosphate method. Single plaques containing recombinant virus were purified from the supernatant and amplified in H5 monolayer cells. Western immunoblot analysis Western blots were used to assess the reactivity of envelope proteins expressed in baculovirus-infected cells with human antisera. Whole cell extracts from H5 cells infected with recombinant baculoviruses were electrophoresed on 10% SDS polyacrylamide gels (SDS-PAGE) and transferred to PVDF membranes (Immobilon, Bedford, MA). Filters were probed with 200-fold diluted serum from an HTLV-11-infected subject (Hall). Bound antibodies were detected by inoculating filters with a 1:5000 dilution of horseradish peroxidase-conjugated anti-human antibody (DAKO A/S, Denmark) followed by development with chemiluminescence (ELC, Amersham, Buckinghamshire, England). Cells and viruses The T-cell line CEM was used as a T-cell negative control for HTLV-II, and the B-cell line BJAB for the fusion assay. HTLV-II-Vines were isolated from a male intravenous drug abuser not infected with human immunodeficiency virus and used to establish an HTLV-II-carrying human lymphoid cell line (Hall). HTLV-II-Mo-T is an HTLV-II-infected lymphoblastoid T-cell line (Saladoon) derived from a Mo subject with the T-cell variant of hairy cell leukemia. All cell lines were maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 10% fetal bovine serum, 2% glutamine, and 50 μg/ml gentamicin and incubated at 4 °C for 3 h at 2 °C in 5% CO.2The cells were cultured at 37°C in 100% CO. Insect High Five (H5, Invitrogen, San Diego, CA) cells were maintained in TC100 medium (Gibco BRL, Gaithersburg, MD) containing 10% fetal bovine serum and 50 μg/ml kanamycin.6.1 .resultPurified recombinant baculoviruses containing the HTLV-II envelope gene were used to infect monolayers of H5 insect cells. Infected insect cells were harvested 4 days after infection and examined for expression of HTLV-II envelope polypeptides. Proteins were separated from lysed cells on polyacrylamide gels, transferred to PVDF membranes, and probed with serum from an HTLV-II-infected subject (Hall) (Figure 2). A protein with an apparent molecular weight of 63 kDa was immunoreactive. The location of the recombinant protein gp63 (rgp63) in insect cells was examined by immunofluorescence. Similarly, infected insect cells were harvested 2 days after infection and incubated with serum from an HTLV-II-infected subject. The majority of infected insect cells bound the antibody, suggesting that recombinant gp63 was located on the surface of the infected insect cells (data not shown). These results demonstrate that immunoreactive HTLV envelope antigens were successfully expressed in baculovirus-infected insect cell systems.
7.Example: Immunization with HTLV-II envelope proteinTo investigate the effect of inoculating rabbits with recombinant gp63 envelope protein, the following assay was performed. In this assay, rabbits were immunized with gp63-expressing insect cells and their sera were assayed for antibodies against HTLV envelope protein. The presence of anti-HTLV envelope antibodies was measured by (1) their ability to detect recombinant GST-gp46 fusion protein expressed in bacteria and (2) their ability to recognize HTLV-II-infected human cells in FACS analysis. 7.1.Materials and MethodsCells and viruses The T-cell line CEM was used as a T-cell negative control for HTLV-II, and the B-cell line BJAB for the fusion assay. HTLV-II-Vines were isolated from a male intravenous drug abuser not infected with human immunodeficiency virus and used to establish an HTLV-II-carrying human lymphoid cell line (Hall). HTLV-II-Mo-T is an HTLV-II-infected lymphoblastoid T-cell line (Saladoon) derived from a Mo subject with the T-cell variant of hairy cell leukemia. All cell lines were maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 10% fetal bovine serum, 2% glutamine, and 50 μg/ml gentamicin and incubated at 4 °C for 3 h at 2 °C in 5% CO.2The cells were cultured at 37°C in 10% fetal bovine serum (FACS analysis).
High Five (H5, Invitrogen, San Diego, CA) insect cells were maintained in TC100 medium (Gibco BRL, Gaithersburg, MD) containing 10% fetal bovine serum and 50 μg/ml kanamycin.
FACS analysis
HTLV-II-Vines, Mo-T, and CEM cell lines were stained with immunized rabbit serum, washed three times with PBS, and then incubated with FITC-conjugated goat anti-human serum (DAK0 A/S, Denmark) at 1-50 in the presence of 2% fetal bovine serum. The relative fluorescence intensity was detected by flow cytometry.
Rabbits
Specific pathogen-free female New Zealand white rabbits (2.5 kg) were obtained from a commercial rabbit breeder (SCL, Shizuoka, Japan). Groups of rabbits were divided into 5 × 107HTLV-II-infected cells or heat-inactivated cells (70°C for 20 min) were inoculated intravenously. HTLV-II-infected cells were 90% infected as determined by a fluorescent antibody assay using serum from a subject infected with HTLV-II (Figure 5).
Syncytium inhibition assay
HTLV-II-Vines cells were inoculated in RPMI medium at 10 per ml.6The cells were suspended in 100 μl of diluted rabbit serum and aliquots (50 μl per well) were incubated with 100 μl of heat-inactivated diluted rabbit serum in 96-well plates at 37° C. for 15 minutes, followed by addition of BJAB cell suspension (10650 μl of cells was added to each well.2After 16 hours of incubation at 37°C in an incubator, each well was examined for syncytia (giant polygonal cells) using an inverted microscope. The neutralizing titer of an antibody sample is expressed as the reciprocal of the sample dilution at which syncytia formation in microcultures is completely (100%) inhibited. Rabbit Immunization Recombinant baculovirus-infected H5 cells were pelleted by centrifugation, washed once with PBS, and diluted with 107The samples were resuspended in PBS at a concentration of 1000 cells/ml. Samples (1000 cells/ml) were emulsified in complete (day 0) or incomplete (days 14, 28, and 42) Freund's adjuvant.7The cells were injected intramuscularly into female New Zealand White rabbits (2.5 kg). The rabbits were purchased from SLC, Shizuoka, Japan. The rabbit immune serum was collected on day 56. 7.2.resultRabbits were immunized with recombinant gp63-expressing insect cells, and sera were assayed for detection of recombinant GST-fusion proteins using a truncated form of the envelope protein gp46 expressed in bacteria. Because the antigenicity of insect cells is different from that of bacteria, rabbit antisera after immunization do not cross-react with this fusion protein. One week after immunization, sera from rabbits 3 and 4 were reactive to GST-gp46 (Figure 4, columns 2 and 3), whereas pre-immunization serum from R3 did not (column 1). Rabbits immunized with recombinant gp63-expressing insect cells and sera were assayed for detection of HTLV-II-infected human cells by FACS analysis. FACS analysis showed positive staining in Vines and Mo-T cell lines (Figure 5). In contrast, the uninfected T cell line CEM showed a negative staining pattern, suggesting that the rabbit serum contained antibodies against HTLV-II envelope proteins.8.Neutralizing activity of sera from vaccinated animalsHTLV-II-infected cells induce cell fusion after co-culture with the B-cell line BJAB (Hall). Therefore, sera from rabbits immunized with recombinant gp63 were assayed for their ability to block cell fusion. 8.1.material and method
Rabbits
Specific pathogen-free female New Zealand white rabbits (2.5 kg) were obtained from a commercial rabbit breeder (SCL, Shizuoka, Japan). Groups of rabbits were inoculated with 5 × 107HTLV-II-infected cells or heat-inactivated cells (70°C for 20 min) were inoculated intravenously. HTLV-II-infected cells were 90% infected as measured by a fluorescent antibody assay using serum from a subject infected with HTLV-II (Figure 4). Syncytium inhibition assay HTLV-II-Vines cells were inoculated at 10 per ml in RPMI medium.6The cells were suspended and aliquots (50 μl per well) were incubated with 100 μl of heat-inactivated diluted rabbit serum in 96-well plates at 37° C. for 15 min, followed by incubation with BJAB cell suspension (10 per ml).650 μl of cells was added to each well.2After 16 hours of incubation at 37°C in an incubator, each well was examined for syncytia (large polynuclear cells) using an inverted microscope. The neutralization titer of an antibody sample was expressed as the reciprocal of the sample dilution at which syncytia formation in microcultures was completely (100%) inhibited. Immunization of rabbits Recombinant baculovirus-infected H5 cells were pelleted by centrifugation, washed once with PBS, and then diluted with 107The samples were resuspended in PBS at a concentration of 1000 cells/ml. Samples (1000 cells/ml) emulsified in complete (day 0) or incomplete (days 14, 28, and 42) Freund's adjuvant were7The HTLV-II antigen titer was calculated using a particle agglutination kit (Fujirebio, Tokyo, Japan). Purified HTLV-I particle-attached beads were incubated with various dilutions of serum, and the maximum dilution at which agglutination occurred was recorded as the antibody titer. 8.2.resultThe results of incubation of HTLV-II-infected cells with various dilutions of antisera against gp62 showed that at most 1:50 dilutions of sera from samples R3, R4, R8, and R9 were sufficient to completely block fusion in the first bleeding. Fusion was blocked by incubation with antisera, but not with preimmune sera. This suggests that the epitope eliciting fusion activity is located in the gp63, env protein. Previous studies have shown that sera capable of blocking cell fusion always show neutralization of viral infection. Furthermore, since cell-free infection is not possible in HTLV-I and II infections, the inhibition of cell fusion induced by rabbit gp63-immunized sera shows inhibition of HTLV-II infection. Therefore, these results indicate that rabbit gp63-immunized sera has neutralizing activity against HTLV-II. 9.HTLV-II Protection of rabbits from infectionIn the Examples presented herein, the ability of the HTLV env antigen of the present invention to protect rabbits against HTLV-II infection was assayed. 9.1.material and methodHTLV-II challenge and detection of provirus by PCR
HTLV-II-Vines cells were washed with PBS and either heat-inactivated or uninactivated
intravenously injected into rabbits (5 × 107Every week after infection, PBLs were isolated from heparinized blood samples using lympholyte-Rabbit (Cedar Lane Laboratories, Hornby, Ontario, Canada). DNA samples were prepared from PBMCs using DNAzol (Gibco BRL, Gaithersburg, MD), and 1 μg of DNA was used for PCR analysis. The primers used in the PCR to amplify the tax region were SK43 5'TGGATA CCC CGT CTA CGT GT3' (7248-7267) and SK44, 5'GAG CTG ACA ACG CGT CCA TCG3' (7406-7386), and the primer used in the second step of the PCR was SK43' 5'GCG ATT GTG TAC AGG CCG ATT GGT 3' (7271-7294), which is located immediately downstream of SK43 and acts as a nested primer with SK44 (SK43 and 44 were obtained from PCR protocols M.A. Innis, David H. Gelfand, J.J. Sninsky and T.J. White. Academic press). Southern hybridization
10 μl (from 50 μl of PCR sample) of nested amplified DNA was separated on a 1.5% agarose gel and blotted onto nylon membranes (Schlicher & Schuell). These membranes were hybridized in HybriQuick solution (Strategen, San Diego, CA) for 2 hours at 68°C. PCR fragments generated using S K43 and 44 primers were purified from the agarose gel and (α-32P) It was randomly primed and labeled with dCTP and then used as a probe.
9.2.result
5x10 to rabbit7HTLV-II-Vines cells were inoculated intravenously. In the first experiment, non-immunized groups R1 and R2 seroconverted for HTLV-II 2 weeks after challenge and showed a maximal increase in antibody titers over the next 8 weeks (Figure 4). Western blot analysis of R1 demonstrated the presence of antibodies against recombinant cleaved env-fusion protein after challenge (Figure 6). In rabbits R3 and R4 immunized with insect cells expressing HTLV-II env, antibody titers remained at a plateau for the next 10 weeks after challenge (Figure 5). The presence of HTLV-II nucleotide sequences in peripheral blood lymphocytes (PBL) isolated from immunized rabbits was assayed by PCR analysis. In the first experiment, HTLV-II provirus was detected in DNA samples from PBL of non-immunized rabbits, but not in PBL from immunized rabbits over a 20-week period, as summarized in Table 1. Furthermore, HTLV-II provirus was detected only in the immunized rabbits after the second challenge. To confirm HTLV-II infection, further challenge with heat-inactivated HTLV-II-Vines did not detect provirus after 20 weeks as expected. To confirm the absence of provirus in the immunized rabbits and the presence of provirus in the non-immunized rabbits, HTLV tax gene PCR products were amplified after both challenges and subjected to Southern hybridization (Figure 6). The results of the second PCR analysis demonstrated that after HTLV-II challenge, the non-immunized rabbits contained HTLV provirus, but no HTLV-II provirus was detected in the immunized rabbits. These results indicate that the HTLV env antigen of the present invention conferred protection against HTLV-II viral challenge to the immunized rabbits. The present invention is not intended to be limited in scope by the specific embodiments described herein. Indeed, various modifications of the present invention in addition to those described herein will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description and accompanying drawings. Such modifications are intended to be within the scope of the claims.
Various publications are cited throughout this specification, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entirety.
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