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TECHNISCHER BEREICH
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Die
Erfindung betrifft Interleukin-7-(IL-7-)Fusionsproteine, Verfahren
zu deren Herstellung sowie deren Verwendung. Die Fusionsproteine
enthalten einen Immunglobulinteil, der direkt oder indirekt mit
IL-7 fusioniert ist, das verglichen mit dem Wildtpy-IL-7 an spezifischen
Positionen modifiziert wurde, um die biologischen und pharmazeutischen
Eigenschaften zu verbessern. Die erfindungsgemäßen Proteine sind insbesondere
für die Behandlung
von Störungen,
die mit Immundefekten einhergehen und insbesondere von Erkrankungen,
an denen ein T-Zell-Mangel beteiligt ist, von Nutzen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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An
einer Vielzahl von Störungen
und Therapien ist ein Mangel an Immunzellen beteiligt. Zum Beispiel führt eine
HIV-Infektion zu einem Verlust an CD4+-T-Zellen, während Therapien
wie eine Chemotherapie und Strahlungstherapie im Allgemeinen zu
einem Verlust einer breiten Vielzahl an verschiedenen Blutzellen
führen. Es
wurden Versuche unternommen, spezifische Proteinwirkstoffe bereitzustellen,
die spezifische Arten von als Folge einer Erkrankung oder Therapie
verloren gegangenen Immunzellen zu ergänzen. Zum Beispiel wird in der
Krebschemotherapie Erythropoetin verwendet, um die roten Blutkörperchen
zu ergänzen,
der Granulozytenkolonie stimulierende Faktor (G-CSF) wird verwendet, um Neutrophile
zu ergänzen,
und der Granulozyten-Makrophagenkolonie stimulierende Faktor (GM-CSF)
wird verwendet, um Granulozyten und Makrophagen zu ergänzen. Diese
Proteinwirkstoffe haben, obwohl von großem Nutzen, eine recht kurze
Halbwertszeit im Serum, sodass die Ergänzung von Immunzellen oftmals
unzureichend ist. Darüber
hinaus ist derzeit keinerlei spezifische Behandlung in klinischer
Anwendung, um spezifisch die Entwicklung von T- oder B-Zellen zu
stimulieren, obwohl der Verlust dieser Zellen als Folge einer Erkrankung
oder nach bestimmten myeloablativen Behandlungen bekanntermaßen schädlich für die Gesundheit
eines Patienten ist. Daher besteht auf dem Gebiet ein Bedarf, für das Immunsystem
Stimulatoren und Stärkungsmittel
zu entwickeln, insbesondere für
Lymphozyten, die eine verlängerte
Halbwertszeit im Serum aufweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Interleukin-7-(IL-7-)Fusionsproteine,
die verglichen mit den korrespondierenden Wildtyp-IL-7-Proteinen
verbesserte biologische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus
beruht die vorliegende Erfindung, teilweise, auf der Erkenntnis,
dass IL-7-Fusionsproteine mit bestimmten strukturellen Merkmalen
verglichen mit dem rekombinanten Wildtyp-IL-7 verbesserte biologische
Eigenschaften aufweisen.
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Alternative
IL-7-Fusionsproteine wurden in
WO
02/079232 (Lexigen) und in
WO
04/018681 (Cytheris) beschrieben.
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WO 04/018681 , das früher eingereicht,
aber später
veröffentlicht
wurde als die vorliegende Erfindung, beschreibt Konstrukte, in denen
IL-7-Konformere, die Modifizierungen der aus den drei Disulifdbrücken Cys: 1–4 (Cys2–Cys92),
2–5 (Cys34–Cys129)
und 3–6
(Cys47–Cys141)
bestehenden Aminosäuresequenz
von IL-7 enthalten, durch eine Peptid-Gelenk-Region funktional an Fc-Teile
der schweren IgG-Kette gebunden sind, wobei dieses IgG ein humanes
IgG1 oder IgG4 ist. Diese spezifischen Konstrukte sind, sofern sie
unter den Vorbehalt von Anspruch 1 fallen, ausdrücklich in der folgenden Beschreibung
der Erfindung ausgeschlossen.
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Demzufolge
bietet die Erfindung in einem Aspekt ein Fusionsprotein, das einen
ersten, eine Immunglobulin-(Ig-)Kette enthaltenden Teil und einen
zweiten, Interleukin-7 (IL-7) enthaltenden Teil umfasst, wobei das
IL-7-Fusionsprotein verglichen mit dem Wildtyp-IL-7 eine erhöhte biologische
Aktivität
wie z. B. eine verlängerte
Halbwertszeit im Serum oder bei der Förderung des Überlebens
oder der Vermehrung von Immunzellen aufweist.
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In
einer Ausführungsform
bietet die Erfindung ein Fusionsprotein, das einen ersten, eine
Ig-Kette umfassenden Teil und einen zweiten, IL-7 enthaltenden Teil
umfasst, wobei die Aminosäurereste
an den Positionen 70 und 91 von IL-7 glykosyliert sind und der Aminosäurerest
an Position 116 von IL-7 nicht glykosyliert ist. Durch dieses Dokument
hindurch beziehen sich die Aminosäure-Positionen von IL-7 auf
die entsprechenden Positionen in der reifen, humanen IL-7-Sequenz.
In einer Ausführungsform
ist der Aminosäurerest
an Position 116 von IL-7 Asparagin. In einer weiteren Ausführungsform
ist der Aminosäurerest
an Position 116 von IL-7 verändert,
sodass er nicht mehr als eine Glykosylierungsstelle dienen kann.
In einer Ausführungsform
enthält die
IL-7-Einheit Disulfidbindungen zwischen Cys2 und Cys92, Cys34 und
Cys129, sowie Cys47 und Cys141 von IL-7, unter dem Vorbehalt wie
in Anspruch 1 angegeben.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Erfindung ein Fusionsprotein, das einen ersten, eine Ig-Kette
enthaltenden Teil und einen zweiten, IL-7 enthaltenden Teil umfasst,
wobei das IL-7 Disulfidbindungen zwischen Cys2 und Cys92, Cys34
und Cys129, sowie Cys47 und Cys141 von IL-7 enthält, unter dem Vorbehalt wie
in Anspruch 1 angegeben. In einer Ausführungsform ist der Aminosäurerest
an Position 116 von IL-7 nicht glykosyliert. In einer weiteren Ausführungsform
ist der Aminosäurerest
an Position 116 von IL-7 Asparagin oder ist verändert, sodass er nicht mehr
als eine Glykosylierungsstelle dient. In einer weiteren Ausführungsform
sind die Aminosäurereste
an Positionen 70 und 91 von IL-7 glykosyliert.
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Die
Ig-Kette ist im Allgemeinen ein intakter Antikörper oder ein Teil davon, wie
z. B. eine Fc-Region. Die Ig-Kette des IL-7-Fusionsproteins kann
von jedem bekannten Ig-Isotyp stammen und kann mindestens einen
Teil von einer oder mehreren konstanten Domänen umfassen. Zum Beispiel
kann die konstante Domäne aus
der Gruppe bestehend aus einer CH1-Region, einer Gelenk-Region,
einer CH2-Region und einer CH3-Region ausgewählt werden. In einer Ausführungsform
umfasst die Ig-Einheit eine Gelenk-Region, eine CH2-Region und eine CH3-Region.
Die Ig-Kette wird gegebenenfalls durch einen Linker mit dem IL-7-Teil
verbunden.
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In
der vorliegenden Erfindung sind Ig-Einheiten eines einzelnen Antikörper-Isotyps wie z. B.
IgG1 oder IgG2, sowie hybride Ig-Einheiten erlaubt. Zum Beispiel
umfasst in einer Ausführungsform
die Ig-Einheit eine von einem Isotyp (d. h. IgG2) stammende Gelenk-Region
und eine von einem weiteren Isotyp (d. h. IgG1) stammende CH-Region.
Eine Ig-Kette, die einen Fc-Teil von IgG1 umfasst, kann vorteilhafterweise
modifiziert werden, sodass sie die Mutationen Asn297Gln und Tyr296Ala
enthält.
Darüber
hinaus kann eine Ig-Kette, die einen Fc-Teil von IgG2 umfasst, vorteilhafterweise
modifiziert werden, so dass sie die Mutationen Asn297Gln und Phe296Ala
enthält.
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Der
IL-7-Teil des oben beschriebenen IL-7-Fusionsproteins kann den reifen
Teil des IL-7-Teils enthalten. In einer Ausführungsform kann der IL-7-Teil
weiterhin eine Deletion umfassen, wie z. B. eine innere Deletion.
In einem Beispiel kann IL-7 eine Deletion von achtzehn Aminosäuren, nämlich der
Aminosäuren
96 bis 114 von SEQ ID NO: 1 enthalten.
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In
weiteren Ausführungsformen
umfasst die Erfindung gereinigte Nucleinsäuren, die für die oben beschriebenen IL-7-Fusionsproteine
kodieren, sowie kultivierte Wirtszellen, die diese Nucleinsäuren enthalten.
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In
einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
IL-7-Fusionsproteins, umfassend die Expression der oben beschriebenen
Nucleinsäure
in einer Wirtszelle und Ernten des Fusionsproteins.
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In
einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Zusammensetzung
wie z. B. eine pharmazeutische Zusammensetzung, die das oben beschriebene
Fusionsprotein umfasst.
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In
einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von Zusammensetzungen zur Behandlung eines Patienten durch Verabreichen
von Fc-IL-7-Fusionsproteinen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
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1 zeigt
die Aminosäuresequenz
von humanem IL-7 (SEQ ID NO: 1). Die Signalsequenz ist fett gedruckt.
Ebenfalls fett und kursiv gedruckt ist eine Reihe von achtzehn Aminosäuren, die
aus der IL-7-Sequenz deletiert werden können.
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2 zeigt
die Aminosäuresequenz
des IL-7 der Kuh (SEQ ID NO: 2). Die Signalsequenz ist fett gedruckt.
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3 zeigt
die Aminosäuresequenz
des IL-7 des Schafs (SEQ ID NO: 3). Die Signalsequenz ist fett gedruckt.
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4 zeigt
die Aminosäuresequenz
von reifem humanem Fcγ1-IL-7
(SEQ ID NO: 4).
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5 zeigt
die Aminosäuresequenz
von reifem, humanem Fcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 (SEQ ID NO: 5).
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6 zeigt
die Aminosäuresequenz
von reifem, humanem Fcγ1(Linker
1)-IL-7 (SEQ ID NO: 6).
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7 zeigt
die Aminosäuresequenz
von reifem, humanem Fcγ1(YN > AQ)(Linker 2)-IL-7
(SEQ ID NO: 7).
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8 zeigt
die Aminosäuresequenz
von reifem humanem Fcγ1(YN > AQ, d)(Linker 2)-IL-7
(SEQ ID NO: 8).
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9 zeigt
die Nucleinsäuresequenz
für die
Fc-Region von humanem Fcγ1-IL-7
(SEQ ID NO: 22).
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10 zeigt
die Nucleinsäuresequenz
für die
Fc-Region von humanem Fcγ1(YN > AQ)-IL-7 (SEQ ID NO:
21).
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11 zeigt
die Nucleinsäuresequenz
für die
Fc-Region von humanem Fcγ2(h)-IL-7 (SEQ ID NO:
20).
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12 zeigt
die Nucleinsäuresequenz
für die
Fc-Region von humanem Fcγ2(h)(FN < AQ)-IL-7 (SEQ ID
NO: 19).
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13 ist
eine graphische Darstellung des pharmakokinetischen Profils von
rekombinantem, humanem IL-7 (offene Quadrate) und dem Fusionsprotein
Fcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 (offene Rauten)
aus Beispiel 7. Die Serumkonzentration der verabreichten IL-7-Fusionsproteine
(in ng/ml) wurde über
die Zeit (in Stunden) gemessen.
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14 ist
eine graphische Darstellung der B-Zellrekonstitution in bestrahlten
Mäusen
mit transplantiertem Knochenmark, die mit rekombinantem, humanem
IL-7 (offene Symbole), humanem Fc-IL-7 (gefüllte Symbole) oder PBS (X)
behandelt wurden. Die Proteine wurden alle zwei Tage (Quadrate)
oder einmal pro Woche (Dreiecke) verabreicht. Die gestrichelte Linie
stellt die B-Zellkonzentration in Spendermäusen dar.
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15 ist
eine graphische Darstellung der T-Zellrekonstitution in bestrahlten
Mäusen
mit transplantiertem Knochenmark, die mit rekombinantem, humanem
IL-7 (offene Symbole), humanem Fc-IL-7 (gerillte Symbole) oder PBS
(X) behandelt wurden. Die Proteine wurden alle zwei Tage (Quadrate)
oder einmal pro Woche (Dreiecke) verabreicht. Die gestrichelte Linie
stellt die T-Zellkonzentration in Spendermäusen dar.
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16 ist ein Dot Blot, das Lymphozytenpopulationen
von Blut-(obere Reihe) und Milzproben (untere Reihe) von bestrahlten
Mäusen
mit transplantiertem Knochenmark, die mit Fcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 (die ersten beiden Spalten)
behandelt wurden, sowie unbehandelte Kontrollen (letzte Spalte)
darstellt. Die erste Spalte stellt rekonstituierte endogene Lymphozyten
(CD45.2+) dar und die zweite Spalte stellt rekonstituierte Spenderlymphozyten
dar (CD45.1+). T-Lymphozyten wurden als CD3-positive Zellen nachgewiesen,
die im unteren rechten Quadranten gezeigt sind. B-Lymphozyten wurden
als B220-positive Zellen nachgewiesen, die im unteren linken Quadranten
gezeigt sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt IL-7-Fusionsproteine bereit, die verglichen mit
dem Wildtyp-IL-7-Proteinen
verstärkte
biologische Aktivität
aufweisen. Insbesondere stellt die Erfindung IL-7-Fusionsproteine
bereit, die einen Immunglobulin-(Ig-)teil umfassen. Diese Ig-IL-7-Fusionsproteine
haben verglichen mit den Wildtyp-IL-7-Proteinen eine verstärkte biologische
Aktivität
wie z. B. eine verlängerte
Halbwertszeit im Serum, was sie zur Verwendung bei der Behandlung
von Zuständen,
die von Immunzelldefekten wie z. B. Lymphozytenmangel begleitet
werden, geeignet macht.
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Die
Erfindung beruht des Weiteren auf der Erkenntnis, dass IL-7-Fusionsproteine,
die bestimmte strukturelle Eigenschaften aufweisen, auch verstärkte biologische
Eigenschaften aufweisen. Während
die Aminosäuresequenz
von Säugetier-IL-7
wohlbekannt ist, bleiben Informationen über die Struktur der von Eukaryoten stammenden
IL-7-Proteine, einschließlich zum
Beispiel der Frage, wie die Proteine falten und welche Wirkung die
vorausgesagten N-verknüpften
Glykosylierungsstellen auf ihre biologische Aktivität haben,
schlecht definiert. Zum Beispiel besitzt das humane IL-7-Protein
ein Cystein in den Positionen 2, 34, 47, 92, 129 und 141 des reifen
Proteins und drei potenzielle N-verknüpfte Glykosylierungsstellen
an den Positionen Asparagin (Asn)70, Asn91 und Asn116. Die exakte
Struktur von IL-7, das unter eukaryotischen Bedingungen hergestellt wird,
ist jedoch unbekannt.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst IL-7-Fusionsproteine mit bestimmten
strukturellen Formen und erhöhter
biologischer Aktivität.
Zum Beispiel sind IL-7-Fusionsproteine mit einem Disulfidbindungsmuster
von Cys2–Cys92,
Cys34–Cys129
und Cys47–141
mit dem Vorbehalt von Anspruch 1 in vivo aktiver als ein rekombinantes
Wildtyp-IL-7-Protein.
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Darüber hinaus
stellt die Erfindung eine Form eines IL-7-Fusionsproteins bereit,
bei dem nur zwei der drei potenziellen N-verknüpften Glykosylierungsstellen
von IL-7 glykosyliert sind. Insbesondere sind Asn70 und Asn91 des
reifen Proteins glykosyliert, während
die vorausgesagte N-verknüpfte
Glykosylierungsstelle am IL-7 Asn116 nicht glykosyliert ist. Ein
solches IL-7-Fusionsprotein ist in vivo aktiver als ein rekombinantes
Wildtyp-IL-7.
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Die
Erfindung umfasst auch IL-7-Fusionsproteine, bei denen die IL-7-Einheit
eine Deletion enthält
und die verglichen mit den entsprechenden unmodifizierten IL-7-Fusionsproteinen
eine vergleichbare Aktivität
beibehalten. Z. B. stellt die Erfindung eine Form von Ig-IL-7 bereit,
bei der die IL-7-Einheit eine innere Deletion von achtzehn Aminosäuren, die
der Sequenz VKGRKPAALGEAQPTKSL (SEQ ID NO: 9) entsprechen, enthält.
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Interleukin-7-Fusionsproteine
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Typischerweise
ist der IL-7-Proteinteil an ein Trägerprotein gebunden. In einer
Ausführungsform
befindet sich das Trägerprotein
in Richtung des N-Terminus des Fusionsproteins und das IL-7-Protein
befindet sich in Richtung des C-Terminus. In einer weitere Ausführungsform
befindet sich das IL-7-Fusionsprotein in Richtung des N-Terminus des Fusionsproteins
und das Trägerprotein
befindet sich in Richtung des C-Terminus.
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Wie
hierin verwendet, meint der Begriff „Interleukin-7" oder „IL-7" IL-7-Polypeptide
und Derivate und Analoga davon, die eine wesentliche Aminosäuresequenz-Identität mit dem
reifen Wildtyp-Säugetier-IL-7s
und eine im Wesentlichen äquivalente
biologische Aktivität
aufweisen, z. B. in Standardbioassays oder Assays zur IL-7-Rezeptorbindungsaffinität. Zum Beispiel
bezieht sich IL-7 auf eine Aminosäuresequenz eines rekombinanten
oder nicht rekombinanten Polypeptids mit einer Aminosäuresequenz
von: i) einer nativen oder natürlich vorkommenden
Allelvariante eines IL-7-Polypeptids,
ii) einem biologisch aktiven Fragment eines IL-7-Polypeptids, iii)
einem biologisch aktiven Polypeptidanalogon eines IL-7-Polypeptids
oder iv) einer biologisch aktiven Variante eines IL-7-Polypeptids.
Erfindungsgemäße IL-7-Polypeptide
können
von beliebigen Spezies erhalten werden, z. B. Mensch, Kuh oder Schaf.
Nucleinsäure- und Aminosäuresequenzen
von IL-7 sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt. Zum Beispiel hat die
humane IL-7-Aminosäuresequenz
eine Genbank-Zugangsnummer NM 000880 (SEQ ID NO: 1) und ist in 1 dargestellt,
die IL-7-Aminosäuresequenz
der Maus hat eine Genbank-Zugangsnummer NM 008371; die IL-7-Aminosäuresequenz
der Ratte hat eine Genbank-Zugangsnummer AF 367210; die IL-7-Aminosäuresequenz
der Kuh hat eine Genbank-Zugangsnummer NM 173924 (SEQ ID NO: 2)
und ist in 2 dargestellt, und die IL-7-Aminosäuresequenz
des Schafs hat eine Genbank-Zugangsnummer U10089 (SEQ ID NO: 3)
und ist in 3 dargestellt. Die Signalsequenz
für jede
der dargestellten Polypeptidspezies ist in jeder der Figuren fett
gedruckt und ist typischerweise nicht enthalten, wenn der IL-7-Teil
C-terminal an das Trägerprotein
fusioniert wird.
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Eine „Variante" eines IL-7-Proteins
ist definiert als eine Aminosäuresequenz,
die durch eine oder mehrere Aminosäuren verändert wurde. Die Variante kann „konservative" Veränderungen
enthalten, bei denen eine substituierte Aminosäure eine ähnliche Struktur oder ähnliche
chemische Eigenschaften aufweist, z. B. Austausch von Leucin durch
Isoleucin. Seltener kann eine Variante „nicht konservative" Veränderungen
enthalten, z. B. Austausch eines Glycins durch Tryptophan. Ähnliche
kleinere Veränderungen
können
auch Aminosäuredeletionen
oder -insertionen oder beides umfassen. Eine Leitlinie zur Bestimmung,
welche und wie viele Aminosäurereste
substituiert, insertiert oder deletiert werden können, ohne die biologische
Aktivität
aufzuheben, kann unter Verwendung von auf dem Fachgebiet wohlbekannten
Computerprogrammen, zum Beispiel Software für Molecular Modelling oder
zur Erzeugung von Alignments, gefunden werden. Die innerhalb der
Erfindung eingeschlossenen IL-7-Proteinvarianten umfassen IL-7-Proteine,
die IL-7-Aktivität
beibehalten. IL-7-Polypeptide, die auch Additionen, Substitutionen
oder Deletionen umfassen, sind ebenfalls in die Erfindung eingeschlossen,
solange die Proteine eine im Wesentlichen äquivalente biologische IL-7-Aktivität beibehalten.
Zum Beispiel sind Verkürzungen
von IL-7, welche eine zur Volllängenform
des IL-7-Proteins vergleichbare biologische Aktivität beibehalten,
in der Erfindung eingeschlossen. Die Aktivität des IL-7-Proteins kann unter
Verwendung von zellulären
in vitro-Proliferationsassays wie im unten folgenden Beispiel 6
beschrieben gemessen werden. Die Aktivität der erfindungsgemäßen IL-7-Varianten
behält
verglichen mit dem Wildtyp-IL-7 eine biologische Aktivität von mindestens
10%, 20%, 40%, 60%, aber mehr bevorzugt 80%, 90%, 95% und noch mehr
bevorzugt 99% bei.
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IL-7-Proteinvarianten
umfassen auch Polypeptide mit mindestens etwa 70%, 75%, 80%, 85%,
90%, 92%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr Sequenzidentität mit dem
Wildtyp-IL-7. Um die Prozentidentität zweier Aminosäuresequenzen
oder zweier Nucleinsäuresequenzen
zu bestimmen, wird mit den Sequenzen für einen optimalen Vergleich
ein Alignment durchgeführt
(z. B. können
für ein
optimales Alignment mit einer zweiten Aminosäure- oder Nucleinsäuresequenz
Lücken
in eine erste Aminosäure-
oder Nucleinsäuresequenz eingeführt werden).
Die Prozentidentität
zwischen zwei Sequenzen ist eine Funktion der Anzahl von identischen
Positionen, welche die Sequenzen teilen (d. h. % Homologie = Anzahl
identischer Positionen/Gesamtanzahl an Positionen × 100).
Die Bestimmung der Prozent Homologie zwischen zwei Sequenzen kann unter
Verwendung eines mathematischen Algorithmus durchgeführt werden.
Ein bevorzugtes, nicht einschränkendes
Beispiel eines mathematischen Algorithmus, der für den Vergleich zweier Sequenzen
verwendet wird, ist der Algorithmus von Karlin und Altschul (1990)
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 2264–68, modifiziert wie bei Karlin
und Altschul (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 5873–77. Ein
solcher Algorithmus ist in den NBLAST- und XBLAST-Programmen von
Altschul, et al. (1990) J. Mol. Biol. 215: 403–10 eingefügt. BLAST-Nucleotidsuchen können mit
dem NBLAST-Programm,
Score = 100, Wortlänge
= 12 durchgeführt
werden. BLAST-Proteinsuchen können
mit dem XBLAST-Programm, Score = 50, Wortlänge = 3 durchgeführt werden.
Um Alignments mit Lücken
für Vergleichszwecke
zu erhalten, kann Gapped BLAST verwendet werden, wie in Altschul et
al., (1997) Nucleic Acids Research 25(17): 3389–3402 beschrieben. Bei Verwendung
der BLAST- und Gapped BLAST-Programme können die vorgegebenen Parameter
der jeweiligen Programme (z. B., XBLAST und NBLAST) verwendet werden.
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Potenzielle
T-Zell- oder B-Zell-Epitope in der IL-7-Einheit können in
den erfindungsgemäßen Fc-IL-7-Fusionsproteinen
entfernt oder modifiziert werden. Beispielhaft werden deimmunisierte
IL-7-Einheiten in der vorläufigen
US-Patentanmeldung mit dem Titel „IL-7 Variants with Reduced
Immunogenicity" (Anwalt-Eintragungsnr.
LEX-035PR) beschrieben,
die beim U.S.-Patentamt am 9. Dezember 2004 eingereicht wurde.
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Trägerprotein
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Das
Trägerprotein
kann eine beliebige Einheit sein, die kovalent an das IL-7-Protein fusioniert
wird. In einer Ausführungsform
ist das Trägerprotein
Albumin, zum Beispiel humanes Serumalbumin. In einer weiteren Ausführungsform
ist das Trägerprotein
eine Immunglobulin-(Ig-)enheit wie z. B. eine schwere Ig-Kette.
Die Ig-Kette kann von IgA, IgD, IgE, IgG oder IgM abstammen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Ig-Einheit einen intakten Antikörper bilden
und kann das IL-7-Fusionsprotein zu spezifischen Zielstellen im
Körper dirigieren.
Fusionsproteine, die eine Antikörperlenkung
einsetzen, sind Fachleuten bekannt. In einer weiteren Ausführungsform
enthält
die Ig-Trägereinheit
des Weiteren eine leichte Ig-Kette.
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In
einer Ausführungsform
enthält
die Ig-Einheit eine Fc-Region. Wie hierin verwendet, umfasst „Fc-Teil" Domänen, die
von der konstanten Region eines Immunglobulins, vorzugsweise eines
humanen Immunglobulins, einschließlich eines Fragments, Analogons,
einer Variante, Mutante oder einem Derivat der konstanten Region
abstammen. Geeignete Immunglobuline umfassen IgG1, IgG2, IgG3, IgG4
und andere Klassen. Die konstante Region eines Immunglobulins ist
definiert als ein natürlich
vorkommendes oder synthetisch hergestelltes Polypeptid, das zur
C-terminalen Immunglobulinregion homolog ist und kann eine CH1-Domäne, eine
Gelenk-Region, eine CH2-Domäne,
eine CH3-Domäne
oder eine CH4-Domäne,
einzeln oder in einer beliebigen Kombination umfassen. In der vorliegenden
Erfindung umfasst der Fc-Teil typischerweise mindestens eine CH2-Domäne. Zum
Beispiel kann der Fc-Teil Gelenk-Region-CH2-CH3 umfassen.
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Alternativ
kann der Fc-Teil den gesamten oder einen Teil der Gelenk-Region,
der CH2-Domäne und/oder
der CH3-Domäne
und/oder der CH4-Domäne
umfassen.
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Die
konstante Region eines Immunglobulins ist für viele wichtige Antikörperfunktionen,
einschließlich der
Fc-Rezeptor-(FcR-)Bindung und Komplementfixierung, verantwortlich.
Es gibt fünf
Hauptklassen von konstanten Regionen der schweren Kette, die als
IgA, IgG, IgD, IgE und IgM klassifiziert sind. Zum Beispiel ist
IgG in vier Unterklassen unterteilt: 1, 2, 3, and 4, die auch als
IgG1, IgG2, IgG3 bzw. IgG4 bekannt sind.
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IgG-Moleküle Wechselwirken
mit einer Vielzahl an Klassen von zellulären Rezeptoren, einschließlich der
drei Klassen Fcγ-Rezeptoren
(FcγR),
die für
die IgG-Antikörperklasse
spezifisch sind, nämlich
FcγRI, FcγRII und FcγRIII. Es
wurde berichtet, dass die wichtigen Sequenzen für die Bindung von IgG an den
FcγR-Rezeptor
in den CH2- und CH3-Domänen
lokalisiert sind. Die Halbwertszeit eines Antikörpers im Serum wird durch die
Fähigkeit
dieses Antikörpers
beeinflusst, an einen Fc-Rezeptor (FcR) zu binden. Ebenso wird auch die
Halbwertszeit der Immunglobulinfusionsproteine im Serum durch die
Fähigkeit
beeinflusst, an derartige Rezeptoren zu binden (Gillies et al.,
(1999) Cancer Res. 59: 2159–66).
Verglichen mit solchen IgG1, weisen CH2- und CH3-Domänen
von IgG2 und IgG4 eine biochemisch nicht nachweisbare oder eine
verminderte Bindungsaffinität
für Fc-Rezeptoren
auf. Es wurde berichtet, dass Immunglobulinfusionsproteine, die
CH2- und CH3-Domänen
von IgG2 oder IgG4 enthalten, verglichen mit den entsprechenden
Fusionsproteinen, die CH2- und CH3-Domänen von IgG1 enthalten, eine
längere
Halbwertszeit im Serum aufwiesen (
U.S.
Patent Nr. 5,541,087 ; Lo et al, (1998) Protein Engineering,
11: 495–500).
Demzufolge stammen in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung
bevorzugte CH2- und CH3-Domänen
von einem Antikörperisotop
mit verminderter Rezeptorbindungsaffinität und verminderten Effektorfunktionen
ab, wie zum Beispiel IgG2 oder IgG4. Mehr bevorzugt stammen die
CH2- und CH3-Domänen von
IgG2 ab.
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Die
Gelenk-Region befindet sich normalerweise C-terminal zur CH1-Domäne der konstanten
Region der schweren Kette. In den IgG-Isotopen treten typischerweise
innerhalb dieser Gelenk-Regionen Disulfidbindungen auf, welche die
Bildung des endgültigen
tetrameren Antikörpermoleküls ermöglichen.
Diese Region wird von Prolin-, Serin- und Threoninresten dominiert.
Wenn in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, ist die Gelenk-Region
typischerweise mindestens homolog zu der natürlich vorkommenden Immunglobulinregion, die
die Cysteinreste umfasst, um Disulfid bindungen zur Verknüpfung von
zwei Fc-Einheiten zu bilden. Repräsentative Sequenzen von Gelenk-Regionen
von humanen und Maus-Immunglobulinen sind auf dem Fachgebiet bekannt
und können
bei Borrebaeck, Hg., (1992) Antibody Engineering. A Practical Guide.
W. H. Freeman and Co. gefunden werden. Geeignete Gelenk-Regionen
für die
vorliegende Erfindung können
von IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 und anderen Immunglobulinklassen abstammen.
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Die
IgG1-Gelenk-Region besitzt drei Cysteinreste, wobei der zweite und
dritte Rest an den Disulfidbindungen zwischen den beiden schweren
Ketten des Immunglobulins beteiligt sind. Genau diese beiden Cysteinreste
ermöglichen
eine wirksame und beständige
Disulfidbindung eines Fc-Teils. Daher stammt eine bevorzugte Gelenk-Region der vorliegenden
Erfindung von IgG1 ab, mehr bevorzugt von humanem IgG1, wobei das
erste Cystein vorzugsweise zu einer anderen Aminosäure, vorzugsweise
Serin, mutiert ist.
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Die
Gelenk-Region des IgG2-Isotyps besitzt vier Disulfidbindungen, die
eine Neigung zur Förderung der
Oligomerisierung und möglicherweise
falschen Disulfidbindung während
der Sekretion in rekombinanten Systemen haben. Eine geeignete Gelenk-Region
kann von einer IgG2-Gelenkregion abstammen; die ersten beiden Cysteinreste
werden jeweils vorzugsweise zu einer anderen Aminosäure mutiert.
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Von
der Gelenk-Region von IgG4 ist bekannt, dass die Bildung von Disulfidbindungen
zwischen den Ketten ineffizient ist. Jedoch kann eine geeignete
Gelenk-Region der
vorliegenden Erfindung von der IgG4-Gelenk-Region abstammen, die
vorzugsweise eine Mutation enthält,
die eine korrekte Bildung der Disulfidbindungen zwischen den von
der schweren Kette stammenden Einheiten verstärkt (Angal et al. (1993) Mol.
Immunol.. 30: 105–8).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Fc-Teil CH2- und/oder CH3- und/oder CH4-Domänen und eine Gelenk-Region
enthalten, die von verschiedenen Antikörperisotypen abstammen, d.
h. ein hybrider Fc-Teil. Zum Beispiel enthält in einer Ausführungsform
der Fc-Teil von IgG2 oder IgG4 abstammende CH2- und/oder CH3-Domänen sowie
eine mutierte, von IgG1 abstammende Gelenk-Region. Wie in dieser
Anmeldung verwendet, bezieht sich Fcγ2(h) auf eine Ausführungsform,
in der die Gelenk-Region von IgG1 abstammt und der Rest der konstanten
Domänen
von IgG2 abstammen. Alternativ wird eine mutierte Gelenk-Region
von einer anderen IgG-Unterklasse in einem hybriden Fc-Teil verwendet.
Zum Beispiel kann eine mutierte Form der IgG4-Gelenk-Region verwendet
werden, die eine wirksame Disulfidbindung zwischen zwei schweren
Ketten ermöglicht.
Eine mutierte Gelenk-Region kann auch von einer IgG2-Gelenk-Region
abstammen, in der die ersten beiden Cysteinreste jeweils zu einer
anderen Aminosäure
mutiert sind. Solche hybriden Fc-Teile erleichtern eine Expression
in hohen Spiegeln und verbessern die korrekten Anordnung der Fc-IL-7-Fusionsproteine. Die
Anordnung von solchen hybriden Fc-Teilen ist auf dem Fachgebiet
bekannt und wurde in der veröffentlichten
U.S. Patentanmeldung Nr. 2003-0044423 beschrieben.
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In
einigen Ausführungsformen
enthält
der Fc-Teil Aminosäuremodifizierungen,
die im Allgemeinen die Halbwertszeit eines Fc-Fusionsproteins im
Serum verlängern.
Solche Aminosäuremodifizierungen
umfassen Mutationen, die im Wesentlichen die Fc-Rezeptorbindungs- oder Komplementfixierungsaktivität vermindern oder
eliminieren. Zum Beispiel kann die Glykosylierungsstelle innerhalb
des Fc-Teils einer schweren Immunoglobulinkette entfernt werden.
Im IgG1 befindet sich die Glykosylierungsstelle Asn297 innerhalb
der Aminosäuresequenz
Gln-Tyr-Asn-Ser (SEQ ID NO: 30). In anderen Immunglobulinisotypen
entspricht die Glykosylierungsstelle dem Asn297 von IgG1. Zum Beispiel
ist in IgG2 und IgG4 die Glykosylierungsstelle das Asparagin innerhalb
der Aminosäuresequenz
Gin-Phe-Asn-Ser (SEQ ID NO: 29). Demzufolge entfernt eine Mutation
von Asn297 von IgG1 die Glykosylierungsstelle in einem von IgG1
stammenden Fc-Teil. In einer Ausführungsform wird Asn297 durch
Gln ersetzt. In weiteren Ausführungsformen
wird weiterhin Tyrosin innerhalb der Aminosäuresequenz Gln-Tyr-Asn-Ser
(SEQ ID NO: 30) mutiert, um ein mögliches, aus der Asparaginmutation
resultierendes, „Non-Self"-T-Zell-Epitop zu
eliminieren. Wie hierin verwendet, ist ein T-Zell-Epitop eine Polypeptidsequenz
in einem Protein, die mit einem MHC-Klasse-II-Molekül wechselwirkt oder an dieses
bindet. Zum Beispiel kann die Aminosäuresequenz Gln-Tyr-Asn-Ser
(SEQ ID NO: 30) innerhalb einer schweren IgG1-Kette durch eine Aminosäuresequenz
Gln-Ala-Gln-Ser (SEQ ID NO: 28) ersetzt werden. Ebenso entfernt
eine Mutation von Asparagin innerhalb der Aminosäuresequenz Gln-Phe-Asn-Ser (SEQ
ID NO: 29) in IgG2 oder IgG4 die Glykosylierungsstelle in einem
von der schweren IgG2- oder IgG4-Kette stammenden Fc-Teil. In einer
Ausführungsform
wird Asparagin durch ein Glutamin ersetzt. In weiteren Ausführungsformen
wird weiterhin Phenylalanin innerhalb der Aminosäuresequenz Gln-Phe-Asn-Ser
(SEQ ID NO: 29) mutiert, um ein mögliches, aus der Asparaginmutation
resultierendes, „Non-Self"-T-Zell-Epitop zu eliminieren.
Zum Beispiel kann die Aminosäuresequenz
Gln-Phe-Asn-Ser (SEQ ID NO: 29) innerhalb einer schweren IgG2- oder
IgG4-Kette durch eine Aminosäuresequenz
Gln-Ala-Gln-Ser (SEQ ID NO: 28) ersetzt werden.
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Es
wurde auch beobachtet, dass die Veränderung von Aminosäuren nahe
der Verbindung des Fc-Teils und des Nicht-Fc-Teils die Halbwertszeit
des Fc-Fusionsproteins im Serum drastisch erhöhen kann. (Veröffentlichte
U.S. Patentanmeldung Nr. 2002-0147311). Demzufolge kann die Verbindungsregion
eines Fc-IL-7- oder IL-7-Fc-Fusionsproteins
der vorliegenden Erfindung Veränderungen
enthalten, die in Bezug auf die natürlich vorkommenden Sequenzen
einer schweren Immunglobulinkette und IL-7 vorzugsweise innerhalb
von 10 Aminosäuren
des Verbindungspunkts liegen. Diese Aminosäureveränderungen können eine Erhöhung der
Hydrophobizität,
zum Beispiel durch Austausch des C-terminalen Lysins des Fc-Teils
zu einer hydrophoben Aminosäure
wie z. B. Alanin oder Leucin verursachen. In noch einer weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsform wird
das C-terminale Lysin und das vorhergehende Glycin des Fc-Teils
deletiert.
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In
weiteren Ausführungsformen
enthält
der Fc-Teil Aminosäureveränderungen
des Leu-Ser-Leu-Ser-Segments nach dem C-Terminus des Fc-Teils einer
schweren Immunglobulinkette. Die Aminosäuresubstitutionen des Leu-Ser-Leu-Ser-Segments
(SEQ ID NO: 27) eliminieren potenzielle junktionale T-Zell-Epitope.
In einer Ausführungsform
wird die Aminosäuresequenz
Leu-Ser-Leu-Ser (SEQ ID NO: 27) nahe dem C-Terminus des Fc-Teils
durch eine Aminosäuresequenz
Ala-Thr-Ala-Thr (SEQ ID NO: 26) ersetzt. In weiteren Ausführungsformen
werden die Aminosäuren
innerhalb des Leu-Ser-Leu-Ser-Segments (SEQ ID NO: 27) durch andere
Aminosäuren
wie z. B. Glycin oder Prolin ersetzt. Detaillierte Verfahren zur
Erzeugung von Aminosäuresubstitutionen
am Leu-Ser-Leu-Ser-Segment (SEQ ID NO: 27) nahe am C-Terminus von IgG1,
IgG2, IgG3, IgG4 oder Molekülen
von anderen Immunglobulinklassen, sowie weitere beispielhafte Modifizierungen
für die
Veränderung
von junktionalen T-Zell-Epitopen wurden in der veröffentlichten
U.S. Patentanmeldung Nr. 2003-0166877 beschrieben.
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Spacer
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In
einer Ausführungsform
wird ein Spacer- oder Linkerpeptid zwischen das Trägerprotein
und das IL-7-Fusionsprotein eingeschoben. Zum Beispiel wird der
Spacer direkt C-terminal zur letzten Aminosäure einer konstanten Ig-Region
platziert. Das Spacer- oder Linkerpeptid ist vorzugsweise nicht
geladen und mehr bevorzugt unpolar oder hydrophob. Die Länge eines
Spacer- oder Linkerpeptids beträgt
vorzugsweise zwischen 1 und etwa 100 Aminosäuren, mehr bevorzugt zwischen
1 und etwa 50 Aminosäuren
oder zwischen 1 und etwa 25 Aminosäuren, und noch mehr bevorzugt
zwischen 1 und etwa 15 Aminosäuren
und am meisten bevorzugt weniger als 10 Aminosäuren. In einer Ausführungsform
enthält
der Spacer eine Sequenz (G4S)n,
in der n kleiner als 5 ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
der Spacer die Sequenz G4SG4 (SEQ
ID NO: 25). In noch einer weiteren Ausführungsform enthält der Spacer
eine Einheit, die als eine N-verknüpfte Glykosylierungsstelle
erkannt wird. In noch einer weiteren Ausführungsform enthält der Spacer
eine Einheit, die durch ein ortsspezifisches Spaltungsmittel erkannt
wird. In einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung werden das Trägerprotein
und das IL-7-Fusionsprotein durch einen synthetischen Spacer, zum
Beispiel einen PNA-Spacer getrennt, der vorzugsweise ungeladen und
mehr bevorzugt unpolar oder hydrophob ist.
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Herstellung von IL-7-Fusionsproteinen
-
In
den Beispielen hierin werden nicht einschränkende Verfahren zum Herstellen
von nützlichen,
erfindungsgemäßen Ausführungsformen
sowie Assays beschrieben, die für
die Untersuchung von in vitro-Eigenschaften und pharmakokinetischen
und in vivo-Aktivitäten in Tiermodellen
von Nutzen sind.
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Die
erfindungsgemäßen IL-7-Fusionsproteine
können
unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten rekombinanten
Expressionsvektoren hergestellt werden. Der Begriff „Expressionsvektor" bezieht sich auf
ein replizierbares DNA-Konstrukt, das zur Expression von das gewünschte IL-7-Fusionsprotein
kodierender DNA verwendet wird, und das eine Trankriptionseinheit
umfasst, die eine Anordnung von (1) einem oder mehreren genetischen
Elementen mit einer regulatorischen Rolle bei der Genexpression,
zum Beispiel Promotoren, Operatoren oder Enhancer, die funktionell
verbunden sind mit (2) einer für
das gewünschte
IL-7-Fusionsprotein kodierenden DNA-Sequenz, die in mRNA transkribiert
und in das Protein translatiert wird, und (3) geeigneten Transkriptions-
sowie Translationsstart- und Translationsstoppsequenzen umfasst.
Die Wahl des Promotors und anderer regulatorischer Elemente variiert
im Allgemeinen je nach der beabsichtigten Wirtszelle. Ein bevorzugter
Expressionsvektor der vorliegenden Erfindung ist ein Fc-Expressionsvektor,
der vom PdCs-huFc-Expressionsvektor abstammt, der in Lo et al.,
Protein Engineering (1998) 11: 495 beschrieben wird.
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In
einem bevorzugten Beispiel wird die für das IL-7-Fusionsprotein kodierende
Nucleinsäure
unter Verwendung von DNA-Rekombinationstechniken in eine Wirtszelle
transfiziert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst die Fremd-DNA
eine Sequenz, die für
die erfindungsgemäßen Proteine
kodiert. Geeignete Wirtszellen umfassen prokaryotische, Hefe- oder
höhere
eukaryotische Zellen. Bevorzugte Wirtszellen sind eukaryotische
Zellen.
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Die
rekombinanten IL-7-Fusionsproteine können in Hefewirten exprimiert
werden, vorzugsweise von Saccharomyces-Spezies wie z. B. S. cerevisiae.
Andere Hefe-Gattungen
wie beispielsweise Pichia oder Kluyveromyces, können ebenfalls eingesetzt werden.
Hefe-Vektoren werden im Allgemeinen eine Replikationsstartpunkt-Sequenz
von einem Hefeplasmid oder eine autonom replizierende Sequenz (ARS),
einen Promotor, für
das IL-7-Fusionsprotein kodierende DNA, Sequenzen für Polyadenylierung
und Transkriptionsstopp sowie ein Selektionsgen enthalten. Geeignete
Promotorsequenzen in Hefevektoren umfassen die Promotoren für Metallothionein,
3-Phosphoglyceratekinase oder andere glykolytische Enzyme wie z.
B. Enolase, Glyceraldehyd-3-phosphatdehydrogenase, Hexokinase, Pyruvatdecarboxylase,
Phosphofructokinase, Glucose-4-phosphatisomerase,
3-Phosphoglyceratmutase, Pyruvatkinase, Triosephosphatisomerase,
Phosphoglucoseisomerase und Glucokinase.
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Zellkultursysteme
von verschiedenen Säugetieren
oder Insekten können
ebenfalls eingesetzt werden, um rekombinante Proteine zu exprimieren.
Auf dem Fachgebiet sind Baculovirussysteme für die Herstellung von Proteinen
in Insektenzellen wohlbekannt. Beispiele für geeignete Säugetierwirtszelllinien
umfassen NS/0-Zellen, L-Zellen, C127-, 3T3-, Chinese-hamster-ovary-(CHO-),
HeLa- und BHK-Zelllinien. Weitere geeignete Säugetierwirtszellen umfassen
CV-1-Zellen (ATCC CCL70) und COS-7-Zellen, die beide aus Affennieren stammen.
Eine weitere geeignete Affenierenzelllinie, CV-1/EBNA, wurde durch Transfektion der
CV-1-Zelllinie mit einem für
das nukleare Antigen 1 des Epstein-Barr-Virus (EBNA-1) kodierenden
Gen sowie mit einem CMV-regulatorische
Sequenzen enthaltenden Vektor erhalten (McMahan et al., (1991) EMBO
J. 10: 2821). Das EBNA-1-Gen ermöglicht
eine episomale Replikation der Expressionsvektoren wie z. B. HAV-EO
oder pDC406, die den EBV-Replikationsstartpunkt enthalten.
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Säugetierexpressionsvektoren
können
nicht-transkribierte Elemente wie z. B. einen Replikationsstartpunkt,
einen geeigneten Promotor und Enhancer, die an das zu exprimierende
Gen geknüpft
sind, und weiter 5'-
oder 3'-flankierende
nicht-transkribierte Sequenzen sowie 5'- oder 3'-nichttranslatierte Sequenzen, wie z. B.
notwendige Ribosombindungsstellen, eine Polyadenylierungsstelle,
Spleißdonor-
und -akzeptorstellen und Transkriptionsstoppsequenzen enthalten. Üblicherweise
verwendete Promotoren und Enhancer stammen vom Polyoma-Virus, Adenovirus
2, Simian Virus 40 (SV40) und dem humanen Cytomegalovirus. Vom viralen
Genom SV40 abgeleitete DNA-Sequenzen,
zum Beispiel, die SV40-Startstelle, der frühe und späte Promoter, Enhancer, Spleiß- und Polyadenylierungsstellen
können
verwendet werden, um weitere genetische Elemente für die Expression
einer heterologen DNA-Sequenz bereitzustellen.
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Für die Sekretion
des IL-7-Fusionsproteins aus der Wirtszelle enthält der Expressionsvektor für ein Signal-
oder Leaderpeptid kodierende DNA. In der vorliegenden Erfindung
kann für
die native Signalsequenz von IL-7 kodierende DNA oder alternativ
für eine
heterologe Signalsequenz kodierende DNA verwendet werden, wie z.
B. die Signalsequenz aus einem anderen Interleukin oder aus einem
sezernierten Ig-Molekül.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung
von rekombinanten Proteinen der vorliegenden Erfindung bereit, die
das Kultivieren einer Wirtszelle, die mit einem die für das IL-7-Fusionsprotein
kodierende DNA-Sequenz enthaltenden Expressionsvektor transformiert
wurde, unter die Expression begünstigenden
Bedingungen umfasst. Das gewünschte
Protein wird dann aus dem Kulturmedium oder den Zellextrakten gereinigt.
Zum Beispiel können Überstände von
Expressionssystemen, die rekombinantes Protein in das Kulturmedium
sezernieren, zunächst
unter Verwendung von kommerziell verfügbaren Proteinkonzentrationsfiltern,
zum Beispiel einer Amicon- oder
Millipore-Pellicon-Ultrafiltrationseinheit aufkonzentriert werden. Im
Anschluss an den Konzentrierungsschritt kann das Konzentrat auf
eine geeignete Reinigungsmatrix, wie auf dem Fachgebiet bekannt,
aufgebracht werden. Zum Beispiel werden Fc-IL-7-Fusionsproteine auf geeignete Weise
unter Verwendung einer an Protein A gekoppelten Matrix gefangen.
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Ein „isoliertes" oder „gereinigtes" IL-7-Fusionsprotein
oder ein biologisch aktiver Teil davon ist im Wesentlichen frei
von zellulärem
Material oder anderen kontaminierenden Proteinen aus der Zell- oder
Gewebequelle, aus der das IL-7-Fusionsprotein stammt, oder ist im
Wesentlichen frei von chemischen Vorläufern oder anderen Chemikalien,
wenn es chemisch synthetisiert wurde. Der Begriff „im Wesentlichen
frei von zellulärem Material" umfasst Präparate von
IL-7-Fusionsprotein, in denen das Protein von den zellulären Bestandteilen der
Zellen, aus denen es isoliert oder rekombinant hergestellt wurde,
getrennt ist. In einer Ausführungsform umfasst
der Begriff „im
Wesentlichen frei von zellulärem
Material" Präparate von
IL-7-Fusionsprotein mit weniger als etwa 30% (nach Trockengewicht)
Nicht-IL-7-Fusionsprotein (hierin auch als „kontaminierendes Protein" bezeichnet), mehr
bevorzugt weniger als etwa 20% Nicht-IL-7-Fusionsprotein, noch mehr bevorzugt
weniger als etwa 10% Nicht-IL-7-Fusionsprotein und am meisten bevorzugt
weniger als etwa 5% Nicht-IL-7-Fusionsprotein. Wenn das IL-7-Fusionsprotein
oder ein biologisch aktiver Teil davon von einer rekombinanten Quelle
gereinigt wird, ist es ebenfalls vorzugsweise im Wesentlichen frei
von Kulturmedium, d. h., dass Kulturmedium macht weniger als etwa
20%, mehr bevorzugt weniger als etwa 10% und am meisten bevorzugt
weniger als etwa 5% des Volumens des Proteinpräparats aus.
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Der
Begriff „im
Wesentlichen reines IL-7-Fusionsprotein" bezieht sich auf ein Präparat, in
dem das Ig-IL-7-Fusionsprotein mindestens 60%, 70%, 80%, 90%, 95%
oder 99% der Proteine in dem Präparat
ausmacht. In einer Ausführungsform
umfasst die Erfindung im Wesentlichen reine Präparate von Ig-IL-7-Fusionsproteinen
mit einem Disulfidbindungsmuster zwischen Cys2 und Cys92, Cys34
und Cys129, sowie Cys47 und Cys141 mit dem Vorbehalt von Anspruch
1. In einer weiteren Ausführungsform
bietet die Erfindung im Wesentlichen reine Präparate von Ig-IL-7-Fusionsproteinen,
bei denen Asn116 nicht glykosyliert ist, Asn70 und Asn91 hingegen
glykosyliert sind.
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Behandlungsverfahren unter Verwendung
von Fc-IL-7-Proteinen
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Die
erfindungsgemäßen IL-7-Fusionsproteine
sind bei der Behandlung von Immundefekten und bei der Beschleunigung
der natürlichen
Rekonstitution des Immunsystems von Nutzen, die zum Beispiel nach
Erkrankungen oder Behandlungen von immunsuppressiver Art auftreten.
Zum Beispiel können
IL-7-Fusionsproteine verwendet werden, um infektiöse Pathogene
oder Immunstörungen
zu behandeln sowie um das Wachstum (einschließlich der Proliferation) von
spezifischen Immunzellarten zu verstärken. Darüber hinaus können IL-7-Fusionsproteine
bei der Behandlung von Krebsarten wie z. B. Blasenkrebs, Lungenkrebs,
Hirnkrebs, Brustkrebs, Hautkrebs und Prostatakrebs verwendet werden.
In einem Beispiel ist es von Nutzen, Patienten, die einem oder mehreren
Zyklen Chemotherapie unterzogen wurden, mit IL-7-Fusionsproteinen
wie oben beschrieben zu behandeln, um die Ergänzung ihrer Immunzellen zu unterstützen. Alternativ
sind IL-7-Fusionsproteine bei adoptiven T-Zell-Transplantationen
von Nutzen. Zum Beispiel können
IL-7-Fusionsproteine verabreicht werden, um das Wachstum und das Überleben
von transplantierten T-Zellen zu begünstigen oder isolierte T-Zell-Populationen
ex vivo zum Wachsen zu bringen. Alternativ ist es auch von Nutzen,
IL-7-Fusionsproteine wie oben beschrieben Patienten mit HIV, älteren Patienten,
die ein Transplantat erhalten haben, oder anderen Patienten mit
unterdrückter
Immunsystemfunktion zu verabreichen.
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Verabreichung
-
Die
erfindungsgemäßen IL-7-Fusionsproteine
können
in eine für
eine Verabreichung geeignete pharmazeutische Zusammensetzung integriert
werden. Solche Zusammensetzungen enthalten typischerweise das IL-7-Fusionsprotein
und einen pharmazeutisch unbedenklichen Träger. Wie hierin verwendet,
soll der Begriff „pharmazeutisch
unbedenklicher Träger" jedes und alle Lösungsmittel,
Dispersionsmittel, Überzüge, antibakterielle
Mittel und Mittel gegen Pilze, isotonische und absorptionsverzögernde Mittel
und dergleichen umfassen, die mit der pharmazeutischen Verabreichung
verträglich
sind. Die Verwendung derartiger Medien und Mittel für pharmazeutisch
aktive Verbindungen ist auf dem Fachgebiet wohlbekannt.
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Eine
erfindungsgemäße pharmazeutische
Zusammensetzung wird so formuliert, dass sie mit dem beabsichtigten
Verabreichungsweg kompatibel ist. Beispiele für Verabreichungswege umfassen
parenterale, z. B., intravenöse,
intradermale, subkutane, orale (z. B., Inhalation), transdermale
(topische), transmukosale und rektale Verabreichung. Für parenterale,
intradermale oder subkutane Anwendung verwendete Lösungen oder Suspensionen,
können
die folgenden Bestandteile umfassen: ein steriles Verdünnungsmittel
wie z. B. Wasser für
Injektionszwecke, Kochsalzlösung,
fette Öle,
Polyethylenglykole, Glycerin, Propylenglykol oder andere synthetische
Lösungsmittel;
antibakterielle Mittel wie z. B. Benzylalkohol oder Methylparabene;
Antioxidantien wie z. B. Ascorbinsäure oder Natriumbisulfit; chelatisierende
Mittel wie z. B. Ethylendiamintetraessigsäure; Puffer wie z. B. Acetate,
Citrate oder Phosphate und Mittel zur Einstellung der Tonizität wie z.
B. Natriumchlorid oder Dextrose. Der pH-Wert kann mit Säuren oder
Basen wie z. B. Salzsäure
oder Natriumhydroxid eingestellt werden. Das parenterale Präparat kann
in Ampulen, Einwegspritzen oder aus Glas oder Kunststoff hergestellten Mehrdosenampullen
eingeschlossen werden.
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Arzneimittel,
die die erfindungsgemäßen IL-7-Fusionsproteine
enthalten, können
eine Konzentration von 0,01 bis 100 Gew.-% aufweisen, obwohl die
Menge je nach der Dosierungsform der Arzneimittel variiert.
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Die
Verabreichungsdosis hängt
vom Körpergewicht
des Patienten, der Schwere der Erkrankung und der Meinung des Arztes
ab. Jedoch ist es im Allgemeinen ratsam, etwa 0,01 bis etwa 10 mg/kg
Körpergewicht pro
Tag, vorzugsweise etwa 0,02 bis etwa 2 mg/kg und mehr bevorzugt
etwa 0,5 mg/kg im Falle einer Injektion zu verabreichen. Die Dosis
kann einmal oder mehrmals am Tag verabreicht werden, je nach der
Schwere der Erkrankung und der Meinung des Arztes.
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Erfindungsgemäße Zusammensetzungen
sind von Nutzen, wenn sie gemeinsam mit einem oder mehreren anderen
therapeutischen Mitteln, zum Beispiel einem Molekül, von dem
ebenfalls bekannt ist, dass es bei der Ergänzung von Blutzellen von Nutzen
ist, verabreicht werden. Zum Beispiel kann das Molekül Erythropoetin,
von dem bekannt ist, dass es Thrombozyten ergänzt, G-CSF, das zur Ergänzung von
Neutrophilen verwendet wird, oder GM-CSF sein, das zur Ergänzung von
Granulozyten und Makrophagen verwendet wird.
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BEISPIEL 1.
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Klonierung von humanem (hu) Fc-IL-7 und
huFc-IL-7-Varianten.
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Die
für die
reife Form des humanen IL-7 kodierende Nucleinsäure (d. h., der die N-terminale
Signalsequenz fehlt) wird mittels Polymerasekettenreaktion (PCR)
unter Verwendung eines Vorwärts-
und eines Rückwärts-Primers
amplifiziert, die jeweils die Restriktionsstellen für SmaI und
XhoI eingebaut haben. Das amplifizierte PCR-Produkt wird in einen
pCRII-Vektor (Invitrogen, Carlsbad, CA) kloniert und die Sequenz
verifiziert. Die Aminosäuresequenz
des reifen IL-7 ist in SEQ ID NO: 1 dargestellt. Das SmaI/XhoI-verdaute
IL-7-Fragment wird in einen ebenso behandelten von pdCs-huFc abstammenden
Expressionsvektor transferiert, was zu einer chimären Sequenz
zwischen huFc und IL-7 führt,
wobei IL-7 in-frame direkt stromabwärts der für eine CH3-Einheit von Fc kodierenden
Sequenz platziert ist (siehe Lo et al., Protein Engineering (1998)
11: 495).
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Eine
Reihe von Expressionsvektoren werden von dem pdCs-huFc-Vektor abgeleitet,
der für
ein Fc-Fragment, das im Allgemeinen eine Gelenk-Region, eine CH2-Domäne und eine
CH3-Domäne
von Ig umfasst, kodiert und der so entworfen wurde, um spezifische
Veränderungen
der Fc-Region einzubauen. So wurden durch Verschieben des IL-7-Fragment
zwischen diesen Vektoren eine Reihe von huFc-IL-7-Fusionsproteine
erzeugt, die sich in ihrem Fc-Grundgerüst unterscheiden. Um die verschiedenen
Grundgerüste
zu erzeugen, können
die geeigneten Mutationen zunächst
mittels auf dem Fachgebiet bekannter Verfahren in die Fc-Sequenz
eingeführt
werden. Da die Fc-Region des von pdCs-huFc abgeleiteten Vektors
einer AfIII-Restriktionsstelle und SmaI-Restriktionsstelle benachbart
sind, kann, indem die Nucleinsäure
des auf geeignete Weise modifizierten Grundgerüsts einer PCR unter Verwendung
von jeweils die Restriktionsstellen für AfIII und SmaI einbauenden
Primern unterzogen wird, das resultierende, für Fc kodierende Nucleinsäurefragment
in den von pdCs-huFc abgeleiteten Vektor als ein AfIII- bis SmaI-Fragment
eingebaut werden. Die AfIII-Sequenz CTTAAGC (SEQ ID NO: 24) befindet
sich stromaufwärts
der Fc-Sequenz, die mit GAGCCCAAA (SEQ ID NO: 23) beginnt und den
Anfang der Gelenk-Region darstellt, wie in 20 gezeigt.
Die SmaI-Stelle CCGGGT (SEQ ID NO: 17) befindet sich in Richtung
des Endes der CH3-Region, wie durch die unterstrichenen Nucleinsäuren in 12 gezeigt
und kodiert für
die Pro-Gly-Aminosäuren,
die dem Alaninrest aus der Lysin zu Alaninmutation am Ende der CH3-Region
vorangehen.
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Zum
Beispiel wird huFcγ1-IL-7
mit der Gelenk-Region, der CH2- und der CH3-Domäne
konstruiert, die von der IgG1-Unterklasse abstammen. Im Rahmen eines
Fc-Fusionsproteins
enthält
die IgGγ1-Gelenk-Region zusätzlich eine
Mutation, die das erste Cystein durch Serin substituiert. Die Sequenz
des ersten kodierten Fusionsproteins ist in 4 (SEQ ID
NO: 4) dargestellt, während
die Sequenz in SEQ ID NO: 22 für
das reife huFcγ1-Grundgerüst des Vektors
kodiert.
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Des
Weiteren wurden Fcγ1-IL-7-Fusionsproteine
erzeugt, die die Dipeptidmutation YN zu AQ zur Eliminierung der
Glykosylierungsstelle an Fc (entspricht N297 in IgGγ1) sowie
ein potenziell immunogenes T-Zell-Epitop gemäß den oben beschriebenen Verfahren
umfasst. Die reife Fc-Grundgerüst-Sequenz
für huFcγ1(YN > AQ) wird in SEQ ID
NO: 21 beschrieben. Die Substitution von Alanin und Glycin anstelle
von Tyrosin und Asparagin wurde erreicht, indem zunächst Mutationen
am Fc-Grundgerüst
durch einen Überlappungs-PCR-Ansatz
eingeführt
wurden. Zwei überlappende,
komplementäre,
mutagene Primer wurden verwendet, um zwei PCR-Fragmente zu erzeugen,
die als Matrize in einer zweiten Amplifizierungsrunde verwendet
wurden, um ein einzelnes Fragment, das die geeigneten Codon-Substitutionen
enthält,
herzustellen. Die mutagenen Primer in der Sense-Richtung war 5'-AGCAGGCCCAGAGCACGTACCGTGTGGT-3' (Mutation unterstrichen)
(SEQ ID NO: 36). Der komplementäre
Strang war 5'-GTACGTGCTCTGGGCCTGCTCCTCCCGC-3' (SEQ ID NO: 37). Der benachbarte Vorwärts-Primer
war 5'-CTCTCTGCAGAGCCCAAA
TCT-3' (SEQ ID NO:
38), der auch eine PstI-Stelle enthält. In der Antisense-Richtung
war der benachbarte Primer 5'-CAGGGTGTACACCTGTGGTTC-3' (SEQ ID NO: 33),
der auch eine BsrGI-Stelle enthielt. Nach der Amplifizierung wurde
die Sequenz mittels Standardverfahren verifiziert und einer Restriktion
mittels BsrGI und PstI unterzogen. Das resultierende Fragment wurde
dann durch das nichtmutierte Fragment der Fc-Region ersetzt.
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Das
huFcγ2(h)(FN > AQ) wurde auch unter
Verwendung der vorher beschriebenen Techniken konstruiert. Dieses
Fusionsprotein umfasst eine veränderte
Gelenk-Region, die von der IgGγ1-Unterklasse
abstammte, während
die CH2- und CH3-Domänen
von der IgGγ2-Unterklasse
abstammten. Außerdem
wurde die Dipeptidmutation FN zu AQ eingeschlossen, um die Glykosylierungsstelle
an Fc (entsprechend N297 in IgGγ1) sowie
ein potenziell immunogenes T-Zell-Epitop zu eliminieren. Die Sequenz
des kodierten Fusionsproteins ist in 5 (SEQ ID
NO: 5) dargestellt. Die Sequenz des reifen Fc-Grundgerüsts huFcγ2(h)(FN > AQ) ist in (SEQ ID NO: 19) gezeigt.
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Des
Weiteren wurden Fc-IL-7-Fusionsproteine erzeugt, die eine flexible
Linkersequenz zwischen der Fc-Einheit und der IL-7-Einheit umfassten.
Zum Beispiel wurde ein Linkerpolypeptid mit der Sequenz GGGGSGGGGSGGGGS
(Linker1, SEQ ID NO: 34) insertiert. Um huFcγ1(Linker1)-IL-7 zu erzeugen,
wurde ein synthetischer Oligonucleotid-Doppelstrang der Sequenz
5'-G GGT GCA GGG
GGC GGG GGC AGC GGG GGC GGA GGA TCC GGC GGG GGC TC-3' (SEQ ID NO: 18)
mittels „Blunt-End-Ligation" an der einzigen SmaI-Stelle
des Expressionsvektors pdCs-huFc-IL-7 insertiert und die Orientierung
des Doppelstrangs wurde verifziert. Der Vorwärts-Primer wurde so entworfen,
dass die Aminosäurereste
Pro-Gly, die durch die die SmaI-Stelle überspannenden Codons kodiert
werden (C CCG GGT) (SEQ ID NO: 17), und der darauf folgende Ala-Rest
(der aus der kodierten Lysin zu Alanin-Substitution resultiert)
der CH3-Region erhalten blieben. Die Aminosäuresequenz des kodierten Fusionsproteins
ist in 6 (SEQ ID NO: 6) dargestellt.
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Des
Weiteren wurden Fc-IL-7-Fusionsproteine konstruiert, die ein kürzeres Linkerpolypeptid
mit der Sequenz GGGGSGGGG (Linker2, SEQ ID NO: 25) umfassten. Um
huFcγ1(YN > AQ)(Linker2)-IL-7
zu erzeugen, wurde ein amplifiziertes PCR- Produkt, das von dem Primerpaar 5'-CCCGGGCGCCGGCGGTGGAGGATCAGGTGGTGGCGGTGAT
TGTGATATTGAAGGTAAAGATG-3' (der
die kodierte Linkersequenz enthielt, SEQ ID NO: 15) und 5'-ATCATGTCTGGATCCCTCGA-3' (SEQ ID NO: 14)
an einem geeigneten pdCs-Fc-IL-7-Matrizenplasmid erhalten wurde,
in einen pCRII-Vektor einkloniert (Invitrogen, Carlsbad, CA) und
seine Sequenz verifiziert. Ein XmaI/XhoI-verdautes Fragment, das für Linker2/IL-7
kodiert, wurde dann in einen ebenso behandelten, von pdCs-huFc abstammenden
Expressionsvektor transferiert. Der Vektor wurde so modifiziert,
das er das reife Fc-Grundgerüst
huFcγ1(YN > AQ) von SEQ ID NO:
21 enthält.
Die Aminosäuresequenz
des kodierten Fusionsproteins ist in 7 (SEQ ID
NO: 7) dargestellt.
-
Ebenso
wurde huFcγ1(YN > AQ, d)(Linker2)-IL-7
unter Verwendung des Primerpaars 5'-CCCGGGCGGTGGAGGATCAGGTGGTGGCGGTGATTGTGATATTGAAGGTAAA
GATG-3' (SEQ ID
NO: 16) und 5'-ATCATGTCTGGATCCCTCGA-3' (SEQ ID NO: 12)
erzeugt. huFc1(YN > AQ,
d)(Linker2)-IL-7 unterscheidet sich vom vorhergehenden Fusionsprotein
huFcγ1(YN > AQ)(Linker2)-IL-7
darin, dass ihm die terminalen beiden Aminosäurereste des Fc-Teils des Fusionsproteins
fehlen. Genauer gesagt endet der Fc-Teil nicht mit der Sequenz ...ATATPGA
(SEQ ID NO: 11) sondern mit der Sequenz ...ATATP (SEQ ID NO: 10).
Die Aminosäuresequenz
des kodierten Fusionsproteins ist in 8 (SEQ ID
NO: 8) dargestellt.
-
BEISPIEL 2.
-
Transfektion und Expression von Fc-IL-7-Fusionsproteinen.
-
Es
wurde eine Elektroporation zur Einführung von für die oben beschriebenen IL-7-Fusionsproteine kodierender
DNA in eine Myelom-NS/0-Zelllinie der Maus verwendet. Zur Durchführung der
Elektroporation wurden die NS/0-Zellen in Dulbeccos modifiziertem
Eagles Medium, ergänzt
mit 10% hitzeinaktiviertem, fötalem
Rinderserum, 2 mM Glutamin und Penicillin/Streptomycin, gezüchtet. Es
wurden etwa 5 × 106 Zellen einmal mit PBS gewaschen und in
0,5 ml PBS resuspendiert. 10 μg
linearisierter Plasmid-DNA für
huFcγ1-IL-7 wurden
dann mit den Zellen in einer Gene Pulser Küvette (0,4 cm Elektrodenlücke, BioRad)
auf Eis 10 min lang inkubiert. Elektroporation wurde unter Verwendung
eines Gene Pulser (BioRad, Hercules, CA) mit Einstellungen bei 0,25 V
und 500 μF
ausgeführt.
Die Zellen durften sich 10 min auf Eis erholen, dann wurden sie im
Wachstumsmedium resuspendiert und auf zwei 96-Loch-Platten ausplattiert.
-
Stabil
transfizierte Klone wurden mittels ihres Wachstums in der Gegenwart
von zwei Tage nach der Transfektion zu dem Wachstumsmedium gegebenen
100 nM Methotrexat (MTX) selektiert. Die Zellen wurden alle 3 Tage
zwei oder drei weitere Male gefüttert
und die MTX-resistenten Klone erschienen nach 2 bis 3 Wochen. Überstände von
Klonen wurden mittels anti-Fc-ELISA untersucht, um Klone zu identifizieren,
die hohe Mengen an IL-7-Fusionsproteinen produzierten. Stark produzierende
Klone wurden isoliert und in 100 nM MTX enthaltendem Wachstumsmedium
vermehrt. Typischerweise wurde serumfreies Wachstumsmedium wie z.
B. H-SFM oder CD-Medium (Life Technologies) verwendet.
-
BEISPIEL 3.
-
Biochemische Analyse von huFc-IL-7-Fusionsproteinen.
-
Es
wurde routinemäßig eine
SDS-PAGE-Charakterisierung verwendet, um die Integrität der Fusionsproteine
zu untersuchen. Unterschiede zwischen den huFc-IL-7-Varianten huFcγ1-IL-7, huFcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7, huFcγ1(Linker1)-IL-7,
huFcγ1(YN > AQ)(Linker2)-IL-7
und huFcγ1(YN > AQ, d)-IL-7 wurden
untersucht. Die von NS/0-Zellen exprimierten huFc-IL-7-Fusionsproteine
wurden auf Protein A-Sepharose-Perlen (Repligen,
Needham, MA) aus dem Gewebekulturmedium, in das sie sezerniert wurden,
gefangen und dann mittels Kochen in Proteinprobenpuffer mit oder
ohne ein Reduktionsmittel wie z. B. β-Mercaptoethanol eluiert. Die
Proben wurde mittels SDS-PAGE getrennt und die Proteinbanden wurden
mittels Coomassie-Färbung
visualisiert. Mittels SDS-PAGE wurden die untersuchten huFc-IL-7-Fusionsproteine
im Allgemeinen gut exprimiert, da sie im Wesentlichen als eine einzelne
Bande auf dem Gel vorhanden waren; es wurde gefunden, das in den
Proben von huFc-IL-7-Varianten, die einen Linker enthielten, sekundäre Banden,
die gespaltenes Material bedeuten könnten, merklich vermindert
waren.
-
Gereinigte
huFc-IL-7-Fusionsproteine wurden auch mittels Größenausschlusschromatographie
(SEC) analysiert, um das Maß zu
bestimmen, mit dem die huFc-IL-7-Varianten
aggregiert waren. Kurz gesagt wurde der Zellkulturüberstand
auf eine vorher äquilibrierte
Fast-Flow-Protein-A-Sepharose-Säule
geladen, die Säule wurde
ausgiebig in einem physiologischen Puffer (wie z. B. 100 mM Natriumphosphat,
150 mM NaCl bei neutralem pH-Wert) gewaschen und gebundenes Protein
wurde bei etwa pH 2,5 bis 3 in dem gleichen Salzpuffer wie oben
eluiert. Die Fraktionen wurden direkt neutralisiert.
-
Es
wurde gefunden, dass bei jedem der untersuchten Fusionsproteine
mindestens 50% des Produkts und im Allgemeinen mehr als 65% monomer
vorlag. „Monomer" wie hier verwendet,
bezieht sich auf nicht-aggregierte Proteine. Es ist bekannt, dass
Proteine mit einem Fc-Teil normalerweise einen Disulfid-gebundenen Komplex
bilden, der normalerweise zwei Polypeptidketten umfasst (es sei
denn, es befinden sich zwei Fc-Teile im
gleichen Polypeptid) und als ein „Einheitsdimer" betrachtet werden
können. „Monomer" soll derartige Disulfid-gebundenen
Spezies nicht ausschließen,
sondern bezeichnet nur, dass die Proteine nicht aggregiert sind. Um
ein nahezu monomeres huFc-IL-7-Fusionsproteinpräparat (etwa
98%) zu erhalten, wurde das Eluat aus der Sepharose-Protein-A-Reinigung
auf eine präparative
SEC-Säule
(Superdex) geladen und die Fraktion des Monomeren-Peaks wurde aufgefangen.
Typischerweise betrug die Konzentration an gewonnenem Protein etwa
1 mg/ml. Falls erforderlich wurde die Probe aufkonzentriert, z.
B. mittels Spindialyse (e. g. VivaSpin) mit einem Molekulargewichts-Cut-off
von 10–30
kDa.
-
Disulfid-Bindung
-
IL-7
enthält
an den Positionen Cys2, Cys34, Cys47, Cys92, Cys129 und Cys141 der
reifen IL-7-Proteinsequenz sechs Cys-Reste, die Disulfidbindungen
eingehen könnten.
Die Faltung von huFcγ1-IL-7
wurde untersucht, indem das Muster der in der IL-7-Einheit des Fusionsproteins
vorkommenden Disulfidbindungen bestimmt wurde. Kurz gesagt, wurden
Peptidkarten von huFcγ1-IL-7
aus trypsiniertem Material erstellt und auf die Gegenwart von Signaturpeptidfragmenten
analysiert. huFcγ1-IL-7-Protein
wurde entweder in einer nativen Form oder nach Reduktion und Alkylierung
trypsiniert. Um Peptidfragmente, die vielleicht glykosyliert waren, zu
berücksichtigen,
wurden Proben von nativen und denaturierten Proteinen zusätzlich mit
PNGaseF behandelt, um Glykosylketten vor dem tryptischen Verdau
zu entfernen. Die Peptidfragmente wurde mittels HPLC fraktioniert
und ihre Masse wurde mittels Massenspektrometrie bestimmt.
-
Im
Zusammenhang mit Fcγ1-IL-7
sollte voraussagegemäß ein die
Disulfidbindung Cys47–Cys141 („3–6") enthaltendes Peptidfragment
eine Masse von 1447,6 aufweisen, während ein die Disulfidbindung Cys2–Cys141
(„1–6") enthaltendes Peptidfragment
voraussagegemäß eine Masse
von 1426,6 aufweisen sollte. Ebenso würde ein die Disulfidbindung
Cys34–Cys129
(„2–5") enthaltendes Peptidfragment
voraussagegemäß eine Masse
von 2738,3 aufweisen. Tatsächlich
wurden Peptidfragmente mit einer Masse von 1447,6 („3–6") und von 2738,3
(„2–5") in von dem nativen
Fc-IL-7-Protein abstammenden Proben identifziert, ungeachtet dessen,
ob die Proben mit PNGaseF behandelt wurden oder nicht, nicht aber
in Proben von reduziertem Fc-IL-7. Umgekehrt wurde das Peptidfragment
der Masse 1426,6 („1–6") in keiner der Proben
gefunden. Also enthielt Fcγ1-IL-7
die Disulfidbindungen Cys47–Cys141
und Cys34–Cys129,
aber nicht Cys2–Cys141.
Es wurde festgestellt, dass ein Peptidfragment mit der vorausgesagten
Masse von 2439,2, entsprechend einem Cys2–Cys92 („1–4") enthaltendem Fragment, nur in der
Probe aus dem mit PNGaseF behandelten, nativen Fusionsprotein identifiziert
wurde. Tatsächlich
liegt Cys92 innerhalb der Tripeptideinheit Asn91Cys92Thr93, was
darauf hindeutet, dass Asn91 in huFcγ1-IL-7 glykosyliert wurde. Also
stimmte in huFcγ1-IL-7
das Disulfidbindungsmuster mit Cys2–Cys92, Cys34–Cys129
und Cys47–Cys141 überein.
Diese experimentell bestimmte Konfiguration der Disulfidbindungen
von Fc-IL-7 steht im Gegensatz zur experimentell bestimmten Konfiguration,
die für
das in Bakterien produzierte und rückgefaltete IL-7 berichtet
wurde (Cosenza et al. (1997) JBC 272: 32995).
-
N-verknüpfte Glykosylierungsstellen
-
Humanes
IL-7 enthält
drei potenzielle Glykosylierungsstellen an den Positionen Asn70,
Asn91 und Asn116 der reifen IL-7-Proteinsequenz. Peptidkarten von
huFcγ1-IL-7 (reduziert/alkyliert)
wurden auf die Gegenwart von Signaturpeptidfragmenten untersucht.
Sind sie glykosyliert, würden
diese Signaturfragmente sich nur in mit PNGaseF behandelten Proben
zeigen. Für
tryptische Peptidfragmente, die die unmodifizierten Reste von Asn70,
Asn91 bzw. Asn116 enthalten, wurden Massen von 1489,7, 1719,9 und
718,3 vorausgesagt.
-
Tatsächlich wurden
Peptidfragmente mit einer Masse von 1489,7 und von 1719,9 in mit
PNGaseF behandelten Proben identifiziert, waren aber in der unbehandelten
Probe nicht vorhanden, was darauf hindeutet, dass Asn70 (das in
der Sequenz ...MNSTG... enthalten
ist) (SEQ ID NO: 31) und Asn91 das in der Sequenz ...LNCTG... enthalten ist} (SEQ ID NO: 32)
tatsächlich
glykosyliert waren. Überraschenderweise
wurde ein tryptisches Fragment mit einer Masse von 718,3, das SLEENK
(SEQ ID NO: 35) entsprach, sowohl in den mit PNGaseF behandelten
Proben als auch in der unbehandelten Proben identifiziert, was darauf
hindeutet, dass Asn116 nicht glykosyliert war. Dies war nicht zu
erwarten, da Asn116 in der humanen IL-7-Sequenz ...PTKSLEENKSLKE... (SEQ ID NO: 13)
(siehe SEQ ID NO: 1) eine N-verknüpfte Glykosylierungsstelle
sein sollte. Die putative NKS-Glykosylierungsstelle ist in Schafen
und Kühen
sowie auch bei Menschen konserviert.
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Die
Analyse der Disulfidbindungsmuster und N-verknüpften Glykosylierungsstellen,
die mit den Proben von Fcγ1(Linker1)-IL-7
und von Fcγ2h(FN > AQ)-IL-7 wiederholt
wurden, ergaben ähnliche
Ergebnisse.
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BEISPIEL 4.
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ELISA-Verfahren.
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Die
Konzentrationen an Proteinprodukten in den Überständen der MTX-resistenten Klone
und anderen Testproben wurde mittels anti-huFc-ELISA wie im Detail
unten beschrieben bestimmt. ELISA-Platten wurden mit AffiniPure
Ziegen-Anti-Human-IgG (H + L) (Jackson Immuno Research Laborstories,
West Grove, PA) bei 5 μg/ml
in PBS and 100 μl/Loch
in 96-Lochplatten beschichtet. Beschichtete Platten wurden bedeckt
und bei 4°C über Nacht
inkubiert. Platten wurden 4 Mal mit 0,05% Tween (Tween 20) in PBS
gewaschen und mit 1% BSA/1% Ziegenserum in PBS, 200 μl/Loch blockiert.
Nach Inkubation mit dem Blockierungspuffer bei 37°C für 2 Std.
wurden die Platten 4 Mal mit 0,05% Tween in PBS gewaschen und trocken
getupft. Testproben wurden soweit erforderlich in Probenpuffer (1%
BSA/1% Ziegenserum/0,05% Tween in PBS) verdünnt. Es wurde eine Standardkurve
unter Verwendung eines chimären
Antikörpers
(mit einem humanen Fc) hergestellt, dessen Konzentration bekannt
war. Für
die Erstellung einer Standardkurve wurden im Probenpuffer Reihenverdünnungen
gemacht, um eine Standardkurve im Bereich von 125 ng/ml bis 3,9
ng/ml zu ergeben. Die verdünnten
Proben und Standards wurden zu der Platte gegeben, 100 μl/Well, und
die Platte wurde bei 37°C
für 2 h inkubiert.
Nach Inkubation wurde die Platte 8 Mal mit 0,05% Tween in PBS gewaschen.
Zu jedem Well wurden dann 100 μl
des sekundären
Antikörpers,
nämlich
das mit Meerrettichperoxidase konjugierte Anti-humane IgG verdünnt auf
etwa 1:120.000 in Probenpuffer, gegeben. Die genaue Verdünnung des
sekundären
Antikörpers wurde
für jede
Charge des HPR-konjugierten anti-humanen IgG bestimmt. Nach Inkubation
bei 37°C
für 2 h wurde
die Platte 8 Mal mit 0,05% Tween in PBS gewaschen.
-
Die
Substratlösung
wurde mit 100 μl/Loch
zu der Platte gegeben. Die Farbe durfte sich 30 min bei Raumtemperatur
im Dunkeln entwickeln. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 4N Schwefelsäure, 100 μl/Loch gestoppt.
Die Platte wurde durch einen Plattenleser ausgelesen, der sowohl
auf 490 als auch auf 650 nm eingestellt und darauf programmiert
war, die Hintergrund-OD bei 650 nm von der OD bei 490 nm zu subtrahieren.
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Die
Konzentration von humanem IL-7 in Serumproben von mit huFc-IL-7-Fusionsproteinen
oder rekombinantem humanem IL-7 behandelten Tieren wurde, im Wesentlichen
wie oben beschrieben, mittels ELISA bestimmt. Humanes IL-7 wurde
mittels eines anti-humanen IL-7-Antikörpers der Maus (R & D Systems, Minneapolis,
MN) abgefangen und mittels eines antihumanen IL-7-Biotinantikörpers der
Ziege (R & D
Systems, Minneapolis, MN) nachgewiesen.
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BEISPIEL 5.
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Reinigung von huFc-IL-7-Proteinen.
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Eine
standardmäßige Reinigung
von Fc-haltigen Fusionsproteinen wurde auf der Grundlage der Affinität der Fc-Proteineinheit
für Protein
A durchgeführt.
Kurz gesagt, wurden geeignetes Fusionsprotein exprimierende NS/0-Zellen
in Gewebekulturmedium gezogen und der das exprimierte Protein enthaltende Überstand
wurde aufgefangen und auf eine voräquilibrierte Past Flow Protein
A Sepharose-Säule
geladen. Die Säule
wurde anschließend
ausgiebig mit Puffer (wie z. B. 100 mM Natriumphosphat, 150 mM NaCl
bei neutralem pH-Wert) gewaschen. Gebundenes Protein wurde bei einem
niedrigen pH-Wert
(pH 2,5–3)
im gleichen Puffer wie oben eluiert und die Fraktionen wurden direkt
neutralisiert.
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Um
ein nahezu nicht aggregiertes huFc-IL-7-Fusionsproteinpräparat (etwa
98%) zu erhalten, wurde das Eluat auf eine präparative SEC-Säule (Superdex)
geladen und die Fraktion des Monomeren-Peaks wurde aufgefangen.
Typischerweise betrug die Konzentration an gewonnenem Protein etwa
0,5 mg/ml bis 2 mg/ml, und falls erforderlich wurden die Probe mittels
Spindialyse (z. B. Viva Spin mit einem Molekulargewicht-Cut-off von
30 kDa) aufkonzentriert.
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BEISPIEL 6
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In vitro-Aktivität von huFc-IL-7-Proteinen.
-
Die
Cytokinaktivität
der gereinigten huFc-IL-7-Fusionsproteine wurde in vitro in einem
zellulären
Proliferationsbioassay bestimmt. Humane PBMCs (Periphere mononukleäre Blutzellen)
wurden mittels PHA-P aktiviert, um auf IL-7 reaktionsfähige Zellen
herzustellen. Die Proliferation wurde in einem standardmäßigen Thymidineinbauassay
gemessen. Kurz gesagt, wurden PBMCs zunächst fünf Tage lang mit 10 μg/ml PHA-P
inkubiert, die Zellen wurden gewaschen und anschließend in
einem mit den huFc-IL-7-Fusionsproteinen
ergänzten Medium
in einer Verdünnungsreihe
insgesamt 48 Stunden lang inkubiert. Während der letzten 12 Stunden
wurden die Proben mit 0,3 μCi
[Methyl-3H]Thymidin
(Dupont-NEN-027) gepulst. Die Zellen wurden anschließend ausgiebig
gewaschen, geerntet und auf Glasfilter lysiert. In DNA eingebautes
3H-Thymidin wurde in einem Szintillationszähler gemessen. Als Standard
wurde Wildtyp-huIL-7-Protein, das von R & D Systems (Minneapolis, MN) oder
vom National Institute for Biological Standards and Control (NIBSC)
erhalten wurde, untersucht.
-
Ein
ED50-Wert der Zellproliferation für huFc-IL-7-Fusionsproteine
wurde durch die Auftragung einer Dosis-Wirkungs-Kurve gemäß Standardtechniken
und Bestimmung der Proteinkonzentraion, die zu einer halbmaximalen
Reaktion führt,
erhalten. Die Fusionsproteine huFcγ1-IL-7, huFcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 und huFcγ1(Linker1)-IL-7 wurden untersucht.
Die ED50-Werte der Fusionsproteine waren einander ziemlich ähnlich und
befanden sich innerhalb eines 3fachen Bereichs voneinander. Demzufolge
wurde gefunden, dass diese Veränderungen
in der Fc-Einheit nur geringen Einfluss auf die IL-7-Aktivität des Fusionsproteins
haben.
-
Weiterhin
wurde gefunden, dass die ED50-Werte für diese Fusionsproteine um
etwa das 3- bis 10fache höher
waren als die ED50-Werte, die für
kommerziell von R & D
Systems erhältlichem
huIL-7 erhalten wurden. Da dieses kommerzielle Präparat in
Bakterien produziert wird und nicht glykosyliert ist, wurde enzymatisch
deglykosyliertes, durch Behandlung mit PNGaseF, huFcγ1-IL-7-Protein
untersucht. Es wurde gefunden, dass es eine ähnliche Aktivität wie die
unbehandelte Form aufweist. Ohne uns auf eine Theorie festlegen zu
wollen, könnte
die etwas verminderte Aktivität
der Fusionsproteine ihren Grund nicht in der Glykosylierung der
IL-7-Einheit, sondern stattdessen in einem sterischen Effekt als
Folge eines gehinderten N-Terminus der IL-7-Einheit haben.
-
BEISPIEL 7.
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Pharmakokinetische Eigenschaften der huFc-IL-7-Proteine.
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Die
pharmakokinetischen (PK) Profile eines huFc-IL-7-Fusionsproteins
und von rekombinantem humanem IL-7 (Peprotech, Rocky Hill, NJ) wurden
untersucht und die Ergebnisse sind in 13 wiedergegeben. Eine
einzelne subkutane Injektion einer äquimolaren Menge an huFcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 oder von
rekombinantem humanem IL-7
(50 μg)
wurden Gruppen von C57BL6/J-Mäusen
verabreicht. Blutproben wurden mittels retro-orbitalem Aderlass
zum Zeitpunkt der Injektion (d. h. bei t = 0 min), und 30 min, 1
h, 2 h, 4 h, 8 h, 24, 48, 72, 96, 120 und 144 h nach der Injektion
entnommen. Die Proben wurden in Heparinröhrchen gesammelt, um eine Gerinnung
zu vermeiden, und die Zellen wurden mittels 4-minütigem Zentrifugieren
in einer Hochgeschwindigkeitsmikrozentrifuge von Eppendorf mit 12.500
g entfernt. PK-Werte wurden mittels des PK-Solutions 2.0TM Softwarepakets (Summit Research Services,
Montrose, CO) berechnet.
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Die
Konzentration von verabreichtem IL-7 wurde in vierfachen Plasmaproben
von jedem Zeitpunkt mittels eines für humanes IL-7 spezifischen
ELISAs bestimmt. Es wurde gefunden, dass das pharmakokinetische Verhalten
von huFc-IL-7 und rekombinantem IL-7 sich grundlegend unterschied.
Bei rekombinantem humanem IL-7 betrug die maximale Konzentration
(Cmax) 23,5 ng/ml 2 Stunden nach der Injektion
(Tmax), während bei huFc-IL-7 Cmax 1588,7 ng/ml 24 Stunden nach der Injektion
betrug. Des Weiteren wurde, während
rekombinantes humanes IL-7 schneller absorbiert wurde als huFc-IL-7
(β-Phasenhalbwertszeit
0,9 Stunden gegen 12,4 Stunden), huFc-IL-7 während der β-Phase um etwa das 9fache langsamer aus
dem Kreislauf eliminiert. Daher hatten Mäuse, die huFc-IL-7 erhielten,
in Form der AUC (Fläche
unter der Kurve) als Maß für die Gesamtwirkstoffexposition
eine 572fach höhere
Exposition gegenüber
dem verabreichtem Protein als Mäuse,
die rekombinantes humanes IL-7 erhielten. Diese Daten zeigen eine
deutliche Verbesserung der huFc-IL-7-Fusionsproteine in Bezug auf
freies rekombinantes humanes IL-7 hinsichtlich ihrer PK. Es wurde
weiterhin gefunden, dass die PK-Profile
von huFc-IL-7-Fusionsproteinen wie z. B. huFcγ1-IL-7 und huFcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7, huFc1(YN > AQ)(Linker2)-IL-7
und huFcγ1(YN > AQ, d)(Linker2)-IL-7,
die Mäusen
mittels intravenöser
Injektion verabreicht wurden, einander ähnlich waren.
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BEISPIEL 8.
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Wirksamkeit von huFc-IL-7 in lymphopenen
Mäusen
nach einer Knochenmarkstransplantation (KM).
-
Die
Wirksamkeit von huFc-IL-7-Fusionsproteinen verglichen mit rekombinantem
humanem IL-7 wurde in vivo untersucht. Zum Beispiel wurde huFcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 oder rekombinantes
humanes IL-7 (Peprotech, Rocky Hill, New Jersey) lymphopenen Mäusen nach
Transplantation von T-Zell-depletiertem Knochenmark (KM) verabreicht
und die Erholung der Immunzellpopulationen wurde bewertet.
-
Im
Wesentlichen wurden die Empfängermäuse vor
der KM-Transplantion mit zwei Dosen 600 cGy Gesamtkörperbestrahlung
in einem 4 h-Intervall letal bestrahlt und in PBS resuspendierte
BM-Zellen wurden in die Schwanzvene der Empfängermäuse injiziert. In regelmäßigen Abständen von
Tag 5 an wurde den Empfängermäusen subkutan
eine äquimolare
Menge huFc-IL-7 (7 μg)
oder rekombinantes humanes IL-7 (2,5 μg) (Peprotech, Rocky Hill, NJ)
verabreicht. Im Verlauf des Experiments wurden Blutproben der Empfängermäuse genommen
und die Lymphozytenzellkonzentrationen in den Proben wurden gemessen.
-
Für die KM-Zelltransplantationen
wurden KM-Zellen aseptisch aus Femur und Tibia von BL/6.SJL-Mäusen (H2b, CD45.1) (Jackson Labs, Bar Harbor, ME)
erhalten und durch Entfernen von magnetisch markierten T-Zellen über MACS®-Säulen (Miltenyi
Biotec, Auburn, CA) an T-Zellen depletiert. Das Maß an T-Zelldepletion
wurde mittels FACS-Analyse mit fluorszierend markierten Antikörpern gegen
CD45, αβ-TCR (T-Zellen) und 7-Amino-actinomycin
D (7-AAD, apoptotische Zellen) (Calbiochem, X) überwacht. Pro Empfängermaus
wurden 10 × 106 lebende (7-AAD-negative) KM-Zellen (die
weniger als 1% T-Zellen enthalten) verwendet. In kongenerischen
KM-Transplantationen wurden B6-Mäuse
(H2b, CD45.2) als Empfängermausstamm verwendet und
bei allogenen KM-Transplantationen wurden B6C3F1-Mäuse (H2b/k CD45.2) gewählt.
-
Die
Lymphozytenzellkonzentrationen (wie in Tabelle 1 angegeben) wurden
im Wesentlichen wie von Brocklebank und Sparrow (Brocklebank and
Sparrow (2001) Cytometry 46: 254) beschrieben gemessen. Kurz gesagt,
wurden fluoreszierende Perlen (TruCOUNTTM Tubes,
BD Biosciences, San Jose, CA) in 40 μl PBS, das eine Mischung aus
lymphozytenspezfischen Antikörpern
enthielt, gelöst.
Anschließend
wurden 10 μl
antikoaguliertes Blut zugegeben, gemischt und 30 Minuten lang im
Dunkeln bei Raumtemperatur inkubiert. Die roten Blutzellen wurden
in 450 μl
Red-Blood-Cell-Lysis- Lösung (BD
Biosciences, San Jose, CA) lysiert und Proben wurden mittels Durchflußcytometrie
analysiert (BD FACSCaliburTM, BD Biosciences,
San Jose, CA). Die Konzentration einer bestimmten Lymphozytenpopulation
(z. B. B-Zellen, T-Zellen oder gesamte Leukozyten) wurde bestimmt,
indem um die Lymphozyten und fluoreszierenden Perlen getrennte Auswertfenster
(Gates) geschaffen wurden und die Anzahl an Ereignissen pro Auswertfenster
ausgelesen wurde. Die Anzahl an Lymphozyten im Auswertfenster pro
Mikroliter wurde durch Teilen der Anzahl an Ereignissen im Lymphozytenregion-Auswertfenster durch
die Anzahl an Ereignissen im Perlenregion-Auswertfenster berechnet.
Diese Anzahl wurde mit dem Anteil an Anzahl von Perlen pro TruCOUNT-Röhrchen (vom
Lieferanten angegeben) über
das Probenvolumen multipliziert und schließlich mit dem Probenverdünnungsfaktor
multipliziert.
-
In
einem Experiment wurde die Lymphozytenrekonstitution in einer kongenerischen
KM-Transplantationsumgebung unter Verwendung der oben spezifizierten
Materialien und Verfahren bewertet. Empfängermäusen wurde huFcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 in einer
Dosis von 7 μg
(125 mg IL-7/kg Körpergewicht)
injiziert, und die Lymphozytenzellen wurden wie beschrieben gemessen.
Spenderlymphozyten wurden als CD45.1-positive Zellen nachgewiesen, während die
endogenen Lymphozyten der Empfängermäuse als
CD45.2-positive Zellen nachgewiesen wurden. Lymphozyten-B- und T-Zellen
wurden unter Verwendung von B220- bzw. CD3-Lymphozytenmarkern identifiziert.
Es wurde gefunden, dass bis Tag 49 Spenderlymphozyten (CD45.1-positive
Zellen) die Empfängermäuse bis
auf Spiegel repopuliert hatten, die mit nichtbestrahlten Kontrollmäusen vergleichbar
waren, während
die endogenen Lymphozyten (CD45.2-positive Zellen) sich nicht merklich
vermehrt hatten. Außerdem
verursachte die Behandlung mit dem huFc-IL-7-Fusionsprotein keine
signifikante Toxizität.
Diese Ergebnisse haben die Wirksamkeit des Fusionsproteins bei der
Vermehrung von adoptiv transferierten Lymphozytenpopulationen nachgewiesen.
Diese Ergebnisse sind in 16 dargestellt.
-
In
einem weiteren Experiment wurde ein allogenes KM-Transplantationsmodell,
das eine klinische Transplantationsumgebung besser simulieren kann,
verwendet, um ein huFc-IL-7-Fusionsprotein mit rekombinantem humanem
IL-7 zu vergleichen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Es wurden wiederum die Verfahren und Materialien wie oben beschrieben
verwendet. Es wurde huFcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 und humanes IL-7
(äquivalent
zu 125 μg
IL-7/kg Körpergewicht)
von Tag 5 bis Tag 56 nach der Transplantation entweder jeden zweiten
Tag (q2d) oder einmal pro Woche (q7d) verabreicht. Mit PBS-behandelte
Spendermäuse
und bestrahlte, Knochenmark empfangende, mit PBS behandelte Mäuse dienten
als Kontrollen.
-
In
mit dem Fusionsprotein behandelten Empfängermäusen erreichten vom Spender
stammende B-Zellen (CD45.1+, B220+, CD19+) 14 oder
16 Tage nach der Transplantation bei Verabreichung nach q2d bzw. q7d
Grundlinienspiegel (wie durch die Blutkonzentration von B-Zellen
in Spenderkontrollmäusen
definiert). Im Gegensatz dazu hatte bei mit rekombinantem humanem
IL-7 behandelten Mäusen
keine der beiden Dosierungspläne
eine Wirkung; die Anzahl an B-Zellen in mit PBS-behandelten und
mit humanem IL-7 behandelten Empfängermäusen benötigte etwa die gleiche Zeit
zum Erreichen des Grundlinienspiegels, etwa 28 Tage. Zusätzlich zu
einer beschleunigten B-Zellrekonstitution
förderte
die Behandlung mit huFc-IL-7 die anhaltende Vermehrung von B-Zellen
bis Tag 33: nach q2d verabreichtes huFc-IL-7 führte zu einem 7fachen Anstieg,
während
die Verabreichung nach q7d zu einem 2,5fachen Anstieg der Anzahl
an B-Zellen verglichen mit Kontrollmäusen führte. Nach Tag 33 nahm die
Anzahl an B-Zellen
ab, war aber noch immer ungefähr
um das 2fache höher
als in Kontrollmäusen.
Nach Tag 33 nahmen auch die Spiegel von verabreichten IL-7-Proteinen
im Blut ab, was möglicherweise
zum Teil an der Bildung von neutralisierenden Antikörpern auf
das humane Fusionsprotein lag. 14 stellt
diese Ergebnisse der B-Zellrekonstitution in bestrahlten, mit rekombinantem
humanem IL-7 und huFc-IL-7 behandelten Mäusen mit Knochenmarkstransplantation
dar.
-
Mit
Bezug auf von Spender abstammenden T-Zellen (CD45.1+,
CD3+, TCRotB+) wurde
ein ähnliches Ergebnis
beobachtet. Behandlung mit dem huFc-IL-7-Fusionsprotein führte zu einer beschleunigten
T-Zellrekonstitution, während
die Behandlung mit rekombinantem humanem IL-7 nicht dazu führte. Maximale
T-Zellspiegel wurden etwa an Tag 49 erreicht. Die Anzahl an T-Zellen über der
Grundlinie (d. h. der Blutkonzentration von T-Zellen in Spendermäusen) wurde
jedoch nur mit dem q2d-Dosierungsschema
des huFc-IL-7-Fusionsproteins erreicht; es wurde eine 1,5fache Anzahl
an T-Zellen bezogen auf Kontrollmäuse erreicht. 15 stellt diese
Ergebnisse der T-Zellrekonstitution in bestrahlten, mit rekombinantem
humanem IL-7 und huFc-IL-7
behandelten Mäusen
mit Knochenmarkstransplantation dar.
-
Trotz
den transient hohen Anzahlen an Spender-B-Zellen und -T-Zellen in
den Empfängermäusen unter
bestimmten Bedingungen, zeigte im Verlauf des Experiments keine
der Experiment-Mäuse
Anzeichen für Morbidität. Die Analyse
von inneren Organen an Tag 55 ergab keine pathologischen Anormalitäten an Leber, Nieren,
Lunge, Milz, Thymus, Lymphknoten, Magen, Dünn- und Dickdarm. Daher zeigte
dieses allogene Transplantationsexpriment, dass das huFc-IL-7-Fusionsprotein
in vivo gegenüber
rekombinantem humanem IL-7 bei der Rekonstitution von Lymphozyten
nach myelo-ablativer
Konditionierung deutlich überlegen
war. Tabelle 1: Wirkung von huFc-IL-7-Fuisonsprotein
auf die Immunzellrekonstitution.
| Anzahl an Zellen pro μl Blut |
| Behandlung | Tag |
1. Vom Spender stammende
Leukozyten (CD45.1*) | | | 7 | 13 | 19 | 27 | 33 | 41 | 47 | 55 |
a.) Allogeneische KMT
in B6C3-Mäuse | PBS | AVG
SEM | 580,8
324,5 | 3576,8
1717,0 | 4384,0
1474,2 | 16805,6
8367,6 | 20732,8
10065,3 | 16395,2
7997,3 | 21462,4
11230,2 | 20329,6
9693,2 |
| huFc-IL-7, q2d | AVG
SEM | 248,8
89,3 | 26597,0
4786,2 | 130253,6
25106,8 | 148048,0
18786,3 | 194266,4
17131,1 | 168794,0
25949,9 | 127848,0
981,0 | 79175,2
10740,2 |
| huFc-IL-7, q7d | AVG
SEM | 278,4
106,3 | 5848,8
762,9 | 32308,0
2786,3 | 64256,0
6081,4 | 74103,2
8345,9 | 69042,4
14497,4 | 55989,6
5989,8 | 58519,2
6583,8 |
| humanes IL-7, q7d | AVG
SEM | 270,7
84,9 | 6020,0
1229,2 | 6922,7
1089,7 | 24278,7
5235,3 | 37353,3
2697,0 | 42166,7
4691,4 | 33570,7
764,5 | 38138,7
3273,6 |
| humanes IL-7, q7d | AVG
SEM | 229,0
31,9 | 4603,0
435,6 | 4963,0
654,1 | 27443,0
2513,8 | 27027,0
1813,4 | 27797,0
4084,6 | 32675,0
6307,8 | 33205,0
4894,7 |
b.) B6.SJL Kontrollmäuse | PBS | AVG
SEM | 30744,5
3018,6 | | | | | | | |
|
| Anzahl an Zellen pro μl Blut |
| Behandlung | Tag |
II. Vom Spender stammende
B-Zellen (CD45.1* CD19* 8220*) | | | 7 | 13 | 19 | 27 | 33 | 41 | 47 | 55 |
a.) Allogeneische KMT
in B6C3-Mäuse | PBS | AVG
SEM | 32,0
5,7 | 1013,3
25,7 | 4257,3
661,1 | 19294,7
2858,5 | 22549,3
2625,4 | 17842,7
1691,6 | 23841,3
3783,7 | 22296,0
1474,5 |
| huFc-IL-7, q2d | AVG
SEM | 16,0
5,7 | 17830,0
3755,4 | 122122,4
24028,4 | 131862,4
16974,5 | 169745,6
15413,6 | 142972,0
22834,6 | 98571,0
2599,1 | 58661,6
9352,9 |
| huFc-IL-7, q7d | AVG
SEM | 14,4
6,5 | 2559,0
408,9 | 28124,0
2464,1 | 53573,6
4911,5 | 59999,2
6337,2 | 52932,8
10998,2 | 41489,6
4821,1 | 42899,2
5013,0 |
| humanes IL-7, q7d | AVG
SEM | 5,3
3,5 | 1550,7
403,5 | 4316,0
542,7 | 17802,7
3689,5 | 28061,3
1484,5 | 30177,3
2861,6 | 24720,0
633,8 | 26104,0
2085,3 |
| humanes IL-7, q7d | AVG
SEM | 4,0
1,6 | 748,0
56,1 | 3179,0
443,3 | 19303,0
1666,1 | 19203,0
1429,5 | 17930,0
2511,6 | 22460,0
4458,6 | 21473,0
3199,5 |
b.) B6.SJL Kontrollmäuse | PBS | AVG
SEM | 15572,6
1631,4 | | | | | | | |
|
| Anzahl an Zellen pro μl Blut |
| Behandlung | Tag |
III. Vom Spender stammende
T-Zellen (CD45.1* CD3* abTC R*) | | | 7 | 13 | 19 | 27 | 33 | 41 | 47 | 55 |
a.) Allogeneische KMT
in B6C3-Mäuse | PBS | AVG
SEM | 0,0
0,0 | 206,7
121,6 | 192,0
46,2 | 1808,0
245,0 | 3928,0
546,7 | 4453,3
533,0 | 6178,7
538,1 | 5622,7
210,0 |
| huFc-IL-7, q2d | AVG
SEM | 0,0
0,0 | 124,0
24,9 | 839,0
155,5 | 5260,8
1183,1 | 12252,8
1734,8 | 15204,8
1641,2 | 16628,0
1524,5 | 13365,6
1423,9 |
| huFc-IL-7, q7d | AVG
SEM | 0,0
0,0 | 38,4
6,1 | 228,0
38,5 | 2428,0
326,2 | 5492,0
918,1 | 9988,0
2475,8 | 9252,8
2748,6 | 8598,4
1185,9 |
| humanes IL-7, q7d | AVG
SEM | 0,0
0,0 | 56,0
3,3 | 144,0
42,5 | 1057,3
160,1 | 3068,0
154,0 | 5368,0
645,5 | 5081,3
113,7 | 7112,0
409,9 |
| humanes IL-7, q7d | AVG
SEM | 0,0
0,0 | 41,0
2,5 | 88,0
20,2 | 1493,0
187,5 | 2579,0
238,0 | 3918,0
694,6 | 5021,0
724,2 | 6043,0
1013,1 |
b.) B6.SJL Kontrollmäuse | PBS | AVG
SEM | 10832,0
1500,4 | | | | | | | |
-
BEISPIEL 9.
-
Wirksamkeit von huFc-IL-7 auf die T-Zell-Transplantationen
in lvmphopenen Mäusen.
-
Die
Wirksamkeit von huFc-IL-7-Fusionsproteinen wurde ebenfalls in einem
T-Zell-Transplantationsmodell
untersucht. Im Wesentlichen wurde eine homogene (klonierte) T-Zell-Population
in immundefiziente, bestrahlte Mäuse überführt, wobei
den Empfängermäusen das
huFc-IL-7-Fusionsprotein verabreicht wurde, und das Ausmaß der T-Zell-Rekonstitution
und letztendlich der T-Zell-Funktion wurde bewertet.
-
Um
eine homogene T-Zell-Population zu erhalten, wurden Splenozyten
von P14-TCR-tg/RAG-Mäusen
(Charles.River Laborstories, Wilmington, MA) genommen, die frei
von B-Zellen sind. Weiterhin exprimieren alle T-Zellen dieser Mäuse den
transgenen T-Zell-Rezeptor (TCR), P14, der für ein virales Epitop (gp33
of LCMV) spezifisch ist.
-
Einzelzell-Suspensionen
von Splenozyten wurden intravenös
in die Schwänze
von RAG Cy+ immunodefizienten Mäusen
(Qiarles River Laborstories) injiziert, die 4 Stunden vor der Transplantation
eimal mit 650 Rad (subletale Dosis) bestrahlt wurden. An jedem zweiten
Tag beginnend an Tag 2 wurde den Empfängermäusen 7 mg des Fusionsproteins
huFcγ2(h)(FN > AQ)-IL-7 verabreicht.
Einer Kontrollgruppe von Empfängermäusen wurde
PBS verabreicht. Das Ausmaß der
T-Zell-Rekonstitution als Reak tion auf das huFc-IL-7-Fusionsprotein
oder PBS wurde mittels Messung des Vorhandenseins von P14 T-Zellen
(CD8+VBS.1+Va2+-Zellen) im Blut mittels Durchflusszytometrie
bestimmt.
-
Es
wurde gefunden, dass an Tag 35 Mäuse,
denen das huFc-IL-7-Fusionsprotein verabreicht wurde, eine 17fache
Erhöhung
der T-Zell-Anzahl (35.000 Zellen/μl)
verglichen mit Kontrollmäusen
(2.000 Zellen/μl) aufwiesen.
Tatsächlich überstiegen
die Spiegel an T-Zell-Rekonstitution die in unbehandelten P14 TCR-Mäusen gefundenen
(23.000 Zellen/μl).
Weiterhin war in diesen mit huFc-IL-7 behandelten Mäusen bei
einem signifikanten Anteil der rekonstituierten T-Zellen die IL-2Rα-Rezeptoruntereinheit,
CD25, auf der Zelloberfläche hochreguliert.
Also war das huFc-IL-7-Fusionsprotein nicht nur bei der Vermehrung
von transplantierten T-Zellen von Nutzen, sondern könnte zusätzlich die
transferierten T-Zellen so vorkonditioniert haben, dass sie gegenüber Cytokinen
wie z. B. IL-2 reaktiv waren.
-
BEISPIEL 10.
-
Adjuvanstherapie mit huFc-IL-7 für immunkompromittierte
Patienten.
-
Es
lässt sich
eine Vielzahl an klinischen Gegebenheiten denken, in denen Patienten
aus einer Adjuvanstherapie mit huFc-IL-7 einen Nutzen ziehen könnten. Zum
Beispiel werden neue Behandlungsmodalitäten für kindliche Patienten mit bösartigen
Erkrankungen wie z. B. lymphoblastischen oder myeloischen Leukämien entwickelt,
die im Anschluss an eine myeloablative Therapie mit einer allogenen
hämatopoetischen
Stammzelltransplantation behandelt werden, um das Immunsystem wiederherzustellen.
-
Um
den potenziellen Spenderpool für
diese Patienten deutlich zu erhöhen,
wurde gefunden, dass G-CSF-mobilisierte Periphere Blutstammzellen
(PBSCs) von passenden, nicht verwandten Spender oder haploidentischen
Spender mit 1–3
HLA-Loci Fehlpaarungen eine Zellquelle sein können, unter der Voraussetzung,
dass sie von T-Zellen
depletiert sind (siehe Handgretinger et al. (2001) Annals NY Acad.
Sciences 938: 340–357).
Diese Depletion verminderte das Auftreten von akuten Graft-versus-Host-Abstoßungen (GvHD) deutlich;
es wird jedoch vermutet, dass es aufgrund der geringen Konzentration
an T-Zellen eine deutliche Verzögerung
bei der Immunrekonstitution gab. Patienten waren während mindestens
der ersten 6 Monate nach der Transplantation einem hohen Risiko
von viralen Infektionen ausgesetzt und die T-Zellen kehrten erst
nach einem Jahr auf die normalen Spiegel zurück (Handgretinger et al, (2001)
Annals NY Acad. Sciences 938: 340–357; Lang et al, (2003) Blood
101: 1630–6).
Daher wäre
es vorteilhaft, die Repopulationsgeschwindigkeit der T-Zellen und
anderer Immunzellen bei diesen Patienten zu erhöhen.
-
Patienten,
die einen Nutzen aus einer huFc-IL-7-Therapie ziehen, umfassen Patienten
mit Kindheitsleukämie
wie z. B. einer lymphoblastischen Leukämie oder einer myeloischen
Leukämie.
Kinder mit dieser Erkrankung werden zunächst einer myeloablativen Konditionierungstherapie
unterzogen, die entweder auf dem chemotherapeutischen Mittel Busulfan
oder einer mit Chemotherapie kombinierten Ganzkörperbestrahlung beruht. Zum
Beispiel wird, je nach der Diagnose und dem Alter des Patienten,
dieser mit einer Ganzkörperbestrahlung
(typischerweise 6 Behandlungen mit jeweils 2 Gy), anti-Thymoztenglobulin
vom Kaninchen (10 mg/kg täglich,
3 Tage lang), Etoposid (40 mg/kg) und Cyclophosphamid (120 mg/kg)
behandelt.
-
Um
CD34-positive (pos) Stammzellen als Transplantat zu erhalten, werden
Periphere Blutstammzellen (PBSCs) eines histokompatiblen (allogenischen)
Spenders mit einer täglichen
Dosis von 10 μg/kg
G-CSF 6 Tage lang mobilisiert und mittels Leukapharese an Tagen
5 und 6 geerntet. Im Allgemeinen werden etwa 20 × 106/kg
CD34-pos-Stammzellen erhalten und transplantiert. CD34-pos-Stammzellen
werden von den PBSCs mittels positiver Selektion mit einem antiCD34-Antikörper in
einem SuperMACS-System (Magnet-aktiviertes Zellsortieren, Miltenyi
Biotec) gereinigt und eluiert. Die T-Zell-Depletion beträgt typischerweise
etwa 5 log, bis etwa 10 × 103 Zellen/kg. Aggregate und andere Zellbruchstücke werden
mittels FACS-Sortierung aus dem Tranplantat ausgeschlossen. Die
Zellsuspension wird mittels eines venösen Zentralkatheters in den
Patient infundiert. Optional kann das Transplantat gereinigte Populationen
von anderen Immunzellen wie z. B. haploidentischen NK-Zellen, DCs,
Monozyten sowie CD34neg-Stammzellen umfassen.
-
Um
das Anwachsen zu bewerten, wird eine absolute Neutrophilenzählung durchgeführt. Das
Anwachsen wird als erfolgreich betrachtet, sobald der Neutrophilenspiegel über 50 Zellen/μl verbleibt.
Rekonstitution von Immunzellen wird mittels FACS-Analyse überwacht, zunächst wöchentlich
und sobald die Erhohlung der T-Zellen beginnt, alle 3 Monate.
-
Um
die Immunrekonstitution zu erhöhen,
wird der Patient mit einem huFc-IL-7-Fusionsprotein wie z. B. huFcγ2h(FN > AQ)-IL-7 oder huFcγ1(YN > AQ)(Linker2)-IL-7
behandelt. Ungefähr
3 Wochen nach der Transplantation (oder nach dem Feststellen des Anwachsens),
erhält
der Patient über
6–12 Monate
eine subkutane Verabreichung von huFcγ2h(FN > AQ)-IL-7 oder huFcγ1(YN > AQ)(Linker2)-IL-7 in einer Dosis von etwa
1,5 mg/m2 (oder eine Dosis im Bereich von
0,15 mg/m2 bis 15 mg/m2),
etwa 2 Mal die Woche, bis die T-Zell-Anzahl 50% des normalen Spiegels
erreicht. Es wurde gefunden, dass die Prognose des Patienten aufgrund
des verringerten Risikos einer viralen Infektion, eine der Hauptkomplikationen
nach der Transplantation, verbessert wird. Es wurde weiterhin gefunden,
dass diese Behandlung das Risiko einer akuten GvHD nicht deutlich
erhöht.
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Zusätzlich zu
der Verabreichung von huFc-IL-7-Protein werden optimalerweise weitere
Medikationen prophylaktisch gegeben. Diese umfassen, zum Beispiel,
Acyclovir, Metronidazol, Flucanazol und Cotrimoxazol. In den ersten
drei Monaten kann der Patient wöchentliche
Verabreichungen von Immunglobulinen sowie von G-CSF erhalten.
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