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减毒的人-牛嵌合呼吸道合胞病毒疫苗的生产

基本信息

  • 申请号 CN00810119.1 
  • 公开号 CN1402792A 
  • 申请日 2000/06/24 
  • 公开日 2003/03/12 
  • 申请人 美国政府健康及人类服务部  
  • 优先权日期  
  • 发明人 乌尔苏拉·布赫霍尔茨 彼得·L·柯林斯 布赖恩·R·墨菲 斯蒂芬·S·怀特黑德 克里斯蒂娜·D·克雷姆布尔  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 美国马里兰 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中原信达知识产权代理有限责任公司 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 丁业平 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

嵌合人-牛呼吸道合胞病毒(RSV)在人和其他哺乳动物中是感染性和减毒的,并用于引发抗RSV免疫反应的疫苗制剂。
还提供了分离的多核苷酸分子和掺入嵌合RSV基因组或反基因组的载体,所述基因组或反基因组包括部分或完整人或牛RSV“背景”基因组或反基因组,所述“背景”基因组或反基因组组合或整合了不同RSV病毒株的一个或多个异源基因或基因组区段。
本发明的嵌合人-牛RSV包括衍生自或模仿自人或牛RSV病毒株或亚型病毒的部分或完整“背景”RSV基因组或反基因组,所述“背景”RSV基因组或反基因组组合了不同RSV病毒株或亚型病毒的一个或多个异源基因或基因组区段以形成人-牛嵌合RSV基因组或反基因组。
在本发明优选的方面,嵌合RSV掺入部分或完整牛RSV背景基因组或反基因组,所述“背景”基因组或反基因组组合了来自人RSV的一个或多个异源基因或基因组区段。
目的基因包括任一个NS1、NS2、N、P、M、SH、M2(ORF1)、M2(ORF2)、L、F或G基因,或包括蛋白质或其部分的基因组区段。
在本发明人-牛嵌合RSV内提供各种其他突变和核苷酸修饰以产生所需的表型和结构效果。
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权利要求书


1.一种分离的感染性嵌合呼吸道合胞病毒(RSV),含有主要核壳 (N)蛋白质、核壳磷蛋白(P)、大聚合酶蛋白(L)和RNA聚合酶延长 因子以及人或牛RSV的部分或完整RSV背景基因组或反基因组,所 述背景基因组或反基因组组合了不同RSV的一个或多个异源基因和/ 或基因组区段以形成人-牛嵌合RSV基因组或反基因组。

2.权利要求1的嵌合RSV,其中所述一个或多个异源基因和/或 基因组区段包括一个或多个RSV NS1、NS2、N、P、M、SH、M2(ORF1)、 M2(ORF2)、L、F或G基因或基因组区段或RSV基因组的前导序列、 尾或基因间区域或其片段。

3.权利要求2的嵌合RSV,其中所述一个或多个异源基因和/或 基因组区段包括一个或多个编码RSV F、G和/或SH糖蛋白或免疫 原性结构域或其表位的基因或基因组区段。

4.权利要求1的嵌合RSV,其中人-牛嵌合RSV基因组或反基因 组编码具有人和牛糖蛋白结构域或免疫原性表位的嵌合糖蛋白。

5.权利要求4的嵌合RSV,其中所述一个或多个异源基因和/或 基因组区段包括编码糖蛋白胞外结构域的基因区段。

6.权利要求1的嵌合RSV,其中用异源基因或基因组区段替换 在部分RSV背景基因组或反基因组中的对应基因或基因组区段。

7.权利要求1的嵌合RSV,其中将异源基因或基因组区段加到 部分或完整RSV背景基因组或反基因组的非编码区的相邻处、之内 或替换所述非编码区。

8.权利要求1的嵌合RSV,其中在部分或完整RSV背景基因组 或反基因组内与对应基因或基因组区段的野生型基因顺序相符的位置 上加入或替换为异源基因或基因组区段。

9.权利要求1的嵌合RSV,其中在部分或完整RSV背景基因组 或反基因组内与对应基因或基因组区段的野生型基因顺序位置相比更 靠近或远离启动子的位置加入或替换为异源基因或基因组区段。

10.权利要求1的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组含有部 分或完整人RSV背景基因组或反基因组,该RSV背景基因组或反基 因组组合了来自牛RSV的一个或多个异源基因和/或基因组区段。

11.权利要求10的嵌合RSV,其中选自人RSV的N、P、NS1、 NS2、M2-1和M中的一个或多个基因由来自牛RSV的一个或多个异 源基因替换。

12.权利要求11的嵌合RSV,其中人RSV的N和P基因由来自 牛RSV的对应N和P基因替换。

13.权利要求11的嵌合RSV,其中人RSV的NS1和NS2基因 由来自牛RSV的对应NS1和NS2基因替换。

14.权利要求11的嵌合RSV,其中M2-1、M2-2和L基因中的 两个或多个由来自牛RSV的对应基因替换。

15.权利要求11的嵌合RSV,其中人RSV各个N、P、NS1、NS2、 M2-1和M基因由来自牛RSV的对应N、P、NS1、NS2、M2-1和M 基因替换。

16.权利要求1的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组含有部 分或完整牛RSV背景基因组或反基因组,该RSV背景基因组或反基 因组组合了来自人的一个或多个异源基因和/或基因组区段。

17.权利要求16的嵌合RSV,其中选自F、G和SH的一个或多 个人RSV糖蛋白基因或者编码F、G和/或SH的胞质结构域、跨膜 结构域、胞外结构域或免疫原性表位部分的一个或多个基因组区段加 入或替换到部分或完整牛RSV背景基因组或反基因组。

18.权利要求17的嵌合RSV,其中用人RSV糖蛋白基因F和G 中的一个或两个替换部分牛RSV背景基因组或反基因组中对应F和 G糖蛋白基因中的一个或两个。

19.权利要求17的嵌合RSV,其中人-牛嵌合基因组或反基因组 掺入了来自人RSV A和B亚型中一个或两个的抗原决定基。

20.权利要求17的嵌合RSV,其中用人RSV糖蛋白基因F和G 替换牛RSV背景基因组或反基因组中对应F和G糖蛋白基因。

21.权利要求20的嵌合RSV,其是rBRSV/A2。

22.权利要求9的嵌合RSV,其中在部分或完整牛RSV背景基 因组或反基因组内与对应基因或基因组区段的野生型基因顺序位置相 比更靠近启动子的位置上加入或替换为选自F、G和SH的一个或多 个人RSV糖蛋白基因。

23.权利要求22的嵌合RSV,其中用人RSV糖蛋白基因G和F 在基因顺序位置1和2分别替换部分牛RSV背景基因组或反基因组 内野生型位置7和8分别缺失的对应G和F糖蛋白基因。

24.权利要求23的嵌合RSV,其是rBRSV/A2-G1F2。

25.权利要求17的嵌合RSV,其中在部分或完整牛背景基因组 或反基因组内通过用一个或多个其他来自人RSV的异源基因或基因组 区段加入或替换来进一步修饰嵌合基因组或反基因组以提高嵌合病毒 的遗传稳定性或改变其减毒作用、反应原性或培养中的生长。

26.权利要求16的嵌合RSV,其中将选自F、G、SH和M的一 个或多个人RSV被膜相关基因加入或替换在部分或完整牛RSV背景 基因组或反基因组内。

27.权利要求26的嵌合RSV,其中将选自F、G、SH和M的一 个或多个人RSV被膜相关基因加入或替换在部分牛RSV背景基因组 或反基因组内,其中选自F、G、SH和M的一个或多个被膜相关基因 被缺失。

28.权利要求27的嵌合RSV,其中将人RSV被膜相关基因F、 G和M加入到其中被膜相关基因F、G、SH和M缺失的部分牛RSV背 景基因组或反基因组内。

29.权利要求28的嵌合RSV,其是rBRSV/A2-MGF。

30.权利要求1的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组掺入存 在于一组突变人RSV病毒株内的至少一个并最多达全部减毒突变,所 述组含有cpts RSV 248(ATCC VR 2450)、cpts RSV 248/404(ATCC VR 2454)、cpts RSV 248/955(ATCC VR 2453)、cpts RSV 530(ATCC VR 2452)、cpts RSV 530/1009(ATCC VR 2451)、cpts RSV 530/1030(ATCC VR 2455)、RSV B-1 cp52/2B5(ATCC VR 2542)和RSV B-1 cp-23(ATCC VR 2579)。

31.权利要求30的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组掺入 采自不同突变RSV病毒株的减毒突变。

32.权利要求1的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组掺入至 少一个并最多达全部减毒突变,这些突变导致在RSV N基因中的 Val267、在RSV F基因中的Glu218和/或Thr523、在RSV聚合酶基 因L中的Asn43、Cys319、Phe521、Gln831、Metl169、Tyrl321和/或 His 1690的氨基酸替换,以及在基因M2的基因起始序列中的一核苷 酸替换。

33.权利要求32的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组掺入 至少2个减毒突变。

34.权利要求32的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组包括 至少一个通过在一个决定突变的密码子中多个核苷酸的改变而稳定的 减毒突变。

35.权利要求1的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组进一步 包括导致表型改变的核苷酸修饰,这种表型改变选自生长特征、减毒 作用、温度敏感性、冷适应、噬菌斑大小、宿主范围限制的改变或免 疫原性的改变。

36.权利要求35的嵌合RSV,其中核苷酸修饰改变嵌合病毒的 SH、NS1、NS2、M2ORF2或G基因。

37.权利要求36的嵌合RSV,其中嵌合病毒的SH、NS1、NS2、 M2 ORF2或G基因的全部或部分缺失,或者通过在基因的读码框中 导入一个或多个终止密码子而除去基因的表达。

38.权利要求35的嵌合RSV,其中核苷酸修饰包括在嵌合RSV基 因组或反基因组内所选基因的顺式作用调节序列的核苷酸缺失、插 入、替换、增加或重排。

39.权利要求38的嵌合RSV,其中NS1或NS2基因的基因终止 (GE)信号是经修饰的。

40.权利要求35的嵌合RSV,其中核苷酸修饰包括在嵌合基因 组或反基因组内翻译起始位点的插入、缺失、替换或重排。

41.权利要求40的嵌合RSV,其中除去了RSV G糖蛋白分泌形 式的翻译起始位点。

42.权利要求35的嵌合RSV,其中修饰嵌合基因组或反基因组 以编码非RSV分子,这个非RSV分子选自细胞因子、T辅助细胞表 位、限制位点标记或能够在哺乳动物宿主中引发保护性免疫反应的微 生物病原体蛋白质。

43.权利要求35的嵌合RSV,其掺入了来自副流感病毒(PIV) 的一个或多个基因和/或基因组区段。

44.权利要求43的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组编码 PIV HN或F糖蛋白或其免疫原性结构域或表位。

45.权利要求44的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组编码 PIV1、PIV2或PIV3的HN或F的胞外结构域或免疫原性表位。

46.权利要求1的嵌合RSV,其是病毒。

47.权利要求1的嵌合RSV,其是亚病毒颗粒。

48.刺激个体免疫系统以诱导抗RSV的保护作用的方法,包括给 个体施用免疫学有足够量的权利要求1的嵌合RSV,该嵌合RSV组 合了生理学可接受的载体。

49.权利要求48的方法,其中嵌合RSV以103
-106PFU的剂 量施用。

50.权利要求48的方法,其中将嵌合RSV施用到上呼吸道。

51.权利要求48的方法,其中通过喷雾、小滴或气溶胶施用嵌 合RSV。

52.权利要求48的方法,其中将嵌合RSV施用给对RSV抗体血 清反应阴性或拥有经胎盘获得的针对RSV的母体抗体的个体。

53.权利要求48的方法,其中嵌合RSV引发抗人RSV A或RSV B的免疫反应。

54.权利要求48的方法,其中嵌合RSV引发抗人RSV A和RSV B的免疫反应。

55.权利要求48的方法,其中嵌合RSV引发抗人RSV A或RSV B的免疫反应并与免疫学有足够量的能够引发抗人RSV A或RSV B 的免疫反应的另一个减毒RSV一起施用。

56.权利要求55分的方法,其中嵌合RSV和另一个减毒RSV以 混合物同时施用。

57.引发抗RSV的免疫反应的免疫原性组合物,含有在生理学可 接受载体中的免疫学有足够量的权利要求1的嵌合RSV。

58.权利要求57的免疫原性组合物,配制成103
-106 PFU的剂 量。

59.权利要求57的免疫原性组合物,经配制后通过喷雾、小滴 或气溶胶施用到上呼吸道。

60.权利要求57的免疫原性组合物,其中嵌合RSV引发抗人RSV A或RSV B的免疫反应。

61.权利要求57的免疫原性组合物,其中嵌合RSV引发抗人RSV A和RSV B的免疫反应。

62.权利要求57的免疫原性组合物,其中嵌合RSV引发抗人RSV A或RSV B的免疫反应,而且其中组合物还含有能够引发抗人RSV A 或RSV B的免疫反应的免疫学有足够量的另一个减毒RSV,由此组 合物引发针对人RSV A和RSV B的免疫反应。

63.分离的多核苷酸分子,其含有嵌合RSV基因组或反基因组, 这种嵌合RSV基因组或反基因组包括部分或完整人或牛RSV背景基 因组或反基因组,该基因组或反基因组组合了不同RSV的一个或多个 异源基因或基因组区段,从而形成人-牛嵌合RSV基因组或反基因组。

64.权利要求63的分离的多核苷酸,其中所述一个或多个异源 基因和/或基因组区段包括一个或多个RSV NS1、NS2、N、P、M、SH、 M2(ORF1)、M2(ORF2)、L、F或G基因或基因组区段或RSV基因 组的前导序列、尾或基因间区域或其片段。

65.权利要求63的分离的多核苷酸,其中用异源基因或基因组 区段替换在部分RSV背景基因组或反基因组中的对应基因或基因组 区段。

66.权利要求63的分离的多核苷酸,其中将异源基因或基因组 区段加到与部分或完整RSV背景基因组或反基因组的非编码区相邻 处、之内或替换所述非编码区。

67.权利要求63的分离的多核苷酸,其中在部分或完整RSV背 景基因组或反基因组内与对应基因或基因组区段的野生型基因顺序位 置相比更靠近或更远离启动子的位置上加入或替换异源基因或基因组 区段。

68.权利要求63的分离的多核苷酸,其中嵌合基因组或反基因 组含有部分或完整人RSV背景基因组或反基因组,这种背景基因组 或反基因组组合了来自牛RSV的一个或多个异源基因和/或基因组区 段。

69.权利要求68的分离的多核苷酸,其中选自人RSV的N、P、 NS 1、NS2、M2-1和M中的一个或多个基因由来自牛RSV的一个或 多个异源基因替换。

70.权利要求68的分离的多核苷酸,其中人RSV的N和P基因 由来自牛RSV的对应N和P基因替换。

71.权利要求68的分离的多核苷酸,其中人RSV的NS1和NS2 基因由来自牛RSV的对应NS1和NS2基因替换。

72.权利要求68的分离的多核苷酸,其中M2-1、M2-2和L基 因中的两个或多个由来自牛RSV的对应基因替换。

73.权利要求63的分离的多核苷酸,其中嵌合基因组或反基因 组含有部分或完整牛RSV背景基因组或反基因组,所述背景基因组 或反基因组组合了来自人RSV的一个或多个异源基因和/或基因组区 段。

74.权利要求73的分离的多核苷酸,其中选自F、G和SH的一 个或多个人RSV糖蛋白基因或者编码F、G和/或SH的胞质结构域、 跨膜结构域、胞外结构域或免疫原性表位部分的一个或多个基因组区 段加入或替换在部分或完整牛RSV背景基因组或反基因组内。

75.权利要求74的分离的多核苷酸,其中用一个或两个人RSV糖 蛋白基因F和G替换在部分牛RSV背景基因组或反基因组内的一个 或两个对应F和G糖蛋白基因。

76.权利要求75的分离的多核苷酸,其中用人RSV糖蛋白基因 F和G替换在牛RSV背景基因组或反基因组内的对应F和G糖蛋白 基因。

77.权利要求67的分离的多核苷酸,其中在部分或完整牛RSV背 景基因组或反基因组内与对应基因或基因组区段的野生型基因顺序位 置相比更靠近启动子的位置上加入或替换为选自F、G和SH的一个 或多个人RSV糖蛋白基因。

78.权利要求77的分离的多核苷酸,其中用人RSV糖蛋白基因 G和F分别在基因顺序位置1和2替换在部分牛RSV背景基因组或 反基因组内野生型位置7和8分别缺失的对应G和F糖蛋白基因。

79.权利要求73的分离的多核苷酸,其中在部分或完整牛背景 基因组或反基因组内通过用一个或多个其他来自人RSV的异源基因或 基因组区段加入或替换来进一步修饰嵌合基因组或反基因组以提高嵌 合病毒的遗传稳定性或改变其减毒作用、反应原性或培养中的生长。

80.权利要求73的分离的多核苷酸,其中将选自F、G、SH和 M的一个或多个人RSV被膜相关基因加入或替换在部分或完整牛 RSV背景基因组或反基因组内。

81.权利要求80的分离的多核苷酸,其中将人RSV被膜相关基 因F、G和M加入在其中被膜相关基因F、G、SH和M缺失的部分 牛RSV背景基因组或反基因组内。

82.权利要求63的分离的多核苷酸,其中人-牛嵌合基因组或 反基因组掺入了来自人RSV A和B亚型的抗原决定基。

83.权利要求63的分离的多核苷酸,其中通过掺入一个或多个 减毒突变进一步修饰嵌合基因组或反基因组。

84.权利要求63的分离的多核苷酸,进一步包括导致表型改变 的核苷酸修饰,该表型改变选自生长特征、减毒作用、温度敏感性、 冷适应、噬菌斑大小、宿主范围限制的改变或免疫原性的改变。

85.权利要求63的分离的多核苷酸,其中SH、NS1、NS2、M2 ORF2 或G基因是经修饰的。

86.权利要求85的分离的多核苷酸,其中SH、NS1、NS2、M2 ORF2 或G基因的全部或部分缺失或者通过在基因的读码框中导入一个或多 个终止密码子而除去基因的表达。

87.权利要求59的分离的多核苷酸,其中核苷酸修饰包括在嵌 合RSV基因组或反基因组内所选RSV基因的顺式作用调节序列的核 苷酸缺失、插入、增加或重排。

88.从编码所述RSV的一个或多个分离的多核苷酸分子生产感染 性的减毒嵌合RSV颗粒的方法,包括:在细胞或无细胞裂解液中表达 含分离的多核苷酸的表达载体,该多核苷酸含有人或牛的部分或完整 RSV背景基因组或反基因组,该背景基因组或反基因组组合了不同 RSV的一个或多个异源基因或基因组区段以形成人-牛嵌合RSV基因 组或反基因组,以及RSV N、P、L和RNA聚合酶延长因子蛋白。

89.权利要求88的方法,其中通过两个或多个不同的表达载体 表达嵌合RSV基因组或反基因组和N、P、L和RNA聚合酶延长因 子蛋白。

90.权利要求1的嵌合RSV,其中牛-人嵌合基因组或反基因组 含有部分或完整RSV载体基因组或反基因组,该载体基因组或反基因 组组合了编码一个或多个异源病原体的一个或多个抗原决定基的一个 或多个异源基因或基因组区段。

91.权利要求90的嵌合RSV,其中所述一个或多个异源病原体 是异源RSV,而所述异源基因或基因组区段编码一个或多个RSV NS1、NS2、N、P、M、SH、M2(ORF1)、M2(ORF2)、L、F或G蛋 白或其片段。

92.权利要求90的嵌合RSV,其中载体基因组或反基因组是部 分或完整RSV A基因组或反基因组,编码抗原决定基的异源基因或基 因组区段是RSV B亚型病毒的基因或基因组区段。

93.权利要求90的嵌合RSV,其中嵌合基因组或反基因组掺入 了一个或多个决定减毒作用的BRSV的基因或基因组区段。

94.权利要求90的嵌合RSV,其中将编码一个或多个HN和/或 F糖蛋白或其抗原结构域、片段或表位的一个或多个HPIV1、HPIV2 或HPIV3基因或基因组区段加入或掺入在部分或完整HRSV载体基 因组或反基因组中。

95.权利要求90的嵌合RSV,其中将含有HPIV2 HN或F基因 的读码框的转录单位加入或掺入在嵌合HRSV载体基因组或反基因组 中。

96.权利要求35的嵌合RSV,其中载体基因组或反基因组是部 分或完整BRSV基因组或反基因组,而编码抗原决定基的异源基因或 基因组区段是一种或多种HRSV的基因或基因组区段。

97.权利要求96的嵌合RSV,其中部分或完整BRSV基因组或 反基因组掺入了编码一个或多个HRSV糖蛋白基因的一个或多个基因 或基因组区段,所述HRSV糖蛋白基因选自F、G和SH;或者掺入了 一个或多个编码HRSV的F、G和/或SH的胞质结构域、跨膜结构域、 胞外结构域或免疫原性表位部分的基因组区段。

98.权利要求90的嵌合RSV,其中载体基因组或反基因组是部 分或完整HRSV或BRSV基因组或反基因组,而且异源病原体选自 麻疹病毒、A和B亚型呼吸道合胞病毒、流行性腮腺炎病毒、人乳头 瘤病毒、1型和2型人免疫缺陷型病毒、单纯性疱疹病毒、巨细胞病 毒病毒、狂犬病病毒、EB病毒、线状病毒、布尼亚病毒、黄热病病 毒、虫传病毒和流感病毒。

99.权利要求98的嵌合RSV,其中所述一个或多个异源抗原决 定基选自麻疹病毒HA和F蛋白、呼吸道合胞病毒A或B亚型的F、 G、SH和M2蛋白、流行性腮腺炎病毒HN和F蛋白、人乳头瘤病毒 L1蛋白、1型或2型免疫缺陷型病毒gp160蛋白、单纯性疱疹病毒和 巨细胞病毒gB、gC、gD、gE、gG、gH、gI、gJ、gK、gL和gM蛋 白、狂犬病病毒G蛋白、EB病毒gp350蛋白;线状病毒G蛋白、布 尼亚病毒G蛋白、黄热病病毒E和NS1蛋白和虫传病毒E蛋白,以 及其抗原结构域、片段和表位。

100.权利要求99的嵌合RSV,其中异源病原体是麻疹病毒,而 异源抗原决定基选自麻疹病毒HA和F蛋白及其抗原结构域、片段和 表位。

101.权利要求100的嵌合RSV,其中将含麻疹病毒HA基因读 码框的转录单位加入或掺入在HRSV载体基因组或反基因组中。
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说明书

序列表                              序列表 <110>美国政府健康及人类服务部(The Government Of The United States Of America as represented by The Department Of Health And Human Services) 乌尔苏拉·布赫霍尔茨(Ursula BUCHHOLZ) 彼得·L·柯林斯(Peter L.COLLINS) 布赖恩·R·墨菲(Brian R.MURPHY) 斯蒂芬·S·怀特黑德(Stephen S.WHITEHEAD) 克里斯蒂娜·D·克雷姆布尔(Christine D.KREMPL) <120>减毒的人—牛嵌合呼吸道合胞病毒疫苗的生产(Production Of Attenuated. Human-Bovine Chimeric Respiratory Syncytial Virus Vaccines) <130>15280-398100PC <140> <141> <150>60/143,132 <151>1999-07-09 <160>23 <170>PatentIn version 3.1 <210>1 <211>79 <212>DNA <213>牛呼吸道合胞病毒 <400>1 agttatttaa aattaaactt aaaaatggtt tatggttaca tacagatgtt ggggcaaata    60 caagtatgtc caaccatacc                                                80 <210>2 <211>80 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的牛RSV <400>2 agttatttaa aattaaactt aaaaatggtt tatgtcgaca tacagatgtt ggggcaaata    60 caagtatgtc caaccatacc                                                80 <210>3 <211>70 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的人和牛RSV <400>3 agttatttaa aattaaactt aaaaatggtt tatgtcgact ggggcaaatg caaacatgtc     60 caaaaacaag                                                            70 <210>4 <211>87 <212>DNA <213>人呼吸道合胞病毒 <400>4 agttaattaa aaatagtcat aacaatgaac taggatatca agactaacaa taacattggg    60 gcaaatgcaa acatgtccaa aaacaag                                        87 <210>5 <211>62 <212>DNA <213>牛呼吸道合胞病毒 <400>5 agttatttaa aaagatatgt ataattcact aattaaaact ggggcaaata aggatggcga    60 ca                                                                   62 <210>6 <211>62 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的牛RSV <400>6 agttatttaa aaagatatgc atgcttcact aattaaaact ggggcaaata aggatggcga    60 ca                                                                   62 <210>7 <211>87 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的人和牛RSV <400>7 agttacttaa aaacatatta tcacaaaagg ccttgaccaa cttaaacaga atcaaaataa    60 actctggggc aaataacaat ggagttg                                        87 <210>8 <211>87 <212>DNA <213>人呼吸道合胞病毒 <400>8 agttacttaa aaacatatta tcacaaaaag ccatgaccaa cttaaacaga atcaaaataa    60 actctggggc aaataacaat ggagttg                                        87 <210>9 <211>86 <212>DNA <213>牛呼吸道合胞病毒 <400>9 ccatgttgat agttatataa aaatattata ttagtctcaa agaataaaat tatttaacaa    60 ccaatcattc aaaaagatgg ggcaaat                                        87 <210>10 <211>87 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的牛RSV <400>10 ccatgttgat agttatataa aaatattata ttagtctcga ggaataaaat cgattaacaa     60 ccaatcattc aaaaagatgg ggcaaat                                         87 <210>11 <211>74 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的人和牛RSV <400>11 cctagtttat agttatataa aactcgagga ataaaatcga ttaacaacca atcattcaaa     60 aagatggggc aaat                                                       74 <210>12 <211>77 <212>DNA <213>人呼吸道合胞病毒 <400>12 cctagtttat agttatataa aacacaattg aatgccagat taacttacca tctgtaaaaa     60 tgaaaactgg ggcaaat                                                    77 <210>13 <211>46 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的人牛RSV <400>13 agttatttaa aaagatatgc atgcggggca aataacaatg gagttg                    46 <210>14 <211>55 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>14 ggggcaaata caagttaatt cgcggccgcc ccctctcttc tttctacaga aaatg          55 <210>15 <211>35 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>15 gcggccgcta aatttaactc ccttgcttag cgatg                                35 <210>16 <211>29 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>16 cacaatgggg caaataagct tagcggccg                                       29 <210>17 <211>24 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>17 agttagtaaa aataaagacg cgtt                                            24 <210>18 <211>29 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>18 ttatgtcgac tggggcaaat gcaaacatg                                       29 <210>19 <211>28 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>19 ggggcaaata acaatggagt tgccaatc                                        28 <210>20 <211>29 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>20 tttttatata actataaact aggaatcta                                       29 <210>21 <211>42 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>21 aggaattcgc atgcggggca aataacaatg gagttgccaa tc                        42 <210>22 <211>42 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>22 aggaattctc gagtttttat ataactataa actaggaatc tac                       43 <210>23 <211>64 <212>DNA <213>人工序列 <220> <223>合成的呼吸道合胞病毒 <400>23 ttaaacttaa aaatggttta tgtcgaggaa taaaatcgat taacaaccaa tcattcaaaa     60 agat                                                                  64 发明背景 人呼吸道合胞病毒(HRSV)是世界范围内严重儿科呼吸道疾病的 首要病毒(Collins等,Fields Virology 2:1313-1352,1996)。
作为1岁 以下婴儿中肺炎和支气管炎的发病原因,RSV位列所有其他微生物病 原体之前。
事实上到2岁时所有儿童均受过感染,而且在年龄较大的 儿童和青年中再感染频率也很高(Chanock等,in Viral Infections of人s, 3rd ed.,A.S.Evans,ed.,Plenum Press,N.Y.,1989)。
在因呼吸道疾病住 入儿童医院的患者中,1/5以上由RSV引起的,仅在美国每年导致近 100,000人住院和4,500例死亡。
(Heilman,J.Infect Dis 161:402- 6,1990)。
另外,有证据表明在生命早期的严重呼吸道感染可能引起或 加剧哮喘(Sigurs等,Pediatrics 95:500-5,1995)。
尽管通常认为人RSV是在儿童人群中,但也认识到它是老年人 中的一种严重疾病(Falsey等,J.Infect.Dis.172:389-394,1995)。
在特 定的免疫受损个体例如骨髓移植受体中,人RSV还会引起威胁生命的 疾病(Fouillard,et al.,Bone Marrow Transplant 9:97-100,1992)。
为了治疗人RSV,使用了一种化疗药物三氮唑核苷。
但是其效力 和应用受到质疑。
还有被许可的用于RSV干扰的产品,它们是由集池 的供体IgG(Groothuis等,N Engl J Med 329:1524-30,1993)或者是人 源化RSV特异性单克隆抗体组成。
这些产品作为被动的免疫预防剂施 用给高危个体。
尽管这些产品是有用的,但其高成本和其他因素,例 如缺乏长期效果使这些产品不适宜广泛使用。
其他缺点包括可能转移 血液携带的病毒,而且制备和贮存困难,费用高。
此外,控制传染病, 特别是病毒性疾病的历史表明疫苗是最重要的。
尽管数十年来致力于开发抗RSV的有效疫苗,但尚未得到可预 防与RSV感染有关的严重发病率和显著死亡率的安全有效的疫苗。
不 能成功地开发疫苗部分原因是由于婴儿已降低了对RSV抗原的血清和 分泌性抗体反应。
因此,这些个体遭受更严重的RSV感染,而累积性 免疫似乎可保护年龄较大的儿童和成人抵御这种病毒更严重的冲击。
最近RSV感染中免疫机理已成为关注的焦点。
在保护上呼吸道 的过程中分泌性抗体似乎是最重要的,而认为高水平的血清抗体在抵 抗下呼吸道RSV感染中起主要作用。
RSV-特异性细胞毒T作为诱导 免疫的另一效应武器,在消除RSV感染中也是很重要的。
但是,尽管 通过预先免疫以提高对病毒攻击的抗性从而增强后一种作用,但是该 效果是短期的。
F和G表面糖蛋白是两种主要的RSV保护性抗原,并 且是唯一两种已表明诱导RSV中和抗体和长期抵抗攻击的RSV蛋白 (Collins等,Fields Virology,Fields等编,2:1313-1352,Lippincott-Raven, Philadelphia,1996;Connors等,J.Virol.65(3):1634-7,1991)。
第3种 RSV表面蛋白,SH,不会诱导RSV-中和抗体或者针对RSV攻击的显 著抗性。
开发活RSV疫苗的一个障碍是在减毒和免疫原性之间很难达到 适宜的平衡,这部分是由于一些减毒病毒的遗传不稳定性,细胞培养 中的RSV相对很难生长,以及病毒颗粒的不稳定性。
;另外,由天然 感染诱导的免疫对以后的感染没有完全的保护作用。
这可能由许多因 素造成,包括免疫系统在呼吸道腔表面上限制病毒感染的免疫系统相 对无效、局部粘膜免疫的短期性质、快速和广泛的病毒复制、在青年 人中由于免疫不成熟性而产生的免疫反应降低、由经胎盘衍生的母体 血清抗体的免疫抑制,以及所述病毒的特定性质例如G蛋白的高度糖 基化。
另外,下文还将描述人RSV作为A和B两种抗原亚型存在, 抗一个亚型的免疫会降低抗另一亚型的效果。
尽管在一生中RSV可再感染多次,但由于以前感染诱导的保护 性免疫使得再感染的严重性通常会降低,因此,免疫预防是可行的。
经鼻内施用活减毒RSV疫苗以启动中等程度的免疫感染。
这与胃肠外 途径相比既简单又安全。
还提供了直接刺激局部呼吸道免疫,其在针 对RSV的抗性中起主要作用。
这样还消除了RSV-特异性母体衍生 的血清抗体(常见于很小的婴儿体内)的免疫抑制作用。
另外,尽管 胃肠外施用RSV抗原有时能产生免疫病理学并发症(Murphy等,疫 苗8(5):497-502,1990),这在用活病毒时从未观察到。
在60年代中期检测了福尔马林灭活的病毒疫苗对RSV的作用, 但所述病毒疫苗不能抵御RSV感染或疾病,而且实际上随后的病毒感 染还加剧了症状。
(Kim等,Am.J.Epidemiol.,89:422-434,1969;Chin 等,Am J.Epidemiol.,89:449-463,1969;Kapikian等,Am.J.Epidemiol., 89:405-421,1969)。
最近RSV疫苗的开发集中在减毒RSV突变株。
Friedewald等(J. Amer.Med.Assoc.204:690-694,1968)报道了冷传代的RSV突变株 (cpRSV),该突变株似乎是足够减毒的,可以作为候选疫苗。
该突变 株与野生型(wt)亲本病毒相比,在26℃生长效率有所提高,但其复制 既不是温度敏感型的,也不是显著冷适应型的。
但是所述冷传代的突 变株对于成年人是减毒的。
尽管对以前已感染过RSV的婴儿和儿童(即 血清反应阳性个体)有令人满意的减毒和免疫原性,但cpRSV突变株 对血清反应阴性婴儿的上呼吸道保留了低水平毒力。
相似地,Gharpure等(J.Virol.3:414-421,1969)报道了分离同样 有前途作为疫苗候选对象的温度敏感型RSV(tsRSV)突变株。
在实验 室和自愿者中广泛地评估了一个突变株,ts-1。
该突变株在成人自愿 者中产生无症状感染,并在免疫后45天赋予对野生型病毒攻击的抗 性。
另外,尽管血清反应阳性婴儿和儿童经历了无症状感染,但血清 反应阴性婴儿却产生鼻炎和其他轻微症状。
此外,检测到ts表型不稳 定。
尽管表现部分或完全丧失稳定敏感型的病毒代表了一小部分可从 疫苗回收的病毒,但其与轻微鼻炎以外的疾病症状无关。
这些及其他研究表明某些冷传代和稳定敏感型RSV菌株是减毒 不够的,会在某些疫苗接种者,特别是血清反应阴性婴儿中引起轻微 的疾病症状,而其他的是减毒过度的,因此不能充分复制以便引发保 护性免疫反应,(Wright等,Infect.Immun.,37:397-400,1982)。
此外, 候选疫苗突变株的遗传不稳定性导致丧失了其温度敏感型表型,进一 步阻碍了开发有效的RSV疫苗。
通常参见(Hodes等,Proc.Soc.Exp. Biol.Med.145:1158-1164,1974;McIntosh等,Pediatr.Res.8:689- 696,1974;和Belshe等,J.Med.Virol.,3:101-110,1978)。
作为另一种活减毒RSV疫苗,研究人员还用纯化的RSV包膜糖 蛋白检测了亚单位疫苗候选物。
在棉鼠肺中所述糖蛋白诱导对RS病 毒感染的抗性,(Walsh等,J.Infect.Dis.155:1198--1204,1987),但所 述抗体有很弱的中和抗性,而且用纯化的亚单位疫苗免疫啮齿动物会 产生疾病增强作用(Murphy等,Vaccine 8:497-502,1990)。
另外还探究了表达F或G包膜糖蛋白的重组牛痘病毒疫苗。
这 些重组体表达不能区别于真正病毒对应物的RSV糖蛋白,用牛痘- RSV F和G重组体皮内感染的啮齿动物会产生高水平的能中和病毒感 染力的特异性抗体。
事实上,用牛痘-F重组体感染棉鼠在下呼吸道 中刺激了几乎对复制RSV的完全抗性以及在上呼吸道中的显著抗性。
(Olmsted等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83:7462-7466,1986)。
但是,用 牛痘-F和-G重组体免疫黑猩猩对在上呼吸道的RSV攻击几乎没有保 护作用(Collins等,Vaccine 8:164-168,1990),而且在下呼吸道只有易 变的保护作用(Crowe等,Vaccine 11:1395-1404,1993)。
尽管尽了许多努力去开发有效的RSV疫苗,但迄今为止经注册 许可的疫苗还未得到批准。
以前方法未完成的愿望使得不需要采用新 的策略来开发RSV疫苗,具体地说是操作重组RSV以掺入遗传改变 在活减毒RSV重组体中产生新表型的方法。
但是迄今为止,操作RSV 的基因组RNA和其他非区段的负义RNA病毒证明是困难的。
这方面 主要障碍包括这些病毒裸基因组RNA的非感染性、在组织培养中病 毒生长不足、长复制循环、病毒体的不稳定性、复杂的基因组以及基 因产物的难以改变的结构。
重组DNA技术使得从cDNA中回收感染性非区段的负链RNA 病毒成为可能,以便遗传操作病毒纯系构建新的疫苗候选株,并迅速 评估在减毒水平和表型稳定性(有关综述参见Conzelmann,J.Gen. Virol.77:381-89,1996;Palese等,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.93: 11354-58,1996)。
在本发明中,包括了感染性呼吸道合胞病毒(RSV)、 副流感病毒(PIV)、狂犬病病毒(RaV)、水泡性口炎病毒(VSV)、麻疹 病毒(MeV)、牛瘟病毒和来自存在于实质上的病毒蛋白中编码cDNA 的反基因组RNA的Sendai病毒(SeV)(参见例如,Garcin等,EMBO J. 14:6087-6094,1995;Lawson等,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.92: 4477-81,1995;Radecke等,EMBO J.14:5773-5784,1995;Schnell等, EMBO J.13:4195-203,1994;Whelan等,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 92:8388-92,1995;Hoffman等,J Virol.71:4272-4277,1997;Pecters 等,J.Virol.73:5001-5009,1999;Kato等,Genes to Cells 1:569-579, 1996;Roberts等,Virology 247(1),1-6,1998;Baron等,J Virol.71: 1265-1271,1997;国际公开号WO 97/06270;1995年9月27日提交的 美国临时专利申请60/007,083;1996年9月27日提交的美国专利申 请08/720,132;1996年7月15日提交的美国临时专利申请60/021,773; 1997年5月9日提交的美国临时专利申请60/046,141;1997年5月23 日提交的美国临时专利申请60/047,634;1999年11月30日授权的美 国专利5,993,824(对应于国际公开号WO 98/02530);Collins等在1999 年4月13日提交的美国专利申请09/291,894;Murphy等在1999年4 月13日提交的美国临时专利申请60/129,006;Collins等,Proc Nat.Acad. Sci.USA 92:11563-11567,1995;Bukreyev等,J.Virol 70:6634- 41,1996;Juhasz等,J.Virol.71(8):5814-5819,1997;Durbin等,Virology 235:323-332,1997;He等,Virology 237:249-260,1997;Baron等,J. Virol.71:1265-1271,1997;Whitehead等,Virology 247(2):232-9,1998a; Buchholz等,J.Virol.73:251-9,1999;Whitehead等,J.Virol.72(5): 4467-4471,1998b;Jin等,Virology 251:206-214,1998;及Whitehead等, J.Virol.73:(4)3438-3442,1999,和Bukreyev等,Proc Natl Acad Sci USA 96:2367-72,1999,为了所有目的上述各文献均全文在此引用作为参 考)。
与人RSV(HRSV)抗原性相关的牛RSV(BRSV)提供了另一种开发 用于HRSV活减毒病毒疫苗的方法。
在人类中所用的第一个疫苗是被 认为是牛源的活牛痘病毒,该疫苗是大约200年前由Jenner开发的, 用于控制天花。
在继后的2个世纪中,牛痘病毒成功地控制了该疾病, 而且在最终根除天花的过程中起到了决定性作用。
在疫苗开发的詹纳 尔氏方法中,用抗原相关的动物病毒作为人疫苗。
已很好适应其天然 宿主的动物病毒通常不能在人体中有效复制,因此是减毒的。
目前, 对有关这种形式宿主范围限制的遗传基础还缺乏彻底理解。
病毒在其 动物或鸟宿主中的进化导致核苷酸(nt)和氨基酸序列与相关人体病毒 中的相应序列具有显著的趋异性。
由大量序列差异组成的这种趋异性 序列说明了宿主范围减毒表型。
在疫苗病毒中具有基于大量序列差异 的减毒表型是合乎要求的特性,因为这应有助于在其在人体中复制后 动物病毒的减毒表型的稳定性。
最近获得批准的四价轮状病毒是詹纳尔氏方法进行疫苗开发的一 个实例,其中发现非人轮状病毒株,恒河猴轮状病毒(RRV)在人体中 是减毒的,而且对与其有抗原高度相关性的人血清型3有保护作用 (Kapikian等,Adv.Exp.Med.Biol.327:59-69,1992,在此引入作为 参考)。
由于需要能够针对四种人轮状病毒血清型的任一种诱导抗性的 多价疫苗,所以通过用基因重配的常规遗传技术,在组织培养中构建 三种重排列病毒而改进了詹纳尔氏方法。
每种基因重排列病毒含10 个RRV基因加上一个编码血清型1、2或4的主要中和抗原(VP7) 的人轮状病毒基因。
所述意图是制备单个基因取代RRV重排列,所 述重排列具有这种猴病毒的减毒特征和人轮状病毒血清型1、2或4 的中和特异性。
基于猴RRV在人体中的宿主范围限制的所述四价疫 苗在婴儿和幼儿中提供了高水平的针对人轮状病毒感染的效力(Perez- Schael等,N.Engl.J.Med.337:1181-7,1997,在此引入作为参考)。
但是所述被批准的疫苗在没有母体抗体的较大年龄血清反应阴性 婴儿中仍有轻微的反应原性,因此,正在开发基于英国牛轮状病毒株 的第二代詹纳尔氏疫苗以取代RRV疫苗。
还探索了用詹纳尔氏方法 开发用于1型副流感病毒和甲型肝炎病毒的疫苗(Emerson等,J.Infect. Dis.173:592-7,1996;Hurwitz等,Vaccine 15,533-40,1997,所述文献 在此引入作为参考)。
用詹纳尔氏方法用于开发A型流感病毒的活减 毒疫苗,但不能生产用于人类的持续减毒的疫苗(Steinhoff等,Journal of Infectious Diseases 163:1023-1028,1991,在此引入作为参考)。
基于前面的发展,现在可以从cDNA回收感染性RSV并设计和 完成针对RSV克隆子的各种遗传操作以构建新疫苗候选对象。
此后, 可评估并调整减毒水平和表型稳定性,以及其他所需的表型特征。
由 此保留的攻击开发广泛多样的可使用的遗传操作菜单,所述遗传操作 可单独或与其他类型的遗传操作结合使用,以构建有广泛疫苗应用的 感染性的减毒RSV克隆子。
在本发明中本领域迫切需要允许进行生产 安全有效疫苗的另外工具和方法以缓解由RSV引起的严重的健康问 题。
令人惊奇的是,本发明通过提供用于构建感染性、减毒RSV疫苗 候选对象的其他工具满足了这种需要。
发明概述 本发明提供在人和其他哺乳动物中是感染性且减毒的人-牛嵌合 呼吸道合胞病毒(RSV)。
在相关方面,本发明提供了用于设计和生 产减毒的人-牛嵌合RSV的新方法,所述嵌合RSV用于各组合物中 以便在对RSV感染敏感的宿主中产生所需的抗RSV免疫反应。
在本 发明的这些方面中包括新的分离的多核苷酸分子和掺入所述分子的载 体,所述分子包括嵌合RSV基因组或反基因组,该基因组或反基因组 包括了部分或完整人或牛RSV“背景”基因组或反基因组,这些基因 组或反基因组与不同RSV病毒株或亚型病毒的一个或多个异源基因或 基因组区段组合或整合。
本发明的人-牛嵌合RSV可引发针对特定 RSV亚型或病毒株的免疫反应,或者抗多种RSV亚型或病毒株的多 特异性反应。
还提供了用于设计和生产以减毒的人-牛嵌合RSV为载 体插入其他病原体的抗原决定基以产生针对不同目的病原体的所需免 疫反应的组合物和方法。
本发明还提供了掺入人-牛嵌合RSV用于预 防和治疗因RSV和其他病原体引起的感染和疾病的方法和组合物。
本发明的嵌合人-牛RSV是通过重组改造以便掺入来自人和牛 RSV病毒株的核苷酸序列,从而产生感染性的嵌合病毒或其亚病毒颗 粒。
在这种方式中,用重组技术生产候选疫苗病毒以便在对目的病原 体易感的哺乳动物宿主,包括人和非人灵长目中,引出抗RSV或另一 病原体的免疫反应。
本发明作例征的人-牛嵌合RSV掺入含人和牛多核苷酸序列以及 主要核壳(N)蛋白质、核壳磷蛋白(P)、大聚合酶蛋白(L)和RNA聚 合酶延长因子的嵌合RSV基因组或反基因组。
在各种不同组合中可包 括其他RSV蛋白质以提供各种感染性亚病毒颗粒,最多可提供完整的 病毒颗粒或含额外的蛋白、抗原决定基或其他组分的病毒颗粒。
本发明的嵌合人-牛RSV包括衍生于或仿造自与不同RSV病毒株 或亚型病毒的一个或多个异源基因或基因组区段组合的人或牛RSV病 毒株或亚型病毒的部分或完整“背景”RSV基因组或反基因组以形 成人-牛嵌合RSV基因组或反基因组。
在本发明的特定方面,嵌合RSV 掺入与来自人RSV的一个或多个异源基因或基因组区段组合的部分或 完整牛RSV背景基因组或反基因组。
在本发明的另一方面,嵌合RSV 掺入与人RSV的一个或多个异源基因或基因组区段组合的部分或完整 牛RSV背景基因组或反基因组。
在作例证的实施方案中,本发明涉及感染性嵌合呼吸道合胞病毒 (RSVs),所述RSVs含有主要的核壳(N)蛋白、核壳磷蛋白(P)、大聚 合酶蛋白(L)、RNA聚合酶延长因子,以及与不同RSV的一个或多个 异源基因和/或基因组区段组合的人或牛RSV的部分或完整RSV背景 基因组或反基因组以形成人-牛嵌合RSV基因组或反基因组。
可用于 本发明的异源基因和/或基因组区段包括一个或多个RSV NS1、NS2、 N、P、M、SH、M2(ORF 1)、M2(ORF2)、L、F或G基因或基因组 区段。
或者,掺入人-牛嵌合RSV中的异源基因和基因组区段可包括 RSV基因组的前导序列、非转录尾区或基因间区或其区段。
在更详细的实施方案中,本发明的人-牛嵌合RSV掺入编码RSV F、G和/或SH糖蛋白或其免疫原性结构域或其表位的一个或多个异 源基因和/或基因组区段。
或者,人-牛嵌合RSV可掺入含有同时人和 牛糖蛋白结构域或免疫原性表位的嵌合糖蛋白。
例如通过将编码在适 当阅读框架中的糖蛋白胞外结构域的异源基因组区段和编码牛基因组 或反基因组中相应糖蛋白的功能剩余部分的基因组区段掺入到牛背景 基因组或反基因组中以构建后一种类型的嵌合体,由此所得的嵌合病 毒表达功能性的嵌合糖蛋白。
在本发明的其他实施方案中,提供人-牛嵌合RSV,其中通过掺 入一个所选的牛基因、基因组区段或多数个基因或基因组区段而使人 RSV减毒。
在特定的实施方案中,将来自BRSV的所选的异源基因组 合共同转移到HRSV背景基因组或反基因组中。
从单个的或共同转移 的基因组中可选择牛RSV基因包括RSV N、P、NS1、NS2、M2-1和 M基因,所述基因在人RSV背景基因组或反基因组中可由来自牛RSV 的一个或多个异源基因单个取代或者以任何组合取代以产生减毒的嵌 合衍生物。
在更详细的方面,用来自牛RSV的相应N和P基因共同 取代人RSV的N和P基因。
RSV基因组中特定基因间的功能协同性 有助于这种共同的基因取代,在基因组中相邻基因对的情况下这样的 情形会经常出现。
因此,在其他可选择的实施方案中,用来自牛RSV 的相应NS1和NS2基因取代人RSV的NS1和NS2基因。
在其他实 施方案中,用牛RSV的相应基因取代HRSV的M2-1、M2-2和L基 因中的两个或多个。
对于本发明中需要高水平宿主范围限制的特定疫 苗候选株来说,用来自牛RSV的相应N、P、NS1、NS2、M2-1和M 基因分别取代每一个人RSV的N、P、NS1、NS2、M2-1和M基因。
在本发明的不同方面,构建人-牛嵌合RSV,其中嵌合基因组或 反基因组含有与来自人RSV的一个或多个异源基因和/或基因组区段 组合的部分或完整牛RSV背景基因组或反基因组。
在特定实施方案 中,一个或多个人RSV糖蛋白基因选自F、G和SH或一个或多个编 码F、G和/或SH的胞质结构域、跨膜结构域、胞外结构域或免疫原 性表位部分的基因组区段,被加到或被替代在部分或完整牛RSV背景 基因组或反基因组。
例如,可用一个或两个人RSV糖蛋白基因F和G 代替在部分牛RSV背景基因组或反基因组中的一个或两个相应F和G 糖蛋白基因。
在这些和相关的实施方案中,人-牛嵌合基因组或反基因 组可掺入来自人RSV的A和B亚型的一个或两个抗原决定基。
在更 详细的方面,用人RSV糖蛋白基因F和G是同时代替在牛RSV背景 基因组或反基因组中的相应F和G糖蛋白基因。
在下文实施例中描述 的携带这些特征的一个作例证的人-牛嵌合RSV是rBRSV/A2。
本发明的其他人-牛嵌合RSV掺入选自F、G和SH的一个或多 个人RSV糖蛋白基因,在与部分或完整牛RSV背景基因组或反基因 组内相应基因或基因组区段的野生型基因顺序位置相比更靠近启动子 的位置将所述人RSV糖蛋白基因加入或替换。
在一个这样的实施方案 中,用两个人RSV糖蛋白基因G和F分别在基因顺序位置1和2代 替在部分牛RSV背景基因组或反基因组中分别在野生型位置7和8 缺失的相应G和F糖蛋白基因。
在实施例中描述的携带这些特征的作 例证的人-牛嵌合RSV是rBRSV/A2G1F2。
在人-牛嵌合RSV内的共同基因转移还涉及在牛背景基因组或反 基因组中导入人抗原基因。
在特定的实施方案中,用选自F、G、SH 和M的一个或多个人RSV被膜—相关的基因加入或代替在部分或完 整牛RSV背景基因组或反基因组内。
例如用选自F、G、SH和M的 一个或多个人RSV被膜—相关的基因加入或代替在牛RSV背景基因 组或反基因组内,其中缺失了一个或多个选自F、G、SH和M的被膜 —相关的基因。
在更详细的方面,选自定义为人RSV被膜—相关基因 F、G和M的一个或多个基因被加入至部分牛RSV背景基因组或反 基因组中,其中缺失了被膜—相关基因F、G、SH和M。
在下文实施 例中所述的携带这些特征的作例证的人-牛嵌合RSV是rBRSV/A2- MGF。
本文所用″RSV基因″通常是指编码mRNA的部分RSV基因组并 通常从基因起始(GS)信号上游10个核苷酸处开始,终止于基因终 止(GE)信号下游12-13个核苷酸处。
用于本发明的10个所述基因 是RSV已知的,即NS1、NS2、N、P、M、SH、G、F、M2和L。
文 中所用术语″基因″指″翻译读码框″(ORF)。
ORF更具体地定义为编码 重要RSV蛋白的翻译读码框,这其中11个是目前已知的:NS1、NS2、 N、P、M、SH、G、F、M2-1(或者M2(ORF1))、M2-2(或者M2(ORF2)) 及L。
因此,术语″基因″也可以互换地指编码亚基因组RNA的基因组 RNA序列,和ORF(后者特别用于例如RSV M2基因的情况下,这里 单个mRNA含有编码不同蛋白质的两个重叠ORF)。
Collins等,J.Gen. Virol.71:301 5-3020,1990;Bermingham和Collins,Proc.Natl.Acad.Sci. USA 96:11259-11264,1999;Ahmadian等,EMBO J.19:2681- 2689,2000;Jin等,J.Virol.74:74-82,2000(本篇文献在此引入作为参 考)。
当在相对于启动子位置确定基因位置的上下文中使用术语″基因″ 时,该术语通常严格指转录基因—起始与基因—终止信号基元范围内 的mRNA-编码序列(Collins等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83:4594- 4598,1986;Kuo等,J.Virol.70:6892-6901,1996;每篇文献在此引入 作为参考)。
″基因组区段″指来自RSV基因组的任何长度的连续核苷酸,它 可以是部分ORF、部分基因或基因外区域,或其组合。
部分或完整背景基因组或反基因组通常作为受体骨架或载体,人 或牛RSV对应物的异源基因或基因组区段引入其中。
来自人或牛RSV 对应物的异源基因或基因组区段代表“供体”基因或多核苷酸,这些 “供体”基因或多核苷酸与背景基因组或反基因组组合,加入或被替 换到其中从而产生与一种或两种起作用的RSV相比表现出新表型特征 的嵌合RSV。
例如在所选的受体RSV株内加入或代替异源基因或基 因组区段与未修饰的受体和/或供体的相应表型相比会导致减毒作用的 增强或降低、生长变化、免疫原性改变或另一种所需的表型的改变。
在本发明中可选用作异源插入或加入的基因或基因组区段包括编 码NS 1、NS2、N、P、M、SH、M2(ORF 1)、M2(ORF2)、L、F或 G蛋白质或其部分的基因或基因组区段。
也可考虑调节区,例如基因 外前导或非转录尾区。
在本发明优选的实施方案中,嵌合RSV掺入编 码RSV F、G或SH糖蛋白的一个或多个异源基因。
或者,嵌合RSV 可掺入编码RSV F、G或SH糖蛋白的胞质结构域、跨膜结构域、胞 外结构域或免疫原性表位的基因组区段。
这些免疫原性蛋白、结构域 和表位在人-牛嵌合RSV中特别有用,因为它们在所免疫的宿主中产 生新的免疫反应。
具体地说,G和F蛋白、免疫原性结构域和表位在 其中提供主要中和和保护性抗原。
另外,可将编码非RSV蛋白,例如 在流行性腮腺炎和SV5病毒中发现的SH蛋白的基因和基因组区段掺 入本发明的人-牛PIV内。
调节区例如基因外3′前导或5′非转录尾区以 及基因-起始、基因-终止、基因内区域或3′或5′非编码区也可用作异 源取代物或加入物。
例如,加入或代替来自人RSV亚型或病毒株的一个或多个免疫 原性基因或基因组区段至或在牛受体基因组或反基因组内产生能够抗 人供体病毒,包括一种或多种特异性人RSV亚型或病毒株的免疫反 应的重组、嵌合病毒或亚病毒颗粒,同时牛骨架赋予减毒表型使所述 嵌合体可作为疫苗开发的有用的候选病毒株。
在一个作例证的实施方 案中,一个或多个人RSV糖蛋白基因F、SH、和/或G被加入或取代 部分或完整的牛基因组或反基因组以产生减毒的感染性人-牛嵌合体, 所述嵌合体在易感宿主中引发抗人RSV的免疫反应。
在其他实施方案 中,人-牛嵌合RSV还掺入编码来自多个人RSV病毒株的编码免疫原 性蛋白、蛋白结构域或表位的基因组或基因组区段,例如来自RSV亚 型A和B的两个F或G蛋白或其免疫原性部分。
在其他实施方案中, 人-牛嵌合RSV基因组或反基因组编码具有人和牛糖蛋白结构域或免 疫原性表位的重组病毒和亚病毒颗粒中的嵌合糖蛋白。
例如,可将编 码人RSV F、SH或G糖蛋白的糖蛋白胞外结构域的异源基因组区段 与编码在背景牛基因组或反基因组中相应牛F、SH或G糖蛋白的糖 蛋白胞质结构域和胞外结构域的基因组区段相连。
根据本发明的方法,通过用异源基因或基因组区段取代部分RSV 背景基因组或反基因组中的对应基因或基因组区段可构建人-牛嵌合 RSV。
或者,可将异源基因或基因组区段作为额外的基因或基因组区 段与完整(或部分,如果另一基因或基因组区段被缺失)RSV背景基因 组或反基因组结合。
例如,可包括两个人RSV G或F基因或基因组 区段,分别来自RSV A和B亚型。
通常,将异源基因或基因组区段加至部分或完整RSV背景基因 组或反基因组的基因间位置。
或者,可将基因或基因组区段放在基因 组的其他非编码区内,例如放在5′或3′非编码区内或部分或完整基因 组或反基因组内发生非编码核苷酸的其他位置内。
在一方面,非编码 调节区含有有效复制、转录和翻译所需的顺式作用信号,因此代表通 过导入本文所公开的异源基因或基因组区段或其他突变而对这些功能 进行修饰的靶位点。
在本发明更详细的方面,将减毒突变导入顺式作 用调节区以产生例如(1)组织特异性减毒作用(Gromeier等,J.Virol.73: 958-64,1999;Zimmermann等,J.Virol.71:4145-9,1997),(2)对干扰素 的敏感性增强(Zimmermann等,J.Virol.71:4145-9,1997),(3)温度敏感 性(Whitehead等,Virology 247:232-9,1998),(4)在复制水平的一般限 制(Men等,J.Virol.70:3930-7,1996;Muster等,Proc.Natl.Acad.Sci. USA 88:5177-5181,1991),和/或(5)复制的宿主特异性限制(Cahour等, Virology 207:68-76,1995)。
可以各种方式例如通过点突变、相关病毒 间序列的交换或缺失得到这些减毒突变以产生本发明的减毒人-牛嵌合 RSV。
在本发明提供的其他方法中,可以在部分或完整RSV背景基因 组或反基因组内对应于相应基因或基因组区段的野生型基因顺序位置 上将异源基因或基因组区段加入或替换。
在其他实施方案中,在与背 景基因组或反基因组内相应基因或基因组区段的野生型基因顺序位置 相比更靠近或更远离启动子的位置将异源基因或基因组区段加入或替 换以分别提高或降低所述异源基因或基因组区段的表达。
在本发明的一般方面,可将牛基因或基因组区段加入或替换在人 RSV背景中以形成减毒的人-牛嵌合RSV。
或者所述嵌合体可由一个 或多个人基因或基因组区段组成,用该基因或基因组区段加入或替换 在牛RSV背景中从而形成减毒的RSV疫苗候选株。
在本发明中,嵌 合RSV基因组或反基因组是由部分或完整牛RSV背景基因组或反基 因组与来自人RSV的异源基因或基因组区段组合形成的。
由此形成的 嵌合RSV可掺入来自A亚型或B亚型人RSV或来自特定人RSV病 毒株的异源基因或基因组区段。
在优选的方面,用一个或多个人RSV 糖蛋白基因F、G和SH或编码人RSV糖蛋白基因之胞质结构域、跨 膜结构域、胞外结构域或免疫原性表位的基因组区段替换牛RSV背景 基因组或反基因组内对应的基因或基因组区段。
在作例证的实施方案中,用一个或两个人RSV糖蛋白基因F和 G代替牛RSV背景基因组或反基因组内一个或两个对应的F和G糖 蛋白基因。
在下文所述的具体实施例中,同时用人RSV糖蛋白基因F 和G替换牛RSV背景基因组或反基因组中对应的F和G糖蛋白基因。
在平行的方式中,可很容易地设计本发明的嵌合人-牛RSV以掺入来 自不同RSV病毒株或亚型,例如A和B亚型人RSV两者的抗原决定 基。
在本发明的其他方面,通过导入体现所得病毒或亚病毒颗粒的减 毒表型的一个或多个减毒突变进一步修饰嵌合基因组或反基因组,从 而生产减毒的人-牛嵌合RSV。
可根据常规设计诱变策略重新产生并 这些减毒突变并检测减毒效果。
或者在现有的生物学衍生的突变RSV 中鉴定减毒突变,然后掺入到本发明的人-牛嵌合RSV中。
本发明提供了用于使抗RSV和其他病原体的活病毒疫苗减毒的 新基础,所述减毒作用部分是基于宿主范围作用。
早期的研究涉及用 来自HRSV(44个核苷酸)的对应序列调换BRSV(45个核苷酸)的外前 导区(Buchholz等,J.Virol.73:251-259,1999)。
这两个序列均不编码 蛋白质,也没有观察到显著的表型效果。
本发明通过在HRSV和BRSV 间导入基因组区段、完整基因或多基因而提供了减毒的嵌合RSV。
通过HRSV在黑猩猩中的高度自由生长,而BRSV在相同动物 中几乎没有可检测的或检测不到生长举例说明了HRSV和BRSV间所 宿主范围差异。
黑猩猩是一种广泛接受的和可靠的在人类中RSV感染 和免疫原性模型,表现出与人类似病毒复制和疾病。
如下文说明,在 黑猩猩中观察到的嵌合RSV的宿主范围差异与在细胞培养中观察到的 宿主范围差异相关,从而提供了方便的初步检测。
在本发明嵌合人-牛RSV中观察到的宿主范围作用通常与HRSV 和BRSV间观察到的核苷酸和氨基酸序列差异有关。
例如,HRSV和 BRSV在下列各蛋白质间的氨基酸同一性百分比是:NS1(69%)、NS2 (84%)、N(93%)、P(81%)、M(89%)、SH(38%)、G(30%)、F(81%)、 M2-1(80%)、L(77%)。
由于HRSV和BRSV间的广泛遗传差异(用BRSV N基因代替HRSV的N基因,例如涉及约26个氨基酸的差异),本发 明的嵌合牛-人RSV是特别有用的疫苗候选株。
如下文举证说明,用 HRSV的G和F糖蛋白代替BRSV的G和F糖蛋白提高了重组BRSV 在黑猩猩中的复制许可度(permissivity)。
各赋予多氨基酸或核苷酸 差异的多基因和基因组区段的介入提供了广泛的减毒基础,这对回复 突变是高度稳定的。
这种减毒模式与通过一个或数个点突变使HRSV 病毒减毒的模式明显相反,其中单个突变的回复将产生显著或完全的 毒力再获得。
另外,在HRSV中的已知减毒点突变通常产生温度敏感 型表型。
这是因为温度敏感的表型特异性地用作第一次筛选以鉴定 HRSV暴露于诱变剂后改变的子代。
与温度敏感性相关的有关减毒的 问题是在下呼吸道中可过度限制病毒的复制,而在上呼吸道中是减毒 不足的。
这是因为在呼吸道内有温度梯度,在下呼吸道温度更高(较 高限制性),而在上呼吸道温度较低(较低限制性)。
减毒病毒在上 呼吸道中复制的能力可导致包括充血、鼻炎、发烧和中耳炎的并发症。
因此,仅通过温度敏感型突变获得减毒不理想。
相反,在本发明人-牛 嵌合RSV中存在的宿主范围突变在大多数情况下不会赋予温度敏感 性。
因此,所述新的减毒方法将(i)是遗传和表型上更稳定的,和(ii)与 其他活疫苗方法相比,与在上呼吸道中残留毒力有关的可能性更低。
结合在本发明人-牛嵌合RSV中提供的宿主范围表型作用,通 常合乎要求的是通过导入另外的突变来提高或降低嵌合病毒减毒作 用,从而调整减毒表型。
因此,通过掺入至少一个,优选2个或多个 不同减毒突变,例如从一组已知生物学衍生的突变RSV病毒株中鉴定 的突变,可进一步使候选疫苗病毒株减毒。
优选的人突变RSV病毒株 是冷传代的(cp)和/或温度敏感型(ts)突变体,例如命名为″cpts RSV 248 (ATCC VR 2450)、cpts RSV 248/404(ATCC VR 2454)、cpts RSV 248/955 (ATCC VR 2453)、cpts RSV 530(ATCC VR 2452)、cpts RSV 530/1009 (ATCC VR 2451)、cpts RSV 530/1030(ATCC VR 2455)、RSV B-1 cp52/2B5(ATCC VR 2542)和RSV B-1 cp-23(ATCC VR 2579)″的突变 体(均是根据布达佩斯条约保藏在美国典型培养物保藏中心(ATCC), 10801 University Boulevard,Manassas,Virginia 20110-2209,U.S.A., 并获得了上述鉴定的保藏号)。
从这组作例证的生物学衍生的突变体 中,提供了减毒突变的大″菜单″,这些突变可分别与该组内的任何其 他突变组合以校准用于疫苗的重组体人-牛嵌合RSV的减毒水平。
其 他突变可衍生于例如在小噬菌斑(sp)、冷适应的(ca)或宿主范围限制的 (hr)突变病毒株中鉴定的有非-ts和非-cp减毒突变的RSV。
可将突变 掺入在人或牛反基因组序列中,而且可将在人、牛或其他RSV突变体 中鉴定的减毒突变,通过将所述突变作图到受体基因组中的相应、同 源位点,并将受体天然序列突变成突变基因型(通过相同或保守突 变),转移到异源RSV受体(例如分别为牛或人RSV)中,这些可 按1999年4月13日由Murphy等申请的美国临时专利申请60/129,006 所述完成,在此引入作为参考。
设计和筛选的用于疫苗的人-牛嵌合RSV通常含有至少2个,有 时3个或更多个减毒突变以达到具有广泛临床应用的令人满意的减毒 水平。
在一实施方案中,在RSV聚合酶基因L(在供体或受体基因中) 发生至少一个减毒突变,并涉及在决定减毒表型的聚合酶蛋白中体现 氨基酸改变的一个或多个核苷酸替代,这种减毒表型可以或不可以涉 及温度敏感型(ts)表型。
本发明的嵌合RSV除L外,例如在M2基因 中,还可在任何其他RSV基因中掺入减毒突变。
但是在本发明优选人 -牛嵌合RSV在大聚合酶基因L中掺入一个或多个核苷酸替代,从而 导致在RSV聚合酶基因L中在氨基酸Asn43、Cys319、Phe 521、 Gln831、Metl169、Tyr1321和/或His 1690产生氨基酸改变,例如在 例证中Ile替换Asn43、Leu替换Phe521、Leu替换Gln831、Val替 换Metl169和Asn替换Tyrl321。
在这些位置的其他氨基酸改变,就 所鉴定的突变残基而言是特别保守的改变,当然可进行以产生与所鉴 定的突变替换相似的作用。
为掺入到本发明人-牛嵌合RSV的其他合 乎要求的突变包括在在RSV N基因中Val267、在RSV F基因中Glu218 和/或Thr523具体说明氨基酸替换的减毒突变以及在M2基因的基因 起始序列中的核苷酸替换。
本文所鉴定的一个或多个减毒突变的任何 组合,最多达和包括全部这些突变均可掺入在人-牛嵌合RSV中以产 生适宜地减毒的重组病毒,用于疫苗受体的所筛选种群或广泛的种 群。
用于掺入到本发明人-牛嵌合RSV中的减毒突变可被选在供体或 受体RSV基因的编码部分或者非编码区例如顺调节序列。
作例证的非 编码突变包括在基因起始序列中的单个或多碱基改变,例如例证中在 M2基因起始序列中核苷酸7605(在重组序列中核苷酸7606)中的单个 或多碱基替换。
本发明的感染性嵌合RSV可掺入异源的编码或非编码核苷酸序 列,这些序列来自任何RSV或RSV样病毒,例如人、牛、鼠(小鼠 肺炎病毒)或鸟(火鸡鼻气管炎病毒)肺炎病毒或者来自另一个被膜 病毒例如副流感病毒(PIV)。
作例证的异源序列包括在人-牛嵌合RSV 中来自一种人RSV病毒株的RSV序列与来自不同人RSV病毒株的序 列的组合。
例如,本发明的嵌合RSV可掺入来自2个或多个野生型或 突变RSV病毒株,例如选自cpts RSV 248、cpts 248/404、cpts 248/955、 cpts RSV 530、cpts 530/1009或cpts 530/1030的突变株。
或者,人-牛 嵌合RSV可掺入来自2个或多个野生型或突变人RSV亚型的序列, 例如人RSV A亚型与B亚型序列的组合。
在其他方面,用来自异源 RSV和非RSV病毒的对应序列,单独或所选减毒突变的一个或多个 组合,例如cp和/或ts突变,取代一个或多个人RSV编码或非编码多 核苷酸以产生新型减毒的疫苗病毒株。
掺入在本发明嵌合cDNAs、载体和病毒颗粒中的突变可以是单个 或者组合导入全长人-牛嵌合RSV cDNA,含所导入突变的获救病毒 的表型很容易测定。
在作例证的实施方案中,氨基酸改变由减毒的、 生物学衍生的病毒对野生型RSV展现出来。
例如由cpRSV或tsRSV 表现的改变可以组合的方式掺入重组人-牛嵌合RSV中以达到所需的 减毒水平。
在本发明的其他方面,可很容易地将嵌合人-牛RSV设计为″载体 ″以掺入抗原决定基,这些抗原决定基来自不同病原体,包括不同RSV 病毒株或类(例如人RSV A和RSV B亚型)、包括HPIV3、HPIV2 和HPIV1的人副流感病毒(HPIV)、麻疹病毒以及其他病原体(参 见例如美国临时专利申请序列号60/170,195;美国专利申请号 09/458,813;以及美国专利申请号09/459,062,每篇文献在此引入作为 参考)。
在不同实施方案中,牛-人嵌合基因组或反基因组含有部分 或完整RSV“载体基因组或反基因组”,该载体基因组或反基因组与 一个或多个异源基因或基因组区段相组合,该异源基因或基因组区段 编码一个或多个异源病原体的一个或多个抗原决定基。
异源病原体可 以是异源RSV(即不同病毒株或亚型的RSV),而且所述异源基因或基 因组区段可编码RSV NS1、NS2、N、P、M、SH、M2(ORF 1)、M2(ORF2)、 L、F或G蛋白质或其片段(例如免疫原性结构域或表位)。
例如,载体 基因组或反基因组可以是部分或完整RSV A基因组或反基因组,而且 所述异源基因或基因组区段可编码RSV B亚型病毒的抗原决定基。
在其他实施方案中,人-牛嵌合RSV载体基因组或反基因组可以 是部分或完整BRSV基因组或反基因组,而且编码抗原决定基的异源 基因或基因组区段是一个或多个HRSV。
例如,部分或完整BRSV基 因组或反基因组中可掺入一个或多个编码一个或多个选自F、G和SH 的HRSV糖蛋白基因的基因或基因组区段,或者一个或多个编码HRSV F、G和/或SH的胞质结构域、跨膜结构域、胞外结构域或免疫原性 表位的基因组区段。
在其他实施方案中,用于携带异源抗原决定基的设计为“载体” 的人-牛嵌合RSV中掺入非RSV病原体例如人副流感病毒(HPIV)的一 个或多个抗原决定基。
在一个作例证的实施方案中,将编码一个或多 个HN和/或F糖蛋白或抗原结构域或其片段或表位的一个或多个 HPIV1、HPIV2或HPIV3基因或基因组区段加入或掺入至部分或完整 HRSV载体基因组或反基因组内。
在更详细的实施方案中,将含HPIV 1、HPIV2或HPIV3 HN或F基因的读码框(ORF)的转录单位加入 或掺入嵌合HRSV载体基因组或反基因组中。
在其他可选择的实施方案中,载体基因组或反基因组含有部分或 完整HRSV或BRSV基因组或反基因组,而且异源病原体选自麻疹病 毒、A和B亚型呼吸道合胞病毒、流行性腮腺炎病毒、人乳头瘤病毒、 1型和2型人免疫缺陷型病毒、单纯性疱疹病毒、巨细胞病毒、狂犬 病病毒、EB病毒、线状病毒、布尼亚病毒、黄热病病毒、虫传病毒 和流感病毒。
以此候选病原体的作例证目录为基础,所选的异源抗原 决定基可选自麻疹病毒HA和F蛋白质,A和B亚型呼吸道合胞病毒 F、G、SH和M2蛋白质,流行性腮腺炎病毒HN和F蛋白质,人乳 头瘤病毒LI蛋白质,1型或2型人免疫缺陷型病毒gp160蛋白,单纯 性疱疹病毒和巨细胞病毒gB、gC、gD、gE、gG、gH、gI、gJ、gK、 gL及gM蛋白,狂犬病病毒G蛋白,EB病毒gp350蛋白;线状病毒G 蛋白,布尼亚病毒G蛋白,黄热病病毒E和NS 1蛋白,以及虫传病 毒E蛋白,和其抗原结构域、片段和表位。
在一实施方案中,异源病 原体是麻疹病毒,而异源抗原决定基选自麻疹病毒HA和F蛋白及其 抗原结构域、片段和表位。
为了获得所述嵌合构建体,可将含麻疹病 毒HA基因的读码框(ORF)的转录单位加入或掺入HRSV载体基因 组或反基因组内。
本发明提供人-牛嵌合RSV克隆、多核苷酸表达构建体(也称为载 体)以及颗粒,这些可掺入到以所选的组合导入嵌合基因组或反基因组 中的多表型—特异性突变中,从而产生减毒的感染性病毒或亚病毒颗 粒。
与常规表型评估联用的该方法提供了具有如减毒、温度敏感性、 改变的免疫原性、冷适应性、小噬菌斑、宿主范围限制等所需特征的 人-牛嵌合RSV。
将由此鉴定的突变编辑到″菜单″中,然后导入不同的 组合以校准疫苗病毒达到所选的减毒水平、免疫原性和稳定性。
在本发明的其他方面,构建含有或不含有减毒突变的人-牛嵌合 RSV,以使其具有核苷酸修饰,从而产生所需的表型、结构或功能改 变。
通常,所选的核苷酸修饰将确定表型改变,例如在生长特征、减 毒、温度敏感性、冷—适应性、噬菌斑大小、宿主范围限制或免疫原 性方面的改变。
在本发明中结构改变包括为便于操作和鉴定,将限制 位点导入或切除编码CDNAs的RSV中。
在优选的实施方案中,人-牛嵌合RSV的核苷酸改变包括通过缺 失基因或切除其表达来修饰病毒基因。
在本发明中用于突变的靶基因 包括吸附(G)蛋白、融合(F)蛋白、小疏水(SH)、RNA结合蛋白(N)、磷 蛋白(P)、大聚合酶蛋白(L)、转录延长因子(M2 ORF 1)、RNA调节因 子M2 ORF2、基质(M)蛋白以及两个非结构蛋白NS 1和NS2。
可将这 些蛋白质中的每一个,全部或部分、单独或与其他所需的修饰结合, 选择性地缺失、替换或重排以获得新的嵌合RSV重组体。
在本发明的一个方面,在人-牛嵌合RSV中修饰SH、NS1、NS2、 G或M2-2基因。
例如,可将这些基因中的每一个缺失或除去其表达 (例如通过导入终止密码子)以改变所得人-牛嵌合RSV克隆的表型, 从而提高生长、减毒、免疫原性或其他所需的表型特征。
例如在重组 基因组或反基因组的背景或异源(即分别为受体或供体)部分缺失SH 基因,将会产生具有新表型特征,例如体外生长提高和/或体内减毒的 嵌合RSV。
在相关方面,在人-牛嵌合RSV中,单独或与一个或多个 具体说明减毒表型的不同突变组合,例如,直接采纳(或者以修饰 的形式,例如通过在确定所述突变的密码子中导入多核苷酸改变)自 生物学衍生的减毒RSV突变体的点突变,来构建SH基因缺失,或者 缺失另一所选的非必需基因或基因组区段的缺失,例如NS1、NS2、 G或M2-2基因缺失。
例如可缺失SH、NS1、NS2、G或M2-2基因组 合一个或多个采纳自cpts248/404、cpts530/1009、cpts530/1030或另一 所选突变RSV病毒株的cp和/或ts突变,以产生嵌合RSV,所述嵌 合RSV具有因不同突变的组合作用而产生的来自减毒表型的病毒产率 增加、减毒作用增强、免疫原性提高以及对回复的遗传抗性改善。
可选择的核苷酸修饰包括在人-牛嵌合体中缺失、插入、增加或 重排所选基因的顺式作用调节序列。
在一实施例中,将一RSV基因的 顺式作用调节序列改变成相应的异源调节序列,它可以是不同RSV中 相同基因的对应顺式作用调节序列或不同RSV基因的顺式作用调节序 列。
例如,通过转变或替换成在相同RSV病毒株中不同基因的基因终 止信号可修饰基因终止信号。
在其他实施方案中,核苷酸修饰可在 嵌合基因组或反基因组内包括插入、缺失、替换或重排翻译起始位点, 例如以便切除所选蛋白质形式的其他翻译起始位点。
在一实施例中, 切除了RSV G蛋白质的分泌形式的翻译起始位点以修饰这种形式的G 蛋白的表达,由此产生所需的体内效果。
另外,在人-牛嵌合RSV基因组或反基因组中可单独或与一种 或多种采纳自生物学衍生的突变RSV的减毒突变一起产生多种其他的 遗传改变。
例如,可全部或部分插入来自非RSV源的基因或基因组区 段。
或者,改变基因的顺序、除去基因重叠或者用其反基因组对应物 替换RSV基因组启动子。
在嵌合基因组或反基因组中可进行不同的或 另外的修饰以便有利于操作,例如在不同基因间区域(例如在G和F 基因间的特有StuI位点)或在别处插入特有的限制位点。
可除去非翻 译基因序列以提高插入的外源序列的能力。
在其他方面,能修饰编码 嵌合RSV基因组或反基因组的多核苷酸分子或载体以编码非-RSV序 列,例如细胞因子、T辅助细胞表位、限制位点标记或者一种能够在 所需宿主中引发保护性免疫反应的微生物病原体(例如病毒、细菌或 真菌蛋白。
在一所述实施方案中,构建掺入了副流感病毒(PIV)的基因 或基因组区段,例如PIV HN或F糖蛋白或其免疫原性结构域或表位 的人-牛嵌合RSV。
在人-牛嵌合RSV基因组或反基因组内的所有前述修饰,包括产 生点突变的核苷酸插入、重排、缺失或替换、点特异性核苷酸改变以 及包含整个基因或基因组区段的改变均可用于异源供体基因或基因组 区段或者受体背景基因组或反基因组。
在每种情况中,这些改变优选 将确定在所得重组RSV中的一个或多个表型改变,例如导致减毒、温 度敏感性、冷适应性、小噬菌斑、宿主范围限制、基因表达改变或免 疫原性表位改变的表型改变。
在本发明的另一方面,提供了生产分离的感染性人-牛嵌合RSV 的组合物(例如掺入了RSV-编码cDNA的分离的多核苷酸和载体) 和方法。
用这些组合物和方法,从与核壳(N)蛋白质、核壳磷蛋白(P)、 大(L)聚合酶蛋白以及RNA聚合酶延长因子共表达的人-牛嵌合RSV 基因组或反基因组中产生感染性嵌合RSV颗粒或亚病毒颗粒。
在本发 明的相关方面,提供了用于将前述结构和表型改变导入重组人-牛嵌合 RSV的组合物和方法以产生感染性的减毒疫苗病毒。
在一实施方案中,提供了含有编码人-牛嵌合RSV基因组或反基 因组的经分离的多核苷酸分子的表达载体。
还提供了相同或不同的表 达载体,该载体含有一个或多个编码N、P、L和RNA聚合酶延长因 子蛋白的经分离的多核苷酸分子。
然后可从所述基因组或反基因组 cDNA中直接表达蛋白质。
该载体在细胞或无细胞溶解产物中优先表 达或共表达,由此产生感染性人-牛嵌合RSV颗粒或亚病毒颗粒。
通过相同或不同的表达载体可共表达RSV基因组或反基因组和 N、P、L和RNA聚合酶延长因子(优选RSV的M2(ORF1)的产物)蛋 白。
在某些情况下,N、P、L和RNA聚合酶延长因子蛋白是各自被 不同的表达载体编码。
编码人-牛嵌合RSV基因组或反基因组的多核 苷酸分子是可操作相连的人和牛多核苷酸序列的嵌合体,以便由此可 生产感染性病毒或病毒颗粒。
在本发明其他方面,人-牛嵌合RSV基 因组或反基因组可包括来自多种人RSV病毒株或亚型(A和B)的序 列以及其他非人(例如鼠)RSV序列。
在其他方面,人-牛嵌合RSV 基因组或反基因组可掺入非-RSV序列,例如含有与编码PIV或另一 负链RNA病毒的点突变、蛋白质、蛋白质结构域或免疫原性表位可 操作相连的人和牛RSV的序列的多核苷酸。
用于生产人-牛嵌合RSV的上述方法和组合物产生感染性病毒或 亚病毒颗粒,或其衍生物。
感染性病毒类似真正的RSV病毒颗粒是感 染性的。
它可以直接感染新鲜细胞。
感染性亚病毒颗粒通常是在适宜 条件下可引起感染的病毒颗粒的亚组分。
例如,含基因组或反基因组 RNA和N、P、L和M2(ORF 1)蛋白质的核壳就是亚病毒颗粒的实例, 如果导入到细胞胞质中它可引起感染。
本发明中提供的亚病毒颗粒包 括缺少对感染性非必需的一种或多种蛋白质、蛋白质片段或其他病毒 组分的病毒颗粒。
在其他实施方案中,本发明提供含表达载体的细胞或无细胞溶解 产物,一种表达载体含有编码上述人-牛嵌合RSV基因组或反基因组 的分离的多核苷酸分子,和另一种表达载体(相同或不同载体)还可 含有一个或多个编码RSV N、P、L和RNA聚合酶延长因子蛋白的分 离的多核苷酸分子。
还可从基因组或反基因组cDNA中表达这些蛋白 质中的一种或多种。
表达后,基因组或反基因组与N、P、L和RNA 聚合酶延长因子蛋白组合产生感染性人-牛嵌合RSV病毒或亚病毒颗 粒。
本发明减毒的人-牛嵌合RSV能够在所感染的人宿主中引发有效 的免疫反应,该嵌合RSV还是充分减毒的以便在所免疫的宿主中不会 引起不可接受的严重呼吸疾病症状。
所述减毒嵌合病毒或亚病毒颗粒 可存在于细胞培养上清液中,从培养液中分离,或者部分或完整纯化。
还可将所述病毒冻干,与各种其他组分组合便于按需要贮存或传递给 宿主。
本发明进一步提供了含生理学可接受载体和/或佐剂以及分离的 减毒人-牛嵌合RSV的新疫苗。
在一实施方案中,所述疫苗由含有至 少一种,优选两种或多种上述减毒突变或其他核苷酸修饰的人-牛嵌合 RSV组成。
可将所述疫苗配制成103-106剂量PFU的减毒病毒。
所 述疫苗可含有引发针对一种RSV病毒株或抗原亚型,例如A或B或 者针对多种RSV病毒株或亚型的免疫反应的减毒嵌合病毒。
就此而 言,本发明的人-牛嵌合RSV可单独引发非特异性免疫反应或者针对 多种RSV病毒株或亚型的多特异性免疫反应。
可将人-牛嵌合RSV与 其他具有不同免疫原性特征的嵌合RSV或非嵌合RSV组合在疫苗制 剂中以便产生针对一种或多种RSV病毒株或亚型的更有效的保护作 用。
在相关方面,本发明提供了在哺乳动物中刺激个体的免疫系统以 引发针对一种或多种RSV病毒株或亚型的免疫反应的方法。
该方法包 括在生理学可接受载体和/或佐剂中施用免疫学足够剂量的减毒、人- 牛嵌合RSV的制剂。
在一个实施方案中,免疫原性组合物是由人-牛 嵌合RSV组成的疫苗,该嵌合RSV含有上述至少一个,优选2个或 多个减毒突变或具体说明所需表型的其他核苷酸修饰。
可将所述疫苗 配制成103-106剂量PFU的减毒病毒。
该疫苗可含有引发针对一种 RSV病毒株或抗原亚型,例如A或B,或者针对多种RSV病毒株或 亚型的免疫反应的减毒人-牛嵌合RSV病毒。
在本发明中,人-牛嵌 合RSV可引发单特异性免疫反应或者针对多种RSV病毒株或亚型的 多特异性免疫反应。
或者可将具有不同免疫原性特征的人-牛嵌合RSV 组合在疫苗混合物中或者以协调的治疗方式分别施用以便引发针对一 种RSV病毒株,或针对多种RSV病毒株或亚型的更有效的保护作用。
优选将免疫原性组合物施用到上呼吸道,例如通过喷雾、小滴或气雾 剂。
通常,可将组合物施用给RSV抗体血清反应阴性的个体或者具有 经胎盘针对RSV获得的母体抗体的个体。
附图简述 图1A和1B描述了用人RSV(HRSV)病毒株A2的G和F基因 替换重组(r)牛RSV(BRSV)病毒株ATue51908的G和F基因以产生 重组嵌合病毒rBRSV/A2。
图1A是rBRSV的基因组图,说明用HRSV的F和G基因替 换F和G基因。
读码框(ORFs)的位置用阴影(BRSV)或空白(HRSV)长 方形表示。
G和F基因为扩展部分,其中基因终止/多腺苷酸化信号由 棒形表示,基因起始信号为实心三角,作为遗传标记或作为替换的限 制片段边界的合成限制位点的位置由箭头与下方所示的在完整反基因 组序列中的位置一起表示。
括号中表示由标记限制位点构成的片段大 小。
左侧表示重组病毒的基因组长度。
罗马数字(I、II和III)指图1B 中展开的基因间区域。
图1B说明生物学衍生的BRSV病毒株ATue51908(顶线)的SH/G (I)、G/F(II)和F/M2(III)基因间区域的排列;重组版本rBRSV ATue51908(第二条线)、重组嵌合病毒rBRSV/A2(第三条线)和生物学 衍生的HRSV病毒株A2(底线)。
图1B,I组:SH/G基因间区域: ATue51908(顶线)(SEQ ID NO:1);rBRSV(第二条线)(SEQ ID NO: 2);rBRSV/A2(第三条线)(SEQ ID NO:3);HRSV病毒株A2(底线)(SEQ ID NO:4)。
图1B,II组:G/F基因间区域:ATue 51908(顶线)(SEQ ID NO:5);rBRSV(第二条线)(SEQ ID NO:6);rBRSV/A2(第三条线)(SEQ ID NO:7);HRSV A2(底线)(SEQ ID NO:8)。
图1B,3组:F/M2基 因间区域:ATue51908(顶线)(SEQ ID NO:9);rBRSV(第二条线)(SEQ ID NO:10);rBRSV/A2(第三条线)(SEQ ID NO:11);HRSV A2(SEQ ID NO:12)。
将序列表示为DNA正链。
缺口用点表示,基因起始和 基因终止信号用阴影表示,翻译起始密码子用黑体字表示。
斜条纹标 记表示核苷酸同一性。
通过将识别序列划为阴影来表示限制位点。
Orf 是读码框。
数字指基因组位置(对于BRSV,病毒株ATue51908:GenBank 登记号为:AF092942;对于HRSV病毒株A2:GenBank登记号为: M74568)。
图2A-2C说明在生物学衍生的BRSV(ATue51908);其重组版本 rBRSV、和重组嵌合体rBRSV-A2的基因组中的标记限制位点。
用所 示的病毒感染BSR T7/5细胞的总RNA完成RT-PCR。
对PCR产物进 行限制分析,然后在2%(图2A,2B)或3%琼脂糖凝胶(图2C)上分析。
以计算的大小估计核苷酸长度。
在所有情况下,当省略了RT步骤时 就不用检测PCR产物。
标记为梯度1kb的DNA(Life Technologies, Gaithersburg,Maryland)。
一些标记片段的大小显示在右侧。
图2A表示对应于位置3612-4886(ATue51908和rBRSV)或位置 3612-4885(rBRSV/A2)和包含在重组病毒分离物的SH/G基因间区域 中的SalI位点(位置4673)的RT-PCR产物分析。
用SalI消化对应于 预测大小约为1,273-1,274bp的PCR产物。
酶切消化不会切开生物学 衍生的ATue51908,因它缺乏一种导入的位点,而对于重组病毒,酶 切消化会产生1,061bp(两种病毒)和213bp(rBRSV)或212bp (rBRSV/A2)的带。
图2B表示对应于位置5372-5964(ATue51908和rBRSV)或位置 5452-6062(rBRSV/A2)的,含重组病毒中的G/F基因间区域和相应标 记限制位点(在rBRSV位置5539的SphI位点或者在rBRSV-A2位置 5619的StuI位点)的RT-PCR产物的分析。
PCR产物的预期大小约为 592(ATue51908和rBRSV)或610(rBRSV/A2)。
按照预测,SphI仅消化 rBRSV,产生425bp和167bp的片段;而StuI仅消化rBRSV/A2,产 生443bp和167bp的片段。
图2C表示跨位置7218-7852(ATue51908和rBRSV)或7316- 7939(rBRSV/A2)的,含F/M2基因间区域的RT-PCR产物的分析。
按 照预测,用Xhol消化不会切开ATue51908,但在rBRSV和rBRSV/A2 的情况下,产生395bp(两种病毒)和267bp(rBRSV)或256 bp(rBRSV/A2) 的片段。
这表明在重组病毒的基因组中存在导入的Xhol位点(rBRSV 位置7471,rBRSV-A2位置7558)。
图3表明在人HEp-2细胞(A组)和牛MDBK细胞(B组)中rBRSV、 rBRSV/A2和HRSV病毒株Long的生长比较。
用MOI为0.1的任一 种病毒感染两份在24孔平板中的细胞单层。
在所标明的时间取上清 液样品,在-70℃冷冻,然后一式两份滴定。
每个值是来自两个孔的感 染细胞的平均滴度。
图4A提供了选用戊二醛固定,再用免疫金标记并负染的(一般 观察和放大)重组BRSV的病毒体的电子显微镜检查。
图4B提供了 在超薄切片中检测的病毒体的电子显微镜检查。
通过制备技术保存在 病毒体表面上的长丝状病毒体形状和抗原表位。
(图4A棒:2μ,放大: 棒:100nm,图4B棒:150nm.)。
图5表示利用单克隆抗体与HRSV F和BRSV F蛋白(A、C和E 组)或仅仅与HRSV F蛋白(B、D和F组)反应的免疫金标记。
rBRSV(A 和B组)、rBRSV/A2(C和D组)以及HRSV病毒株Long(E和F组)的 制备物标记。
棒:150nm。
图6表示利用单克隆抗体与BRSV G蛋白质(A、C和E组)或HRSV G蛋白(B、D和F组)反应的免疫金标记。
rBRSV(A和B组)、rBRSV/A2 (C和D组)以及HRSV病毒株Long(E和F组)的制备物标记。
棒:150 nm。
图7A和7B描述了用HRSV病毒株Long的F基因替换rBRSV 病毒株ATue51908的F基因以产生重组嵌合病毒rBRSV/LongF。
图7A是rBRSV基因组的示意图,表示用HRSV病毒株Long的 F基因替换F基因。
读码框(ORFs)的位置用阴影(BRSV)或空白长方 形(HRSV)表示。
将F基因放大表示,其中基因终止/多腺苷酸化信号 用棒表示,基因起始信号用实心三角表示,作为遗传标记或作为替换 的限制片段边界的合成限制位点的位置由箭头与下方所示的在完整反 基因组序列中的位置一起表示。
括号中表示由标记限制位点构成的片 段大小。
左侧表示重组病毒的基因组长度。
罗马数字(I、II和III)指图 8B中展开的基因间区域。
图7B说明生物学衍生的BRSV病毒株ATue51908(顶线)的SH/G (I)、G/F(II)和F/M2(III)基因间区域的排列;重组版本rBRSV ATue51908(第二条线)、重组嵌合病毒rBRSV/LongF(底线)。
图1B, 图7B注解如下:I组:SH/G基因间区域:ATue5 1908(顶线)(SEQ ID NO:1);rBRSV(第二条线)(SEQ ID NO:2);rBRSV/LongF(第三条 线)(SEQ ID NO:2)。
图7B,II组:G/F基因间区域:ATue 51908(顶 线)(SEQ ID NO:5);rBRSV(第二条线)(SEQ ID NO:6);rBRSV/LongF (第三条线)(SEQ ID NO:13)。
图7B,3组:F/M2基因间区域:ATue5 1908 (顶线)(SEQ ID NO:9);rBRSV(第二条线)(SEQ ID NO:10);rBRSV/A2 (第三条线)(SEQ ID NO:11)。
图8提供了确定重组病毒分离物rBRSV/LongF的同一性的RT- PCR和限制分析。
用来自所标示病毒分离物感染的细胞总RNA完成 两个RT-PCR。
在0.8%琼脂糖凝胶上分析PCR产物。
如果删除RT步 骤,就不会得到PCR产物。
以计算的大小估计核苷酸长度。
标记为1kb 梯度的DNA(Life Technologies,Gaithersburg,MD)。
在左侧为一些标记 片段的大小。
用与F基因的上游和下游的BRSV骨架之序列 (ATue51908核苷酸5380-5397(BRSV G基因),和ATue51908核苷酸 7567-7550(BRSV M2基因)杂交的引物对完成PCR1。
PCR1对于 BRSV病毒株ATue51908和重组类似物rBRSV来说产生2,187核苷 酸的产物,对于rBRSV/LongF产生2,161核苷酸的产物(在这些条件 下用电泳无法区分这些带)。
按照预期,用上述BRSV引物对不能从 HRSV病毒株Long RNA中获得PCR产物。
对PCR 1产物进行限制 分析。
按照预期,通过SphI可切割重组病毒,但不切割标准BRSV 病毒株ATue51908(对于rBRSV产生2,028bp和159bp的带,对于 rBRSV/LongF产生2,002bp和159bp),这说明存在合成的SphI标记 限制位点(rBRSV和rBRSV/LongF基因组位置5539)。
按照预期,EcoRI 在BRSV ATue51908和rBRSV F基因的EcoRI位点(基因组位置6233) 切割,产生1,334核苷酸和853核苷酸的两个片段,而EcoRI不切割 源自rBRSV/LongF片段。
按照预期,当用PstI消化时,含BRSV F 基因的片段仍不切割,而rBRSV/LongF产物切割成1,351bp、586bp 和224bp的片段,这表明在HRSV Long F基因中存在两个天然PstI 位点(位置63和649)。
用与HRSV病毒株Long F基因杂交的引物对(引 物FL,3′-GGGGCAAATAACAATGGAGTTGCCAATC-5′(SEQ ID NO:19),HRSV病毒株Long F基因序列的核苷酸1-28,和引物FLr, 5′-TTTTTATATAACTATAAACTAGGAATCTAC-3′(SEQ ID NO: 20),HRSV病毒株Long F基因核苷酸1903-1874)完成PCR 2,对于 rBRSV/LongF和HRSV病毒株Long亲本病毒来说产生1,903bp的PCR 产物。
按照预期,从rBRSV得不到产物。
用EcoRI和PstI消化产生 预期的切割图。
图9提供了rBRSV/LongF的表面蛋白的免疫电子显微镜分析。
A 组:BRSV G蛋白的mab G66;B组:BRSV G蛋白的mab 021/21G; C组:与HRSV和BRSV的F蛋白均反应的mab 2F;以及D组:HRSV F蛋白特异性的mab 44F。
棒:150nm。
图10嵌合rBRSV/HRSV基因组的详细构建,其中已缺失了BRSV G和F基因,并将HRSV的G和F基因放在靠近启动子的位置。
BRSV 基因用阴影表示;HRSV基因用空白表示。
核苷酸序列位置数字是相 对于完整rBRSV反基因组而言的(Buchholz等,J.Virol.73:251- 259,1999;Buchholz等,J.Virol.74:1187-1199,2000;GenBank登记 号:AF092942或者在Collins等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92: 11563-11567,1995中的rHRSV反基因组;每篇文献在此引入作为参 考);涉及HRSV序列的序列位置编号有下划线。
图10,A组含有在 以前的工作中加入的NotI、SalI和XhoI位点的rBRSV的详细结构 (Buchholz等,J.Virol.73:251-259,1999;Buchholz等,J.Virol.74: 1187-1199,2000)。
图10,B组描述了对rBRSV的修饰以产生 rBRSV/A2-G1F2。
通过用SalI和XhoI消化和再连接所得的相容性粘 性末端,缺失BRSV G和F基因。
通过含有掺入到各cDNA末端之所 需改变的引物,经PCR扩增来自核苷酸4692-7557含有G和F基因 HRSV基因组区域。
扩增的PCR产物含有(按从上游到下游的顺序): NotI位点、BlpI位点、完整HRSV G ORF、其下游非编码和GE信号、 HRSV G-F IG序列、完整HRSV F基因、来自HRSV F-M2 IG序列的 6个核苷酸(CACAAT)、NS 1 GS信号、BlpI位点和NotI位点。
将该cDNA 克隆到rBRSV位置67的特有Notl位点。
图10,C组说明rBRSV/A2- G1 F2的基因组RNA的结构。
图11描述在人HEp-2(左组)和牛MDBK(右组)细胞中RBRSV、 rHRSV(rA2)、rBRSV/A2、和rBRSV/A2-G1 F2的多轮生长。
在0.1 MOI 时用所标名的病毒感染两份细胞单层,然后在37℃保温,在所标示的 时间收集培养基样品,快速冷冻,贮存于-70℃,然后一式两份滴定。
每个值均为两个孔的平均值。
图12表明用rBRSV/A2-G 1 F2、rBRSV/A2或rA2感染的HEp-2 细胞的间接免疫荧光。
在0.1 MOI时感染细胞,在37℃保温96小时, 用丙酮固定,透化,然后与HRSV G蛋白特异性的单克隆抗体021/1G 或者与HRSV F蛋白特异性的单克隆抗44F反应。
通过与标记的对鼠 IgG特异性抗体反应肉眼观察抗体结合。
图13含HRSV的M、G和F基因的嵌合rBRSV/HRSV的详细构 建。
BRSV基因用阴影表示;HRSV基因用空白表示。
指称HRSV基 因的序列位置编号有下划线。
图13,A组描述了rBRSV/A2的修饰, 从而在P和M基因间的基因间区域(P-M IG),在位置3204含有一个 独特MluI位点。
用表明源核苷酸排列的小写字母表示IG序列。
有下 划线的字母表示由5个核苷酸替换产生的MluI位点。
核苷酸序列位 置编号是相对于完整rBRSV反基因组(Buchholz等,J.Virol.73:251- 259,1999;Buchholz等,J.Virol.74:1187-1199,2000;GenBank登记 号:AF092942或在Collins等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:11563- 11567,1995中的完整rHRSV反基因组);指称HRSV序列的序列位置 数字有下划线。
图13,B组说明对rBRSV/A2的修饰产生rBRSV/A2- MGF。
切割含BRSV M和SH基因的MluI-SalI片段,然用含HRSV M 基因的MluI-SalI片段替换。
用方框表示含HRSV M基因的MluI-SalI 片段。
还列出了包括BRSV P基因终止序列的MluI位点紧靠上游的序 列(SEQ ID NO:17),以及包括M个基因的基因间序列(M-G IG)的SalI 位点紧靠下游的序列(SEQ ID NO:18),HRSV G基因起始信号和作 为G ORF起点的ATG(黑体字,斜体)。
图13,C组描述了 rBRSV/A2-MGF基因组的结构。
具体实施方案的描述 本发明提供了克隆为人和牛RSV基因组或反基因组序列的嵌合 体用以产生人-牛嵌合RSV的重组呼吸道合胞病毒(RSV)。
人-牛RSV 的嵌合构建产生在哺乳动物,特别是人中有感染性的,并对生成免疫 原性组合物应用于临床有用的病毒颗粒或亚病毒颗粒。
本发明还提供 了用于设计和生产减毒的人-牛嵌合RSV的新方法和组合物,以及用 于预防和治疗RSV感染的方法和组合物。
根据本发明人-牛嵌合RSV 和免疫原性组合物可引发针对特异性RSV亚型或病毒株的免疫反应, 或者它们可引发针对多种RSV亚型或病毒株的多特异性反应。
RSV的一般特征是副粘病毒家族的被膜非片段负链RNA病毒 (Collins等,Fields Virology 2:1313-1352,1996)。
其基因组,对于熟知 的A2病毒株的长度为15222核苷酸,可转录成编码11种蛋白质的10 种mRNA。
(Collins等,Fields Virology 2:1313-1352,1996;Atreya等, J.Virol.72:1452-61,1998;Bukreyev等,J.Virol.71:8973-82,1997; Collins等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 93:81-5,1996;Teng和Collins,J. Virol.72:5707-16,1998;Teng和Collins,J.Virol.73:466-473,1999; Whitehead等,J.Virol.73:3438-42,1999,每篇文献在此引入作为参 考)。
其中的4种是核壳/聚合酶蛋白,即主要核壳N蛋白、磷蛋白P 和聚合酶蛋白L以及转录反终止蛋白M2-1。
3种是表面糖蛋白,即粘 附G蛋白、负责穿透与合胞体形成的融合F糖蛋白以及未知功能的小 疏水SH蛋白。
基质M蛋白是一种与病毒体形成有个的内病毒体蛋白。
还有两种功能未知的非结构蛋白NS1和NS2。
最后,在编码RNA调 节因子M2-2的M2 mRNA中有第二个读码框(ORF)。
G和F蛋白是主要的中和和保护性抗原(Collins等,Fields Virology 2:1313-1352,1996;Connors等,J.Virol.66:1277-81,1992)。
对RSV 再感染的抗性很大程度上是由特异性抗这些蛋白质的血清和粘膜抗体 介导的。
RSV-特异性细胞毒T细胞也是由RSV感染诱导的而且可 以针对许多不同的蛋白,但尚未表明这种效应对于对再感染的长期抗 性来说是一种重要的因素。
但是,CD8+和CD4+细胞可能在免疫反应 的调节中是重要的,而且两者均与病毒发病机理有关(Johnson等,J. Virol.72:2871-80,1998;Srikiatkhachorn和Braciale,J.Exp.Med. 186:421-32,1997)。
因此,F和G是最重要的抗原决定基,但其他蛋 白质在免疫反应中可能也起重要作用。
通过与单克隆抗体的反应性可将RSV分离物分成两个抗原亚型, A和B(Anderson等,J.Infect.Dis.151:626-33,1985;Mufson等,J.Gen. Virol.66:2111-24,1985)。
这两种亚型在基因组上有差异,但最大的 差异在G蛋白的胞外结构域,其中氨基酸序列不同的百分比超过50%, 而基于单特异性多克隆抗血清的抗原差异为95%(Johnson等,Proc. Natl.Acad.Sci.USA 84:5625-9,1987;Johnson等,J.Virol.61:3163- 6,1987)。
在RSV A与B两个亚型间,F蛋白的氨基酸序列有约10% 的差异,而抗原差异为50%(Johnson等,J.Virol.61:3163-6,1987; Johnson和Collins,J.Gen.Virol.69:2623-8,1988)。
因此,这两种亚型 都应在疫苗中表现。
牛RSV(BRSV)与人RSV(HRSV)有关,而且是牛呼吸道疾病的普 遍存在的、商业上重要的因素(Mohanty等,Am.J.Vet.Res.36:417- 9,1975;Van der Poel等,J.Infect.29:215-28,1994)。
BRSV与HRSV 间的序列差异量约为上述HRSV A与B亚型间差异的2倍。
因此,BRSV 与HRSV间F蛋白质的氨基酸差异约为20%,而G蛋白的差异约为 70%(Lerch等,J.Virol.64:5559-69,1990;Lerch等,Virology 181:118-31, 1991;Mallipeddi和Samal,J.Gen.Virol.74:2001-4,1993;Mallipeddi 和Samal,Vet.Microbiol.36:359-67,1993;Samal等,Virology 180: 453-456,1991;Samal和Zamora,J.Gen.Virol.72:1717-1720,1991; Zamora和Samal,Virus Res.24:115-121,1992;作者同上,J.Gen.Virol. 73:737-741,1992;Mallipeddi和Samal,J.Gen.Virol.73:2441- 2444,1992;Pastey和Samal,J.Gen.Virol.76:193-197,1995;Walravens 等,J.Gen.Virol.71:3009-3014,1990;Yunnus等,J.Gen.Virol.79: 2231-2238,1998,分别在此引入作为参考)。
从cDNA生产感染性HRSV 的能力已延伸到允许生产重组BRSV,由此可生产感染性重组病毒 (Buchholz等,J.Virol.73:251-9,1999)。
已用棉鼠(Piazza等,J.Virol.67:1503-10,1993)、猫头鹰猴子和 黑猩猩(Prince等,Animal Models of Respiratory Syncytial Virus Infections,1990)评估了BRSV作为抗HRSV疫苗。
在所有3种试验动 物中,BRSV都受到高度限制,免疫反应很低。
在大鼠中,在一项研 究中观察到对HRSV攻击的显著抗性,但这种保护作用的基础仍不清 楚。
在猴子中,在9只动物中的只有2只中检测到对BRSV疫苗的抗 体反应。
随后用HRSV攻击后,释放时间稍有减少,但脱落的数量和 疾病症状都不受影响。
在接受高接种量的BRSV的2个黑猩猩的对比 研究中,仅在一个动物中有复制的迹象,随后用HRSV攻击后,脱落 期稍有减少,但HRSV的效价和临床症状的程度未改变。
这些研究表 明自然中发现的BRSV分离物不宜直接当疫苗使用。
本发明为提供了基于HRSV与BRSV间嵌合体开发活减毒RSV 疫苗候选株。
通过cDNA中间体和以cDNA为基础的回收系统构建嵌 合体。
从cDNA制备的重组病毒可独立复制,并按照它们生物学衍生 的相同的方式增殖,而且确实仅通过已特异性插入的突变使其与生物 学衍生的病毒区别开。
嵌合HRSV/BRSV疫苗候选株优选在通过存在 一个或多个BRSV基因而减毒的背景中携带一个或多个HRSV的主 要抗原决定基。
另外,本发明的人-牛嵌合RSV可被进一步修饰以掺 入特异性的减毒突变,以及各种其他突变和核苷酸修饰以产生所需的 结构或表型效果。
用于从cDNA生产重组RSV并用于制备和检测本发明公开的所 有突变和核苷酸修饰的材料和方法的详细描述作为本发明的补充方面 在下列文献中列出,例如1995年9月27日提交的美国临时专利申请 号60/007,083;1996年9月27日提交的美国专利申请号08/720,132; 1996年7月15日提交的美国临时专利申请号60/021,773;1997年5 月9日提交的美国临时专利申请号60/046,141;1997年5月23日提 交的美国临时专利申请号60/047,634;1999年11月30授权的美国专 利号5,993,824(相应的国际公开号WO 98/02530);1999年4月13日 由Collins等提交的美国专利申请号09/291,894;1999年4月13日由 Murphy等提交的美国临时专利申请号60/129,006;Crowe等,Vaccine 12:691-699,1994以及Crowe等,Vaccine 12:783-790,1994;Collins 等,Proc Natl.Acad.Sci.USA 92:11563-11567,1995;Bukreyev等,J. Virol 70:6634-41,1996;Juhasz等J.Virol.71(8):5814-5819,1997;Durbin 等,Virology 235:323-332,1997;Karron等,J.In.ct.Dis.176: 1428-1436,1997;He等,Virology 237:249-260,1997;Baron等,J.Virol. 71:1265-1271,1997;Whitehead等,Virology 247(2):232-9,1998a; Whitehead等,J.Virol.72(5):4467-4471,1998b;Jin等,Virology 251: 206-214,1998;Bukreyev等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96:2367- 2372,1999;Bermingham和Collins,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96: 11259-11264,1999;Juhasz等,Vaccine 17:1416-1424,1999;Juhasz等, J.Virol.73:5176-5180,1999;Teng和Collins,J.Virol.73:466- 473,1999;Whitehead等,J.Virol.73:9773-9780,1999;Whitehead等, J.Virol.73:871-877,1999以及Whitehead等,J.Virol.73:3438- 3442,1999。
用于从cDNA生产重组RSV的作例证的方法包括通常从 共传染到组织培养细胞中的质粒中,细胞内共表达RSV反基因组RNA 和RSV N、P、M2-1和L蛋白。
这启动了导致产生感染性cDNA衍 生病毒(术语称为重组病毒)的生产性感染。
一旦产生后,重组RSV 很容易按照与生物学衍生病毒相同的方式增殖,重组病毒与对应的生 物学衍生病毒无法区分,除非前者已被修饰,含有一个或多个导入的 改变作为标记。
在更详细的方面,前述引入的文献描述了在本发明中用于诱变、 分离和表征RSV的方法和过程以获得减毒的突变病毒株(例如温度敏 感型(ts)、冷传代的(cp)、冷适应的(ca)、小噬菌斑(sp)以及宿主范围限 制的(hr)突变病毒株)以及用于鉴定说明减毒表型的遗传改变。
与这些 方法结合,前述文献详细描述了在被接受的模型系统,包括鼠和非人 灵长类模型系统中,测定生物学衍生的和重组生产的减毒人RSV,包 括人RSV  A和B亚型的复制、免疫原性、遗传稳定性以及保护效力 的方法。
另外,这些文献描述了一般方法,用来开发和检测用于预防 和治疗RSV感染的免疫原性组合物,包括单价和双价疫苗。
从cDNA产生感染性RSV的能力提供了经cDNA中间体将预定 改变导入感染性病毒的方法。
已表明该方法产生了许多感染性、减毒 的RSV衍生物,例如在病毒蛋白中含一个或多个氨基酸替换的重组疫 苗候选株,缺失一个或多个基因或删除基因表达和/或在顺式作用RNA 信号中的一个或多个核苷酸替换,以对病毒表型产生所需的影响(参见 例如Bukreyev等,J.Virol.71:8973-8982,1997;Whitehead等,J.Virol. 72:4467-4471,1998;Whitehead等,Virology 247:232-239,1998; Bermingham和Collins,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96:11259- 11264,1999;Juhasz等,Vaccine 17:1416-1424,1999;Juhasz等,J.Virol. 73:5176-5180,1999;Teng和Collins,J.Virol.73:466-473,1999; Whitehead等,J.Virol.73:871-877,1999;Whitehead等,J.Virol.73: 3438-3442,1999;以及Collins等,Adv.Virus Res.54:423-451,1999, 分别在此引入作为参考)。
前述教导的例证是用于构建和评估在生物学衍生的RSV突变体 中以掺入鉴定的表型特异性突变来修饰感染性重组RSV的方法,如在 重组RSV中来自生物学衍生的所采纳的cp和ts突变,命名如下:cpts RSV 248(ATCC VR 2450)、cpts RSV 248/404(ATCC VR 2454)、cpts RSV 248/955(ATCC VR 2453)、cpts RSV 530(ATCC VR 2452)、cpts RSV 530/1009(ATCC VR 2451)、cpts RSV 530/1030(ATCC VR 2455)、RSV B-1 cp52/2B5(ATCC VR 2542)以及RSV B-1 cp-23(ATCC VR 2579)。
很容易改编这些方法以构建本发明的重组人-牛嵌合RSV。
由此提供 的重组RSV可掺入两个或多个来自相同或不同生物学衍生的RSV突 变体,例如一个或多个248/404、248/955、530/1009或530/1030生物 学突变体。
在本发明的后段,多样的减毒重组体可含有来自两个、三 个或多个生物学突变体的减毒突变的组合,例如来自RSV突变体 530/1009/404、248/404/1009、248/404/1030或248/404/1009/1030突变 体的减毒突变的组合。
在作例证的实施方案中,一个或多个减毒突变 说明在氨基酸Asn43、Phe521、Gln831、Metl169的温度敏感型替换 或在RSV聚合酶基因中Tyrl321或在M2基因的基因起始序列中的温 度敏感型核苷酸替换。
优选地,这些突变包括相同或保守改变,以及 在生物学衍生的突变体RSV中的鉴定的下列改变,例如在L聚合酶 基因中鉴定的下列替换的保守改变:Ile替换Asn43、Leu替换Phe521、 Leu替换Gln831、Val替换Metl169和Asn替换Tyrl321。
可掺入本发明人-牛嵌合RSV的另外突变是,例如在异源RSV或 相关性较远的负链RNA病毒中鉴定的减毒突变。
具体地说,在一负 链RNA病毒中鉴定的减毒和其他所需突变可被“转移”例如拷贝到 人或牛RSV基因组或反基因组的对应位置,要么在人-牛嵌合RSV内 要么作为构建人-牛嵌合RSV的方法。
简而言之,将在一异源负链RNA 病毒中所需的突变转移到RSV受体(例如,分别为牛或人RSV)中。
按 1999年4月13日由Murphy等提交的美国临时专利申请号60/129,006 (在此引入作为参考)所述,这涉及将在异源病毒中的突变作图,由 此通过序列对比在人或牛RSV的对应位点进行鉴定,然后将RSV受 体中的天然序列突变成突变表型(通过相同或保守突变)。
如本发明所 示,优选修饰嵌合基因组或反基因组以便编码在突变主体位点的改 变,该改变保守对应于异源突变体病毒中鉴定的改变。
例如,如果一 氨基酸替换标在与相应野生型序列相比的突变体病毒中的突变位点 上,则在重组病毒的相应残基应被进行类似的替换。
优选地这种替换 将涉及与突变体病毒蛋白中存在的替换残基相同或保守的氨基酸。
但 是,就突变蛋白中的替换残基而言,也可以改变在非保守突变的位点 的天然氨基酸(例如用任何其他氨基酸破坏或损伤野生型残基的功 能)。
鉴定并转移到本发明人-牛嵌合RSV的作例证的突变体中,来自 这些突变体的负链RNA病毒包括其他RSV(例如鼠)、PIV、Sendai病 毒(SeV)、新城病病毒(NDV)、猿病毒5(SV5)、麻疹病毒(MeV)、牛 疫病毒、犬热病毒(CDV)、狂犬病病毒(RaV)和水疱性口炎病毒(VSV)。
公开了各种作例证突变,包括但不限于在RSV L蛋白位置521的苯丙 氨酸的氨基酸替换(对应于在HPIV3 L蛋白位置456的苯丙氨酸替 换)。
在由缺失或插入标记的突变的情况下,可将这些突变作为相应 的缺失或插入物导入重组病毒,但是所缺失或插入的蛋白质片段的具 体大小或氨基酸序列能改变。
在前述引入的参考文献中还公开了各种其他类型的突变,而且这 些突变可很容易地被加工到本发明的重组人-牛嵌合RSV中以校准减 毒作用、免疫原性或提供其他有力的结构和/或表型效果。
例如,用常 规方法将限制位点标记导入人-牛嵌合基因组或反基因组中以便有利于 cDNA构建和操作。
在所引入的参考文献中还描述了各种核苷酸修饰 而非点或位点特异性突变,这些突变在本发明中有用。
例如公开了用 于生产表达其他外源基因,例如氯霉素乙酰转移酶(CAT)或荧光素酶 基因之重组RSV的方法和组合物。
这些重组体通常表现出与所插入基 因有关的生长下降。
这种减毒作用似乎随所插入基因的长度而提高。
外源基因插入到重组RSV中降低复制水平而且在体外传代过程中稳 定,这一发现提供了另一种有效使减毒RSV用于疫苗的方法。
通过插 入其他所需的基因,例如细胞因子例如γ干扰素、白细胞介素-2、 白细胞介素-4和GM-CSF及其他因子可获得类似或提高的效果。
在前述参考文献中公开的用于掺入到本发明重组人-牛嵌合RSV 中的另一些核苷酸修饰包括部分或全部缺失或切除所选的RSV基因。
因此,可缺失RSV基因或基因组区段,包括部分或全部缺失RSV NS1、 NS2、N、P、M、G、F、SH、M2(ORF1)、M2(ORF2)和/或L基因 的读码框和/或顺式作用调节序列。
在一实施例中,产生一重组RSV, 其中通过除去编码SH mRNA和蛋白质的多核苷酸序列而删除了SH 基因的表达。
缺失SH基因不仅产生了可回收的、感染性RSV,而且 在感染性病毒的产率和噬菌斑大小基础上在组织培养中基本上表现出 改进的生长的RSV。
通过SH缺失说明的在组织培养中的生长改善。
为开发人—牛嵌合RSV疫苗提供了有用的工具,例如通过克服培养中 RSV产率低的问题。
此外,这些缺失针对遗传回复是高度稳定的,使 得由此衍生的RSV克隆特别适宜作为疫苗剂。
SH-负RSV重组体还在小鼠上呼吸道表现出位点特异性减毒作 用,这对于疫苗开发提供了新的优势。
正在评估作为活病毒疫苗的现 有RSV菌株,例如cp突变体在组织培养中没有显著地改变生长。
这 些是宿主范围突变,而且它们限制在黑猩猩和人呼吸道中的复制,在 下呼吸道中限制大约100倍。
由于从上呼吸道至下呼吸道体温梯度增 加,另一作例证型突变,ts突变倾向于优先限制病毒在下呼吸道中复 制。
与这些cp和ts突变体相反,SH-负RSV突变体有截然不同的表 型,即它们在上呼吸道中有较大限制。
这对于用于很小的婴儿的疫苗 病毒来说是特别理想的,因为需要在上呼吸道中的复制限制以确保在 该易受伤害的年龄组中安全施用疫苗,该年龄组的婴儿主要是通过鼻 呼吸。
此外,在任何年龄组,在上呼吸道减少复制将会减少因中耳炎 引起的发病率。
除这些优点外,SH缺失突变的性质,包括例如近400 个核苷酸并除去了全部mRNA,代表了对回复高度顽固的一类突变。
在本发明SH基因修饰部分还讨论了比较不同RSV,包括人和牛 RSV以及其他肺炎病毒的SH基因以便为生产有用的RSV重组疫苗提 供另外工具和方法。
例如,两种RSV抗原亚型A和B在特定SH结 构域显示有相对高度的保守性。
在两个所述结构域中,RSV A和B的 N-末端区域和推测的跨膜结构域在氨基酸水平有84%同一性,而C 末端推测的胞外结构域有较大差异(约50%同一性)。
比较两个人RSV B 亚型病毒株,8/60与18537的SH基因,仅有一个氨基酸不同(Anderson 等,同上)。
人对牛RSV的SH蛋白有约40%相同,并共有主要结构 特征包括(i)保守残基的不对称分布;(ii)很相似的疏水性外形;(iii)存 在两个N相连的糖基化位点,两个位点分别在疏水区的两侧;和(iv) 在每个SH蛋白的中心疏水区的C末端侧有一个半胱氨酸残基。
(Anderson等,同上)。
通过评估这些和其他序列相似性和不同,可筛 选出能替换或插入感染性人-牛嵌合RSV克隆中的异源序列,例如以 产生具有多特异性免疫原性效果或者择一或者另外所需效果例如减毒 作用的疫苗。
在本发明基因缺失还公开了改变基因位置的效果。
例如缺失SH 基因在更靠近启动子位置的下游基因位置导致有效的改变。
这可能是 与重组病毒中下游基因转录的增加有关。
因此,还提供通过改变基因 在基因组或反基因组中的顺序或位置来改变RSV基因表达水平的方 法。
预期下游基因表达水平的降低将具体说明减毒表型,而表达增加 能在允许的宿主例如黑猩猩和人中的重组RSV中获得相反的效果。
在上述引入的参考文献中所述的另一实施例中,通过将终止密码 子导入翻译读码框(ORF)而除去NS2基因的表达。
与野生型相比这 种NS2剔除病毒的感染性病毒释放率降低。
另外,比较突变和野生型 病毒的噬菌斑表明NS2剔除的病毒其大小有很大的减小。
因此可将这 类突变掺入活重组人-牛嵌合RSV以产生改变的表型,在这种情况 下,病毒生长率降低,而且体外噬菌斑减小。
因此,根据体外噬菌斑 减小与体内减毒作用间的相关性,这些和其他剔除方法和突变体将提 供其他重组RSV疫苗剂。
通过全部除去NS2基因也可以除去NS2基 因的表达,从而产生有类似表型的病毒。
已成功缺失的其他RSV基因包括NS1和M2-2基因。
前者通过 除去编码相应蛋白质的多核苷酸序列缺失,而后者通过导入移码或改 变翻译起始位点并导入终止密码子缺失。
令人感兴趣的是,回收的NS1- 负病毒在组织培养中产生小噬菌斑,虽然不如NS2缺失病毒那样小。
NS1-负病毒可以生长的事实,虽然效力减小,但鉴定出NS1蛋白是一 种辅助蛋白,对于病毒生长可有可无的。
NS1-负病毒的噬菌斑大小与 NS2剔除病毒相似,其中通过将翻译终止密码子导入至其编码序列中 除去NS2蛋白的表达。
小噬菌斑表型通常与减毒突变有关。
因此,可 将这类突变掺入活重组RSV中以产生改变的表型。
因此,根据体外噬 菌斑大小与体内减毒作用间可知的相关性,这些和其他剔除方法和突 变体将提供其他重组人-牛嵌合RSV疫苗剂。
NS2剔除突变体在幼黑 猩猩的上呼吸道中表现出中等的减毒表型和在下呼吸道中有高度减毒 的表型。
该突变体还在黑猩猩中引发的疾病症状大大降低,而刺激对 野生型病毒攻击的显著抗性(Whitehead等,J.Virol.73:3438- 3442,1999,在此引入作为参考)。
在引入的参考文献中提供的并在本发明中有用的其他方法和组合 物包括在人-牛嵌合RSV内不同核苷酸的修饰,这些修饰在嵌合基因 组或反基因组内改变了顺式作用调节序列。
例如可缺失用于RSV G糖 蛋白分泌形式的翻译起始位点以破坏该形式G糖蛋白的表达。
以两种 形式合成RSV G蛋白:作为固定的II型整合膜蛋白和作为基本上缺 乏所有膜锚钩且被分泌的N末端切除形式(Hendricks等,J.Virol.62: 2228-2233,1988)。
已表明这两种形式是通过在两个不同的起始位点翻 译起始而衍生的:较长的形式从G ORF的第一个AUG开始,第二种 是在密码子48 ORF的第二个AUG开始并通过蛋白水解被进一步加工 (Roberts等,J.Virol.68:4538-4546 1994)。
第二个起始位点的存在是 高度保守的,在迄今为止测序的所有人、牛和羊RSV的病毒株中均存 在。
已暗示可溶形式的G蛋白通过作为引捕器捕获中和抗体可缓和宿 主免疫性。
另外,可溶的G还牵涉进Th2-偏向反应的优先刺激,其依 次似乎与随后暴露于RSV后的免疫病理学提高有关。
就RSV疫苗病 毒而言,最理想的是使抗体捕获最小化或者使免疫系统的刺激不平 衡,因此合乎要求的是除去G蛋白分泌形式的表达。
这点在重组病毒 中已做到。
因此,该突变对于定性和/或定量改变由重组病毒引发的宿 主免疫反应特别有用,而不是对直接减弱病毒有用。
引入的参考文献还描述了通过改变作例证的基因,例如NS1和 NS2的顺式作用转录信号来调整重组RSV的表型。
这些核苷酸修饰的 结果与通过改变顺式调节元件例如以降低连读mRNA的水平并提高下 游基因的蛋白质表达来修饰基因表达是一致的。
所得重组病毒将优选 表现出生长动力学提高且噬菌斑增大。
对顺式作用调节序列作例证的 修饰包括修饰与RSV基因有关的基因终止(GE)和基因起始(GS)信号。
本发明中,作例证的改变包括改变NS1和NS2基因的GE信号,使这 些信号与RSV N基因的天然发生的GE信号相同。
所得的重组病毒表 现出生长动力学提高且噬菌斑增大,因此提供了有益修饰人-牛嵌合 RSV疫苗候选株的表型的其他方法。
部分或完整BRSV背景基因组或反基因组与来自HRSV的异源 基因或基因组区段结合成的嵌合牛-人RSV可掺入来自HRSV A或B 亚型、来自HRSV A和B亚型或者来自一种或多种特异性HRSV病毒 株的异源基因或基因组区段。
在本发明中作例证的HRSV病毒株包括 熟知的RSV A2和Long。
在优选的方面,一个或多个HRSV糖蛋白 基因F、G和SH或编码HRSV糖蛋白基因的胞质结构域、跨膜结构 域、胞外结构域或免疫原性表位的基因组区段可替换BRSV背景基因 组或反基因组内的对应基因或基因组区段。
在其他实施方案中,一个 或两个HRSV糖蛋白基因F和G替换BRSV背景基因组或反基因组 中的一个或两个对应的F和G糖蛋白基因。
在下文所述的具体实施例 中,将来自HRSV Long的F基因替换到rBRSV病毒株ATue51908中 替换对应的BRSV F基因的位置。
在另一实施例中,两种HRSV病毒 株A2的HRSV糖蛋白基因F和G都替换BRSV ATue51908病毒株背 景基因组或反基因组中对应的F和G糖蛋白基因。
在其他实施方案中, 本发明的嵌合人-牛RSV掺入来自一个以上RSV病毒株或亚型,例如 两种人RSV A和B亚型的抗原决定基中。
因此,在上述引入的参考文献中提供的方法和组合物使得允许生 产包含来自两种RSV A和B亚型之序列的减毒人-牛嵌合RSV疫苗病 毒以产生RSV A或B疫苗或双价RSV A/B疫苗(参见例如1999年4 月13日由Collins等提交的美国专利申请号09/291,894,在此引入作 为参考)。
在本发明中,人-牛嵌合RSV可含有编码HRSV A与HRSV B 亚型的抗原决定基的多HRSV基因或基因组区段被导入的BRSV。
然 后通过按上述系统掺入减毒突变可将该病毒减毒至所需的水平。
例 如,已掺入至嵌合RSV A/B病毒中的具体减毒突变包括:(i)5种cp 突变中的3种,即在N(V267I)和两个L(C319Y和H1690Y)中的突变, 但在F中没有2个,因为通过用B1 F基因替换除去了;(ii)已在减毒 A2病毒株中鉴定的248(Q831L)、1030(Y1321N)以及任选的404- L(D1183E)突变;(iii)在M2基因的基因起始信号中的位置9的单一核 苷酸替换,和(iv)SH基因的缺失。
在携带RSV A和/或RSV B基因或 基因组区段的人-牛嵌合RSV中其他可立即利用的突变,包括但不限 于NS1、NS2、G或M2-2基因缺失,以及530和1009突变,可以 是单独的或组合的。
在本发明的其他方面,用人-牛嵌合RSV作为异源病原体保护 性抗原的“载体”,包括其他RSV和非RSV病毒和非病毒病原体。
在这些方面内,牛-人嵌合基因组或反基因组含有部分或完整RSV“载 体基因组或反基因组”,组合了一个或多个编码一种或多种异源病原 体的一个或多个抗原决定基的异源基因或基因组区段(参见例如美国 临时专利申请序列号60/170,195;美国专利申请号09/458,813;和美 国专利申请号09/459,062,每篇文献在此引入作为参考)。
在本发明 中该异源病原体可以是异源RSV(例如不同RSV病毒株或亚型), 异源基因或基因组区段可选择编码一种或多种上述鉴定的RSV蛋白质 以及其蛋白质结构域、片段和免疫原性区域或表位。
由此构建的RSV 载体疫苗可引发多特异性免疫反应并可同时施用或者与其他疫苗剂协 同施用。
作为其他病原体载体改造的人-牛嵌合RSV可含有部分或完整 HRSV基因组或反基因组的载体基因组或反基因组,它可与编码一种 或多种异源RSV,包括选有HRSV A或HRSV B的异源HRSV的抗 原决定基的一个或多个异源基因或基因组区段组合或经修饰后掺入其 中。
在其他方面,该载体基因组或反基因组是部分或完整HRSV基因 组或反基因组,而且编码抗原决定基的异源基因或基因组区段是一种 或多种非RSV病原体。
通常,嵌合基因组或反基因组掺入具体说明减 毒作用的一个或多个BRSV基因或基因组区段。
或者,该载体病毒可 包括掺入一个或多个HRSV基因或基因组区段的部分或完整BRSV背 景基因组或反基因组,其中对该人-牛嵌合RSV载体进行修饰以包括 编码非RSV病原体之抗原决定基的一个或多个供体基因或基因组区 段。
因此,在本发明的特定详细的方面,提供人-牛嵌合RSV作为各 种非-RSV病原体的载体(参见例如美国临时专利申请序列号 60/170,195;美国专利申请号09/458,813;以及美国专利申请号 09/459,062,分别在此引入作为参考)。
用于本发明这些方面的载体基 因组或反基因组可含有分别掺入异源HRSV或BRSV基因或基因组区 段的部分或完整BRSV或HRSV基因组或反基因组,而且该异源病原 体可选自麻疹病毒、A和B亚型呼吸道合胞病毒、HPIV1、HPIV2、 HPIV3流行性腮腺炎病毒、人乳头瘤病毒、1型和2型人免疫缺陷型 病毒、单纯性疱疹病毒、巨细胞病毒病毒、狂犬病病毒、EB病毒、 线状病毒、布尼亚病毒、黄热病病毒、虫传病毒和流感病毒。
例如,用于构建本发明牛—人嵌合RSV的HRSV或BRSV载体 基因组或反基因组可掺入选自麻疹病毒HA和F蛋白质或其抗原结构 域、片段或表位的异源抗原决定基。
在作例证实施方案中,含麻疹病 毒HA的读码框(ORF)的转录单位被加入或掺入到BRSV或HRSV3 载体基因组或反基因组中。
或者可用本发明的牛-人嵌合RSV作为载 体以掺入来自副流感病毒(PIV)的异源抗原决定基,例如通过掺入编码 HPIV1、HPIV2、或HPIV3 HN或F糖蛋白或其免疫原性结构域或表 位的一个或多个基因或基因组区段。
如上所述,本发明作例证的实施方案的特征是替换或加入人或牛 RSV的异源基因、基因组区段或单个核苷酸或多核苷酸,它们被加至 或替换部分或完整背景牛或人RSV基因组或反基因组以产生人—牛嵌 合RSV基因组或反基因组。
在本发明的一个方面,人-牛嵌合RSV 掺入部分或完整牛背景RSV基因组或反基因组,其与来自一种或多种 人RSV亚型或病毒株的一个或多个异源基因或基因组区段相组合。
者,人-牛嵌合RSV可掺入部分或完整人背景RSV基因组或反基因 组,其与来自一种或多种牛RSV的异源基因或基因组区段相结合。
选 作异源插入或增加至背景基因组或反基因组的基因和基因组区段包括 编码RSV NS1、NS2、N、P、M、SH、M2(ORF1)、M2(ORF2)、L、 F或G蛋白质的任何野生型或突变基因或基因组区段,或其部分或任 何其他基因组区段。
优选地,异源人基因编码RSV F、G或SH糖蛋 白以提供所需的免疫原性效果。
在一作例证实施方案中,用一个或多 个人RSV糖蛋白基因F、SH和/或G加入或替换在部分或完整牛基 因组或反基因组以产生在敏感宿主中引发抗人RSV免疫反应的减毒 的、感染性人-牛嵌合体。
或者,人-牛嵌合RSV可掺入一个或多个编 码人RSV F、G或SH糖蛋白的胞质结构域、跨膜结构域、胞外结构 域或免疫原性表位的基因组区段。
这些免疫原性蛋白、结构域和表位 在所免疫的宿主中也可产生新型免疫反应。
例如,将来自人RSV亚型 或病毒株的一个或多个免疫原性基因或基因组区段加入或替换到牛背 景基因组或反基因组产生重组、嵌合病毒或亚病毒颗粒,该重组、嵌 合病毒或亚病毒颗粒能够产生针对抗一种或多种特异性人RSV“供 体”亚型或病毒株的免疫反应,而牛骨架赋予减毒表型,使嵌合体成 为疫苗开发的有用候选株。
因此,将来自一种RSV病毒株或亚型的异 源供体基因或基因组区段与作为供体基因或基因组区段背景的受体 RSV基因组或反基因组组合或替换作为供体基因或基因组区段背景的 受体RSV基因组或反基因组组合或替代。
受体基因组或反基因组作为 “载体”以便输入和表达一种或多种编码不同病毒的抗原决定基的异 源基因或基因组区段以产生表现新型结构和/或表型,特别是免疫原性 特征的嵌合RSV。
或者在所选的背景RSV中加入或替换异源基因或 基因组区段产生与未修饰受体和/或供体的相应表型比较的减毒作用、 生长改变或其他需要的表型改变。
导入异源免疫原性蛋白、结构域和表位以产生嵌合RSV对于在 所免疫的宿主中产生新型免疫反应特别有用。
将来自一供体RSV亚型 或病毒株的免疫原性基因或基因组区段加入或替换至不同RSV亚型或 病毒株的受体基因组或反基因组内可产生针对抗供体亚型或病毒株、 受体亚型或病毒株或者供体和受体亚型或病毒株的免疫反应。
为了达 到该目的,还可构建人-牛嵌合RSV,该嵌合RSV表达嵌合蛋白,例 如具有对融合了不同RSV胞外结构域的RSV特异性的胞质尾和/或跨 膜结构域的免疫原性糖蛋白以提供例如人-牛融合蛋白或者掺入了来自 两种人RSV亚型或病毒的结构域的融合蛋白。
在一优选的实施方案 中,人-牛嵌合RSV基因组或反基因组编码具有人和牛糖蛋白结构域 或免疫原性表位的重组病毒或亚病毒颗粒中的嵌合糖蛋白。
例如,可 将编码人RSV F、SH或G糖蛋白的糖蛋白胞外结构域的异源基因组 区段与编码相应牛F、SH或G糖蛋白胞质和内结构域的多核苷酸序 列(即基因组区段)相连以形成人-牛嵌合RSV基因组或反基因组。
在其他实施方案中,可方便地修饰用于疫苗制剂的人-牛嵌合RSV 以在循环病毒中容纳抗原漂移。
通常该修饰将在G和/或F蛋白中。
来自一RSV病毒株,完整G或F基因或编码特定免疫原性区域的其 基因组区段通过替换不同RSV病毒株或亚型之受体克隆中的相应区 域,或者通过增加一个或多个拷贝的所述基因而被掺入嵌合RSV基 因组或反基因组中,以便代表数种抗原形式。
从修饰的RSV克隆产生 的子代病毒可用在抗新出现的RSV病毒株的接种疫苗方案中。
本发明的各种其他实施方案包括将目的供体基因的一部分加入或 替换到受体基因组或反基因组中。
通常,非编码核苷酸例如顺式作用 调节元件和基因间序列不需要与供体基因编码区一起转移。
因此,可 将特定基因的编码序列(例如部分或完整读码框(ORF))加入或替换至 在与供体序列相比对应基因或不同基因之异源启动子(例如存在于背景 基因组或反基因组中的启动子)控制下的部分或完整背景基因组或反基 因组中。
各种其他基因组区段为包含在嵌合基因组或反基因组内提供 有用的供体多核苷酸以表达具有新型有用特性的嵌合RSV。
例如,异 源基因组区段可编码来自人或牛RSV的所选蛋白质的部分或全部糖蛋 白胞质尾区,跨膜结构域或胞外结构域、表位位点或区域、结合位点 或含结合位点的区域、活性位点或含活性位点的区域等。
可将这些或 其他基因组区段加至完整背景基因组或反基因组中或在此替换为对应 的基因组区段以产生新型嵌合RSV重组体。
特定重组体将表达嵌合蛋 白,例如具有与另一RSV的胞外结构域融合的一种RSV的胞质尾和 /或跨膜结构域的蛋白。
根据本发明的一个方面,通过用异源基因或基因组区段替换在部 分RSV背景基因组或反基因组中的对应基因或基因组区段来构建人- 牛嵌合RSV。
或者,可将异源基因或基因组区段作为额外基因或基因 组区段与完整(如果另一基因或基因组区段缺失,则部分)RSV背景基 因组或反基因组组合一起加入。
可将该异源基因或基因组区段加入至 部分或完整RSV背景基因组或反基因组内的基因间位置以便不会破 坏背景基因组或反基因组内的读码框。
可在相对于部分或完整RSV背景基因组或反基因组内对应基因 或基因组区段的野生型基因顺序位置加入或替换异源基因或基因组区 段,由此取代或替换对应的基因或基因组区段(例如至距启动子更远的 位置)。
在另外实施方案中,可在与背景基因组或反基因组内对应基因 或基因组区段的野生型基因顺序位置相比距启动子更近或距启动子更 远的位置加入或替换异源基因或基因组区段,这样分别会提高或降低 该异源基因或基因组区段的表达。
就基因顺序而言,前述引入的大量参考文献集中于RSV和其他 病毒中天然发生的顺序修饰。
例如,在RSV中,逐个缺失NS1、NS2、 SH和G基因,和NS1和NS2基因一起缺失,由此移动下游各基因相 对于病毒启动子的位置。
例如,当NS1和NS2基因一起缺失时,N 就从位置3移到位置1,P从位置4移到位置2等。
或者,缺失该基 因顺序内的任何其他基因将会仅影响位于更下游之那些基因的位置 (相对于启动子)。
例如,SH在野生型病毒中占据位置6,其缺失不 会在位置5的M(或任何其他上游基因),但使G相对于启动子从位 置7移动到位置6。
应注意基因缺失还可发生(罕见)在生物学衍生 的突变病毒中。
例如,在细胞培养中已广泛传代的B亚型RSV自发 缺失SH和G基因(Karron等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 94:13961- 13966,1997;在此引入作为参考)。
注意“上游”和“下游”分别指距 启动子近和距启动子远的方向(启动子在负义基因组RNA3’前导末 端)。
用本发明人-牛嵌合RSV的基因顺序移动修饰(即在重组病毒基因 组中将一个或多个基因移向更靠近启动子或更远离启动子位置的位置 修饰)导致产生具有改变的生物学特性的病毒。
例如已表明缺失NS1、 NS2、SH、G,NS1和NS2一起缺失,或SH和G一起缺失的RSV 在体外、体内或者体内外是减毒的。
这种表型可能主要是由于特异性 的病毒蛋白表达丢失。
但是,改变的基因图谱也可能有助于所观察的 表型。
用SH-缺失病毒可以很好地说明该效应,在某些细胞中该病 毒比野生型生长得更有效,可能是由于基因缺失和基因顺序发生改变 以及可能是由于基因组大小改变而引起转录、复制或两者的增加。
在 其他病毒中,例如其中缺失NS1和/或NS2的RSV中,由于基因顺序 可能的改变而发生的改变的生长因RSV蛋白质表达丢失而被更显著的 表型遮掩了。
导入其他改变以改变RSV的基因顺序,从而致力于提高其作为 活减毒疫苗的特性。
(参见美国临时专利申请,其题目为从靠近启动子 的基因表达保护性抗原的呼吸道合胞病毒疫苗,2000年6月23日由 Krempl提交,identified by Attorney Docket Number 015280-424000US, 在此引入作为参考)。
具体地说,各自和串联地将G和F基因移动到 相对于其野生型基因顺序更靠近启动子的位置。
这两个蛋白质正常在 RSV基因顺序中占据位置7(G)和8(F)(NS1-NS2-N-P-M-SH-G-F-M2- L)。
为了提高成功回收的可能性,用其中已缺失SH基因的RSV版本 进行操作(Whitehead等,J.Virol.,73:3438-42(1999),在此引入作为 参考)。
因为该病毒在体外产生更大的噬菌斑,所以这样做有利于回收 (Bukreyev等,J.Virol.,71:8973-82(1997),在此引入作为参考)。
然后 将G和F逐个分别移到位置1,或者一起移到位置1和2。
令人惊奇的是,其中将G或F移到位置1,或者其中将G和F 分别移到位置1和2的重组RSV很容易回收。
该结果与以前用VSV 进行的研究有很大不同,单个VSV糖蛋白基因仅有2个位置的移动 对病毒生长非常有害。
回收这些改变的病毒的能力也是令人吃惊的, 因为RSV无效率地复制,还因为RSV有复杂的基因顺序,并且糖蛋 白基因的移动涉及大量位置的改变。
确实,重排RSV亲本生长与它们 具有野生型基因顺序的直接亲本至少一样好。
如上所述,这对于RSV 特别重要,因为野生型病毒在细胞培养中无效率生长,并且在体外复 制的进一步减少可能会使疫苗制品不可行。
因此,明显的是所有NS1- NS2-N-P-M蛋白可由相对于启动子的一个或两个位置替换而不会显著 降低生长适应性。
另外,检测G糖蛋白的表达表明比其亲本病毒G糖 蛋白提高到数倍。
这显示在第一个位置含G和/或F的疫苗病毒表达 比其他病毒蛋白表达更高摩尔量的保护性抗原,因此代表了具有所需 疫苗特性的病毒。
用其中在其本身缺失NS2基因,或者其中一起缺失NS1和NS2 基因的两个高度减毒的疫苗候选株在基因顺序中可获得类似的广泛的 修饰。
在这两者疫苗候选株中,将G和F糖蛋白一起分别移到位置1 和2,从其源下游位置缺失G、F和SH糖蛋白。
因此,回收的病毒 G1F2ΔNS2ΔSH和G1F2/ΔNS1ΔNS2ΔSH除了G和F基因的移动外, 分别还有2和3个基因的缺失。
为了说明所涉及改变的程度,比较 野生型RSV(NS1-NS2-N-P-M-SH-G-F-M2-L)和G1F2/ΔNS2ΔSH病毒 (G-F-NS1-N-P-M-M2-L)或ΔNS1ΔNS2ΔSH(G-F-N-P-M-M2-L)的基因顺 序。
这表明相对于启动子大多数或所有基因的位置都被改变。
然而, 这些高度减毒的衍生物仍保留了在细胞培养中生长的能力。
下列实施例提供感染性重组人-牛嵌合RSV(rBRSV/HRSV)的作例 证构建,其中将HRSV G和F基因替换到重组牛RSV(rBRSV)背景中。
所得的人-牛嵌合体含两个HRSV基因,即G和F,和8个BRSV基 因,即NS1、NS2、N、P、M、SH、M2和L。
除这种基本替换的糖蛋白构建外,即相对于F和G基因在RSV 基因组中的野生型基因顺序位置,将HRSV G和F基因移到rBRSV 骨架中更靠近启动子的位置。
更具体地说,将F和G基因从其相对于 启动子的通常位置即位置7和8分别移到位置1和2。
所得的嵌合重组病毒rBRSV/A2-G1F2在由免疫荧光检测的F和 G蛋白质表达水平与野生型HRSV的很相似,该结果与由于基因向靠 近启动子的方向移动而导致的G和F糖蛋白的表达增加一致。
由于本 发明的rBRSV/A2-G1 F2病毒在其遗传背景中携带相同的BRSV基因 构象,因此它可能共享这种强宿主范围限制表型。
在本发明中,这两 种保护性抗原体内表达的增加将会提高该病毒的免疫原性以产生非常 令人满意的疫苗特性。
为了构建嵌合RSV,可将异源基因全部或部分加入或替换到背景 基因组或反基因组中。
在通过替换产生嵌合体的情况下,用编码来自 人或牛RSV的蛋白质或蛋白质区域(例如胞质尾、跨膜结构域或胞外 结构域、表位位点或区域、结合位点或区域、活性位点或含活性位点 的区域等)的所选基因或基因组区段替换在背景RSV基因组或反基 因组中的对应基因或基因组区段以产生与一种或两种各自的野生型 (或突变亲本)RSV病毒株相比具有所需表型的改变的新重组体。
如 本文所用,″对应″基因或基因组区段指来自不同RSV的对应多核苷 酸,该多核苷酸编码同源或等同蛋白质或蛋白质区域、表位或氨基酸 残基,或者″对应″基因或基因组区段代表可包括但不限于不同RSV亚 型或病毒株间的种和等位基因变体的同源或等同顺式作用信号。
人和牛病毒株具有相同的基因图谱并编码基本相同的mRNA和 蛋白质构象。
例如,每种都有编码NS1、NS2、N、P、M、SH、G、 F、M2-1、M2-2和L蛋白质的ORF。
所选人和牛蛋白质间的氨基酸 同一性百分比为:NS1(69%)、NS2(84%)、N(93%)、P(81%)、M(89%)、 SH(38%)、G(30%)、F(18%)、M2-1(80%)、L(77%)。
因此,总之, 在这两种病毒的基因和基因组区段间有清楚的辨别对应性,因此替 换、转移和插入的设计直接了当。
用于本发明人-牛嵌合RSV的对应基因和基因组区段包括一组具 有一系列大小和序列变体的交替的多核苷酸。
就此而言,有用的基因 组区段从约15-35个核苷酸,在编码蛋白质的小功能结构域,例如表 位位点的基因组区段的情况下,到约50、75、100、200-500和500-1,500 或更多核苷酸的编码较大结构域或蛋白质区域的基因组区段。
对应基 因和基因组区段的选择依赖于主体对应物间在基因组中序列同一性或 线性对应性。
在本发明中,将所选的即人或牛多核苷酸″参考序列″定 义为存在于供体或受体基因组或反基因组中的序列或其部分。
用参考 序列作为定义的序列以提供与对应异源序列进行序列比较的合理基 础。
例如,参考序列可以是定义的cDNA或基因的片段,或完整cDNA 或基因序列。
通常,在定义对应基因和基因组区段中所用的参考序列 至少20个核苷酸长,经常至少25个核苷酸长,且常常至少50个核 苷酸长。
由于两个多核苷酸可各(1)含有在两个多核苷酸间相似的序列 (即完整多核苷酸序列的一部分),和(2)可进一步含有在两个多核苷酸 间不同的序列,所以通常通过比较“比较窗口”上两个多核苷酸的序 列进行两个(或多个)多核苷酸间的序列比较以鉴定和比较局部区域 序列相似性。
本文所用″比较窗口″指至少20个邻近核苷酸位置的概念 片段,其中可将多核苷酸序列比为至少20个邻近核苷酸的参考序列, 而且其中在比较窗口中的部分多核苷酸序列可含有与参考序列(不含 有加入或缺失)相比20%或更低的加入或缺失(即缺口)以使这两个 序列的排列最佳。
用于校正比较窗口的最佳序列排列可通过下列算法 进行:局部同源算法(Smith & Waterman,Adv.Appl.Math.2: 482,1981)、同源排列算法(Needleman & Wunsch,J.Mol.Biol.48: 443,1970)、相似方法检索(Pearson & Lipman,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85:2444,1988)、(各篇文献引作参考),这些算法的计算机化处理(GAP, BESTFIT,FASTA,and TFASTA in the wisconsin Genetics Software Package Release 7.0,Genetics Computer Group,575 Science Dr.,Madison, WI,在此引入作为参考),或者通过校验,并选择各种方法产生的最佳 排列(即在比较窗口导致最高百分比的序列相似性)。
术语″序列同一性 ″指在比较窗口上两个多核苷酸序列是相同的(即在一个核苷酸接一个 核苷酸的基础上)。
术语″序列同一性百分比″计算:通过比较在比较窗 口上两个最佳排列的序列,确定两个序列中有相同核酸碱基(例如,A、 T、C、G、U或I)的位置数以得到匹配的位置数,匹配的位置数除以 比较窗口中的位置总数(即窗口大小),将结果乘以100,得到序列同一 性百分比。
牛和人RSV间的对应残基位置可以不同、相同或者因保守氨基 酸取代而有所区别。
保守氨基酸取代指具有相似侧链的残基相互替 换。
例如,具有脂肪族侧链的保守氨基酸组为甘氨酸、丙氨酸、缬氨 酸、亮氨酸和异亮氨酸;具有脂肪族一羟基侧链的一组氨基酸为丝氨 酸和苏氨酸;具有含酰胺侧链的一组氨基酸为天门冬酰胺和谷酰胺; 具有芳香族侧链的一组氨基酸是苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸;具有碱 性侧链的一组氨基酸为赖氨酸、精氨酸和组氨酸;具有含硫侧链的一 组氨基酸为半胱氨酸和甲硫氨酸。
优选的保守氨基酸替换组为:缬氨 酸-亮氨酸-异亮氨酸、苯丙氨酸-酪氨酸、赖氨酸-精氨酸、丙氨酸-缬 氨酸以及天冬酰胺-谷酰胺。
这20种常规氨基酸、非天然氨基酸例如 α,α-二取代的氨基酸、N-烷基氨基酸、乳酸和其他非常规氨基酸 的立体异构体也适宜作为本发明多肽的组分。
非常规氨基酸的实例包 括:4-羟脯氨酸、γ-羰基谷氨酸盐、ε-N,N,N-三甲基赖氨酸、ε-N-乙 酰赖氨酸、O-磷酸丝氨酸、N-乙酰丝氨酸、N-甲酰甲硫氨酸、3-甲基 组氨酸、5-羟赖氨酸、ω-N-甲基精氨酸和其他氨基酸和亚氨基酸(例 如4-羟脯氨酸)。
此外可通过糖基化、磷酸化等修饰氨基酸。
本发明采用以cDNA为基础的方法来构建各种重组体、人-牛嵌 合RSV病毒和亚病毒颗粒。
这些重组RSV为用作疫苗剂提供了改善 的减毒特征和免疫原性。
被改造到人-牛嵌合RSV中的所需表型改变 包括,但不限于在培养或所选的宿主环境中减毒、对减毒表型回复的 抗性、提高的免疫原性特征(例如通过所引发的免疫反应的提高、或减 低确定的)、所选病毒产物的转录和/或翻译的上调或下调等。
在本发 明优选的方面,生产减毒人-牛嵌合RSV,其中通过导入一个或多个 具体说明减毒表型的减毒突变而进一步修饰嵌合基因组或反基因组。
可如上引入的参考文献所述的常规设计诱变策略重新产生这些突变并 检测其减毒效果。
或者,可在生物学衍生的突变RSV中鉴定减毒突变, 然后掺入本发明的人-牛嵌合RSV中。
用于掺入人-牛嵌合RSV疫苗病毒株的生物学衍生RSV中的减毒 突变可以是天然的或者通过熟知的诱变方法导入野生型RSV病毒株 中。
例如,按本发明和在1999年7月13日授权的USSN美国专利号 5,922,326通常描述(在此引入作为参考),在病毒于已加入化学诱变 剂的细胞培养基的生长过程中,通过化学诱变,筛选在次最佳温度下 传代的病毒以便导入生长限制突变,或者筛选在细胞培养中产生小噬 菌斑(sp)的诱变病毒可产生不完全减毒的亲本RSV。
″生物学衍生的RSV″指非通过重组方法产生的任何RSV。
因此, 生物学衍生的RSV包括天然产生的RSV的所有亚型和病毒株,包括, 例如具有野生型基因组序列的自然产生的RSV和具有来自参考野生型 RSV序列的基因组变体的RSV,例如具有说明减毒表型的突变RSV。
同样,生物学衍生的RSV包括尤其通过人工诱变和筛选过程衍生自亲 本RSV病毒株的RSV突变体。
为了生物学衍生的病毒株生产令人满意的减毒RSV,优选将突变 导入已不完全或部分减毒的亲本病毒株中,例如熟知的RSV A亚型的 A2病毒株的ts-1或ts-1NG或cpRSV突变体或其衍生物或亚克隆。
这些和其他部分减毒的病毒株,还可产生进一步使病毒株减毒的另外 突变,例如在哺乳动物宿主中达到所需的限制复制水平,同时保留足 够的免疫原性以在疫苗中赋予保护作用。
生产A或B亚型病毒的部分减毒突变体,即在可接受的细胞底 物中,通过熟知的生物学方法克隆野生型病毒并开发例如其冷传代突 变体,将该病毒经化学诱变以产生ts突变体,或者筛选小噬菌斑或类 似表型的突变体(参见例如,Murphy等,国际公开号WO 93/21310, 在此引入作为参考)。
对于B亚型病毒,一个作例证的部分减毒的亲 本病毒是cp 23,它是B亚型的B1病毒株的突变体。
可结合各种已知的筛选技术从非减毒A或B亚型病毒株中产生 部分减毒的突变体,这些突变体如本文所述用于进一步衍生。
此外, 具体说明减毒表型的突变可被逐个导入或组合导入到不完全减毒的A 或B亚型病毒中以产生具有多种定义的减毒突变的疫苗病毒,这种减 毒突变赋予疫苗所需的减毒水平和免疫原性。
如上所述,用多种已知方法可实现生产充分减毒的生物学衍生的 RSV突变体。
一种方法涉及在渐低的减毒温度下使部分减毒的病毒在 细胞培养中传代。
例如,通常在约34-37℃培养野生型病毒,而在次 最适温度,例如20-26℃通过在细胞物(例如初级牛肾细胞)中传代 产生部分减毒的突变体。
因此,cp突变体或其他部分减毒的病毒株, 例如ts-1或spRSV通过在MRC-5或Vero细胞中传代,在低至约20 -24℃,优选20-22℃的温度下仍能适应且有效生长。
与部分减毒亲 本相比,在冷传代过程中这种筛选突变RSV基本上降低了在衍生病毒 株中的任何残留毒力。
或者,能将特异性突变导入到生物学衍生的RSV中,即对部分 减毒的亲本病毒进行化学诱变,例如以导入ts突变,或者在已是ts病 毒的情况下,导入另一个ts突变足以赋予提高减毒衍生物ts表型的减 毒作用和/或稳定性。
将ts突变导入RSV的方法包括:在存在诱变剂 例如5-氟尿苷或5-尿嘧啶浓度为约10-3-10-5M,优选约10-4M时的 复制病毒,按照例如在(Gharpure等,J.Virol.3:414-421,1969和 Richardson等,J.Med.Virol.3:91-100,1978)中所述的一般方法将病毒 暴露于浓度为约100μg/ml亚硝基胍,或者遗传导入特异性的ts突变。
也可使用其他化学诱变剂。
减毒作用可产生于在几乎所有RSV基因中 的ts突变,尽管已发现为此目的一个特别修正的靶为聚合酶(L)基因。
在本发明内所用的作例证的减毒RSV中,复制的温度敏感性水 平是通过比较其在可允许温度的复制与其在多种限制性温度的复制而 确定。
与其在可允许温度的复制相比,病毒复制降低100倍或更多的 最低温度称为关闭温度。
在试验动物和人中,RSV的复制和毒力与突 变体的关闭温度有关。
关闭温度为39℃之突变体的复制是中度受限制 的,而关闭温度为38℃突变体复制更差,并且疾病症状主要限于上呼 吸道。
关闭温度为35℃-37℃的病毒通常在黑猩猩中是完全减毒的, 而在人中是基本上减毒的。
因此,减毒的生物学衍生突变体和本发明 ts人-牛嵌合RSV的关闭温度将在约35℃-39℃范围,优选35℃-38 ℃。
将ts突变加入到部分减毒的菌株中产生可用于本发明疫苗组合物 的多减毒病毒。
采用多轮化学诱变将多突变导入病毒中,该病毒已在冷传代过程 中减毒,已开发出许多用于鼻内给药的作为候选疫苗的减毒RSV(例 如,Connors等,Virology 208:478-484,1995;Crowe等,Vaccine 12: 691-699,1994;以及Crowe等,Vaccine 12:783-790,1994,在此引入作 为参考)。
用成年和幼啮齿动物、黑猩猩评估表明这些候选疫苗菌株中 的某些菌株遗传相对稳定、高度免疫原性、减毒令人满意。
对这些减 毒病毒中的一部分进行核苷酸序列分析表明各提高的减毒水平与特异 核苷酸和氨基酸替换有关。
上述引入的参考文献也公开了通过单独和 以各种组合将突变导入在感染性RSV克隆的基因组或反基因组中如何 常规区分沉默突变与负责表型差异突变。
该方法与评估亲本和衍生病 毒的表型特征相结合鉴定突变体,这些突变体负责所需特征如减毒、 温度敏感性、冷适应性、小噬菌斑、宿主范围限制等。
将由此鉴定的突变编入″菜单″,然后按需要单独或组合导入以校 正人-牛嵌合RSV疫苗病毒达到适宜的减毒水平、免疫原性、对从减 毒表型回复的遗传抗性等。
优选地,本发明的嵌合RSV通过掺入至少 一个和多个,优选2个或多个从所述菜单中鉴定的减毒突变而得到减 毒,这些突变体可定义为一组生物学衍生突变RSV菌株中的一组已知 突变。
本文所述的优选突变RSV菌株组是冷传代的(cp)和/或温度敏感 性(ts)突变体,例如一组包含RSV突变体命名为cpts RSV 248(ATCC VR 2450)、cpts RSV 248/404(ATCC VR 2454)、cpts RSV 248/955(ATCC VR 2453)、cpts RSV 530(ATCC VR 2452)、cpts RSV 530/1009(ATCC VR 2451)、cpts RSV 530/1030(ATCC VR 2455)、RSV B-1 cp52/2B5 (ATCC VR 2542)和RSV B-1 cp-23(ATCC VR 2579)(根据布达佩斯条 约,分别保藏在美国10801 University Boulevard,Manassas,Virginia 20110-2209的美国典型培养物保藏中心(ATCC),并授与上述保藏号)。
从该作例证的一组生物学衍生的突变体中,提供了可与组内任何 其他突变组合的减毒突变的大菜单以校正用作疫苗的重组人-牛嵌合 RSV中的减毒水平。
另一些突变可衍生自具有非ts和非-cp减毒突变 的RSV,如在例如小噬菌斑(sp)、冷适应的(ca)或宿主范围限制的(hr) 突变体菌株中鉴定的突变体。
可在供体或受体RSV基因的编码区或非 编码区例如顺式调节序列中选择突变体。
例如,减毒突变可包括基因 起始序列中的单或多碱基改变,例如在M2基因起始序列中核苷酸7605 的单或多碱基替换。
设计并筛选用于疫苗的人-bovine嵌合RSV常常含有至少2个, 有时3个或多个减毒突变以达到令人满意的减毒水平用于广泛的临 床。
在一个实施方案中,至少一个减毒突变发生在RSV聚合酶基因(在 供体或受体基因)中,并涉及核苷酸替换,核苷酸替换决定聚合酶蛋白 中氨基酸改变,氨基酸改变又体现温度敏感型(ts)表型。
在本发明中, 作例证的人-牛嵌合RSV在大聚合酶基因L中掺入一个或多个核苷酸 替换,从而在氨基酸Asn43、Phe521、Gln831、Metl169或Tyrl321产 生氨基酸改变,如变化所例证的Leu替换Phe521、Leu替换Gln831、 Val替换Metl169以及Asn替换Tyrl321。
或者或另外,本发明的嵌合 RSV在不同RSV基因,例如M2基因中掺入ts突变。
优选地,将2 个或多个核苷酸改变掺入到说明减毒突变的密码子中,例如具体说明 ts突变的密码子,由此降低从减毒表型回复的可能性。
根据本发明方法,人-牛嵌合RSV很容易构建并表征为掺入至少 1个最多达全部存在于一组生物学衍生突变RSV菌株中的减毒突变。
因此,可以以任何组合从所选突变体组中组装突变,例如cpts RSV 248 (ATCC VR 2450)、cpts RSV 248/404(ATCC VR 2454)、cpts RSV 248/955 (ATCC VR 2453)、cpts RSV 530(ATCC VR 2452)、cpts RSV 530/1009 (ATCC VR 2451)、cpts RSV 530/1030(ATCC VR 2455)、RSV B-1 cp52/2B5(ATCC VR 2542)和RSV B-1 cp-23(ATCC VR 2579)。
用这种 方法,可细致地校正嵌合疫苗候选株的减毒作用以便用于一类或多类 患者,包括血清反应阴性婴儿。
在更具体的实施方案中,用于疫苗的人-牛嵌合RSV掺入至少一 个最多达全部减毒突变体,这些减毒突变体具体说明了在RSV聚合酶 基因L内Asn43、Phe521、Gln831、Metl169或Tyrl321温度敏感型和 /或减毒氨基酸替换,或者在M2基因的基因起始序列中的温度敏感型 核苷酸替换。
或者,或另外所要求的嵌合RSV可掺入至少1个最多达 全部来自冷传代减毒RSV的突变体,例如表明在RSV N基因中 Val267、RSV F基因中Glu218或Thr523、RSV聚合酶基因L中Cys319 或His 1690氨基酸替换的一个或多个突变。
在其他详细的实施方案中,进一步修饰本发明的人-牛嵌合RSV 以掺入选自下列的减毒突变:(i)表明在RSV聚合酶基因L中温度敏 感型氨基酸替换Gln831到Leu、Tyrl321到Asn的一组突变;(ii)在M2 基因的基因起始序列中的温度敏感型核苷酸替换;(iii)采纳自冷传代 RSV具体说明RSV N基因中Val267 Ile和RSV聚合酶基因L中Cys319 Tyr与His1690 Tyr的一组减毒突变;或者(iv)缺失或除去一个或多个 RSV SH、NS1、NS2、G和M2-2基因的表达。
优选地,这些和其他 人-牛嵌合RSV例子掺入采自生物学衍生的突变RSV的至少2个减毒 突变,这种减毒突变可衍生自相同或不同的生物学衍生的突变RSV菌 株。
另外优选地,这些作例证突变体含有一个或多个通过在表明突变 的密码子中的多核苷酸改变而稳定的减毒突变。
根据前文描述,从cDNA产生感染性RSV的能力使得可以在人- 牛嵌合RSV中导入具体加工的改变。
具体地说,将感染性的重组RSV 用于鉴定生物学衍生的减毒RSV菌株中的特异性突变,例如表明ts、 ca、att和其他表型的突变。
由此鉴定所需突变,然后导入重组人-牛 嵌合RSV疫苗菌株。
从cDNA生产病毒的能力使得可常规将这些突 变,单独或以各种所选组合掺入到全长cDNA克隆中,然后,很容易 确定含所导入突变的拯救重组病毒的表型。
通过鉴定并掺入与所需表型,例如cp或ts表型有关的特异性的 生物学衍生的突变至感染性的嵌合RSV克隆,本发明提供了在所鉴定 突变、或者靠近所鉴定突变内的其他位点特异性修饰。
尽管在生物学 衍生的RSV中产生的大多数减毒突变是单核苷酸改变,但其他″位点 特异性″突变也可通过重组技术掺入到生物学衍生或重组RSV中。
本 文所用位点特异性突变包括从1到3个,最多达约5-15个或更多改 变的核苷酸插入、替换、缺失或重排(例如,从野生型RSV序列,从 所选突变RSV菌株的序列或者从亲本重组RSV克隆经诱变而改变)。
可将这些位点特异性突变掺入在所选生物学衍生突变上或区域内。
或 者,可将突变导入RSV克隆内的各其他部分,例如导入在或靠近顺式 调节序列或编码蛋白质活性位点、结合位点、免疫原性表位等的核苷 酸序列。
位点特异性RSV突变体通常保留了所需的减毒表型,但还可 表现出与减毒无关的改变的表型特征,例如提高或扩大的免疫原性和/ 或提高的生长能力。
所需位点特异性突变体的进一步实例包括所设计 的在具体说明减毒突变的密码子中掺入其他稳定核苷酸突变的重组 RSV。
如果可能,可在亲本突变体或重组RSV克隆中表明减毒氨基酸 改变的密码子导入2个或多个核苷酸替换,产生具有抗减毒表型回复 的遗传抗性的生物学衍生的或重组RSV。
在其他实施方案中,将位 点特异性核苷酸替换、加入、缺失或重排导入到相对于靶核苷酸位置 的1-3、5-10,最多15个核苷酸或者更多核苷酸5’或3’上游(N末 端方向)或下游(C末端方向)例如以构建或除去现有的顺式作用调 节元件。
除单和多点突变以及位点特异性突变外,对本文所公开人-牛嵌 合RSV的改变包括全部基因或基因组区段的缺失、插入、替换或重排。
这些突变可改变供体或受体基因组或反基因组中的少量碱基,(例如从 15-30个碱基,最多为35-50个碱基或更多),大块核苷酸(例如50-100、 100-300、300-500、500-1,000个碱基)或几乎完整或完整基因(例如, 1,000-1,500个核苷酸,1,500-2,500个核苷酸,2,500-5,000个核苷酸, 5,00-6,5000个核苷酸或更多),这取决于改变的性质(即可改变少量碱 基以插入或除去免疫原性表位或者改变小基因组区段,而当加入、替 换、缺失或重排基因或大基因组区段时,就需涉及大块碱基)。
在其他方面,本发明提供将采用的突变补充到来自生物学衍生的 RSV的嵌合RSV克隆中,cp和ts突变,而另外类型的突变涉及在进 一步修饰的嵌合RSV克隆中的相同或不同基因。
RSV编码10个mRNA 和10个或11个蛋白质。
其中3个是跨膜表面蛋白,即粘附G蛋白 质、与穿透有关的融合F蛋白以及小疏水SH蛋白。
G和F主要的病 毒中和和保护性抗原。
另外4种蛋白质与病毒核壳有关,即RNA结 合蛋白N、磷蛋白P、大聚合酶蛋白L以及转录延长因子M2 ORF1。
在M2中的第二个ORF,M2-2 ORF编码一重要的RNA调节因子。
基 质M蛋白部分内病毒体,可能介导核壳与被膜间的相关。
最后,有2 种未知功能的非结构蛋白,NS1和NS2。
可选择性地改变这些蛋白每 一种根据表达水平,或者可将其全部或部分、单独或与其他所需修饰 组合一起加入、缺失、替换或重排以产生表现新疫苗特征的人-牛嵌合 RSV。
因此,除采用自生物学衍生的RSV突变体的减毒突变体外或与 该突变组合,本发明还提供基于感染性RSV克隆的重组加工用于减毒 或修饰人-牛嵌合RSV表型一系列其他方法。
在编码供体基因或基因 组区段或者背景基因组或反基因组的分离的多核苷酸序列中产生各种 改变以掺入到感染性克隆中。
更具体地说,为了在嵌合RSV中获得所 需的结构和表型改变,本发明可以导入缺失、替换、导入或重排来自 亲本嵌合基因组或反基因组的所选核苷酸或多数核苷酸的修饰,以及 缺失、替换、导入或重排人-牛嵌合RSV克隆内完整基因或基因组区 段的突变。
通常筛选感染性人-牛嵌合RSV的所需修饰来说明所需的表型改 变,例如病毒生长、温度敏感型、引发宿主免疫反应的能力、减毒作 用等方面的改变。
这些改变通过例如诱变亲本RSV克隆以除去、导入 或重排特异性基因或基因组区段(例如编码蛋白质结构域,例如胞质、 跨膜或细胞外结构域、免疫原性表位、结合区域、活性位点等或顺式 作用信号的基因组区段)发生在供体或受体基因组或反基因组中。
就 此而言,目的基因包括RSV基因组的所有基因:3′-NS1-NS2-N-P-M- SH-G-F-M21/M2-2-L-5′以及来自本文所述其他RSV、其他病毒和各种 其他非RSV的异源基因。
还提供了在人-牛嵌合RSV中的修饰,这些修饰简单地改变或除 去所选基因的表达,例如通过将终止密码子导入所选RSV编码序列、 改变RSV基因相对于操作相连的启动子的位置、导入上游起始密码子 以改变表达率、修饰(例如通过改变位置、改变现有序列或用异源序列 替换现有序列)GS和/或GE转录信号以改变表型(例如对转录的生长、 温度限制等)以及在病毒复制、所选基因的转录或所选蛋白质的翻译中 说明定量或定性变化的各种其他缺失、替换、加入和重排。
分析和在人-牛嵌合RSV中掺入其他类型减毒突变用于疫苗开发 的能力扩大了RSV克隆中靶改变的组合。
例如,缺失SH基因产生具 有新表型特征包括生长能力提高的重组RSV。
在本发明中,在嵌合RSV 中缺失SH、NS1或NS2基因(或任何其他所选的非必需基因或基因组 区段),该嵌合体还可含有一个或多个说明减毒表型的另一些突变,例 一个或多个采纳自生物学衍生的减毒RSV突变体的突变。
在作例证的 实施方案中,缺失SH、NS1或NS2基因和一个或多个采纳自 cpts248/404、cpts530/1009、cpts530/1030或另一所选突变RSV菌株的 cp和/或ts突变相组合,以由于不同突变的组合作用产生具有病毒产 率提高、减毒作用增强和抗表型回复的重组RSV。
对生长非必需的任何RSV基因,例如SH、NS1、NS2或M2-2 基因在嵌合RSV中可除去或修饰以对毒力、致病性、免疫原性和其他 表型特征产生所需的影响。
例如,缺失通过去除非必需基因例如SH 导致在培养中病毒生长提高。
不希望受理论的束缚,这种效应可能部 分是由于病毒基因组的核苷酸长度减小造成的。
在一作例证SH(-)克 隆的情况下,修饰的病毒基因组为14,825个核苷酸长,比野生型少398 个核苷酸。
通过例如在RSV基因组的其他编码或非编码区,例如P、 M、F和M2基因中降低基因组大小的类似突变改造,本发明提供了 多种容易获得的用于改善嵌合RSV生长的方法和材料。
另外,在RSV基因组或反基因组中可产生各种其他遗传改变以 单独或与一个或多个采纳自生物学衍生的突变RSV的减毒突变一起掺 入感染性人-牛嵌合RSV中。
还可将异源基因和基因组区段(例如来自 不同RSV基因、不同RSV菌株或类型,或者非-RSV源)全部或部分 插入,改变基因的顺序,除去基因重叠,用其反基因组对应物替换RSV 基因组启动子,除去或替换部分基因,甚至缺失全部基因。
可在序列 中进行不同或另外的修饰以便于操作,例如在各种基因间区域或别处 插入特有的限制位点。
可除去非翻译的基因序列以提高插入外源序列 的能力。
本发明还提供了在人bovine嵌合RSV中的遗传修饰,该修饰改 变或除去了所选基因或基因组区段的表达而不会从嵌合RSV克隆中除 去基因或基因组区段。
例如,通过在所选的编码序列内导入框移突变 或终止密码子、改变基因的位置或导入上游起始密码子以改变其表达 率或者改变GS和/或GE转录信号以改变表型(例如对转录的生子、温 度限制等)可以达到上述目的。
在一所述实施例中,剔除M2-2 ORF的 表达,这样产生用于开发疫苗病毒的非常合乎要求的表型改变,包括 改变生长动力学、减少RNA复制以及提高转录。
因此,M2-2剔除表 现出显著的减毒作用同时提高,而不是降低了抗原表达。
在本发明更详细的方面,提供人-牛嵌合RSV,其中例如通过将 两个串联翻译终止密码子导入翻译读码框(ORF)中而在翻译水平除去 NS2基因的表达而不缺失该基因或其片段。
这样产生活的病毒,其中 在翻译水平已使所选基因沉默而没有缺失该基因。
这些形式的剔除病 毒在组织培养中常常表现出生长率降低以及产生小噬菌斑。
因此,这 些方法提供了另一些的新的减毒突变类型,其去除非主要病毒保护性 抗原之一的病毒基因的表达。
在本发明中,不缺失基因或基因组区段 而产生的剔除病毒表型还可按本文所述通过缺失诱变而选择性地产生 以便有效地排除可恢复靶蛋白合成的更正突变。
用本领域熟知的其他 设计和方法(例如,描述于(Kretschmer等,Virology 216:309- 316,1996;Radicle等,Virology 217:418-412,1996;和Kato等,EMBOSS J.16:178-587,1987;和Schneider等,Virology 277:314-322,1996,分 别在此引入作为参考)可制备人-牛嵌合RSV的几种其他基因剔除。
用于掺入本发明人-牛嵌合RSV的其他突变包括针对顺式作用信 号的突变,这可例如通过RSV小基因组的突变分析来鉴定。
例如,前 导和尾序列及侧序列的插入和缺失分析可鉴定病毒启动子和转录信 号,并提供一系列与不同程度RNA复制或转录降低有关的突变。
这 些顺式作用信号的饱和诱变(由此按顺序再将每个位置修饰成各核苷酸 选择对象)已鉴定了许多可降低(或在一种情况下提高)RNA复制或转录 的突变。
可将这些突变中的任何突变插入到本文所述的人-牛嵌合RSV 反基因组或基因组中。
用完整反基因组cDNA评估和操作反式作用蛋 白质和顺式作用RNA序列是利用RSV小基因组协助的(参见例如, Grosfeld等,J.Virol.69:5677-5686,1995,在此引入作为参考),其辅 助依赖性状态在表征那些抑制性太强而不能回收复制一独立感染性病 毒的突变体时是有用的。
人-牛嵌合RSV内的其他突变涉及用反基因组的其对应物替换基 因组的3′末端,其与RNA复制和转录中的改变有关。
另外,可将基 因间区域(Collins等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83:4594-4598,1986, 在此引入作为参考)缩短或延长或者改变序列成分,以及通过本文所述 方法可将天然产生的基因重叠(Collins等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84: 5134-5138,1987,在此引入作为参考)除去或改变成不同的基因间区 域。
在一作例证的实施方案中,通过用已被合成和设计为与有效翻译 相一致的序列替换天然序列可提高特异性RSV蛋白质,例如保护性F 和G抗原的表达水平。
就此而言,已表明在哺乳动物病毒蛋白质的翻 译水平,密码子的使用是主要因素(Haas等,Current Biol.6:315- 324,1996,在此引入作为参考)。
检查编码RSV F和G蛋白的mRNA 的密码子使用表明这种使用符合低水平表达,RSV F和G蛋白是主要 的保护性抗原。
因此,通过本发明重组方法可改善密码子使用以获得 所选基因改善的表达。
在另一作例证实施方案中,修饰所选择RSV基 因的翻译起始位点周围的序列(优选包括在-3位置的核苷酸),单独或 一起组合导入上游起始密码子,以通过说明翻译上调或下调调节嵌合 RSV基因的表达。
或者,与本文公开的其他RSV修饰一起,通过改变所选病毒基 因的转录GS信号可调节人-牛嵌合RSV基因的表达。
在一作例证的 实施方案中,修饰NS2的GS信号以包括确定的突变(例如下文所述的 404(M2)突变),从而在病毒复制上附加一ts限制。
在可选择的实施方案中,在转录水平修饰人-牛嵌合RSV中的 基因表达水平。
在一方面,可将RSV基因图谱中所选基因的位置移动 到靠近或远离启动子的位置,由此使基因表达分别更有效或效率更 低。
根据该方面,与通常通过同步降低相互位置替换基因的表达水平 所达到的野生型水平相比,调节特定基因的表达能获得产生基因表达 降低或提高2倍,更典型为4倍,最多达10倍或更多倍。
在一实施 例中,在SH基因(顺序为第六)的位置替换NS2基因(在RSV基 因图谱中的顺序为第二),NS2的表达水平按照预期降低。
在其他作 例证实施方案中,将F和G基因单独或一起互换位置至嵌合RSV基 因图谱内更靠近启动子或更远离启动子的位点以便分别获得较高或较 低水平的基因表达。
这些和其他相互位置改变产生具有减毒表型新的 嵌合RSV克隆,例如由于与RNA复制有关的所选病毒蛋白的表达水 平降低或具有其他合乎需要的特征例如抗原表达提高。
还可按照本发明公开的方法和组合物加工本发明的感染性人-牛 嵌合RSV克隆以便与用野生型RSV或亲本嵌合RSV感染所提供的相 比,免疫原性和引导的保护水平都有所提高。
例如,可将来自异源RSV 菌株或类型或者来自非RSV源例如PIV的免疫原性表位通过在编码 嵌合基因组或反基因组的多核苷酸序列中的适宜的核苷酸改变加到嵌 合克隆中。
或者可加工嵌合RSV以便加入或切除(例如通过氨基酸插 入、替换或缺失)免疫原性蛋白、蛋白结构域或者与所需或不需免疫学 反应有关的特异性蛋白形式(例如分泌形式的G)。
在本发明方法中,可将其他基因或基因组区段插入或靠近人-牛 嵌合RSV基因组或反基因组。
这些基因可在受体基因的普通控制下, 或者可以在一组独立转录信号的控制下。
目的基因包括上述鉴定的 RSV基因以及非-RSV基因。
目的非-RSV基因包括编码细胞因子(例 如IL-2到IL-18,特别是IL-2、IL-6和IL-12、IL-18等)、γ干扰素和 富集T辅助细胞表位的蛋白质的基因。
可将这些其他蛋白质作为独立 的蛋白质表达或者作为从一个RSV蛋白例如SH的第二拷贝加工的嵌 合体表达。
这提供了定量和定性修饰并改善抗RSV免疫反应的能力。
在本发明的作例证实施方案中,将外源基因或基因组区段,在某 些情况下是非编码核苷酸序列插入人-牛嵌合RSV基因组会导致基 因组长度增加而引起其他所需的表型效果。
增加基因组长度会使所得 RSV减毒,这部分取决于插入片段的长度。
另外,从插入到人-牛嵌 合RSV中的非RSV基因表达特定蛋白质,例如细胞因子将会因蛋白 质的作用而使病毒减毒。
产生感染性减毒病毒表型并从RSV转染细胞 表达高水平细胞因子的作例证细胞因子包括白细胞介素-2(IL-2)、IL- 4、GM-CSF和γ干扰素。
包括提高细胞和/或体液免疫反应的其他效 果也将随细胞因子导入本发明人-牛嵌合RSV。
缺失、插入、替换以及涉及改变本发明人-牛嵌合RSV内完整病 毒基因或基因组区段的其他突变将产生高度稳定的疫苗候选株,这在 免疫抑制个体的情况下尤其重要。
许多这样的改变将使所得疫苗病毒 株减毒,而其他将表明不同类型的所需表型改变。
例如辅助(即体外生 长非必需的)基因是编码特异性干扰宿主免疫性之蛋白质的优秀候选基 因(参见例如Kato等,EMBO.J.16:578-87,1997,在此引入作为参考)。
预期在嵌合疫苗中切除这些基因会降低毒力和致病性和/或改善免疫原 性。
在本发明的可选择方面,从cDNA-表达的基因组或反基因组产生 的感染性人-牛嵌合RSV可以是任何RSV或RSV-样菌株,例如人、 牛、鼠等,或者任何肺炎病毒,例如小鼠鸟肺炎病毒的肺炎病毒(以前 称为火鸡鼻气管炎病毒)。
为了产生保护性免疫反应,RSV菌株可以 是对被免疫主体为内源性的一种,例如用人RSV免疫人。
但是可修饰 内源RSV的基因组或反基因组以便从不同源的组合,例如不同RSV 种、亚型或菌株或者来自RSV与另一个呼吸病原体例如PIV的基因 或基因组区段组合表达RSV基因或基因组区段。
在本发明的特定实施方案中,提供人-牛嵌合RSV,其中将人或 牛RSV内的基因或基因组区段(例如人RSV背景基因组或反基因组) 用来自非人非牛RSV,例如鼠RSV的对应异源基因或基因组区段替 换。
在本发明中,替换、缺失和加入RSV基因或基因组区段可包括部 分或全部一个或多个NS1、NS2、N、P、M、SH、M2(ORF1)、M2(ORF2) 和L基因,或优选在主要中和保护性表位外的部分G和F基因。
另外, 人或牛RSV顺式作用序列,例如启动子或转录信号也可用非人、非牛 对应序列替换。
因此,打算给人施用的感染性人-牛嵌合RSV可以是 已被修饰而含有除牛RSV外来自还有鼠RSV基因的人RSV。
用对应牛或鼠RSV序列替换人RSV编码序列(例如NS1、NS2、 SH、G、M2-2)的编码序列或非编码序列(例如启动子、基因终止、基 因起始、基因间或其他顺式作用元件)产生具有各种可能减毒和其他表 型效果的嵌合RSV。
具体地说,宿主范围和其他所需的效果产生于输 入在人RSV背景中的牛或鼠RSV基因的替换,其中所述牛或鼠基因 在人细胞中不能有效发挥功能,例如产生于异源序列或蛋白质与生物 学相互作用人RSV序列或蛋白质(即通常与替代的病毒转录、翻译和 组装等序列或蛋白相合作的序列或蛋白)的不相容性,或者更通常的是 在宿主范围限制中,与可允许与不太允许宿主间不同之细胞蛋白或细 胞环境的某些其他方面的不相容性。
在这样一个实施方案中,嵌合牛- 人RSV掺入用对应牛NP基因或基因组区段替换人RSV NP基因或基 因组区段,可选择地构建此种嵌合体以掺入其他遗传改变,例如点突 变或基因缺失。
就宿主范围限制和适宜于疫苗用途的其他所需表型筛 选携带异源基因或顺式作用元件的人-牛RSV。
在作例证实施方案 中,如在例如Pastey等,J.Gen.Viol.76:193-197,1993;Pastey等, Virus Res.29:195-202,1993;Zamora等,J.Gen.Virol.73:737- 741,1992;Mallipeddi等,J.Gen.Virol.74:2001-2004,1993;Mallipeddi 等,J.Gen.Virol.73:2441-2444,1992和Zamora等,Virus Res.24: 115-121,1992,分别在此引入作为参考,所提供的和本文公开的方法, 基于牛RSV结构和功能的已知方面,筛选牛RSV序列导入到人RSV 中。
在本发明的其他实施方案中,在小鼠肺炎病毒(人RSV的鼠对 应物)组织培养适应为缺乏G蛋白胞质尾的非致病菌株后(Randhawa 等,Virology 207:240-245,1995),将用于导入人-牛嵌合RSV中的目 的突变定型。
因此,在本发明的一个方面,用异源对应序列(例如来 自鼠肺炎病毒F、G或SH蛋白的胞质或跨膜结构域的序列)在嵌合 RSV内加入、缺失、修饰或替换一个或多个人RSV糖蛋白F、G和 SH的胞质和/或跨膜结构域以获得所需的减毒。
作为另一实例,在F 蛋白质切割位点或靠近该切割位点的核苷酸序列或者G蛋白质的推测 粘附结构域,通过点突变、位点特异性改变或者通过涉及完整基因或 基因组区段的改变进行修饰,以便在组织培养中的病毒生长和/或感染 和致病性方面获得新的效果。
在本发明更详细的方面,用人-牛嵌合RSV作为其他病原体,特 别是呼吸道病原体例如副流感病毒(PIV)的保护性抗原的载体。
例 如,可改造嵌合RSV,使其掺入编码PIV的保护性抗原的序列以产生 感染性减毒疫苗病毒。
PIV cDNA的克隆以及用于完成本发明这些和 其他更详细方面的其他公开内容提供于美国专利申请号09/083,793(对 应于国际公开号WO 98/53078)及其优先权,美国临时申请序列号 60/047,575;美国专利申请号09/350,821和美国专利申请号09/586,479 及其优先权,美国临时申请序列号60/143,134,分别在此引入作为参 考。
这些公开内容包括可用于生产感染性PIV病毒克隆的下列质粒的 描述:p3/7(131)(ATCC 97990);p3/7(131)2G(ATCC 97989)和p218 (131)(ATCC 97991),每个质粒均根据布达佩斯条约保藏在美国10801 University Boulevard,Manassas,Virginia 20110-2209的美国典型培养物 保藏中心(ATCC),并给出上述鉴定的保藏号。
根据本发明的该方面,提供人-牛嵌合RSV,其中含有牛和人RSV 基因组或反基因组序列以及至少一个PIV序列的嵌合体,例如含牛和 人RSV和PIV1、PIV2、PIV3或牛PIV之序列的多核苷酸。
例如用 来自人PIV的对应基因,如PIV1、PIV2或PIV3的F糖蛋白基因替 换RSV的各个基因。
或者,所选异源基因组区段,例如其胞质尾、跨 膜结构域或胞外结构域替换在例如RSV中相同基因、RSV中不同基 因的对应基因组区段,或者替换RSV基因组或反基因组的非编码序 列。
在一实施方案中,用来自HPIV3的F基因的基因组区段替换对应 的人RSV基因组区段以产生编码嵌合蛋白的构建体,例如含有与RSV 胞外结构域融合之RSV胞质尾和/或跨膜结构域的融合蛋白以产生新 的减毒病毒,和/或免疫原性抗PIV和RSV的多价疫苗。
PIV cDNA 的克隆和其他用于完成本发明这些方面和其他更详细方面的其他公开 内容提供于美国专利申请号09/083,793(对应于国际公开号WO 98/53078)及其优先权,美国临时申请序列号60/047,575;美国专利申 请号09/350,821和美国专利申请号09/586,479及其优先权,美国临时 申请序列号60/143,134,分别在此引入作为参考。
因此可用本发明的人-牛嵌合RSV作为表达多种其他病原体之抗 原决定基的载体。
通常,用牛-人嵌合基因组或反基因组作为部分或完 整RSV载体基因组或反基因组。
掺入该载体基因组或反基因组中的是 编码一个或多个异源病原体之抗原决定基的一个或多个异源基因或基 因组区段。
在特定的实施方案中,该异源病原体是异源RSV,而掺入 在人-牛嵌合RSV载体基因组或反基因组中的异源基因或基因组区段 编码一个或多个RSV NS1、NS2、N、P、M、SH、M2(ORF1)、M2(ORF2)、 L、F或G蛋白或其片段。
例如载体基因组或反基因组可包括部分或 完整RSV A基因组或反基因组,编码抗原决定基的异源基因或基因组 区段可以是RSV B亚型病毒的。
在其他可选择的实施方案中,用人-牛嵌合RSV作为表达非RSV 病原体的一个或多个抗原决定基的载体。
由此构建的嵌合载体病毒可 表达RSV以及非RSV病原体的抗原决定基,或者可引发针对非RSV 病原体的单特异性免疫反应。
在一实施方案中,人-牛嵌合RSV掺入 编码一个或多个HN和/或F糖蛋白或其抗原结构域、片段或表位的 一个或多个HPIV1、HPIV2或HPIV3基因或基因组区段。
在更详细 的方面,将含HPIV2 HN或F基因的读码框(ORF)的转录单位加入 或掺入嵌合HBRSV载体基因组或反基因组中。
用作载体的人-牛嵌合RSV包括嵌合RSV,其中载体基因组或反 基因组是部分或完整BRSV基因组或基因组区段,而编码抗原决定基 的异源基因或基因组区段属于一个或多个HRSV。
例如,部分或完整 BRSV基因组或反基因组可掺入编码选自F、G和SH的一个或多个 HRSV糖蛋白基因的一个或多个基因或基因组区段,或者掺入编码 HRSV的F、G和/或SH的胞质结构域、跨膜结构域、胞外结构域或 免疫原性表位部分的一个或多个基因组区段。
在本发明的另外载体构建体中,载体基因组或反基因组包括部分 或完整HRSV或BRSV基因组或反基因组,异源病原体选自麻疹病毒、 A和B亚型呼吸道合胞病毒、流行性腮腺炎病毒、人乳头瘤病毒、1 型和2型人免疫缺陷型病毒、单纯性疱疹病毒、巨细胞病毒病毒、狂 犬病病毒、EB病毒、线状病毒、布尼亚病毒、黄热病病毒、虫传病 毒和流感病毒。
从这些和其他病原体中,掺入人-牛嵌合RSV中的有 用的异源抗原决定基可选自麻疹病毒HA和F蛋白、A或B亚型呼吸 道合胞病毒F、G、SH和M2蛋白,流行性腮腺炎病毒HN和F蛋白, 人乳头瘤病毒L1蛋白,1型或2型人免疫缺陷型病毒gp160蛋白,单 纯性疱疹病毒和巨细胞病毒gB、gC、gD、gE、gG、gH、gI、gJ、gK、 gL和gM蛋白,狂犬病病毒G蛋白,EB病毒gp350蛋白;线状病毒 G蛋白,布尼亚病毒G蛋白,黄热病病毒E和NS1蛋白和虫传病毒E 蛋白,以及其抗原结构域、片段和表位。
例如可将本发明的人-牛嵌合 RSV用作为载体,其中异源病原体是麻疹病毒,异源抗原决定基选自 麻疹病毒HA和F蛋白及其抗原结构域、片段和表位。
为了构建这些 重组体,将含麻疹病毒HA基因的读码框(ORF)的转录单位加入或掺 入HRSV载体基因组或反基因组。
根据本发明说明书的方法很容易构 建用于其他非RSV病原体的类似重组体。
除对人-牛嵌合RSV的上述修饰外,可在RSV克隆中进行不同的 或其他修饰以便有利于操作,例如在各种基因间区域或其他区域插入 特有的限制位点(例如在G和F基因间的特有StuI位点)。
可除去非翻 译基因序列以提高插入外源序列的能力。
在本发明的另一方面,提供了用于生产分离的感染性嵌合RSV 的组合物(例如掺入人-牛嵌合RSV-编码cDNA的分离的多核苷酸和载 体)。
用这些组合物和方法,从嵌合RSV基因组或反基因组、核壳(N) 蛋白、核壳磷蛋白(P)、大(L)聚合酶蛋白以及RNA聚合酶延长因子中 产生感染性嵌合RSV。
在本发明的相关方面,提供了用于将上述结构 和表型改变导入重组嵌合RSV的组合物和方法以产生感染性减毒疫苗 病毒。
通过熟知的各种方法可将前述定义的突变导入感染性人-牛嵌合 RSV克隆中。
就DNA而言,″感染性克隆″指cDNA或其产物,可以 是合成的或其他的,其能被转录成用作模板基因组或反基因组RNA 以生产感染性病毒或亚病毒颗粒的基因组。
因此,可通过常规技术(例 如定点诱变)将定义的突变导入基因组或反基因组的cDNA拷贝中。
利用如本文所述的反基因组或基因组cDNA亚片段组装完整反基因组 或基因组cDNA有如下好处,即可分别操作各区(小cDNA比大cDNA 更容易操作),然后很容易组装成完整cDNA。
因此,可用完整反基因 组或基因组cDNA或其任何亚片段作为模板用于寡核苷酸指导的诱 变。
例如用Bio-Rad Laboratories的Muta-gene试剂盒(Richmond,CA) 通过单链噬菌粒形式的中间产物,或者用双链质粒直接作为模板的方 法,例如Stratagene的Chameleon诱变试剂盒(La Jolla,CA),或者通 过使用含目的突变的寡核苷酸引物或模板的聚合酶链反应可达到所述 目的。
然后可将突变的亚片段组装成完整反基因组或基因组cDNA。
各种其他诱变技术是已知的,而且可用于在RSV反基因组或基因组 cDNA中产生目的突变。
突变可以是单核苷酸改变,也可以是含一个 或多个基因或基因区域的大cDNA片段的替换。
因此,在一说明性的实施方案中,用Bio-Rad提供的Muta-gene 噬菌粒体外诱变试剂盒可导入突变。
总之,将编码部分RSV基因组或 反基因组的cDNA克隆到质粒pTZ18U中,然后用于转化CJ236细胞 (Life Technologies)。
按制造商的建议制备噬菌粒制品。
通过在基因组 或反基因组的所需位置导入改变的核苷酸设计用于诱变的寡核苷酸。
然后扩增含遗传改变的基因组或反基因组区段的质粒,并将突变的片 段再导入全长基因组或反基因组克隆中。
将定义的突变导入感染性RSV中的能力有许多应用,包括RSV 分子生物学和致病机理的分析。
例如,通过导入切除或降低表达水平 的突变或产生突变蛋白的突变可研究和操作RSV蛋白质的功能。
在一 作例证的实施方案中,构建重组RSV,其中例如通过缺失mRNA编 码序列和侧转录信号切除病毒基因,即SH基因的表达。
令人惊奇的 是,不仅可回收病毒,而且该病毒还能在组织培养中有效生长。
事实 上基于两者都产生感染性病毒以及噬菌斑大小来看,其生长比野生型 基本上有所提高。
因SH缺失而产生的组织培养中的生长改善以及本 发明的其他RSV衍生物为开发RSV疫苗提供了有用的工具,这样克 服了RSV在组织培养中生长不好的问题,这一问题曾使得疫苗病毒在 其他系统中生产变复杂。
这些缺失对于遗传回复来说是高度稳定的, 由其衍生的RSV克隆特别适用于疫苗剂。
在另一作例证的实施方案中,提供了嵌合RSV掺入一种突变体 中,该突变体缺失M2基因(M2ORF2)(Collins和Wertz,J.Virol.54: 65-71,1985;Collins等,J.Gen.Virol.71:3015-3020,1990,Collins等, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 93:81-85,1996,分别在此引入作为参考), 或者降低或切除M2 ORF2表达以产生新RSV疫苗候选株(参见1999 年7月9日Collins等提交的美国临时专利申请号60/143,097,在此引 入作为参考)。
在优选的方面,通过修饰嵌合RSV基因组或反基因组 以在M2 ORF2中掺入移码突变或一个终止密码子产生“剔除”病毒 克隆而降低或除去M2 ORF2的表达。
或者,全部或部分缺失M2 ORF2 以产生部分或全部非功能的M2-2蛋白质或者全部破坏其表达以产生 M2 ORF2″缺失突变″嵌合RSV。
或者,可在基因组或反基因组中将M2-2 ORF移位到与M2-2基因的天然基因顺序位置相比更靠近启动子或更 远离启动子的位置以便上调或下调M2-2 ORF的表达。
在其他实施方 案中,将M2-2 ORF作为具有基因起始和基因终止信号的单独基因掺 入到基因组或反基因组中,其修饰导致M2-2 ORF的上调。
本发明嵌合RSV在M2 ORF2中被进一步修饰掺入突变,具有非 常适合于疫苗开发的表型特征。
在嵌合基因组或反基因组中上述已鉴 定的修饰具体说明在所得病毒或亚病毒颗粒中的一个或多个所需表型 的改变。
由此产生的疫苗候选株表现出一个或多个经鉴定的下列特征(i) 在mRNA转录中的改变;(ii)病毒蛋白表达水平的改变;(iii)基因组或 反基因组RNA复制的改变;(iv)病毒生长特征的改变;(v)病毒噬菌斑 大小的改变和/或(vi)细胞病原性的改变。
在掺入M2 ORF 2缺失或剔除突变的作例证RSV嵌合体中,所 需表型改变包括与相应野生型或突变亲本RSV菌株的生长相比病毒生 长的减毒作用。
在更详细的方面,在细胞培养中的病毒减毒约10倍 或更高可归功于M2 ORF2中突变。
病毒生长动力学也表明以有益于 疫苗开发的方式得到修饰。
与相应野生型或突变亲本RSV菌株的mRNA合成动力学相比, 在本发明中还包括表现出延迟的病毒mRNA合成动力学的嵌合M2- ORF 2缺失和剔除突变RSV。
虽然有这些延迟的转录动力学,但这些 新疫苗候选株与亲本病毒相比,仍表现出累积性mRNA合成提高。
与在用野生型或其他亲本RSV菌株感染的细胞中积累的蛋白质相比, 这些表型改变通常在所感染细胞中病毒蛋白积累增加有关。
同时,与 具有正常M2 ORF2功能的亲本RSV菌株相比,M2 ORF2嵌合RSV中 的病毒RNA复制降低,由此降低了基因组或反基因组RNA的积累。
在本发明的优选方面,嵌合M2 ORF2缺失和″剔除″RSV改造成 表达未减少的,或更通常的是提高水平的病毒抗原,同时也表现出减 毒表型。
由于未降低或提高了mRNA转录和抗原表达而因此保留了免 疫原性潜力,而通过掺入异源基因或基因片段,同时因M2-ORF 2缺 失和剔除突变而减少RNA复制和病毒生长,从而达到减毒的目的。
这种一组新的表型特征对于疫苗开发是非常需要的。
与相应野生型和 突变亲本RSV菌株相比,在M2 ORF2缺失和剔除嵌合RSV中观察 到的其他有用的表型改变包括大噬菌斑表型和改变的细胞病原性。
本发明还提供了从一个或多个分离的多核苷酸,例如一个或多个 cDNAs生产感染性人一牛嵌合RSV的方法。
根据本发明,编码RSV基 因组或反基因组的cDNA构建成与必需的病毒蛋白质一起在细胞内或 体外共表达以形成感染性RSV。
″RSV反基因组″指分离的正义多核苷 酸分子,它可作为子代RSV基因组合成的模板。
优选地,构建是RSV 基因组正义版本的cDNA,相对于复制性的中间RNA或反基因组而 言,以便减小与互补序列的正义转录本杂交的可能性,该互补序列编 码产生转录、复制核壳所必需的蛋白质,即编码N、P、L和M2(ORF1) 蛋白的序列。
在RSV小基因组系统中,无论是与RSV还是质粒互补, 在获救方面基因组和反基因组具有同等活性,这表明可使用基因组或 反基因组,并因此可根据方法学或其他因素加以选择。
基本上如在(Mink等,Virology 185:615-624,1991;Stec等,Virology 183:273-287,1991;和Connors等,Virol.208:478-484,1995;Collins等, Proc.Nat.Acad.Sci.USA 93:81-85,1996)所述,分别在此引入作为参 考,天然RSV基因组通常含有负义多核苷酸分子,它通过互补病毒 mRNA编码11种病毒蛋白,即非结构蛋白NS1和NS2、N、P、基质 (M)、小疏水(SH)、糖蛋白(G)、融合(F)、M2(ORF1)、M2(ORF2)和 L。
为了达到本发明的目的,本发明的重组RSV的基因组或反基因组 只需含有那些对产生编码感染性病毒或亚病毒颗粒所必需的基因或其 片段。
此外,可以由一个以上的多核苷酸分子提供基因或其部分,即 可通过单独核苷酸分子的补充或类似物提供基因,或者可直接从基因 组或反基因组cDNA表达该基因。
重组RSV指直接或间接衍生自重组表达系统或繁殖自从中产生 的病毒或亚病毒颗粒的RSV或RSV-样病毒或亚病毒颗粒。
重组表达 系统将采用重组表达载体,该载体含有一个可操作相连的转录单位, 该转录单位包括一组在RSV基因表达中具有调节作用的至少一个遗传 元件,例如启动子、转录成RSV RNA的结构或编码序列以及适宜的 转录起始和终止序列。
为了从cDNA-表达的基因组或反基因组产生感染性RSV,将基 因组或反基因组与对(i)产生能够进行RNA复制的核壳和(ii)产生胜任 RNA复制和转录的子代核壳所必需的RSV蛋白共表达。
通过基因组 核壳转录提供了其他RSV蛋白并引发了生产性感染。
或者通过共表达 提供生产性感染所需的另外RSV蛋白。
通过RSV mRNA或基因组RNA的反转录拷贝的聚合酶链反应 (PCR描述于例如美国专利号4,683,195和4,683,202以及PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications,Innis等编,Academic Press,San Diego,1990,在此引入作为参考)克隆出的组合体代表全部反基因组的 cDNA片段,再将该片段组装可构建用于本发明的RSV反基因组。
例 如,将含反基因组左手末端,跨适宜启动子(例如T7 RNA聚合酶启 动子)和与SH基因互补前导区的cDNA组装在适宜的表达载体中, 例如质粒(如pBR322)或各种可获得的粘粒、噬菌体或DNA病毒载体 中。
通过诱变和/或插入含为便于组装而设计的特有限制位点的合成多 接头可修饰载体。
例如,通过用含适当限制酶位点的合成DNA替换 PstI-EcoRI片段可从pBR322得到本文所述的质粒载体。
用pBR322作 为载体可以稳定RSV序列的核苷酸3716-3732,否则其保留核苷酸缺 失或插入,而且质粒的增殖是在细菌DH10B中以避免在核苷酸4499 附近发生人工复制和插入。
为了易于制备,可将G、F和M2基因组 装在不同的载体中,象L和尾序列一样。
反基因组质粒的右手末端(例 如L和尾序列)可含有所需的其他序列,例如侧核酶和串联T7转录终 止子。
核酶可以是锤头型的(例如Grosfeld等,J.Virol.69:5677- 5686,1995),这样产生含单一非病毒核苷酸的3′末端,或者可以是其 他任何适宜的核酶例如δ型肝炎的核酶(Perrotta等,Nature 350:434- 436,1991),其可产生无非RSV核苷酸的3′末端。
将一中等片段(例如 G到M2片段)插入到SH质粒前导序列的适宜限制位点中,这样它依 次是L-尾-核酶-终止子片段的受体,从而产生完整的反基因组。
在本 文所述说明性的实施例中,构建与T7聚合酶启动子相邻的前导序列 末端,该启动子包括可使活性最佳的3个转录的G残基;转录将这3 个非病毒末端G放在反基因组的5′末端。
可将这3个非病毒G残基删 除以产生无非病毒核苷酸的5′末端。
为了产生几乎正确的3’末端,构 建尾序列末端与锤头型核酶相邻,其切割后,会将单一3′磷酸化的U 残基放在所编码RNA的3′末端。
在本发明特定的实施方案中,由一个或多个辅助病毒提供编码对 产生转录、复制RSV核壳所必需的蛋白质的互补序列。
这些辅助病毒 可以是野生型或突变体。
优选地,可从表型上区别这种辅助病毒和由 RSV cDNA编码的病毒。
例如,需要提供与辅助病毒而不是由RSV cDNA编码的病毒发生免疫反应的单克隆抗体。
这些抗体可以是中和 抗体。
在一些实施方案中,可用这些抗体中和辅助病毒背景以便有利 于鉴定和回收重组病毒,或者用亲和层析将辅助病毒与重组病毒分 开。
可将突变导入RSV cDNA,其提供与这些抗体非反应性或抗中和 的重组RSV。
可在人-牛嵌合RSV基因组或反基因组中进行各种核苷酸插入 和缺失以产生适当减毒的克隆。
野生型人RSV基因组的核苷酸长度 (15,222个核苷酸)是6的倍数,副粘病毒和麻疹病毒属的成员也通常 遵守“6的规则”,即仅当其核苷酸长度是6的倍数时,基因组(或小 基因组)复制才有效(认为是精确跨距相对于包被NP蛋白质的核苷酸 残基的需要)。
通过增加单个残基改变RSV基因组长度对复制的有效 性没有影响,传代后多个不同小基因组突变体的序列分析表明保持了 长度差异而没有补偿性改变。
因此,RSV并不严格要求基因组长度是 6的倍数,在RSV基因组或反基因组中可进行核苷酸插入和缺失而不 会使本发明重组RSV的复制落空。
构建编码人-牛嵌合RSV基因组或反基因组的cDNA可选择的方 法包括用改进的PCR条件(例如按Cheng等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91:5695-5699,1994;Samal等,J.Virol.70:5075-5082,1996所述,在此 引入作为参考)反转录PCR以便将亚单位cDNA组分的数目减少到1 或2个片段。
在其他实施方案中,可使用不同启动子(例如T3、SP6) 或不同核酶(例如肝炎δ病毒的)。
可用不同DNA载体(例如粘粒)繁殖 以达到更好地容纳大尺寸的基因组或反基因组。
RNA复制所需的N、P和L蛋白需要RNA聚合酶延长因子例如 对持续转录的M2(ORF1)蛋白。
M2(ORF1)或对负链RNA病毒基本上 等同的转录延长因子是生产感染性RSV所需的而且是生产性感染过程 中功能性核壳的必需组分。
对M2(ORF1)蛋白的需要与其作为转录延长因子的作用一致。
对 于表达负链RNA病毒的RNA聚合酶延长因子蛋白的需要是本发明的 特征。
M2(ORF1)可通过表达完整M2-基因,要么通过嵌合基因组或反 基因组,要求通过共表达提供,尽管在这种形式中,第二个ORF2也 可被表达并对RNA复制有抑制作用。
因此,为了用完整M2基因生 产感染性病毒,应平衡两个ORF的活性以便允许有效表达M(ORF 1), 从而提供转录延长活性但不是太多M(ORF2)而抑制RNA复制。
或者, 从cDNA中提供ORF1蛋白,该cDNA改造成缺失ORF2或者编码缺 陷的ORF2。
通过共表达其他病毒蛋白基因,例如编码被膜组分(即SH、 M、G、F蛋白)的基因也可改善病毒生长的效率。
将编码人-牛嵌合RSV基因组或反基因组的分离的多核苷酸(例 如cDNA)或者从反基因组或基因组cDNA表达的多核苷酸单独地,或 以其顺式与从反基因组或基因组cDNA表达的N、P、L和M2(ORF1) 蛋白一起通过转染、电穿孔、机械插入、转导等插入到能够支持生产 性RSV感染的细胞中,例如HEp-2、FRhL-DBS2、MRC和Vero中。
可将分离的多核苷酸序列的转染物导入到培养细胞中通过例如磷酸钙 介导的转染(Wigler等,Cell 14:725,1978;Corsaro和Pearson,Somatic Cell Genetics 7:603,1981;Graham和Van der Eb,Virology 52: 456,1973)、电穿孔(Neumann等,EMBO J.1:841-845,1982)、DEAE-葡 聚糖介导的转染(Ausubel等编Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons,Inc.,NY,1987)、阳离子脂介导的转染(Hawley- Nelson等,Focus 15:73-79,1993)或市售转染剂例如LipofectACE(Life Technologies)(每篇前述文献在此引入作为参考)。
N、P、L和M2(ORF1)蛋白可由一个或多个cDNA和表达载体编 码,该cDNA和表达载体可以与编码基因组或反基因组以及其各种组 合的cDNA和表达载体相同或不同。
按照需要可包括的其他蛋白质可 由其自身载体编码或由编码N、P、L或M2(ORF1)蛋白质和/或完整 基因组或反基因组的载体编码。
来自转染质粒的基因组或反基因组和 蛋白质的表达可通过下列方式获得,例如将各cDNA置于T7 RNA聚 合酶的启动子控制下,所述启动子由通过用T7 RNA聚合酶的表达系 统感染、转染或转导依次提供,例如,表达T7 RNA聚合酶的牛痘病 毒MVA菌株重组体(Wyatt等,Virology,210:202-205,1995,在此引入 作为参考)。
也可由转化的哺乳动物或者通过转染完成的mRNA或蛋 白质提供病毒蛋白和/或T7 RNA聚合酶。
或者,在组合的转录—翻译反应中体外(无细胞)合成反基因组 或基因组,然后转染到细胞中。
或者体外合成反基因组或基因组RNA, 然后转染到表达RSV蛋白的细胞中。
依据本发明,为了筛选候选嵌合疫苗病毒,根据熟知的方法确定 生存能力、减毒和免疫原性标准。
在本发明疫苗中最需要的病毒必须 是保持生存能力、具有稳定的减毒表型、在所免疫的宿主中能够复制(虽 然水平较低),并在接种者中能有效引发免疫反应的产生以赋予对随后 野生型病毒感染引起的严重疾病的保护作用。
明确地说,迄今已知和 报道的RS病毒突变体都不符合这些标准。
事实上,与基于已知的减 毒RSV所报道的结果预期相反,本发明的病毒与以前的突变体相比不 仅能存活并被更适宜地减毒,而且与以前研究的突变体相比在体内遗 传上更稳定——保留了刺激保护性免疫反应的能力,并在某些情况下 扩大了由多修饰提供的保护作用,例如诱导抗不同病毒菌株或亚型的 保护作用,或者通过不同免疫学基础的保护作用,例如分泌对血清免 疫球蛋白,细胞免疫等等。
在本发明之前,体内复制后ts表型的遗传 不稳定性对于ts病毒是常见的(Murphy等,Infect.Immun.37:235- 242,1982)。
为了繁殖用于疫苗和其他目的的人-牛嵌合RSV病毒,可使用多 种可使RSV生长的细胞系。
RSV可在各种人和动物细胞中生长。
用 于繁殖疫苗用减毒RS病毒的优选细胞系包括DBS-FRhL-2、MRC-5 和Vero细胞。
通常用上皮细胞系例如Vero细胞可获得最高病毒产率。
通常将细胞用约0.001-1.0或更高MOI的病毒接种,然后在允许病 毒复制的条件下,例如在约30-37℃以及约3-5天,或者长至病毒能 够达到足够的滴度所必需的条件。
将病毒从细胞培养中取出,然后与 细胞组分分开,通常利用熟知的澄清方法,例如离心,然后按需要采 用本领域技术人员熟知的方法进一步纯化。
可用各种熟知和普遍接受的体内外模型检测如本文所述已经减毒 并修饰的人-牛嵌合RSV,以确定作为疫苗用途是否达到足够的减毒、 对表型回复的抗性以及免疫原性。
在体外检测中,就病毒复制的温度 敏感性,即ts表型和小噬菌斑表型检测修饰的病毒(例如多减毒的、 生物学衍生的或重组RSV)。
修饰病毒用RSV感染的动物模型进一步 检测。
各种动物模型已被描述和总结在(Meignier等编,Animal Models of Respiratory Syncytial Virus Infection,Merieux Foundation Publication, 1991,在此引入作为参考)。
RSV感染的棉鼠模型描述于(美国4,800,078 和Prince等,Virus Res.3:193-206,1985),在此引入作为参考,并认为 在人和非人灵长类中对减毒作用和效率是预测性的。
另外,利用黑猩 猩的RSV感染的灵长类模型在人中减毒作用和效率是预测性的,如在 (Richardson等,J.Med.Virol.3:91-100,1978;Wright等,Infect.Immun. 37:397-400,1982;Crowe等,Vaccine 11:1395-1404,1993,分别引入作 为参考)中详细描述的一样。
RSV模型系统,包括用于评估RSV疫苗侯选株的减毒和感染性 的啮齿动物和黑猩猩在本领域被广泛接受,而且由其获得的数据与 RSV感染和减毒作用相关性良好。
小鼠和棉鼠模型在这些情况下特别 有用,其中候选RSV病毒,例如在RSV B亚型病毒的情况下在黑猩 猩中没有展现足够的生长。
根据前文所述以及下文所述的实施例,本发明还提供了用于疫苗 的分离的、感染性人-牛嵌合RSV组合物。
作为疫苗组分的减毒嵌合 病毒是分离,通常是纯化形式的。
“分离的”意指不同于野生型病毒 的自然环境,例如受感染个体的鼻咽中的RSV。
更一般地,“分离的” 意包括作为细胞培养或其他人工介质的组分的减毒病毒,这里在控制 的条件下病毒能增殖和表征。
例如通过感染的细胞培养物可生产本发 明的减毒RSV,与细胞培养物分开,并加入稳定剂。
本发明的嵌合RSV疫苗作为一种活性成分含有如本发明描述所 生产的免疫学有效量的RSV。
可将生物学衍生的或重组体RSV直接 用于疫苗制剂,或者将其冻干。
通常将冻干的病毒保持在约4℃。
当 准备使用时,按下文进一步所述,将冻干病毒用稳定溶液,例如盐水 或含SPG、Mg2+和HEPES的稳定溶液,用或不用佐剂复溶。
将生物 学衍生的或重组修饰的病毒与生理学可接受的载体和/或佐剂一起导入 宿主。
有用的载体是本领域熟知的,包括例如水、缓冲水、0.4%盐水、 0.3%甘氨酸、透明质酸等。
可将所得液体溶液包装使用,如在冻干的 情况下,按上述,在施用前将冻干制品与无菌溶液组合在一起。
该组 合物可含有根据需要接近生理条件的可药用辅助物质,例如pH调整 剂和缓冲剂、张力调整剂、润湿剂等,例如乙酸钠、乳酸钠、氯化钠、 氯化钾、氯化钙、脱水山梨醇单月桂酸酯、油酸三乙醇胺等。
可接受 的佐剂包括弗氏不完全佐剂、磷酸铝、氢氧化铝或明矾,这些物质都 是本领域熟知的。
优选的佐剂还包括Stimulon QS-21(Aquila Biopharmaceuticals,Inc.,Farmingham,MA)、MPL(3-0-deacylated monophosphoryl lipid A;RIBI ImmunoChem Research,Inc.,Hamilton, MT)和白细胞介素-12(Genetics Institute,Cambridge,MA)。
经气溶胶、小滴、口、局部或其他途径用本文所述的人-牛嵌合 RSV疫苗组合物免疫后,宿主的免疫系统通过产生针对一种或多种 RSV病毒蛋白,例如F和/或G糖蛋白特异性的抗体而对疫苗产生应 答。
接种的结果,宿主对RSV感染至少部分或完全免疫,或对发展的 中度或严重RSV疾病,特别是下呼吸道疾病产生抗性。
本发明的人-牛嵌合RSV疫苗可含有减毒嵌合病毒,该病毒可引 发针对单一RSV菌株或抗原亚型例如A或B或者针对多种RSV菌株 或亚型的免疫反应。
在本发明中,嵌合RSV可引发单特异性免疫反应 或者针对多种RSV菌株或亚型的多特异性免疫反应。
或者,可将具有 不同免疫原性特征的嵌合RSV组合在疫苗混合物中或者以协同处理方 案分别施用以引发更有效的抗一种RSV菌株或抗多种RSV菌株或亚 型的保护作用。
将要施用疫苗的宿主可以是对RSV或者相近病毒感染敏感并能 够对所接种病毒的抗原产生保护性免疫反应的任何哺乳动物。
因此, 适宜的宿主包括人、非人灵长类、牛、马、猪、绵羊、山羊、lagamorph、 啮齿动物等。
因此,本发明提供了产生用于各类人和兽的疫苗的方法。
将含本发明减毒人-牛嵌合RSV的疫苗组合物以“免疫学有效 量”施用给对RSV感染敏感或者有RSV感染危险的患者,所述“免 疫学有效量”指足以诱导或提高个体抗RSV的免疫反应能力的剂量。
在人是被试对象的情况下,按例如所述(Wright等,Infect.Immun.37: 397-400,1982;Kim等,Pediatrics 52:56-63,1973;和Wright等,J.Pediatr. 88:931-936,1976),分别在此引入作为参考,按照已确立的人RSV疫 苗方案施用本发明的减毒病毒。
简而言之,用小滴经鼻内给成年人或 儿童接种免疫学有效量的RSV疫苗,通常是0.5ml生理学可接受的 稀释剂或载体。
与用非复制疫苗肠胃外的免疫相比,这种方法具有既 简单又安全的优势。
还提供了直接刺激局部呼吸道免疫的方法,该法 在RSV抗性中起主要作用。
此外,该接种方式有效回避RSV-特异 性母体衍生的血清抗体的免疫抑制作用,该免疫抑制作用通常见于很 小的婴儿。
另外,尽管胃肠外施用RSV抗原有时与免疫病理学并发症 有关,但在用活病毒时从未观察到。
在所有个体中,将根据患者的健康状态、体重、给药方式以及制 剂的性质等确定所施用人-牛嵌合RSV疫苗的精确数量以及给药时间 和次数。
剂量通常为每个患者约103-约106噬菌斑形成单位(PFU)或 更多病毒,更通常为每个患者约104-105PFU病毒。
在任何情况下, 疫苗制剂均应提供足以有效刺激或诱导抗RSV免疫反应之数量的本发 明减毒RSV,例如可通过补体固定、噬菌斑中和和/或酶联免疫吸附 检测以及其他方法确定数量。
就此而言,还应监测个体上呼吸道疾病 的迹象和症状。
就给黑猩猩施用而言,在接种者鼻咽中生长的疫苗的 减毒病毒比野生型病毒水平低约10倍或更低,或与不完全减毒的RSV 水平相比,约低10倍或更低。
在新生儿和婴儿中,需要多次给药以引发足够水平的免疫。
给药 应在出生后第一个月内开始,在儿童期间隔给药,例如以2个月、6 个月、一年和两年的间隔,以必须保持足够水平的抗天然(野生型) RSV感染的保护作用。
同样,对重复或严重RSV感染特别敏感的成 年人,例如健康护理工、看护工、幼儿的家庭成员、老年人、心肺功 能受损害的个体需要多次免疫以确立和/或保持保护性免疫反应。
通过 测定中和分泌和血清抗体的数量,调整的剂量或重复接种的次数能监 测诱导的免疫水平以便必须维持在所需的保护水平。
此外,可将不同 疫苗病毒标名施用给不同的受体组。
例如,表达富集在T细胞表位的 细胞因子或其他蛋白质的经遗传工程学方法改变的嵌合RSV菌株对成 年人比对婴儿尤其优势。
将依据本发明生产的RSV疫苗能与表达另一 RSV亚型或菌株抗原的病毒组合在一起以获得抗多种RSV亚型或菌 株的保护作用。
或者,疫苗病毒可按本文所述掺入加工到一个RSV克 隆中的多个RSV菌株或亚型的保护性表位。
通常使用不同疫苗病毒时,会将其组合同时施用,但也可将其单 独施用。
例如,由于两种RSV亚型的F糖蛋白的氨基酸序列仅有约10 %的不同,因此,这种相似性就是在用RSV或F抗原免疫和用异源 菌株攻击的动物中所观察到的交叉保护性免疫反应的基础。
因此,用 一种菌株免疫可抵御相同或不同亚型的不同菌株。
但是最佳保护作用 需要对两种亚型都免疫。
本发明的人-牛嵌合RSV疫苗引发产生保护性免疫反应,当个体 随后受到野生型RSV感染时,这种免疫反应可抵御严重的下呼吸道疾 病,例如肺炎和细支气管炎。
尽管天然循环中的病毒仍能引起感染, 特别是在上呼吸道中,但由于接种并可能加强对随后野生型病毒感染 的抗性,所以大大降低了鼻炎的可能性。
接种后,有可检测水平的宿 主产生的血清和分泌抗体,该抗体能够中和体外和体内同源(相同亚型 的)野生型病毒。
在许多情况下,宿主抗体还可中和不同非疫苗亚型的 野生型病毒。
本发明的优选人-牛嵌合RSV与人中天然循环的野生型病毒相 比,毒力有非常实质性的减低。
嵌合病毒是充分减毒的以致在大多数 免疫个体中不发生感染症状。
在某些情况下,减毒病毒还能够传给未 接种的个体。
但是,其毒力被充分废除以致在所接种或附带宿主中不 发生严重的下呼吸道感染。
人-牛嵌合RSV疫苗病毒减毒水平可通过例如对所免疫宿主的呼 吸道中存在的病毒数量定量,并将数量与野生型RSV或已评估为候选 疫苗菌株的其他减毒RSV产生的数量进行比较后测定。
例如,与野生 型病毒的复制水平相比,本发明的减毒嵌合病毒在高度敏感宿主,例 如黑猩猩的上呼吸道中,其复制受到很大程度的限制,例如低10-1000 倍。
另外,在黑猩猩上呼吸道中减毒RSV疫苗菌株的复制水平应低于 RSV A2 ts-1突变体,该突变体在血清反应阴性人婴儿中前示为不完全 减毒。
为了进一步减少与上呼吸道中病毒复制有关的鼻溢的发展,理 想疫苗候选病毒应在上呼吸道和下呼吸道中均表现出限制水平的复 制。
但是,本发明的减毒病毒在人中必须是有足够感染性和免疫原性 的以便在所接种的个体中授予保护作用。
测定RS病毒在所感染宿主 鼻咽中的水平的方法在文献中是熟知的。
通过吸入或洗涤出鼻咽的分 泌物可得到样品,在组织培养或其他用实验室方法测定病毒的量。
参 见例如(Belshe等,J.Med.Virology 1:157-162,1977;Friedewald等,J. Amer.Med.Assoc.204:690-694,1968;Gharpure等,J.Virol.3:414- 421,1969;和Wright等,Arch.Ges.Virusforsch.41:238-247,1973),分 别引入作为参考。
在宿主动物,例如黑猩猩中的鼻咽可很方便地测定 病毒。
在某些情况下,可合理地将本发明的人-牛嵌合RSV疫苗与针对 其他药剂,特别是其他儿童病毒诱导保护性反应的疫苗组合在一起。
例如,可将本发明的嵌合RSV疫苗与例如在Clements等,J.Clin. Microbiol.29:1175-1182,1991(在此引入作为参考)中所述的副流感病 毒疫苗同时施用。
在本发明的另一方面,可将嵌合RSV作为其他呼吸 道病原体例如PIV的保护性抗原的载体,按本文所述,通过将编码这 些保护性抗原的序列掺入到用于生产感染性嵌合RSV的嵌合RSV基 因组或反基因组而完成。
在本发明的另一方面,用嵌合RSV作为呼吸道的瞬时基因治疗 的载体。
根据该实施方案,嵌合RSV基因组或反基因组掺入能够编 码目的基因产物的序列。
目的基因产物在与控制RSV表达相同或不同 的启动子的控制下。
将通过与N、P、L及M2(ORF1)蛋白共表达重组 RSV基因组或反基因组并含有编码目的基因产物的序列而产生的感 染性RSV施用给患者。
这样可能涉及是完全感染性的重组RSV(即对 感染培养的细胞是感受态并产生感染性子代),或可以是例如缺乏一个 或多个G、F和SH表面糖蛋白基因并通过稳定或瞬时表达以反式提 供一种或多种这些蛋白的细胞中增殖的重组RSV。
在这种情况下,产 生的重组病毒能胜任有效感染,但在产生感染性颗粒方面是高度无效 的。
所表达的细胞表面糖蛋白的缺乏也会降低宿主免疫系统在减少感 染细胞方面的效率。
这些特征将会提高外源基因表达的持久性和安全 性。
就基因治疗来说,通常通过气溶胶、喷雾器或其他局部应用给药 到待治疗之患者的呼吸道。
施用足够的量人—牛嵌合RSV会导致治疗 或预防水平的所需基因产物表达。
用该方法施用的代表性基因产物的 实例包括那些编码例如特别适合于瞬时表达的产物,例如白细胞介素 -2、白细胞介素-4、γ-干扰素、GM-CSF、G-CSF、促红细胞 生成素以及其他细胞因子、葡糖脑苷脂酶、苯丙氨酸羟化酶、囊性纤 维化跨膜传导调节蛋白(CFTR)、次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶、 细胞毒素、肿瘤抑制因子、反义RNA和疫苗抗原。
以说明而非限制的方式提供下列实施例。
实施例I 构建编码嵌合BRSV/HRSV反基因组的cDNA及回收感染性rBRSV/A2 嵌合病毒 用类似于HRSV所描述的策略(Collins等,Proc.Natl.Acad.Sci. USA 92:11563-11567,1995;Bermingham和Collins,Proc.Natl.Acad. Sci.USA 96:11259-11264,1999;Bukreyev等,J.Virol.70:6634-6641, 1996;Bukreyev等,J.Virol.71:8973-8982,1997;Whitehead等,J. Virol.72:4467-4471,1998;Whitehead等,Virology 247:232-239,1998; Collins等,Virology 259:251-255,1999;Bukreyev等,Proc.Natl.Acad. Sci.USA96:2367-2372,1999;Juhasz等,Vaccine 17:1416-1424,1999; Juhasz等,J.Virol.73:5176-5180,1999;Teng和Collins,J.Virol. 73:466-473,1999;Whitehead等,J.Virol.73:9773-9780,1999;Whitehead 等,J.Virol.73:871-877,1999;Whitehead等,J.Virol.73:3438-3442,1999; Murphy等,美国专利号5,993,824,分别在此引入作为参考)从编码 病毒反基因组RNA和N、P、M2-1和L支持蛋白(Buchholz等,J.Virol. 73:251-259,1999)克隆的cDNA中回收感染性rBRSV。
但是,通过利 用稳定表达T7RNA聚合酶的细胞系,而不是用表达该酶的牛痘病毒 重组体感染来提供T7 RNA聚合酶(Buchholz等,J.Virol.73:251- 259,1999)。
设计用于rBRSV的cDNA来编码带有真正3’和5’末端而没有其 他异源末端核苷酸的完整rBRSV反基因组RNA。
该cDNA编码具有 体外生长特性的感染性rBRSV,这些特性与其生物学亲本ATue51908 病毒株特性(文献参照同上)基本上无法区别开,该亲本衍生于美国 典型培养物保藏中心提供的A51908病毒株。
为了用于本发明,按照下列标准方法(Kunkel等,Methods Enzymol. 154:367-382,1987;在此引入作为参考)通过定点诱变修饰前述质粒: 首先除去在NS1非编码区的单一合成的NotI位点(Buchholz等,J.Virol. 73:251-9,1999,在此引入作为参考)以产生ATue51908野生型序列 (GenBank登记号AF 092942)。
其次,将合成的标记限制位点导入 SH/G(SalI,ATue51908核苷酸4,673),G/F(SphI,ATue51908核苷酸 5,539)和F/M2(XhoI,ATue51908核苷酸7,471和ClaI,ATue51908 核苷酸7,485)基因间区域(图1B)。
将所得的质粒命名为pBRSV18(在 pBRSV18中BRSV cDNA的Genbank登记号为AF092942)。
该cDNA 作为构建BRSV/HRSV嵌合体的亲本cDNA。
就体外生长特征而言, 从该亲本cDNA回收的rBRSV与生物学衍生的ATue51908病毒基本 上无法区分,因此认为其是野生型生长表型。
用导入紧靠G基因上游SalI位点和紧靠F基因下游XhoI位点的 寡核苷酸引物扩增以前报道的HRSV病毒株A2重组版本(1995年9月 27日提交的美国临时专利申请号60/007,083;1996年9月27日提交 的美国专利申请号08/720,132;1996年7月15日提交的美国临时专 利申请号60/021,773;1997年5月9日提交的美国临时专利申请号 60/046,141;1997年5月23日提交的美国临时专利申请号60/047,634; 1999年11月30日授权的美国专利号5,993,824;国际公开号WO 98/02530;Collins等,Proc.Nat.Acad.Sci.USA  92:11563- 11567,1995,分别引入作为参考)的G和F基因(核苷酸4,674-7,551)(图 1B)。
克隆PCR产物,确定其插入序列的完整性。
随后,用SalI和XhoI 限制位点将包括基因起始和基因终止/聚腺苷酸信号的跨HRSV G和F 基因的约2,885bp片段转移到pBRSV18,替换各有的BRSV基因。
将编码带有衍生自HRSV A2之糖蛋白基因的嵌合BRSV反基因组的 所得质粒命名为pBRSV/A2-10。
图1A代表从pBRSV 18和 pBRSV/A2-10表达的重组病毒(rBRSV和rBRSV/A2)之基因组结构的 总示意图。
从该质粒合成的嵌合反基因组长度为15,227核苷酸,比亲 本rBRSV长87核苷酸。
基本上如本发明别处以及上述引入之参考文献所述,从cDNA回 收重组RSV。
用5微克各自全长质粒(pBRSV18或pBRSV/A2-10)和4 个一组的从其表达BRSV N、P、L与M2蛋白的支持质粒(2.5g pN、2.5 μg pP、0.5μg pL和0.5μg pM2)转染32-mm平皿的稳定表达噬菌体T7 RNA聚合酶的分会合BSR T7/5细胞。
将所有cDNA构建体克隆在T7 启动子的控制下。
该表达质粒含EMCV IRES序列,允许进行帽—独 立(cap-independent)翻译。
用Superfect(Qiagen,Valencia,California) 转染剂完成转染。
转染2小时后,除去上清液,用含3%胎牛血清(FCS) 补加的极限必需培养基洗涤细胞并保持。
转染3天后,将细胞以1∶3 的比例分开。
转染后7天收集细胞和上清液。
用甲基纤维素覆盖双份 转染物,保温5天不会分裂,通过免疫化学染色检查。
这表明pBRSV18 与pBRSV/A2-10产生相似水平的回收病毒,约100个转化灶/32-mm 平皿。
根据该标准,rBRSV/A2病毒与rBRSV亲本基本上表现出相同 的生活力。
为了证实所回收病毒的同一性,从感染的细胞中回收病毒RNA, 然后通过反转录(RT)PCR分析。
用设计引物进行反应以拷贝并扩增 基因组的3个RNA区,该区域含图1B中所示标记限制位点,这些位 点可以区别ATue51908、rBRSV与rBRSV/A2。
用于RT的引物是反 基因组意义的,与下列基因互补:BRSV(ATue51908病毒株)M基因 (ATue51908核苷酸从3612到3635)的一个区域、BRSV G基因 (ATue51908核苷酸从5372到5392)或HRSV A2 G基因(HRSV A2 核苷酸5442-5463),以及BRSV F基因(ATue51908核苷酸从7218到 7240)或者HRSV A2 F基因(A2核苷酸从7309到7329)。
将一份RT产 物用于PCR,使用上述各自的第一链引物和对应于基因组序列的各自 基因间区域下游的反向引物(ATue51908核苷酸从4886到4862和 HRSV A2核苷酸从4878到4856,SH/G基因间区域下游反向引物; ATue51908核苷酸从5964到5941和HRSV A2核苷酸从6055到6033, G/F基因间区域下游反向引物;以及ATue51908核苷酸从7852到 7832,F/M2基因间区域下游反向引物)。
如图2A与2B所示,每个RT-PCR反应产生单一cDNA产物, 在每种情况下其电泳迁移率与计算的预测值一致。
如果删除RT步骤, 则不会缺失PCR产物,这表明该产物衍生自RNA而不是污染的DNA。
用诊断限制酶(SalI、StuI、SphI和XhoI)消化RT-PCR产物,然后在琼 脂糖凝胶电泳上电泳分析。
在所有情况下,均得到了预期的限制图谱, 这表明每种病毒均含有预期的限制位点标记。
具体地说,ATue51908 生物学衍生的病毒在所检测区域内均缺乏所有4个位点,两个重组体 均含有位于SH/G基因间区域的单一SolI位点,和在F/M2区域内单 一XhoI位点,rBRSV在G/F基因间区域含有单一SphI位点,而 rBRSV/A2在这个后基因间区域内含单一StuI位点。
另外,用自动测 序仪(LI-COR,MWG)测定RT-PCR产物的序列,证实了预期的序列。
因此,这种嵌合rBRSV/A2病毒含有预期的结构,并在回收过程中没 有序列改变。
实施例II 重组嵌合rBRSV/A2病毒的体外分析 为了制备用于进一步分析的病毒储备液,用感染复数(MOI)为 0.1的rBRSV或rBRSV/A2感染牛MDBK细胞单层。
吸附90分钟后, 除去接种物,将细胞保持在用3%胎牛血清(FBS)补加的极限必需 培养基中。
当细胞病变的效应(CPE)显著时,通常在温育4-7天后, 将培养基调整到100mM MgSO4与50mM HEPES(pH7.5)以便使病 毒稳定(Femie和Gerin,Virology 106:141-4,1980,在此引入作为参考), 使细胞和培养基经3轮-70℃的快速冷冻和快速融解以便释放病毒。
通 过离心除去细胞碎片。
用相同的方法在HEp-2细胞中繁殖生物学衍生 的HRSV病毒株Long。
就序列分析以及与大多数单克隆的反应性而 言,病毒株Long与病毒株A2非常相似,因此在这些特定检测中作为 A2病毒株的替代物(Johnson等,Proc.Nat.Acad.Sci.USA 84:5625- 9,1987;Johnson和Collins,J Gen.Virol.70:1539-47,1989;Lopez等, Virus Res.10:249-61,1988,分别在此引入作为参考)。
不用对 ATue51908生物学衍生的亲本进行平行分析,因为其体外生长特性与 其重组衍生物rBRSV基本相似,因此作为BRSV对照。
按以前所述 进行病毒滴定(Buchholz等,J.Virol.73:251-9,1999,在此引入作为参 考)。
通过间接免疫荧光检测在由rBRSV、rBRSV/A2与HRSV病毒株 Long在人HEp-2细胞中的G蛋白表达。
用0.1 MOI感染HEp-2细胞, 感染36小时后,用80%丙酮固定,然后在37℃与针对BRSV G的小 鼠单克隆抗体(mab)G66(1∶1000稀释)(Furze等,J.Gen.Virol.75: 363-70,1994;Langedijk等,J.Virol.71:4055-61,1997,分别在此引入 作为参考),或者与针对抗HRSV G的mab 021/01G(1∶40稀释) (Garcia-Barreno等,J.Virol.63:925-32,1989;Martinez和Melero,J.Gen. Virol.79:2215-20,1998,分别在此引入作为参考)一起保温30分钟。
将细胞用结合山羊抗小鼠IgG(Dianova,Hamburg)的异硫氰酸荧光素染 色,再用0.01% Evans Blue复染。
正如预期的,BRSV-特异性的mab与rBRSV反应,而不与 rBRSV/A2或HRSV反应(表1)。
相反,HRSV-特异性mab与rBRSV/A2 与HRSV反应,但不与rBRSV反应。
rBRSV与HRSV的反应性图谱 分别与其牛和人特异性一致,而rBRSV/A2的反应性图谱证实其表达 人源G蛋白而不是牛源G蛋白。
另一方面,嵌合rBRSV/A2病毒在HEp-2 细胞中诱导细胞病变效应(CPE),该效应与rBRSV的更相似胜过 HRSV。
例如,在用HRSV感染的培养物中,几乎100%的细胞表现 出阳性免疫荧光,而相对地用rBRSV感染的有20%,用rBRSV/A2 感染的有20-30%。
另外,HRSV诱导显著的CPE,伴随形成大合胞体, 而rBRSV与rBRSV/A2引起水平降低的CPE并形成小合胞体。
因此, 嵌合rBRSV/A2病毒在该人细胞系中的感染性和CPE与其rBRSV亲 本更近似。
这表明表面糖蛋白G和F单独转移到rBRSV并不会赋予 HRSV完全许可在人细胞中生长--这表明其他HRSV基因有助于确定 在Hep-2细胞中的生长特征。
表1.通过与单克隆抗体a的反应性证实在rBRSV/A2和 rBRSV/LongF重组病毒中存在相称的F和G糖蛋白   mab
 特异性
rBRSVa
rBRSV/A2a
rBRSV/LongFa
HRSVa
  G66
 BRSV G
    +
    -
    +
    -
  021/1G
 HRSV G
    -
    +
    -
    +
  2F
 RSV F
    +
    +
    +
    +
  44F
 HRSVF
    -
    +
    +
    +
a.在间接免疫荧光检测和免疫电子显微镜中的反应性。
在MDBK与HEp-2细胞中比较rBRSV、rBRSV/A2和HRSV病 毒株Long的多轮生长(图3)。
在24孔蝶中用0.1 MOI病毒感染等数 量的分会合MDBK细胞和HEp-2细胞。
吸附90分钟后,除去接种物, 用含3%FBS的培养基将细胞洗涤2次。
在感染的不同时间,收集2 个孔,将培养基调整到100mM MgSO4与50mM HEPES(pH 7.5),然 后将细胞和培养基快速冻融3次。
通过离心澄清培养基,并滴定病毒。
在HEp-2细胞中,HRSV产生比rBRSV多约10倍的病毒(图3,A组), 而在MDBK细胞中,情况正好相反(图3,B组)。
在MDBK细胞中, HRSV在2天后达到最高效价,而rBRSV继续生长并在4-5天后达 到最大。
这些结果与在这个牛细胞系中对HRSV生长的部分限制一致。
令人感兴趣的是,在人和牛细胞系中嵌合rBRSV/A2比rBRSV的复制 高约2倍,而在牛细胞中,其生长曲线与rBRSV而不是HRSV的相 似。
这些结果表明该嵌合病毒的生长特征与任何一亲本均不相同,与 其嵌合特性一致。
在多轮生长试验中有效复制能力表明在rBRSV背景 中HRSV G与F蛋白是有功能的。
最重要的是,这些结果表明在这两 个细胞系中,一个是人源的,一个是牛源的,该嵌合病毒是完全有能 力生长的。
用免疫电子显微术检测病毒体是否存在适宜特异性的G蛋白。
用 0.1 MOI的rBRSV、rBRSV/A2或HRSV感染MDBK细胞。
感染后72 小时,当CPE显著时,用缓冲的0.05%戊二醛将材料固定15分钟以 使病毒体结构稳定。
从平板中刮掉单层,然后低速离心,将沉淀重悬 浮在少量缓冲液中。
将用碳稳定的包被300目铜网格的辉光排放弗姆 瓦浮在细胞悬浮液滴上。
通过用在含1%牛血清白蛋白标准磷酸缓冲 的盐水(PBS-BSA)中的1%冷水鱼明胶(Sigma,Deisenhofen,Germany) 处理的网格阻断抗体的非特异性吸附。
随后,将该网格在用PBS-BSA 稀释的单克隆抗体(2F,特异于HRSV和BRSV F,44F,特异于HRSV F,021/1G,特异于HRSV G和66G,特异于BRSVG(Garcia-Barreno 等,J.Virol.63:925-932,1989;Martinez等,J.Gen.Virol.79:2215- 2220,1998))滴上浮45分钟。
用PBS-BSA洗涤数次后,用经山羊抗小 鼠免疫球蛋白Fab(GAF10,BioCell Int.,Cardiff,United Kingdom)标记 的胶体金(10nm)检测并用磷钨酸(PTA),pH 6.0负染色结合抗体。
用400 T传导电子显微镜(Philips,The Netherlands)检测该网格。
该过 程使病毒体结构保持完整,而且可检测外表面抗原。
电子显微术分析揭示在制备有大量rBRSV(图4,A组)、rBRSV/A2 与HRSV病毒株Long直径为100-200nm、长度为数微米的丝状颗 粒。
超薄切片及戊二醛固定后的材料比较证明在戊二醛固定后仍能保 持病毒体的形状。
戊二醛固定后观察到的病毒体直径的变化可能是由 于固定过程中颗粒脱水造成的(图4,A和B组)。
此外,未影响抗原 的结构和单克隆抗体的反应性(图4,A组,插入部分)。
用针对BRSV和HRSV G和F蛋白(表1)的抗体组对病毒制备 物进行免疫电子显微术检查,然后用金—结合的山羊抗小鼠免疫球蛋 白标记,负染色。
用针对HRSV F的单克隆抗体(图5,B组、D组和 F组),与HRSV病毒体表面的标记强度相比(图5,F组)可观察到 rBRSV/A2病毒体表面的密集免疫金标记(图5,D组),而未检测到 rBRSV病毒体的特异性标记(图5,B组)。
用与BRSV和HRSV F蛋 白均反应的抗体2F(图5,A、C和E组)作为对照以说明所有病毒制 备物,包括BRSV制备物抗原结构完整。
这证实正如预期的,rBRSV/A2 嵌合病毒和HRSV阳性对照病毒含有HRSV F蛋白,而rBRSV阴性 对照病毒则没有。
针对HRSV G蛋白的单克隆抗体与rBRSV/A2(图6,D组)以及 与HRSV颗粒(图6,F组)反应,而不能与rBRSV病毒体表面(图6,B 组)反应。
当用针对BRSV G的抗体作为对照时,仅有rBRSV病毒体 表面被免疫金标记(图6,A组),而不是嵌合病毒体(rBRSV/A2,图6, C组)或HRSV(图6,E组)的病毒体表面。
这些结果证实rBRSV/A2嵌 合病毒与HRSV对照病毒含有HRSV G蛋白,而不是BRSV的G蛋 白,而rBRSV对照病毒含BRSV G蛋白,而不含HRSV G蛋白。
因 此,rBRSV/A2嵌合病毒确实含有HRSV G和F蛋白作为表面糖蛋白, 存在数量与生物学衍生之病毒相似。
实施例III 构建编码涉及不同HRSV A亚型病毒包含单一基因替换的嵌合 BRSV/HRSV病毒的cDNA 上述嵌合rBRSV/A2病毒涉及同时替换两个表面蛋白,G和F。
需要确定BRSV/HRSV嵌合病毒是否能被制备,其中这种替换仅涉及 两个糖蛋白之一,而且确定该替换是否能与不同A亚型病毒株即Long 病毒株一起制备。
构建第二个BRSV反基因组cDNA,其中含有替换 BRSV F基因的HRSV病毒株Long F基因(图7A和7B)。
从HRSV病 毒株Long感染的HEp-2细胞中制备总RNA。
随后用下列引物进行 RT-PCR:引物FLa(5′- AG GAATTCGCATGCGGGGCAAATAACAATGGAGTTGCCAATC-3′ (SEQ ID NO:21),HRSV病毒株Long F基因序列的核苷酸1-28, 含EcoRI/SphI衔接物(有下划线者),和引物FLRa(5′- AG GAATTCTCGAGTTTTTATATAACTATAAACTAGGAATCTAC-3′ (SEQ ID NO:22),HRSV病毒株Long F基因的核苷酸1903-1874, 下划线的为EcoRI/XhoI衔接物,产生1,930bp的PCR产物。
用EcoRI 衔接物将PCR产物克隆到pBluescript SK-(Stratagene,La Jolla,CA) 中。
将PCR产物测序,用SphI与XhoI切割1,906bp片段,然后转移 到pBRSV 18的Sphl-XhoI窗口中,得到pBRSV/LongF-12。
该质粒编 码15,114个核苷酸的嵌合RSV反基因组。
按上述,将质粒pBRSV/LongF-12转染到稳定表达T7 RNA聚合 酶的BSR T7/5细胞中。
转染5天后,在所有转染的平皿中均可观察 到对RSV典型的约数细胞病变效应。
rBRSV、rBRSV/A2与 rBRSV/LongF的回收率相当高,通常产生约100个转染灶/32-mm平 皿。
通过从转染MDBK细胞上清液的2次传代生产病毒储备液。
为了检测含有HRSV病毒株Long F基因替换BRSV F基因序列 的重组BRSV的同一性,进行两个RT-PCR(图8)。
第一个RT-PCR(图 8,PCR1)用与BRSV骨架序列即F基因上下游杂交的引物对进行,得 到BRSV病毒株ATue51908和重组类似物rBRSV的2,187个核苷酸 产物,而对rBRSV/LongF则得到2,161个核苷酸产物。
正如预期的, 用上述BRSV引物对未从HRSV病毒株Long RNA中得到PCR产物。
经限制分析时,用SphI可切割重组病毒,但不能切割标准BRSV病 毒株ATue51908(对rBRSV生成2,028bp和159bp带,对rBRSV/LongF 生成2,002bp和159bp带),这证实存在合成的SphI标记限制位点 (rBRSV和rBRSV/LongF位置5539)。
正如预期的,EcoRI在BRSV ATue51908与rBRSV F基因(基因组位置6233)的天然EcoRI位点切 割产生1,334个核苷酸与853个核苷酸的两个片段,而EcoRI不切割 源自rBRSV/LongF的片段。
当用PstI消化时,含BRSV F基因的片段 仍未切割,而rBRSV/LongF产物被切割成1,351bp、586bp与224bp 的3个片段,证明在HRSV Long F基因序列中含有两个天然PstI位点 (位置63与649)(注意就单个基因说明Long序列,因为无法得到完整 基因组序列)。
第二个RT-PCR(图8,PCR2)用与HRSV病毒株Long F 基因杂交的引物对进行,对于rBRSV/LongF和HRSV病毒株Long亲 本病毒产生1,903bp的PCR产物。
正如预期的,从rBRSV没有得到 产物。
用PstI与EcoRI消化产生预期的切割图谱(未给出)。
另外,用 全自动测序仪(LI-COR,MWG)对RT-PCR产物测序,证实了预期的序 列。
因此,该嵌合重组rBRSV/LongF病毒含有预期的结构,并在回收 和传代过程中没有序列改变。
按以上对rBRSV/A2病毒的描述通过免疫电子显微术分析 rBRSV/LongF嵌合病毒。
用对BRSV G蛋白特异性的mab G66分析 rBRSV/LongF,表明有强反应性(图9,A组),而用对HRSV G蛋白特 异性的mab 021/21G就观察不到(图9,B组)。
rBRSV/LongF与对HRSV F特异性的mab 44F也有强反应性(图9,D组),以及与对HRSV和BRSV F蛋白特异性的mab 2F也有强反应性(图9,C组)。
这表明这个嵌合 病毒含有亲本BRSV G蛋白以及来自HRSV病毒株Long的异源F糖 蛋白。
实施例IV rBRSV/A2嵌合病毒在血清反应阴性少年黑猩猩中的生长 通过鼻内和气管路径在各位点给确定为HRSV血清反应阴性的年 轻黑猩猩接种107pfu/ml剂量的rBRSV或rBRSV/A2(表2)。
每种 病毒施用给2只黑猩猩。
接种病毒后,在1-10和12天每天取鼻咽 的拭抹样品,在2、5、6、8和12天取气管的灌洗样品。
将样品冷冻, 然后通过在HEp-2细胞上的噬菌斑检测测定RSV效价。
每天评估鼻 液溢的量,这是上呼吸道疾病的测量指标,赋分数值0-4(0=无,1= 痕量,2=轻度,3=中度,4=严重)。
将所述结果与动物历史对照比 较,所述对照接受通过相同途径施用的(i)104 pfu重组HRSV病毒株 野生型病毒A2/位点(Whitehead等,J.Virol.72:4467-4471,1998,在此 引入作为参考)或(ii)105pfu活减毒rA2cp28/404病毒株A2疫苗候选物 /位点(Whitehead等,J.Virol.73:3438-3442,1999,在此引入作为参 考)(表2)。
           表2.重组rBRSV和嵌合rBRSV/A2在黑猩猩上呼吸道和下呼吸道中的复制                                   鼻咽拭抹样品效价(log10pfu/ml)                          气管灌洗样品效价(log10fu/ml)                                            接种后天数                                           接种后天数                鼻液溢 黑猩猩                                                                                                                           峰值分      病毒   1     2     3     4     5     6     7     8    9     10    12     峰值  2      5    6      8     12    峰值 鉴定号                                                                                                                           数 95A016  rBRSVa <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7   0 95A018  rBRSVa <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7   0        平均值                                                                  <0.7                               <0.7   0.0     rBRSV/ 95A007              <0.7 <0.7 0.7   0.7   1.0   <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 1.0   <0.7  0.7  12    <0.7 <0.7 1.2     0 A2     rBRSV/ 95A008             <0.7 <0.7 0.7   <0.7 1.4   0.7   <0.7 <0.7 0.7   12    <0.7 1.4   <0.7  0.7  2.0   <0.7 <0.7 2.0     0 A2       平均值                                                                   12                                 1.6     0.0  rA2cp248/ 404b<0.7 <0.7 1.1   2.2   1.5   2.0   1.4   1.4   1.0   0.7   <0.7 2.5d <0.7 1.0  1.0    <0.7 <0.7 1.4d  0.8       平均值 RACc     平均值<0.7 1.7   2.6   4.5   4.4   4.4   4.4   4.4   1.6   <0.7 <0.7 4.9d  2.0  4.2  3.3    22    <0.7 4.7d  2.5 a经鼻内和气管内以107 pfu/ml的剂量在每个位点接种1.0ml每种病毒。
在1-10和12天每天收集鼻咽的拭抹样品,在2、5、6、8和12 天收集气管的灌洗样品。
b用4只黑猩猩以105 pfu/ml的剂量评估rA2cp248/404病毒(Whitehead等,J.Virol.73:3438-3442,1999)。
c用4只黑猩猩以104 pfu/ml的剂量评估rA2(rA2位点)病毒(Whitehead等,J.Virol.72:4467-4471,1998)。
d用在每个动物中达到的峰病毒效价计算平均峰效价。
因为对于每个动物来说,在不同的天数达到峰病毒效价,平均峰效价超过在任何给 出天的平均效价。
野生型HRSV在血清反应阴性的黑猩猩中是高度允许的,并在本 次实验中病毒复制所达到峰平均滴度超过4.5 log10 pfu/ml鼻拭抹或气 管灌洗样品(表2)。
鼻液溢峰值分数为2.5。
活减毒疫苗候选株 rA2cp248/404(参见例如1999年11月30授权的美国专利号5,993,824; 国际公开号WO 98/02530;Collins等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92: 11563-11567,1995;Whitehead等,Virology 247:232-239,1998,分别在 此引入作为参考)在上、下呼吸道中分别复制达到2.5和1.4 log10pfu/ml 拭抹/灌洗的峰平均效价,鼻液溢峰值分数为0.8。
相反,rBRSV在上 或下呼吸道中没有可检测的复制,也没有疾病的迹象。
因此,甚至当 以100-1000倍于HRSV的剂量给药时,rBRSV在黑猩猩中的复制也 是受到高度限制的。
rBRSV/A2嵌合体在上和下呼吸道中呈现出数天 复制。
直到3或5天才能检测到释放,这表明从接种没有样品遗留, 正如与回收病毒的时间长度一样。
其效价比用野生型HRSV观察到的 低很多,并比用rA2cp248/404疫苗候选株观察到的中度偏低。
这些结 果表明所述嵌合病毒是高度减毒的。
因此,用HRSV对应物替换rBRSV 的G和F糖蛋白基因,这样会转移主要抗原决定基,使在黑猩猩中的 生长得到改善,而其他BRSV基因有助于表型高度减毒。
在第30天用每个位点鼻内或气管内施用的104 pfu野生型HRSV 攻击接受了rBRSV或rBRSV/A2病毒的动物。
在攻击后3、5、7和10 天取鼻拭抹或气管灌洗样品,通过噬菌斑实验检测释放的病毒。
用两 种病毒中的任一种预先免疫会在攻击过程中等程度地降低疾病症状。
尽管所述嵌合病毒由于掺入人RSV序列而在黑猩猩中比BRSV表现 出好的生长,但在该嵌合病毒中高度受限制的复制特性表明该疫苗候 选株的微调将会降低灵长类的减毒作用。
表3.wtRSV A2攻击病毒在预先用rBRSV or rBRSV/A2接种的黑猩猩中的复制a            鼻咽拭抹样品效价(log10pfu/ml)      气管灌洗效价(log10pfu/ml) 黑猩猩    用于免疫                     接种后天数                      接种后天数                                         鼻液溢量峰 鉴定号    的病毒                                                                                                峰值                    0        3      5      7      10       峰值   3      5      7        10              值分数 95A016    rBRSV        <0.7    3.7    4.1    1.0    <0.7    4.1    5.2    6.0    <0.7   <0.7    6.0     1 96A018   rBRSV         <0.7    3.8    3.0    <0.7  <0.7    3.8    2.0    4.5    <0.7   <0.7    4.5     1               平均值                                      4.0                                   5.3     1.0 95A007    rBRSV/A2     <0.7    4.6    4.3    1.6    <0.7    4.6    5.7    6.3    1.7     <0.7    6.3     2 95A008    rBRSV/A2     <0.7    2.2    5.4    1.7    <0.7    5.4    3.2    6.3    2.8     <0.7    6.3     2               平均值                                      5.0                                   6.3     2.0 a每个黑猩猩在第30天经鼻内和气管内以104 pfu/ml的剂量在每个位点接种1.0ml的wtRSVA2。
攻击在所 标示的天数收集鼻咽的拭抹样品和气管灌洗样品。
实施例V 构建在靠近启动子移动的位置含HRSV G和F基因的嵌合BRSV/HRSV 本实施例描述构建感染性rBRSV/HRSV嵌合体,其中将HRSV G 和F基因替换到重组牛RSV(rBRSV)背景中。
所得的人-牛嵌合体含有 HRSV的2个基因,即G和F,和来自BRSV的8个基因,即NS1、 NS2、N、P、M、SH、M2和L。
除这种基本替换的糖蛋白构建外, 还将HRSV G和F基因移到rBRSV骨架中更靠近启动子的位置,即 相对于在RSV基因组中F和G基因的野生型基因顺序位置。
更具体 地说,将F和G基因从其相对于启动子的通常位置,即分别为基因位 置7和8分别移到位置1和2。
按上述生产完全感染性的rBRSV,其中进行核苷酸替换以便分别 在位置67,4,673与7,471产生特有的NotI、SalI和XhoI位点(图 10A)(Buchholz等,J.Virol.73:251-259,1999;Buchholz等,J.Virol.74: 1187-1199,2000,在此引入作为参考)。
NotI位点包含在BRSV NS1基 因的上游非翻译区,SalI和XhoI位点在基因间区域。
用SalI和XhoI消 化rBRSV反基因组cDNA在其整体中切割BRSV G和F基因,并产 生连接的相容粘性末端。
这导致rBRSV反基因组cDNA缺乏G和F 基因并含有有下列序列的64-核苷酸SH-M2基因间区域: TTAAACTTAAAAATGGTTTATGtcgaGGAATAAAATCGATTAACAA CCAATCATTCAAAAAGAT(SEQ ID NO.23)(小写字母为原始切割的 SalI和XhoI位点的四核苷酸粘性末端)。
为了进行比较,天然BRSV F-M2基因间序列长度为55个核苷酸。
以用于修饰cDNA末端的诱变引物通过PCR制备含HRSV G和 F基因的cDNA。
具体地说,用PCR扩增完整HRSV反基因组cDNA的 核苷酸4692-7551(跨越从G ORF的ATG到F基因终止信号末端), 设计引物以便在F基因终止信号紧后加入F-M2 IG的前6个核苷酸, 然后接一个拷贝的NS1基因起始信号。
还设计PCR引物以便在该cDNA 的两个末端加入BlpI位点和NotI位点。
经PCR扩增的该cDNA片段 的序列通过双脱氧核苷酸测序确定。
然后将该cDNA作为NotI片段插 入到上述没有G和F基因的rBRSV反基因组cDNA的特有NotI位点 中。
通过限制片段图谱鉴定正确的重组体,并命名为rBRSV/A2-G1 F2。
所编码的基因组RNA的结构示于图10C。
如图所示,在该cDNA中, 将G和F基因从相对于启动子的位置7和8移到位置1和2。
将编码rBRSV/A2-G1 F2的反基因组RNA的质粒与编码N、P、 M2-1和L支持蛋白的质粒按上述一起转染到BSR T7/5细胞中,该细 胞稳定表达T7,RNA聚合酶(还参见Buchholz等,J.Virol.73:251- 259,1999;Buchholz等,J.Virol.74:1187-1199,2000,分别在此引入 作为参考),然后回收感染性病毒。
将回收的rBRSV/A2-G1F2病毒与 rBRSV、rHRSV(也称为rA2)和rBRSV/A2就在人HEp-2细胞和牛 MDBK细胞中的多循环生长效率进行比较。
如上所述(还参见Buchholz 等,J.Virol.74:1187-1199,2000,在此引入作为参考),在HEp-2细 胞中,rHRSV生长得比rBRSV更有效率,而rBRSV/A2病毒生长效 率介于各亲本之间。
如图11所示,rBRSV/A2-G1F2复制的效率与 rBRSV/A2的无法区别。
因此,意想不到的是,G和F基因位置的改 变并没有降低体外生长效率,新结果允许有效生产RSV疫苗病毒。
在用wtHRSV或嵌合病毒rBRSV/A2或rBRSV/A2-G1F2感染的 HEp-2细胞上进行免疫荧光分析。
用分别对HRSV G或F蛋白特异性 的两个单克隆抗体,即021/O1G和44F进行免疫荧光分析(Lopez等, J.Virol.72:6922-6928,1998;Melero等,J.Gen.Virol.78:2411- 2418,1997,分别在此引入作为参考)。
用每个单克隆抗体逐个进行染 色。
尽管该检测仅是半定量的,但已预先确定该检测能可靠地区别wt rBRSV和rBRSV/A2(后者在rBRSV骨架的正常基因组位置上携带 HRSV G和F基因)。
具体地说,wt HRSV产生很强广泛的免疫荧光图 谱,这标志着抗原表达的有效和广泛,而rBRSV/A2产生较弱的更分 散的、较低广泛的图谱(Buchholz等,J.Virol.74:1187-1199,2000,在 此引入作为参考)。
为rBRSV/A2-G1F2(图12)进行的可比较的分析表 明该启动子移动的嵌合病毒的免疫荧光图谱与wt HRSV的很相似。
该 结果与G和F糖蛋白的表达增加一致。
同时,与wt HRSV相比,与 rBRSV/A2-G1F2有关的细胞病理效应降低,而与以前描述的rBRSV/A2 的更接近(Buchholz等,J.Virol.74:1187-1199,2000,在此引入作为参 考)。
具体地说,rBRSV/A2和rBRSV/A2-G1F2诱导较少和较小的合 胞体。
因此,本实施例证明rBRSV/A2病毒的修饰,该病毒在BRSV背 景中含有主要的HRSV保护性抗原,G和F蛋白,并在灵长类的呼吸 道中的复制被强力减毒。
如前实施例所示,BRSV/A2病毒有强宿主范 围限制,这使在其灵长类中是高度减毒的。
由于本发明的rBRSV/A2- G I F2病毒在其遗传背景中携带相同的BRSV基因构象,因此,它可 能享有这种强宿主范围限制表型,由此提高这两种主要保护性抗原的 表达。
进一步预期这两种保护性抗原在体内的表达增加可提高该病毒 的免疫原性。
因此,本实施例通过将HRSV基因移到靠近启动子的位 置来修饰和改善rBRSV/A2病毒。
以前尚未描述过该大小的位置移动, 即将G和F基因从相对于启动子的野生型位置7和8移到新位置1 和2。
实施例VI 构建含衍生自HRSV的被膜相关的M、G和F蛋白嵌合BRSV/HRSV 本实施例说明另一人-牛嵌合RSV,其涉及类似上述rBRSV/A2 嵌合体(在BRSV宿主范围减毒的背景中含有HRSV G和F保护性抗 原基因)的抗原嵌合体病毒修饰。
BRSV和HRSV有4个被膜相关蛋白: G和F糖蛋白是主要的保护性抗原;对HRSV不显现中和或保护性抗 原的未知功能的小疏水SH蛋白(Whitehead等,J.Virol.73:3438- 3442,1999;Connors等,J.Virol.65:1634-1637,1991,分别在此引入 作为参考);以及非糖基化内基质M蛋白,它不是保护性抗原,但在 病毒体组装中很重要(Teng和Collins,J.Virol.72:5707-16,1998,在此 引入作为参考)。
在本实施例中,构建BRSV/HRSV嵌合病毒,其中缺 失所有4个BRSV被膜相关蛋白基因,即BRSV M、SH、G和F,并 将3个HRSV被膜相关蛋白基因,即M、G和F插入在它们的位置上。
尽管未将HRSV SH基因包括在该特定重组体中,设计在本实施例中 这种构建体以便可将SH很容易地加在其正常基因组位置或其他位置 上。
修饰前述的rBRSV/A2构建体(Buchholz等,J.Virol.74:1187- 1199,2000,在此引入作为参考)以便在位置3204,介于P和M基因的 基因间区域含有独特的MluI位点(图13,A组;P-M IG)。
这涉及导 入5个核苷酸替换。
核苷酸序列位置编号是相对于完整rBRSV反基因 组(Buchholz等,J.Virol.73:251-259,1999;Buchholz等,J.Virol.74: 1187-1199,2000;GenBank登记号AF092942或在Collins等,Proc.Natl. Acad.Sci.USA 92:11563-11567,1995中的完整rHRSV反基因组;分 别在此引入作为参考),涉及HRSV序列的序列位置编号有下划线。
切割MluI-SalI片段,并用携带M基因的MluI-SalI片段替换。
参照图13,B组,用将改变导入cDNA末端的引物通过PCR扩 增和修饰含HRSV M基因的cDNA。
具体地说,修饰M cDNA以便 其上游末端含一MluI位点,然后先接P-M基因间区域的最后一个核 苷酸(在HRSV与BRSV中是相同的),其次接完整HRSV M基因,再 接BRSV SH-G基因间区域的前4个核苷酸,最后接SalI位点。
证实 该cDNA的序列全部是正确的。
将其用MluI和SalI消化,然后克隆 到rBRSV反基因组的MluI-SalI窗口。
这就导致rBRSV/A2-MGF。
如 图13,C组所示,该嵌合体含有6个BRSV基因的骨架,即NS1、N52、 N、P、M2和L,以及3个HRSV被膜相关蛋白基因,即M、G和F。
将该反基因组质粒与编码N、P、M2-1和L支持蛋白的质粒一起 转染到如前详述的稳定表达T7 RNA聚合酶的BSR T7/5细胞中 (Buchholz等,J.Virol.73:251-259,1999;Buchholz等,J.Virol.74:1187- 1199,2000,分别在此引入作为参考),然后回收感染性病毒。
前述实施例说明了用于生产人-牛嵌合RSV的新组合物和方法, 该嵌合RSV具有适宜的生长、减毒特性和免疫原性特性以及在敏感的 宿主中引发特异性或多特异性保护性免疫反应的能力。
在更详细的方 面,前述实施例就携带主要HRSV抗原决定基,即G和F蛋白的嵌合 人—牛RSV的减毒作用说明两个极端情况。
一个极端情况是wt HRSV,其在人和黑猩猩中生长自由且有毒力。
另一个极端是 rBRSV/A2,它也携带HRSV G和F抗原决定基。
按照本发明方法构 建这种新的嵌合病毒并表明在黑猩猩中是活的、安全和高度减毒的。
通过9个基因确定wt HRSV与rBRSV/A2之间的差异。
按照本 文方法,用HRSV基因逐步替换BRSV基因,例如放在rBRSV/A2骨 架中,这样将产生具有不同减毒水平的候选疫苗病毒。
本发明的一个 重要方面是主要HRSV抗原决定基已表明产生用于疫苗开发的活菌 株。
HRSV与BRSV基因组间的近相应,以及在这些实施例中所示的 转录信号的可交换性简化了基因替换以实践本发明的其他方面并开发 具有所需减毒水平的疫苗病毒株。
为了简化这些方法,替换能用基因 对一次完成。
如本文实施例所说明的,可选择待替换在人—牛嵌合RSV中的 基因,这些基因可能在现有RSV结构/功能知识的基础上发生功能或 结构上地相互作用。
人-牛嵌合RSV内的这些交换和其他修饰通过下 列事实进一步简化,即相互作用的蛋白并列在基因组中,例如N和P 核壳蛋白,M、SH、F和G被膜蛋白以及M2-1、M2-2和L聚合酶组 分。
因此,根据本发明,例如通过掺入2个或多个并列基因,如选自 N和P,2个或多个M、SH、F和G被膜基因,或者2个或多个M2-1、 M2-2和L基因,在受体或背景基因组或反基因组中一起作为异源插 入或替换单位,从而得到另外候选疫苗病毒株。
例如,在rBRSV/A2中可用其HRSV对应物同时替换M和SH 基因。
这将导致一种病毒,其中病毒被膜蛋白(G,F,SH和M)都是HRSV 的,而内蛋白都是BRSV的。
接着按照需要,可用人对应物,例如N 和P作为一对,NS1和NS2作为另一对,M2-1、M2-2和L作为另一 组替换其他BRSV基因。
每对基因的并置将会简化替换过程。
同时, 将单个BRSV基因插入HRSV的逆向方法,使HRSV G和F抗原决定 基不被扰乱,也会产生本发明内所需的疫苗候选株。
例如,人RSV中 的N,P,M2-1和M基因中的一个或多个可由其牛对应物单个替换。
然 后按本文例证,评估回收的重组病毒在细胞培养、啮齿动物、非人灵 长类中的减毒表型。
用这种方式,本发明提供了用于治疗和预防各种 主体中RSV的、具有所需减毒水平和保护效率的候选人—牛嵌合RSV 疫苗病毒的鉴定方法。
微生物保藏信息下列材料已根据布达佩斯条约保藏在10801 University Boulevard, Manassas,Virginia 20110-2209的美国典型培养物保藏中心(ATCC), 并命名如下:     质粒
    保藏号
  保藏日期
    cpts RSV 248
    ATCC VR 2450
  1994年3月22日
    cpts RSV 248/404
    ATCC VR 2454
  1994年3月22日
    cpts RSV 248/955
    ATCC VR 2453
  1994年3月22日
    cpts RSV 530
    ATCC VR 2452
  1994年3月22日
    cpts RSV 530/1009
    ATCC VR 2451
  1994年3月22日
    cpts RSV 530/1030
    ATCC VR 2455
  1994年3月22日
    RSV B-1 cp52/2B5
    ATCC VR 2542
  1996年9月26日
    RSV B-1 cp-23
    ATCC VR 2579
  1997年7月15日
    p3/7(131)
    ATCC 97990
  1997年4月18日
    p3/7(131)2G
    ATCC 97989
  1997年4月18日
    p218(131)
    ATCC 97991
  1997年4月18日
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