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DE60109916T2 - MODULATION EINER OLIGONUKLEOTID- CpG-VERMITTELTEN IMMUNSTIMULATION DURCH POSITIONELLE MODIFIKATION VON NUKLEOSIDEN - Google Patents

MODULATION EINER OLIGONUKLEOTID- CpG-VERMITTELTEN IMMUNSTIMULATION DURCH POSITIONELLE MODIFIKATION VON NUKLEOSIDEN Download PDF

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DE60109916T2
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DE
Germany
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compound
oligonucleotide
immunomodulatory
residue
pharmaceutical composition
Prior art date
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DE60109916T
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Sudhir Agrawal
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Original Assignee
Hybridon Inc
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft die therapeutische Verwendung von Oligonukleotiden sowohl in der Anti-Sinn-Methode als auch als immunstimulatorische Agenzien.
  • ZUSAMMENFASSUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Oligonukleotide sind nicht mehr wegzudenkende Werkzeuge in der modernen Molekularbiologie und werden in einer großen Vielfalt von Techniken eingesetzt, beginnend von diagnostischen Sondenverfahren über PCR bis hin zur Anti-Sinn-Inhibition der Gen-Expression. Diese verbreitete Verwendung von Oligonukleotiden hat zu einem steigenden Bedarf an schnellen, billigen und effizienten Verfahren zur Synthese von Oligonukleotiden geführt.
  • Die Synthese von Oligonukleotiden für Anti-Sinn- und diagnostische Anwendungen kann nun routinemäßig durchgeführt werden (siehe z.B. Methods in Molecular Biology, Band 20: Protocols for Oligonucleotides and Analogs, Seiten 165–189 (S. Agrawal, Hrsg., Humana Press, 1993); Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, Seiten 87–108 (F. Eckstein, Hrsg., 1991); und Uhlmann und Peyman, supra. Agrawal und Iyer, Curr. Op. in Biotech. 6: 12 (1995); und Antisense Research and Applications (Crooke und Lebleu, Hrsg., CRC, Press, Boca Raton, 1993). Frühe synthetische Methoden umfassten Phosphodiester- und Phosphotriester-Chemieverfahren. Khorana et al., J. Molec. Biol. 72: 209 (1972) offenbaren ein Phosphodiester-Chemieverfahren zur Oligonukleotidsynthese. Reese, Tetrahedron Lett. 34: 3143–3179 (1978), offenbart ein Phosphotriester-Chemieverfahren zur Synthese von Oligonukleotiden und Polynukleotiden. Diese frühen Methoden haben im großen Maße den Weg frei gemacht für die effizienteren Phosphoramidit- und H-Phosphonat-Synthesemethoden. Beaucage und Caruthers, Tetrahedron Lett.22: 1859–1862 (1981), offenbaren die Verwendung von Desoxynukleosidphosphoramiditen für die Polynukleotid-Synthese. Agrawal und Zamecnik, US-PS 5,149,798 (1992), offenbaren eine optimierte Synthese von Oligonukleotiden durch die H-Phosphonat-Methode.
  • Diese beiden modernen Methoden wurden verwendet, um Oligonukleotide zu synthetisieren, die eine Vielfalt von modifizierten Internukleotid-Verknüpfungen aufweisen. Agrawal und Goodchild, Tetrahedron Lett. 28: 3539–3542 (1987), lehren die Synthese von Oligonukleotid-Methylphosphonaten unter Verwendung von Phosphoramidit-Chemieverfahren. Connolly et al., Biochemistry 23: 3443 (1984), offenbaren die Synthese von Oligonukleotid-Phosphorothioaten und Verwendung von Phosphoramidit-Chemieverfahren. Jager et al., Biochemistry 27: 7237 (1988), offenbaren die Synthese von Oligonukleotid-Phosphoamidaten unter Verwendung von Phosphoramidit-Chemieverfahren. Agrawal et al., Proc. Antl. Acad. Sci. USA 85: 7079–7083 (1988), offenbaren die Synthese von Oligonukleotid-Phosphoramidaten und Phosphorothioaten unter Verwendung von H-Phosphonat-Chemieverfahren.
  • Kürzlich haben mehrere Forscher die Einsetzbarkeit der Anti-Sinn-Methode zur therapeutischen Behandlung einer Krankheit gezeigt. Crooke, Antisense Nucleic Acid Drug Dev. 8: vii-viii, offenbart die erfolgreiche Marktzulassung eines Phosphorothioat-Oligonukleotids für die Behandlung von humaner Cytomegalovirus-induzierter Retinitis. Unglücklicherweise ist die Verwendung von Phosphorothioat-Oligonukleotiden komplexer geworden als ursprünglich erwartet. Bestimmte Wirkungen, die durch Phosphorothioat-Oligonukleotiden hervorgerufen wurden, konnten nicht mit Hilfe des erwarteten Anti-Sinn-Mechanismus erklärt werden. Zum Beispiel lehren McIntyre et al., Antisense Res. Dev. 3: 309–322 (1993), dass ein "Sinn"-Phosphorothioat-Oligonukleotid eine spezifische Immunstimulation verursacht. Diese und andere Nebenwirkungen haben das Bild von Phosphothioat-Oligonukleotiden verkompliziert.
  • Andererseits hat die Feststellung, dass Phosphodiester- und Phosphothioat-Oligonukleotide eine Immunstimulation induzieren können, das Interesse an der Entwicklung dieser Nebenwirkung als ein therapeutisches Werkzeug geweckt. Diese Anstrengungen richteten sich auf Phosphothioat-Oligonukleotide, die das Dinukleotid CpG enthalten. Kuramoto et al., Jpn. J. Cancer Res. 83: 1128–1131 (1992) lehren, dass Phosphodiester-Oligonukleotide, die ein Palindrom enthalten, das ein CpG-Dinukleotid einschließt, die Interferon-Alpha- und Gamma-Synthese induzie ren kann und die natürliche Killeraktivität verstärken kann. Krieg et al., Nature 371: 546–549 (1995) offenbaren, dass Phosphorothioat CpG-enthaltende Oligonukleotide immunstimulatorisch sind. Liang et al., J. Clin. Invest 98: 1119–1129 (1996), offenbaren, dass solche Oligonukleotide humane B-Zellen aktivieren. Moldoveanu et al., Vaccine 16: 1216–124 (1998), lehren, dass CpG-enthaltende Phosphorothioat-Oligonukleotide die Immunantwort gegenüber Influenza-Virus verstärkt. McCluskie and Davis, The Journal of Immunology 161: 4463–4466 (1998), lehren, dass CpG-enthaltende Oligonukleotide als wirksame Adjuvanzien wirken, welche die Immunantwort gegenüber dem Hepatitis-B-Oberflächenantigen verstärken. Zhao et al., Bioorganic and Medical Chem. Letters 9: 3453–3458 (1999), zeigen, dass eine Substitution von Desoxynukleosiden in der flankierenden Region von CpG-enthaltenden Phosphorothioat-Oligodesoxynukleotiden mit 2'-0-Methylribonukleosiden eine Abnahme oder eine Zunahme bei der immunstimulatorischen Aktivität bewirken.
  • Diese Berichte verdeutlichen, dass ein Bedarf besteht in der Lage zu sein, die Immunantwort, die durch CpG-enthaltende Oligonukleotide verursacht wird, zu modulieren. Idealerweise sollte eine solche Modulation die Abnahme der immunstimulatorischen Wirkung für Anti-Sinn-Anwendungen sowie die Zunahme der immunstimulatorischen Wirkung für Immuntherapieanwendungen einschließen.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung stellt Verfahren zum Modulieren einer Immunantwort bereit, die durch CpG-Dinukleotid-enthaltende Verbindungen ausgelöst wird. Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen sowohl eine Verminderung der immunstimulatorischen Wirkung für Anti-Sinn-Anwendungen als auch eine Zunahme der immunstimulatorischen Wirkung für Immuntherapieanwendungen. Daher stellt die Erfindung weiter Verbindungen, die optimale Spiegel einer immunstimulatorischen Wirkung für beide Anwendungen erreichen, und Verfahren zur Herstellung und Verwendungen solcher Oligonukleotide bereit.
  • Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat überraschenderweise entdeckt, dass eine positionelle Modifikation von CpG-enthaltenden Oligonukleotiden in dramatischer Weise deren immunstimulatorischen Fähigkeiten beeinflusst. Insbesondere erhöhen oder vermindern 2'- oder 3'-Zucker- oder Basenmodifikationen von Oligonukleotiden oder die Einführung einer modifizierten Internukleosid-Verknüpfung an bestimmten Positionen 5' oder 3' zu dem CpG-Dinukleotid, einschließlich Modifi kationen am 5' oder 3'-Ende, deren immunstimulatorische Wirkung in einer reproduzierbaren und vorhersehbaren Art und Weise.
  • Im ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Modulieren der immunstimulatorischen Wirkung einer CpG-Dinukleotid-enthaltenden Verbindung durch Einführen eines immunmodulatorischen Restes an eine Stelle, die entweder 5' oder 3' zu dem CpG-Dinukleotid liegt, bereit.
  • In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung Verbindungen bereit, die eine erhöhte oder verminderte immunstimulatorische Wirkung aufweisen, wobei die Verbindungen ein CpG-Dinukleotid und einen immunmodulatorischen Rest umfassen, wobei die erhöhte oder verminderte immunmodulatorische Wirkung in Relation gesehen wird zu einer ähnlichen Verbindung, der der immunmodulatorische Rest fehlt.
  • In einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine pharmazeutische Zusammensetzung bereit, die ein Oligonukleotid umfasst, das komplementär ist zu einem Gen in einem Säugetier und das ein CpG-Dinukleotid und einen immunmodulatorischen Rest umfasst zum Erreichen einer Anti-Sinn-spezifischen Verminderung bei der Expression des Gens in dem Säugetier, einschließlich eines Menschen, wobei das Oligonukleotid eine geringere immunstimulatorische Wirkung aufweist als ein ähnliches Oligonukleotid, dem der immunmodulatorische Rest fehlt, wobei die pharmazeutische Zusammensetzung zur Verabreichung an das Säugetier bestimmt ist.
  • In einem vierten Aspekt stellt die Erfindung eine pharmazeutische Zusammensetzung, umfassend eine Verbindung, die ein CpG-Dinukleotid und einen immunmodulatorischen Rest umfasst, zur Induktion einer Immunantwort in einem Säugetier, einschließlich einem Menschen, bereit, wobei die Verbindung eine größere immunstimulatorische Wirkung aufweist als eine ähnliche Verbindung, der der immunmodulatorische Rest fehlt, wobei die pharmazeutische Zusammensetzung zur Verabreichung an das Säugetier bestimmt ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt bevorzugte Ausführungsformen von immunmodulatorischen Resten gemäß der Erfindung. Zu beachten ist, dass in den Zeichnungen X3X4 für die 3'-Stelle und X1X2 für die 5'-Stelle verwendet wird. Diese Verwendung ist lediglich zur Veranschaulichung dieser Figur gedacht und sollte nicht zur Auslegung der Patent ansprüche herangezogen werden, welche die in dieser Anmeldung beschriebenen Bezeichnungen Y und X verwenden.
  • 2 zeigt eine modifizierte Verbindung gemäß der Erfindung und die Ergebnisse von Milz-Assays unter Verwendung dieser Verbindung.
  • 3 zeigt eine andere modifizierte Verbindung gemäß der Erfindung und die Ergebnisse von Milz-Assays unter Verwendung dieser Verbindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Erfindung betrifft die therapeutische Verwendung von Oligonukleotiden sowohl in der Anti-Sinn-Methode als auch als immunstimulatorische Agenzien. Die hier zitierten Patente und Publikationen spiegeln den Wissensstand auf dem Gebiet wider. Im Falle eines Konfliktes zwischen der Lehre einer hier zitierten Literaturstelle und der vorliegenden Beschreibung soll die letztere für die Zwecke der Erfindung ausschlaggebend sein.
  • Die Erfindung stellt Verfahren zum Modulieren der Immunantwort bereit, die durch CpG-Dinukleotid-enthaltende Verbindungen ausgelöst wird. Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen sowohl eine Verminderung der immunstimulatorischen Wirkung für Anti-Sinn-Anwendungen als auch eine Zunahme der immunstimulatorischen Wirkung für Immuntherapieanwendungen. Daher stellt die Erfindung weiter Oligonukleotide, die optimale Spiegel einer immunstimulatorischen Wirkung für beide Anwendungen aufweisen, und Verfahren zur Herstellung und Verwendungen solcher Oligonukleotide bereit.
  • Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat überraschenderweise entdeckt, dass eine positionelle Modifikation von CpG-enthaltenden Oligonukleotiden in dramatischer Weise deren immunstimulatorischen Fähigkeiten beeinflusst. Insbesondere erhöhen oder vermindern 2'- oder 3'-Zucker- oder Basenmodifikationen von Oligonukleotiden oder die Einführung einer modifizierten Internukleosid-Verknüpfung an bestimmten Positionen 5' oder 3' zu dem CpG-Dinukleotid, einschließlich Modifikationen am 5' oder 3'-Ende oder Kombinationen davon, deren immunstimulatorische Wirkung in einer reproduzierbaren und vorhersehbaren Art und Weise.
  • In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Modulieren der immunstimulatorischen Wirkung von einer CpG-Dinukleotid-enthaltenden Verbin dung durch Einführen eines immunmodulatorischen Restes an einer entweder 5' oder 3' zu dem CpG-Dinukleotid gelegenen Position bereit. Bevorzugte Verbindungen gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfassen im Allgemeinen zusätzliche Oligonukleotid-Sequenzen.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird das Verfahren verwendet, um ein Oligonukleotid herzustellen, das komplementär ist zu einem Gen oder einem Gert-Transkript. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen hat das Oligonukleotid eine Anti-Sinn-Aktivität. In einigen bevorzugten Ausführungsformen wird nur ein immunmodulatorischer Rest in das Oligonukleotid für jedes in dem Oligonukleotid vorhandenen CpG-Dinukleotid eingeführt. In einigen bevorzugten Ausführungsformen wird nur ein immunmodulatorischer Rest in das Oligonukleotid eingeführt.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen hat das Oligonukleotid, das gemäß diesem Aspekt der Erfindung hergestellt wurde, keine Anti-Sinn-Aktivität und/oder ist nicht komplementär zu einem Gen.
  • Wie hier verwendet, bezeichnet der Ausdruck "komplementär" die Fähigkeit an eine genomische Region, ein Gen oder ein RNA-Transkript davon unter physiologischen Bedingungen zu hybridisieren. Eine solche Hybridisierung ist gewöhnlicher Weise das Ergebnis einer Basen-spezifischen Wasserstoffbindung zwischen komplementären Strängen, vorzugsweise um Watson-Crick- oder Hoogsteen-Basenpaarungen zu bilden, obwohl andere Modi einer Wasserstoffbindung und eine Basenstapelung ebenfalls zu einer Hybridisierung führen können. In praktischer Weise kann auf eine solche Hybridisierung durch den Nachweis einer spezifischen Inhibition der Gen-Expression geschlossen werden.
  • Wie hier verwendet, bedeutet "Anti-Sinn-Aktivität", dass das Oligonukleotid, wenn es in eine Zelle oder ein Säugetier eingeführt wird, zu einer Verminderung bei der Expression des Gens, zu dem es komplementär ist, führt.
  • Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann leicht unter Verwendung der bekannten Synthesetechniken durchgeführt werden, indem ein zweckmäßiges Monomer-Synthon des immunmodulatorischen Restes in dem Syntheseprozess in einem Zyklus verwendet wird, der unmittelbar oder an anderer Stelle dem Einbau des CpG-Dinukleotids folgt. Bevorzugte Monomere umfassen Phosphoramidite, Phosphotriester und H-Phosphonate.
  • Für Zwecke der Erfindung bedeutet "Einführen eines immunmodulatorischen Restes an die Position Y2" die Synthese eines Oligonukleotids, das einen immunmodulatorischen Rest an einer solchen Position besitzt, unter Bezugnahme zu der folgenden Struktur: 5'-Yn...Y6-Y5-Y4-Y3-Y2-Y1-CG-X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7-X8-X9...Xm-3', worin C Cytosin, G Guanosin, ein substituiertes Guanosin, einschließlich Inosin und 7-Deazaguanosin ist und jedes X und Y unabhängig ein Nukleosid oder ein immunmodulatorischer Rest ist und n eine Zahl zwischen –6 bis +20 ist und m eine Zahl zwischen –9 und +20 ist.
  • Verfahren zur Synthese von Oligonukleotiden sind auf dem Gebiet bekannt. In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung Verbindungen mit einer erhöhten oder verminderten immunstimulatorischen Wirkung bereit, wobei die Verbindungen ein CpG-Dinukleotid und einen immunmodulatorischen Rest umfassen, wobei die erhöhte oder verminderte immunmodulatorische Wirkung in Relation gesehen wird zu einer ähnlichen Verbindung, der der immunmodulatorische Rest fehlt. Bevorzugte Verbindungen gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfassen im Allgemeinen zusätzliche Oligonukleotid-Sequenzen. Vorzugsweise besitzen solche Oligonukleotid-Sequenzen zwischen 6 und 50 Nukleotide, am meisten bevorzugt zwischen 12 und 35 Nukleotide.
  • Bestimmte erfindungsgemäße bevorzugte Verbindungen besitzen die Struktur: 5'-Yn...Y6-Y5-Y4-Y3-Y2-Y1-CG-X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7-X8-X9...Xm-3', worin C Cytosin, G Guanosin, ein substituiertes Guanosin, einschließlich Inosin und 7-Deazaguanosin ist und jedes X und Y unabhängig ein Nukleosid oder ein immunmodulatorischer Rest ist und n eine Zahl zwischen –6 bis +20 ist und m eine Zahl zwischen –9 und +20 ist.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist die Basensequenz, die modifiziert wurde, um die Verbindung bereitzustellen
    5'-CTATCTGACGTTCTCTGT-3'
    oder
    5'-CCTACTAGCGTTCTCATC-3'
  • Bevorzugte immunmodulatorische Reste umfassen eine oder mehrere abasische Nukleoside, 1,3-Propandiol-Linker (substituiert oder nicht-substituiert) und/oder modifizierte Basen-enthaltende Nukleoside, einschließlich Nitropyrrol, Nitroindol, Desoxyuridin, Inosin, Isoguanosin, 2-Aminopurin, Nebularin, 7-Deazaguanosin, 4-Thiodesoxyuridin, 4-Thiothymidin, d-Isoguanosin, d-Iso-5-Methylcytosin, P-Base und einer 3'-3'-Verknüpfung. Als eine allgemeine Regel erhöht die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position Y6, Y5, Y4 oder Y3 oder eine Kombination davon die immunstimulatorische Wirkung des Oligonukleotids. Im Allgemeinen erhält die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position Y2 die immunstimulatorische Wirkung. Im Allgemeinen erhält oder vermindert die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position Y1 die immunstimulatorische Wirkung. Im Allgemeinen beseitigt die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position C die immunstimulatorische Wirkung. Im Allgemeinen beseitigt die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position G die immunstimulatorische Wirkung, außer bei 7-Deazaguanosin, das die immunstimulatorische Wirkung erhält. Im Allgemeinen erhält oder vermindert die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position X1 die immunstimulatorische Wirkung. Im Allgemeinen hat die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position X2 keine Auswirkung auf die immunstimulatorische Wirkung. Im Allgemeinen erhält oder erhöht die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position X3 die immunstimulatorische Wirkung. Im Allgemeinen erhöht die Einführung eines immunmodulatorischen Restes an der Position X4, X5, X6, X7-Xm oder einer beliebigen Kombination davon die immunstimulatorische Wirkung.
  • Bestimmte bevorzugte Oligonukleotide gemäß diesem Aspekt der Erfindung sind komplementär zu einem Gen oder einem Gen-Transkript. Vorzugsweise besitzen solche Oligonukleotide eine Anti-Sinn-Aktivität. In einigen bevorzugten Ausführungsformen hat das Oligonukleotid nur einen immunmodulatorischen Rest für jedes in dem Oligonukleotid vorhandenen CpG-Dinukleotid. In einigen bevorzugten Ausführungsformen hat das Oligonukleotid nur einen immunmodulatorischen Rest. In anderen bevorzugten Ausführungsformen haben die Verbindungen gemäß diesem Aspekt der Erfindung keine Anti-Sinn-Aktivität und/oder sind nicht komplementär zu einem Gen.
  • In einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine pharmazeutische Zusammensetzung bereit, die ein Oligonukleotid umfasst, das komplementär ist zu einem Gen in einem Säugetier und das ein CpG-Dinukleotid und einen immunmodulatorischen Rest umfasst zum Erreichen einer Anti-Sinn-spezifischen Verminderung bei der Expression des Gens in dem Säugetier, einschließlich eines Menschen, wobei das Oligonukleotid eine geringere immunstimulatorische Wirkung aufweist als ein ähnliches Oligonukleotid, dem der immunmodulatorische Rest fehlt, wobei die pharmazeutische Zusammensetzung zur Verabreichung an das Säugetier bestimmt ist.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsformen hat das Oligonukleotid nur einen immunmodulatorischen Rest für jedes in dem Oligonukleotid vorhandenen CpG-Dinukleotid. In einigen bevorzugten Ausführungsformen hat das Oligonukleotid nur einen immunmodulatorischen Rest.
  • In den Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung sollte die Verabreichung der Anti-Sinn-Oligonukleotide vorzugsweise parenteral, oral, sublingual, transdermal, topisch, intranasal, intratracheal oder intrarektal erfolgen.
  • Die Verabreichung der therapeutischen Zusammensetzungen kann unter Verwendung bekannter Verfahren bei Dosierungen und Zeiträumen durchgeführt werden, die wirksam sind, um die Symptome oder die Surrogatmarker der Krankheit zu vermindern. Bei einer systemischen Verabreichung wird die therapeutische Zusammensetzung vorzugsweise bei einer ausreichenden Dosierung verabreicht, um einen Blutspiegel des Oligonukleotids von 0,001 μM bis 10 μM zu erreichen. Für eine örtliche Verabreichung können weitaus geringere Konzentrationen als diese wirksam sein und es können viel höhere Konzentrationen toleriert werden. Vorzugsweise wird eine Gesamtdosierung des Oligonukleotids im Bereich von 0,1 mg Oligonukleotid pro Patient pro Tag bis 200 mg Oligonukleotid pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag liegen. Es kann wünschenswert sein, eine therapeutisch wirksame Menge einer oder mehrerer der erfindungsgemäßen therapeutischen Zusammensetzungen an ein Individuum in einem einzelnen Behandlungsabschnitt gleichzeitig oder nacheinander zu verabreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird, nachdem die Stoffzusammensetzung verabreicht worden ist, eine oder mehrere Messungen der biologischen Wirkungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Komplementaktivierung, Mitogenese und Inhibition der Thrombin-Gerinnsel-Bildung durchgeführt.
  • Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist im Tiermodell für Krankheiten oder Gen-Expression verwendbar und ist weiter für die therapeutischen Behandlung einer menschlichen oder tierischen Erkrankung verwendbar.
  • In einem vierten Aspekt stellt die Erfindung eine pharmazeutische Zusammensetzung bereit, umfassend eine Verbindung, die ein CpG-Dinukleotid und einen immunmodulatorischen Restumfasst, zur Induktion einer Immunantwort in einem Säugetier, einschließlich einem Menschen, bereit, wobei die Verbindung eine größere immunstimulatorische Wirkung aufweist als eine ähnliche Verbindung, der der immunmodulatorische Rest fehlt, wobei die pharmazeutische Zusammensetzung zur Verabreichung an das Säugetier bestimmt ist.
  • In den Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung sollte die Verabreichung von Verbindungen vorzugsweise parenteral, oral, sublingual, transdermal, topisch, intranasal, intratracheal oder intrarektal erfolgen. Die Verabreichung der therapeutischen Zusammensetzungen kann unter Verwendung bekannter Verfahrensweisen durchgeführt werden bei Dosierungen und für Zeiträume, die wirksam sind, um die Symptome oder Surrogatmarker der Krankheit zu vermindern. Bei einer systemischen Verabreichung wird die therapeutische Zusammensetzung vorzugsweise bei einer ausreichenden Dosierung verabreicht, um einen Blutspiegel des Oligonukleotids 0,001 μM bis 10 μM zu erreichen.
  • Für eine örtliche Verabreichung können viel geringere Konzentrationen als diese wirksam sein und viel höhere Konzentrationen können toleriert werden. Vorzugsweise wird eine Gesamtdosierung des Oligonukleotids im Bereich von 0,1 mg Oligonukleotid pro Patient pro Tag bis 200 mg Oligonukleotid pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag liegen. Es kann wünschenswert sein, eine therapeutisch wirksame Menge einer oder mehrerer der erfindungsgemäßen therapeutischen Zusammensetzungen an ein Individuum in einem einzelnen Behandlungsabschnitt gleichzeitig oder nacheinander zu verabreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird, nachdem die Stoffzusammensetzung verabreicht worden ist, eine oder mehrere Messungen der biologischen Wirkungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Komplementaktivierung, Mitogenese und der Inhibition der Thrombin-Gerinnsel-Bildung durchgeführt.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen Verbindungen in Kombination mit Vakzinen, Antikörpern, Cytotoxika, Anti-Sinn-Oligonukleotiden, Gentherapievektoren, DNA-Vakzinen und/oder Adjuvanzien verabreicht, um die Spezifität oder das Ausmaß der Immunantwort zu erhöhen. Es können entweder die Verbindung oder das Vakzin oder beide gegebenenfalls an ein immunogenes Protein verknüpft sein, beispielsweise dem Hemocyanin der Schlüs sellochnapfschnecke, der B-Untereinheit von Choleratoxin oder einem anderen immunogenen Trägerprotein. Es kann eines der beliebigen zahlreichen Adjuvanzien verwendet werden, einschließlich aber nicht beschränkt auf komplettes, Freund'sches Adjuvans. Für die Zwecke von diesem Aspekt bedeutet "in Kombination mit" den Behandlungsverlauf der selben Krankheit in den selben Patienten und umfasst die Verabreichung des Oligonukleotids und/oder des Vakzins und/oder des Adjuvans in einer beliebigen Reihenfolge, einschließlich einer gleichzeitigen Verabreichung und einer zeitlich versetzten Reihenfolge, wobei bis zu mehrere Tage dazwischen liegen können. Eine solche Kombinationsbehandlung kann auch mehr als eine Einzelverabreichung des Oligonukleotids und/oder unabhängig das Vakzin und/oder unabhängig das Adjuvans einschließen. Die Verabreichung des Oligonukleotids und/oder Vakzins und/oder Adjuvans kann durch die selbe oder durch unterschiedliche Routen durchgeführt werden.
  • Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist für Modelluntersuchungen des Immunsystems verwendbar und es ist weiter für die therapeutischen Behandlung einer menschlichen oder tierischen Krankheit verwendbar.
  • Für die Zwecke von all diesen Aspekten der Erfindung umfasst der Ausdruck "Oligonukleotid" Polymere von 2 oder mehr Desoxyribonukleotiden oder einem beliebigen modifizierten Nukleosid, einschließlich 2'-Halo-Nukleosiden, 2'- oder 3'-substituierte, 2'- oder 3'-O-substituierte Ribonukleosiden, Deazanukleosiden oder eine beliebige Kombination davon. Solche Monomere können aneinander durch eine beliebige der zahlreich bekannten Internukleosid-Verknüpfungen miteinander gekoppelt werden. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen können diese Internukleosid-Verknüpfungen Phosphodiester-, Phosphotriester-, Phosphorothioat- oder Phosphoroamidat-Verknüpfungen, 2'-5'-Verknüpfungen von einer der vorhergehenden oder Kombinationen davon sein. Der Ausdruck Oligonukleotid umfasst auch solche Polymere, die chemisch modifizierte Basen oder Zucker aufweisen und/oder zusätzliche Substituenten aufweisen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, lipophile Gruppen, interkalierende Agenzien, Diamine und Adamantan. Der Ausdruck Oligonukleotid umfasst auch PNA, LNA und Oligonukleotide, die Nicht-Pentosezucker (z.B. Hexose)-Grundgerüste oder Grundgerüstabschnitte umfassen. Für die Zwecke der Erfindung bedeuten die Ausdrücke "2'-O-substituiert" und "3'-O-substituiert" (jeweils) die Substitution der 2' (oder 3')-Position des Pentoserestes mit einem Halogen (vorzugsweise Cl, Br oder F) oder eine -O-Niederalkylgruppe, die 1-6-gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffatome enthält, oder mit ei ner -O-Aryl- oder Allylgruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wobei eine solche Alkyl-, Aryl- oder Allylgruppe unsubstituiert oder substituiert sein kann, beispielsweise mit Halogen-, Hydroxy-, Trifluormethyl-, Cyan-, Nitro-, Akyl-, Akyloxy-, Alkoxy-, Carboxyl-, Carbalkoxyl- oder Aminogruppen; oder eine solche 2'-Substitution kann mit einer Hydroxygruppe (um ein Ribonukleosid herzustellen), einer Amino- oder einer Halogengruppe nicht jedoch mit einer 2' (oder 3')-H-Gruppe erfolgen. Für die Zwecke von allen Aspekten dieser Erfindung bedeuten die Ausdrücke "CpG" oder "CpG-Dinukleotid" das Dinukleotid 5'-Desoxycytidin-desoxyguanidin oder Desoxyguanidin-Analog-3', wobei p eine Internukleotid-Verknüpfung darstellt und wobei das Zuckergrundgerüst des Dinukleotids Ribose, Desoxyribose oder 2'-substituierte Ribose oder Kombinationen davon sein kann. In bevorzugten Ausführungsformen von den ersten drei Aspekten der Erfindung ist p ausgewählt aus Phosphodiester-, Phosphorothioat-, Alkylphosphonat-, Phosphotiester-, stereospezifischen (Rp oder Sp)-Phosphorothioat- oder Alkylphosphonat- und kovalenten 2'-5'-Verknüpfungen von einer der vorhergehenden. Die Ausführungen ohne Phosphodiester oder Phosphorothioat werden die immunstirnulatorischen Wirkungen weiter vermindern. In bevorzugten Ausführungsformen der letzten drei Aspekte der Erfindung ist p ausgewählt aus Phosphodiester, Phosphorothioat und Phosphorodithioat.
  • Die folgenden Beispiele sind beabsichtigt bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weiter zu veranschaulichen und sollen nicht den Umfang der Erfindung einschränken.
  • BEISPIEL 1
  • Modulation der immunstimulatorischen Wirkung in vitro
  • Um die Auswirkung der Stelle der chemischen Modifikation von PS-Oligos, die das CpG-Motiv enthalten, zu untersuchen, wählten wir zwei Oligonukleotide aus. Oligo 1 und Oligo 2 enthalten jeweils ein CpG-Motiv. Um die immunstimulatorische Aktivität von Oligonukleotiden in der vorliegenden Untersuchung zu bestimmen, werden wir ein Mausmilz-Zellproliferations-Assay verwenden.
  • Milz-Lymphozyten der Maus werden mit Oligonukleotiden bei einer Konzentration von 0,1, 1 und 10 μg/ml kultiviert. Oligo 1 und Oligo 2 werden eine Dosis-abhängige Wirkung auf die Zellproliferation induzieren. Bei 0,1 μg/ml wird sich der Proliferationsindex erhöhen. Eine Substitution des 5'-flankierenden Desoxynukleosids (Y1) des CpG-Motivs von Oligo 1 oder Oligo 2 mit einem erfindungsgemäßen im munmodulatorischen Rest wird eine vollständige Suppression der Zellproliferation bei allen verwendeten Konzentrationen bewirken (1). Bei 0,1 μg/ml wird der Zellproliferationsindex ähnlich dem des Mediums allein sein. Eine Substitution des 3'-flankierenden Desoxynukleosids (X1) des CpG-Motivs von Oligo 1 oder Oligo 2 mit 2'-OMe wird keine solche Auswirkung auf die Zellproliferation haben, kann diese jedoch leicht vermindern. Es werden ähnliche Substitutionen in Oligo 1 oder Oligo 2 in der 3'-flankierenden Region des CpG-Motivs durchgeführt. Es werden Oligos synthetisiert, bei denen ein Desoxynukleosid mit einem erfindungsgemäßen immunmodulatorischen Rest an der Position X3, X4, X5 oder X6 substituiert ist. Der Proliferationsindex von diesen Oligos wird sich erhöhen.
  • BEISPIEL 2
  • Die Wirkung von immunmodulatorischen Resten auf das Milzgewicht
  • Nachdem festgestellt wurde, dass die oben genannten Substitutionen deren immunstimulatorische Aktivität basierend auf einem Zellkultur-Assay moduliert, verabreichten wir die in den 2 und 3 aufgeführten Oligonukleotide intraperitoneal an Mäuse und haben die Milzgewichte gemessen, um zu bestätigen, dass die Substitutionen ähnliche Wirkungen in vivo haben. Die Verabreichung von Oligo 1 oder Oligo 2 wird eine wesentliche Zunahme beim Milzgewicht auslösen. Eine Substitution von einem Desoxynukleotid entfernt von dem CpG-Motiv zum 5'-Ende an den Positionen Y6, Y5, Y4 oder Y3 wird eine progressive Zunahme bei den Milzgewichten bewirken, was eine Zunahme von deren immunstimulatorischen Aktivität bestätigt. Substitutionen von einem Desoxynukleotid zum 3'-Ende des CpG-Motivs wird im Allgemeinen eine weitaus weniger signifikante Zunahme bei dem Milzgewicht zur Folge haben. Die Daten sind in den 2 und 3 gezeigt.
  • BEISPIEL 3
  • Synthese von Oligonukleotiden die die immunmodulatorischen Reste enthalten
  • Oligonukleotide werden in einem 1 mM Maßstab unter Verwendung eines automatisierten DNA-Synthesegerätes synthetisiert (Expedite 8909, PerSeptive Biosystems, Foster City, CA). Es werden Standard-Desoxynukleosidphosphoramidite von den Biosystemen von PerSeptive erhalten. 1',2'-Didesoxyribosephosphoramidit, Propyl-1-phosphoramidit, 2'-Desoxy-5-nitroindolribofuranosylphosphoramidit, Desoxyuridinphosphoramidit, dP Phosphoramidit, d-2-Aminopurinphosphoramidit, d-Nebularinphosphoramidit und d-7-Deazaguaninphosphoramidit werden von Glen Research erhalten (Sterling, VA). Desoxyinosinphosphoramidit wird von ChemGenes (Ashland, MA) erhalten. Es werden normale Kupplungszyklen für alle Phosphor amidite verwendet. Es wird ein Beaucage-Reagens als ein Oxidationsmittel verwendet, um die Phosphorothioat-Modifikation zu erhalten. Nach der Synthese werden die Oligonukleotide durch Inkubation des CPG-gebundenen Oligonukleotids mit einer konzentrierten Ammoniumhydroxidlösung für 1,5 bis 2 Stunden bei Raumtemperatur und durch anschließendes Inkubieren des Ammoniumhydroxid-Überstandes für 12 Stunden bei 55°C endschützt. Die Ammoniumhydroxidlösung wird bis zur Trockenheit in einem Speed-vac evaporiert und 5'-DMTr-Oligonukleotide werden durch HPLC auf einer C 18-Umkehrphasenmatrix unter Verwendung eines Lösungsmittelsystems aus 0,1 M Ammoniumacetat und 0,1 M Ammoniumacetat in Acetonitril in einem Verhältnis von 1:5 aufgereinigt. Dann werden die Oligonukleotide mit 80% Essigsäure behandelt, um die DMTr-Gruppe zu entfernen, zu Natriumform umgewandelt und durch Dialyse gegenüber destilliertem Wasser entsalzen. Die Oligonukleotide werden lyophilisiert und in Wasser neu gelöst. Die Charakterisierung wird durch denaturierende PAGE und MALDI-TOF-Massenspektrometrie erreicht.

Claims (27)

  1. Verfahren zum Modulieren der immunstimulatorischen Wirkung einer CpG-Dinukleotid enthaltenden Verbindung durch Einführen eines immunmodulatorischen Restes ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem abasischen Nukleosid, 1,3-Propandiol-Linker (substituiert oder nicht substituiert), Nitropyrrol, Nitroindol, Desoxyuridin, Inosin, Isoguanosin, 2-Aminopurin, Nebularin, 7-Deazaguanosin, 4-Thiodesoxyuridin, 4-Thiothymidin, d-Isoguanosin, d-iso-5-Methylcytosin, P-Base, und einer 3'-3'-Verknüpfung an einer entweder 5' oder 3' zu dem CpG-Dinukleotid gelegenen Position.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbindung weiter zusätzliche Oligonukleotidsequenzen umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verbindung die Struktur 5'-Yn...Y6-Y5-Y4-Y3-Y2-Y1-CG-X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7-X8-X9...Xm-3' hat, worin C Cytosin ist, G Guanosin, ein substiuiertes Guanosin, einschließlich Inosin und 7-Deazaguanosin ist und jedes X und Y unabhängig ein Nukleosid oder ein immunmodulatorischer Rest ist und n eine Zahl zwischen –6 bis +20 ist und m eine Zahl zwischen –9 und +20 ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Oligonukleotidsequenz komplementär zu einem Gen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Oligonukleotidsequenz nicht komplementär zu einem Gen ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Oligonukleotid nur einen immmodulatorischen Rest für jedes in dem Oligonukleotid vorhandenen CpG-Dinukleotid besitzt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Oligonukleotid nur einen immunmodulatorischen Rest besitzt.
  8. Verbindung, wobei die Verbindung die Struktur 5'-Yn...Y6-Y5-Y4-Y3-Y2-Y1-CG-X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7-X8-X9...Xm-3' hat, worin C Cytosin ist, G Guanosin, ein substiuiertes Guanosin, einschließlich Inosin und 7-Deazaguanosin ist und jedes X und Y unabhängig ein Nukleosid oder ein immunmodulatorischer Rest ist und n eine Zahl zwischen –6 bis +20 ist und m eine Zahl zwischen –9 und +20 ist und eine erhöhte oder verminderte immunstimulatorische Wirkung hat, wobei die Verbindung ein CpG-Dinukleotid und einen immunstimulatorischen Rest umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem abasischen Nukleosid, 1,3-Propandiol-Linker (substituiert oder nicht substituiert), Nitropyrrol, Nitroindol, wobei die erhöhte oder verminderte immunmodulatorische Wirkung relativ zu einer ähnlichen Verbindung ist, die keinen immunmodulatorischen Rest besitzt.
  9. Verbindung, wobei die Verbindung die Struktur 5'-Yn...Y6-Y5-Y4-Y3-Y2-Y1-CG-X1-X2-X3-X4-X5-X6-X7-X8-X9...Xm-3' hat, worin C Cytosin ist, G Guanosin, ein substiuiertes Guanosin, einschließlich Inosin und 7-Deazaguanosin ist und jedes X und Y unabhängig ein Nukleosid oder ein immunmodulatorischer Rest ist und n eine Zahl zwischen –6 bis +20 ist und m eine Zahl zwischen –9 und +20 ist und eine erhöhte oder verminderte immunstimulatorische Wirkung hat, wobei die Verbindung einen immunstimulatorischen Rest umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem abasischen Nukleosid, 1,3-Propandiol-Linker (substituiert oder nicht substituiert), Nitropyrrol, Nitroindol, Desoxyuridin, Inosin, Isoguanosin, 2-Aminopurin, Nebularin, 7-Deazaguanosin, 4-Thiodesoxyuridin, 4-Thiothymidin, d-Isoguanosin, d-iso-5-Methylcytosin, P-Base und einer 3'-3'-Verknüpfung, wobei die erhöhte oder verminderte immunmodulatorische Wirkung relativ zu einer ähnlichen Verbindung ist, die keinen immunmodulatorischen Rest besitzt.
  10. Verbindung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Verbindung weiter zusätzliche Oligonukleotidsequenzen umfasst.
  11. Verbindung nach Anspruch 10, wobei die Oligonukleotidsequenz komplementär zu einem Gen ist.
  12. Verbindung nach Anspruch 10, wobei die Oligonukleotidsequertz nicht komplementär zu einem Gen ist.
  13. Verbindung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Oligonukleotid nur einen immmodulatorischen Rest für jedes in dem Oligonukleotid vorhandenen CpG-Dinukleotid besitzt.
  14. Verbindung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Oligonukleotid nur einen immunmodulatorischen Rest besitzt.
  15. Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zur therapeutischen Verwendung.
  16. Verbindung nach Anspruch 15 zum Erhalten einer Antisinn-spezifischen Verminderung bei der Expression eines Gens.
  17. Verbindung nach Anspruch 15 zum Induzieren einer Immunantwort.
  18. Pharmazeutische Zusammensetzung, umfassend die Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
  19. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 18 zur Verabreichung an ein Säugetier.
  20. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 19, wobei das Säugetier ein Mensch ist.
  21. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 18 bis 20 zur parenteralen, oralen, sublingualen, transdermalen, topischen, intranasalen, intratrachealen oder intrarektalen Verabreichung.
  22. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 18 bis 21 zur Verabreichung der Verbindung bei einer ausreichend hohen Dosierung, um einen Blutspiegel der Verbindung von 0,001 Mikromolar bis 10 Mikromolar zu erreichen.
  23. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 18 bis 22 zur Verabreichung der Verbindung bei einer Dosierung von 0,1 mg pro Patient pro Tag bis 200 mg pro kg Körpergewicht pro Tag.
  24. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 18 bis 23 zur Verabreichung mit einem Adjuvanz.
  25. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 18 bis 24 zur Verabreichung in Kombination mit einem Vakzin.
  26. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 18 bis 25 zum Erhalten einer Antisinn-spezifischen Verminderung bei der Expression eines Gens.
  27. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 18 bis 25 zum Induzieren einer Immunantwort.
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