dcsimg Adenovirus-Vektoren - RÖMPP, Thieme

Adenovirus-Vektoren

Bearbeitet von: Gertrud Steger   

(Abkürzung Ad-Vektoren). Replikations-defiziente Vektoren von Adenoviren sind ideale Vaccine-Vektoren, bei denen eine kurzzeitige Expression von Immunogenen nötig ist.

Adenovirus-Vektoren dienen zurzeit als Grundlage zur Entwicklung von Vaccinen zur Immunisierung gegen verschiedene Erreger/Krankheiten wie HIV, Ebola-Virus, Anthrax (Bacillus anthracis), Influenzaviren (Grippe), Tuberkulose-Erreger (Mycobacterium tuberculosis) und Malaria-Erreger (Plasmodium). Eine Kurzzeitanwendung von Adenovirus-Vektoren wird auch im Rahmen einer Anti-Krebstherapie benutzt mit dem Ziel, direkt in den Tumor cytotoxische bzw. immunstimulierende Gene mit Hilfe des viralen Vektors zu bringen, um die Tumorzellen zu zerstören und/oder eine Anti-Tumor-Immunität zu induzieren.

Wirkungen und Eigenschaften:

Adenovirus-Vektoren bieten sich als Impfvektoren an, denn sie haben einen breiten Wirtsbereich, da der Rezeptor auf vielen Zellen exprimiert wird, und sie können sowohl sich teilende als auch nicht-teilende Zellen infizieren. Sie zeigen eine begrenzte Expression der inserierten Fremdgene. Da die virale DNA extrachromosomal persistiert, besteht nicht das Risiko der Insertionsmutagenese mit der Gefahr einer Aktivierung von Onkogenen und die Vektoren persistieren nicht. Adenoviren und davon abstammende Vektoren induzieren zudem eine effiziente humorale Immunantwort und zelluläre Immunantwort. Ferner lösen sie in den infizierten Zellen eine angeborene Immunantwort aus, die als Adjuvans wirkt und die gesamte Impfreaktion verstärkt. Die Impfviren zeichnen sich durch eine relative hohe Stabilität aus und lassen sich in großem Maßstab produzieren.

Aufbau:

Vektoren der 1. und 2. Generation: Bei Vektoren der ersten Generation waren die frühen Genregionen E1 (onkogen) und E3 deletiert (Abbildung). Es ergibt sich dadurch eine Kapazität für die Aufnahme fremder DNA von 8 kb. Bei Vektoren der 2. Generation wurden auch die essentiellen Genregionen E2 und E4 deletiert (siehe Abbildung) und damit eine verlängerte Transgenexpression erreicht.

Abbildung: Adenovirus-Gentransfer-Vektor der 1. Generation. Schematische Darstellung eines typischen Adenovirus-Vektors. In E1-E3-Vektoren ist das Gen E1, das für die Replikation notwendig ist, deletiert, ebenso ist das E3-Gen, um mehr Klonierungskapazität zu schaffen, deletiert. Die inverted terminal repeats (ITR) und das Verpackungssignal  sowie die späten Gene (L) verbleiben im Vektor. Eine Expressionskassette für das Fremdgen wird in die deletierte E1-Region eingesetzt. Das Konstrukt wird in eine menschliche  (humane embryonale Nierenzelllinie HEK-293) eingebracht, die die humane Adenovirus-E1-Region epxrimiert und so alle notwendigen Komponenten zur Replikation der Viren liefert. Diese infizieren die Zielzellen über den Coxsackie-Adenovirus-Rezeptor und  (modifiziert nach Literatur).
Abbildung: Adenovirus-Gentransfer-Vektor der 1. Generation. Schematische Darstellung eines typischen Adenovirus-Vektors. In E1-E3-Vektoren ist das Gen E1, das für die Replikation notwendig ist, deletiert, ebenso ist das E3-Gen, um mehr Klonierungskapazität zu schaffen, deletiert. Die inverted terminal repeats (ITR) und das Verpackungssignal Ψ sowie die späten Gene (L) verbleiben im Vektor. Eine Expressionskassette für das Fremdgen wird in die deletierte E1-Region eingesetzt. Das Konstrukt wird in eine menschliche Zelllinie (humane embryonale Nierenzelllinie HEK-293) eingebracht, die die humane Adenovirus-E1-Region epxrimiert und so alle notwendigen Komponenten zur Replikation der Viren liefert. Diese infizieren die Zielzellen über den Coxsackie-Adenovirus-Rezeptor und Integrin (modifiziert nach Literatur[1]).

Vektoren der 3. Generation: Neu entwickelte, adenovirale Vektoren enthalten keine viralen, codierenden DNA-Sequenzen mehr, sondern sind nur von den adenoviralen, invertierten terminalen Repetitionen flankiert, die den viralen Replikationsursprung und das Verpackungssignal enthalten. Die neuen Vektoren werden in Gegenwart eines E1-defekten Helfervirus, das Viruscapside zur Verfügung stellt, in der 293-Zelllinie propagiert, die die E1-Funktionen transkomplementiert. Dies erlaubt auch die Produktion der rekombinanten Viren in größeren Mengen. Die Verpackung des Helfervirus wird weitgehend dadurch ausgeschlossen, dass dessen von lox-Erkennungssequenzen (lox = locus of crossing over) flankiertes Verpackungssignal durch das von den 293-Zellen produzierte CRE-Protein (CRE = cAMP-responsive element) exzidiert wird. Die Kapazität der neuen Vektoren für die Aufnahme fremder DNA beträgt etwa 32 kb.

Anwendung:

Die Adenovirus-Serotypen 2 oder 5 mit geringer Pathogenität wurden ursprünglich für den Gentransfer verwendet. Eine bereits vorhandene Immunität gegen diese relativ weit verbreiteten, als Vektor verwendeten Adenovirus-Serotypen schwächt dessen Wirkung. Um dies zu vermeiden, wurden von Schimpansen oder Makaken abstammende Adenoviren bzw. seltene humane Adenovirus-Serotypen zur Herstellung von Adenovirus-Vektoren verwendet. Eine Verabreichung der Vektoren über die Schleimhäute verhinderte ebenfalls die vorzeitige Inaktivierung durch eine bereits existierende Immunantwort und wird bei Impfungen gegen Erreger, die in den Körper über die Schleimhäute eintreten, wie z. B. Influenzaviren und HIV, zurzeit erprobt.

Replikations-defiziente Adenovirus-Vektoren finden auch in der humanen Gentherapie Verwendung. Ein E1-E3-Adenovirus-Vektor wurde zur ersten Gentherapie genutzt, um das Gen für „cystic fibrosis transmembrane conductance regulator“ (CFTR) in das Lungenepithel von Patienten mit cystischer Fibrose einzubringen. Allerdings gelang eine hohe Expression nur 1–2 Wochen nach der 1. Verabreichung. Bei weiteren Impfungen wurde die Transgenexpression aufgrund der dann bereits bestehenden Immunität gegen das als Transfervektor verwendete Virus schnell abgeschaltet und eine induzierte zellvermittelte, cytotoxische Immunantwort führte zum Verlust der transduzierten Zellen.

Literatur: 
[1] Csystal, R. G., Adenovirus: The First Effective in Vivo Gene Delivery Vector, In Human Gene Ther., (2014) 25, 3–11
Graham, B. S.; Crowe, J. E.; Ledgerwood, J. E., Immunization against Viral Diseases, Adenovirus Vectors, In Fields Virology, Knipe, D. M.; Howley, P. M., Hrsg., 6. Aufl.; Lippinscott Williams & Wilkins: Philadelphia, (2013), S. 402
Übersetzungen:
Eadenovirus vectors
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