DE3786961T2 - Alpha-1-antitrypsin-Varianten, besonders verwendbar als Kallikrein-Inhibitoren. - Google Patents
Alpha-1-antitrypsin-Varianten, besonders verwendbar als Kallikrein-Inhibitoren.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Variante von humanem alpha&sub1;-Antitrypsin. Es wurden bereits verschiedene Varianten von humanem alpha&sub1;-Antitrypsin beschrieben insbesondere in der Patentanmeldung WO/8600337.
- Die hauptsächlichste Funktion von alpha&sub1;-Antitrypsin (alpha&sub1;-AT) ist die Inhibierung von neutrophiler Elastase in der Lunge.
- Das alpha&sub1;-AT spielt keine Rolle in vivo bei der Regulierung der Koagulations-Protease, Thrombin, nicht mehr als Kontaktphasen-Proteasen, Faktor XII und Kallikrein.
- Jedoch führt die Substitution des Restes Met in Stellung P 1 des reaktiven Zentrums von (Met³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT durch ein Arginin zu einer wirksamen Inhibierung dieser Proteasen, was die kritische Rolle des Restes in P 1 bei der spezifischen Inhibierung deutlich macht.
- Außerdem wurde bereits festgestellt, daß der Rest P 2 (Stellung 357 von alpha&sub1;-AT)ebenfalls von Bedeutung ist. Zunächst, um eine geeignete Struktur der reaktiven Zentren aufrechtzuerhalten und dann, um die Inhibierungs-Eigenschaften zu beeinflussen.
- Beispielsweise weist das Antithrombin III (ATIII), das in vivo ein spezifischer Inhibitor von Thrombin ist, einen Rest Arg (bevorzugte Seite der Spaltung bei Thrombin) in Stellung P 1 und einen Rest Gly in Stellung P 2 auf. Der Inhibitor C1, der ein für Kallikrein und Faktor XII vorherrschender Inhibitor ist, weist ebenfalls einen Argininrest in Stellung P 1 auf, aber einen Rest Ala in Stellung P 2. Der Inhibitor C1 ist in vivo relativ unwirksam im Hinblick auf Thrombin, was vielleicht eine Dimension des weniger aktiven Bereiches im Fall dieses Enzyms widerspiegelt.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine neue Variante von humanem alpha&sub1;-AT, in der die Bereiche P1 und P2 modifiziert wurden, um zu versuchen, die Zieldimension bei dieser Variante zu begrenzen.
- Die Erfindung betrifft eine Variante in 357-Stellung von humanem alpha&sub1;- AT oder von (deltaGlu¹→Gly&sup5;)alpha&sub1;-AT.
- Indem man das Prolin in 357-Stellung durch einen Rest Ala ersetzt, bildet man das reaktive Zentrum des Inhibitors C1 und richtet die Inhibitor- Variante damit gegen Kallikrein anstelle von Thrombin.
- Deshalb betrifft die vorliegende Erfindung ganz besonders eine neue Variante (Ala³&sup5;&sup7;,Arg³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT als Inhibitor von Kallikrein, das als Medikament, wie nachstehend beschrieben wird, verwendet werden kann.
- Jedoch betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls die Varianten (Ala³&sup5;&sup7;) der verschiedenen, in dem Patent WO 8600337 beschriebenen Varianten, insbesondere (Ala³&sup5;&sup7;)deltaGlu¹→Gly&sup5;)alpha&sub1;-AT sowie die entsprechenden Varianten in 358-Stellung (Gly³&sup5;&sup8;), (Ala³&sup5;&sup8;), (Ile³&sup5;&sup8;) (Val³&sup5;&sup8;), (Leu³&sup5;&sup8;) und (Phe³&sup5;&sup8;).
- Die Erfindung betrifft ebenfalls sowohl die Varianten in ihrer glycosylierten Form als auch in ihrer nicht glycosylierten Form.
- Das Kallikrein ist eine serische Protease, die gleichzeitig in die Initiierung der Koagulation und in die Fibrinolyse eingreift. Sie ist ebenfalls für die Spaltung verantwortlich, ausgehend vom Kininogen des Bradykinins, was ein sehr aktives Oligopeptid ist, das eine wesentliche Rolle bei verschiedenen Prozessen, insbesondere inflammatorischen, und bei der Schmerzreaktion spielt.
- Es wurde ebenfalls gezeigt, daß das Bradykinin an der Regulierung des Blutdruckes teilnehmen könnte.
- Der Inhibitor C1 ist der plasmatische Hauptinhibitor von Kallikrein. Ein Defizit an diesem Inhibitor bewirkt eine unregelmäßige Aktivierung von Prekallikrein und von Faktor XII, was zu einem erblichen Angioödem führt.
- Wie bereits in dem vorstehend erwähnten Patent gezeigt wurde, ist das (Arg³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT wirksamer als der Inhibitor C1 bei der gleichzeitigen Inaktivierung von Kallikrein (Aktivität 4,1-mal höher) und Faktor XIIF (Aktivität 11,5-mal höher). Deshalb scheint das Protein (Arg³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT die Eigenschaften eines Produktes zur Behandlung von erblichem Angioödem zu besitzen. Jedoch weist dieses Molekül ebenfalls eine sehr bedeutende antithrombinische Aktivität auf und es kann in einigen Fällen interessant sein, verschiedene Varianten zur Verfügung zu haben, die eine spezifischere Art der Wirkung besitzen. Dies wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen.
- Die neue Variante (Ala³&sup5;&sup7;,Arg³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT weist eine sehr verbesserte Inhibitorwirkung von Kallikrein auf und besitzt demgegenüber sehr geringe antithrombinische Eigenschaften.
- Ein derartiges Produkt kann als Inhibitor-Medikament von Kallikrein verwendet werden, beispielsweise für eine Austausch-Therapie des Defizits an dem Inhibitor C1. Es ist ebenfalls möglich, seine Verwendung bei der Behandlung septischer Schockzustände und auch bei der Regulierung des Blutdruckes und der Behandlung von Bluthochdruck vorzusehen.
- Die nachfolgenden Beispiele sind dazu bestimmt, andere Vorteile und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung ganz besonders zu veranschaulichen, ohne jedoch deren Umfang in irgendeiner Weise einzuschränken.
- Die bei den Konstruktionen verwendeten Plasmide und genetischen Materialien wurden bereits in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung beschrieben.
- Der Austausch des Restes Met³&sup5;&sup8; von alpha&sub1;-AT durch Arginin und des Restes Pro³&sup5;&sup7; durch Ala wurde durch direkte Mutagenese mit Hilfe von Oligonukleotiden vorgenommen.
- Die cDNA von kloniertem alpha&sub1;-AT wurde im Vektor M13 unterkloniert und die DNA des Monostrangphagen als Modell für ein zusätzliches synthetisches Oligonukleotid verwendet, das die gewünschte Modifizierung (5' GATAGAC T GCTATGGCC 3') enthält. Der zweite Strang wird unter Verwendung der Klenow-Polymerase synthetisiert, und anschließend führt man eine Transformation durch und die Platten, die das mutierte Gen enthalten, werden durch Siebung mit Hilfe des Oligonukleotides identifiziert.
- Die Mutationen werden durch direkte Sequenzierung bestätigt.
- Original-Sequenz Ala Ile Pro Met Ser Ile
- GCC ATA CCC ATG TCT ATC
- mutierte Sequenz Ala Ile Ala Arg Ser Ile
- GCC ATA GCT AGG TCT ATC
- Diese Technologie wurde bereits detailliert in dem vorstehend erwähnten Patent beschrieben.
- Das Fragment der Variante alpha&sub1;-AT wird dann in das Plasmid pTG983 eingebracht, wie in dem vorstehenden Patent beschrieben wurde.
- Man erhält auf diese Weise ein als pTG1946 bezeichnetes Plasmid, das mit dem Plasmid pTG983 identisch ist, mit der Ausnahme des Gens alpha&sub1;-AT, das in Stellung 357 und 358 modifiziert wurde.
- Die nachstehend verwendeten Plasmide sind die folgenden:
- pTG983 (alpha&sub1;-AT nicht modifiziert)
- pTG1900 (Arg³&sup5;&sup8;alpha&sub1;-AT)
- pTG1946 (Ala³&sup5;&sup7;Arg³&sup5;&sup8;alpha&sub1;-AT).
- Die Variante gemäß der vorliegenden Erfindung, erhalten durch Fermentation des Bakteriums E.coli und transformiert durch pTG1946, wurde mit pTG983 und pTG1900 verglichen.
- Es wurden geklärte Schallextrakte aus Kulturen hergestellt, die mit E.coli induziert wurden und eines der drei vorstehenden Plasmide enthielten.
- Aliquote Extrakte wurden im Hinblick auf ihre Fähigkeit zur Inhibierung von humaner neutrophiler Elastase getestet (diese Technik wurde bereits beschrieben).
- Die in Fig. 1 dargestellten Kurven der Inhibierung zeigen, daß in bezug auf normales alpha&sub1;-AT (Met³&sup5;&sup8;alpha&sub1;-AT) die Variante gemäß der Erfindung (Ala³&sup5;&sup7;Arg³&sup5;&sup8;alpha&sub1;-AT) unfähig ist, neutrophile Elastase zu inhibieren.
- Die Anti-Kallikrein-Aktivität wurde durch Messung des Restgehaltes der Hydrolyse von Chromosym PK (Benzoyl-Pro-Pre-Arg 4 nitroanilid-acetat, Boehringer Mannheim) bei 410 nm bewertet.
- 2,6 pMol humanes plasmatisches Kallikrein wurden bei 37 ºC mit einer steigenden Menge eines Inhibitors in dem Puffer Na-Phosphat 0,1M - NaCl 0,15M vorinkubiert. Nach 30 Minuten wird die Reaktion durch Zugabe von 900 uMol Substrat (Endkonzentration 0,5 mM) abgebrochen und die enzymatische Restaktivität bestimmt.
- Die Fig. 2 zeigt, daß die Variante (Ala³&sup5;&sup7;,Arg³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT fähig ist, das Kallikrein schnell zu inhibieren. Die Kurven der Inhibierung von Thrombin (Fig. 1) und des Vergleiches mit alpha&sub1;-AT(Arg³&sup5;&sup8;) zeigen, daß die Variante (Ala³&sup5;&sup7;,Arg³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT nur sehr gering das humane Thrombin inhibiert.
- Die Verbindung gemäß der Erfindung kann daher bei einer Therapie der Substitution des Inhibitors C1 verwendet werden.
- Unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Technik und der in dem Patent WO 8600337 beschriebenen Verfahren erhält man die anderen beanspruchten Varianten.
- Der folgende Stamm wurde bei der Collection Nationale de Cultures de Microorganismes de l'Institut Pasteur, 28 rue du Docteur-Roux, 75724 PARIS CEDEX 15 hinterlegt:
- Stamm E. coli TGE900 pTG1946 am 06. Juni 1986 unter der No. 1-560.
Claims (7)
1. Variante in 357-Stellung von humanem alpha&sub1;-Antitrypsin oder von
humanem (deltaGlu¹→Gly&sup5;)alpha&sub1;-AT.
2. Variante nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um
eine Variante in 357- und 358-Stellung handelt,
3. Variante nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um eine Ala³&sup5;&sup7;-Variante handelt.
4. Variante von humanem alpha&sub1;-AT der Formel:
(Ala³&sup5;&sup7;,Arg³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT.
5. Variante nach Anspruch 4 zur Verwendung als Kallikrein-Inhibitor.
6. Variante nach einem der Ansprüche I bis 4 zur Verwendung als
Arzneimittel.
7. Die Variante
(Ala³&sup5;&sup7;,Arg³&sup5;&sup8;)alpha&sub1;-AT
zur Verwendung als Arzneimittel.
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