DE4130221A1 - Use of proteolytic enzymes e.g. papain or trypsin - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von mindestens einem proteolytischen Enzym zur Herstellung eines Medikaments zur Krankheit, an deren Entstehung mindestens ein Protein, enthaltend mindestens eine CH2-Domäne, beteiligt ist.The present invention relates to the use of at least one proteolytic enzyme for the manufacture of a medicament for the disease, the development of which involves at least one protein containing at least one C H 2 domain.
Das Immunsystem ist eine biologische Funktionseinheit mit hochspezifischen Reaktionsabläufen sowohl auf humoraler wie auf zellulärer Ebene. Störungen in diesem komplexen System sind an der Entstehung zahlreicher Krankheiten ursächlich beteiligt. So führen Defekte in der Entwicklung des Immunsystems zu sogenannten Immundefektkrankheiten, die durch eine erhöhte Anfälligkeit für Infektionen und Tumoren gekennzeichnet sind, wie beispielsweise der Agammaglobulinämie. Übersteigerte Reaktionsbereitschaft kann allergische Reaktionen oder Autoimmunkrankheiten auslösen, und eine gestörte immunologische Überwachungsfunktion des Organismus kann die Tumorentstehung und die Ausbreitung von pathogenen Mikroorganismen im Körper begünstigen.The immune system is a biological functional unit with highly specific reactions on both humoral like at the cellular level. Disorders in this complex Systems are at the origin of numerous diseases causally involved. This is how defects lead to development the immune system to so-called immune deficiency diseases, caused by an increased susceptibility to infections and Tumors are marked, such as the Agammaglobulinemia. Excessive willingness to react can cause allergic reactions or autoimmune diseases trigger, and a disturbed immunological Monitoring function of the organism can Tumor formation and the spread of pathogenic Favor microorganisms in the body.
Antiköper stellen für die humorale Antwort wesentliche Moleküle dar. Die den Antikörper bildenden schweren und leichten Proteinketten sind jeweils in verschiedene funktionelle Domänen unterteilt. So ist die variable Domäne der schweren Kette VH an der Bindung des Antigens beteiligt, und die nachfolgenden Domänen CH1, CH2 und CH3 sind für die sogenannten Effektorfunktionen eines Antikörpers, wie beispielsweise die Bindung von Komplementproteinen, verantwortlich. Insbesondere die CH2-Domäne ist am initialen Schritt der Komplementaktivierung beteiligt.Antibodies are essential molecules for the humoral response. The heavy and light protein chains that form the antibody are each divided into different functional domains. The variable domain of the heavy chain V H is involved in the binding of the antigen, and the subsequent domains C H 1, C H 2 and C H 3 are responsible for the so-called effector functions of an antibody, such as the binding of complement proteins. The C H 2 domain in particular is involved in the initial step of complement activation.
Das Vorhandensein einer CH2-Domäne ist jedoch nicht auf Immunglobuline beschränkt, sondern die CH2-Struktur ist beispielsweise auch in T-Zell-Rezeptorproteinen, Zelladhäsionsmolekülen und den im Haupthistokompatibilitätskomplex codierten Proteinen der Klasse I und II sehr ähnlich vorhanden. Zahlreiche Proteine mit einer zu der Domänenstruktur der Immunglobuline ähnlichen Struktur werden zu den Proteinen der sogenannten Immunglobulinsuperfamilie zusammengefaßt. Eine Übersicht über Proteine, enthaltend eine CH2-Struktur, ist gegeben in A. F. Williams and A. N. Barcley, "The Immunoglobulin Superfamily-Domains for Cell Surface Recognition", Ann. Rev. Immunol., 1988, 6, 381-405.However, the presence of a C H 2 domain is not limited to immunoglobulins, but the C H 2 structure is also very similar, for example, in T cell receptor proteins, cell adhesion molecules and the class I and II proteins encoded in the main histocompatibility complex. Numerous proteins with a structure similar to the domain structure of the immunoglobulins are combined to form the proteins of the so-called immunoglobulin superfamily. An overview of proteins containing a C H 2 structure is given in AF Williams and AN Barcley, "The Immunoglobulin Superfamily Domains for Cell Surface Recognition", Ann. Rev. Immunol., 1988, 6, 381-405.
Im folgenden wird unter dem Begriff CH2-Struktur bzw. CH2-Domäne der Bereich eines Proteinmoleküls verstanden, der eine ähnliche Struktur wie die CH2-Domäne von IgG aufweist. In der Literatur wird für eine solche Struktur auch der Begriff C2-Domäne oder C2-Set verwendet.In the following, the term “C H 2 structure” or “C H 2 domain” means the region of a protein molecule that has a structure similar to the C H 2 domain of IgG. The term C2 domain or C2 set is also used in the literature for such a structure.
Wie oben für die Immunglobuline erläutert, besitzt die CH2-Struktur auch in den weiteren Mitgliedern der Immunglobulinsuperfamilie häufig eine Effektorfunktion, die an der Entstehung verschiedenster Krankheitsbilder beteiligt sein kann. Eine Auflistung CH2-Struktur assoziierter Krankheitsbilder zeigt die Tabelle 1. In dieser Tabelle sind Krankheitsbilder aufgeführt, an deren Entstehung verschiedene Proteine enthaltend mindestens eine CH2-Struktur beteiligt sind. As explained above for the immunoglobulins, the C H 2 structure also frequently has an effector function in the other members of the immunoglobulin superfamily, which can be involved in the development of a wide variety of clinical pictures. Table 1 shows a list of the C H 2 structure of associated clinical pictures. This table lists clinical pictures in whose formation different proteins containing at least one C H 2 structure are involved.
In Tabelle 2 sind die immunologischen Reaktionspartner für eine CH2-Struktur aus verschiedenen Proteinen sowie die durch die Interaktion der CH2-Struktur mit dem immunologischen Reaktionspartner hervorrufbaren pathoimmunologische bzw. physiologische Folgereaktionen aufgelistet. Table 2 lists the immunological reaction partners for a C H 2 structure from various proteins and the pathoimmunological or physiological subsequent reactions which can be caused by the interaction of the C H 2 structure with the immunological reaction partner.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Medikament bereitzustellen, mit dem eine Krankheit, an deren Entstehung mindestens ein Protein, enthaltend mindestens eine CH2-Domäne, beteiligt ist, wirksam behandelt werden kann.It is an object of the present invention to provide a medicament with which a disease in the development of which at least one protein containing at least one C H 2 domain is involved can be effectively treated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Medikament, zu dessen Herstellung mindestens ein proteolytisches Enzym verwendet wird.This object is achieved by a Medicament, for the manufacture of which at least one proteolytic enzyme is used.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß proteolytische Enzyme äußerst selektiv die CH2-Struktur in Proteinen modulieren, so daß die CH2-Struktur ihre Effektorfunktion verliert, die übrigen humoralen bzw. zellulären Funktionen jedoch erhalten bleiben.It has surprisingly been found that proteolytic enzymes modulate the C H 2 structure in proteins extremely selectively, so that the C H 2 structure loses its effector function, but the other humoral or cellular functions are retained.
Erfindungsgemäß besonders geeignete proteolytische Enzyme sind Trypsin, Papain,α-Chymotrypsin und Pankreatin. Ganz besonders geeignet sind Papain und Trypsin, wobei eine Kombination von Papain und Trypsin sich als besonders wirkungsvoll erweist.According to the invention, particularly suitable proteolytic enzymes are trypsin, papain, α-chymotrypsin and pancreatin. All papain and trypsin are particularly suitable, one being Combination of papain and trypsin turned out to be special proves effective.
Papain ist ein proteolytisches Enzym, das aus dem Milchsaft der unreifen, fleischigen Früchte des Melonenbaumes Carica papaia nach üblichen Methoden herstellbar ist.Papain is a proteolytic enzyme that is derived from the Milky juice of the immature, fleshy fruits of the Melon tree Carica papaia according to usual methods can be produced.
Trypsin und α-Chymotrypsin sind proteolytische Enzyme, die aus Pankreas nach üblichen Methoden herstellbar sind.Trypsin and α-chymotrypsin are proteolytic enzymes, which can be produced from pancreas using conventional methods.
Pankreatin wird aus Schweine- oder Rinderpankreas gewonnen. Pancreatin is made from pig or bovine pancreas won.
Die proteolytischen Enzyme sind besonders geeignet zur Behandlung einer Krankheit, an deren Entstehung mindestens ein Protein, das zu der Immunglobulinsuperfamilie gehört, beteiligt ist, und insbesondere, wenn ein Immunglobulin beteiligt ist.The proteolytic enzymes are particularly suitable for Treatment of a disease, the emergence of which at least a protein belonging to the immunoglobulin superfamily, is involved, and especially if an immunoglobulin is involved.
Die durch das bzw. die proteolytischen Enzyme modulierten Immunglobuline zeichnen sich dadurch aus, daß deren Bindungsfähigkeit für die Komplementkomponente C1q erniedrigt ist. Dies gilt für natürliche C1q-bindende Immunglobuline (Subklassen IgG1, IgG2, IgG3, IgM und teilweise IgA).The immunoglobulins modulated by the proteolytic enzyme (s) are distinguished by the fact that their binding capacity for the complement component C1q is reduced. This applies to natural C1q-binding immunoglobulins (subclasses IgG 1 , IgG 2 , IgG 3 , IgM and partly IgA).
Die geänderte C1q-Bindungsfähigkeit wird vermutlich durch eine Konformationsänderung der CH2-Domäne aufgrund der Enzymeinwirkung verursacht. Dabei kann die Konformationsänderung entweder durch eine enzymatisch verursachte Änderung unmittelbar in der CH2-Domäne hervorgerufen werden, oder die proteolytischen Enzyme bewirken eine Strukturänderung in den der CH2-Domäne benachbarten Bereichen, und diese Änderungen beeinflussen die Konformation der CH2-Domäne.The altered C1q binding capacity is presumably caused by a change in the conformation of the C H 2 domain due to the action of the enzyme. The conformational change can either be caused directly by an enzymatically caused change in the C H 2 domain, or the proteolytic enzymes cause a structural change in the regions adjacent to the C H 2 domain, and these changes influence the conformation of the C H 2- Domain.
Für die Herstellung eines Medikaments sind die folgenden Enzymmengen pro Tablette besonders geeignet:For the manufacture of a medication the following amounts of enzyme per tablet are particularly suitable:
Trypsin ist vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 30 mg, besonders bevorzugt in einer Menge von 24 mg, zu verwenden. Für α-Chymotrypsin werden vorzugsweise 1 bis 10 mg, insbesondere 1 mg, verwendet. Für Papain sind 40 bis 100 mg besonders geeignet, 60 mg sind ganz besonders geeignet. Für Pankreatin sind 50 bis 200 mg bevorzugt geeignet, wobei 100 mg ganz besonders geeignet sind. Vorzugsweise werden dem Medikament die üblichen Hilfs- und Trägerstoffe zugesetzt. Gegebenenfalls kann das Medikament noch zusätzliche proteolytische Enzyme enthalten.Trypsin is preferably in an amount of 10 to 30 mg, particularly preferably in an amount of 24 mg use. For α-chymotrypsin, 1 up to 10 mg, in particular 1 mg, used. For papain are 40 to 100 mg are particularly suitable, 60 mg are whole particularly suitable. For pancreatin there are 50 to 200 mg preferably suitable, 100 mg being particularly suitable are. Preferably the drug is the usual Auxiliaries and carriers added. If necessary, that can Drug additional proteolytic enzymes contain.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
An eine Mikrotiterplatte mit 96 Vertiefungen und erhöhter Adsorption (erhältlich von der Firma Nunc) als Festphase wurde das F(ab′)2-Fragment von humanem Immunglobulin G adsorptiv gebunden. Um eine adsorptive Bindung weiterer Moleküle an die Festphase zu verhindern, wurde die aktive Plastikoberfläche mit einer 0,1% Rinderserumalbumin-Lösung anschließend überschichtet.The F (ab ′) 2 fragment of human immunoglobulin G was adsorptively bound to a microtiter plate with 96 wells and increased adsorption (available from Nunc) as a solid phase. To prevent adsorptive binding of other molecules to the solid phase, the active plastic surface was then covered with a 0.1% bovine serum albumin solution.
An das an die Festphase fixierte humane F(ab′)2 -Fragment, das als Antigen fungiert, wurde dann ein Kaninchenantikörper der Klasse G gegen Human-IgG F(ab′)2 gebunden, die dann zusammen einen Immunkomplex darstellen. Dieser Immunkomplex wurde den verschiedenen Lösungen mit proteolytischem Enzym, die unterschiedliche Konzentrationen an Enzym enthielten, verschieden lang andauernden Perioden ausgesetzt.A rabbit antibody of class G against human IgG F (ab ′) 2 , which then together form an immune complex, was then bound to the human F (ab ′) 2 fragment fixed to the solid phase, which functions as an antigen. This immune complex was exposed to the various solutions with proteolytic enzyme containing different concentrations of enzyme for periods of different lengths.
Die Änderung der C1q-Bindungsfähigkeit des Immunkomplexes durch die Enzymeinwirkung wurde über die quantitative Bestimmung von gebundenem, humanem C1q ermittelt. Die Detektion des gebundenen C1q erfolgte mit einem anti-Human-C1q-Antikörper der Klasse G aus Schaf, wobei der Schafsantikörper an alkalische Phosphatase gekoppelt war, deren Umsatz von p-Nitrophenylphosphat bei 405 nm photometrisch bestimmt wurde. Die Quantifizierung der immunkomplexgebundenen C1q-Menge erfolgte über eine mitgeführte Eichkurve. In den Fig. 1 bis 4 sind einige Ergebnisse der durchgeführten Versuchsreihen graphisch dargestellt. The change in the C1q binding ability of the immune complex due to the enzyme action was determined by the quantitative determination of bound, human C1q. The bound C1q was detected with an anti-human C1q class G antibody from sheep, the sheep antibody being coupled to alkaline phosphatase, the conversion of p-nitrophenyl phosphate at 405 nm was determined photometrically. The quantification of the immune complex-bound amount of C1q was carried out using a calibration curve. In Figs. 1 to 4 some results of the test series are plotted.
Fig. 1 zeigt ein mit Papain erhaltenes Ergebnis, bei dem der Immunkomplex 30 min lang bei 37°C und verschiedenen Enzymkonzentrationen inkubiert wurde. Die Referenzkonzentration des C1q betrug 2000 ng/ml. Pro Meßwert wurden vier Parallelversuche durchgeführt. Die Mittelwerte der bestimmten C1q-Konzentration sind als rautenförmige Symbole mit der dazugehörigen Standardabweichung eingezeichnet. Bei Symbolen ohne Fehlerbalken war die Standardabweichung nicht mehr graphisch darstellbar. Fig. 1 shows a result obtained with papain, in which the immune complex was incubated for 30 min at 37 ° C and various enzyme concentrations. The reference concentration of the C1q was 2000 ng / ml. Four parallel tests were carried out for each measured value. The mean values of the determined C1q concentration are shown as diamond-shaped symbols with the associated standard deviation. The standard deviation could no longer be represented graphically for symbols without error bars.
In Fig. 2 sind die für Enzymmengen zwischen 10 und 100 ng/ml erhaltenen Werte reziprok zu der Darstellung in Fig. 1 aufgetragen. Auf dieser Darstellung läßt sich die Papainkonzentration ermitteln, die zur Halbierung der C1q-Bindungsfähigkeit führt (Halbeffektkonzentration).In FIG. 2, the values obtained for enzyme amounts between 10 and 100 ng / ml are plotted reciprocally to the representation in FIG. 1. This diagram shows the papain concentration that leads to halving the C1q binding capacity (half-effect concentration).
In Fig. 3 und 4 sind die mit Trypsin erhaltenen Ergebnisse in analoger Weise zu Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Inkubationszeit mit Trypsin betrug 120 min bei 37°C. Jeder Meßwert stellt das Ergebnis von 4 parallelen Versuchen dar.In FIGS. 3 and 4 the results obtained with trypsin in a manner analogous to Fig. 1 and 2.. The incubation time with trypsin was 120 min at 37 ° C. Each measured value represents the result of 4 parallel tests.
Tabelle 3 enthält eine Zusammenstellung der Enzymkonzentrationen, die zur Halbierung der C1q-Bindungsfähigkeit in den oben beschriebenen Versuchen benötigt wurden. Table 3 contains a compilation of the Enzyme concentrations required to halve the C1q binding ability in the experiments described above were needed.
Die gefundenen Minimal- bzw. Maximalwerte sind in Klammern angegeben.The minimum and maximum values found are in brackets specified.
Als Kontrollversuche dafür, daß der durch Trypsin bzw. Papain hervorgerufene Effekt auf die Bindungsfähigkeit von Immunkomplexen für C1q nicht auf einen unspezifischen proteolytischen Abbau von Proteinen des Inkubationsansatzes zurückzuführen ist, wurden Versuche durchgeführt, bei denen die Zugabe der proteolytischen Enzyme zu dem Inkubationsansatz erst nach erfolgter Bindung von C1q an den Immunkomplex erfolgte. Bei diesen Inkubationsansätzen wurden keine Änderungen in der Menge des an den Immunkomplex gebundenen C1q mit Enzymmengen der Halbwertskonzentration und gleicher Inkubationsdauer beobachtet. Dieses Ergebnis läßt eindeutig den Schluß zu, daß die verwendeten proteolytischen Enzyme selektiv die Bindungsdomäne für C1q, d. h. die CH2-Domäne modulieren, und zwar derart, daß deren C1q-Bindungsfähigkeit herabgesetzt wird. Somit eignen sich die proteolytischen Enzyme insbesondere zur Behandlung von mit Komplement vermittelten Entzündungsreaktionen. As control attempts to ensure that the effect caused by trypsin or papain on the binding ability of immune complexes for C1q is not due to unspecific proteolytic degradation of proteins from the incubation batch, experiments were carried out in which the addition of the proteolytic enzymes to the incubation batch only after it had taken place C1q was bound to the immune complex. In these incubation approaches, no changes in the amount of C1q bound to the immune complex with enzyme amounts of the half-value concentration and the same incubation period were observed. This result clearly leads to the conclusion that the proteolytic enzymes used selectively modulate the binding domain for C1q, ie the C H 2 domain, in such a way that their C1q binding capacity is reduced. The proteolytic enzymes are therefore particularly suitable for the treatment of inflammation reactions mediated with complement.
Die Modulierung der CH2-Struktur durch proteolytische Enzyme konnte auch für die membranständigen Proteine CD4 auf T-Lymphozyten bzw. Monozyten und CD54 auf Monozyten beobachtet werden. In den Fällen der CD4 und CD54-Moleküle führt die Einwirkung von Trypsin zur Reduktion der Rezeptorepitopdichte auf den Zellen. Einen ähnlichen Effekt übt Trypsin auf das Rezeptorprotein CD31 von B-Zellen aus.The modulation of the C H 2 structure by proteolytic enzymes could also be observed for the membrane-bound proteins CD4 on T lymphocytes or monocytes and CD54 on monocytes. In the cases of the CD4 and CD54 molecules, the action of trypsin leads to a reduction in the receptor epitope density on the cells. Trypsin has a similar effect on the receptor protein CD31 of B cells.
Die oben erläuterte erfindungsgemäße Verwendung von proteolytischen Enzymen erlaubt somit, ein weites Spektrum verschiedenster Krankheiten, an deren Entstehung mindestens ein Protein mit einer CH2-Domäne beteiligt ist, wie beispielsweise Komplement vermittelte Entzündungsreaktionen, wirkungsvoll zu therapieren.The above-described use of proteolytic enzymes according to the invention thus makes it possible to effectively treat a wide spectrum of the most diverse diseases in whose formation at least one protein with a C H 2 domain is involved, such as, for example, complement-mediated inflammatory reactions.
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