DD260293A5

DD260293A5 - Gewebs-Plasminogen-Aktivator (Tpa) - Derivat und seine Herstellung

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Publication number: DD260293A5
Authority: DD
Publication date: 1988-09-21

Abstract

Erfindungsgemaess wird ein neues Gewebs-Plasminogen-Aktivator (tPA)-Darivat hergestellt, das eine Aminosaeuresequenz aufweist, die der des natuerlichen tPA entspricht, in der jedoch die die EGF-Domaene bildenden Aminosaeuren des natuerlichen tPA-Molekuels fehlen und mindestens einer der Kringel I oder II, die Verbindungsregion, die katalytische Region und der Fibrinfinger vorhanden sind; insbesondere koennen zusaetzlich die daran anschliessenden Aminosaeuren bis mindestens zur ersten Disulfidbruecke der Domaene des Kringels I oder die gesamte Aminosaeuren der Domaene des Kringels I bis zur ersten Disulfidbruecke der Domaene des Kringels II oder Kringel II fehlen. Das neue Derivat laesst sich beispielsweise herstellen indem man aus der tPA-cDNA denjenigen Abschnitt, der die dem Derivat im Vergleich zum kompletten tPA-Molekuel fehlenden Aminosaeuresequenz kodiert, mit den entsprechenden Restriktionsendonukleasen herausschneidet, die das gewuenschte tPA-Derivat kodierenden Abschnitte verbindet, die so erhaltene tPA-Derivat-cDNA ueber einen geeigneten Vektor in Prokaryonten einschleust und darin exprimiert.

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung neuer tPA-Derivate.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Hauptkomponente der Proteinmatrix von geronnenem Blut ist polymeres Fibrin. Diese Proteinmatrix wird durch Plasmin gelöst, das aus Plasminogen über Aktivierung durch die sogenannten Plasminogen-Aktivatoren gebildet wird, z.B. durch tPA (Gewebs-Plasminogen-Aktivator, tissue-type plaminogen activator). Die enzymatische Aktivität von natürlichem oder aus Eukaryonten gentechnologisch gewonnenem tPA (katalytische Aktivierung von Plasminogen zu Plasmin) ist in Abwesenheit von Fibrin oder Fibrinspaltprodukten (FSP) sehr gering, kann aber in Gegenwart dieser Stimulatoren wesentlich gesteigert werden (um mehr als den Faktor 10).

Der Wirkmechanismus von tPA in vivo ist beispielweise in Korniger und Collen, Thromb. Hämostasis 46,561-565 (1981) beschrieben. Danach wird tPA durch im Blut vorhandene Proteasen an der in Figur 1 b durch großen Pfeil markierten Stelle in die A- und B-Kette gespalten und aktiviert. Dabei bleiben die beiden Teilketten über eine Cystein-Brücke verbunden. Die Stimulierbarkeit der Aktivität ist ein entscheidender Vorteil von tPA gegenüber anderen bekannten Plaminogen-Aktivatoren, wir z. B. Urokinase oder Streptokinase (vgl. z. B. B. M. Hoylaerts et al, J. Biol. Chem. 257 (1982), 2912-2919; W. Nieuwenhuizen et al, biochemica et Biophysica Acta 755 (1983), 531-533).

Ein wesentlicher Nachteil von tPA ist jedoch seine geringe Halbwertszeit. Aus D. Collen et al., Cicurlation 72 (1985), 384-388 ist bekannt, daß die Halbwertszeit von tPA bei ca. 2 Minuten liegt. Dies gilt sowohl für den ungespaltenen Aktivator als auch für die Α-Kette allein (D. C. Rijken et al., Haemostasis 1985, Abstract 0358). Es wird vermutet, daß tPA in der Leber rasch aufgenommen und abgebaut wird (H.E. Fuchs et al., Blood 65 [1985], 539-544). Durch diese geringe Halbwertszeit sind für eine therapeutische Anwendung von tPA sehr hohe Dosen erforderlich, was zu hohen Behandlungskosten führt. Außerdem besteht die Befürchtung, daß tPA in derart hohen Dosen als Immunogen wirken könnte.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von tPA-Derivaten, welche gegenüber dem natürlichen tPA eine wesentlich verlängerte Halbwertszeit aufweisen und die charakteristischen biologischen tPA-Eigenschaften, nämlich die proteolytische Aktivität und die Stimulierbarkeit der Aktivität durch Fibrin immernoch aufweisen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue tPA-Derivate mit den gewünschten Eigenschaften und Verfahren zu ihrer Herstellung aufzufinden.

Erfindungsgemäß wird ein tPA-Derivat hergestellt, welches eine Aminosäuresequenz aufweist, die der des natürlichen tPA entspricht, in der jedoch die die EGF-Domäne bildenden Aminosäuren des natürlichen tPA-Moleküls mindestens teilweise fehlen und mindestens einer der Kringel I oder II, die Verbindungsregion, die katalytische Region und die Fibrinfinger vorhanden sind. Im erfindungsgemäßen tPA-Derivat ist daher die Aminosäurekette des natürlichen tPA vom NH₂-Ende bis einschließlich des Fibrinfingers direkt oder über Spacer mit der Aminosäurekette des tPA hinter der EGF-Domäne insbesondere der Kringel-Il-Domäne bis zum COOH-Ende verbunden. Außer der EGF-Domäne kann auch einer der Kringel I oder Il ganz oder teilweise fehlen.

Im biologisch aktiven tPA ist die Aminosäurekette in charakteristischer Weise gefaltet und durch Disulfidbrücken intramolekular verbunden unter Bildung von charakteristischen Domänen, die vom NH₂-Ende her beginnend als Fibrinfinger-Domäne (Aminosäuren 1 bis 49), EGF-Domäne (epidermal growth factor like-Domäne) (Aminosäuren 50 bis 87), Kringeldomäne I (Aminosäuren 88 bis 176), Kringeldomäne Il (Aminosäuren 177 bis 262), Verbindungsregion und katalytische Region bezeichnet

werden, wie in Figur 1 a dargestellt. Das erfindungsgemäße Derivat ist nunmehr dadurch gekennzeichnet, daß die sogenannte EGF-Domäne zumindest teilweise fehlt-und außerdem die Kringeldomäne I oder II, ganz oder teilweise ebenfalls fehlen kann. Vorzugsweise fehlt der überwiegende oder vollständige Rest der Aminosäuren der Kringeldomäne I bis zur 1. Disulfidbrücke der Kringeldomäne II. Die Fibrinfingerdomäne, welche die Aminosäuren 1 bis49destPA-Moleküls umfaßt, kann gekürzt sein, derart daß die Aminosäuren 44 bis 49 ganz oder teilweise fehlen. Figur 1 b zeigt das vollständige tPA unter Angabe der Aminosäuresequenz und der Stellen, wo in der codierenden DNA Introns herausgeschnitt werden (Pfeile mit Buchstaben), wobei am NH₂-Ende eine aus 35 Aminosäuren bestehende Leadersequenz dargestellt ist, welche bei tPA-Bildung in Eukaryonten in dem zuerst entstehenden tPA-Vorläufervorliegt.

Ausgedrückt unter Bezugnahme auf die Nummerierung der Aminosäuren in der vollständigen tPA-Sequenz fehlen beim erfindungsgemäßen tPA-Derivat diejenigen Aminosäuren, die einen Abschnitt bilden, der mit einer der Aminosäuren 44 bis 72 beginnt und mit einer der Aminosäuren 87 bis 179 endet. Hierbei wird die in Nature, 301 (1983)214-221 vom Pennica aufgestellte Nomenklatur verwendet. Vorzugsweise endet der entfernte Abschnitt mit einer der Aminosäuren 113 (hier liegt die 1. Disulfidbrücke des Kringels I) bis 179. Falls Kringel Il teilweise oder ganz fehlt sind im erfindungsgemäßen Derivat im Vergleich zu tPAzwei Abschnitte der Aminosäurekette entfernt, nämlich EGF-Domäne und der Kringel Il-Teil während der dazwischenliegende Kringel I vorhanden ist.

Das erfindungsgemäße tPA-Derivat besitzt überraschenderweise eine wesentlich höhere Halbwertszeit im Organismus als das natürliche tPA und besitzt gleichzeitig die erwähnten biologischen Eigenschaften, insbesondere dessen enzymatische Aktivität und Stimulierbarkeit des tPA in unvermindertem Außmaß. Damit wird es möglich, die durch tPA hervorgerufenen therapeutischen Effekte mit wesentlich geringeren Mengen an erfindungsgemäßen tPA-Derivat zu erzielen. Besonders gute Eigenschaften ergeben sich dabei bei tPA-Derivaten, denen die Aminosäuren 45 bis 179 bzw. 50 bis 87, bzw. 50 bis 175 des kompletten tPA-Moleküls fühlen (Molekulargewicht von etwa 43000 D).

Die Herstellung der neuen tPA-Derivate kann dadurch erfolgen, daß auf cDNA-Ebene mit geeigneten Restriktionsendonukleasen geschnitten und anschließend wieder ligiert wird. Diese modifizierte cDNA wird dann über einen geeigneten Vektor in Prokaryonten oder Eukaryonten eingeschleust und exprimiert. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung verfährt man so, daß man aus der tPA-cDNA denjenigen Abschnitt, der die dem Derivat im Vergleich zum kompletten tPA-Molekül fehlende Aminosäuresequenz kodierte, mit den entsprechenden Restriktionsendonukleasen herausschneidet, die das gewünschte tPA-Derivat kodierenden Abschnitte verbindet, die so erhaltene tPA-Derivat-cDNA über einen geeigneten Vektor in Prokaryonten einschleust und darin exprimiert. Als Restriktionsendonukleasen sind insbesondere solche Enzyme geeignet, welche nur in dem Bereich von bp 315 bis bp 726 der cDNA-Sequenz (vgl. Pennica, Nature 301 [1983], 214-221) schneiden. Besonders geeignet sind die Restriktionsendonukleasen-Kombinationen Dralll und Mae III zur Entfernung der Aminosäuren 44 bis 179oderDdel und MnI I zur Entfernung der Aminosäuren 44 bis 171 sowie Dde I für die Aminosäuren 44 bis 174 und Fnu4H zur Entfernung der Aminosäuren 52-168 und Rsalzur Entfernung von den Aminosäuren 67-162. Sofern Restriktionsendonukleasen verwendet werden müssen, welche die cDNA auch außerhalb des erwähnten Bereichs schneiden, kann über die Einwirkzeit eine Steuerung erreicht werden. Die entstehenden Enden der DNA-Fragmente müssen durch geeignete Auffüllung oder durch Verdau mit Sl-Nuklease oder Einfügung von Linkern so modifiziert werden, daß eine phasengerechte Verknüpfung der verbleibenden Aminosäuren-Tripletts möglich wird.

Zur Behandlung mit Restriktionsendonukleasen und anschließender Ligierung ist die cDNA bevorzugt in einen Vektor eingebaut. Geeignete Vektoren sind beispielsweise pBR322, pKK223-3, pACYC177, pRSF1010, eukaryontische Vektoren, wie Bovine papilloma virus oder Shuttle-Vektoren, wie pKCR. Zur Wiederverknüpfung im Vektor werden die bekannten Methoden, vorzugsweise unter Verwendung von Lindern, angewendet.

Anschließend werden diese Vektoren in Prokaryonten und Eukaryonten nach den bekannten Verfahren eingeführt und die tPA-Derivate exprimiert. Dabei wird vorzugsweise bei Verwendung von Prokaryonten eine Steuerung der Expression in an sich bekannter Weise vorgesehen, z.B. durch Verwendung des Systems lac-Promotor (oder Derivat davon wie tac-Promotor) und lac-Repressor, oder trp-Promotor und trp-Repressor oder lambda-Promotor und lambda-Repressor.

Ebenso kann zur Herstellung der Derivate von der vollständigen DNA, welche Introns enthält, ausgegangen werden. Hierzu wird die tPA-DNA aus der Maniatis-Genbank isoliert, in Vektoren eingesetzt. Dies erfolgt über gezielte Deletion der für die im erfindungsgemäßen tPA-Derivat im Vergleich zu tPA fehlenden Aminosäuren codierenden Tripletts und der dazwischen positionierten Introns mittels Oligonukleotiden. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung verfährt man so, daß man tPA-DNA in einen geeigneten Vektor einführt, den erhaltenen Vektor dann mit einem Oligonukleotid hybridisiert, welches mit den Basensequenzen, die zu beiden Seiten an die aus dem tPA-DNA Molekül zu entfernenden Basensequenzen anschließen, komplementäre Basensequenz aufweist, einer Reparatur-Mutagenese unterwirft, den so mutierten Vektor dann in eine geeignete Zelle einführt und amplifiziert, diejenigen amplifizierten Vektoren gewinnt, welche mit dem Oligonukleotid hybridisieren und in dafür geeignete Prokaryonten eingeführt und exprimiert. Das Oligonukleotid sollte vorzugsweise aus 18 bis 26 Nukleotiden bestehen. Von diesen Nukleotiden sollten vorteilhaft je die Hälfte mit den zu erhaltenen Nukleotiden der davor und dahinter liegenden Tripletts übereinstimmen. Dieses Verfahrensprinzip der „gappedduplex"-Synthese ist in Morinaga et al Biotechnology 2 (1984), 634-639 und Nagal et al. Nature 309 (1984) 810 ausführlich beschrieben. Des weiteren kann aus tPA-produzierenden Zellinien (Literatur Pennica, loc. cit.) die m-RNA isoliert werden und durch Größenfraktionierung aufgetrennt werden. Durch natürliche Splice-Artefakte können die m-RNA-Derivate entstehen, die verkürzt sind. Durch c-DNA-Herstellung daraus und Untersuchung der entstandenen Klone können die Klone gefunden werden, welche die codierende Region für die Aminosäuren, die dem tPA-Derivat im Vergleich zu tPA fehlen, insbesondere die Aminosäuren 49 bis 175, nicht mehr enthalten. Dazu werden Klone ausgewählt, die mit entsprechend konstruierten Oligonukleotiden, passend für die entfernte Region, nicht mehr hybridisieren. Solche verkürzten cDNA-Moleküle können auch durch Fehler bei der cDNA-Herstellung aus intakter oder partiell deletierter mRNA prinzipiell entstehen und durch Hybridisierung und Sequenzierung aufgefunden werden.

Ebenso kann tPA-Derivatisierung auf Aminosäureebene erfolgen. tPA, beispielsweise gentechnologisch hergestellt und gereinigt, wird dann mit Proteasen, welche im Bereich zwischen den Aminosäuren 43 und 72 und zwischen 87 und 179 schneiden, geschnitten und wieder zusammengefügt. Die zu vereinigenden Fragmente lassen sich durch Gelelektrophorese oder andere Größenfraktionierung von anderen Fragmenten isolieren.

Bei den erfindungsgemäßen tPA-Derivaten kann es vorteilhaft sein, den Abstand Fibrinfinger— Kringel Il — zu optimieren, um die tPA-charakteristische enzymatische Wirksamkeit des Moleküls maximal zur Wirkung zu bringen. Dies kann z. B. durch Einbau kurzer Aminosäureketten oder anderer Distanzglieder (Spacer) zwischen Fibrinfinger-Domäne und Kringel-Il-Domäne erfolgen.

Besonders bevorzugt ist ein tPA-Derivat, bei dem die Aminosäuren 45 bis 179 fehlen. Dieses kann beispielsweise auf cDNA-Ebene hergestellt werden, durch Schnitt mit den Restriktionsendonukleasen Dralll und Mae III und Verdau der überstehenden Einzelstrangenden mit Nuclease SI. Anschließend wird mit Ligase ligiert. Dann wird mit einem geeigneten Vektorsystem, wie es z.B. in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 3613401.5 beschrieben ist, in Prokaryonten oder Eukaryonten exprimiert. Das bei der Expression in Pro- oder Eukaryonten entstandene tPA-Derivat hat ein Molekulargewicht von ca. 43 000 D.

Das in Eukaryonten entstandene Derivat ist zusätzlich glycolisiert und wandert daher in der SDS-Elektrophorese etwas verlangsamt.

Ein weiteres, besonders bevorzugtes tPA-Derivat unterscheidet sich vom tPA durch Fehlen der Aminosäuren 50 bis 175. Zur Herstellung eignet sich die oben beschriebene tPA-DNA Methode der „gapped-duplex"-Synthese besonders, weil sie nicht das Vorhandensein von Restriktionsschnittstellen an den gewünschten Positionen der Sequenz voraussetzt.

Die Erfindung schafft neue pharmakologisch wirsame Proteine die sich vom tPA ableiten, aber eine verbesserte Kombination von Eigenschaften aufweisen, verglichen mit tPA sowie Verfahren zu ihrer Herstellung.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Deletion der die Halbwertszeit bestimmenden Domänen von tPA

1a) Konstruktion des tPA-Mutein-Gens

Als Ausgangsplasmid dient das Plamid pBT95 (DSM 3611 P, DE 3545126), aus dem das Plamid pePa 98.1 auf folgende Weise hergestellt wurde: Das Plamid wird mit dem Enzym BgIII gespalten und mit der Nuclease SI nachbehandelt. Durch weitere Spaltung mit dem Enzym Seal läßt sich ein Fragment a präparativ erhalten, das ca. 760 Basenpaare groß ist und diefürtPA kodierende Nucleotid-Sequenz 192-952 (Pennica loc. cit.) enthält. Ein Fragment b wird ebenfalls aus pBT95 erhalten durch Spaltung mit Seal und Hind III;, dadurch erhält man ein Fragment von etwa 1200 Basenpaaren, das dietPA-Nucleotid-Sequenz 953-2165 enthält. Ein Partner c wird als Linker synthetisch hergestellt und enthält die folgende Sequenz:

ö'GAATTCTTATGTCS' 3'GAATACAGo'

Als Partner d in der Konstruktion wird das Plasmid pKK233-3 (DSM 3694P) mit den Enzymen Eco RlundHindlllim Polylinker gespalten. Die Partner a-d werden zusammen ligiert. Der Ligationsansatz wird nach üblicher Technik mit T4-Ligase behandelt und anschließend in E.coli-Zellen (DSM 3689) transformiert. Die transformierten Zellen werden auf Medium unter Zusatz von 50 μg/ml Ampicillin kultiviert. Aus den erhaltenen Klonen werden diejenigen ausgewählt, die das Plasmid pePa98.1 tragen, das sich von den Ausgangsplasmiden pBT95 und pKK223-3 dadurch unterscheidet, daß es im Polylinker des Plasmides pKK223-3 zwischen der Eco RI und Hind Ill-Spaltstelle die tPA-Nucleotid-Sequenz 192-2165 in richtiger Reihenfolge enthält. Aus diesem Plasmid pePa 98.1 wurde das tPA-codierende Fragment mit dem tac-Promotor über die Xholl-Spaltung erhalten. Dieses Fragment ist etwa 1,85kb groß und wird an den überstehenden Enden durch Behandlung mit Klenow-Enzym, in Gegenwart von allen vier Desoxynukleosidtriphosphaten vollständig aufgefüllt. In einem Schritt A wird dieses Fragment mit dem Enzym Dra IiI geschnitten und die überstehenden Enden mit der Nuclease SI abgedaut. Gelelektrophoretisch wird das Fragment der Größe von ca. 370 Basenpaaren gewonnen. In einem Schritt B wird das gleiche Xho Il Ausgangsfragment mit dem Enzym Mae III geschnitten und ebenfalls mit SI nachverdaut. Anschließend wird dieser Ansatz zusätzlich mit dem Enzym Sac I behandelt. Gelelektrophoretisch wird daraus ein Fragment der Größe von ca. 700 Basenpaaren isoliert. In einem Ansatz C wird das Vektorplasmid pePa98.1 mit dem Enzym BamHI geschnitten und die überstehenden Enden mit dem Klenow-Enzym, unter Einsatz von allen vier Desoxynukleosidtriphosphaten aufgefüllt und mit dem Enzym Sac I nachgespalten. Gelelektrophoretisch wird anschließend das größte Fragment aus diesem Ansatz gewonnen. In einem Ligierungsansatz werden die gewonnenen Fragmente aus den Ansätzen A, B und C vereinigt und unter Zusatz von DNA-Ligase ligiert. Die Ligierungsmischung wird in E. coli-Zellen (DSM 3689), welche ein Iacl^q-Plasmid enthalten, transformiert und die^ntstehenden Transformanten auf Nährmedium mit 50μg/ml Ampicillin selektioniert. Aus den so erhaltenen Klonen werden diejenigen ausgewählt, die das gewünschte Plasmid pePa 129 enthalten, das sich vom Ausgangsplasmid pePa98.1 dadurch unterscheidet, daß es die DNA-Sequenz zwischen dertPAcDNA-Sequenz Pos.301 bis 726 nicht mehr enthält. Figur 2 zeigt die Nucleotidsequenz des so erhaltenen Muteins und die daraus erhaltene Aminosäuresequenz, in der die Aminosäuren 45 bis 179 des tPA fehlen

b) Konstruktion eines Expressionsvektors für das Mutein zur Expression in E. coli Aus dem nach 1a) hergestellten Plasmid pePa129 wird durch Verdau mit den Restriktionsenzymen Bam Hl und Pvul das tPA-codierende Fragment erhalten. Das Plasmid pACYC177 (DSM 3693P) wird ebenfalls mit Bam Hl und limitiert mit Pvul gespalten. Beide Fragmente werden zusammenligiert und in E.coli-Zellen (DSM 3689), welche ein Iacl^q-Plasmid enthalten, transformiert. Durch Selektion auf Kanamycin und Ampicillin mitje25bzw. 50μg/ml erhält man Transformanten, unter denen diejenigen ausgewählt werden, die das Plasmid pePa 137 enthalten. Dieses unterscheidet sich von den Ausgangsvektoren dadurch, daß es das Mutein-Genfragment aus pePa 129 und die Sequenz des Plasmides pACYC177 jeweils enthält. Eine Restriktionsschnittstellenkarte des Plasmides pePa 137 zeigt Figur 3.

1 c) Konstruktion eines Expressionsvektors für das Mutein zur Expression in Pseudomonas putida Als Vektor für Pseudomonas putida wird ein Derivat des Plasmides pRSF 1010 verwendet, welches zusätzlich ein Kanamycin-Resistenzgen aus pACYC177 enthält. Dieser Vektor führt die Bezeichnung pREM3061 (DSM 3692P). Dieses Plasmid wird durch Verwendung des Restriktionsenzyms Hpal linerisiert. Aus den nach 1 a) hergestellten Vektor pePa 129 wird durch Xho Il-Spaltung ein ca. 1,45 kb großes Fragment gewonnen, das den tac-Promotor und die vollständige Mutein-Gensequenz enthält. Durch Behandlung mit Klenow-Fragment, in Gegenwart von allen vier Desoxynukleosidtriphosphaten werden die Xho !!-Schnittstellen vollständig aufgefüllt. Das so behandelte Fragment wird mit dem linearisierten Vektor pREM 3061 ligiert und in E.coli-Zellen (DSM 3698), transformiert. DieTransformanten werden auf Medium mit25pg/ml Kanamycin selektioniert. Transformanten, die das Plasmid pePa 143 enthalten, werden ausgewählt. Dieses Plasmid unterscheidet sich vom Ausgangsvektor pREM3061 dadurch, daß es die vollständige Mutein-Gensequenz mit tac-Promotor enthält. Dieses Plasmid wird isoliert und durch Transformation in Zellen des Stammes Pseudomonas putida, DSM2106, eingeführt. Die Transformanten werden auf Medium Γηίί25μ/ηιΙ Kanamycin selektioniert und anschließend analysiert. Sie enthalten das Plasmid pePa 143. Zusätzlich kann in diese Transformanten-Zellen ebenfalls durch Transformation ein Plasmid pePa119 (DSM 3691 P) eingeführt werden, das mit pePa 143 kompatibel ist und das lacl^Gen enthält. Dieses Plasmid ist ein Derivat von Plasmid RP4. Die Anwesenheit dieses Plasmides unterdrückt die Produktion des Muteins in den Zellen durch Produktion des lac-Repressor-Proteins. Dieses kann die Transkription vom tac-Promotor aus reprimieren.

Beispiel 2

Konstruktion von Vektoren, die das tPA-Muteingen mit Leader-Sequenz zur Sekretion enthalten und für die Expression in CHO-Zellen geeignet sind.

Verwendet wird der Vektor pKCR. Ein Plasmid, das die vollständige tPA cDNA enthält, ist das Plasmid pBT95. Dieses Plasmid wird mit dem Restriktionsenzym Pstl limitiert gespalten, so daß ein Fragment gewonnen wird, das die tPA-Sequenz von der cDNA, Nucleotidposition 205-1312, nicht mehr enthält. Aus dem nach 1a) hergestellten Plasmid pePa129, das das Muteingen enthält, wird durch limitierte Pstl-Spaltung das Fragment gewonnen, das die Nucleotidposition 205-1312 enthält, aber eine Deletion ausweist für die Sequenz von 322-726. Diese so gewonnenen Fragmente werden gemeinsam ligiert und in E.coli-Zellen (DSM 3689), transformiert. Unter Zusatz von 50 μg/ml Ampicillin werden Transformanten gewonnen und die Klone ausgewählt, die das Muteinfragment in richtiger Orientierung inseriert bekommen haben. Diese Plasmide werden mit pePa 144 bezeichnet. Sie werden in CHO-Zellen, die DHFR~ sind, nach der Methode von R.Kaufmann und P.SharpI. Mol. Biol. 15,601-621 (1982) eingeführt. Unter den dort beschriebenen Bedingungen wird tPA-exprimiert und analysiert (Molec. Cell. Biol. 5,1750-1759 (1985).

Beispiel 3

Expression des tPA-Muteins in E. coli-Zellen

Das nach 1a) und 1b) hergestellte Plasmid pePa 137wird in E.coli-DSM 3698transformiert,derein Iac I^q-Plasmid enthält. Die Transformanten werden auf Medium mit 50 μg Ampicillin selektioniert. Die Zellen, die dieses Plasmid tragen, werden in Nährboulillon bis zu OD_5S0nm = 0,4 unter Belüftung gezüchtet und dann unter Zusatz von 0,2% Lactose oder 10 mmol/l IPTG induziert. Die Bebrütung geschieht jeweils bei 37°C. Nach 4 Stunden Bebrütung unter Belüftung werden die Zellen geerntet und aufgeschlossen. Dazu werden sie für 15 Minuten auf EismitO,5mg/ml Lysozym behandelt (Zellkonzentration 10 OD/ml). Verwendet wird Tris-Puffer, pH 8,6 (0,1 mol/ITris HCL mit 10 mmol/l EDTA und 100 mmol/l NaCI).

Danach werden die Zellen durch Ultraschallbehandlung aufgeschlossen. Die so erhaltene Suspension wird für 10 Minuten bei 20 000 g zentrifugiert und der Überstand verworfen. Das Sediment enthält das tPA-Mutein in inaktiver Form. Dieses kann nach der in DE 3537708 beschriebenen Methode gelöst und reaktiviert werden. Das gewonnene Pellet kann auch durch Zusatz von 1 % SDS und 100mmol/l Mercaptoethanol gelöst werden und in einem SDS Polyacrylamid-Gel elektrophoretisch aufgetrennt werden. Durch Anfärbung der Proteine nach erfolgter Elektrophorese mittels Coomassie-blue können die Proteinbanden sichtbar gemacht werden. Der Extrakt enthält gem. dieser Analyse hauptsächlich ein Protein des Molekulargewichts von ca. 43000 Dalton. DastPA-Mutein ist, wie erwartet, kleiner als das aus analog behandelten Zellen mitpePa 133 gewonnene intakte tPA (Molekulargewicht ca. 57000 Dalton). Sowohl tPA-Mutein als auch tPA können auch Westernblot-Verfahren mit Anti-tPA PAK-Konjugat aus Ziege als immunologisch gleichwertig nachgewiesen werden.

Beispiel 4

Vergleich von Mutein und t-PA bezüglich der proteolytischen Aktivität und der Stimulierbarkeit durch Fibrin. Gem. Beispiel 2 wird aus Bakterien, die das Plasmid pePA 137 oder pePa 133 enthalten, das Mutein oder tPA gewonnen. Nach dem in DE 3537708 beschriebenen Verfahren wird entsprechend aktives Mutein oder tPA erhalten. Alle Proteine liegen in einkettiger Form in Lösung vor. Dabei erhält man vergleich bare· Ausbeuten bezogen auf die Proteinausgangskonzentration (Tabelle 1). Im Test auf proteolytische Aktivität werden für beide Präparationen vergleichbare Werte erhalten (Tabelle 1). Die proteolytische Aktivität wird hierbei wie in DE 3537708 bestimmt. Der Vergleich der Aktivität, die man mit und ohne Zusatz von Fibrin-Fragmenten erhält, zeigt vergleichbare Werte für beide Präparationen (Tabelle 1). Demnach ist das Mutein so von tPA nicht zu unterscheiden, sondern identisch in seinen enzymatischen Eigenschaften.

Tabelle 1:

tPA Mutein

mg-Proteinausbeute 234,0 75,0

Davon mg-mit Aktivität 11,6 5,6

FaktorderStimulier- 11,0 21,6 barkeit

Beispiel 5

Bestimmung der Halbwertszeit.

Das nach Beispiel 1-3 hergestellte Mutein hat eine höhere Halbwertszeit im biologischen Test. Präparationen von tPA und Mutein, die nach Beispiel 3 erhalten wurden, wurden dazu im Maus-Test-System verglichen. Verwendet wurde das von Fuchset al beschriebene Verfahren (Blood 65 [1985], 539-544).

- ö -

Gefunden wurden vergleichbare Werte für die Plasmaclearence für tPA. Das Mutein hingegen wurde langsamer aus dem Blut entfernt, nachgewiesen durch TCA-präzipitierbares ¹²⁵l-Mutein. Die Akkumulation in der Leber war deutlich herabgesetzt, erst nach 20 bis 30 min. wurden Werte gemessen, die für tPA schon nach 5 min. erreicht worden waren.

Beispiele

Deletion der die Halbwertszeit bestimmenden Domänen von t-PA mittels Oligo-Nukleotid induzierter Mutagenese.

6a) Herstellung des t-PA-Vektors pePa 133

Aus dem gemäß Beispiel 1 a) hergestellten Plasmid pePa98.1 wird durch Spaltung mit dem Enzym Xho Il ein ca. 1,85kb großes Fragment erhalten und präparativ isoliert. Dieses Fragment enthält die tac-Promoter- und lac-Operator-Region mit einem ATG Startcodon und der t-PA-Nukleotid-Sequenz 192-1809 in richtiger Reihenfolge. Das Plasmid pKK 223-3 (DSM 3694 P) wird mit dem Enzym Bam Hl gespalten, das größere Fragment präparativ gewonnen und mit dem Xho II-FragmentauspePa 98.1 vereinigt und unter Zusatz von DNA-Ligaseligiert. Die Ligierungsmischung wird in E.coli-Zellen (DSM 3689), welche ein Iac I^q-Plasmid enthalten, transformiert und die entstehenden Transformanten auf Nährmedium mit 50pg/ml Ampicillin selektioniert. Aus den so erhaltenen Klonen werden diejenigen ausgewählt, die das gewünschte Plasmid pePa 126 enthalten. Dieses unterscheidet sich vom Ausgangsplasmid pePa 98.1 dadurch, daß mit Bam Hl-und Hind Ill-Spaltung ein ca. 1,85kb großes Fragment neben einem ca. 4,4kb großen Fragment erhalten wird. Aus diesem Plasmid pePa 126 wird durch Verwendung mit den Enzymen Bam Hl und Pvu i ein Fragment erhalten, das ca. __2,9kb groß ist und die t-PA codierende Sequenz enthält. Das Plasmid pACYC 177 (DSM 3693 P) wird ebenfalls mit Bam Hl und limitiert mit Pvul gespalten. Das dabei entstehende größere Fragment wird zusammen mit dem t-PA codierenden Fragment aus pePa 126 unter Zusatz von T4-Ligase ligiert und in E.coli-Zellen (DSM 3689), welche ein Iacl^q-Plasmid enthalten, transformiert. Durch Selektion auf Nährmedium mit Kanamycin und Ampicillin mit je 25 bzw. 50 Mg/ml erhält man Transformanten, unter denen diejenigen ausgewählt werden, die das Plasmid pePa 133 enthalten. Dieses unterscheidet sich von den Ausgangsvektoren dadurch, daß es das ca. 1,85kb große t-PA-Genfragment (nach Spaltung mit Bam Hl und Hind III) aus pePa 126, die Sequenz des Plasmids pACYC 177 enthält.

6b) Deletion der'EGF-Kringel I-Domänen aus pePa 133

Prinzipiell wird die Methode von Morinaga et al Biotechnology 2 (1984) 634-639 verwendet. Es werden zwei Spaltenansätze von pePa 133 hergestellt. Ansatz a wird mitEco Rl gespalten und das größte Fragment isoliert. Ansatz b wird mit Xho I gespalten und so das Produkt linearigiert. Man vereinigt das Fragment aus Ansatz a mit Ansatz b (je ca. 150fmol) und denaturiert beide DNAs durch kurzes Erhitzen auf 95°C. Anschließend wird diese Mischung bei 6O⁰C für ca. 30' inkubiert. Zusätzlich wird ein Oligo-Nukleotid (75fmol) dazugefügt. Seine Sequenz lautet:

5'GCCTGTCAAAGGAAACAGTGAs'

Nach Abkühlung der Mischung auf 12°C werden hinzugefügt. Desoxynucleotidtriphosphate (0,25mM), ATP (1 mM), NaCI (10OmM),Tris-HCI pH 7,5 (6,5mM), MgCI₂ (8mM), ß-Mercaptoäthanol (1 mM), Klenow-Fragment der DNA-Polymerase aus E. coli (0,125 U/μΙ Ansatz), T4-Ligase (0,0625 U/μΙ Ansatz). Die Mischung wird für 4 Stunden bei 12°C belassen. Anschließend wird dieser Ansatz in E.coli-Zellen (DSM 3689), welche ein Iac I^q-Plasmid enthalten, transformiert. Durch Selektion auf Kanamycin und Ampicillin mit je 25 bzw. 50 μg/ml Nährmedium erhält man Transformatoren. Unter diesen werden diejenigen ausgewählt, die das Plasmid pREM 7685 enthalten. Dieses unterscheidet sich vom Ausgangsvektor dadurch, daß es mit dem genannten Oligo-Nukleotid spezifisch hybridisiert (Waschtemperatur 50⁰C) und ein verkürztes Eco Rl-Fragment enthält. Statt eines ca. 0,61 kb Fragment in pePa 133 ist nur ein 0,23kb Fragment neben den übrigen Eco Rl-Fragmenten nachweisbar.

Das so erhaltene t-PA-Muteingen kann wie in Beispiel 3 beschrieben, exprimiert und ein Protein der Größe ca. 4300Od, welches die Sequenz eines natürlichen tPA aufweist in welcher die Aminosäuren 50 bis 175 fehlen, d.h. die Aminosäuren 49 und 176 miteinander verknüpft sind, nachgewiesen werden. Wie in Beispiel 4 beschrieben, kann es ebenfalls als aktives Mutein erhalten werden. Seine Werte sind nicht unterschiedlich von den in Tabelle 1 beschrieben. Wie in Beispiel 5 . beschrieben, wird im Maus-Test-System eine ebenso verlangsamte Plasmaclearence und deutlich herabgesetzte Leber-Akkumulation gefunden.

Beispiel 7

Deletion der EGF-Domäne aus pePa 133

Aus dem gemäß Beispiel 6 a hergestellten t-PA-Vektor pePa 133 werden gemäß Beispiel 6 b) die Spaltansätze a) und b) hergestellt und wie dort behandelt. Zusätzlich wird dem dort beschriebenen Gemisch jedoch folgendes Oligonukleotid (75μιτιοΙ) zugefügt:

5' GCCTGTCAAAACCAGGGCC 3'

Alle weiteren Schritte werden wie in Beispiel 6 b) beschrieben, durchgeführt. Es werden diejenigen Klone ausgewählt, die das gesuchte Plasmid pREM 7732 enthalten. Dieses unterscheidet sich vom Ausgangsvektor durch ein verkürztes EcoRI-Fragment, statt ca. 0,61 kb ist dieses nur noch ca. 0,46 kb groß.

Das so erhaltene Muteingen kann wie in Beispiel 3 beschrieben exprimiert und als Protein der Größe ca. 49 000 d mit der Seuqenz eines natürlichen tPA-Moleküls in welcher die Aminosäuren 50 bis 87 fehlen, d. h. die Aminosäuren 49 bis 88 miteinander verknüpft sind nachgewiesen werden. Wie in Beispiel 4 beschrieben, kann es als ebenfalls aktives Mutein erhalten werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Gewebs-Plasminogen-Aktivator (tPA)-Derivates, das eine Aminosäuresequenz aufweist, die der des natürlichen tPA entspricht, in der jedoch die die EGF-Domäne bildenden Aminosäuren des natürlichen tPA-Moleküls mindestens teilweise fehlen und mindestens einer der Kringel I oder II, die Verbindungsregion, die katalytische Region und der Fibrinfinger vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß man aus der tPA-cDNA denjenigen Abschnitt, der die dem Derivat im Vergleich zum kompletten tPA-Molekül fehlende Aminosäuresequenz kodiert, mit den entsprechenden Restiktionsendomukleasen herausschneidet, die das gewünschte tPA-Derivat kodierenden Abschnitte verbindet, die so erhaltene tPA-Derivat-cDNA über einen geeigneten Vektor in Prokaryonten einschleust und darin exprimiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein tPA-Derivat hergestellt wird, worin die an die EGF-Domäne anschließenden Aminosäuren bis mindestens zur ersten'Disulfidbrücke der Domäne des Kringels I fehlen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein tPA-Derivat hergestellt wird, worin die gesamten Aminosäuren der Domäne des Kringels I bis zur ersten Disulfidbrücke der Domäne des Kringels Il fehlen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein tPA-Derivathergestelltwird, worin vom vollständigen tPA-Molekül ein Sequenzabschnitt fehlt, der mit einer der Aminosäuren 44 bis 72 beginnt und mit einer der Aminosäuren 87 bis 179 endet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein tPA-Derivat hergestellt wird, worin der fehlende Sequenzabschnitt mit einer der Aminosäuren 113 bis 179 endet.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein tPA-Derivat hergestellt wird, welches die Aminosäuresequenz des tPA ohne die Aminosäuren 45 bis 179 aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein tPA-Derivat hergestellt wird, welches die Aminosäuresequenz des tPA ohne die Aminosäuren 50 bis 175 aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein tPA-Derivat hergestellt wird, welches die Aminosäuresequenz des tPA ohne die Aminosäuren 50 bis 87 aufweist.
9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man Restriktionsendonukleasen verwendet, die nur im Bereich der Basenpaare 315 bis 726 der tPA-cDNA-Sequenz schneiden.
10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Ddel alleine oder zusammen mit MnI oder Dra111 oder Maelll oder Fnu4H alleine oder Rsal alleine als Restriktionsendonukleasen verwendet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vektor pBR322, pKK223-3, pACYC177, pRSF1010, Bovine papilloma virus oder pKCR verwendet.
12. Verfahren zur Herstellung eines tPA-Derivats nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man tPA-DNA in einen geeigneten Vektor einführt, den erhaltenen Vektor dann mit einem Oligonukleotid hybridisiert, welches mit den Basensequenzen, die zu beiden Seiten an die aus dem tPA-DNA Molekül zu entfernenden Basensequenzen anschließen, komplementäre Basensequenz aufweist, einer Reparatur-Mutagenese unterwirft, den so mutierten Vektor dann in eine geeignete Zelle einführt und amplifiziert, diejenigen amplifizierten Vektoren gewinnt, welche mit dem Oligonukleotid hybridisieren und in dafür geeignete Prokaryonten einführt und exprimiert.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Oligonukleotid mit 18 bis 26 Nukleotiden verwendet.
14. Verfahren zur Herstellung eines tPA-Derivats nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die tPA-mRNA von tPA produzierenden Zellen isoliert, nach Größe fraktioniert, Fraktionen der dem gewünschten tPA-Derivat entsprechenden Größe in cDNA umschreibt und kloniert, diejenigen Klone auswählt, die nicht mehr mit einem Oligonukleotid hybridisieren, welches mit derjenigen Region der tPA codierenden cDNA hybridisiert, die in der das tPA-Derivat codierenden cDNA gegenüber der tPA-cDNA fehlt, daraus die tPA-Derivat-DNA gewinnt und über einen geeigneten Vektor in Prokaryonten-Zellen einschleust und darin exprimiert.
15. Verfahren zur Herstellung eines tPA-Derivats nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man tPA mit Proteasen zwischen den Aminosäuren 44 und 72 und zwischen 87 und 179 schneidet und die gebildeten Endteile wieder verbindet.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abstand zwischen Fibrinfinger und Kringeldomäne Il optimiert.
17. Verfahren nach eineTn der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Amplifikation und/oder die Expression in einem E. coli-Stamm durchführt, der ein IacI^q-Plasmid enthält.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Expression in Maus LTK~-Zellen durchführt.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man E.coli DSM 3698 verwendet.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man E. coli DSM 3698, welcher Plamid pePa 137 enthält, züchtet.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Amplifikation oder/und Expression in Pseudomonas putida DSM 2106 durchführt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß man Pdeudomonas putida DSM 2106, welcher Plasmid pePA143 und gegebenenfalls pePA119 enthält, züchtet.