DE19948867A1 - Tumor necrosis factor alpha binding peptide comprises 4-9 amino acids - Google Patents
Tumor necrosis factor alpha binding peptide comprises 4-9 amino acidsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Konstruktion und Verwendung von Peptiden, die geeignet sind, an TNFα spezifisch zu binden. Diese Peptide kommen nach derzeitigem Wissen in der Natur nicht vor. Mit ihrer Hilfe kann TNFα spezifisch gebunden, biologisch inaktiviert und/oder aus Stoffgemischen entfernt werden.The invention relates to the construction and use of peptides that are suitable are specifically binding to TNFα. According to current knowledge, these peptides come in not before nature. With their help, TNFα can be bound specifically, biologically inactivated and / or removed from mixtures.
TNF ist ein lösliches Protein (rel. Molmasse 17 kD), das in Reaktion auf Endotoxine oder andere Noxen vornehmlich von Monozyten und Makrophagen produziert und abgegeben wird. Es wurde erstmals beschrieben von Carswell, E. A. et al. (PNAS USA 72 (1975), 3666), die es im Serum von Tieren nachwiesen, welche vorher mit Endotoxin und Bacillus Calmette Guerin (BCG) behandelt wurden.TNF is a soluble protein (relative molecular weight 17 kD) that is responsive to endotoxins or other noxae mainly produced by monocytes and macrophages and is delivered. It was first described by Carswell, E.A. et al. (PNAS USA 72 (1975), 3666) who detected it in the serum of animals which had previously been treated with endotoxin and Bacillus Calmette Guerin (BCG).
Die biologisch aktive Form ist das Trimere aus den 17-kDa-Untereinheiten. Es kommt in Form der ähnlichen Varianten TNFα und β vor.The biologically active form is the trimere from the 17 kDa subunits. It comes in Form of the similar variants TNFα and β before.
TNF spielt eine zentrale Rolle in der Regulation der körpereigenen Abwehrmechanismen nach Infektionen und Verletzungen, in der Aufrechterhaltung immunpathologischer Prozesse und der Tumorrückbildung (Buetler, B. et al., Bueder, B. Hrsg. Tumor Necrosis Factors: the Molecules and Their Emerging Role in Medicine (Raven Press, New York, 1992)). Es greift in die Regulation einer Vielzahl biologischer Phänomene ein, wie z. B. die Aktivierung der polymorphkernigen Granulozyten, Zellwachstum, Hemmung der Lipoproteinlipase, antivirale Aktivität, Stimulierung der Kollagenase, Stimulierung von Prostaglandin E, Aktivierung von T- und B-Zellen, erhöhte Expression von MHC-Molekülen u. a.TNF plays a central role in the regulation of the body's defense mechanisms after infections and injuries, in maintaining immunopathological Processes and tumor regression (Buetler, B. et al., Bueder, B. ed. Tumor Necrosis Factors: the Molecules and Their Emerging Role in Medicine (Raven Press, New York, 1992)). It intervenes in the regulation of a large number of biological phenomena a, such as B. activation of polymorphonuclear granulocytes, cell growth, Inhibition of lipoprotein lipase, antiviral activity, stimulation of collagenase, Stimulation of prostaglandin E, activation of T and B cells, increased expression of MHC molecules u. a.
Eine überhöhte Aktivität von TNF ist von pathogenetischer Bedeutung für chronische Entzündungsprozesse (z. B. Rheumatoide Arthritis), Septikämischem Schock und Kachexie. Die erhöhte TNF-Produktion verursacht eine exzessive Freisetzung von Interleukin (IL) 6 und Granulozyten/Makrophagen-Kolonie Stimulierenden Faktor (GM- CSF). Diese Zytokine verstärken die Zytotoxizität von polymorphkernigen neutrophilen Granulozyten und die Expression zellulärer Adhäsinsproteine. Beide Phänomene sind mitverantwortlich für die Aufrechterhaltung der Entzündungsprozesse (Williams et al., PNAS USA, 98 (1992), 9784). An excessive activity of TNF is of pathogenetic importance for chronic Inflammatory processes (e.g. rheumatoid arthritis), septicemic shock and Cachexia. The increased TNF production causes an excessive release of Interleukin (IL) 6 and Granulocyte / Macrophage Colony Stimulating Factor (GM- CSF). These cytokines increase the cytotoxicity of polymorphonuclear neutrophils Granulocytes and the expression of cellular adhesin proteins. Both phenomena are jointly responsible for the maintenance of the inflammatory processes (Williams et al., PNAS USA, 98 (1992), 9784).
Die Kachexie (Anorexie in Verbindung mit fortschreitendem Körpermasseverlust) bei Tumorpatienten bzw. infolge von Infektionskrankheiten führt zu lebensbedrohlichen Zuständen. TNF ist ein entscheidender Mediator für Kachexie bei diesen Erkrankungen. Wiederholte TNF-Gaben an Mäuse verursachen Anorexie, Gewichtsverlust sowie Abbau von Körperfett und Protein innerhalb von 7-10 Tagen (Carami et al., Immunol. Lett. 11 (1985), 173). Diese Effekte werden durch die gleichzeitige Verabreichung von Antikörpern gegen TNF reduziert.The cachexia (anorexia in connection with progressive loss of body mass) Tumor patients or as a result of infectious diseases leads to life-threatening Conditions. TNF is a crucial mediator for cachexia in these diseases. Repeated doses of TNF in mice cause anorexia, weight loss and breakdown of body fat and protein within 7-10 days (Carami et al., Immunol. Lett. 11 (1985), 173). These effects are caused by the simultaneous administration of Antibodies against TNF reduced.
TNF kommt eine zentrale Rolle in der Pathophysiologie der Sepsis mit Gram-negativen Mikroorganismen und Endotoxinschock zu. Endotoxine der Gram-negativen Bakterien stimulieren die Monozyten/Makrophagen zur TNF-Freisetzung (in Gefolge mit der Synthese weiterer Zytokine). TNF und andere Monozyten-Zytokine vermitteln die metabolische imd neurohormonelle Antwort des Organismus auf Endotoxine (Fieber, Überkeit, Anorexie und Kachexie), wobei TNF allein in der Lage ist, diese klinischen Symptome zu verursachen. Chronische intravenöse TNF-Infusionen sind verbunden mit Anorexie, Wasserretension, Akute-Phase-Reaktion und negativer Stickstoffbilanz (Michie, H. R. et al., Ann. Surg. 209 (1989), 19).TNF plays a pivotal role in the pathophysiology of sepsis with Gram-negative Microorganisms and endotoxin shock too. Gram-negative bacteria endotoxins stimulate the monocytes / macrophages to release TNF (following with the Synthesis of further cytokines). TNF and other monocyte cytokines mediate that metabolic and neurohormonal response of the organism to endotoxins (fever, Excess, anorexia and cachexia), whereby TNF alone is capable of this clinical Causing symptoms. Chronic intravenous TNF infusions are associated with Anorexia, water retention, acute phase reaction and negative nitrogen balance (Michie, H.R. et al., Ann. Surg. 209 (1989), 19).
Erhöhte TNF-Werte werden bei Transplantationspatienten in der akuten Phase der Organabstoßungsreaktion gemessen (Maury und Teppo; 1. Exil. Med. 166 (1987), 1132). Die Applikation von Antikörpern gegen TNF verhindert im Tierversuch die typischen histologischen Veränderungen einer "graft versus host"-Reaktion.Increased TNF levels are seen in transplant patients in the acute phase of the Organ rejection reaction measured (Maury and Teppo; 1. Exil. Med. 166 (1987), 1132). The application of antibodies against TNF prevents animal testing typical histological changes of a "graft versus host" reaction.
Die vielfältigen biologischen Effekte des TNF (alpha und beta) werden durch zwei Transmembranrezeptoren vermittelt. (TNF-R55 und TNF-R75). Die extrazellulären Domänen beider Rezeptorproteine weisen eine 28%ige Aminosäuresequenz-Homologie auf und besitzen beide vier relativ konservierte Subdomänen. Die zytoplasmatischen Abschnitte beider Rezeptorproteine weisen keine Homologien auf, was auf eine unterschiedliche Weise der Signaltransduktion hinweist.The diverse biological effects of TNF (alpha and beta) are explained by two Transmembrane receptors mediated. (TNF-R55 and TNF-R75). The extracellular Domains of both receptor proteins have a 28% amino acid sequence homology and both have four relatively conserved subdomains. The cytoplasmic Sections of both receptor proteins have no homologies, which indicates one indicates different ways of signal transduction.
Durch Proteolyse des extrazellulären Rezeptorabschnittes werden in vivo lösliche Proteine freigesetzt, die in der Lage sind, TNF zu binden und zu inaktivieren (TNF binding protein). Solche TNF-Inhibitoren können im Urin gesunder Menschen ebenso nachgewiesen werden, wie im Serum von Tumorpatienten. Viele Einflüsse, die zur Aktivierung der TNF-Freisetzung führen, bewirken gleichzeitig eine vermehrte Abgabe von löslichen TNF-Rezeptoren. Das läßt den Schluß zu, daß sie im Sinne eines negativen feedback auf die TNF-Synthese wirken. Proteolysis of the extracellular receptor section makes them soluble in vivo Released proteins that are able to bind and inactivate TNF (TNF binding protein). Such TNF inhibitors can also be found in the urine of healthy people are detected, as in the serum of tumor patients. Many influences that lead to Activation of TNF release lead to an increased release at the same time of soluble TNF receptors. This leads to the conclusion that they are negative feedback on TNF synthesis.
Die Hemmung von TNF könnte von großer Bedeutung sein für die Basis- oder unterstützende Therapie vieler Krankheiten.The inhibition of TNF could be of great importance for the base or supportive therapy for many diseases.
Viele Verfahren sind beschrieben zur Inaktivierung und/oder Entfernung von TNF aus Patienten. In WO 96/16666 wird ein Verfahren zur Entfernung von TNF mittels Immunadsorption und Plasmapherese beschrieben. Dazu werden Antikörper gegen TNF an eine Matrix gekoppelt, die als spezifische Liganden während der Plasmapherese TNF binden.Many methods have been described for inactivating and / or removing TNF from Patient. WO 96/16666 describes a method for removing TNF Immunoadsorption and plasmapheresis are described. Antibodies against TNF coupled to a matrix that acts as specific ligands during plasmapheresis TNF tie.
In den Patenten WO 90/06938 und WO 90/06947 (Boehm et al.) werden eine Vielzahl von Peptiden beansprucht, die von der Aminosäuresequenz des TNF abgeleitet wurden und den TNF-Rezeptor blockieren.Patents WO 90/06938 and WO 90/06947 (Boehm et al.) Disclose a large number claimed by peptides derived from the amino acid sequence of the TNF and block the TNF receptor.
Rathjen (WO 93/06128, WO 93/01211) beschreibt Peptide, die von der TNF- Rezeptorstruktur abgeleitet wurden und in der Lage sind, am TNF spezifisch zu binden und seine biologische Funktion zu inaktivieren. Mit diesen Peptiden gelang es in vitro wie in vivo (Tumorregression, TNF-ToxizitätMaus, MalariaMaus) biologische Effekte zu neutralisieren.Rathjen (WO 93/06128, WO 93/01211) describes peptides which have been derived from the TNF receptor structure and are able to bind specifically to the TNF and to inactivate its biological function. With these peptides, biological effects were neutralized in vitro and in vivo (tumor regression, TNF toxicity mouse , malaria mouse ).
Im Patent WO 92/11285 beschreiben Boehm et al. weitere Peptide, die von der TNF- Aminosäuresequenz abgeleitet wurden und durch das Besetzen des TNF-Rezeptors die Bindung und damit den biologischen Effekt des nativen TNF verhindern.In patent WO 92/11285 Boehm et al. other peptides by the TNF Amino acid sequence were derived and by occupying the TNF receptor Prevent binding and thus the biological effect of the native TNF.
Alle Beispiele für die Wirksamkeit der Rezeptorblockade wurden in vitro demonstriert. Auf Tierexperimente gestützte Aussagen zur pharmakologischen Wirksamkeit werden jedoch nicht erbracht.All examples of the effectiveness of the receptor blockade were demonstrated in vitro. Statements on pharmacological efficacy based on animal experiments however not provided.
In den Ansprüchen des Patents WO 97/02345 werden alle Stoffe geschützt, die in der Lage sind, an der intrazellulären Domäne des TNF zu binden und dadurch die TNF- Wirkung in irgendeiner Form zu beeinflussen.In the claims of patent WO 97/02345 all substances are protected which are in the Are able to bind to the intracellular domain of the TNF and thereby the TNF- Affect effect in any form.
Gegenstand der Erfindung ist ein empirisches Verfahren zur Ermittlung von Oligopeptidstrukturen, die geeignet sind, an TNFα spezifisch zu binden. Herkömmlich werden solche Peptide im Ergebnis von Ligand - Rezeptor - Untersuchungen konstruiert oder auf der Grundlage der Analytik der Liganden, deren natürlichen Rezeptoren der anti-Sense Peptide. The invention relates to an empirical method for determining Oligopeptide structures that are capable of specifically binding to TNFα. Traditionally such peptides are constructed as a result of ligand receptor studies or on the basis of the analysis of the ligands, the natural receptors of which anti-sense peptides.
Auf der Grundlage dieses Verfahrens wurden die erfindungsgemäßen Peptide NH2- IQTLHAQ-COOH und NH2-RLANTFHVY-COOH synthetisiert, die selektiv TNFα erkennen, binden und deren biologische Wirkung in vitro inaktivieren.On the basis of this method, the peptides NH 2 - IQTLHAQ-COOH and NH 2 -RLANTFHVY-COOH according to the invention were synthesized, which selectively recognize and bind TNFα and inactivate their biological action in vitro.
Die Erfindung wird gemäß den Ansprüchen 1-12 realisiert. The invention is implemented according to claims 1-12.
Die Erfindung soll nachfolgend durch Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below by means of exemplary embodiments.
Bindungssystem:
Binding system:
- 1. Äquilibrieren des trägergebundenen Oligopeptides in 300 µl BP für 1 h bei 37°C1. Equilibrate the carrier-bound oligopeptide in 300 µl BP for 1 h at 37 ° C
- 2. Blockieren des trägergebundenen Oligopeptid-Trägers in 200 µl BP mit 1% BSA für 3 h bei 37°C2. Block the carrier-bound oligopeptide carrier in 200 ul BP with 1% BSA for 3 h at 37 ° C
- 3. Waschen des trägergebundenen Oligopeptids in je 250 µl BP für 2 × 20 min bei 37°C3. Wash the carrier-bound oligopeptide in 250 ul BP for 2 × 20 min at 37 ° C.
- 4. Inkubieren von 125J-TNF und/oder nichtmarkiertem TNF mit dem trägergebundenen Oligopeptid in 100 µl BP für 90 min bei 25°C4. Incubate 125 J-TNF and / or unlabelled TNF with the carrier-bound oligopeptide in 100 µl BP for 90 min at 25 ° C
- 5. Waschen des trägergebundenen Oligopeptids in je 300 µl BP für 2 × 20 min bei 25°C5. Wash the carrier-bound oligopeptide in 300 ul BP for 2 × 20 min at 25 ° C.
- 6. Messung per cpm6. Measurement per cpm
Jede einzelne Bindung wurde als Doppelbestimmung ausgeführt.
Bindungspuffer (BP):
100 mM Tris, 0,1% Tween-20, 140 mM NaCl, 0,1% BSAEach individual binding was carried out as a double determination. Binding buffer (BP):
100mM Tris, 0.1% Tween-20, 140mM NaCl, 0.1% BSA
Abb.Fig.
1: Bindung von 125 1: Binding of 125
J-TNF an Oligo T2
[125 J-TNF on Oligo T2
[ 125
J-TNF] = 0,227-10 nMJ-TNF] = 0.227-10 nM
Abb. 2: Bindung von 125J-TNF an Oligo T2
[125J-TNF] = 10-40 nM Fig. 2: Binding of 125 J-TNF to Oligo T2
[ 125 J-TNF] = 10-40 nM
Durch die Auswertung der Kurven aus Abb. 1 und Abb. 2 läßt sich für die Bindung von TNF durch das trägergebundene Oligopeptid T2 eine Bindungskonstante von 15-20 nM bestimmen.By evaluating the curves from Fig. 1 and Fig. 2, a binding constant of 15-20 nM can be determined for the binding of TNF by the carrier-bound oligopeptide T2.
Abb.Fig.
3: Kornpetition der Bindung von 125J-TNF an Oligo T2 durch unmarkiertes TNF 125 3: Confirmation of the binding of 125J-TNF to Oligo T2 by unlabeled TNF 125
J-TNF] = 4,55 nMJ-TNF] = 4.55 nM
Abb.Fig.
4: Kompetition der Bindung von 125 4: Competition of binding of 125
J-TNF an Oligo T2 durch unmarkiertes TNF in
Anwesenheit von Blutplasma
[125 J-TNF on Oligo T2 by unlabelled TNF in the presence of blood plasma
[ 125
J-TNF] = 0,85 nM
Anteil von Blutplasma im BP = 25%J-TNF] = 0.85 nM
Blood plasma in BP = 25%
Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Peptide, am TNFα zu binden und dadurch dessen zytotoxische Eigenschaften zu neutralisieren, wurde unter Verwendung von Mäusebiofibroblasten (Zellinie L929) demonstriert.The ability of the peptides according to the invention to bind to the TNFα and thereby To neutralize cytotoxic properties was done using Mouse biofibroblasts (cell line L929) demonstrated.
Die Zellen wurden in Dulbecco's modifizierten Eagle's Medium (DMEM) unter Verwendung von 10% fötalem Kälberserum (FKS) vermehrt.The cells were placed in Dulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) Use of 10% fetal calf serum (FKS) increased.
24 Stunden vor dem Versuch werden die Zellen des geschlossenen Monolayer mit Trypsin/EDTA vereinzelt und in DMEM/FKS aufgenommen. In die Wells einer 96- Kavitäten-Zellzuchtplatte werden je 5 × 104 Zellen in 50 ml eingesät. Die Zellzuchtplatten werden 3-5 Stunden bei 37°C in einer 5%igen CO2 Atmosphäre inkubiert. Der Monolayer sollte vor Verwendung etwa zu 50% geschlossen sein. Von den zu testenden Peptiden werden etwa 2-mM-Lösungen in 10 mM HEPES (pH 7,5) hergestellt. Die Lösungen werden steril filtriert (200 nm) und in Verdünnungsstufen 1 : 4 in 10 mM HEPES (pH 7,5) verdünnt. Als Kontrolle dient der monoklonale Antikörper TA-31 (Sigma) mit bekannter Inaktivierungsaktivität.24 hours before the experiment, the cells of the closed monolayer are separated with trypsin / EDTA and taken up in DMEM / FKS. 5 × 10 4 cells in 50 ml are sown into the wells of a 96-well cell culture plate. The cell culture plates are incubated for 3-5 hours at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere. The monolayer should be closed approximately 50% before use. Approximately 2 mM solutions in 10 mM HEPES (pH 7.5) are prepared from the peptides to be tested. The solutions are sterile filtered (200 nm) and diluted 1: 4 in 10 mM HEPES (pH 7.5). The monoclonal antibody TA-31 (Sigma) with known inactivation activity serves as a control.
DMEM/FKS wird mit Actinomycin D (10 µg/ml) und rekombinantem humanen TNFα (1 ng/ml) versetzt. 75 µl dieser Lösung werden mit 75 µl der jeweiligen Peptidverdünnung, bzw. des Antikörpers (Kontrolle I) oder HEPES (Kontrolle 2) gemischt. Nach einer Inkubation von 30 min bei Raumtemperatur wird das Gemisch jeder Peptidverdünnungsstufe bzw. der Kontrollen in jeweils 3 Kavitäten inokuliert (je 50 µl/Kavität), in denen je 50 µl der Zellsuspension vorinkubiert wurde. Als Kontrolle 3 dienen ein Gemisch von 25 µl/Well DMEM/FKS mit Actinomycin D (10 mg/ml) und 25 µl/Well HEPES (pH 7,5).DMEM / FKS is combined with actinomycin D (10 µg / ml) and recombinant human TNFα (1 ng / ml) was added. 75 µl of this solution are mixed with 75 µl of each Peptide dilution, or of the antibody (control I) or HEPES (control 2) mixed. After an incubation of 30 min at room temperature, the mixture each peptide dilution stage or the controls inoculated in 3 wells (50 each µl / cavity) in which 50 µl of the cell suspension was preincubated. As a control 3 serve a mixture of 25 µl / well DMEM / FKS with actinomycin D (10 mg / ml) and 25 µl / well HEPES (pH 7.5).
Die Zellzuchtplatten werden über Nacht bei 37°C in einer 5%igen CO2-Atmosphäre inkubiert. Nach Kristallviolettanfärbung der nicht lysierten Zellen wird die relative Hemmung der zytotoxischen TNFα-Aktivität durch die Peptide ermittelt. The cell culture plates are incubated overnight at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere. After crystal violet staining of the non-lysed cells, the relative inhibition of the cytotoxic TNFα activity by the peptides is determined.
Claims (12)
NH2-I-Q-T-L-H-A-Q-COOH I2. TNFα-binding peptides according to claim 1, characterized by the amino acid sequence I.
NH 2 -IQTLHAQ-COOH I
NH2-R-L-A-N-T-F-H-V-Y-COOH II5. TNFα-binding peptides according to claim 1, characterized by the amino acid sequence II
NH 2 -LANTFHVY-COOH II
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