DE2145528A1 - Exonuclease und deren gewinnung - Google Patents

Exonuclease und deren gewinnung

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DE2145528A1 DE19712145528 DE2145528A DE2145528A1 DE 2145528 A1 DE2145528 A1 DE 2145528A1 DE 19712145528 DE19712145528 DE 19712145528 DE 2145528 A DE2145528 A DE 2145528A DE 2145528 A1 DE2145528 A1 DE 2145528A1
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/16Hydrolases (3) acting on ester bonds (3.1)
    • C12N9/22Ribonucleases RNAses, DNAses

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Description

  • Exonuclease und deren Gewinnung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Exonuclease aus dem Meeresschwarm Verongia aerphoba, Verfahren zu deren Gewinnung und Reinigung, sowie deren Verwendung als Mittel gegen unerwilnschten Zellwachstum und derartiges Mittel als solche.
  • Im folgenden wird die Isolierung einer elektrophoretisch einheitlichen Desoxyribonuclease (DNase) aus den Meeresschwamm Verongia aerophoba, im folgenden V.a.
  • genannt, beschrieben. Außerdem wurden einige nigenschaften untersucht, von denen zwei besonders interessant sind: 1. Das Enzym ist in der Lage, das Wacllstum von Tumor-Zellen (Lymphomzellen L 5178 Y) in der Zellkultur zu hemmen.
  • Außerdem kann durch die Behandlung mit diesem Enzym die Lebensdauer tumortragender Mäuse verlängert werden.
  • 2. Obwohl schon von andexen Desoxyribonucleasen bekannt r ist, daß sie exonucleolytisch (vom Molekülende her) Desoxyribonucleinsäure (DNA) abbauen können, ist es bei diesem Enzym bemerkenswert, daR in Form des Schwanmes Verongia aerophoba große Schstoffguellen zur Verfügung stchen. Die Re-inigungsschritte sind einfach und liefern ein Enzym, as DNA zu 3-phosphorylierten Desoxyribotiden abbaut. Bisher konntc keine enzymatische rethode zur Gewinnung von 3'-Muklectiden so ausgebaut werden, daß diese Produkte kommerziell angeboten werden können.
  • Beispiel.
  • 1.) Gewinnung und Reinigung Der in Rovinj (Jugoslawien) aus 6-8m Wassertiefe geerntete Schwamm V.a. wird luftgetrocknet transportiert. Das luftgetrocknete Material wird mit Io@mm Azetatpuffer, pH 6,0, erschöpfend extrahiert. Die vereinigten Extrakte werden gefriergetrocknet. Das erhaltene Pulver wird in 10 mm Azetatpuffer, pH 6,0, gelöst und gegen den gleichen Puffer dialysiert (4°C). Nach Konzentrieren mit festem Poly äthylenglykol (PÄG) wird der überstand des Konzentrats auf pH 3,0 (0° C) eingestellt. Der dabei anfallende Niederschlag wird in der Kälte abzentrifugiert. Der Uberstand wird auf pH 6,0 eingestellt und über Sephadex G 200 superfine chromatographiert. Died enzymhaltigen Fraktionen de Eluats werden nach Konzentrierung (PÄG) auf pH 6,5 eingestellt und über Hydroxylapatit chromatrgraphiert. Die ahschließende Chromatographie an Phosphatcellulose, pH 3,8, trennt die begleitenden Enzymaktivitäten weitestgehend ab. Die Restaktivität (im Vergleich zum Ausgangsmaterial) an saurer RNase beträgt weniger als 1%, die an saurer Phosplwatase weniger als lto.
  • Die Gosamtausbeute der Enzymreinigung liegt bei 50%; die spezifische Aktivität kann um den Faktor 1CO angereichert werden.
  • 2.) Eigenschaften nie V.a. -Exonuclease ist im pH-Bereich 5 - 6 bis 620C thermostablt. Das Dnzym baut hitzedenaterierte DNA bevorugt gegenüber nativer DNA ab (Faktor 4 - 5).
  • Das pH-Optimum liegt bei 4,7. Der pH-Wert am isoelektrischen Punkt beträgt 6,1. Das Molekulargewicht des Enzyms liegt bei 62 000. Das Substratoptimum (für Herings-DNA) liegt für denaturierts DNA (Michaeliskonstante km = 4,7 µg/ml) bei 100 µg/ml und für native km = 13,6 Vg/ml) bei 25 ug/ml.
  • Einwertige Kationen (Li+, Na+, K+, Cs+) aktivieren die Spaltung von DNA durch Verongia-Exonuclease. FUr Na wurde eine optimale Konzentration von 120 mM gefunden. Oberhalb von 120 mM hemmt Na+ die enzymatische Reaktion.
  • Vergleicht man die Aktivierung der DNase-Reaktion unter verschiedenen einwertigen Ionen, so ergibt sich ein linearer Zusammenhang der ansteigenden Reaktionsgeschwindigkeit, wenn man sie gegen den Ionenradius der aktivierenden Kationen aufträgt. Bei einem Ionenradius von 1,35 R ist eine maximale Reaktionsgeschwindigkeit erreicht.
  • Es besteht eine unterschiedliche Abhängikeit zwischen enzyinatischem Abbau der DNA und aktivierenden Kationen, wenn man Subtrat mit unterschiedlicher Sekundärstruktur anbietet. Bei nativer, doppelsträngiger DNA ist ein: steiler Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit mit steigendem Ionenradius der aktivierenden Kationen bis zu einem scharfen Knickpunkt bei einem Ionenradius von etwa 1,35 2 festzustellen. Bei hitzedenaturierter DNA ist die Ahhängigkeit weit weniger deutlich: während bei der Abbaugeschwindigkeit nativer DNA eine Steigerung von der mit Li+ geressenen Geschwindigkeit bis zum Knickpunkt von etwa 116% festzustellen ist, liegt der korrespondierende Wert beim Abbau denaturierter DNA bei ta. 26%. Außerdem liegt die maximal erreichbare Abbaugeschwindigkeit der denaturierten DNA höher als für native DNA bei gleicher Substratkonzentration, wobei km <22 µg/ml<Substratoptimum.
  • Es' kann angenommen werden, daß das aktivierende Kation zwei Funktionen beim DNA-Abbau wahrnimmt: 1. eine streng vom Ionenradius abhängige bei nativer DNA, 2. eine nur geringfügig vom Ionenradius abhängige Funktion, Vielleicht ist für-die 2. Aufgabe der lonenradlus ahsolut unerheblich, wenn man bedenkt, daß die verbleibende Steigerung von 26% beim Abbau von denaturierter DNA etwa 1/5 der heim Abbau von nativer DflA gemessenen Steigerung von 116% darstellt. Es liegt nahe, diesen Effekt auf die Teilrenaturierung von bitzedenaturierter UNA zurückzuführen, die meist etwa zu 20% eintritt.
  • Hei beiden Substratformen werden heim Abbau Phosphodiesterbrücken gespalten. Beim Abbau nativer DNA kommt außerdem die Trennung der Wasserstoffbrücken hinzu. Durch die un terschiedliche Abhängigleit der Reaktionsgeschwindigkeit von Ionenradius je nach Sekundärstruktur des Substrats kann vermutet werden, daß native DRB zwei Bindungszentren am Enzym benötigt, eines zur Spaltung der Phosphodiesterbindung und ein 2. zur Spaltung der Wassenstoffbräckenbindungen. Am 1. Zentrum hat das Kation aktivierende Wirkung, ohne daß der lonenradlus einen größeren Eijifluß ausübt.
  • Am 2. Zentrum zur Lösung der H-Br@c@en ergibt sich eine deutliche Bevorzugung von Ralionen mit steigendem loncuradins.
  • Der Knickpunti bei einem Ionenradius von 1,35 Å läßt sich in diesem Zusammenhang leicht d@@len, wenn mas die betan@r ten Abstände von 2,8-2,9 Å der H-Brücken zwischen den Nucleobasen berücksichtigt.
  • Ionen mit einem Radius <1,35 Å können störend in die Zone der Wasserstoffbindungen eindringen und einen Bruch der Bindung einleiten, wenn gleichzeitig mit größerer Geschwindigkeit die Phosphodiesterbindung gespalten wird.
  • Die-Lösung der H-BrUcken ist wahrscheinlich der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt in der Gesantreaktion; denn die Abbaugeschwindigkeit liegt bei gleicher Substratkonzentration für native DNA niedriger als für denaturierte DNA. Fehlt weitgehend eine L0sung der H-Brücken, also bei denaturierter DNA, so kann bis zu 4 x mehr Substrat gespalten werden, ohne daß eine Substrathermung eintritt.
  • Zweiwertige Kationen (Mg2+ Ca2+ Sr 2+ Ba 2+) aktivieren bei gleicher ionaler Konzentration (30 mM) wie die einwertigen Ionen die enzymatische Spaltung von DNA, nur liegt die Heaktionsgeschwindigkeit niedriger als bei der Aktivierung durch einwertige Ionen. ähnlich zu den Effekten, die mit einwertigen Ionen gefunden werden, zeigt die Aktivierung der Reaktion ein SSttigungsniveau, beginnend bei einem Ionenradius von 1,35 Å.
  • Auffallende Unterschiede sind jedoch: 1. die # förmige Kurve, die die Abhängigkeit zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und Ionenradius beschreibt und 2. der nur geringfügige Unterschied zwischen dem Abbaa nativer und denaturierter DNA. es drängt sich der Gedanke auf, daß ein allo sterischer Nachanismus die Enzymaktivität verändert- fördernd zwar- daß aber die doggelte Ladung dem Kation (mit steigendem Ionenradins) mehr hermende als aktivierende Figenschaften,vorleiht.
  • Der durch die V.a.-Exonuclease erfolgende Totalabbau der DNA liefert Mononucleotide. Es handelt sich um 3'-phosphorylierte Desoxyribotide wie durch Ionenaustauscher- und Dünnschichtchromatographie festgestellt werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche
1.) Exonuclease aus dem Meeresschwamm Verongia aerophoba.
2.) Herstellung bzw. Reinigung des in Anspruch 1 heanspruchtem Enzyms gemäß Beispiel 1 und analoger Methoden.
3.) Verwendung -der im Anspruch 1.) genannten Exonuclease zur Hemmung unerwünschten Zellwachstums.
4.) Cytostatische Mittel, enthaltend die Exonuclease gemäß Anspruch 1.
5.) Verwendung der im Anspruch 1 genan-nten Exonuclease zur Gewinnung von 3'-Desoxyribotiden.
DE19712145528 1971-09-11 1971-09-11 Exonuclease und diese enthaltendes cytostatisches Mittel Expired DE2145528C3 (de)

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DE2145528B2 DE2145528B2 (de) 1980-12-18
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