DE2640431A1 - MODIFIED HUMAN GROWTH HORMONE AND METHOD OF ITS MANUFACTURING - Google Patents

MODIFIED HUMAN GROWTH HORMONE AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

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DE2640431A1 DE19762640431 DE2640431A DE2640431A1 DE 2640431 A1 DE2640431 A1 DE 2640431A1 DE 19762640431 DE19762640431 DE 19762640431 DE 2640431 A DE2640431 A DE 2640431A DE 2640431 A1 DE2640431 A1 DE 2640431A1
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Description

SCRIPPS CLINIC AND RESEARCH FOUNDATION La Jolla, California, V.St.A.SCRIPPS CLINIC AND RESEARCH FOUNDATION La Jolla, California, V.St.A.

w Modifiziertes menschliches Wachstumshormon und Verfahren zu seiner Herstellung " w Modified human growth hormone and process for its production "

Priorität: 8. September 1975, V.St.A., Nr. 610 925Priority: September 8, 1975, V.St.A., No. 610 925

Die Erfindung betrifft ein modifiziertes menschliches Wachstumshormon und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a modified human growth hormone and a method for its production.

Das im Hypophysenvorderlappen synthetisierte menschliche Wachstumshorm (HGH) hat ein breites physiologisches Wirkungsspektrum. Im Gegensatz zum Schilddrüsenhormon, das aus Rindern in großen Mengen gewonnen werden kann und bei dem auch das Rinderhormon zur Behandlung von SchilddrUsenstörungen verwendet werden kann, ist das menschliche Wachstumshormon spezies-spezifisch. Wachstumshormone aus Nichtprimaten-Guellen sind beim Menschen nicht wirksam. Demzufolge muß der Bedarf an menschlichem Wachstumshormon zur Behandlung von Mangelerscheinungen an diesem Hormon beim Menschen und von vielen anderen Krankheiten, die nicht notwendigerweise angeboren sind, aus menschlichen Hypophysen gedeckt werden.The human growth hormone synthesized in the anterior pituitary gland (HGH) has a wide range of physiological effects. In contrast to the thyroid hormone, which is obtained from cattle in large Quantities can be obtained and in which the bovine hormone can also be used to treat thyroid disorders, human growth hormone is species-specific. Growth hormones from non-primate guellen are not effective in humans. Accordingly, the need for human growth hormone to treat deficiencies in this hormone in humans and many other diseases that are not necessarily congenital, to be mated from human pituitary glands.

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Menschliche Hypophysen stehen aber nur in sehr beschränktem Umfang zur Verfügung. In den letzten Jahren waren beispielsweise in den Vereinigten Staaten pro Jahr insgesamt etwas weniger als 100 000 dieser Drüsen erhältlich. Somit besteht ein starker Bedarf, die zur Verfügung stehende wirksame Menge an derartigen Drüsen in irgendeiner Form zu steigern.Human pituitary glands are only available to a very limited extent. For example, in the last few years A little less than 100,000 of these glands are available in the United States each year. Thus there is a there is a strong need to increase in some form the available effective amount of such glands.

HGH besteht aus einer einstrangigen Polypeptidkette mit 191 Aminosäuren, wobei am Rest 1 eine endständige Aminogruppe und am Rest 191 eine endständige Carboxylgruppe vorhanden ist. Die Reste 53 und 165 stellen eine durch eine Disulfidbindung verbundene Cysteingruppe dar. Die Reste 182 und 189 sind auf ähnliche Weise verbunden. Die Aminosäuresequenz ist in einem Artikel von Li und Graf, Proc. Nat. Acad. Sei., Bd. 71 (1974), S. 1197 bis 1201, angegeben.HGH consists of a single-stranded polypeptide chain with 191 amino acids, where a terminal amino group is present on radical 1 and a terminal carboxyl group is present on radical 191. the Residues 53 and 165 represent one linked by a disulfide bond Cysteine group. Residues 182 and 189 are similar to Way connected. The amino acid sequence is given in an article by Li and Graf, Proc. Nat. Acad. Sci., 71, 1197 (1974) to 1201.

Es ist bekannt, daß eine Behandlung von HGH mit bestimmten peptidspaltenden Enzymen in manchen Fällen die hormonelle Aktivität nicht verringert und in manchen Fällen sogar zu einer Aktivitätssteigerung führt. Es wird angenommen, daß eine derartige Spaltung in der Natur bei der normalen Verwertung dieses Hormons auftritt.Treatment of HGH with certain peptide-cleaving enzymes is known to reduce hormonal activity in some cases does not decrease and in some cases even leads to an increase in activity. It is believed that such Cleavage occurs in nature in the normal utilization of this hormone.

So berichten beispielsweise Li und Graf im vorerwähnten Artikel, daß durch eine Piasminspaltung die Reste 135 bis 140 entfernt werden. Mit einer ähnlichen Reaktion befassen sich Reagan und Mitarbeiter, Endocrinology, Bd. 96 (1975), S. 625 bis 636 und Yadley und Mitarbeiter, ibid, Bd. 93 (1973), S. 866 bis 873.For example, Li and Graf report in the above-mentioned article that residues 135 to 140 are removed by piasmin cleavage will. Reagan and coworkers, Endocrinology, 96: 625-636 (1975) and et al Yadley and coworkers, ibid, 93: 866-873 (1973).

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Plasmin wird auch von Singh und Mitarbeiter, Endocrinology, Bd. 94 i(l974) S. 883 bis 891 verwendet. Die letztgenannten Autoren berichten darüber, daß HGH isoliert wurde, aus dem durch Einwirkung von Plasmin oder durch natürliche Vorgänge die Reste 135 bis einschließlich 140, 135 bis einschließlich 145 und 135 bis einschließlich 146 entfernt wurden. Auf sämtliche vorstehend erwähnten Literatursteilen wird hier vollinhaltlich Bezug genommen.Plasmin is also used by Singh and coworkers, Endocrinology, Vol. 94 i (1974) pp. 883-891. The latter Authors report that HGH was isolated from it by exposure to plasmin or by natural processes residues 135 to 140 inclusive, 135 to 145 inclusive and 135 to 146 inclusive have been removed. On all of them The above-mentioned parts of the literature are given here in full Referenced.

Gemäß dem Artikel von Singh und Mitarbeiter, a.a.O. wurde festgestellt, daß erhältliche Piasmine keine gut definierten Enzyme sind und in ihrer Wirkung sehr variabel sind. In sämtlichen Fällen ist die Ausbeute an Fraktionen mit verstärkter hormoneller Wirkung, die durch Piasminspaltung erhältlich ist,, sehr, gering.According to the article by Singh et al., Op. that available piasmins are not well-defined enzymes and are very variable in their action. In all Cases, the yield of fractions with an increased hormonal effect, which is obtainable by splitting piasmin, is very, small amount.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein enzymatisch modifiziertes Derivat von HGH mit stark erhöhter hormoneller Wirksamkeit zur Verfügung zu stellen. Dieses modifzierte HGH soll aus HGH in hohen Ausbeuten erhältlich sein.The object of the invention is to provide an enzymatically modified derivative of HGH with greatly increased hormonal effectiveness To make available. This modified HGH is said to be obtainable from HGH in high yields.

Erfindungsgemäß werden von HGH die Aminosäurereste 137 bis höchstens einschließlich 149 und mindestens einschließlich durch ausreichend lange Behandlung mit einer entsprechenden Proteinase entfernt. Das modifizierte HGH wird anschließend nach üblichen Verfahren aus dem verdauten Produkt gewonnen.According to the invention, amino acid residues 137 up to and including 149 and at least including are of HGH removed by treatment with an appropriate proteinase for a sufficiently long time. The modified HGH is then used obtained from the digested product by conventional methods.

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Erfindungsgemäß werden also aus der ursprünglichen Kette, die, wie bereits erwähnt, die Reste 1 bis 191 umfaßt, die Reste 137 bis 147, 137 bis 148 oder 137 bis 149 entfernt. Somit ergibt sich, daß ein Teil der ursprünglichen Kette herausgeschlagen ist. Ein derartiges Verdauungsprodukt kann sämtliche drei herausgeschlagenen Bruchstücke in variierenden Verhältnissen enthalten.According to the invention, the original chain that, as already mentioned, the residues 1 to 191, the residues 137 to 147, 137 to 148 or 137 to 149 removed. Thus results that part of the original chain has been knocked out. Such a digestive product can do anything Contains three broken fragments in varying proportions.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise eine bakterielle Proteinase und insbesondere Subtilisin verwendet. Eine Abhandlung über Subtilisin findet sich bei Ottesen und Mitarbeiter, Methods of Enzymology, Bd. 19 (1970), New York und London, Seiten 199 bis 215, sowie bei Morihara, Advances in Enzymology, Bd. 41 (1974),New York, Seiten 179 bis 243. Auf beide Artikel wird vollinhaltlich Bezug genommen.To carry out the method according to the invention, it is preferred a bacterial proteinase and in particular subtilisin is used. A treatise on subtilisin can be found at Ottesen and co-workers, Methods of Enzymology, Vol. 19 (1970), New York and London, pages 199 to 215, and Morihara, Advances in Enzymology, Vol. 41 (1974), New York, pages 179 to 243. Reference is made to both articles in their entirety.

Von den handelsüblichen Subtilisinpräparaten wird Subtilisin Novo, das auch als Subtilisin B oder Subtilisin BPN1 bezeichnet wird, bevorzugt. Dieses Enzym ist im vorerwähnten Artikel von Ottesen anhand der Aminosäuresequenz charakterisiert. Die räumliche Kenformation findet sich in "Stereo Supplement to the Structure and Action of Proteins", Dickerson und Mitarbeiter (1969) New York, Harper & Row. Auch auf diesen Artikel wird vollinhaltlich Bezug genommen.Of the commercially available subtilisin preparations, Subtilisin Novo, which is also referred to as Subtilisin B or Subtilisin BPN 1 , is preferred. This enzyme is characterized in the aforementioned article by Ottesen on the basis of the amino acid sequence. The spatial identification can be found in "Stereo Supplement to the Structure and Action of Proteins", Dickerson and coworkers (1969) New York, Harper & Row. Reference is also made to this article in its entirety.

Eine weitere Proteinase, die im wesentlichen für das erfindungsgemäße Verfahren gleich wertvoll ist, ist Fibrinolysin bakteriellen Ursprungs, das von der Firma Calbiochem, La Jol3.a, Kalif or-Another proteinase that is essentially responsible for the inventive Method is equally valuable, fibrinolysin is of bacterial origin, which is produced by the company Calbiochem, La Jol3.a, Kalif or-

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nien, erhältlich ist.nien, is available.

Es können auch andere Proteinasen, insbesondere solche bakteriellen Ursprungs verwendet werden, sofern sie dazu in der Lage sind, aus HGH die Bruchstücke 137 bis 147, 137 bis 148 und/ oder 137 bis 149 herauszuschlagen. Der vorerwähnte Artikel von Morihara gibt eine gute Übersicht über derartige, erfindungsgemäß einsetzbare Proteinasen. Dieser Artikel befaßt sich eingehend mit der Spezifität derartiger Enzyme. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Enzymologie, der insbesondere mit dem enzymatischen Abbau von Polypeptiden vertraut ist, gelingt es anhand der erfindungsgemäßen Lehre unter Berücksichtigung der Eigenschaften der einzelnen Proteinasen Enzyme aufzufinden, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind. Die Erfindung ist demzufolge nicht auf bestimmte Proteinasen oder Gruppen von Proteinasen beschränkt. Die hier angegebenen Enzyme sind zur Durchführung der erfindungsgemäßen Spaltungsreaktion geeignet und außerdem leicht erhältlich.Other proteinases, especially bacterial ones, can also be used Of origin, if they are able to extract fragments 137 to 147, 137 to 148 and / from HGH or knock out 137 to 149. The aforementioned article by Morihara gives a good overview of those according to the invention usable proteinases. This article delves into the specificity of such enzymes. The expert in the field of enzymology, which is particularly familiar with the enzymatic breakdown of polypeptides, it is possible using the teaching according to the invention, taking into account the properties of the individual proteinases, to find enzymes, which are suitable for the process according to the invention. The invention is therefore not to certain proteinases or Groups of proteinases restricted. The enzymes given here are for carrying out the cleavage reaction according to the invention suitable and also easily available.

Zur Durchführung des Verdauungsvorgangs werden vorzugsweise die in der Literatur beschriebenen Bedingungen angewendet; vgl. beispielsweise Li und Hitarbeiter, Reagan und Mitarbeiter, Yadley und Mitarbeiter sowie Singh und Mitarbeiter, a.a.O.The conditions described in the literature are preferably used to carry out the digestive process; see. for example Li and Hitarbeiter, Reagan and coworkers, Yadley et al. And Singh et al., Op.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.The examples illustrate the invention.

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Beispiel 1example 1

Natrium 100 mg gereinigtes HGH werden in 50 ml 0,1 m/phosphatp'uffer vom pH-Wert 8,3 bei Raumtemperatur mit 1 mg Subtilisin B behandelt. Nach 9 Stunden wird die Reaktion durch Zusatz von 10~^ m Diisopropylfluorophosphat beendet. Anschließend wird die Lösung über Nacht bei 50C gegen 0,025 m Natriumphosphatpuffer vom pH-Wert 8,3 dialysiert.Sodium 100 mg of purified HGH are treated with 1 mg of subtilisin B in 50 ml of 0.1 m / phosphate buffer pH 8.3 at room temperature. After 9 hours, the reaction is ended by adding 10 ~ ^ m diisopropyl fluorophosphate. The solution is then dialyzed overnight at 5 ° C. against 0.025 M sodium phosphate buffer of pH 8.3.

Das Dialysat wird an Diäthylaminoäthylcellulose (Whatman DE-32), die mit 0,025 m Natriumphosphatpuffer vom pH-Wert 8,3 äquilibriert ist, fraktioniert. Die Elution wird mit 0,025 m Natriumphosphatpuffer vom pH-Wert 4,3 vorgenommen, wobei das enzymatisch gespaltene HGH in drei Fraktionen gewonnen wird. Diese Fraktionen werden mit I, II und III bezeichnet.The dialysate is on diethylaminoethyl cellulose (Whatman DE-32), which is equilibrated with 0.025 M sodium phosphate buffer of pH 8.3 is, fractionated. Elution is with 0.025 M sodium phosphate buffer made of pH 4.3, the enzymatically cleaved HGH being obtained in three fractions. These fractions are named I, II and III.

Beispiel 2Example 2

!fein verfahrt wie in Beispiel 1 mit der Abänderung, daß anstelle von Subtilisin B das vorstehend genannte Fibrinolysin verwendet wird. Es werden wiederum drei Fraktionen erhalten.! fine proceed as in example 1 with the modification that instead of Subtilisin B uses the above-mentioned fibrinolysin. Again, three fractions are obtained.

In beiden Beispielen ergibt sich beim sogenannten "Peptidaapping" ein Herausschlagen der Reste 137 bis 147, 137 bis und 137 bis 149.In both examples, what is known as "peptide mapping" knocking out residues 137 to 147, 137 to and 137 to 149.

Die biologische Aktivität wird gemäß dem Ratten-Tibiallinien-Test von Greenspan und Mitarbeiter, Endocrinology, Bd. 45 (1959), S. 445, durchgeführt. Die potenzierende Wirkung für das mit Fibrinolysin verdaute Produkt ist im folgendem zusam-Biological activity is determined according to the rat tibial line test by Greenspan et al, Endocrinology, 45: 445 (1959). The potentiating effect for the product digested with fibrinolysin is summarized below

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mengestellt:set: potenzierende Wirkung,
lU/uiff
potentiating effect,
lU / uiff
Probesample 0,770.77 Intaktes HGHIntact HGH 8,78.7 Fraktion IGroup I. Fraktionen II und IIIFractions II and III 9,09.0 1:1-Gemisch1: 1 mixture

Ferner werden die mit Fibrinolysin verdauten Fraktionen im Tauben-Kropfsack-Test gemäß dem bereits erwähnten Artikel von Yadley und Mitarbeiter und den dort angegebenen Literaturstellen untersucht. Es ergeben sich folgende potenzierende Wirkungen. Furthermore, the fractions digested with fibrinolysin are tested in the pigeon goiter sack test according to the aforementioned article by Yadley et al. And the references cited therein. The following potentiating effects result.

Probe potenzierende Wirkung, IU/mg Sample potentiating effect, IU / mg

Intaktes HGH 1,6Intact HGH 1.6

Fraktion I 17,1Fraction I 17.1

Fraktion II 12,9Group II 12.9

Fraktion III 6,7Group III 6.7

Überraschenderweise läßt sich erfindungsgemäß die biologische Wirkung von HGH steigern, wie sich aus den vorstehenden Daten ergibt. Die optimalen Zeit-, Temperatur-, Konzentrations- und pH-Bedingungen für die enzymatische Behandlung varieren von Enzym zu Enzym, lassen sich aber leicht durch entsprechende Versuche unter anschließendem Peptid-mapping, Chromatographie oder Elektrophorese, wobei die Natur der herausgeschlagenen Bruchstücke und der Urawandlungsgrad des als Ausgangsprodukt eingesetzten HGH festgestellt wird, ermitteln. Die vorstehenden Beispiele dienen dazu als Anhaltspunkt, wobei aber in Bezug auf Zeit und Konzentration ein beträchtlicher SpielraumSurprisingly, according to the invention, the biological effect of HGH can be increased, as can be seen from the above data results. The optimal time, temperature, concentration and pH conditions for the enzymatic treatment vary from Enzyme to enzyme, but can easily be done by appropriate experiments with subsequent peptide mapping, chromatography or electrophoresis, whereby the nature of the broken out fragments and the degree of uranium conversion of the starting product HGH used is determined. The above examples serve as a guide, but with reference a considerable leeway in terms of time and concentration

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gegeben ist. Beispielsweise kann die enzymatische Behandlungszeit 6 bis 12 Stunden betragen. Diese Zeiten varieren natürlich nach oben oder nach unten, je nachdem ob das Verhältnis von Enzym zu HGH abnimmt oder zunimmt.given is. For example, the enzymatic treatment time can be 6 to 12 hours. These times vary, of course up or down, depending on whether the ratio decreases or increases from enzyme to HGH.

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Claims (20)

PatentansprücheClaims T; Modifiziertes menschliches Wachstumshormon (HGH), dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäurereste 137 bis einschließlich höchstens 149 und bis einschließlich mindestens 147 fehlen.T; Modified human growth hormone (HGH), characterized in that the amino acid residues 137 up to and including a maximum of 149 and up to and including at least 147 are missing. 2. Modifiziertes HGH nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäurereste höchstens bis zum Rest 147 fehlen.2. Modified HGH according to claim 1, characterized in that that the amino acid residues are missing up to residue 147 at most. 3- Modifiziertes HGH nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäurereste höchstens bis zum Rest 148 fehlen.3- Modified HGH according to claim 1, characterized in that that the amino acid residues are missing up to residue 148 at most. '4. Modifiziertes HGH nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäurereste höchstens bis zum Rest 149 fehlen.'4. Modified HGH according to claim 1, characterized in that that the amino acid residues are missing up to residue 149 at most. 5* Verfahren zur Steigerung der biologischen Wirkung von menschlichem Wachstumshormon (HGH) f dadurch gekennzeichnet, daß man aus HGH die Aminosäurereste 137 bis höchstens 149 und bis mindestens 147 entfernt, indem man das HGH für eine ausreichende Dauer mit einer entsprechenden Proteinase behandelt und das so behandelte HGH gewinnt.5 * Method for increasing the biological effect of human growth hormone (HGH) f, characterized in that the amino acid residues 137 up to a maximum of 149 and up to at least 147 are removed from HGH by treating the HGH with a corresponding proteinase for a sufficient period of time and doing so treated HGH wins. 6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 147 entfernt.6. The method according to claim 5 »characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 147 at most. 7· Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 148 entfernt.7. The method according to claim 5, characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 148 at most. 7098 11/10847098 11/1084 8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 149 entfernt.8. The method according to claim 5 »characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 149 at most. 9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Proteinase eine bakterielle Proteinase verwendet.9. The method according to claim 5, characterized in that a bacterial proteinase is used as the proteinase. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 147 entfernt.10. The method according to claim 9, characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 147 at most. 11« Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 148 entfernt.11 «Method according to claim 9», characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 148 at most. 12. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 149 entfernt.12. The method according to claim 9 »characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 149 at most. 13· Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man als bakterielle Proteinase Subtilisin verwendet.13. The method according to claim 9 »characterized in that subtilisin is used as the bacterial proteinase. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 147 entfernt.14. The method according to claim 13, characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 147 at most. 15. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 148 entfernt.15. The method according to claim 13 »characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 148 at most. 16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 149 entfernt.16. The method according to claim 13, characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 149 at most. 708811/1084708811/1084 17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Subtilisin Subtilisin B, (auch als Subtilisin Novo oder Subtilisin BPN1 bezeichnet) verwendet.17. The method according to claim 13, characterized in that the subtilisin used is Subtilisin B (also referred to as Subtilisin Novo or Subtilisin BPN 1 ). 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 147 entfernt.18. The method according to claim 17, characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 147 at most. 19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäurereste bis höchstens zum Rest 148 entfernt.19. The method according to claim 17, characterized in that the amino acid residues are removed up to residue 148 at most. 20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die Arainosäurereste bis höchstens zum Rest 149 entfernt.20. The method according to claim 17, characterized in that the arainoic acid residues are removed up to the residue 149 at most. 709811/1084709811/1084
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0356107A2 (en) * 1988-08-19 1990-02-28 Eli Lilly And Company Proteins having growth hormone anabolic properties with reduced effect on carbohydrate metabolism

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