DE3927139A1 - Verwendung von proteasen zur extraktion und reinigung von ferritin - Google Patents

Verwendung von proteasen zur extraktion und reinigung von ferritin

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Proteasen bei der Extraktion und Reinigung von Ferritin.
Extrahiert wird das Ferritin aus biologischen Materialien wie z. B. Kulturüberständen, Mikroorganismen und insbesondere Organextrakten. Als Organextrakte sind Milzextrakte gebräuchlich, da darin hohe Konzentrationen von Ferritin zu finden sind. Als proteolytische Enzyme sind die bekannten und vielfach auch handelsüblichen Proteasen einsetzbar.
Ferritin ist ein Eisenprotein vom Molekulargewicht 465 000 Daltons, das meist durch Extraktion von Pferde- oder Rindermilz gewonnen wird.
Nach Reinigung und Formulierung des Ferritins wird dieses als Arzneimittel zur Therapie von Eisenmangelkrankheiten eingesetzt.
Die bekanntgewordenen Isolierungs- und Reinigungsverfahren sind unter anderem bei R. R. Crichton, Angew. Chemie, 85 (1973), 53-62, beschrieben.
Ferritin ist relativ beständig gegen hohe Temperaturen, kann bei 35%iger Ammoniumsulfatkonzentrationen gefällt und aus 5%iger Cadmiumsulfatlösung einfach kristallisiert werden.
Nachteile des beschriebenen Isolierungsverfahren sind die Toxizität des verwendeten Cadmiumsulfates und eine mäßige Reinheit des isolierten Ferritins. Ferritin aus Rindermilz kann auf diesem Wege gar nicht hergestellt werden.
Ein weiteres Isolierungsverfahren für Ferritin wurde von J. W. Drysdale, Biochem. J., 141 (1974), 627-632, beschrieben. Dabei wird Ferritin bei pH-Werten von 6-8 und einer Leitfähigkeit der Lösung von ca. 10 ms/cm-1 an anionischen Ionenaustauschern, wie z. B. der DEAE-Cellulose oder der DEAE-Sephadex A 50, gebunden und gereinigt. 1 g der Ionenaustauscher binden jedoch nur 1-5 mg Ferritin (D. M. Marcus und N. Zinberg, Arch. Biochem. Biophys., 162 (1974),. 403-501). Wegen der geringen Kapazität der DEAE-Cellulose-Austauscher für Ferritin werden jedoch vergleichsweise große Mengen an DEAE-Cellulose benötigt.
Bei Versuchen mit reinem Ferritin wurde überraschenderweise gefunden, daß Ferritin von proteolytischen Enzymen tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Ursprungs nicht abgebaut wird.
Das nach Proteasenzusatz isolierte Ferritin-Molekül gleicht in seinem physikalischen Verhalten (HPLC, Elektrophorese) dem nativen Ferritin. Damit ergibt sich die Möglichkeit, Ferritin in seinen Lösungen unter Zusatz löslicher oder trägergebundener proteolytischer Enzyme durch Abbau der verunreinigenden Proteine zu reinigen. Ferritin und die Abbauprodukte sind auf Grund der unterschiedlichen Molekulargewichte einfach, z. B. durch Ultrafiltration oder Fällung mit Salzen, trennbar.
Die proteolytischen Enzyme werden als käufliche Enzyme ohne weitere Reinigung eingesetzt. Die Tabelle 3 enthält eine Liste verwendbarer Proteasen.
Gibt man die obengenannten proteolytischen Enzyme einzeln oder als Mischung bereits zur wäßrigen Ferritin-Extraktion aus Milz hinzu, können überraschenderweise auch die Ausbeute sowie die Reinheit und das Lösungsverhalten (Konzentration von polymerem Ferritin) des isolierten Ferritins beträchtlich verbessert werden. Möglicherweise wird zusätzliches Ferritin durch die zugesetzten Proteasen aus unvollständig zerkleinerten Organkompartmenten oder aus Peptidbindungen freigesetzt und damit die Ferritinmengen pro kg Organ gegenüber den bekannten Verfahren erhöht.
Damit können vor allem Milzen mit niedrigem Ferritingehalt wirtschaftlich verarbeitet werden. Vorteilhafterweise wird auch die Menge des Milzrückstandes durch die Proteasenbehandlung um ca. 40% reduziert und damit die Organabtrennung wesentlich erleichtert.
Die durch Filtration nur schwer klärbaren Trübungen werden mit der Proteasenbehandlung beseitigt und die Reinigung und Konzentrierung mittels Ultrafiltration wesentlich erleichtert.
Die zugesetzten Proteasen können durch Hitzebehandlung, Ultrafiltration oder Fällung mit Salzen vollständig vom Ferritin abgetrennt werden.
Das beschriebene Verfahren ist technisch einfach durchführbar und nutzt die begrenzt verfügbaren tierischen Organe besser aus.
Das Verfahren läßt sich schematisch wie folgt beschreiben
Beispiel 1
50 g gefrorene, zerkleinerte Rindermilz werden mit je 1 g proteolytischem Enzym (ca. 18 000 Proteolytic units/g Milz) aus Tabelle 1 mit 50 ml Wasser 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die Organreste werden, eventuell unter Zusatz von Filterhilfsmitteln abzentrifugiert, abfiltriert oder abgepreßt. Die Ferritin enthaltende Lösung wird durch Ultrafiltration über eine Membran der Molekulargewichtstrenngrenze 100 000-500 000 Daltons konzentriert und Ferritin unter Zusatz von Natriumsulfat gefällt.
Der Ferritin-Niederschlag wird in einer Zentrifuge oder einem Separator von der überstehenden Lösung abgetrennt. Der Ferritin-Niederschlag wird in Wasser gelöst, der pH- Wert mit NaOH oder NH₃ auf 6-8 eingestellt, über eine Ultrafiltrationsmembran konzentriert und abschließend sprüh- oder gefriergetrocknet.
Der Eisen-Gehalt des Ferritin-Pulvers wird mittels Atomabsorption geprüft. Es werden die in Tabelle 1 angegebenen Eisenwerte gefunden.
Das Ferritin-Pulver wird ferner auf seine Einheitlichkeit mittels HPLC untersucht. Im Vergleich zum einen durch Cadmiumsulfat-kristallisierten Ferritin-Standard (Abb. 1b) wird nach Proteasen-Zusatz ein vergleichbar guter Ferritin-Wirkstoff enthalten (Abb. 1a).
Beispiel 2
Die Ausführung erfolgt mit Pferdemilz wie in Beispiel 1. Die Auswertung der Versuche ist in Tabelle 2 wiedergegeben.
HPLC-Bedingungen für Ferritin
Säule = LKB Ultropac TSK G 4000 SW (7,5×600 mm)
Temperatur: 25°C
Medium: 0,07 M KH₂PO₄, pH 6,8+0,02% NaN₃
Fluß: 0,8 ml/min
Wellenlänge: 280 nm
Injiziertes Volumen: 20 µl
Die Abb. 1a zeigt eine HPLC-Analyse von Rinder-Ferritin, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt wurde.
Peak 1. Verunreinigung
1,2 Flächenprozent
Peak 2. "Dimeres" Ferritin 11,1 Flächenprozent
Peak 3. "Monomeres" Ferritin 87,6 Flächenprozent
Peak 4. Verunreinigung 0,2 Flächenprozent
Die Abb. 1b zeigt als Vergleich die HPLC-Analyse von einem Rinder-Ferritin-Standard
Peak 1. Verunreinigung
2,0 Flächenprozent
Peak 2. "Dimeres" Ferritin 12,7 Flächenprozent
Peak 3. "Monomeres" Ferritin 77,3 Flächenprozent
Peak 4. Verunreinigung 2,9 Flächenprozent
Peak 5. Weitere Verunreinigungen 4,5 Flächenprozent
Tabelle 1
Ausbeute von Rindermilz-Extraktionen nach Proteasen-Zusatz
Tabelle 2
Ausbeute von Pferdemilz-Extraktionen nach Proteasen-Zusatz
Tabelle 3
Verwendete Enzyme

Claims (2)

1. Verwendung von Proteasen bei der Extraktion und Reinigung von Ferritin aus biologischen Materialien.
2. Verwendung von
Papain aus Carica papaya,
Maxatase,
Alkalische Protease,
Fungal Protease,
Neutrale Protease,
Optimase,
HT-Proteolytic,
Gelatinase,
Trypsin aus Rinderpankreas,
α-chymotrypsin aus Rinderpankreas oder
Pronase P aus Streptomyces
bei der Extraktion und Reinigung von Ferritin aus biologischen Materialien.
DE3927139A 1989-08-17 1989-08-17 Verwendung von proteasen zur extraktion und reinigung von ferritin Withdrawn DE3927139A1 (de)

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