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Die
vorliegende Erfindung betrifft monoklonale Antikörper, deren synthetische und
biotechnologische Derivate, die als NGF-Antagonisten bzw. NGF-antagonistische
Moleküle
wirken.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung einen monoklonalen Antikörper, synthetische und rekombinante Derivate
davon, der/die dazu befähigt
sind, den Tyrosinkinase-Rezeptor
von NGF (Nervenwachstumsfaktor) mit hoher Affinität, TrkA
genannt, zu erkennen und zu binden und als Antagonist der Bindung
von NGF an TrkA zu wirken. Die Erfindung betrifft ebenfalls diagnostische
und therapeutische Verwendungen derartiger Moleküle und damit verbundene Zusammensetzungen.
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Neutrophine
sind eine Familie von Peptid-Wachstumsfaktoren (Barde, 1994), die
mit dem ersten Mitglied der Familie, NGF (Nervenwachstumsfaktor,
Levi-Montalicini, 1987), strukturell verwandt sind. Neutrophine
modulieren die neuronale Differenzierung und das neuronale Überleben
sowie die synaptische Übertragung sowohl
von peripheren Neuronen als auch im Zentralnervensystem. Des Weiteren
wirkt NGF auf verschiedene nicht-neuronale Gewebe und Zellen, wie
beispielsweise Zellen des Immunsystems.
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NGF
wirkt über
zwei Membranrezeptoren, die in den Zielzellen vorliegen, nämlich den
p75-Rezeptor mit niedriger Affinität und das 140-kDa-Transmembranglycoprotein
mit hoher Affinität,
TrkA (Kaplan et al., 1991, Klein et al., 1991), das eine Tyrosinkinase-Aktivität aufweist.
TrkA wird in Neuronen der Neuralleiste, in sympathischen Neuronen
sowie in cholinergen Neuronen des basalen Vorderhirns und des Corpus
striatum expremiert, wo es den entscheidenden Mediator der NGF-Wirkungen
darstellt (Holtzman et al., 1992; Verge et al., 1992), TrkA wird
ebenfalls in einigen nicht-neuronalen Geweben und Zellen, einschließich B-Lymphocyten (Torcia
et al., 1996), expremiert.
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Im
Stand der Technik wird die potentielle Verwendung von NGF in der
Behandlung von verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen, einschließlich der Alzheimerschen
Erkrankung (Lindsay et al., 1994; Ebendal et al., 1991) und anderer
Erkrankungen wie Diabetes mellitus und Lepra (Anand et al., 1996),
vorgeschlagen. Erste klinische Tests verliefen jedoch enttäuschend,
wobei sie durch Schwierigkeiten mit der Abgabe, durch die Pharmakokinetiken
im Zentralnervensystem und durch negative agonistische Eigenschaften
von NGF gegenüber
anderen peripheren Zielen außerhalb
des Zentralnervensystems kompliziert wurden, die zu massiven und
unerwünschten
Stimuli führten.
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Daher
besteht der Bedarf an der Entwicklung gegenüber der Wechselwirkung NGF-TrkA-Rezeptor selektiven
antagonistischen Molekülen
und pharmakologisch wirksamen Derivaten davon, die leicht abgegeben werden.
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Des
Weiteren war die NGF-Überproduktion
in verschiedenen entzündlichen
Zuständen
mit dem Anstieg der Schmerzempfindlichkeit der primären afferenten
Nocizeptoren verbunden, was somit zum Auftreten eines chronischen
Schmerzzustandes beitrug. Die Population sensorischer Neuronen,
die auf Gewebeschäden
ansprechen (Nocizeptoren), ist besonders NGF-abhängig. Zieht man außerdem die
Nachteile und Beschränkungen
der zwei existierenden Klassen von Schmerzmitteln (nicht-steroide
entzündungshemmende Arzneimittel
und Opiate) in Betracht, stellt die Bereitstellung eines neuen davon
verschiedenen Ziels wie NGF einen Fortschritt im Fachgebiet dar
(Snider und McMahon, 1998). Des Weiteren stellt NGF, wie von Levine
(Levine, 1998) vorgeschlagen, ein potentielles Ziel für die Gestaltung
bzw. das Design neuer Therapien von Schmerzen, insbesondere diejenigen,
die sich aus entzündlichen
oder neuropathischen Zuständen
ergeben, bei denen übliche
Arzneimittel weniger wirksam sind, bereit. Schließlich zeigten
neuere Untersuchungen eine direkte Beziehung zwischen dem Schmerz
und dem TrkA-System,
wobei in vier unabhängigen
Fällen
des Schmerzes vom Typ 4 mit chronischer Unempfindlichkeit und begleitender
Anhidrose, das Vorliegen von Mutationen im TrkA-Gen und somit das
Fehlen funktionaler NGF-Rezeptoren nachgewiesen wurde (Indo et al., 1996;
Wood, 1996).
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Demgemäß stellt
das NGF-TrkA-System ein potentielles Ziel für das Design von Schmerztherapien,
d. h. Behandlungen, die mit Hilfe effizienter TrkA-Antagonisten dazu
befähigt
ist, das neuropathische Schmerzsyndrom zu bekämpfen, bereit (Levine, 1998;
Snider und McMahon, 1998).
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Die
anormale Expression der TrkA-Rezeptor-mRNA war auch mit neoplastischen
Erkrankungen verbunden. Die Prognose von TrkA-expremierenden Tumoren,
die „bildgebende" Diagnostik sowie
die Therapie stellen Anwendungsgebiete für Antikörper mit hoher Affinität für TrkA dar.
Tatsächlich
stellen in diesen Tumoren TrkA-bindende Agentien wertvolle Werkzeuge
der klinischen Diagnose, Prognose und therapeutischer Behandlungen
dar (Kramer et al., 1997).
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Rekombinante
Antikörper
(Vaughan et al., 1998) sind Ausgangsreagenzien der Wahl bei der
Entwicklung kleiner Moleküle,
die deren Wirksamkeit nachahmen (Le Sauteur et al., 1995).
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Debeir
et al., PNAS, März
1999, Bd. 96, Seiten 4067–4072,
offenbaren ein kleines Peptid, das die Wechselwirkung zwischen NGF
und TrkA inhibiert.
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Von
Le Sauteur et al., 1996, und in der PCT-Anmeldung Nr. WO97/21732
wurde ein TrkA-agonistischer monoklonaler Antikörper beschrieben. Aufgrund
der agonistischen Wirksamkeit des einzigen offenbarten Antikörpers (5C3)
ist er für
die Ziele der vorliegenden Erfindung und in allen Situationen ungeeignet,
in denen die Hyperaktivierung des TrkA-Rezeptors vermieden werden
muss. Die PCT-Anmeldung Nr. WO97/21732 offenbart die Verwendung
des agonistischen Antikörpers
5C3 als „Bildgebungs"-Diagnostikum. Dieser
Antikörper
kann jedoch aufgrund seiner agonistischen Wirkung nicht in der obigen
Anwendung verwendet werden, so lange die Rezeptoraktivierung nicht
behindert wird.
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Daher
besteht ein klarer Bedarf an der Entwicklung neuer Moleküle, die
geeignet sind, mit der Bindung von NGF an TrkA zu interferieren,
neue therapeutische Wirkungen bereitstellen und insbesondere einen
TrkA-Antikörper
bereitstellen, der als Antagonist wirkt, und dann idealerweise die
Blockierung der Rezeptoraktivierung durch endogene Liganden (NGF)
gewährleisten
und keine Aktivierungsaktivität
gegenüber
dem Rezeptor aufweisen. Des Weiteren könnte der Antikörper vorteilhafterweise
bei der Entwicklung von Reagenzien, d. h. synthetischen und rekombinanten
Fragmenten, welche die NGF-TrkA-Wechselwirkung blockieren, verwendet
werden.
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Der
Autor der vorliegenden Erfindung hat verschiedene monoklonale Antikörper isoliert,
die zur Wechselwirkung mit dem NGF-Rezeptor, TrkA genannt, befähigt sind.
Von diesen wirkt ein Antikörper,
MNAC13 genannt, durch Inhibition der Bindung von NGF an TrkA als
starker Antagonist von TrkA. Dieser Antikörper stellt ein sehr wirksames
Mittel zur Verhinderung der funktionellen Aktivierung von TrkA durch
NGF in einer Vielzahl von biologischen Systemen dar.
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Der
Antikörper
wurde durch kongene Immunisierung von Balb/C-Mäusen mit einem humanen nativen TrkA-Rezeptor,
der auf Balb/C-3T3-Zellen expremiert wird, erzeugt. Die Selektion
basierte auf der Befähigung der
Antikörper
zur Inhibierung der Bindung von NGF an TrkA-expremierende Zellen.
Dies führte
zur Isolierung von zur Bindung an TrkA an dessen NGF-bindender Domäne befähigter Antikörper, die
dadurch die Bindung von NGF verhindern. Der Antikörper MNAC13
verhindert in sehr wirksamer Weise die funktionelle Aktivierung von
TrkA durch NGF in verschiedenen biologischen Systemen. Der Autor
der vorliegenden Erfindung hat ebenfalls die Gene, welche die variablen
Regionen des MNAC13-Antikörpers
kodieren, kloniert, und mit Hilfe von rekombinanten DNA-Techniken
derartige Regionen zu funktionellen Polypeptiden verminderter Größe (Einzelketten-Fv-Fragment, scFvMNAC13)
zusammengesetzt, wobei bestätigt
wurde, dass diese die Eigenschaften des parentalen Antikörpers beibehalten.
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Ein
agonistischer Antikörper
bedeutet einen Antikörper,
der zur Aktivierung des Rezeptorantigens in Abwesenheit des nativen
Liganden des Rezeptors selbst befähigt ist.
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Ein
antagonistischer Antikörper
bedeutet einen Antikörper,
der gegen das aktive Zentrum des Antigenrezeptors gerichtet ist
und dazu befähigt
ist, die Aktivität
des natürlichen
Liganden, der bezüglich
der Bindung zum Rezeptor selbst mit Letzterem konkurriert, zu inhibieren.
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Synthetische
und biotechnologische Derivate eines Antikörpers bedeuten jegliche veränderte bzw. (gen)technisch
erzeugte, durch chemische oder rekombinante Techniken synthetisierte
Fragmente, welche die funktionellen Eigenschaften des Antikörpers beibehalten.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein monoklonaler Antikörper, synthetische
und biotechnologische Derivate davon, das/die dazu befähigt ist/sind,
den Tyrosinkinase-Rezeptor
von NGF (Nervenwachstumsfaktor) mit hoher Affinität, TrkA
genannt, zu erkennen und zu binden und als Antagonist der Bindung
von NGF an TrkA zu wirken.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
weist der Antikörper
der vorliegenden Erfindung die variable Region der leichten Kette
auf, die im Wesentlichen aus der Sequenz von AA. 23 bis AA. 134
der SEQ ID Nr. 2 besteht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der Antikörper
der vorliegenden Erfindung die variable Region der schweren Kette
auf, die im Wesentlichen aus der Sequenz von AA. 152 bis AA. 276 der
SEQ ID Nr. 2 besteht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das biotechnologische Derivat der Erfindung ein ScFv-Fragment,
das
- a) die variable Region der leichten Kette
des erfindungsgemäßen Antikörpers oder
funktionelle Derivate davon und
- b) die variable Region der schweren Kette des Antikörpers der
vorliegenden Erfindung oder funktionelle Derivate davon umfasst.
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Vorzugsweise
umfasst das ScFv-Fragment eine Verknüpfungs-Sequenz bzw. eine Linker-Sequenz zwischen
den variablen Regionen der leichten Kette und der schweren Kette
auf. Mehr bevorzugt weist das ScFv-Fragment im Wesentlichen die
Sequenz der SEQ ID Nr. 2 auf.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist ein synthetisches oder biotechnologisches
Derivat des monoklonalen Antikörpers,
das mindestens eine die Komplementarität des Antikörpers bestimmende Region (CDR)
umfasst und das zur Wirkung als Antagonist der Bindung von NGF an
TrkA befähigt
ist. Vorzugsweise liegt die Region innerhalb der variablen Region
der schweren Kette, mehr bevorzugt ist die Region in der Sequenz
von AA. 152 bis AA. 276 der SEQ ID Nr. 2 enthalten.
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Die
vorliegende Erfindung schließt
eine Nukleinsäure
ein, die für
den erfindungsgemäßen Antikörper oder
Derivate davon kodiert. Vorzugsweise kodiert die Nukleinsäure das
ScFv-Fragment der SEQ ID Nr. 2, mehr bevorzugt weist die Nukleinsäure die
Sequenz der SEQ ID Nr. 1 auf.
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Die
Nukleinsäuren
der vorliegenden Erfindung können
vorteilhafterweise als Transgene verwendet werden, um nicht-humane
transgene Tiere, vorzugsweise Mäuse,
zu erhalten, in welchen der Antikörper induzierbar oder unter
Kontrolle von Promotoren, welche die Expression im adulten Tier
bestimmen bzw. steuern, expremiert wird. Diese Tiere können vorteilhafterweise
dazu verwendet werden, Arzneimittel für humane Erkrankungen, bei
denen die NGF/TrkA-Wechselwirkung inhibiert ist, und insbesondere
neurodegenerative Erkrankungen, zu untersuchen und zu testen. Transgene
nicht-humane Tiere können
mit Hilfe von Standardtechniken, d.h. wie in Allen et al., 1987,
beschrieben, erhalten werden.
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Transgene
Modelle (Smeyne et al., 1994), die auf der Repression des TrkA-Gens
basieren, zeigen einen letalen Phänotyp innerhalb von 1–2 Wochen
nach der Geburt und sind dann zur Untersuchung von TrkA im adulten
und gealterten Nervensystem ungeeignet. Antikörper-expremierende transgene
Tiere sind von Piccioli et al., 1991, 1995, offenbart.
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Die
vorliegende Erfindung schließt
einen Phage oder einen prokaryotischen Vektor ein, der die erfindungsgemäße Nukleinsäure umfasst
und dazu befähigt
ist, diese korrekt und wirksam zu expremieren.
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Die
vorliegende Erfindung schließt
einen rekombinanten eukaryotischen Vektor, der die erfindungsgemäße Nukleinsäure umfasst
und dazu befähigt
ist, diese korrekt und wirksam zu expremieren, sowie eine pharmakologische
Zusammensetzung, umfassend den rekombinanten Vektor, zur Gentherapie
neurologischer Erkrankungen, ein. Erkrankungen umfassen die folgende
Gruppe, sind aber nicht auf diese beschränkt: chronischer Schmerz, akuter
Schmerz, Neurome, TrkA-expremierende
neoplastische Tumoren.
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Die
vorliegende Erfindung schließt
eine pharmakologische Zusammensetzung ein, die eine wirksame Menge
des monoklonalen Antikörpers
der Erfindung oder synthetischer und biotechnologischer Derivate
davon, der/die dazu befähigt
ist/sind, den Tyrosinkinase-Rezeptor von NGF (Nervenwachstumsfaktor)
mit hoher Affinität,
TrkA genannt, zu erkennen und zu binden und als Antagonist der Bindung
von NGF an TrkA zu wirken, und einen pharmazeutisch verträglichen
Träger
umfasst. Die Zusammensetzung der Erfindung kann vorteilhafterweise
zur Behandlung neurologischer Erkrankungen verwendet werden, die
in der folgenden Gruppe eingeschlossen, jedoch nicht darauf beschränkt sind:
chronischer Schmerz, akuter Schmerz, Neurome, TrkA-expremierende
neoplastische Tumoren.
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In
Anbetracht der Tatsache, dass NGF bei der Behandlung einige unerwünschte Nebenwirkungen zeigt,
betrifft die Erfindung ebenfalls eine pharmazeutische Zusammensetzung,
umfassend eine pharmazeutisch wirksame Menge von NGF und des erfindungsgemäßen Antikörpers oder
der Derivate davon. Eine derartige Zusammensetzung sollte zur Inhibierung
unerwünschter
Wirkungen von NGF bei peripheren Spiegeln befähigt sein.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung bilden veränderte bzw.
(gen)technisch erzeugte Zellen, die zur Expression des Antikörpers der
Erfindung oder biotechnologisch und synthetischer Derivate davon
befähigt
sind, sowie eine pharmakologische Zusammensetzung, welche die Zellen
umfasst, zur Gentherapie neurologischer Erkrankungen, die in der
folgenden Gruppe eingeschlossen, jedoch nicht darauf beschränkt sind:
chronischer Schmerz, akuter Schmerz, Neurome, TrkA-expremierende neoplastische
Tumoren.
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Angesichts
der Spezifität
des Antikörpers
der vorliegenden Erfindung und in Abwesenheit unerwünschter
induzierender Wirkungen, kann er vorteilhafterweise in einer Zusammensetzung
für „bildgebende" In-Vivo-Diagnostiken
verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend in Bezug auf beispielhafte,
jedoch nicht einschränkende Ausführungsformen
beschrieben. Es wird auf die folgenden Figuren Bezug genommen.
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1 Inhibition der Bindung
von 125I-NGF an TrkA+-Balb/C-3T3-Zellen.
Hybridom-Überstände wurden vor
der Zugabe von 125I-NGF mit TrkA+-Balb/C-3T3-Zellen vorinkubiert.
Das Histogramm stellt die Inhibition der spezifischen NGF-Zell-Bindung durch verschiedene
Antikörper
dar. Die spezifische Bindung wurde durch Subtraktion von der Gesamtbindung,
die in Gegenwart eines Überschusses
von unmarkiertem NGF erhalten wurde, bestimmt. Die gezeigten Werte
sind der Durchschnitt von Dreifachbestimmungen.
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2 MNAC13 erkennt die extrazelluläre Domäne des TrkA-Rezeptors.
Lösliche
TrkA- und TrkB-Rezeptoren, die in Form von Immunoadhesinen erzeugt
wurden, wurden als Festphasenantigene für einen ELISA-Test verwendet
und mit 2 oder 20 ng/ml gereinigtem MNAC13-Antikörper inkubiert.
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3 MNAC13 erkennt den TrkA-Rezeptor
auf lebenden Zellen. Balb/C-3T3- oder TrkA+-Balb/C-3T3-Zellen wurden
mit dem MNAC13-Antikörper
inkubiert und einer FACS-Analyse unterworfen.
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4 MNAC13 markiert die TrkA-Rezeptoren
auf Neuronen des basalen Vorderhirns der Ratte.
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Koronale
Schnitte des basalen Vorderhirns von P10-Ratten wurden in Gegenwart
(A) oder in Abwesenheit (B) des MNAC13-Antikörpers inkubiert. Vergleichsbalken:
98 μm.
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5 MNAC13 inhibiert die von
NGF induzierte Differenzierung von PC12-Rattenzellen.
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PC12-Zellen
wurden in Serum-freies Medium überführt und
in Gegenwart (A) oder in Abwesenheit (B, C und D) von 20 ng/mg NGF
für etwa
4 Tage inkubiert. Der MNAC13-Antikörper (4 μg/ml) inhibiert vollständig das
NGF-induzierte Überleben
und die NGF-induzierte Differenzierung, während der Kontroll-Antikörper 9E10 dies
nicht bewirkt (D).
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6 Die Implantation von MNAC13-sekretierenden
Zellen in das Rattenhirn vermindert deutlich die Anzahl cholinerger
Neuronen im basalen Vorderhirn.
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Der
cholinerge Phänotyp
von Neuronen im basalen Vorderhirn von P9-Ratten wurde durch die
Immunreaktivität
mit der Cholinacetyltransferase (ChAT) nach der intraventrikulären Implantation
von MNAC13-Hibridom-(B)- von Kontroll-Myelom-(A)-Zellen am Tag P2 bestimmt. Es ist eine
deutliche Verminderung der Anzahl ChAT-positiver Neuronen in den MNAC13-implantierten
Ratten (B) festzustellen. Vergleichsbalken: 65 μm.
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7 Rekombinante Formen von
MNAC13-mAk binden TrkA.
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Phagen
mit scFvMNAC13 (A), löslichem
scFvMNAC13 (B) und dem parentalen monoklonalen Antikörper MNAC13
(C) wurden in einem ELISA-Test unter Verwendung von TrkA-Immunadhesin
als Festphasenantigen in Gegenwart ansteigender Konzentrationen
des konkurrienden löslichen
TrkA-Immunadhesins verwendet.
:
10-fache Verdünnung
des Antikörpers
in Bezug auf
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8 Inhibition des NGF-induzierten
Neuriten-Wachstums von PC12-Zellen durch den rekombinanten Antikörper ScFvMNAC13.
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Periplasmatische
Fraktionen, enthaltend den rekombinanten ScFvMNAC13 (B) oder ein
ScFv-Kontrollfragment (Antifox-ScFv) wurden zusammen mit 10 ng/ml
NGF zu PC12-Zellen, die für
7 Tage mit 50 ng/ml NGF induziert wurden und zum Beginn des Tests
erneut ausplattiert wurden, gegeben. Der rekombinante ScFvMNAC13-Antikörper in
B inhibiert das durch die Aktivierung von TrkA durch NGF gesteuerte
wiederkehrende Wachstum von Neuriten in erneut ausplattiertem NGF-induzierten
PC12-Zellen.
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METHODEN Immunisierungsprotokoll
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Es
wurden Balb/C-3T3-transfizierte Zellen, die 106 humane
TrkA-Moleküle
pro Zelle expremieren, in einem kongenen Immunisierungsprotokoll
verwendet. Es wurden drei Gruppen weiblicher Balb/C-Mäuse mit 105, 5 × 105 bzw. 106 lebenden
Zellen pro Maus immunisiert. Nach 5 Injektionen in einem Abstand
von zweiwöchigen
Intervallen wurden Präfusionsseren
hinsichtlich ihrer Befähigung
zur Inhibition der Bindung von NGF an den TrkA-Rezeptor auf TrkA+-Balb/C-3T3-Zellen
getestet. Die größte Inhibition
der NGF-Bindung wurde bei Seren von Mäusen festgestellt, die mit
5 × 105-Zellen injiziert wurden (Bindungsinhibition
bei einer Verdünnung von
1:100).
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Hybridom-Herstellung
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Drei
Tage nach einer Verstärkungsinjektion
von TrkA+-Balb/C-3T3-Zellen wurden die Mäuse getötet, die Milzen entfernt und
Splenocyten mit einem NSO-Myelom (10:1-Verhältnis)
mit Polyethylenglycol (PEG 1500), wie beschrieben (Novak et al.,
1991), fusioniert. Das Hybridom-Wachstum und die Selektion wurden gemäß Standardmethoden
durchgeführt
(Galfre und Milstein, 1981).
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Inhibition der 125I-Bindung an TrkA+-Balb/C-3T3-Zellen
-
2,5
S NGF wurden aus submandibulären
Drüsen
von Mäusen
gereinigt und auf eine spezifische Aktivität von 105 cpm/ng,
wie beschrieben (Cattaneo et al., 1983), iodiert. 5 × 104 TrkA+-Balb/C-3T3-Zellen wurden in jede
Vertiefung von Mikrotiterplatten mit 96 Vertiefungen in einem Volumen
von 50 μl
Kulturmedium (DMEM mit 10 % FCS) ausplattiert. Es wurden Aliquote
von 50 μl
Hybridom-Überstand
für 1 Stunde
mit Zellen inkubiert, gefolgt von der Zugabe der 125I-NGF-Lösung (5 × 104 cpm/Vertiefung). Die Platten wurden wie
beschrieben (Cattaneo et al., 1988) weiter verarbeitet. Die nicht-spezifische
Bindung wurde parallel in Vertiefungen in Gegenwart eines Überschusses
(5 μg/ml)
von nicht-markiertem NGF bestimmt. In parallel verarbeiteten Vertiefungen
wurde die Bindung in Gegenwart eines nichtrelevanten Hybridom-Überstands
(Rab50) oder neutralisierendem Anti-NGF (mAk αD11, Cattaneo et al., 1988)
durchgeführt.
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ELISA
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Lösliche TrkA-
und TrkB-Rezeptoren wurden als Immunadhesine (Chamow und Ashkenazi,
1996) durch Verknüpfen
der extrazellulären
Domäne
des humanen TrkA-Rezeptors
mit dem FC-Anteil von IgG2, der aus einer Sequenz von 35 Aminosäuren besteht,
gefolgt von CH2- und CH3-Domänen,
erzeugt. Die für
die TrkA- und TrkB-Immunadhesine
(TrkA-IgG und TrkB-IgG) kodierenden Sequenzen wurden in Baculoviren
(Autographa califonica Nukleärer
Polyhedrosis Virus, AcNPV) für
die Expression in Insektenzellen (Baculogold Transfektions-Kit,
Pharmingen Ing.) kloniert, und die Proteine wurden durch Protein-A-Sepharose-Chromatographie
aus Serum-freien Kulturmedium von High-Five-Insektenzellen gereinigt.
Für den
ELISA-Test wurden TrkA-IgG
und TrkB-IgG bei 2 μg/ml
inkubiert und dann mit 2 oder 20 ng/ml MNAC13 und Anti-Maus-IgG,
die zuvor an Kamel-Immunoglobinen vorabsorbiert wurden, inkubiert.
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Immunfluoreszenz-Analvse
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Der
monoklonale MNAC13-Antikörper
wurde aus Serum-freien Hybrodom-Überständen durch
Protein-A-Sepharose-Chromatographie gereinigt. Es wurden 5 × 104 TrkA+-3T3-Balb/C-Zellen mit gereinigtem MNAC13-Antikörper inkubiert
und mit einem Sortiergerät
für aktivierte
Zellen (FACS) analysiert. Für
die Immunfluoreszenz wurden adhärente
Zellen mit 3,7 % Paraformaldehyd in PBS fixiert, mit gereinigtem
MNAC13 inkubiert, gefolgt von einem FITC-markierten Anti-Maus-IgG und mittels
konfokaler Mikroskopie (Olympus) analysiert.
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NGF-Biotest mit PC12-Zellen
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PC12-Rattenzellen
(Greene und Tischler, 1976) wurden in RPMI mit 10 % Hitze-inaktiviertem Pferde-Serum
und 5 % FCS kultiviert. Für
den Biotest wurden die Zellen in Serum-freies Medium überführt und
mit 20 ng/ml NGF für
4 bis 6 Tage in Gegenwart oder Abwesenheit von MNAC13-Antikörpern oder
dessen einzelkettiger rekombinanter Fv-Version (scFvMNAC13) inkubiert.
In einer anderen Ausführungsform
wurden die Zellen mit 50 ng/ml NGF für 1 Woche inkubiert, und dann
wurden sie mechanisch von den Neuriten entfernt, um sie in Gegenwart
von 10 ng/ml NGF und unter Zugabe des geeigneten Antikörpers wieder
auszuplattieren. Das Neuriten-Wachstum wurde 24–48 Stunden danach bewertet.
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Intraventrikuläre Hybridom-Injektionen
und Immunchemie
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Intraventrikuläre Hybridom-Injektionen
und die Analyse des cholinergen Phänotyps von Neuronen des basalen
Vorderhirns wurden im Wesentlichen wie beschrieben (Molnar et al.,
1997 und 1998) durchgeführt. Kurz
erläutert
wurden MNAC13-Hybridom-Zellen
und Myelom-Kontrollzellen (P3X63Ag8) in Hank-Lösung (HBBS) bei 2 × 105 Zellen/μl
suspendiert und in den rechten lateralen Ventrikel von Wistar-Ratten,
wie beschrieben (Molnar et al., 1998), injiziert. Die Injektion
wurde am postnatalen Tag 2 (P2) durchgeführt, und die Tiere wurden zur
Analyse am Tag P8 getötet.
Nach Perfusion unter Anästhesie
wurden die Hirne zur aChAT-Immunhistochemie, wie beschrieben (Molnar
et al., 1997 und 1998), verarbeitet. Der Gehalt an MNAC13-Antikörpern im
cerebrospinalen Fluid (CSF) wurde durch einen ELISA-Test unter Verwendung
löslicher
TrkA-Rezeptoren als Festphasen-Antigene bestimmt.
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Für die Immunchemie
mit MNAC13 wurden die Tiere mit Ether unter Perfusion mit PB (0,1
M, pH 7,4), gefolgt von 4 % Paraformaldehyd/PB bei 4 °C für 2 Stunden
betäubt.
Nach der Präparierung
wurden die Hirne in 4 % Paraformaldehyd/PB bei 4 °C für 2 Stunden
fixiert, in 25 % Sucrose/PBS überführt, dann
in Isopentan bei –20 °C gefroren
und mit einem Cryostaten geschnitten. Die koronalen Schnitte, enthaltend
das basale Vorderhirn, wurden auf gelatinisierten Objektträgern gesammelt
und bei –20 °C bis zur
Verarbeitung gelagert. Nach der Blockierung nichtspezifischer Bindungsstellen
in einer Lösung
von 10 % FCS/5 % BSA in Tris HCl 0,1 M pH 7,4, 0,05 % Triton-100,
wurden die Schnitte über
Nacht bei 4 °C
mit Anti-TrkA (6 μg/ml)
in 10 % FCS/2 % BSA in Tris HCl 0,1 M, pH 7,4, 0,05 % Triton X-100
inkubiert. Während
der nächsten
Tage wurden die Schnitte mit biotinylierten Anti-Maus-IgG für 2 Stunden bei Raumtemperatur
und für
1 Stunde im ABC-Kit (Vector) inkubiert. De Reaktion wurde in 3,3'-Diaminobenzidin-HCl
entwickelt. Nach der Dehydratation wurden die Schnitte in DPX gegossen.
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Klonierung der variablen
Regionen des mAk MNAC13
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Die
Klonierung der variablen Regionen des mAk MNAC13 wurde ausgehend
von Hybridom-mRNA mittels PCR der variablen Region durchgeführt. Die
PCR der variablen Regionen wurde mit einem Satz für Maus-Immunoglobuline
spezifischer Oligonukleotid-Primer (Krebber et al., 1997) durchgeführt. Die
amplifizierten variablen VH- und VK-Regionen wurden mittels PCT
zu einem scFv-Format zusammengefügt
und in einen pDNA-Vektor (Bradbury et al., 1996) kloniert. Nach
einer Fingerabdruck-Analyse mit der Restriktions-Endonuklease BstNI,
welche eine eingeschränkte
Diversität
der resultierenden scFVs bestätigte,
wurden Phagen-Partikel,
welche die scFV-Fragmente zeigten, einem ELISA unter Verwendung
von TrkA-IgG als Festphasen-Antigen unterworfen. Der Test wurde
mit sekundären
HRP-gekoppelten
Anti-M13-Antikörpern
entwickelt. Als positiv identifizierte Phagen wurden weiter getestet
und schließlich
zur Herstellung löslicher
scFV-Fragmente in E. coli verwendet. Bakterielle Überstände wurden
mittels ELISA gegen TrkA-IgG unter Verwendung eines monoklonalen
Antikörpers
gegen den SV5-Marker (Hanke et al., 1992), der im scFV-Fragment
vorliegt, gefolgt von HRP-konjugierten Anti-Maus-IgGs getestet.
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ERGEBNISSE
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Herstellung und Charakterisierung
eines monoklonalen Antikörpers,
der die Bindung von NGF an TrkA inhibiert
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Um
Antikörper
herzustellen, die dazu befähigt
sind, die Neutrophin-Bindungsaktivität des TrkA-Rezeptors zu stören, wurde
ein kongenes Immunisierungsprotokoll verwendet. Es wurden durch
Transfektion mit dem humanen Proto-Onkogen trk hergestellte Balb/C-3T3-Zellen,
welche den humanen TrkA-Rezeptor expremieren, für die Immunisierung von Balb/C-Mäusen verwendet.
Es wurde festgestellt, dass die Anzahl der Zellen für die Induktion
von Serum-Antikörpern,
welche die Bindung von NGF an Zielzellen neutralisieren, kritisch war.
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Die
Hybridom-Überstände wurden
hinsichtlich ihrer Befähigung
zur Inhibition der Bindung von 125I an 3T3-TrkA+-Zellen
getestet. Von 1266 Vertiefungen, in welchen ein Hybridom-Wachstum
auftrat, zeigten nur 4 eine NGF-neutralisierende Aktivität. Die entsprechenden
Zellen wurden subkloniert, wodurch die Klone MNAC13, C30, C191 und
C232 erhalten wurden. Die Befähigung
der von diesen Klonen hergestellten Antikörper zur Inhibierung der Bindung
von NGF an 3T3-TrkA+-Zellen ist in 1 gezeigt.
Diese Anti-TrkA-Antikörper inhibieren
die Bindung von NGF ebenso effizient bzw. wirksam wie der neutralisierende
Anti-NGF-αD11-Antikörper (1). Während der Letztere im aktiven
Zentrum von NGF bindet, bindet der Erstere den TrkA-Rezeptor sehr
wahrscheinlich an der oder nahe der NGF-erkennenden Stelle. Der IgG-MNAC13-Antikörper wurde
für weitere
Untersuchungen ausgewählt.
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Die
Inhibition der NGF-Bindung erfolgt durch eine direkte Wechselwirkung
der Antikörper
mit dem extrazellulären
Anteil des TrkA-Rezeptors, was durch verschiedene Bindungsstudien
mit einer löslichen
Form des humanen TrkA-Rezeptors,
der als Immunadhesin erzeugt wurde (Charmow und Ashkenazi, 1996),
in welchem der extrazelluläre
Anteil des Rezeptors mit den FC-Domänen der Karnel-Immunoglobuline (siehe
Methoden) fusioniert ist, gezeigt wurde. Die 2 zeigt, dass der MNAC13-Antikörper das
TrkA-Immunadhesin in einem ELISA-Test bindet, während er nicht mit dem TrkB-Immunadhesin
reagiert. Dies bestätigt,
dass der MNAC13-Antikörper
spezifisch an den extrazellulären
Teil von TrkA bindet.
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Die 3 zeigt das Ergebnis einer
FACS-Analyse mit 3T3-TrkA+-Zellen, welche zeigt, dass der MNAC13-Antikörper mit
dem auf der Membran von lebenden Zellen expremierten humanen Rezeptor
wechselwirkt. Eine Immunfluoreszenzanalyse bestätigt dieses Ergebnis.
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Die
Spezies-Spezifität
von MNAC13-Antikörpern
wurde anhand seiner Befähigung
zur Erkennung von TrkA-Rezeptoren auf Rattenneuronen getestet. Schnitte
von Rattenhirnen wurden der basalen Vorderhirnregion entnommen (4), welche reich an TrkA-positiven
Neuronen ist. Die mit dem MNAC13-Antikörper erhaltene intensive Färbung im
basalen Vorderhirn (4A)
zeigt, dass dieser Antikörper,
der gegen den humanen TrkA-Rezeptor erhalten wurde, auch dessen
Entsprechung aus der Ratte erkennt. Der Antikörper färbt Hirnregionen, wie die medialen
habenulären
Nuclei nicht, von denen bekannt ist, dass sie keine TrkA-positiven
Neuronen enthalten (Holtzman et al., 1995).
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Funktionelle
Blockierung der TrkA-gesteuerten biologischen Wirkungen durch den
MNAC13-Antikörper
Die Befähigung
des MNAC13-Antikörpers
zur Inhibierung der biologischen Aktivierung des TrkA-Rezeptors
durch den NGF-Liganden in vivo wurde daher in PC12-Zellen sowohl
in vitro (5) als auch
in vivo (6) untersucht.
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Die
von NGF induzierte Differenzierung von PC12-Zellen (5B) wird vollständig durch Inkubation der Kulturen
mit dem MNAC13-Antikörper
(5C), verglichen mit
der Inkubation mit einem nicht-relevanten Antikörper (5D), inhibiert.
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Die
cholinergen Neuronen des basalen Vorderhirns sind ein wohl bekanntes
Ziel der Wirkung von NGF im Zentralnervensystem (Korsching, 1986;
Holtzman et al., 1992). Die den MNAC13 sekretierenden Hybridom-Zellen
wurden in den lateralen Ventrikeln von neonatalen Ratten zwei Tage
nach der Geburt implantiert, und der cholinerge Phänotyp der
Neuronen wurde eine Woche später
(P9) durch Immunhistochemie mit Antikörpern gegen die Cholinacetyltransferase
(ChAT) untersucht. Diese experimentelle Vorgehensweise wurde kürzlich verwendet,
um die Wirkungen von implantierten Zellen, die den anti-NGF-monoklonalen
Antikörper αD11 sekretieren,
zu untersuchen (Berardi et al., 1994; Molnar et al., 1997 und 1998).
Eine Woche nach der Implantation wurde ein Spiegel der Anti-TrkA-Antikörper im
cerebrospinalen Fluid, bestimmt durch ELISA, von 1,4 ng/μl festgestellt.
Die Ergebnisse in 6 zeigen,
dass die Anzahl ChAT-positiver Zellen in den Hirnen, in denen der
Anti-TrkA-Antikörper implantiert
wurde, im Vergleich zu den Kontrollen (bei denen ein nicht-relevantes Myelom
injiziert wurde) drastisch vermindert ist. Eine quantitative Bestimmung
der Anzahl positiver ChAT-Neuronen zeigte, dass diese Anzahl um
70 im medialen Septum und um 77 % im diagnonalen Band von Ratten,
in denen der MNAC13-Antikörper
implantiert wurde, im Vergleich zu den Kontrollen vermindert war. Eine
Ausweitung dieser Untersuchung auf verschiedene postnatale Alter,
um sie mit den Wirkungen zu vergleichen, die in der vorhergehenden
Untersuchung erhalten wurden, bei denen Zellen implantiert wurden,
die einen anti-NGF-neutralisierenden Antikörper sekretieren (Molnar et
al., 1997, 1998), zeigte, dass die Entzugwirkungen des cholinergen
Systems des basalen Vorderhirns, die mit dem Anti-TrkA-MNAC13-Antikörper erhalten
wurden, sehr viel stärker
waren.
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Isolierung einer rekombinanten
funktionellen Form des mAk MNAC13 mit einer deutlich verminderten
Größe
-
Um
den Bereich der Anwendungen auszudehnen, wurden die variablen Regionen
dieses Antikörpers kloniert
und in einen rekombinanten Antikörper
geringerer Größe eingebaut.
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Die
Klonierung der variablen Regionen monoklonaler Antikörper aus
dem korrespondierenden Hybridom kann kompliziert sein, was zur Klonierung
artifizieller variabler Regionen führen kann. Daher verwendete der
Autor die Technik nach Winter et al. (1994). Die variablen schweren
(VH) und leichten (VL) Regionen des MNAC13-Antikörpers wurden durch PCR, ausgehend
von einer von Hybridom-mRNA
abgeleiteten cDNA, unter Verwendung von Maus-IgG-spezifischen Oligonukleotid-Primern
bzw. -Startern amplifiziert. Die variablen Regionen wurden durch
PCR zu Einzelketten-Fv (scFv) zusammengesetzt und in den pDNA-Vektor
kloniert, um die Expression von auf der Oberfläche von filamentösen Phagen
klonierten Antikörper-Fragmenten
zu erlauben. ScFv-Fragmente stellen ein biotechnologisches Derivat
des originären
Antikörpers
dar (Bird et al., 1988) und bestehen aus den variablen Regionen
der leichten und schweren Kette, verbunden mit einem Verknüpfungs-Peptid,
welches den C-Terminus der VL-Region mit dem N-Terminus der VH-Region verbindet. Die Nukleotid-Sequenz
des ScMNAC13-spezifischen
Fragments ist in der SEQ ID Nr. 1 gezeigt. Die Aminosäuresequenz
ist in der SEQ ID Nr. 2 gezeigt, in welcher die VL-Region von AA.
23 bis AA. 134, die VH-Region von AA. 152 bis AA. 276 reicht.
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Es
sind in jeder Kette drei CDRs (die Komplementarität des Antikörpers bestimmende
Regionen) vorhanden und insbesondere:
VL CDR1 AA. 46–55 von
SEQ ID Nr. 2;
VL CDR2 AA. 71–77 von SEQ ID Nr. 2;
VL
CDR3 AA. 110–1119
von SEQ ID Nr. 2;
VH CDR1 AA. 176–185 von SEQ ID Nr. 2;
VH
CDR2 AA. 200–216
von SEQ ID Nr. 2;
VH CDR3 AA. 249–262 von SEQ ID Nr. 2.
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Die
Sequenz der leichten und schweren variablen Regionen des Antikörpers MNAC13
wurde mit denjenigen des Antikörpers,
der in der Patentanmeldung PCT Nr. WO97121732 beschrieben ist, wie
in den Tabellen 1 und 2 gezeigt, verglichen.
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Tabelle
1 Gegenüberstellung
der schweren Ketten von 5C3 und MNAC13
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Tabelle
2 Gegenüberstellung
der schweren Ketten von 5C3 und MNAC13
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Die
mittels PCR zusammengesetzten ScFV-Fragmente wurden auf den filamentösen Phagen
als Fusion mit dem Phagenprotein p3 expremiert. Eine Minibibliothek
von Phagenpartikeln wurde mit Hilfe eines ELISA-Tests auf Phagen
unter Verwendung des TrkA-Immunadhesins als Festphasen-Antigen durchmustert.
Dies führte
zur Isolierung von positiven Phagen, welche auf ihrer Oberfläche die
ScFv-Version des parentalen MNAC13-Antikörpers expremieren (scFvMNAC13).
Die Bindungseigenschaften dieses Phagen sowie diejenigen des von
diesem Phagen abgeleiteten löslichen
scFv-Fragments wurden mit Hilfe eines Kompetitions-ELISA-Tests (7) charakterisiert. Das
TrkA-Immunadhesin wurde an die feste Phase gekoppelt und mit MNAC13-expremierenden
Phagenpartikeln (7A),
mit löslichem
ScFvMNAC13-Antikörper
(7B) oder mit dem parentalen
MNAC13-Antikörper (7C) in Gegenwart ansteigender
Mengen des konkurrierenden löslichen
TrkA-Immunadhesins inkubiert. Die Ergebnisse bestätigen, dass
die ScFv-Version
des monoklonalen Antikörpers
sowohl auf dem Phagen als auch von E. coli sekretiert TrkA genauso
wirksam wie der parentale monoklonale Antikörper bindet.
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Die
biologische Aktivität
von cFVMNAC13 wurde auf PC12-Zellen getestet. Die Zellen wurden
für eine Woche
mit 50 ng/ml NGF inkubiert, wonach sie in Gegenwart von NGF und
dem ScFVMNAC13-Antikörper-Fragment
wieder ausplattiert wurden. Wie in der 8 gezeigt, inhibiert das ScFVMNAC13-Fragment drastisch
die Extension von Neuriten aus PC12-Zellen, was bestätigt, dass
im rekombinanten Einzelketten-Fv des MNAC13-Antikörpers die
neutralisierenden Eigenschaften des parentalen Antikörpers erhalten
bleiben. Die kleine Größe dieses
Einzelpolypeptid-Antikörpers erweitert
den Bereich der Anwendungen des Antikörpers der Erfindung, erleichtert
seine Abgabe und die Expression innerhalb des Nervengewebes.
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Nocizeptionstest
-
Der
Antikörper
MNAC13 wurde in einem Nocizeptionstest mittels des „Tests
mit heißer
Platte" zur Bestimmung
der Schmerzempfindlichkeit verwendet. Das Experiment wurde gemäß McMahon
et al. (1995) unter Verwendung des Antikörpers MNAC13 als Immunadhesin
durchgeführt.
Der Antikörper
wurde subkutan in die hintere Pfote einer adulten Ratte über eine
Zeitspanne von drei Wochen oder über
eine osmotische Minipumpe infundiert. Die Nocizeptions-Sensititivät wurde über Intervalle
unter Verwendung des Test mit heißer Platte (Eddy und Leimbach,
1953) bestimmt, welcher die Hyperalgesie-Situationen nach Entzündung oder
teilweiser Beschädigung
des Nervs simuliert. Der nociceptive Stimulus induziert in solchem
Fall eine Antwort bzw. Reaktion (Lecken der Pfote und/oder Hüpfen), was
eine integrierte Koordination erfordert, die höherwertiger ist als ein simpler
Reflex. Gemäß dem Test
wird das Tier auf einen Stift mit einer auf die gewünschte Temperatur
(gewöhnlicherweise
auf 56°)
erhitzten Platte als Basis gesetzt. Die Latenzzeit zwischen zwei
Reaktionen (Lecken der Pfote und Hüpfen) wird in Kontrolltieren
(mit nicht-relevantem Antikörper
behandelt) und in denjenigen gemessen, die mit dem Anti-TrkA-Antikörper behandelt
wurden. Das Ergebnis des Experiments demonstrierte das Auftreten
einer bemerkenswerten Hypoalgesie, wie es durch einen deutlichen
Anstieg der Latenzzeit in der mit MNAC13-behandelten Gruppe gezeigt
wird.
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