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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Durchmustern von Verbindungen,
die die Aktivität
von Integrinen, genauer Integrinen der αβ7-Unterfamilie, modulieren.
Die Erfindung basiert stärker
bevorzugt auf der SPA-Technologie, die Verbindungen, die Integrine
der αβ7-Unterfamilie,
spezifischer die Aktivität
von α4β7- oder αEβ7-Integrin,
modulieren, durchmustert. Die Erfindung schließt außerdem Zusammensetzungen, Produkte
und Kits zur Verwendung beim Durchführen der obenstehenden Verfahren,
sowie die durch die Verfahren identifizierten Verbindungen und ihre
Verwendungen ein.
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Hintergrund
der Erfindung
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Integrine
sind eine Familie von Transmembranadhäsionsmolekülen, beteiligt an Zell-Zell- und Zell-extracelluläre Matrix-Kommunikationen.
Integrine umfassen verschiedene Familien von heterodimeren Molekülen, die
eine α-
und eine β-Untereinheit umfassen,
die nicht covalent auf der Zelloberfläche exprimiert sind (Wardlaw,
Drugs of the Future, 1999, 24(3), 279). Die β7-Integrin-Untereinheit kann
zwei α-Ketten, α4 und αE, paaren,
und wird hauptsächlich auf
Lymphozyten exprimiert. Als ein α4-Heterodimer bindet
sie an das mucosale Adressinzelladhäsionsmolekül („mucosal adressin cell adhesion
molecule") MADCAM-1
und vermittelt selektive Rekrutierung von Gedächtnis-T- und -B-Zellen an
gastrointestinale Mucosa und Darm-assoziiertes Lymphoidgewebe. Als
ein αE-Heterodimer
bindet sie an E-Cadherin und vermittelt Adhäsion von intraepithelialen
T-Lymphozyten an Epithelzellen.
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Die
Expression von MADCAM-1 scheint an Stellen reguliert zu sein, die
mit entzündlicher Darmerkrankung
assoziiert sind (Briskin et al., 1997, AJP 151(1), 97). Die Verabreichung
des monoclonalen Anti-α4β7-Antikörpers an
chronisch kolitische („colotic") Lisztaffen inhibiert
die Rekrutierung verschiedener Leukozytenunterklassen an entzündete Colon
mucosa (Hesterberg et al., 1996, Gastroenterology 111, 1373). Die
Reduktion von Colon-Entzündungaktivität in SCID-Mäusen, rekonstituiert
mit CD45Rbhi CD4+-T-Zellen ist nach Verabreichung von Antikörpern gegen β7- und/oder
gegen MADCAM-1 beobachtet worden (Picarella et al., J. Immunol.
158, 2099). Walsh et al., 1996, Immunology 89, 112–119, schlagen α4β7-abhängiges Binden
von Eosinophilen an VCAM-1 und MADCAM-1-Transfektanten vor. Zusammen
genommen deuten diese Elemente darauf hin, dass α4β7 ein interessantes Ziel für gewisse
inflammatorische Krankheiten, insbesondere entzündliche Darmerkrankungen, darstellt.
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Was αEβ7 betrifft,
so ist dieses Integrin nach unserem Wissen nie als ein Ziel für das Arzneimittel-Screenen
verwendet worden. Jedoch haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung
nun experimentelle Ergebnisse erhalten, die zeigen, dass dieses
Molekül
eine kritische Rolle bei der 7-Zell-Rekrutierung spielen könnte und
außerdem
ein interessantes Ziel („target") für verschiedene
Krankheiten, wie z.B. insbesondere Asthma, darstellt. In dieser
Hinsicht reduziert αE-Defizienz
Luftwegs-Hyperempfindlichkeit in Ag-herausgeforderten Mäusen und
hat ein Anti-αE-Antikörper (M290)
gute Aktivität
in einem Mausmodell von Ovalbumin-induzierter Eosinophilie gezeigt
(unveröffentlichte
Ergebnisse der Erfinder). Ferner kann αEβ7 auch bei empfindlichen Darmerkrankungen
beteiligt sein.
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Dementsprechend
stellen α4β7- und αEβ7-Integrine
ein interessantes Ziel („target") für die Entwicklung
von Arzneimitteln oder pharmakologisch aktiven Verbindungen dar.
Insbesondere Verbindungen, die die Fähigkeit haben, die Aktivität dieser
Integrine zu modulieren, würden
Verbindungen mit hohem Potential für die Behandlung aller Krankheiten, wo
sie beteiligt sind, wie z.B. entzündlichen Krankheiten (z.B.
entzündliche
Darmerkrankung, Multiple Sklerose, Psoriasis, Epidermodysplasia
verruciformis, entzündliche
Arthritis), allergischen Krankheiten (z.B. Dermatitis, T-Helfer-1-bezogene
Krankheiten, chronische obstruktive Lungenkrankheit, Asthma etc.)
und Immunkrankheiten darstellen.
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Die
Verfügbarkeit
von Assays, die geeignet sind, Verbindungen zu durchmustern, die
eine solche Eigenschaft aufweisen, würde folglich von großem Interesse
sein. In dieser Hinsicht sind die gegenwärtigen Integrinassays Adhäsionsassays,
die Liganden-beschichtete Platten verwenden, die mit Zellen, die
Integrin exprimieren, und einer Testverbindung in Kontakt gebracht
werden. Jedoch ist dieser Test nicht für ein Format mit hohem Durchsatz
geeignet und ihm fehlt Sensitivität und/oder Reproduzierbarkeit. Ein
Szintillations-Proximitäts-Assay
(„scintillation proximity
assay") (SPA) ist
für die
Studie von Inhibitoren von α4β1 und VCAM-1-Wechselwirkungen verwendet worden (Doyle
et al., 1996, Int. J. Peptide Protein Res. 47, 427–436). Dementsprechend
ist unseres Wissens nach im Fachgebiet kein effizienter Assay angezeigt
worden, der ein effizientes, verlässliches, sensitives und reproduzierbares
Screenen von Verbindungen erlaubt, die die Aktivität von Integrinen
mit einer β7-Untereinheit
moduliert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung offenbart Zusammensetzungen und Verfahren
für das
Durchmustern von Verbindungen, die Aktivität von α4β7- oder αEβ7-Integrinen modulieren, inhibieren
oder aktivieren, mit Verlässlichkeit
und Wirksamkeit. Die erfindungsgemäßen Verfahren sind einfach,
verlässlich, sensitiv,
praktisch und ökonomisch
und sie erlauben das Durchmustern von Verbindungen auf Basis eines hohen
Durchsatzes. Insbesondere kann die Erfindung verwendet werden, um,
parallel, große
Zahlen an Verbindungen, einschließlich kombinatorischer Bibliotheken
von Verbindungen, zu durchmustern, um Arzneimittelkandidaten oder
-ziele zu identifizieren. Dieser Typ einer Erfindung erlaubt folglich
zum ersten Mal, aktive Verbindungen unter Verwendung von α4β7- oder αEβ7-Integrinen
als Ziele für
Selektion, Verbesserung und/oder Entwicklung therapeutisch aktiver
Produkte zu durchmustern.
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung wohnt spezifischer einem Verfahren zum
Selektieren oder Identifizieren einer Verbindung, die die Aktivität von Integrin α4β7 oder αEβ7 moduliert,
inne. Das Verfahren umfasst stärker
bevorzugt die Identifikation, Selektion, Charakterisierung oder
das Screenen von Verbindungen, die die Aktivität von Integrin α4β7 oder αEβ7 inhibieren.
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Eine
spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung wohnt einem Verfahren
zum Selektieren oder Identifizieren einer Verbindung, die die Aktivität eines α4β7- oder αEβ7-Integrins
moduliert, inhibiert oder aktiviert, inne, wobei das Verfahren umfasst:
- – Kontaktieren
(i) einer markierten Membranpräparation,
die α4β7- oder αEβ7-Integrin umfasst, und
einer Kandidatenverbindung mit (ii) einem Trägermaterial, das α4β7- bzw αEβ7-Integrin über einen
Liganden davon bindet und ein Szintillationsmittel enthält, und
- – Feststellen
der Menge an α4β7- oder αEβ7-Integrin,
das an den Träger
gebunden ist.
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Das
Trägermaterial
kann aus verschiedenen Elementen, wie z.B. Polymeren, Gelen, Glas,
künstlichen
oder organischen Elementen, etc. zusammengesetzt sein oder diese
umfassen. Der Träger
kann weiter funktionalisiert sein und kann in verschiedene Formen,
einschließlich
Kügelchen,
geformt sein. Nachdem das Verfahren vorzugsweise die Szintillations-Proximitäts-Technologie („scintillation
proximity technology")
(SPA) verwendet, umfasst das Trägermaterial
ferner ein Szintillationsmittel, welches beim Binden des markierten
Integrins daran, oder wenn das markierte Integrin-Material in Proximität bzw. Nähe davon
gebracht wird, angeregt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Trägermaterial
ein Szintillationsmittel und ist mit einem Liganden des Integrins
beschichtet, d.h. mit einer Verbindung, die in der Lage ist (spezifisch),
mit dem Integrin oder einem funktionellen Teil davon zu interagieren.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
umfasst das Bestimmen der an das Trägermaterial gebundenen Menge
an Integrin vorzugsweise das Bestimmen des Szintillationssignals
des Trägers.
Stärker
bevorzugt umfasst das Verfahren das Vergleichen der Menge an Integrin,
das an den Träger
in Anwesenheit und in Abwesenheit der Kandidatenverbindung und/oder
in Gegenwart eines blockierenden Antikörpers gebunden ist, und Identifizieren
der Verbindung, die die besagte Menge moduliert. Ferner kann die
Erfindung verwendet werden, um große Mengen an Kandidatenverbindungen,
wie z.B. die gesamte oder Teile von kombinatorische(n) Bibliotheken
an Verbindungen parallel zu durchmustern.
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Die
Erfindung kann zum Selektieren, Identifizieren, Charakterisieren,
Verbessern, Vergleichen, etc.... von Verbindungen verwendet werden,
die die Aktivität
von Integrin α4β7 oder αEβ7 modulieren,
inhibieren oder aktivieren. Genauer ist die Erfindung für das Screenen
bzw. Durchmustern von Inhibitoren von Integrin α4β7 oder αEβ7 geeignet.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einem Kit zur Verwendung
beim Durchmustern von Modulatoren von αEβ7- oder α4β7-Integrin, wobei der Kit eine
markierte Membranpräparation,
die αEβ7- oder α4β7-Integrin
oder einen funktionellen Teil davon umfasst, und/oder ein Trägermaterial
umfasst, wobei das Trägermaterial
einen Liganden umfasst, der αEβ7- oder α4β7-Integrin
oder einen funktionellen Teil davon bindet und ein Szintillationsmittel enthält.
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Legende zu den Zeichnungen
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1:
Schematische Darstellung des SPA-basierten Assays
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Wie
angezeigt, stellt diese Erfindung im Allgemeinen verbesserte Verfahren
zum Durchmustern nach Modulatoren von Integrinen bereit. Diese Verfahren
werden im Allgemeinen SPA-Format und Membranpräparationen verwenden, die das
ausgewählte
Integrin oder funktionelle Teile davon umfassen (siehe 1).
Die Verfahren können
verwendet werden, um Aktivatoren sowie Inhibitoren von Integrinen,
z.B Verbindungen, die das Binden von Integrinen an Liganden davon
steigern oder vermindern, durchzumustern. Vorzugsweise werden Inhibitoren, d.h.
Verbindungen, die die Level an der Wechselwirkung typischerweise
um wenigstens 20%, vorzugsweise um wenigstens 50%, verringern, selektiert.
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Typischerweise
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Selektieren oder
Identifizieren einer Verbindung bereit, die die Aktivität eines α4β7- oder αEβ7-Integrins
moduliert, inhibiert oder aktiviert, wobei das Verfahren umfasst:
- – Kontaktieren
(i) einer markierten Membranpräparation,
die α4β7- oder αEβ7-Integrin umfasst, und
einer Kandidatenverbindung mit (ii) einem Trägermaterial, das α4β7- bzw αEβ7-Integrin
bindet, und ein Szintillationsmittel enthält, und
- – Feststellen
der Menge an α4β7- oder αEβ7-Integrin,
das an den Träger
gebunden ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Menge an Integrin, die in Anwesenheit einer Kandidatenverbindung
an den Träger
gebunden ist, mit der Menge an Integrin verglichen, die in Abwesenheit einer
Kandidatenverbindung und/oder in Gegenwart eines blockierenden Antikörpers an
den Träger
gebunden ist, wobei Verbindungen, die die Menge modulieren, Verbindungen
darstellen, die die Aktivität des
Integrins modulieren.
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Wie
angezeigt, beinhaltet die vorliegende Erfindung vorzugsweise einen
Szintillationsassay, wie z.B. Szintillations-Proximitäts-Assay
(SPA). Szintillations-Proximitäts-Assay(SPA)-Technologie schließt die Verwendung
eines Szintillationsmittel-Trägermaterials
(z.B. Kügelchen)
ein, das ein organisches Szintillationsmittel, wie z.B. Diphenyloxazol
(PPO), enthält.
Assays werden für
gewöhnlich
in wässrigen Puffern
unter Verwendung von Radioisotopen, wie z.B. 3H, 125I, 14C, 35S oder 33P, die
Niedrigenergiestrahlung emittieren, deren Energie in einer wässrigen Umgebung
leicht dissipiert wird, durchgeführt.
Beispielsweise haben die von 3H emittierten
Elektronen eine durchschnittliche Energie von nur 6 keV und haben
eine sehr kurze Weglänge
(–1 ~tm)
in Wasser. Wenn ein Molekül,
das mit einem dieser Isotope markiert ist, an die Oberfläche des
Trägermaterials,
entweder direkt oder über
Wechselwirkung mit einem anderen Molekül, das zuvor an das Trägermaterial gekoppelt
wurde, gebunden ist, wird die emittierte Strahlung das Szintillationsmittel
aktivieren und Licht produzieren. Die Menge an produziertem Licht,
welche proportional ist zu der Menge an markierten Molekülen, die
an das Trägermaterial
gebunden sind, kann bequem mit einem Flüssig-Szintillations(LS)-Zähler („liquid
scintillation counter")
gemessen werden. Wenn das markierte Molekül nicht an das Trägermaterial
angelagert wird, wird seine Strahlungsenergie von dem umgebenden
wässrigen
Lösungsmittel
absorbiert, bevor sie das Trägermaterial erreicht,
und es wird kein Licht produziert. Folglich ergeben gebundene Liganden
ein Szintillationssignal, aber freie Liganden ergeben einen sehr
niedrigen Hintergrund, und der Bedarf nach einem zeitaufwändigen Trennungsschritt,
der für
konventionelle Radioligand-Bindungsassays charakteristisch ist,
wird eliminiert. Die in den Assays erforderlichen Manipulationen
werden auf ein paar einfache Repetierschritte reduziert, die zu
einer besseren Genauigkeit und Reproduzierbarkeit und einem höheren Durchsatz
führen.
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In
einer stärker
bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verfahren die Verwendung von SPA-Kügelchen, beschichtet mit einem
Liganden von Integrin, typischerweise einem endogenen Liganden von
Integrin. Die Beschichtung wird vorzugsweise durch chemische oder
physikalische Wechselwirkung mit den Kügelchen durchgeführt, obwohl
andere Bindungsmittel in Erwägung
gezogen werden können.
Insbesondere kann das Beschichten unter Verwendung von Streptavidin-Kügelchen
und biotinylierten Ligandenmolekülen
durchgeführt
werden.
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Diese
Erfindung stammt von der Selektion und Validierung von Integrinen
als Ziele für
die Entwicklung von Arzneimitteln bei entzündlichen, allergischen und
Immunkrankheiten, sowie von der Selektion effizienter Assaybedingungen,
um solche Arzneimittel zu durchmustern. In dieser Hinsicht zeigt
die Erfindung unerwartet, dass bestimmte SPA-Assayformate, die Membranpräparationen
verwenden, verwendet werden können,
um Verbindungen zu identifizieren, die mit Komplex-Protein-Protein-Wechselwirkungen
zwischen Komplexmolekülen,
wie z.B. heterodimeren Rezeptoren, insbesondere rekombinanten heterodimeren
Rezeptoren, interferieren. Die Erfindung zeigt ferner, dass hoher
Durchsatz möglich ist,
weil 384-Vertiefungs-Plattenformat
mit geringen Volumina verwendet werden kann.
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Das Trägermaterial
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Die
vorliegende Erfindung offenbart nun ein neues Verfahren zum Durchmustern
aktiver Verbindungen unter Verwendung von SPA-Assayformat und Trägermaterial.
Das Trägermaterial
hat die Fähigkeit,
den ausgewählten
Integrinkomplex in im Wesentlichen nativer Konformation, oder funktionelle Teile
davon, zu binden.
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In
dieser Hinsicht kann der Träger,
wenigstens teilweise, aus Silikat, Polyvinyltoluol (PVT), (Poly)acrylamid,
Agarose, Sepharose, Polystyrol, etc. zusammengesetzt sein. Spezifische
Beispiele von Trägermaterial
schließen
PVT oder Silikat-Material, optional mit Liganden, wie z.B. WGA,
Streptavidin, Polylysin, etc. beschichtet, ein. Stärker bevorzugtes Material
umfasst Yttriumsilikat (YtSi) oder PVT, beschichtet oder funktionalisiert,
insbesondere beschichtet mit einem Liganden des Integrins.
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In
einer stärker
bevorzugten Ausführungsform
enthält
der Träger
ein Szintillationsmittel (oder ein organisches Szintillationsmittel).
Das Szintillationsmittel ist vorzugsweise wasserunlöslich und
beim Binden des markierten Integrins an den Träger auf eine höhere Energiestufe
anregbar. Das Szintillationsmittel sollte ausreichend Lichtenergie
produzieren, damit diese unter Verwendung eines geeigneten Geräts (beispielsweise
Szintillationszähler)
nachgewiesen werden kann. Ein typisches Beispiel eines Szintillationsmittels
ist Diphenyloxazol (PPO). Dieses Szintillationsmittel wird durch
Radioisotope, die β-Strahlen
emittieren, angeregt.
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Geeignetes
Trägermaterial
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist im Handel verfügbar, wie
beispielsweise Amersham-Produkte WGA-beschichtete PVT-Kügelchen
(RPNQ0001), PEI-behandelte WGA-PVT-Kügelchen (RPNQ0003), Streptavidin-beschichtete
PVT-Kügelchen (RPNQ0007;
RPNQ0007), Polylysin-beschichtete Yttriumsilicat-Kügelchen
(RPNQ0010), WGA-beschichtete Yttriumsilicat-Kügelchen (RPNQ0011), Streptavidin-beschichtete Yttriumsilicatkügelchen (RPNQ0012)
und RNA-bindende Yttriumsilicat-SPA-Kügelchen
(PRNQ0013).
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Obwohl
das Trägermaterial
verschiedene Formen haben kann, ist es typischerweise in der Form
von Kügelchen
(diesbezüglich
siehe „Proximity News", 39 (Dez. 1998),
1). Es sollte verstanden werden, dass die präzise Form und Zusammensetzung des
Trägermaterials
durch den Fachmann unter Verwendung von üblichem Allgemeinwissen eingestellt werden
kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Trägermaterial
(z.B. die Kügelchen)
an einen (endogenen) Liganden von α4β7- oder αEβ7-Integrin gebunden (oder damit
beschichtet). Der Ausdruck Ligand bezeichnet ein beliebiges Molekül, das die
Fähigkeit
hat, mit dem ausgewählten
Integrin zu interagieren. In einer stärker bevorzugten Ausführungsform
ist der Ligand ein endogener Ligand des Integrins, d.h. eine Verbindung,
von der bekannt ist, dass sie physiologisch mit dem ausgewählten Integrin wechselwirkt.
Tatsächlich
ist es am stärksten
bevorzugt, selektive Ligandenmoleküle, d.h. Moleküle, die vorzugsweise
mit dem gewünschten
Integrin wechselwirken, zu verwenden, und, physiologische Ligandenmoleküle zu verwenden,
um die verlässlichsten Ergebnisse
zu erzielen.
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In
dieser Hinsicht verwendet das Verfahren in einer ersten bevorzugten
Variante Trägermaterial, das
mit MADCAM-1 oder einem funktionellen Teil davon beschichtet ist
(oder daran gebunden ist). MADCAM-1 ist ein endogener Ligand von
Integrin α4β7. Die Nuclein-
und Aminosäuresequenzen
von MADCAM-1 liegen in Genbank, Eingangsnummer MN_007164, vor.
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In
einer zweiten bevorzugten Variante verwendet das Verfahren Trägermaterial,
das mit E-Cadherin oder einem funktionellen Teil davon beschichtet
ist. E-Cadherin ist ein endogener Ligand von Integrin α4β7. Die Nuclein-
und Aminosäuresequenzen
von E-Cadherin liegen in Genbank, Eingangsnummer XM_007840 vor.
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Der
Ausdruck „funktioneller
Teil" bezeichnet eine
beliebige Variante oder ein beliebiges Fragment des Liganden, die/der
die Fähigkeit
behält,
mit dem ausgewählten
Integrin zu interagieren. Insbesondere kann der funktionelle Teil
aus einem Fragment des Liganden bestehen, der die Bindungsstelle
enthält,
und ohne die cytoplasmatische Domäne ist. Der funktionelle Teil
kann außerdem
eine Variante des Liganden umfassen, die eine oder mehrere Aminosäuremodifikation(en)
(z.B. Deletion, Substitution, Mutation und/oder Addition) aufweist,
die nach wie vor die Fähigkeit
aufweist, an das Integrin zu binden. Solche Varianten schließen außerdem na türlich vorkommende
Varianten, wie z.B. Polymorphismen, Spleißformen, Homologe anderer Arten,
etc., ein.
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Der
Ligand kann auf das Trägermaterial durch
unterschiedliche Arten, wie z.B. durch kovalente oder nicht-kovalente
Wechselwirkungen, aufgetragen sein. Vorzugsweise ist der Ligand
kovalent, durch einen chemischen Linker oder Abstandhalter, wie
z.B. Streptavidin/Biotin, aufgetragen.
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Im
Allgemeinen werden 0,05 bis 5 mg Trägermaterial (z.B. beschichtete
Kügelchen)
für jeden Assay
verwendet. Es sollte verstanden werden, dass die genaue Menge an
Trägermaterial,
abhängig
von dem Trägermaterial,
den Mengen an Reagentien, etc. durch den Fachmann angepasst werden
kann.
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Die markierte
Membranpräparation
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Wie
oben angezeigt, setzt diese Erfindung eine markierte Membranpräparation
ein, die das ausgewählte
Integrin umfasst, dessen Aktivität
unter den oben beschriebenen Bedingungen detektiert werden soll.
Die Erfinder zeigten in der Tat, dass das Screenen viel effizienter
und verlässlicher
ist, wenn Membranpräparationen
anstelle von isoliertem oder gereinigtem Integrin-Polypeptid verwendet
werden. Weiterhin haben die Erfinder nun gezeigt, dass Membranpräparationen
beim Screenen verwendet werden können,
um die Wechselwirkung zwischen einem Komplex-Rezeptormolekül und dem
Liganden in einem Format mit hohem Durchsatz zu bewerten.
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Die
Membranpräparation
kann eine gesamte Zelle oder eine Präparation, abgeleitet von einer
gesamten Zelle, umfassend eine Membranfraktion davon, sein, wobei
die Zelle oder Membranfraktion α4β7- oder αEβ7-Integrin
oder einen funktionellen Teil davon umfassen. Die Membranpräparation
kann außerdem
eine künstliche
Membranpräparation,
umfassend das ausgewählte
Integrin, z.B. eine Micelle oder ein Liposom, hergestellt durch
Zusammenmischen von Lipiden und den Integrin-Polypeptiden unter
geeigneten Bedingungen, sein. In einer stärker bevorzugten Ausführungsform
ist die Membranpräparation
ein Zelllysat, hergestellt von einer Zelle, die das ausgewählte Integrin-Polypeptid
oder einen funktionellen Teil davon exprimiert.
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In
einer speziellen Ausführungsform
verwendet das Verfahren eine Membranpräparation, wie z.B. ein Zelllysat
oder eine Zellfraktion, umfassend das Integrin, abgeleitet (oder
erhalten) aus (rekombinanten) Säuger-
oder Bakterienzellen.
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Das
Integrin kann von unterschiedlichem Ursprung sein, wie z.B. Mensch
oder Tier, vorzugsweise Mensch. Das Integrin kann ein natürlich vorkommendes
Integrin, z.B. präpariert
von einer Kultur von Zellen, die das Molekül natürlich herstellen (Gewebekultur,
Zellkultur, etc.), oder ein rekombinantes Molekül, präpariert aus Zellen, die eine
rekombinante Nucleinsäure
enthalten, die selbiges codiert, sein. In dieser Hinsicht kann das
Integrin aus transfizierten Zellen erhalten werden, die eine Nucleinsäure enthalten,
die das Molekül
codiert. Die Nucleinsäuresequenzen,
die ein menschliches Integrin α4β7- und αEβ7-codieren,
sind im Fachgebiet cloniert und beschrieben worden. Beispielsweise
sind diese Sequenzen bei Genbank, unter Eingangs nummern XM_029724;
XP_039011; XP_008508; XM_039011.1; XM_008508.5 verfügbar. Die
Sequenz kann in Zellen unter Verwendung verschiedener Plasmide und/oder
Vektoren, enthaltend verschiedene Promotoren, transfiziert werden,
um das rekombinante Molekül
herzustellen. Das Lysat solcher Zellen (oder andere davon abgeleitete
Präparationen)
kann bei den erfindungsgemäßen Durchmusterungsassays
verwendet werden. Die Zellen können von
unterschiedlichem Ursprung sein, wie z.B. Säugetierursprung, eukaryotischer
Ursprung (z.B. Hefen), prokaryotischer Ursprung (z.B. Bakterien),
vegetativer Ursprung, etc. Gewöhnlich
sind bevorzugte Zellen von Säugetierursprung,
so dass das rekombinante Integrin funktionell ist und gemäß natürlicher Mechanismen
prozessiert wird. Jedoch können nicht-menschliche
Zellen zur weiteren Steigerung der Selektivität des Verfahrens verwendet
werden, d.h., um Zellmembranen zu produzieren, die das ausgewählte menschliche
Integrin und kein anderes menschliches Integrin-Polypeptid exprimieren. In dieser Hinsicht
sind bevorzugte Säugetier-
oder menschliche Zellen Zellen, die im Wesentlichen Integrinmoleküle nicht
natürlich
exprimieren.
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Die
Zellen können
Primärzellen
oder etablierte Zellkulturen sein. Sie können in einem beliebigen geeigneten
Medium kultiviert werden, und dann behandelt werden, um die Integrin-enthaltende Membranpräparation
(Zellextrakte, Fraktionen und dergleichen) zu präparieren. Typischerweise werden
die Zellen physikalischer und/oder chemischer Behandlung unterworfen,
um das Integrin-enthaltende Material herzustellen. In einem typischen
Experiment werden die Zellen enzymatischer und/oder chemischer und/oder
physikalischer Lyse unterworfen, vorzugsweise unter Verwendung von
Tau/Gefrier-Zyklus(en), Ultraschall, etc., entweder allein oder
in verschiedenen Kombinationen. Die Zellextrakte (oder Fraktionen)
werden gesammelt und können
weiter konzentriert, in geeigneten Puffern suspendiert, gereinigt, konditioniert,
etc. werden.
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Typischerweise
umfasst die verwendete Integrin-Membranpräparation ein Zelllysat (oder
Fraktionen oder anderes von Zellen stammendes Material). Die Integrin-Membranpräparation
kann außerdem
(transfizierte) Gesamtzellextrakte umfassen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Membranpräparation
von einer rekombinanten (Säuger-)Zelle
erhalten, die ein α4β7- oder αEβ7-Integrin-Polypeptidmolekül exprimiert,
und noch bevorzugter von einer rekombinanten Zelle, die menschliches α4β7- oder αEβ7-Integrin,
oder einen funktionellen Teil davon, exprimiert. Um eine solche
Membranpräparation
herzustellen, können
verschiedene Zellen, wie z.B. Zellen, die das ausgewählte Integrin natürlich exprimieren,
oder Zellen, die mit einem dasselbe codierenden Nucleinsäuremolekül oder einen funktionellen
Teil davon transduziert sind, verwendet werden. Der Ausdruck funktioneller
Teil ist wie oben für
den Liganden definiert. Tatsächlich
ist es nicht notwendig, dass das exprimierte Integrin identisch
zu dem natürlich
vorkommenden Integrin ist, solange (i) es eine funktionelle Bindungsstelle
beibehält
und (ii) in der Lage ist, mit dem Liganden, der auf Trägermaterial
beschichtet ist, zu interagieren. Entsprechend können dem Integrin cytoplasmatische
Domänen oder
Aminosäuren
fehlen und/oder kann es Aminosäurevariationen
im Vergleich zu den Wildtypmolekülen
enthalten.
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Wie
angezeigt, wird die Membranpräparation markiert,
um Detektion einer Wechselwirkung mit dem beschichteten Trägermaterial
zu erlauben. Die markierte Membranpräparation wird vorzugsweise radiomarkiert.
Radiomarkieren kann unter Verwendung verschiedener Radioisotope,
einschließlich 3H, 125I, 14C, 35S oder 33P, oder 32P durchgeführt werden. Vorzugsweise
sollte das Radioisotop Niedrigenergiestrahlung emittieren, deren
Energie in einer wässrigen
Umgebung leicht dissipiert wird. Tatsächlich ist es erforderlich,
dass ungebundene markierte Membranen es im Wesentlichen verfehlen,
das in dem Trägermaterial
enthaltene Szintillationsmittel zu aktivieren. Die Art des Isotops
kann außerdem,
abhängig von
dem Typ des Szintillationsmittels, ausgewählt werden. Beispielsweise
sollte das Isotop, wo PPO als ein Szintillationsmittel verwendet
wird, vorzugsweise β-Strahlen
emittieren, wie beispielsweise 3H. In einer bevorzugten
Ausführungsform
werden die Membranpräparationen
tritiiert.
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Das
Markieren kann gemäß verschiedener im
Fachgebiet bekannter Techniken, wie z.B. durch Einbauen markierter
Elemente in die Zellmembran (z.B. markierte Aminosäuren, Lipide
etc.) oder durch Kontaktieren der Membranpräparationen mit einer Markierung
(markierter Ligand, etc.), durchgeführt werden. Vorzugsweise werden
die Membranen durch Inkorporation bzw. Einbau markierter Elemente
während
Zellkultur markiert. Noch bevorzugter werden sie durch Einbau markierter
Aminosäuren
markiert. Demgemäß wird,
in einer typischen Ausführungsform,
die Membranpräparation
durch Kultivieren einer Zelle in Gegenwart einer radiomarkierten
Aminosäure
vor dem Präparieren
der Membranpräparation radiomarkiert.
Die markierte Aminosäure
kann beispielsweise Methionin, welches in die meisten Polypeptide
eingebaut wird, sein, weil sie von dem Start-ATG-Codon codiert wird.
Es sollte verstanden werden, dass andere markierte Aminosäuren verwendet
werden können.
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Die
Menge an für
den Assay verwendeter markierter Membranpräparation kann durch den Fachmann
eingestellt werden. In einem typischen Experiment werden zwischen
1 × 104 bis 5 × 108 cpm/ml radiomarkierter Membranpräparation
für jede Assayreaktion
verwendet, noch stärker
bevorzugt zwischen 1 × 105 bis 5 × 107 cpm/ml. In einem typischen Experiment werden
zwischen 1 × 106 bis 5 × 106 cpm/ml verwendet.
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Die Assaybedingungen
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Der
Assay kann in einem beliebigen geeigneten Träger oder Gerät, einschließlich Platte,
Röhrchen,
Kolben und dergleichen, durchgeführt
werden. Im Allgemeinen wird das Inkontaktbringen in Viel-Vertiefungsplatten
durchgeführt,
die erlauben, dass mehrere Assays parallel durchgeführt werden. Typische
Träger
bzw. Haltevorrichtungen schließen Mikrotiterplatten,
insbesondere die 96-Vertiefungs- oder 384-Vertiefungs- und Mikrotiterplattenformate mit
höherem
Durchsatz ein, welche leicht handhabbar und mit gewöhnlicher
Anregung leicht zu beleuchten sind. Andere Formate, einschließlich größerer Mikrotiterplatten
oder Nanotechnologien, können auch
verwendet werden.
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Abhängig von
dem Träger
und der Testverbindung können
in dem Assay variierende Mengen an Reagentien verwendet werden.
Typischerweise können
die folgenden Mengen in einem maximalen Endvolumen von 250 μl pro Vertiefung
verteilt werden.
- – 0,05–5 mg/ml Ligand-beschichteter
Kügelchen und
- – 1 × 104 bis 5 × 108 cpm/ml radiomarkierter Membranpräparation.
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Die
Reaktion kann in irgendeinem geeigneten Assaypuffer, umfassend beispielsweise
irgendeine) Puffer, Salzlösung,
wässrige
Lösung,
etc., der/die das Kontaktieren der verschiedenen Reagentien erlaubt
und ihre biologische Aktivität
nicht verändert, durchgeführt werden.
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Es
sollte verstanden werden, dass die jeweiligen genauen Mengen (oder
Konzentrationen) an Reagentien und Testverbindungen durch den Anwender,
abhängig
von dem Verbindungstyp, dem Typ an Integrin, der Länge des
Inkubationszeitraums, etc. eingestellt werden kann. Ferner können, falls
notwendig, die Reagentien in Gegenwart zusätzlicher Mittel vermischt werden,
um die Durchführung
des Assays zu verbessern.
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Das
Kontaktieren in Schritt (i) kann bis zu 6 Stunden lang, typischerweise
weniger als 4 Stunden lang, andauern. Tatsächlich werden die verschiedenen
Reagentien vorzugsweise über
einen Zeitraum inkubiert, der ausreichend ist, um das Auftreten
einer Wechselwirkung zu erlauben. Abhängig von den Assays dauert
dieser Zeitraum für
gewöhnlich
weniger als etwa 3 Stunden. In einem typischen Experiment wird das
Vermischen etwa 1 Stunde lang oder weniger durchgeführt. Der
Träger
kann etwa 10 Minuten bis einige Stunden lang zugegeben werden. Typischerweise
wird das Reaktionsgemisch während
der ersten 5–30
Minuten geschüttelt
und das Gemisch weitere 15–100
Minuten lang oder länger
stehengelassen.
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Die
Menge oder Quantität
von an den Träger gebundenem
Integrin kann auf verschiedene Weisen als ein Hinweis auf die Aktivität der Kandidatenverbindung
bewertet werden. Im Allgemeinen wird sie durch Szintillationszählen unter
Verwendung gewöhnlicher
Vorrichtungen bewertet. Insbesondere können die Zählereignisse direkt in dem
Reaktionsgemisch, ohne Bedarf an irgendeinem Trennungsschritt, gemessen
werden. Alternativ kann das trägergebundene
Lipid unter Verwendung anderer konventioneller Techniken, wie z.B.
Chromatographie, Immunoassay, etc., detektiert oder quantifiziert
werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung schließt
ein Verfahren zum Selektieren oder Identifizieren einer Verbindung
ein, die die Aktivität von
Integrin α4β7 moduliert,
das umfasst:
- – Kontaktieren, in Anwesenheit
oder Abwesenheit einer Kandidatenverbindung, (i) einer markierten Membranpräparation,
die α4β7-Integrin
oder einen funktionellen Teil davon umfasst, mit (ii) einem Trägermaterial,
beschichtet mit MADCAM-1 oder einem funktionellen Teil davon, das/der
selektiv in der Membranfraktion enthaltenes α4β7 bindet, wobei das Trägermaterial
ein Szintillationsmittel umfasst, und
- – Feststellen
des Effekts der Kandidatenverbindung auf die Aktivität von Integrin α4β7 durch Vergleichen
des Szintillationssignals in Anwesenheit und Abwesenheit der Kandidatenverbindung und/oder
in Gegenwart eines blockierenden Antikörpers, wobei Verbindungen,
die das Szintillationssignal modulieren, Verbindungen darstellen, die
die Aktivität
modulieren.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform dieser
Erfindung liegt in einem Verfahren zum Selektieren oder Identifizieren
einer Verbindung, die die Aktivität von Integrin αEβ7 moduliert,
das umfasst:
- – Kontaktieren, in Anwesenheit
oder Abwesenheit einer Kandidatenverbindung, (i) einer markierten Membranpräparation,
die αEβ7-Integrin
oder einen funktionellen Teil davon umfasst, mit (ii) einem Trägermaterial,
beschichtet mit E-Cadherin oder einem funktionellen Teil davon,
das/der selektiv in der Membranpräparation enthaltenes αEβ7 bindet,
wobei das Trägermaterial
ein Szintillationsmittel umfasst, und
- – Feststellen
des Effekts der Kandidatenverbindung auf die Aktivität von Integrin αEβ7 durch Vergleichen
des Szintillationssignals in Anwesenheit und Abwesenheit der Kandidatenverbindung und/oder
in Gegenwart eines blockierenden Antikörpers, wobei Verbindungen,
die das Szintillationssignal modulieren, Verbindungen darstellen, die
die Aktivität
modulieren.
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Die
obigen Verfahren sind vorzugsweise auf das Identifizieren oder Screenen
bzw. Durchmustern von Integrin-Inhibitoren gerichtet.
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Die Test-(oder Kandidaten-)Verbindung(en)
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Die
Testverbindung kann irgendein Produkt in isolierter Form oder in
Mischung mit irgendeinem anderen Material (z.B. (einem) beliebigen
anderen Produkt(en)) sein. Die Verbindung kann hinsichtlich Struktur
und/oder Zusammensetzung definiert sein, oder sie kann undefiniert
sein. Beispielsweise kann die Verbindung ein isoliertes und strukturell
definiertes Produkt, ein isoliertes Produkt unbekannter Struktur,
eine Mischung verschiedener bekannter und charakterisierter Produkte
oder eine undefinierte Zusammensetzung, umfassend ein oder mehrere Produkte,
sein. Beispiele solcher undefinierter Zusammensetzungen schließen beispielsweise
Gewebeproben, biologische Flüssigkeiten,
Zellextrakte, vegetative Präparationen,
etc. ein. Die Testverbindung kann ein beliebiges organisches oder
anorganisches Produkt, einschließlich eines Polypeptids (oder
eines Proteins oder Peptids), einer Nucleinsäure, eines Lipids, eines Polysaccharids,
eines chemischen Produkts oder eine beliebige Mischung oder beliebige
Derivate davon sein. Die Verbindungen können natürlichen Ursprungs und synthetischen
Ursprungs sein und schließen
die Bibliotheken an Verbindungen ein.
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Wie
untenstehend weiter diskutiert werden wird, ist die vorliegende
Erfindung insbesondere auf das Screenen bzw. Durchmustern großer Anzahlen an
Verbindungen, wie z.B. kombinatorischer Bibliotheken von Verbindungen,
adaptiert. Tatsächlich stellt
die vorliegende Erfin dung Zusammensetzungen und Verfahren bereit,
die effizientes und einfaches Screenen mehrerer Verbindungen in
kurzen Zeiträumen
erlauben. Insbesondere können
die vorliegenden Verfahren teilweise automatisiert werden, wodurch
effizientes und gleichzeitiges Screenen großer Sets an Verbindungen erlaubt
wird.
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Im
Allgemeinen ist die Aktivität
der Testverbindungen) unbekannt, und das Verfahren dieser Erfindung
wird verwendet, um Verbindungen zu identifizieren, die die ausgewählte Eigenschaft
aufweisen (z.B. Integrinmodulatoren). Jedoch kann das Verfahren
bei bestimmten Gelegenheiten, wo die Aktivität (oder der Typ an Aktivität) der Testverbindungen)
bekannt ist oder erwartet wird, verwendet werden, um diese Aktivität (hinsichtlich
Spezifität,
Wirksamkeit, etc.) weiter zu charakterisieren und/oder um diese Aktivität durch
das Untersuchen von Derivaten dieser Testverbindungen zu optimieren.
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Die
Erfindung schließt
außerdem
Kits für Verwendung
beim Durchmustern von Modulatoren von α4β7- oder αEβ7-Integrin ein, wobei der Kit
eine markierte Membranpräparation,
die α4β7- oder αEβ7-Integrin
oder einen funktionellen Teil davon und/oder ein Trägermaterial
umfasst, wobei das Trägermaterial α4β7- oder αEβ7-Integrin
oder einen funktionellen Teil davon bindet und ein Szintillationsmittel
enthält.
Der Kit kann ferner die Reagentien und/oder Protokolle für SPA-Technologie,
wie z.B. Puffer etc., einschließen.
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BEISPIELE
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1. αEβ7-SPA-Assay
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1.1. Material:
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Transfektanten
der menschlichen chronischen myelogenen Leukämie-Zelllinie K562, die αEβ7 exprimieren,
und Proteine, wie z.B. E-Cadherin-Fc-Fusionsprotein, waren wie in
Brenner et al. offenbart (Molecular basis for Leukocyte Integrin αEβ7 Adhesion
to Epithelial (E)-Cadherin, „Structure-Function
analysis of integrin β7subunit).
Diese können
gemäß bekannter
Techniken hergestellt werden. Biotinylierung von (E)-Cadherin wurde
gemäß klassischer Protokolle
durchgeführt
(vgl.: Amersham proximiry news: Biotinylation techniques...). Wachstumsmedium
einschließlich
aller Zusätze
wurden von LifeTech (Paris, Frankreich) erworben [3H]Methionin
(TRK583, 85 Ci/mmol) und Streptavidin SPA-Kügelchen (RPNQ0007) wurden von
Amersham (Paris, Frankreich) erworben.
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1.2. Kultur
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K562
werden in einem RPMI 1640-Medium mit L-Glutamin (Life Tech #21875-0.34),
Fetal Clone I 10%, zusätzlichem
L-Glu 2 mM, Pen/Strep 100×, Geniticin
550 mg/l, Hygromycin B 550 mg/l kultiviert. Zellen werden alle 2–3 Tage
gesplittet. Wir resuspendieren gewöhnlich bei 0,4 Millionen/ml
in COSTAR 150 cm2-Flaschen (standing down).
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1.3. Membrantritiierung
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Die
menschliche Zelllinie K562 (50·106 Zellen/100 ml) werden 18 h lang in einem
Methionin-freien RPMI 1640 (LifeTech #11876-026) mit 10% FBS in Gegenwart
von 80 μCi
[3H]Methionin (Amersham #TRK583, 85 Ci/mmol)
kultiviert. Zellen werden zweimal mit 25 ml PBS gewaschen, bei 1500
UpM 10 Minuten lang abzentrifugiert und in 10 ml eines hypotonen
Lysepuffers (20 mM Hepes, 20 mM CaCl2, 20 mM
NaCl und 25 μg/ml
Aprotinin) für
50·106 Zellen resuspendiert und bei –80°C gehalten.
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1.4. Szintillations-Proximitäts-Assay
-
Streptavidin-SPA-Kügelchen
werden mit Biot-E-Cadherin (5 μg/mg
Kügelchen)
30 Minuten lang bei Raumtemperatur in Assaypuffer (HBSS (Gibco, 14025-076),
0,5 mM Mn2+ (MnCl2),
25 mM HEPES, pen/strep [1×],
CompleteTM EDTA-free (Proteaseinhibitor):
eine Tablette/50 ml Assaypuffer (Boehringer Mannheim #1873580),
15% Glycerin) vermischt, 5 Minuten lang bei 3000 UpM abzentrifugiert
und in dem Assaypuffer zu 70 μg/100 μl/Vertiefung
resuspendiert.
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Der
Szintillations-Proximitäts-Assay
wird bei Raumtemperatur in Assaypuffer durchgeführt. Jeder Assay wird in einem
Reaktionsvolumen von 200 μl, enthaltend
0,7 mg/ml beschichtete SPA-Kügelchen und
2,3·106 cpm/ml tritiierte Membranen durchgeführt. Nicht-spezifisches
Signal wird in Gegenwart einer hohen Konzentration von blockierendem
Antikörper
bestimmt. Die Mikrotiterplatten werden 45 Minuten lang auf einem
Rundschüttler
inkubiert und in einem Wallac MicrobetaTM Szintillationszähler gezählt.
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1.5. Ergebnisse
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Das
Durchmustern verschiedener Bibliotheken ist abgeschlossen. Mehrere
chemische Einheiten sind ausgewählt
worden und auf ihre Fähigkeit hin,
Integrinaktivität
zu inhibieren, bestätigt
worden.
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2. α4β7-SPA-Assay
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2.1. Material
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- Zellen, die α4β7 exprimieren:
RPMI18866.
- Ligand: MADCAM-Fc-Fusionsprotein
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Biotinylierung
von MADCAM-Fc-Fusionsprotein wurde gemäß klassischem Protokoll durchgeführt (vgl.:
Amersham proximity news: Biotinylation techniques...).
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Wachstumsmedium
einschließlich
aller Zusätze
wurde von LifeTech (Paris, Frankreich) erworben. [3H]Methionin
(TRK583, 85 Ci/mmol) und Streptavidin-SPA-Kügelchen (RPNQ0007) wurden von Amersham
(Paris, Frankreich) erworben.
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2.2. Kultur
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RPMI
8866 werden in einem RPMI 1640-Medium mit L-Glutamin (LifeTech #21875-0.34), Gentamycin
0,1 mg/ml, FBS 10%, kultiviert. Zellen werden alle 2–3 Tage
gesplittet. Wir resuspendieren gewöhnlich bei 0,4 Millionen/ml
Konzentration.
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2.3. Membrantritiierung
-
Die
menschliche Zelllinie RPMI 8866 (25·106 Zellen/50
ml) wird 18 h lang in einem Methionin-freien RPMI 1640 (LifeTech
#11876-026) und 10% FBS, Gentamycin in Gegenwart 80 μCi [3H]Methionin kultiviert. Zellen werden zweimal
mit 25 ml PBS gewaschen, bei 1500 UpM 10 Minuten lang abzentrifugiert, in
10 ml eines hypotonen Lysepuffers (20 mM Hepes, 2 mM CaCl2, 20 mM NaCl und 20 μg/ml Aprotinin) für 50·106 Zellen resuspendiert und bei –80°C gehalten.
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2.4. Szintillations-Proximitäts-Assay
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Streptavidin-SPA-Kügelchen
werden mit biot-MADCAM (12 μg/mg
Kügelchen)
30 Minuten lang bei Raumtemperatur in Assaypuffer (HBSS, 0,5 mM Mn2+ (MnCl2), 25 mM
HEPES, pen/strep [1×],
Complete TM EDTA-free (Proteaseinhibitor): eine Tablette/50 ml Assaypuffer
(Boehringer Mannheim #1873580), 15% Glycerin) vermischt, bei 3000
UpM 5 Minuten lang abzentrifugiert und in dem Assaypuffer zu 70 μg/100 μl/Vertiefung
resuspendiert.
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Der
Szintillations-Proximitäts-Assay
wird bei Raumtemperatur in Assaypuffer durchgeführt. Jeder Assay wird in einem
Reaktionsvolumen von 200 μl, enthaltend
0,7 mg/ml beschichtete SPA-Kügelchen und
1,25 106 cpm/ml tritiierte Membranen durchgeführt. Nicht-spezifisches Signal
wird in Gegenwart einer hohen Konzentration an blockierendem Antikörper bestimmt.
Die Mikrotiterplatten werden 45 Minuten lang bei Raumtemperatur
auf einem Rundschüttler
inkubiert und in einem Wallac MicrobetaTM-Szintillationszähler gezählt.
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Als
Ergebnis ist gemäß der vorangehenden Beispiele
ein α4β7-SPA-Test
eingerichtet worden, der tritiiertes α4β7 und MADCAM-1-Kügelchen
verwendet. Dieser Test ist sehr robust, sowohl auf 96- und 384-Vertiefungs-Format,
und erlaubt uns, Bibliotheken von Verbindungen rasch zu durchmustern, um
Inhibitoren der MADCAM-1-Bindungstasche mit ausgezeichneter Sensitivität auszusortieren.
Dieser Test erfordert keine gereinigten Integrine, sondern wird
stattdessen unter Verwendung von Rohextrakten von (transient transfizierten)
Zellen betrieben. Unseres Wissens nach ist dies bisher der erste
beschriebene, effiziente Assay für
Integrine mit einer β7-Untereinheit,
was neue Möglichkeiten
für die
Entwicklung von aktiven Molekülen
eröffnet.
So isolierte oder erhaltene aktive Moleküle können als Arzneimittelkandidaten
verwendet werden oder in weitere Optimierungsprogramme eingeschaltet
werden, um orientierte Bibliotheken zu entwerfen oder weitere chemische
Modifikationen einzuführen.