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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen neuen calciumabhängigen Prothrombinaktivator,
der aus Schlangengift stammt.
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Stand der
Technik
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Im
Körper
zirkuliert das Blut in einem gewissen Gleichgewicht zwischen dem
Koagulationssystem und dem fibrinolytischen System.
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In
der zweiten Phase der Blutverklumpung wird Prothrombin (Faktor II),
welches einer der Blutkoagulationsfaktoren ist, durch Einwirkung
von Thromboplastin (Faktor III) in Gegenwart von Calciumionen (Ca2+-Ionen: Faktor IV) umgewandelt. In der
dritten Phase wird durch Thrombin auf Fibrinogen (Faktor I) eingewirkt und
in Fibrinfäden
verwandelt, wodurch die Blutverklumpung vollendet wird.
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Eine
Antikoagulationstherapie wird an Patienten verabreicht, die an ischämischen
Herzerkrankungen leiden oder an Patienten mit einer Herzklappenprothese
verabreicht, wobei die Prothrombinzeit zur Überwachung der Therapie gemessen
wird. Die Messung der Prothrombinzeit wird durch das Messen der
Dauer durchgeführt,
die für
die Koagulation durch Zugabe von Thromboplastin benötigt wird,
welches eine exogene Substanz ist, die eine Blutverklumpung verursacht,
zu einer Probe, wodurch die extrinsische Koagulations-Wirkungs-Aktivität studiert
werden kann. Dieses Verfahren wird für die Gesamtmessung der extrinsischen
Koagulationsfaktoren (Faktoren I, II, V, VII und X) verwendet.
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Das
als Reaktionsmittel für
die obige Messung verwendete Thromboplastin wird aus einem Organ-extrahierten
Phospholipid hergestellt, so dass es sich hinsichtlich der Empfindlichkeit
je nach Produkten oder Batches unterscheidet. Der Messwert reflektiert
daher nicht akkurat die Menge an Koagulationsfaktoren in der Probe,
was dazu neigt, die Häufigkeit
einer Hämorrhagie
zu erhöhen,
die durch eine übermäßige Verabreichung
eines oralen Antikoagulationsmittels verursacht wird, und zu einem
ernsthaften klinischen Problem geworden ist (Polier L. "Progress in standardization
in anticoagulant control",
Hematol. Rev. 1, 225–241
(1987); Latallo ZS, Thomson JM und Polier L, "An evaluation of chromogenic substrates
in the control of oral anticoagulant therapy", Br. J. Haematol, 47, 307–318 (1981);
Poller L. und Taberner DA, "Dosage
and control of oral anticoagulants", An international survey, Br. J. Haematol.
51, 479–485
(1982)).
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, das oben beschriebene Problem
durch das Auffinden neuer Prothrombinaktivatoren, das Anwenden hiervon
auf Messungen des Prothrombins im Blut zu überwinden und dadurch ein Reaktionsmittel
für eine
genaue Messung bereitzustellen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung liegt darin, das Reaktionsmittel in thrombinabhängigen Erkrankungen
anzuwenden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Prothrombinaktivatoren,
die bis heute aus Schlangengift abgetrennt wurden oder identifiziert
wurden, können
in drei Typen klassifiziert werden (Rosing, J. und Tans, G., Toxicon,
30, 1515–1527
(1992)). Enzyme, die zur Gruppe 1 gehören, sind Metalloproteasen,
deren Wirkung auf Prothrombin von jeglichem Plasma oder exogenen
Cofaktoren unabhängig
ist. Solche, die zur Gruppe 2 gehören, sind Gla-haltige, Faktor
Xa-artige Serinproteasen, die Faktor Va, Phospholipide und Calcium2+-Ionen benötigen. Solche, die zur Gruppe
3 gehören, sind
Hybridenzyme, die Faktor Xa-artige katalytische Untereinheiten und
Faktor Va-artige regulatorische und Faktor V-artige regulatorische
Untereinheiten umfassen und ähnlich
denen, die zur Gruppe 2 gehören,
Phospholipide und Calcium2+-Ionen benötigen.
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Es
ist weitgehend bekannt (T. Morita et al., Methods Enzymol., 80,
303–311,
1981), dass Metalloproteasen, die Prothrombin aktivieren, im Gift
von Echis carinatus vorhanden sind. Die vorstelligen Erfinder haben zahlreiche
Vorrichtungen für
Testbedingungen gefunden. Unter diesen Bedingungen haben die Erfinder
Prothrombinaktivatoren im Gift von Echis carinatus gescreent und
es geschafft, zwei calciumabhängige
Prothrombinaktivatoren zu isolieren, die von Metalloproteasen wie
beispielsweise Ecarin, welche heutzutage bekannt sind, verschieden
sind. Diese zwei Aktivatoren wurden als Carinaktivase-1 und Carinaktivase-2
bezeichnet (welche nachfolgend als "CA-1" und "CA-2" abgekürzt werden).
Als Ergebnis der Untersuchung ihrer Wirkung ist herausgefunden worden,
dass obwohl Ecarin, welches ein Enzym ist, das heute bekannt ist,
mit PIVKA-II reagiert (einem abnormalen Blutkoagulationsfaktor (Protein,
das durch Vitamin K-Abwesenheit oder Antagonisten induziert wird)
des Faktors II (Prothrombin)) und mit normalem Prothrombin, die
Aktivatoren der vorliegenden Erfindung nicht mit PIVKA-II reagieren,
sondern nur mit normalem Prothrombin, was zur Vollendung der vorliegenden
Erfindung geführt
hat.
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Die
vorliegende Erfindung stellt deswegen einen Prothrombinaktivator
bereit, der aus Schlangengift stammt, welcher ein calciumabhängiger Protease-Typ
ist, und genauer gesagt einen Prothrombinaktivator bereitstellt,
welcher eine Metalloprotease ist. Der Aktivator umfasst nach SDS-PAGE-Analyse drei Polypeptidketten,
die aus einer schweren Kette mit einem Molekulargewicht von ungefähr 62.000
oder ungefähr
60.000 und zwei leichten Ketten mit einem Molekulargewicht von ungefähr 17.000
und ungefähr
14.000 zusammengesetzt sind.
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Der
erfindungsgemäße Aktivator
ist durch die Extraktion aus Schlangengift erhältlich. Unter Verwendung des
Giftes von beispielsweise Echis carinatus als Schlangengift kann
ein Prothrombinaktivator der vorliegenden Erfindung, der eine calciumabhängige Protease
ist, erhalten werden.
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Zusätzlich sind
CA-1 und CA-2 im Hinblick auf die molekulare Größe und die enzymologischen
Eigenschaften fast identisch. Was die N-terminale Aminosäuresequenz
der schweren Kette von CA-1 angeht, wird die schwere Kette mit einem
Molekulargewicht von ungefähr
62.000 durch die Sequenz dargestellt, die in der Sequenz Nr. 1 beschrieben
ist, d. h. durch Ser Arg Lys Gln Lys Phe Asp Lys Lys Phe Ile Lys
Leu Val Ile Val Val Asp His Ser Met Val Xaa Lys Xaa Asn Asn Asp
Leu Ile, während
die schwere Kette mit einem Molekulargewicht von ungefähr 60.000
durch die Sequenz dargestellt wird, die in der Sequenz Nr. 2 beschrieben
ist, d. h. Lys Gln Lys Phe Asp Lys Lys Phe Ile Lys Leu Val Ile Val
Val Asp His Ser Met Val Xaa Lys Xaa Asn Asn Asp Leu Ile Ala Ile.
Die N-terminale Aminosäuresequenz
der leichten Ketten von CA-1 wird durch die Sequenz dargestellt, die
in der Sequenz Nr. 3 beschrieben ist, d. h. Asp Cys Leu Pro Gly
Trp Ser Ser His Glu Gly His Cys Tyr Lys Val Phe Asn Gln Glu Met
Tyr Trp Ala Asp Ala Glu Lys Phe Cys und durch die Sequenz, beschrieben
in Sequenz Nr. 4, d. h. Asp Cys Leu Pro Asp Trp Phe His Tyr Glu
Gly His Cys Tyr Arg Val Phe Asp Glu Pro Lys Lys Trp Ala Asp Ala
Glu Lys Phe Cys. In einem weiteren Aspekt sind CA-1 und CA-2 fast
identisch im Hinblick auf die molekulare Größe und enzymologischen Eigenschaften,
und die N-terminalen Aminosäuresequenzen
der schweren Kette und der leichten Ketten von CA-1 werden durch
die Sequenz dargestellt, die in der Sequenz Nr. 5 beschrieben ist,
d. h. Ser Arg Lys Gln Lys, die Sequenz, die in der Sequenz Nr. 6
beschrieben ist, d. h. Asp Cys Leu Pro Asp und die Sequenz, die
in der Sequenz Nr. 7 beschrieben ist, d. h. Asp Cys Leu Pro Gly
in dieser Reihenfolge.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend spezifischer beschrieben.
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Die
Reinigung des Aktivators der vorliegenden Erfindung aus Schlangengift
wie beispielsweise dem Gift von Echis carinatus kann durch ein gewöhnliches
Reinigungsverfahren für
Proteine durchgeführt
werden, z. B. Ionenaustauschchromatografie, Affinitätschromatografie,
Gelfiltrationschromatografie, Absorptionschromatografie, Umkehrphasenchromatografie
oder Partitionschromatografie.
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Der
Calcium benötigende
Prothrombinaktivator der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise
durch Reinigen des Schlangengiftes mit Hilfe der Gelfiltrationschromatografie
auf Superdex, Affinitätschromatografie auf
Blue Sepharose, und dann der Chromatografie auf einem stark basischen
Harz, wie beispielsweise Q-Sepharose erhalten werden.
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Insbesondere
kann der calciumabhängige
Prothrombinaktivator der vorliegenden Erfindung leicht unter Verwendung
von Blue Sepharose aufgetrennt und gereinigt werden, die durch das
Immobilisieren von Civachron blue F3GA auf Sepharose erhalten wird.
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Die
Aktivität
der Prothrombinaktivierung von Fraktionen, die in den entsprechenden
Reinigungsschritten erhalten werden, und das gereinigte Zielprodukt
kann in Übereinstimmung
mit dem Verfahren von Morita et al. (T. Morita et al., Methods Enzymol.,
80, 303–311
(1981)) gemessen werden.
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Nachdem
menschliches Prothrombin als Substrat mit einer Probe umgesetzt
wird, kann die Menge an erhaltenem Thrombin unter Verwendung eines
synthetischen Substrats gemessen werden. Der erfindungsgemäße Prothrombinaktivator
kann durch Messung im Vorhandensein von Calcium2+-Ionen
leicht von bekanntem unterschieden werden, z. B. in Gegenwart von
3 mmol Calcium2+-Ionen, oder in Abwesenheit
von Calcium2+-Ionen.
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Die
N-terminale Aminosäuresequenz
eines Peptids wurde mit einem Sequenzierer in einer per se im Fachgebiet
bekannten Weise analysiert.
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Der
erfindungsgemäße Aktivator
kann als Reaktionsmittel zum Messen der Prothrombinmenge in einer
Probe eines menschlichen lebenden Körpers verwendet werden, da
es nicht mit PIVKA-II reagiert.
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Für das obengenannte
Ziel wird die Probe des lebenden Körpers mit einem Aktivator der
vorliegenden Erfindung umgesetzt, und dann wird die Menge des erhaltenen
Thrombins gemessen. Zur Messung der Thrombinmenge kann ein Verfahren,
das in dem Fachgebiet per se bekannt ist, verwendet werden, z. B.
die Verwendung eines synthetischen Substrats oder die Messung der
Blutkoagulationsdauer.
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Das
Reagenz zum Messen von Prothrombin in der Probe des menschlichen
Körpers,
welches mit der vorliegenden Erfindung zusammenhängt, kann durch eine heute
bekannte Methode hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Reaktionsmittel
durch Mischadsorption von Plasma, das frei ist von Koagulationsfaktoren, die
gemessen werden sollen, einer optimalen Menge an Calcium und eines
Prothrombinaktivators der vorliegenden Erfindung, der aus Schlangengift
stammt, hergestellt werden.
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Der
erfindungsgemäße Prothrombinaktivator
kann durch Trennung und Reinigung eines natürlich vorkommenden Prothrombinaktivators
hergestellt werden, der aus Schlangengift stammt. Es ist auch möglich, den
Aktivator auf bekannte Weise durch chemische Synthese oder durch
die Gen-Rekombinationstechnik zu erhalten. Die vorliegende Erfindung
umfasst auch die in einem oder mehrerer Teilen davon substituierten,
depletierten, insertierten oder modifizierten Sequenzen oder sogar
einen Teil der Aminosäuresequenz,
solange sie eine Wirkung aufweist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
ein Elutionsmuster von 100 mg des Gifts von Echis carinatus leucogaster
als Ergebnis der Chromatografie auf einer Säule mit Superdex 200 pg dar;
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2 stellt
ein Elutionsmuster der aktiven Fraktion, die in 1 erhalten
wurde, als Ergebnis der Chromatografie auf einer Säule mit
Blue Sepharose CL 6B, wobei Pool 1, Pool 2 und Pool 3 CA-1, CA-2
und dem konventionellen Prothrombinaktivator entsprechen;
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3 stellt
das Elutionsmuster der CA-1 und CA-2-Fraktionen dar, die in 2 als
Ergebnis der Chromatografie auf einer Säule mit Q-Sepharose H. P. erhalten
wurde;
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4 stellt
die SDS-PAGE der Reduktionsmittel der gereinigten Zielprodukte CA-1
und CA-2 dar.
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Die
schwere Kette, leichte Kette 1 und leichte Kette 2 sind gezeigt,
um die Art des molekularen Gewichts zu zeigen; und
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5 stellt
die Prothrombin-akvitierende Wirkung von CA-1 und CA-2 auf die Calciumionenkonzentration
dar.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Beispielen
in Details beschrieben, aber es sollte daran gedacht werden, dass
die vorliegende Erfindung nicht durch diese begrenzt wird.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Verfahren
zur Reinigung des erfindungsgemäßen Aktivators
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Zuerst
werden 100 mg des Gifts von Echis carinatus leucogaster auf einer
Säule (Größe: 1,6 × 60 cm) mit
Superdex 200 pg fraktioniert. In der 1 ist das
Elutionsmuster von 1 ml Aliquoten gezeigt, die unter Verwendung
eines 50 mmol Tris-HCl-Puffers (pH 8,0) bei einer Fließrate von
1 ml/min gesammelt wurden. Die Prothrombin-aktivierende Wirkung
jeder Fraktion wurde gemessen. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass
die Aktivierungsmenge unter Bedingungen größer ist, (durch einen gefüllten Kreis
angegeben) bei denen 3 mmol Ca2+-Ionen vorhanden
sind, als unter Bedingungen (angegeben durch nicht gefüllte Kreise)
wo 3 mmol Ca2+-Ionen nicht vorhanden sind.
Die Aktivität,
die unter Bedingungen, in denen Ca2+-Ionen
nicht vorhanden sind, gezeigt wird, wird durch Ecarin verursacht,
welches ein konventionell bekannter Prothrombinaktivator ist. Das Vorhandensein
eines anderen neuen Aktivators ist deswegen durch die Messung unter
Anwesenheit von Ca2+-Ionen gefunden worden.
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Die
aktiven Fraktionen (Fr. Nr. 30–42)
wurden dann zusammengefügt
und einer Säule
mit Blue Sepharose CL 6B (Größe: 1,0 × 20 cm)
unterworfen. Nach der Elution mit dem ursprünglichen 50 mmol Tris-HCl-Puffer
(pH 8,0) wurde eine Elution mit einem Konzentrationsgradienten (100
ml–100
ml) an NaCl in dem gleichen Puffer (0 mol bis 1 mol; 2 ml jeweils)
durchgeführt.
Wie in dem Elutionsmuster gezeigt, und in der Aktivitätsverteilung
in der 2, wurden 3 Peaks an Aktivität erkannt: Pool 3 (Fr. Nr.
60–70)
war Ecarin, das heute bekannt ist, während Pool 1 (Fr. Nr. 8–17) und
Pool 2 (Fr. Nr. 35–44)
in Gegenwart von Ca2+-Ionen eine starke
Aktivität aufwiesen,
welche als Carinaktivase-1 (CA-1) und Carinactivase-2 (CA-2) bezeichnet
wurden.
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Die
so erhaltenen Pool 1 und Pool 2 wurden dann unter Verwendung einer
Q-Sepharose H. P.-Säule gereinigt
(Größe: 1,6 × 20 cm).
Die Probe wurde in die gut mit 50 mmol Tris-HCl-Puffer (pH 8,0)
gepufferte Säule
gegeben, gefolgt von einer Elution mit einem Konzentrationsgradienten
an NaCl bis zu 0,4 mol. Das Eluat wurde 2 ml-weise bei einer Fließrate von
1,0 ml/min fraktioniert. Als Ergebnis wurde vermutet, dass, wie
in 3 gezeigt, jedes der CA-1 und CA-2 ein reines
Produkt ist, wie aus dem Wirkungsgipfel beurteilt wurde, der mit
dem Elutionspeak übereinstimmt,
und der Peak-Wert ist scharf.
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Beispiel 2
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Untersuchung
der Prothrombinaktivierung
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Die
Prothrombin-aktivierende Wirkung des erfindungsgemäßen Prothrombinaktivators
wurde mit dem folgenden Verfahren untersucht.
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Menschliches
Prothrombin (10 μM/TBS,
enthaltend 5 mmol CaCl2) und eine Probe,
die zu untersuchen war, wurden bei 37°C für 30 Minuten umgesetzt. Zu
dem Reaktionsgemisch wurden 100 mmol EDTA in einer Menge von einem
Zehntel des Reaktionsgemisches hinzugegeben, wodurch die Reaktion
beendet wurde. Die Menge an Thrombin, die erzeugt wurde, wurde durch
das Messen der Aktivität
des erhaltenen Thrombins mit VPR-pNA (Boc-Val-Pro-Arg-p-Nitroanilid) als
Substrat quantifiziert. Spezifischer beschrieben wurden 10 μl 5 mmol
VPR-pNA zu 90 μl
des Reaktionsgemisches hinzugegeben (verdünnt wie erforderlich), dessen
Reaktion bereits vollendet war, und sie wurden bei 37°C umgesetzt.
Die ursprüngliche
Geschwindigkeit der p-Nitroanilinfreisetzung wurde durch das Überwachen
bei 405 nm mit einem kinetischen Plattenlesegerät (hergestellt von Seikagaku
Kogyo Co., Ltd.) überwacht.
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Beispiel 3
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Bestimmung des Molekulargemichts
und der N-terminalen Aminosäuresequenzen
von CA-1 und CA-2
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Unter
reduzierenden Bedingungen wurden CA-1 und CA-2, die im Beispiel
1 erhalten wurden, mit SDS-PAGE analysiert. Wie in 4 gezeigt,
wurde bestätigt,
dass jedes hiervon aus drei Peptiden besteht, d. h., einer Komponente
(schwere Kette) mit einem Molekulargewicht von ungefähr 62.000
oder ungefähr
60.000 und Komponenten (leichten Ketten) mit Molekulargewichten
von ungefähr
17.000 und ungefähr
14.000, und dass die leichten Ketten durch eine Disulfidbindung
verbunden sind.
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Es
ist vermutet worden, dass die Bindung zwischen der schweren Kette
und den leichten Ketten nicht kovalente Bindungen sind. Als Ergebnis
von Analysen der N-terminalen Aminosäuresequenz jeder Komponente
von CA-1 mit Hilfe eines Peptidsequenziergerätes ist gefunden worden, dass
die schwere Kette eine Sequenz hat, die in der Sequenz Nr. 1, 2
oder 5 beschrieben ist, und die leichte Kette eine Sequenz hat,
die in der Sequenz Nr. 3, 4, 6 oder 7 beschrieben ist.
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Beispiel 4
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Ca2+-Ionen
benötigende
Eigenschaft von CA-1 und CA-2
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Die
Ca2+-Ionen benötigende Eigenschaft der gereinigten
Zielprodukte CA-1 und CA-2 bei der Ausübung der Aktivität wurde
bestätigt.
Die Ergebnisse werden in 5 gezeigt.
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Wie
in 5 gezeigt, wurde bestätigt, dass sie ihre Aktivität nur ausüben, wenn
Ca2+-Ionen vorhanden sind. Zusätzlich haben
sie die Eigenschaft, dass sie nur mit normalem Prothrombin reagieren,
aber nicht mit PIVKA-II reagieren.
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Beispiel 5
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Messung der
Blutverklumpungsfähigkeit
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Die
Blutverklumpungsfähigkeit
von jeweils CA-1 und Ecarin wurde untersucht.
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Ein
Teil (50 μl)
an Plasma, das zu untersuchen war, wurde mit 50 μl Prothrombin-freiem Plasma
(hergestellt von George King Inc.) gemischt und wurde bei 37°C für 2 Minuten
inkubiert. Die Verklumpungsreaktion wurde durch die Zugabe eines
Teils des Gemischs aus Aktivator/Ca2+ (enthaltend
(i) 1 nmol Faktor Xa plus 1 mg/ml Phospholipide [Phosphatidylcholin/Phosphatidylserin;
3 : 1, w/w] oder (ii) 100 nmol CA-1, gelöst in TBS, enthaltend 15 mmol
CaCl2 oder (iii) 100 nmol Ecarin, gelöst im gleichen
TBS gestartet, welche bei 37°C äquilibriert
worden sind. Die Zeit, die für
die Verklumpungsbildung benötigt
wurde, wurde in einem Amelung-Koagulometer KC4A gemessen. Die Menge
an Prothrombin in der Probe wurde durch Bezugnahme auf eine Standardkurve
bestimmt, die mit normalem Plasma hergestellt worden ist; der Logarithmus
der Verklumpungszeit wurde gegen den Logarithmus der Menge an Prothrombin
aufgetragen. Die Konzentrationen an Aktivatoren wurden eingestellt,
um eine Verklumpungszeit von 10 bis 15 s mit normalem Plasma zu
ergeben.
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Als
Ergebnis ist herausgefunden worden, dass Ecarin nicht nur mit normalem
Prothrombin reagiert, sondern auch mit endogenem Blutverklümpungsinhibitor
(PIVKA), während
CA-1 mit normalem Prothrombin, ähnlich
wie Faktor Xa reagiert, aber keine Reaktion mit PIVKA zeigt.
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