ES2232196T3 - Inhibidor de la serin proteasa. - Google Patents

Inhibidor de la serin proteasa.

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ES2232196T3
ES2232196T3 ES99962602T ES99962602T ES2232196T3 ES 2232196 T3 ES2232196 T3 ES 2232196T3 ES 99962602 T ES99962602 T ES 99962602T ES 99962602 T ES99962602 T ES 99962602T ES 2232196 T3 ES2232196 T3 ES 2232196T3
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Paul Douglas Scotti
Sally Caroline Dearing
David Roger Greenwood
Richard David Newcomb
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Abstract

Proteína aislada que tiene un peso molecular de aproximadamente 55 kDa y una secuencia de aminoácidos que incluye una o más de las siguientes: (a) SEQ ID No. 1; (b) SEQ ID No. 2; (c) SEQ ID No. 3; (d) SEQ ID No. 4; (e) SEQ ID No. 5; o un fragmento activo de las mismas.

Description

Inhibidor de la serin proteasa.
Esta invención se refiere a una proteína y composiciones que la contienen. Más particularmente, se refiere a una proteína que, entre otras cosas, muestra actividad como agente de unión de cationes metálicos y como agente antitrombina.
Antecedentes
La trombina es una serin proteasa involucrada en la coagulación sanguínea. Tiene especificidad para la escisión de enlaces arginina-lisina, así como la escisión de un enlace arginina-treonina en la protrombina, liberando pretrombina que posteriormente se escinde para producir trombina activa. Esta trombina activa puede liberar entonces más trombina a partir de protrombina. En la formación de trombos y la coagulación sanguínea, la trombina escinde el fibrinopéptido B del fibrinógeno, así como también convierte los factores sanguíneos IX en IXa, V en Va, VIII en VIIIa y XIII en XIIIa.
Por tanto, los inhibidores de la trombina inhiben la coagulación y tienen aplicación en cualquier procedimiento en el que no se desee la coagulación. Una aplicación tal es en la recogida y el almacenamiento de productos sanguíneos. Otra es en medicamentos para prevenir o reducir la coagulación, por ejemplo, en el tratamiento o la prevención de disfunciones cardiacas.
Se conocen agentes antitrombina. Un ejemplo es la antitrombina III (AT-III). Sin embargo, la AT-III sólo puede inhibir eficazmente la trombina en presencia de heparina.
Los solicitantes han identificado ahora una proteína novedosa que tiene una variedad de actividades, incluyendo actividad antitrombina, y que cuando es activa frente a la trombina no requiere heparina como cofactor. Esta invención se refiere en líneas generales a esta proteína.
Sumario de la invención
En un primer aspecto, la presente invención proporciona una proteína aislada que tiene un peso molecular de aproximadamente 55 kDa y una secuencia de aminoácidos que incluye una o más de las siguientes:
(a)
DGEQCNDGQN (SEQ ID NO. 1);
(b)
QGGHEVESERVACCVIGRA (SEQ ID NO. 2);
(c)
GQSHPEIVH (SEQ ID NO. 3);
(d)
YHGHDDA (SEQ ID NO. 4);
(e)
VVNEVHH (SEQ ID NO. 5);
o un fragmento activo de las mismas.
En un aspecto adicional, la invención proporciona una proteína aislada que comprende la secuencia de aminoácidos de:
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(Secuencia pasa a página siguiente)
1
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o un fragmento activo de las mismas.
En un aspecto adicional todavía, la invención proporciona una proteína aislada que puede obtenerse a partir de la hemolinfa de Perna canaliculus que tiene un peso molecular aparente de 75 kDa determinado mediante PAGE (electroforesis en gel de poliacrilamida) y que tiene actividad como un inhibidor de la serin proteasa y/o un agente de unión de cationes divalentes, o un fragmento activo de los mismos.
De manera conveniente, dicha proteína o fragmento tiene actividad como:
(i) un inhibidor de la serin proteasa; o
(ii) un agente de unión de cationes divalentes.
La invención proporciona además una proteína que puede obtenerse a partir de Perna canaliculus o un molusco distinto a Perna canaliculus y es una variante funcionalmente equivalente de una proteína o fragmento tal como se describió anteriormente, porque da reacción cruzada inmunológicamente con una proteína o fragmento, tal como se describió anteriormente, y tiene al menos la misma actividad como inhibidor de la serin proteasa y/o de unión de cationes divalentes como una proteína o fragmento tal como se describió anteriormente.
En otro aspecto, la invención proporciona un polinucleótido que codifica para una proteína o fragmento tal como se definió anteriormente.
El polinucleótido puede comprender la secuencia de nucleótidos de
2
o una variante de la misma.
La invención también proporciona un polinucleótido que tiene la secuencia de nucleótidos de SEQ ID NO. 8, así como un polinucleótido que se hibrida en condiciones rigurosas con un polinucleótido tal como se definió anteriormente.
Todavía más, la presente invención proporciona un vector o constructo que incluye un polinucleótido tal como se definió anteriormente, así como una célula huésped que expresa un polinucleótido tal como se definió anteriormente.
En otro aspecto, la invención proporciona una composición que comprende una proteína o fragmento tal como se definió anteriormente.
La composición puede ser un medicamento, un alimento, un complemento dietético (que incluye opcionalmente la proteína o fragmento asociado con o unido a al menos un catión divalente de importancia en la dieta, tal como calcio, magnesio o zinc) o un agente de biorremediación.
Descripción de los dibujos
Aunque la presente invención es en términos generales tal como se definió anteriormente, también incluye realizaciones, de las cuales, la siguiente descripción proporciona ejemplos. En particular, se obtendrá una mejor comprensión de la presente invención mediante la referencia a los dibujos adjuntos, en los que
Figura 1: Purificación de pernín de hemolinfa de mejillón.
a)
banda de dispersión de la luz tras centrifugación de hemolinfa de P. canaliculus en CsCl; la hemolinfa se centrifugó en primer lugar a baja velocidad para eliminar los hemocitos y luego a alta velocidad; el sedimento resuspendido se centrifugó después en CsCl.
b)
Perfil de absorción UV (longitud de onda de 254 nm) del fraccionamiento del gradiente de CsCl; el material que dispersa la luz aparece como un pico en la figura 1a.
c)
Composición proteica en fracciones de 1 ml de un gradiente de CsCl tras electroforesis en un gel de poliacrilamida al 12%; las bandas fuertemente teñidas (Coomassie) coinciden con la posición de las regiones de dispersión de luz y absorción UV del gradiente; el peso molecular fue de aproximadamente 75 kDa comparado con los patrones polipeptídicos de peso molecular (carril 6) (véase la figura 4a para los patrones). Los carriles 1-5 y 7-9 contenían muestras del gradiente de CsCl.
Figura 2: Partículas similares a virus observadas mediante microscopía electrónica de transmisión de material en la banda de dispersión de la luz en un gradiente de CsCl. La barra en la micrografía representa 100 nm.
Figura 3: Perfil de elución de HPLC de pernín a una longitud de onda de 280 nm, purificado mediante centrifugación con gradiente de CsCl.
Figura 4: perfiles de SDS-PAGE (geles al 12%) de especies de proteína de agregación procedentes de P. canaliculus y otras especies de molusco.
a)
Proteínas extraídas de un molusco completo y purificadas tal como se describe en Materials and Methods: carril 1: patrones de peso molecular (Bio-Rad, EE.UU.): pb fosforilasa B, 97,4 kDa; bsa albúmina de suero bovino, 66 kDa; ova ovoalbúmina, 45 kDa; ca anhidrasa carbónica, 31 kDa; carril 2: mejillón Greenshell^{MR} (de concha verde) P. canaliculus; carril 3: mejillón azul Mytilis edulis; carril 4: ostra Crassostrea gigas; carril 5: pipis Paphies australis.
b)
Análisis mediante PAGE de transferrina humana (Sigma, EE.UU., PM aproximadamente 80 kDa), una proteína glicosilada, y pernín de P. canaliculus tras tratamiento con endoglicosidasa F: carril 1: transferrina no tratada; carril 2: transferrina tratada con glicosidasa F; carril 3: pernín no tratado; carril 4: pernín tratado con glicosidasa F.
Figura 5: Actividad de la proteína de hemolinfa de P. canaliculus tras centrifugación en un filtro de exclusión por peso molecular de 30 kDa, durante 10 minutos a 1000 g (filtro Ultrafree-MC, exclusión de PM de 30.000, Millipore, EE.UU.).
a)
Perfil de SDS-PAGE de la proteína de hemolinfa en diversas fases de purificación. Carril 1: hemolinfa "bruta" (hemocitos eliminados); carril 2: sedimento resuspendido tras ultracentrifugación de hemolinfa "bruta" durante 80 minutos a 250.000 g; carril 3: retenido de pernín; carril 4: filtrado (sin proteínas evidentes); carril 5: marcadores de peso molecular, (véase la figura 4a); carriles 6, 7: diluciones de 10 veces de las muestras de los carriles 2 y 3.
b)
Actividad antitrombina del retenido y filtrado del filtro de exclusión de PM de 30.000.
con+ = la dilución 1/41 patrón de plasma humano (es decir, actividad antitrombina III patrón);
con- = trombina sin plasma añadido (control de tampón);
filtrado: material que pasó a través del filtro de exclusión de PM de 30.000;
retenido: proteína pernín retenida por el filtro de exclusión.
Descripción de la invención
Tal como se ha expuesto en términos generales anteriormente, en un aspecto la presente invención proporciona una proteína novedosa. La proteína de la invención tiene un peso molecular aparente de 75 kDa, calculado mediante electroforesis en gel de poliacrilamida (PAGE). El peso molecular deducido a partir de la secuencia génica es de aproximadamente 55 kDa.
Inicialmente, se identificó una proteína específica de la invención como un extracto procedente del mejillón de labio verde de Nueva Zelanda P. canaliculus. Por tanto, puede obtenerse mediante extracción directamente de P. canaliculus.
Esta proteína tiene la secuencia de aminoácidos de SEQ ID NO. 7.
La proteína de la invención puede incluir su secuencia de aminoácidos nativa completa o puede incluir sólo partes de esa secuencia, en las que tales partes constituyen fragmentos que siguen siendo biológicamente activos (fragmentos activos). Tal actividad normalmente será como un inhibidor de la serin proteasa o un agente de unión de cationes divalentes, pero no se limita a estas actividades.
La invención también incluye dentro de su alcance variantes funcionalmente equivalentes de la proteína de SEQ ID NO. 7.
La frase "variantes funcionalmente equivalentes" reconoce que es posible variar los aminoácidos de una proteína, mientras se mantiene una funcionalidad sustancialmente equivalente. Por ejemplo, una proteína puede considerarse un equivalente funcional de otra proteína, para una función específica, si el péptido equivalente da reacción cruzada inmunológicamente con y tiene al menos sustancialmente la misma función que la proteína original.
No es necesario que la proteína funcionalmente equivalente sea del mismo tamaño que la original. El equivalente puede ser, por ejemplo, un fragmento de la proteína, una fusión de la proteína con otra proteína o soporte, o una fusión de un fragmento con aminoácidos adicionales. También es posible sustituir aminoácidos en una secuencia con aminoácidos equivalentes, utilizando técnicas convencionales. Grupos de aminoácidos para los que normalmente se mantiene que son equivalentes son:
a) Ala, Ser, Thr, Pro, Gly;
b) Asn, Asp, Glu, Gln;
c) His, Arg, Lys;
d) Met, Leu, Ile, Val; y
e) Phe, Tyr, Trp.
Pueden alinearse secuencias polipeptídicas y puede determinarse el porcentaje de aminoácidos idénticos en una región especificada frente a otra secuencia, utilizando algoritmos informáticos que están a disposición del público. Puede examinarse la similitud de secuencias polipeptídicas utilizando el algoritmo BLASTP. El software BLASTP está disponible en el servidor FTP anónimo del NCBI (National Center for Biotechnology Information, Centro Nacional de Información sobre Biotecnología) (ftp://ncbi.nlm.nih.gov) en /blast/executables/. El uso de la familia BLAST de algoritmos, incluyendo BLASTP, se describe en el sitio web del NCBI en la URL http://www.ncbi.nml.nih.gov/BLAST/newblast.
html y en la publicación de Altschul, Stephen F., y col. (1997), "Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs", Nucleic Acid Res. 25:3389-34023.
La proteína de la invención junto con sus fragmentos activos y otras variantes pueden generarse por medios sintéticos o recombinantes. Los polipéptidos sintéticos que tienen menos de aproximadamente 100 aminoácidos, y generalmente menos de aproximadamente 50 aminoácidos, pueden generarse mediante técnicas bien conocidas para los expertos ordinarios en la técnica. Por ejemplo, tales péptidos pueden sintetizarse utilizando cualquiera de las técnicas en fase sólida disponibles comercialmente, tales como el método de síntesis en fase sólida de Merryfield, en el que se añaden consecutivamente aminoácidos a una cadena de aminoácidos en crecimiento (véase Merryfield, J. Am. Chem. Soc. 85:2146-2149 (1963)). Se dispone comercialmente de equipo para la síntesis automática de péptidos de proveedores tales como Perkin Elmer / Applied Biosystems, Inc. y puede hacerse funcionar según las instrucciones del fabricante.
La proteína, o un fragmento o variante de la misma, también puede producirse de manera recombinante insertando una secuencia de polinucleótido (normalmente ADN) que codifica para la proteína en un vector de expresión y expresando la proteína en un huésped adecuado. Puede emplearse cualquiera de una variedad de vectores de expresión conocidos para los expertos ordinarios en la técnica. La expresión se consigue en cualquier célula huésped apropiada que se haya transformado o transfectado con un vector de expresión que contiene una molécula de ADN que codifica para la proteína recombinante. Células huésped adecuadas incluyen células procariotas, de levaduras y eucariotas superiores. Preferiblemente, las células huésped empleadas son E. coli, levaduras o una línea celular de mamífero, tal como COS o CHO, o una línea celular de insecto, tal como SF9, utilizando un vector de expresión de baculovirus. La secuencia de ADN expresada en esta materia puede codificar para la proteína que se produce de manera natural, fragmentos de la proteína que se produce de manera natural o variantes de la
misma.
Las secuencias de ADN que codifican para la proteína o fragmentos pueden obtenerse mediante el rastreo ("screening") de una biblioteca de ADN genómico o ADNc de P. canaliculus apropiada para detectar secuencias de ADN que se hibriden con oligonucleótidos degenerados derivados de secuencias parciales de aminoácidos de la proteína. Pueden diseñarse oligonucleótidos degenerados adecuados y sintetizarse mediante técnicas habituales y el rastreo puede realizarse tal como se describe, por ejemplo, en Maniatis y col. Molecular Cloning - A Laboratory Manual, Cold Spring Harbour Laboratories, Cold Spring Harbour, NY (1989). Puede emplearse la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para aislar una sonda de ácido nucleico del ADN genómico, un biblioteca de ADN genómico o ADNc. Entonces, puede realizarse el rastreo de la biblioteca utilizando la sonda aislada.
Pueden prepararse variantes de la proteína utilizando técnicas de mutagénesis habituales tales como mutagénesis específica del sitio dirigida por el oligonucleótido.
Un polinucleótido específico de la invención tiene la secuencia de nucleótidos de SEQ ID NO. 6, tal como sigue:
3
Un polinucleótido adicional tiene la secuencia SEQ ID NO. 8, tal como sigue:
4
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siendo TGA el codón de terminación ópalo y AATAAA la señal de poliadenilación.
Las variantes u homólogos de las secuencias de polinucleótidos anteriores también forman parte de la presente invención. Las secuencias de polinucleótidos pueden alinearse y, puede determinarse el porcentaje de nucleótidos idénticos en una región especificada frente a otra secuencia, utilizando algoritmos informáticos que están a disposición del público. Dos algoritmos a modo de ejemplo para alinear e identificar la similitud de secuencias de polinucleótidos son los algoritmos BLASTN y FASTA. El software BLASTN está disponible en el servidor FTP anónimo del NCBI (ftp://ncbi.nlm.nih.gov) en /blast/executables/. Se prefiere el algoritmo BLASTN versión 2.0.4 [24-feb-1998], fijado en los parámetros por defecto descritos en la documentación y distribuidos con el algoritmo, para su uso en la determinación de variantes según la presente invención. El uso de la familia BLAST de algoritmos, incluyendo BLASTN, se describe en el sitio web del NCBI en la URL http://www.ncbi.nml.nih.gov/BLAST/newblast.html y en la publicación de Altschul, Stephen F., et al. (1997), "Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs", Nucleic Acid Res. 25:3389-3402. El algoritmo informático FASTA está disponible en Internet en el sitio ftp ftp://ftp.virginia.edu.pub/fasta/. La versión 2.0u4, de febrero de 1996, fijada en los parámetros por defecto descritos en la documentación y distribuidos con el algoritmo, se prefiere para su uso en la determinación de variantes según la presente invención. El uso del algoritmo FASTA se describe en W R Pearson y D.J. Lipman, "Improved Tools for Biological Sequence Analysis", Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:2444-2448 (1988) y W.R. Pearson, "Rapid and Sensitive Sequence Comparison with FASTP and FASTA", Methods in Enzymology 183:63-98 (1990).
Todas las secuencias identificadas como anteriormente se califican como "variantes", tal como se utiliza este término en el presente documento.
Las secuencias de polinucleótidos variantes generalmente se hibridarán con la secuencia de polinucleótido citada en condiciones rigurosas. Tal como se utiliza en el presente documento, "condiciones rigurosas" se refiere al lavado previo con una disolución de 6X SSC, 0,2% de SDS, hibridación a 65ºC, 6X SSC, 0,2% de SDS durante la noche; seguido por dos lavados de 30 minutos cada uno con 1X SSC, 0,1% de SDS a 65ºC y dos lavados de 30 minutos cada uno con 0,2X SSC, 0,1% de SDS a 65ºC. Tales secuencias que pueden hibridarse incluyen aquellas que codifican para la proteína equivalente de orígenes distintos (tales como moluscos) a P. canaliculus.
Aunque pueden adoptarse los enfoques sintéticos o recombinantes anteriores para producir la proteína de la invención, sin embargo, es factible, y de hecho se prefiere en el presente documento, obtener la proteína mediante su aislamiento de P. canaliculus. Esto refleja el hallazgo de los solicitantes de que la proteína es la proteína predominante de la hemolinfa de P. canaliculus y también que la proteína es de autoagregación. Por tanto, puede aislarse en cantidades comercialmente significativas directamente desde el propio mejillón. Por ejemplo, pueden obtenerse aproximadamente 2 mg de la proteína por ml de hemolinfa.
Una vez obtenida, la proteína se purifica rápidamente, si se desea. Esto supondrá generalmente centrifugación, en la que es importante la naturaleza de autoagregación de la proteína. Sin embargo, también pueden seguirse otros enfoques de purificación (por ejemplo, cromatografía).
Además, si se ve como deseable, pueden emplearse etapas adicionales de purificación utilizando enfoques que son habituales en esta técnica. Estos enfoques pueden suministrar, por completo, una preparación sumamente pura de la proteína.
Una vez obtenida, la proteína y/o sus fragmentos activos pueden formularse en una composición. Por ejemplo, la composición puede ser una composición terapéutica para su aplicación como producto farmacéutico, o puede ser un complemento dietético o para la salud. De nuevo, pueden adoptarse los enfoques habituales para formular tales composiciones.
Todavía más, la composición puede ser un alimento en el que se incluye la proteína y/o sus fragmentos activos. Esto puede producirse añadiendo la proteína a un producto alimenticio preparado previamente o incorporando la proteína en una etapa del proceso de fabricación del alimento.
Ahora se describirá la invención más detalladamente en la siguiente sección experimental, que se facilita sólo con fines ilustrativos.
Experimental
Sección 1
A. Materiales y métodos
A.1. Moluscos: se obtuvieron Perna caniculus (el mejillón de labio verde de Nueva Zelanda; el mejillón
Greenshell^{MR}) en tiendas de supermercados al por menor o directamente de criadores de mejillón; se obtuvieron otras especies de molusco de tiendas al por menor excepto para el mejillón azul Mytilis edulis que fue suministrado por Sandford's Fisheries (Havelock, Nueva Zelanda).
A.2. Extractos: Se prepararon extractos de mejillón homogeneizando mejillones con concha, enteros (hasta 120 mm de longitud) en un procesador de alimentos comercial con la adición de tampón fosfato de sodio 0,02 M, pH 7,2. Se mezcló diclorometano (volumen de 1/2) con el extracto acuoso, se centrifugó a baja velocidad (6000 rpm, rotor GSA, centrífuga Sorvall RG-5B a 4ºC). Se añadió polietilenglicol (PEG) (PM de 6000) a la fase acuosa hasta una concentración final del 10% (p/v) y NaCl hasta 0,5 M y se agitó a 4-6ºC durante la noche. Tras la centrifugación a baja velocidad, el precipitado con PEG se resuspendió en aproximadamente un volumen de 1/10 de tampón fosfato de sodio. Tras otro ciclo de centrifugación a baja velocidad, el sobrenadante se centrifugó a alta velocidad (50.000 rpm en un rotor Beckman 60Ti a 4ºC durante 60-80 minutos). El sedimento resultante se resuspendió en un pequeño volumen de tampón fosfato y se clarificó mediante centrifugación a baja velocidad.
A.3. Electroforesis en gel de poliacrilamida: Se prepararon geles de poliacrilamida al 12% (8 x 10 cm; 1 mm de espesor) utilizando una disolución madre preparada según las instrucciones del fabricante (disolución 37,5:1 de bis / acrilamida al 40%, Bio-Rad, EE.UU.); también se utilizaron geles al 12% disponibles comercialmente (Bio-Rad, EE.UU.). Se aplicaron las muestras (10 \mul) a los carriles y se corrieron los geles a 160 V utilizando un tampón Tris/glicina/SDS patrón (Bio-Rad, catálogo 161-0732) hasta que el marcador de azul de bromofenol alcanzó la parte inferior del gel. Los geles se tiñeron con BM Fast Stain Coomassie® (Boehringer Mannheim, Alemania) y se destiñeron según las instrucciones de fabricante.
A.4. Prueba de glicosilación: Se trataron las muestras con N-glicosidasa F (PNGasa F de Flavobacterium meningosepticum; Boehringer Mannheim Biochemica, Alemania) según las instrucciones del fabricante. Se corrieron las muestras tratadas y no tratadas en un gel de poliacrilamida al 12% habitual.
A.5. Gradientes isopícnicos: Se prepararon disoluciones de CsCl (Boehringer Mannhein, Alemania) en tampón fosfato de sodio 0,1 M, pH 7,2 y se filtraron a través de una membrana de 0,22 \mum (Acrodisc, Gelman Sciences, EE.UU.) para clarificarlas. Se prepararon gradientes de dos etapas (capa superior de 1,25 g/cc que contenía la muestra y capa inferior de 1,45 g/cc) tal como describe Scotti (1985) y se centrifugó durante aproximadamente 17 horas a 20ºC, en un rotor Beckman 70Ti a 30.000 rpm. El gradiente resultante se fraccionó insertando un tubo capilar de vidrio de 100 \mul en el gradiente y sacando lentamente el contenido. Se monitorizó la absorbancia UV haciéndolo pasar a través de un espectrofotómetro Uvicord (LKB Produkter, Suecia). Se recogieron las fracciones y se midieron los índices de refracción utilizando un refractómetro Abbé (Bellingham y Stanley, RU) y se estimó la densidad utilizando las ecuaciones de regresión según el método de Scotti (1985).
A.6. Cromatografía en vidrio poroso: Se trató vidrio de poro controlado (CPG 240-80, Sigma Chemical Co., EE.UU.) según las instrucciones de los proveedores. Se preparó una columna de 1 cm x 100 cm (Bio-Rad, EE.UU.). Se cargaron muestras (1-2 ml) en la columna y se eluyeron con tampón fosfato de sodio 0,1 M, pH 7,2, a través de un espectrofotómetro Uvicord, recogiéndose las fracciones a intervalos regulares.
A.7. Estimación de la concentración de proteína: Se estimaron las concentraciones utilizando un patrón de albúmina de suero bovino (Blot Qualified BSA, Promega, EE.UU.) mediante absorción UV, según el método de Layne (1957) utilizando la ecuación: proteína mg/ml = 1,55*A_{280} - 0,76*A_{260}. Alternativamente, se estimó la concentración mediante la reacción de Bradford, utilizando el reactivo suministrado por Bio-Rad (EE.UU.) a una longitud de onda de 620 nm.
A.8. Cromatografía líquida de alta resolución: Se realizó una HPLC en fase inversa en un HPLC HP 1050 serie Ti (Hewlett Packard, EE.UU.) dotado con una columna analítica Vydac C-18 de 300 \ring{A}, 25 cm x 4,6 mm de d.i. La muestra de 10 \mul en agua se eluyó con un gradiente de acetonitrilo al 0-100% en agua (v/v) durante 60 minutos y se registró la absorción a 218 y 280 nm.
B. Resultados
Se observó una banda de dispersión de la luz tras la centrifugación de los extractos de mejillones Greenshell^{MR} enteros en gradientes de CsCl (figuras 1a y 1b). Se estimó que la densidad de esta banda era de 1,368 g/cc. A veces, se observó una banda minoritaria a aproximadamente 1,390 g/cc. Al obtener de nuevo bandas en CsCl, la banda a 1,390 produjo dos bandas (una a 1,390 g/cc y una segunda a 1,368 g/cc). El análisis mediante SDS-PAGE de las fracciones de cualquier densidad proporcionó perfiles similares de polipéptidos con una única banda principal. El peso molecular de la proteína se estimó mediante PAGE como de 75.000 (75 kDa) (figura 1c). También se observaron varias bandas minoritarias de peso molecular superior y una banda minoritaria adicional de 45 kDa. La banda principal (denominada pernín) a 75 kDa estuvo siempre en un gran exceso comparado con las bandas minoritarias. Cuando se examinó material del material que dispersa la luz procedente de los gradientes de CsCl mediante microscopía electrónica, se observaron partículas que se parecen a las de pequeños virus de ARN "vacíos" (figura 2). Sin embargo, un barrido de longitudes de onda de UV indicó (datos no mostrados) que estaba presente poca cantidad de ácido nucleico, si había alguna, y que las partículas se componían principalmente de proteína. La HPLC mostró que la banda de CsCl se componía de casi únicamente una única especie de proteína (figura 3). Puesto que la HPLC indicó un alto grado de pureza, se supone que los polipéptidos de peso molecular superior son multímeros de pernín. Es probable que la banda minoritaria de peso molecular inferior sea pernín degragado.
La cromatografía, en una columna CPG 240-80, de extractos semipurificados, o de material del que se obtienen bandas en CsCl, mostró que la mayoría de pernín se eluyó en el volumen de exclusión utilizando tampón fosfato o Tris de baja molaridad como eluyente. Por el contrario, una proteína de tamaño similar, albúmina de suero bovino (68 kDa) se incluyó en la matriz de la columna. Por tanto, parece que el pernín no se agrega a estructuras similares a partículas, grandes en ciertas condiciones, tal como se sospecha a partir de las partículas observadas en la figura 2. La HPLC confirmó que el pernín procedente de P. canaliculus obtenido mediante cromatografía CPG (de permeación en gel) estaba sumamente purificado. La especie de proteína de agregación también se detectó en los extractos de otros moluscos: el mejillón azul Mytilis edulis, la ostra Crassostrea gigas y pipis de Nueva Zelanda Paphies australis, pero no en vieiras Pecten novaezealandiae. Estos polipéptidos eran de peso molecular inferior al pernín (figura 4a). El pernín procedente de P. canaliculus se N-glicosila tal como se muestra por una reducción de su peso molecular, cuando se tratan con endoglicosidasa F antes de PAGE (figura 4b).
El rendimiento de pernín procedente de las extracciones de mejillones enteros fue en promedio de aproximadamente 200 \mug/mejillón. Se obtuvieron rendimientos mejorados de pernín mediante la extracción de hemolinfa directamente de P. canaliculus vivos. Se realizó una pequeña muesca en la concha utilizando una lima triangular y se insertó una aguja de calibre 30 en el músculo aductor posterior. Pudieron extraerse fácilmente de 1 a 5 ml de hemolinfa. La hemolinfa se centrifugó a baja velocidad (\approx 1000 g) para eliminar los hemocitos y el sobrenadante resultante se trató mediante ultracentrifugación, por ejemplo, a 250.000 g durante 40 minutos, seguido por cromatografía CPG eluyendo con tampón fosfato de sodio 0,1 M, pH 7,2, u obtención de bandas isopícnicas en CsCl en tampón fosfato. El pernín obtenido de esta manera no pareció diferente al purificado a partir de mejillones enteros y tenía la ventaja de un aumento de 30 veces en el rendimiento a partir de cada mejillón. La hemolinfa contenía aproximadamente 2 mg/ml (promedio de \approx 5-6 mg/mejillón) de pernín, que es con mucho la especie polipeptídica más predominante (figura 5a). El tiempo para purificar el pernín se redujo desde aproximadamente 5 días hasta 1 día.
Se realizó la microsecuenciación de la región N-terminal y los fragmentos internos generados por la escisión química y enzimática del pernín purificado y generó las siguientes secuencias de fragmentos escindidos:
(a) DGEQCNDGQN
(b) QGGHEVESERVACCVIGRA
(c) GQSHPEIVH
(d) YHGHDDA
(e) VVNEVHH.
Estas secuencias codifican para aminoácidos, tal como sigue:
Código
A
alanina
C
cistina
D
ácido aspártico
E
ácido glutámico
F
fenilalanina
G
glicina
H
histidina
I
isoleucina
K
lisina
L
leucina
M
metionina
N
asparagina
P
prolina
Q
glutamina
R
arginina
S
serina
T
treonina
V
valina
W
triptófano
Y
tirosina
Los datos de secuencia se compararon entonces con las secuencias de aminoácidos en bases de datos informáticas disponibles para la búsqueda. Se encontró que algunas secuencias eran de especial interés:
a) una secuencia de un residuo de 10 aminoácidos del extremo N-terminal de pernín (secuencia (a) anterior) sólo mostró homología con una secuencia de proteína antitrombina de 8 bases procedente de sanguijuelas terrestres (datos de la patente de los EE.UU. 5.455.181, 3 de octubre de 1995: secuencia 10).
Pernín de Perna caniculus 2 GEQCNDGQ 9
aminoácidos que coinciden G+ CNDGQ
antitrombina de sanguijuela 5 GQSCNDGQ 12
identidades: 6/8 (75%) positivos: 7/8 (87%);
"+" indica un aminoácido equivalente;
los números en negrita indican una posición de aminoácido
b) Se mostró que un producto de escisión interna (secuencia (b) anterior) tenía homología con la clase Cu-Zn de proteínas conocidas cono "SOD" (superóxido dismutasas).
Cada uno de los fragmentos (a) a (e) son parte de una secuencia de aminoácidos de pernín mayor:
5
(Los caracteres en negrita indican los fragmentos secuenciados directamente (a) a (e)).
Sección 2
Actividad antitrombina
Se examinó la posibilidad de que pernín pudiese funcionar como un agente antitrombina en un ensayo cinético para determinar la inhibición de la trombina.
Ensayo de inhibición de la trombina
Se realizaron análisis cinéticos utilizando un kit antitrombina III Accucolor^{MR} (nº de catálogo CRS105, Sigma Diagnostics, EE.UU.) con los reactivos preparados según las instrucciones del proveedor. Instrumentation Laboratories (Italia) suministró plasma patrón y se utilizó en la dilución recomendada de 1/41. Se diluyeron 9/10 las muestras de proteína de mejillón purificada en agua añadiendo tampón de muestra 10x Sigma. Se adquirió heparina a Instrumentation Laboratories. Se estimó colorimétricamente la actividad de la trombina a 405 nm utilizando un sustrato cromogénico (H-D-HHT-L-Ala-L-Arg-pNa.2AcOH, nº de catálogo A 8058, Sigma, EE.UU.) y un lector de placas Multiskan Biochromatic (Labsystems, Finlandia).
Esto verificó que pernín tenía actividad inhibidora. Cuando se centrifugó una preparación purificada de pernín a través de un filtro de exclusión de PM de 30.000 (figura 5a), toda la actividad antitrombina estaba en el retenido y no había presente actividad detectable en el filtrado (figura 5b). El suero patrón se diluyó 1/41 tal como se recomienda para este sistema de ensayo; la concentración de pernín no se determinó directamente pero estaba en el intervalo de 1 mg/ml. A partir de estos datos cinéticos, se estimó que la inhibición de pernín era de aproximadamente el 50% del nivel de plasma humano (aproximadamente pernín 1 mg/ml diluido 9/10 comparado con la dilución de plasma 1/41 en el sistema de ensayo de ATIII patrón). No se requirió heparina, un cofactor requerido para la inhibición ATIII de trombina, para la acción inhibidora por pernín.
Actividad de unión de metales
Se prepararon columnas de afinidad quelantes Hi Trap® (Amersham Pharmacia Biotech, de 1 ml de tamaño) según las instrucciones del fabricante. Las columnas se cargaron entonces con cloruro cúprico o cloruro de zinc 0,1 M, antes de equilibrarse con un tampón (fosfato de sodio 0,050 M y cloruro de sodio 0,5 M que contiene imidazol 0,5 mM, pH 7,0). Las muestras de proteína purificada utilizando centrifugación en CsCl se suspendieron en este tampón y se aplicaron a la columna utilizando un sistema cromatográfico (Econo System, Bio-Rad Laboratories, EE.UU.). Tras el lavado de la columna durante 5 minutos con tampón, durante lo cual no apareció proteína en el eluato, se utilizó un gradiente lineal durante 20 minutos a 1 ml/min para desarrollar la columna, utilizando tampón con la concentración de imidazol en 100 mM, desde el 0 - 100%. La proteína eluyó en el gradiente reteniéndose más tiempo en la columna de quelación de cobre que en la de zinc. Se monitorizó la absorción del eluato a 254 nM.
Se determinó el contenido de iones metálicos divalentes disolviendo la proteína en agua a 10 mg/ml y analizando el contenido metálico mediante espectrometría de absorción atómica y de emisión de plasma, mediante comparación con un blanco de agua. No hubo un contenido de cationes divalentes significativo en la proteína purificada mediante este método. Sin embargo, la purificación mediante otros métodos que no emplean agentes caotrópicos como CsCl, el alto contenido de histidina acoplada con residuos de aminoácidos ácidos y el origen probable de esta proteína procedente de un precursor de SOD, indica que pernín tiene iones metálicos endógenos como parte de su estructura nativa.
Sección 3
Método de secuenciación de genes
Se sintetizó un juego de cebadores no específicos denominado pUZ5 por Gibco-BRL, para la secuenciación inicial basado en la secuencia N-terminal del pernín. La fórmula general fue:
GAY GGN GAR CAR TGY AAY GAY GGN CAR AA
En la que Y representa una base pirimidínica, R representa una base purínica y N representa una cualquiera de las cuatro bases de nucleótido. Se realizó la secuenciación, utilizando inicialmente pUZ5 y un cebador de "hebra inferior" basado el oligo-dT procedente de ADNc amplificado mediante PCR. Se realizó la secuenciación mediante secuenciación de ciclo de terminación-tinción utilizando tecnología de Prism "BigDye" (Applied Biosystems Incorporated, EE.UU.) según sus instrucciones. Se resolvieron los productos en un secuenciador automático ABI 377. Tras la secuenciación inicial de aproximadamente 500 pares de bases, se construyeron cebadores específicos para pernín y se utilizaron para completar la secuenciación del gen de pernín.
Esto proporcionó lo siguiente:
6
7
Discusión
La presente invención es una proteína novedosa que puede obtenerse a partir de Perna canaliculus, el mejillón de labio verde (Greenshell^{MR}) de Nueva Zelanda. La proteína parece poder autoagregarse en estructuras que se parecen a pequeñas partículas similares a virus (VLP) de aproximadamente 25 nm de diámetro, pero que carecen de cualquier ácido nucleico. La proteína se encontró en extractos de mejillones enteros y parece ser la proteína predominante en la hemolinfa. Se estimó que el peso molecular de la proteína era de 75 kDa mediante PAGE y se dedujo que era de 55 kDa a partir de su secuencia codificante de polinucleótido pero, debido a su capacidad para agregarse, la proteína puede sedimentar mediante ultracentrifugación en un corto tiempo (por ejemplo, 40 minutos a 250.000 g) mientras que la proteína monomérica no. Cada ml de hemolinfa produce, en promedio, aproximadamente 2 mg de pernín. La hemolinfa se obtiene fácilmente extrayendo fluido del músculo aductor posterior del molusco, que puede producir hasta 5 ml sin daño evidente; no es necesario matar al mejillón. La hemolinfa obtenida no sólo contiene altos niveles de pernín sino que está bastante libre de materiales contaminantes, particularmente si se compara con los extractos de mejillón entero, de modo que la purificación de pernín es sencilla. Para preparaciones sumamente puras de pernín, la ultracentrifugación va seguida de obtención de bandas isopícnicas en un medio con gradiente de densidad adecuado, tal como CsCl.
La secuencia del extremo N-terminal de pernín sugirió que la proteína podría tener actividad antitrombina. Esto se demostró en ensayos cinéticos con pernín purificado. Puesto que la trombina es una serin proteasa, pernín también actúa como un inhibidor de la serin proteasa.
La comparación de las secuencias obtenidas a partir de varios segmentos de escisión frente a secuencias de aminoácidos en una base de datos informática sugiere que, además de la actividad antitrombina de pernín, la proteína también posee otras actividades. Una de estas actividades es la capacidad de unir cationes divalentes tales como Zn^{2+} y Cu^{2+}.
Aplicación industrial
La proteína preferida de la invención, pernín, tiene varias utilidades.
Debido a su actividad antitrombina, pernín es potencialmente útil como un agente anticoagulante. La trombina normalmente actúa como una proteasa que convierte el fibrinógeno de la sangre en fibrina. La coagulación sanguínea se contrarresta por inhibidores, normalmente antitrombina III (ATIII); pernín también ha mostrado que inhibe la actividad de la trombina en un sistema de ensayo de ATIII. A diferencia de ATIII, cuya acción se acelera por la presencia de heparina (un mucopolisacárido sulfatado), pernín no requiere heparina como cofactor.
La proteína pernín procedente de P. canaliculus tiene un valor, por tanto, como producto farmacéutico. Puesto que es activa como anticoagulante en su estado nativo, puede ser útil como agente terapéutico natural o complemento para la salud. Se obtiene fácilmente como producto natural en altas concentraciones a partir de hemolinfa de mejillón. Para obtener una preparación sumamente pura, sólo es necesario eliminar los hemocitos mediante centrifugación (o cualquier otro método adecuado) seguido por ultracentrifugación (puesto que pernín forma agregados que sedimentan rápidamente) y resuspensión, obtención de bandas isopícnicas en un medio adecuado tal como CsCl, filtración de exclusión a través de una membrana adecuada que retenga pernín, o cromatografía a través de un medio tal como vidrio de poro controlado de porosidad adecuada. Esto da como resultado una preparación sumamente pura de pernín.
El mejillón P. canaliculus produce grandes cantidades de proteína de manera natural, con pequeño coste o esfuerzo implicado en la producción, tratamiento o purificación.
Una utilidad adicional de la proteína surge del hecho de que pernín puede separarse de cationes divalentes (por ejemplo, mediante obtención de bandas isopícnicas en CsCl o variación del pH). Esto permite la adición de cationes divalentes de elección (tales como Mg^{++}, Cd^{++}, Zn^{++} o Ca^{++}) al pernín separado de metales. Tal proteína, con una carga de cationes divalentes preseleccionada y modificada, tiene aplicación en las industrias alimenticia y nutracéutica.
La capacidad de unir cationes metálicos divalentes también da lugar a aplicaciones de la proteína en procesos de biorremediación y/o recuperación de cationes. Los cationes divalentes pueden estar presentes como contaminantes o polutantes en, por ejemplo, una disolución, y la disolución se pasa por un sustrato al que está unido la proteína, de modo que se extraen los cationes.
Todavía una utilidad adicional surge del hecho de que la proteína es de "autoagregación" y puede formar estructuras que se parecen a partículas similares a virus vacías de aproximadamente 25 nm de diámetro. Estas partículas similares a virus vacías pueden secuestrar otras moléculas en su interior, con la consiguiente capacidad para funcionar como vehículos de suministro para esas otras moléculas. Ejemplos de moléculas que pueden suministrarse de esta manera incluyen principios farmacéuticamente activos.
Las personas expertas en la técnica entenderán que la descripción anterior se proporciona a modo de ilustración únicamente y que la invención sólo está limitada por las reivindicaciones adjuntas.
Bibliografía
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<160> 8
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<170> PatentIn Ver. 2.1
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<210> 1
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<211> 10
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Perna canaliculus
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<440> 1
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Asp Gly Glu Gln Cys Asn Asp Gly Gln Asn}
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 2
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 19
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Perna canaliculus
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 2
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Gln Gly Gly His Glu Val Glu Ser Glu Arg Val Ala Cys Cys Val Ile}
\sac{Gly Arg Ala}
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 3
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 9
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
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<213> Perna canaliculus
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 3
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Gly Gln Ser His Pro Glu Ile Val His}
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 4
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Perna canaliculus
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 4
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Tyr His Gly His Asp Asp Ala}
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 5
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Perna canaliculus
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 5
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Val Val Asn Glu Val His His}
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 6
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 1491
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Perna canaliculus
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> CDS
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(1491)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 6
\vskip1.000000\baselineskip
8
9
10
11
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 497
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Perna canaliculus
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 7
\vskip1.000000\baselineskip
12
13
14
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 8
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<211> 1611
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Perna canaliculus
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> señal de poliA
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1557)..(1563)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_feacture
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1492)..(1494)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> codon de terminación opalo
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 8
\vskip1.000000\baselineskip
15

Claims (16)

1. Proteína aislada que tiene un peso molecular de aproximadamente 55 kDa y una secuencia de aminoácidos que incluye una o más de las siguientes:
(a) SEQ ID No. 1;
(b) SEQ ID No. 2;
(c) SEQ ID No. 3;
(d) SEQ ID No. 4;
(e) SEQ ID No. 5;
o un fragmento activo de las mismas.
2. Proteína aislada que comprende la secuencia de aminoácidos de SEQ ID No. 7 o un fragmento activo de la misma.
3. Proteína aislada que puede obtenerse a partir de la hemolinfa de Perna canaliculus, que tiene un peso molecular aparente de 75 kDa determinado mediante PAGE y que tiene actividad como un inhibidor de la serin proteasa y/o un agente de unión de cationes divalentes, o un fragmento activo de la misma.
4. Proteína o fragmento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que tiene actividad como:
(i) un inhibidor de la serin proteasa; o
(ii) un agente de unión de cationes divalentes.
5. Proteína que puede obtenerse a partir de Perna canaliculus o un molusco distinto a Perna canaliculus y es una variante funcionalmente equivalente de una proteína o fragmento según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, porque da una reacción cruzada inmunológicamente con una proteína o fragmento según la reivindicación 3 o la reivindicación 4 y tiene al menos la misma actividad de inhibidor de la serin proteasa y/o de unión de cationes divalentes que una proteína o fragmento según la reivindicación 3 o la reivindicación 4.
6. Polinucleótido que codifica para una proteína o fragmento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
7. Polinucleótido según la reivindicación 6, que comprende la secuencia de nucleótidos de SEQ ID NO. 6 o una variante de la misma.
8. Polinucleótido que tiene la secuencia de nucleótidos de SEQ ID NO. 8.
9. Polinucleótido que se hibrida en condiciones rigurosas con un polinucleótido según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8.
10. Vector que incluye un polinucleótido según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9.
11. Célula huésped que expresa un polinucleótido según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9.
12. Composición que comprende una proteína o fragmento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
13. Composición según la reivindicación 12, que es un medicamento, alimento o complemento dietético.
14. Complemento dietético según la reivindicación 13, en el que dicha proteína o fragmento se asocia o se une a al menos un catión divalente de importancia en la dieta.
15. Complemento dietético según la reivindicación 14, en el que dicho catión divalente es calcio, magnesio o zinc.
16. Medicamento según la reivindicación 13, que es un agente de biorremediación.
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