ES2252046T3 - Procedimiento para la deteccion de la guanilatociclasa soluble. - Google Patents

Procedimiento para la deteccion de la guanilatociclasa soluble.

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ES2252046T3 ES00956466T ES00956466T ES2252046T3 ES 2252046 T3 ES2252046 T3 ES 2252046T3 ES 00956466 T ES00956466 T ES 00956466T ES 00956466 T ES00956466 T ES 00956466T ES 2252046 T3 ES2252046 T3 ES 2252046T3
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Abstract

Ensayo luminométrico para la detección de una guanilatociclasa soluble, que comprende las etapas de procedimiento a) Preparación de una guanilatociclasa soluble y GTP como sustrato, y conversión de GTP en GMPc y pirofosfato; b) Preparación de una nicotinamida-mononucleótido- adeniltransferasa y nicotinamida dinucleótido (NAD+), y reacción con el pirofosfato de a) para dar ATP; c) Preparación de luciferasa y luciferina, y determinación luminométrica del ATP formado en b) por reacción con luciferina y luciferasa.

Description

Procedimiento para la detección de la guanilatociclasa soluble.
La invención se refiere a un procedimiento para la detección de guanilatociclasas solubles.
Las guanilatociclasas solubles son proteínas heterodímeras. Están compuestas por una subunidad \alpha y una subunidad \beta y contienen heme como grupo prostético. La unión de la molécula de señal NO a heme activa la enzima. El GMPc formado por la actividad enzimática de las guanilatociclasas solubles interviene, entre otras, en la activación de las proteinquinasas dependientes de GMPc, en la regulación de las fosfodiesterasas, o de canales de iones. Para las subunidades se han descrito cuatro isoformas. Éstas se diferencian entre sí en cuanto a su secuencia así como a la expresión específica para tejidos y específica para el desarrollo. Los subtipos \alpha_{1} y \beta_{1} se encuentran, de manera predominante, en pulmones, riñones y cerebro. La cadena \beta_{2} se expresa, predominantemente, en el hígado y riñones, y \alpha_{2}, en la placenta. Para una guanilatociclasa soluble catalíticamente activa es condición indispensable que se produzca una dimerización de las subunidades. Se conocen los heterodímeros \alpha_{1}/\beta_{1}, \alpha_{2}/\beta_{1} y \alpha_{1}/\beta_{2}. En todas las subunidades se observa una fuerte homología en la región de los dominios catalíticos.
La guanilatociclasa soluble (sGC) contiene un heme por heterodímero. La unión del heme tiene lugar a través de His-105 de la cadena \beta_{1}. Los mutantes que no contienen en el extremo terminal N de la subunidad \beta_{1} His-105, no son susceptibles de estimulación por NO. El heme de las guanilatociclasas solubles está compuesto por una parte de molécula orgánica y un átomo de hierro. La parte orgánica, la protoporfirina IX, contiene cuatro anillos pirrol, acoplados entre sí mediante puentes de metina en un sistema tetrapirrol. El átomo de hierro en heme está unido a cuatro átomos de nitrógeno en el centro del anillo de protoporfirina. Adicionalmente, puede mostrar otras dos uniones. El hierro heme puede estar presente en la fase de oxidación +2 (forma ferrosa) o +3 (forma férrica; forma oxidada). La fase de oxidación del hierro heme ejerce una influencia decisiva sobre la función enzimática de la guanilatociclasa soluble. La enzima con el hierro heme en forma trivalente muestra, al igual que la guanilatociclasa soluble sin grupo heme, sólo una actividad enzimática basal y no es susceptible de estimulación por NO. La preparación de una guanilatociclasa soluble libre de heme se describe en Eur. J. Biochem. 240, 380-386 (1996).
La guanilatociclasa soluble (sGC) cataliza la transformación de GTP en guanosin-monofosfato cíclico (GMPc) y pirofosfato. GMPc actúa como mensajero intracelular ("second messenger" = segundo mensajero). Los segundos mensajeros están presentes en el interior celular en reacciones en cascada. Su nivel está controlado por señales extracelulares (por ejemplo, hormonas, neurotransmisores, factores de crecimiento, sustancias aromáticas, péptidos, luz). La formación de segundos mensajeros sirve para la potenciación de señales. El segundo mensajero transmite en la célula señales a distintas proteínas celulares, dependientes del tipo de célula (quinasas, fosfatasas, canales de iones y otras). La modulación de la guanilatociclasa soluble conduce, por lo tanto, a través de su influencia sobre el nivel de GMPc y sobre las proteínas diana controladas por éste, a una serie de efectos farmacológicos. Ejemplos de mecanismos sobre los que influye de esta forma son la relajación de la musculatura lisa (por ejemplo, en las paredes de los vasos sanguíneos), la inhibición de la activación de trombocitos, la inhibición de la proliferación de células musculares lisas, o la adhesión de leucocitos.
La guanilatociclasa soluble se detecta en órganos tales como, por ejemplo, corazón, pulmones, hígado, riñones, cerebro, de todos los mamíferos, incluido el ser humano. En procesos de tipo patológico o relevantes para la enfermedad, la fase de oxidación del hierro heme de la guanilatociclasa soluble puede desempeñar una función esencial. Una fracción más elevada de guanilatociclasa soluble con hierro heme oxidado tendría como consecuencia una capacidad de activación menor de la guanilatociclasa soluble por el NO endógeno. Esto podría conducir, entre otros, a través de un incremento de la tensión arterial, activación plaquetaria, aumento de la proliferación celular o incremento de la adhesión celular, a una hipertensión prolongada, angina de pecho estable o inestable, trombosis, infarto de miocardio, ataques cerebrales, edemas pulmonares, disfunción eréctil, crecimiento incontrolado de tejidos con formación de tumores, diabetes, trastornos de la función renal, trastornos de la función hepática, o disfunción vascular.
Las células endoteliales de las paredes vasculares segregan NO como hormona paracrina, entre otros, para la activación de la guanilatociclasa soluble. Para la estimulación de la guanilatociclasa soluble se utilizan, con frecuencia, compuestos que actúan como donadores de NO a través de una liberación intermedia de NO. Ejemplos de éstos son los nitratos orgánicos. Adicionalmente, se describen diversos compuestos que no actúan mediante la liberación de NO, que modifican la actividad de la guanilatociclasa.
La activación de la guanilatociclasa soluble por medio de donadores de NO o NO libre tiene lugar exclusivamente en el estado reducido, es decir, que contiene (Fe^{2+}) del hierro heme. Esto se deduce de ensayos llevados a cabo por A. Schrammel et al., en Mol. Pharmacol. 50, 1 (1996), con 1H-[1,2,4]-oxadiazolo-[4,3-a]-quinoxalin-1-ona (= ODQ). ODQ es un inhibidor específico y altamente activo de la guanilatociclasa soluble. ODQ interactúa con el grupo heme prostético. La sustancia provoca in vitro una oxidación irreversible del hierro heme de la guanilatociclasa soluble. El tratamiento de la guanilatociclasa soluble con ODQ tiene como consecuencia la supresión de la acción estimulante de NO sobre la enzima. La oxidación del hierro heme de la guanilatociclasa soluble se puede producir también con oxadiazolo(3,4-a)-benz(b)(1,4)oxacin-1-ona (Olesen et al., British Journal of Pharmacology 123, 299-309 (1998)) o ferricianuro potásico (Koesling et al., en "Reviews of Physiology Biochemistry and Pharmacology", págs. 41-65, Editorial Springer, 1999). Existen también activadores de la guanilatociclasa soluble que no actúan a través de una liberación de NO. Éstos han sido descritos, por ejemplo, por Vesely et al. en Eur. J. Clin. Invest. 15, 258 (1985). Ignaro et al., en Adv. Pharmacol. 26, 35 (1994) han demostrado una estimulación de la guanilatociclasa soluble exenta de heme mediante protoporfirina IX. El efecto de la protoporfirina IX no se inhibe con ODQ, sino que resulta potenciada por dicho compuesto (Koesling y Friebe en Physiol. Biochem. Pharmacol. 135, 41 (1999)). Los activadores de la guanilatociclasa soluble conocidos hasta la fecha estimulan solamente la actividad enzimática de ésta cuando el hierro heme se encuentra presente en estado reducido, es decir, que contiene (Fe^{2+}).
Recientemente, con las N-arilamidas de ácido sulfonilamino-carboxílico sustituidas con azufre, se ha descrito una nueva clase adicional de compuestos (documento WO 00/02851) cuyos representantes pueden activar la guanilatociclasa soluble.
Hasta ahora, la detección de la actividad de la guanilatociclasa soluble se ha llevado a cabo, por ejemplo, mediante métodos enzimáticos para la detección de GMPc (por ejemplo, en el documento US 5 618 665 A), así como de AMPc, o por procedimientos fotométricos para la detección del grupo heme.
Para la comprobación de la dependencia de un estado patológicamente alterado del estado de la guanilatociclasa soluble no es suficiente demostrar únicamente la proteína por medio de procedimientos de detección inmunológicos o del uso de técnicas de marcado. También es importante conocer el estado redox del hierro complejado del grupo heme. La información sobre la funcionalidad de heme de la guanilatociclasa soluble se puede comprobar, hasta ahora, por ejemplo, por la determinación del estado redox del hierro heme complejado mediante mediciones de ESR o por fotometría. Estas determinaciones tienen el inconveniente de que dependen de la disponibilidad de un utillaje técnico en parte complejo. Los métodos, adicionalmente, sólo son limitadamente adecuados para mediciones específicas, porque se ven fácilmente afectados por impurezas de otras proteínas que contienen heme.
Una misión de la presente invención consistió, por consiguiente, en poner a disposición un procedimiento simplificado y específico para la detección de la guanilatociclasa soluble.
La presente invención se refiere a un ensayo luminométrico para la detección de una guanilatociclasa soluble, que comprende las etapas de procedimiento
a)
preparación de una guanilatociclasa soluble y GTP como sustrato, y conversión de GTP en GMPc y pirofosfato;
b)
preparación de una nicotinamida-mononucleótido-adeniltransferasa y nicotinamida dinucleótido (NAD^{+}), y reacción con el pirofosfato de a) en ATP:
c)
Preparación de luciferasa y luciferina, y determinación luminométrica del ATP generado en b) por reacción de luciferina y luciferasa.
La guanilatociclasa soluble puede estar compuesta por una mezcla de moléculas de guanilatociclasa soluble, en la que no todas las moléculas de guanilatociclasa soluble están presentes con un hierro heme en la fase de oxidación trivalente. En particular, una parte de los grupos heme de las moléculas de guanilatociclasa soluble puede encontrarse en fase de oxidación trivalente, y otra parte, en fase de oxidación bivalente, de modo que se obtiene una mezcla con distintas fracciones de los estados de oxidación del hierro heme. El procedimiento para la detección de una guanilatociclasa soluble, cuyo hierro heme está presente en forma trivalente, se puede llevar a cabo, por ejemplo, por comparación con valores de referencia. Entre otros, los valores de referencia se pueden obtener, por ejemplo, de ensayos en los que ha calculado la dependencia de la actividad de la guanilatociclasa soluble de fracciones conocidas de guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente. Una medida de la correspondiente fracción de guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente se puede obtener mediante el tratamiento previo de la guanilatociclasa soluble con ODQ y subsiguiente determinación de la actividad de esta guanilatociclasa soluble. Los valores de referencia calculados se pueden utilizar, entonces, como curvas de calibración para las determinaciones cuantitativas de guanilatociclasa soluble con hierro heme en fase de oxidación trivalente.
La guanilatociclasa soluble se puede utilizar en diferentes formas de estado, por ejemplo, en forma de diferentes guanilatociclasas solubles heterodímeras. Básicamente, se puede utilizar una guanilatociclasa soluble de cada especie, en particular de cada especie de mamífero. Preferentemente, se utiliza guanilatociclasa soluble de vacuno, aislada, preferentemente, de tejido pulmonar. De forma especialmente preferida, se utiliza guanilatociclasa soluble humana. La guanilatociclasa soluble preparada puede estar compuesta, preferentemente, por una de las subunidades \alpha, por ejemplo, la subunidad \alpha_{1} o \alpha_{2}, y una subunidad \beta, por ejemplo, la subunidad \beta_{1} o \beta_{2}. Para el procedimiento de la presente invención, se pueden utilizar, preferentemente, subunidades de la guanilatociclasa soluble. Las correspondientes informaciones sobre secuencias se proporcionan en Giulli et al. (FEBS Letters 304, 83-88 (1992)) para las dos subunidades de la guanilatociclasa soluble aislada originalmente de cerebro humano, o en Nakane et al. (Journal of Biol.Chem. 265, 16481-16845 (1990)) para los ADNc de la guanilatociclasa soluble de tejido pulmonar de rata, o en Yuen et al. (Biochemistry 29, 10872-10878 (1990)) para una guanilatociclasa soluble de riñón de rata.
La preparación de una guanilatociclasa soluble puede llevarse a cabo por aislamiento, mediante métodos bioquímicos, desde un material biológico. Especialmente en estos casos, se presenta a menudo una mezcla de moléculas de guanilatociclasa soluble con diferentes estados de oxidación del hierro heme. Métodos bioquímicos pueden ser, entre otros: métodos de exclusión para el material biológico, centrifugación, separaciones cromatográficas, electroforesis sobre gel, focalización isoeléctrica, métodos inmunológicos. El material biológico puede contener células eucarióticas o células procarióticas, residuos de las células, o preparaciones de residuos celulares, células completas o partes o fracciones celulares. Pertenecen a las células eucarióticas, por ejemplo, entre otras, células de tejidos u órganos tales como corazón, vasos sanguíneos, pulmones, sangre, cerebro, hígado, riñones, tejido adiposo, músculo de animales vertebrados, incluido el ser humano, muestras de tejido o sangre, así como también células de cultivos celulares humanos o animales, así como cultivos de células de insectos. Como ejemplos especiales cabe mencionar trombocitos, que se pueden obtener de muestras de sangre humana o animal, así como células musculares lisas que se pueden aislar, por ejemplo, de vasos sanguíneos de origen animal o humano. Ejemplos adicionales son materiales de biopsia, órganos y tejidos, y partes de éstos, sobrantes de trasplantes, cordones umbilicales o placentas. Células procarióticas pueden significar, por ejemplo, bacterias, entre otras, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Bacillus subtilis, así como hongos tales como Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces pombe o Pichia pastoris. En una forma de realización especial de la invención, la guanilatociclasa soluble se puede preparar de forma recombinante, por ejemplo, por expresión en células eucarióticas o procarióticas, en donde se incrementa la concentración de guanilatociclasa soluble con o sin grupo heme prostético, mediante vectores de expresión en el interior de las células, o se segrega al medio exterior. En una forma de realización especial, la guanilatociclasa soluble se aísla de acuerdo con un procedimiento como el descrito en Humbert P. et al., Methods of Enzymology 195, 384-391 (1991).
En una forma de realización, se pone a disposición una guanilatociclasa soluble que ha sido tratada con un agente de oxidación. En una forma de realización preferida, se pone a disposición una guanilatociclasa soluble que ha sido tratada con ODQ. La concentración de ODQ asciende, por ejemplo, a 0,001 mM hasta 0,5 mM, preferentemente
0,005 mM hasta 0,1 mM y, de forma especialmente preferida, a 0,01 mM. Del mismo modo, se puede poner a disposición, preferentemente, una guanilatociclasa soluble que ha sido tratada con oxadiazolo(3,4-d)-benz(b)(1,4)-oxacin-1-ona o algún otro derivado de ODQ. En una forma de realización preferida adicional, se pone a disposición una guanilatociclasa soluble que ha sido tratada con ferricianuro potásico. El tratamiento de la guanilatociclasa soluble con oxidantes y/u ODQ y/u otros compuestos puede provocar una oxidación del hierro heme, es decir, una transferencia del hierro desde la fase de oxidación bivalente (Fe^{2+}) a la fase de oxidación trivalente (Fe^{3+}) en función de las condiciones seleccionadas, sólo parcialmente o, en formas de realización especiales, en todas las moléculas de guanilatociclasa soluble tratadas. En general, para la realización del procedimiento de la presente invención, se puede usar una forma de guanilatociclasa soluble en la que el hierro heme se encuentra presente en la fase de oxidación trivalente sólo en una parte de las moléculas de guanilatociclasa soluble o, en una forma de realización preferida, en todas las moléculas de guanilatociclasa soluble.
La preparación de la guanilatociclasa soluble comprende la elaboración de formas adecuadas para la incubación con compuestos químicos preparados, en donde incubación significa que la guanilatociclasa soluble y el compuesto químico se ponen en contacto entre sí. La proteína se puede suspender o disolver, por ejemplo, en disolventes acuosos suplementados con tampón, iones o reactivos auxiliares. Asimismo, por ejemplo, se puede aplicar sobre un material de soporte y, fijada de esta forma, utilizarla en suspensión en disolventes.
Como compuestos químicos para estimular la actividad de la guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente, se pueden preparar compuestos químicos individuales o, también, combinaciones de compuestos químicos. Los compuestos químicos se pueden obtener, por ejemplo, por síntesis o en forma de sustancias naturales. Para la preparación se pueden utilizar, básicamente, todos los compuestos químicos que estimulan la actividad de una guanilatociclasa soluble cuando el hierro heme de esta guanilatociclasa soluble se encuentra en forma trivalente.
Para llevar a cabo el procedimiento para la detección de guanilatociclasa soluble con un hierro heme en fase de oxidación trivalente se puede utilizar, por ejemplo, el compuesto químico 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-N-(4-(tiomorfolin-4-sulfonil)-fenil)-benzamida.
Para llevar a cabo el procedimiento para la detección de una guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente se pueden utilizar compuestos químicos que estimulan exclusivamente la guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente. Igualmente, se pueden usar compuestos que, además de la activación de la guanilatociclasa soluble con un hierro heme trivalente, exhiben otros efectos sobre la guanilatociclasa soluble. Por ejemplo, se pueden usar compuestos químicos que, además de la activación de la guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente, determinan también una activación de la actividad basal de la guanilatociclasa soluble, o una activación de la guanilatociclasa soluble con un hierro heme bivalente. Un procedimiento para la detección de la guanilatociclasa soluble mediante compuestos químicos que activan exclusivamente la forma de enzima con hierro heme trivalente o, por ejemplo, también las formas de enzima con hierro heme bivalente, tiene lugar con ayuda de valores de referencia, curvas de calibración y/o en comparación con sustancias capaces de activar exclusivamente una guanilatociclasa soluble con hierro heme bivalente (por ejemplo, donadores de NO). Para la creación de una curva de calibración se puede incubar la guanilatociclasa soluble con diferentes concentraciones de, por ejemplo, ODQ. En dependencia de la concentración de ODQ aplicada en cada caso, se ajusta una determinada relación de guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente a guanilatociclasa soluble con hierro heme bivalente. La concentración utilizada de ODQ se puede emplear directamente como medida de la parte de enzima con hierro heme trivalente. La parte absoluta de guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente se puede comprobar, con fines de calibración, por medio de otros procedimientos de medición, por ejemplo, por mediciones de ESR. Las guanilatociclasas solubles pretratadas de manera diferente con ODQ se activan en una etapa de activación a través de los compuestos químicos. De esta manera, los compuestos que activan exclusivamente una guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente, proporcionan un valor que es directamente proporcional a la cantidad de guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente. Con el uso de compuestos químicos que activan, además de la guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente, también la forma con hierro heme bivalente, se requiere una curva de calibración adicional con una sustancia que activa exclusivamente una guanilatociclasa soluble en la forma bivalente. La parte de guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente se obtiene, entonces, mediante la comparación de las actividades que se logran tras diferentes estimulaciones de una guanilatociclasa soluble pretratada con ODQ. En este caso, se estimula la guanilatociclasa soluble, por una parte, con un compuesto químico que activa exclusivamente guanilatociclasas solubles con hierro heme bivalente y, por otra parte, se estimula con un compuesto químico que activa guanilatociclasas solubles tanto con hierro heme trivalente como con hierro heme bivalente. La determinación de la parte de guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente en una muestra biológica a investigar se logra por comparación de la actividad de la guanilatociclasa soluble de esta muestra tras la incubación con un compuesto químico capaz de activar la guanilatociclasa soluble de la forma anteriormente descrita, con los valores de la curva de calibración.
La preparación de un compuesto químico puede comprender también la disolución de este compuesto, en disolventes adecuados tales como, por ejemplo, dimetilsulfóxido (DMSO) o agua, así como la elaboración de una formulación con reactivos auxiliares.
La incubación puede tener diferentes duraciones y llevarse a cabo a diferentes temperaturas. La duración y el ajuste de temperaturas dependen de las formas de realización seleccionadas en cada caso particular, así como de la elección de la guanilatociclasa soluble preparada, el compuesto químico preparado, y/u otras condiciones tales como la forma de preparación, la concentración de la guanilatociclasa soluble utilizada y/o del compuesto químico utilizado, así como de otras sustancias adicionales. El tiempo de incubación puede ser de entre 1 minuto y 120 minutos, preferentemente el tiempo de incubación es de entre 1 minuto y 60 minutos y, de forma especialmente preferida, se selecciona un tiempo de 30 minutos. La temperatura para la incubación puede ser de entre 5ºC y 45ºC, preferentemente la temperatura es de entre 20ºC y 42ºC y, en la forma de realización especialmente preferida, es de 37ºC.
El ensayo comprende múltiples etapas de procedimiento. Las etapas del procedimiento se pueden llevar a cabo de manera secuencial o simultánea. El ensayo luminométrico se compone de las siguientes etapas: a) preparación de una guanilatociclasa soluble y GTP como sustrato, b) conversión del GTP por medio de la guanilatociclasa soluble preparada, con lo que se forman GMPc y pirofosfato, c) preparación de una nicotinamida-mononucleótido-adeniltransferasa y nicotinamida dinucleótido (NAD^{+}), d) reacción del pirofosfato formado en b) con la nicotinamida-mononucleótido-adeniltransferasa, en presencia de nicotinamida dinucleótido (NAD^{+}), por medio de la cual se forma ATP, e) preparación de una luciferasa y de su sustrato luciferina, y f) determinación luminométrica del ATP formado por reacción con luciferina bajo catálisis de luciferasa. La cantidad de ATP formado es proporcional a la concentración de guanilatociclasa soluble. El procedimiento se inicia con la adición de guanilatociclasa soluble en una mezcla de reacción que contiene GTP como sustrato, además de otras sustancias. Sustancias adicionales pueden ser, por ejemplo, tampón, iones o proteínas. El procedimiento para la detección de la guanilatociclasa soluble es apropiado, en una forma de realización preferida, para llevar a cabo un rastreo de la adecuación de los compuestos químicos estudiados para estimular la actividad de la guanilatociclasa soluble. La ventaja de este procedimiento luminométrico, con respecto a los procedimientos de detección utilizados hasta ahora para la guanilatociclasa soluble (procedimientos inmunológicos, enzimáticos, fotométricos), consiste en la posibilidad de poder rastrear grandes cantidades de compuestos químicos investigados, en períodos de tiempo esencialmente menores, en cuanto a su capacidad potencial para la estimulación de la actividad de una guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente. Para la realización del rastreo se agrega el compuesto químico investigado antes de iniciar el procedimiento, mediante la adición de la guanilatociclasa soluble en la mezcla de reacción. El procedimiento es adecuado, en una forma de realización especial del análisis, para ser aplicado mediante un robot de laboratorio y, en una forma de realización especialmente preferida adicional, para la realización manual. La preparación de la guanilatociclasa soluble se puede efectuar de la manera ya mencionada en párrafos anteriores para la guanilatociclasa soluble. Una ventaja especial de este ensayo luminométrico radica en que los componentes para la realización del procedimiento, tales como GTP, nicotinamida-mononucleótido-adeniltransferasa, NAD^{+}, luciferina o luciferasa, se pueden preparar en un recipiente de reacción. La actividad de la guanilatociclasa soluble se calcula por la determinación de la cantidad de ATP formado. El inicio de la reacción se efectúa por la adición de guanilatociclasa soluble. De esta forma, resulta posible llevar a cabo el procedimiento en una reacción de un único recipiente. Éste se puede utilizar y llevar a cabo de forma reproducible también en un rastreo con elevado rendimiento de sustancias químicas a investigar ("High Throughput Screening" = HTS, "Rastreo de Alto Rendimiento"). Este ensayo luminométrico resulta especialmente apropiado para la detección de cantidades reducidas de pirofosfato. En una forma de realización preferida, se utiliza el procedimiento para determinar la actividad de una guanilatociclasa soluble. El ensayo luminométrico es adecuado también para efectuar un procedimiento como el descrito en los párrafos anteriores para detectar la guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente, en cuyo caso el procedimiento contiene las siguientes etapas de procedimiento:
a)
Preparación de una guanilatociclasa soluble;
b)
Preparación de al menos un compuesto químico, que estimula la actividad de una guanilatociclasa soluble, cuando el hierro de esta guanilatociclasa soluble se encuentra en fase de oxidación trivalente;
c)
Incubación de una guanilatociclasa soluble, preparada según a), con un compuesto químico, preparado según b);
d)
Determinación de la actividad de la guanilatociclasa soluble tras la incubación según c).
Los principios activos farmacéuticos existentes hasta la fecha no activan una guanilatociclasa soluble cuando su hierro heme se encuentra en estado trivalente. Hasta la fecha, no se conocen compuestos químicos capaces de activar la guanilatociclasa soluble cuando su hierro heme está presente en forma oxidada trivalente. Estos compuestos químicos se podrían utilizar como principios activos farmacéuticos en medicamentos para estimular una guanilatociclasa soluble con un hierro heme trivalente. De la misma manera, estos compuestos se podrían utilizar en el procedimiento para la detección de formas oxidadas de la guanilatociclasa soluble, como se describe de acuerdo con la
invención.
Una forma de realización adicional de la invención se refiere, por lo tanto, a un procedimiento para localizar un compuesto químico que estimula la actividad de una guanilatociclasa soluble, cuando el hierro del heme de la guanilatociclasa soluble está presente en fase de oxidación trivalente, en donde el procedimiento contiene las siguientes etapas de procedimiento:
a)
Preparación de una guanilatociclasa soluble, en la que el hierro heme de esta guanilatociclasa soluble está presente en fase de oxidación trivalente;
b)
Preparación de al menos un compuesto químico a investigar;
c)
Incubación de una guanilatociclasa soluble según a), con al menos un compuesto químico a investigar según b); y
d)
Determinación de la actividad de la guanilatociclasa soluble tras la incubación según c), de acuerdo con el ensayo luminométrico.
El procedimiento para localizar un compuesto químico se denomina también rastreo. El uso y la preparación de la guanilatociclasa soluble en el procedimiento de rastreo tienen lugar de la forma ya mencionada en el procedimiento para la detección de una guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente.
La preparación de la guanilatociclasa soluble para el rastreo puede incluir la elaboración de formas adecuadas para la incubación con uno de los compuestos químicos a investigar. Por ejemplo, la guanilatociclasa soluble se puede suspender o disolver en disolventes acuosos, suplementados con tampón, iones o, también, reactivos auxiliares. Por ejemplo, también se puede aplicar sobre material de soporte y, fijada de esta manera, utilizarla suspendida en disolventes.
El compuesto químico a investigar en el rastreo puede ser, por ejemplo, un compuesto químico sintetizado, o una sustancia natural. El compuesto químico a investigar puede estar presente en diferentes estados, por ejemplo, como sustancia individual en forma purificada, como mezcla junto con otros compuestos, que no necesitan estar exactamente caracterizados, como mezcla de diferentes compuestos activos, como componente de una mezcla de compuestos de origen biológico, o junto con organismos eucarióticos y/o procarióticos. El procedimiento de rastreo se puede llevar a cabo, por ejemplo, por medio de un robot de laboratorio, o con la ayuda de máquinas. Los compuestos químicos a investigar, que activan una guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente, se pueden utilizar como principios activos farmacéuticos para el tratamiento de estados patológicos tales como, por ejemplo, cáncer, angina de pecho, diabetes, infarto de miocardio, disfunción eréctil, insuficiencia cardiaca, hipertensión arterial, trombosis, anemia o disfunción vascular. La invención ofrece también acceso a un compuesto químico que, por medio de este procedimiento de rastreo, se identifica como activador de una guanilatociclasa soluble, cuyo hierro heme se encuentra en fase de oxidación trivalente. De manera muy general, la invención ofrece acceso a compuestos que pueden activar la actividad de una guanilatociclasa soluble, cuyo hierro heme está presente en fase de oxidación trivalente, y al uso de estas sustancias, preferentemente como principios activos farmacéuticos, que se pueden utilizar en el tratamiento o la prevención de estados patológicos causados o agravados por la guanilatociclasa soluble con hierro heme en fase de oxidación trivalente. Pueden pertenecer a estos estados patológicos, por ejemplo, cáncer, angina de pecho, diabetes, infarto de miocardio, disfunción eréctil, insuficiencia cardiaca, hipertensión arterial, trombosis, disfunción vascular o anemia.
La invención da a conocer también un elemento de diagnóstico para la realización de un procedimiento para detectar la fase de oxidación del hierro heme de una guanilatociclasa soluble. Con este fin, el elemento de diagnóstico puede contener al menos uno o varios de los siguientes componentes: a) al menos un compuesto químico que estimula la actividad de la guanilatociclasa soluble cuando el hierro heme de esta guanilatociclasa soluble se encuentra en fase de oxidación trivalente, así como b) soluciones y/o reactivos para la determinación de actividad de una guanilatociclasa soluble. Como compuesto químico en el elemento de diagnóstico se puede utilizar, por ejemplo, 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-N-(4-(tiomorfolin-4-sulfonil)-fenil)-benzamida. La determinación de la actividad se efectúa por medio del ensayo luminométrico.
El elemento de diagnóstico puede contener, por ejemplo, también guanilatociclasa soluble, un compuesto químico que sólo activa una guanilatociclasa soluble cuando el hierro heme está presente en estado bivalente, un agente de oxidación y/u ODQ. Estos componentes se pueden usar de forma individual o combinada para calcular un valor de referencia o una curva de calibración, para la determinación cuantitativa o cualitativa de la guanilatociclasa soluble con un hierro heme en fase de oxidación trivalente.
El elemento de diagnóstico se puede utilizar, por ejemplo, para la determinación de la parte de guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente en una muestra biológica. Una muestra biológica puede estar compuesta, por ejemplo, por células de un tejido u órgano de un animal vertebrado o de un ser humano. Estas células podrían haber sido extraídas de un organismo o haber sido cultivadas, mediante técnicas de cultivo celular. Como organismos donadores se pueden seleccionar individuos con tejidos u órganos sanos o patológicamente alterados. Por ejemplo, se pueden tomar muestras de órganos, muestras de tejido, muestras de sangre, células o material de biopsia de organismos humanos o animales, por medio de técnicas médicas, que sirven como muestras biológicas. También se pueden analizar las muestras biológicas de diversos individuos, comparándolas con respecto a sus diferentes hábitos de vida o de alimentación en relación con el estado de oxidación del hierro heme de la guanilatociclasa soluble. De esta forma, por ejemplo, se podrían obtener y analizar las células de fumadores y no fumadores. Se podrían comparar las guanilatociclasas solubles de fumadores con las de los no fumadores con respecto a diferencias en la relación del hierro heme bivalente al hierro heme trivalente.
La invención da a conocer, en una forma de realización preferida, un procedimiento in vitro para la determinación de la fase de oxidación del hierro heme de una guanilatociclasa soluble en una muestra biológica, tomada de un organismo eucariótico. La muestra biológica tomada de un organismo eucariótico puede contener, por ejemplo, células sanas o patológicamente afectadas de cultivos celulares, tejidos u órganos.
En una forma de realización preferida adicional, se puede utilizar para la realización del procedimiento in vitro un elemento de diagnóstico como el que se ha descrito anteriormente. Estados biológicos patológicamente alterados pueden ser, por ejemplo, cáncer, angina de pecho, diabetes, disfunción eréctil, infarto de miocardio, insuficiencia cardiaca, hipertensión arterial, trombosis, anemia, disfunción vascular, y otros. Asimismo, se pueden investigar también los efectos de determinados hábitos de vida o de alimentación tales como, por ejemplo, tabaquismo o consumo de alcohol, sobre el estado de oxidación del hierro heme de la guanilatociclasa soluble.
En estados biológicos sanos, los parámetros aplicados para la caracterización se encuentran dentro de los niveles normales. Los correspondientes datos para establecer los niveles normales se encuentran, por ejemplo, en libros de texto de química clínica (por ejemplo, Keller, Herbert: Klinisch-chemische Labordiagnostik für die Praxis; Editorial Thieme, Stuttgart).
La invención se refiere también a un procedimiento para la detección de guanilatociclasa soluble, en donde la guanilatociclasa soluble está presente sin grupo heme. El procedimiento puede comprender como etapas de procedimiento: a) preparación de una guanilatociclasa soluble sin grupo heme, b) preparación de al menos un compuesto químico capaz de estimular la actividad de la guanilatociclasa soluble cuando la guanilatociclasa soluble está presente sin grupo heme, c) incubación de una guanilatociclasa soluble con un compuesto químico capaz de estimular la actividad de una guanilatociclasa soluble sin grupo heme, y d) determinación de la actividad de la guanilatociclasa soluble sin grupo heme tras la incubación con un compuesto químico según el ensayo luminométrico.
Un procedimiento para la preparación de una guanilatociclasa soluble sin grupo heme se describe en Foerster, J. et al., Eur. J. Biochem. 240, 380-386 (1996). Como compuesto químico para la estimulación de una guanilatociclasa soluble sin grupo heme resulta adecuado, por ejemplo, el compuesto químico 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-N-(4-(tiomorfolin-4-sulfonil)-fenil)-benzamida.
Ejemplos Ejemplo 1 Procedimiento luminométrico de detección para la actividad de la guanilatociclasa soluble
La guanilatociclasa soluble (sGC) cataliza la conversión de GTP en GMPc y pirofosfato. En presencia de nicotinamida-adenina-dinucleótido (NAD^{+}) y nicotinamida-mononucleótido-adeniltransferasa (NAT, EC 2.7.7.1) se transforma pirofosfato para dar ATP y nicotinamida-mononucleótido. El ATP formado se puede cuantificar de forma luminométrica con ayuda de una luciferasa en placas de microtitulación.
La sustancia a analizar se disuelve en DMSO y se diluye con DMSO/agua hasta una concentración final de
50 \muM en la mezcla de ensayo. La concentración de DMSO en la mezcla de ensayo debe ser de 5% en volumen como máximo.
100 \mul de mezcla de reacción deben contener tampón TEA 50 mM (pH 7,4), MgCl_{2} 3 mM, GSH 3 mM, GTP
0,1 mM, IBMX (isobutil-metil-xantina) 1 mM, NAD^{+} 0,2 mM, NAT 0,4 mU, solución enzimática de sGC adecuadamente diluida (aislada de pulmón de vacuno según Humbert P. et al., Methods of Enzymology 195, 384-391 (1991)), así como la sustancia de prueba o disolvente (para la determinación de la actividad enzimática basal). La reacción se inicia por medio de la adición de la sGC. La mezcla de reacción se incuba durante 60 min a temperatura ambiente y, entonces, se detiene mediante enfriamiento con hielo y adición de EDTA 50 mM, pH 8,0. Para la determinación de ATP se agregan 20 \mul de MgCl_{2} 100 mM, y 50 \mul de Reactivo de Ensayo de ATP (luciferina 0,035 mM y 10.000 U/ml de luciferasa en tris-acetato 62,5 mM a pH 7,75, EDTA 1,9 mM, ditiotreitol 0,05 mM, BSA al 0,1%). Las Unidades de Luminiscencia Relativas (RLU, siglas en alemán) se pueden medir con un luminómetro de placas de microtitulación.
La actividad de la sGC se obtiene tras la sustracción del valor en vacío de RLU (incubación sin enzima) del valor de medición de RLU. La activación de la sGC por una sustancia de prueba se expresa en porcentaje de la actividad enzimática basal (control de disolvente) y se calcula de acuerdo con la fórmula siguiente:
100 x (\DeltaRLU_{\text{sustancia de prueba}} / DRLU_{\text{control}}) - 100 = % de activación
Ejemplo 2 Activación de la guanilatociclasa soluble tras la oxidación del hierro heme
La sGC aislada se encuentra en solución en una forma heme que contiene Fe^{2+} (reducida), susceptible de estimulación con NO, y en una forma heme que contiene Fe^{3+} (oxidada), no susceptible de estimulación con NO. La parte de cada forma se ha podido determinar hasta ahora con ayuda de mediciones de ESR.
El monóxido de nitrógeno (NO) y los donadores de NO activan exclusivamente el estado reducido de la sGC. En una incubación en presencia de, por ejemplo, 1H-[1,2,4]-oxadiazolo[4,3-a]quinoxalin-1-ona (ODQ), que oxida in vitro la sGC de manera irreversible, muestra una completa pérdida de su efecto estimulante. Un nuevo activador de la sGC, independiente de NO, 1-bencil-3-(2-hidroximetil-fur-5-il)-indazol (YC-1), activa igualmente la forma reducida de la sGC y se puede inhibir con ODQ.
Por el contrario, ODQ no potencia ni influye sobre la capacidad de estimulación por medio de sustancias que activan de manera exclusiva o predominante la forma oxidada, según la parte de la forma oxidada en la mezcla.
A menudo, estas sustancias muestran también una activación de la forma libre de heme de la sGC. La preparación de una sGC libre de heme se lleva a cabo de acuerdo con J. Foerster, et al., Eur. J. Biochem. 240, 380-386
(1996).
Se puede preparar una guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente conservando la enzima recién preparada durante aprox. 7 días a 4ºC. Si la guanilatociclasa soluble pretratada de esta forma se incuba con 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-N-(4-(tiomorfolin-4-sulfonil)-fenil)-benzamida, se obtiene una estimulación de 17,6 veces de la actividad. El valor de CE_{50} asciende a 0,5 \mumol/l. Si se utiliza una guanilatociclasa soluble libre de heme, se obtiene una estimulación de 58,2 veces. La afinidad, en este caso, es de 2,4 \mumol/l.
Ejemplo 3 Detección de la estimulación de la guanilatociclasa soluble, tras oxidación del hierro heme, mediante la determinación del efecto sobre la agregación trombocitaria
El efecto fisiológico del monóxido de nitrógeno (NO) tal como, por ejemplo, la inhibición de la agregación trombocitaria y relajación de la musculatura vascular lisa, es consecuencia de una activación directa de la guanilatociclasa soluble (reducida) por NO, con una formación aumentada de GMPc.
ODQ, un inhibidor selectivo de la sGC, inhibe mediante la oxidación de la sGC el incremento de GMPc y el efecto antiagregante de los donadores de NO sobre trombocitos humanos lavados (M.A. Moro et al., PNAS 93, 1480-1485 (1996)).
Para la preparación de trombocitos humanos lavados (WP, siglas en inglés) se extrae sangre de la vena antecubital y se anticoagula en la jeringuilla con ácido cítrico/citrato sódico. Tras centrifugación a 16 x g durante 15 min, el sobrenadante está compuesto por plasma rico en plaquetas (PRP). El PRP se acidifica, los trombocitos sedimentan por centrifugación durante 20 min a 400 x g y se recolectan en solución de Tyrode. Estos trombocitos lavados
(WP, 3x10^{5}/\mul) se utilizan en los ensayos.
La inhibición de la agregación por medio de activadores de sGC se determina en un agregómetro de luminiscencia. Los WP se incuban en presencia de CaCl_{2} 0,5 mM con la sustancia de ensayo a 37ºC, y la reacción se inicia por la adición de, por ejemplo, 0,3 \mug/ml de colágeno. El efecto de las sustancias sobre la agregación se analiza en ausencia y en presencia de ODQ. Los activadores de la sGC deberían inhibir, de forma dependiente de la dosis, la agregación trombocitaria inducida por el colágeno. Los activadores que estimulan la forma oxidada de la sGC, deberían exhibir en presencia de ODQ un efecto antiagregante más intenso. El valor de CI_{50} para la inhibición de la agregación debería desplazarse hacia concentraciones más reducidas.
Para determinar la concentración intracelular de GMPc, se incuban WP durante 15 min en presencia de isobutil-metil-xantina (IBMX) 0,1 mM a 37ºC. La incubación se interrumpe por centrifugación, y se trata el precipitado con ácido perclórico 1M y ultrasonido durante 1 min. Tras una nueva centrifugación durante 15 min a 13.000 x g, se neutraliza el sobrenadante con KOH 1M y se determina la concentración de GMPc con un inmunoensayo enzimático disponible en el comercio (por ejemplo, Amersham) para GMPc. La concentración de proteína se determina en el precipitado por el método de Bradford.
Los compuestos químicos que estimulan la actividad de la guanilatociclasa soluble deberían conducir a un incremento, dependiente de la concentración, de la concentración intracelular de GMPc. Si la incubación se lleva a cabo en presencia de ODQ, se debería poder obtener con compuestos químicos que estimulan la actividad de la guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente, niveles de GMPc significativamente más altos que sin ODQ, es decir, ODQ debería potenciar el efecto de las sustancias.
Ejemplo 4 Detección de la estimulación de la guanilatociclasa soluble tras la oxidación del hierro heme por determinación del efecto sobre células musculares lisas de la aorta de rata
Se aíslan y cultivan células musculares lisas (VSMC) de la aorta de rata de acuerdo con el método de J.H. Chamley et al., Cell Tissue Res. 177, 503-522 (1977).
Las células se siembran en placas de 6 pocillos y se incuban durante 15 min en tampón Hepes-Tyrode (pH 7,4 con 200 U de SOD, IBMX 0,3 mM) a 37ºC. El efecto de las sustancias sobre los VSMC se investiga en ausencia y presencia de ODQ. La incubación se interrumpe por la aspiración con succión del sobrenadante y adición de nitrógeno líquido, y las células se congelan profundamente en placas de 6 pocillos. Para la determinación de GMPc, se descongelan las placas, se recubren los pocillos individuales con tampón, y se determina la concentración de GMPc en el sobrenadante por medio de un inmunoensayo enzimático disponible en el comercio (por ejemplo, Amersham) para GMPc. La concentración de proteína se determina tras la disolución de la proteína en los pocillos con NaOH 0,1M con el método de Bradford.
Los compuestos químicos que estimulan la actividad de la guanilatociclasa soluble deberían conducir a un incremento, dependiente de la concentración, de la concentración intracelular de GMPc. SI la incubación se lleva a cabo en presencia de ODQ, se debería poder obtener con compuestos químicos que estimulan la actividad de la guanilatociclasa soluble con hierro heme trivalente, niveles de GMPc esencialmente más altos. ODQ debería potenciar el efecto de los compuestos activadores.
Ejemplo 5 Preparación de 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-N-(4-(tiomorfolin-4-sulfonil)-fenil)-benzamida
Se disolvieron 33,71 g (0,32 mol) de carbonato sódico en 250 ml de agua, y se calentó a 50ºC. Se incorporaron a la solución 25,00 g (0,13 mol) de ácido 2-amino-4,5-dimetoxi-benzoico y se agregaron a esta solución, durante un espacio de tiempo de 15 min, 29,55 g (0,14 mol) de cloruro de 4-cloro-bencenosulfonilo en porciones. Después de enfriar la mezcla, se aspiró con succión, el residuo se recogió en una solución al 1% de hidrógenocarbonato sódico, se filtró, y el producto precipitó por la adición de ácido clorhídrico 1N. Se obtuvieron 25,90 g (55%) de
ácido 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-benzoico, con un punto de fusión de 212-214ºC. Se depositaron 25,90 g (0,07 mol) de ácido 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-benzoico en 75 ml de tolueno, se agregaron 17,30 g (0,08 mol) de pentacloruro de fósforo, y la mezcla se agitó durante 2,5 h a 40-45ºC. A continuación, se concentró al vacío hasta la mitad del volumen, se aspiró con succión el producto precipitante, y se lavó nuevamente con poco tolueno. Se obtuvieron 25,30 g (93%) de cloruro del ácido 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-benzoico, con un punto de fusión de 175-177ºC.
Se depositaron 10,00 g (25,6 mol) de cloruro del ácido 2-(4-cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-benzoico en 300 ml de tolueno, se agregaron 4,49 g (25,6 mmol) de fluoruro del ácido 4-amino-bencenosulfónico, y la mezcla se calentó a reflujo durante 4 h. Después de enfriar, se aspiró con succión el precipitado depositado, y se lavó con tolueno. Se obtuvieron 11,71 g (87%) del compuesto del título, con un punto de fusión de 216-219ºC.
Se disolvieron 500 mg (0,95 mmol) de fluoruro del ácido cloruro del ácido 4-((2-(4--cloro-fenil-sulfonilamino)-4,5-dimetoxi-benzoil)-amino)-bencenosulfónico en 1 ml de tiomorfolino y se calentó a 90ºC durante 30 min. Para el procesamiento, se vertió sobre 50 ml de hielo/ácido clorhídrico 1N, el precipitado se aspiró con succión, se secó en un armario de secado al vacío sobre pentóxido de fósforo, y se cristalizó en hexano/éster acético. Se obtuvieron 378 mg (65%) del compuesto del título, con un punto de fusión de 241ºC.

Claims (4)

1. Ensayo luminométrico para la detección de una guanilatociclasa soluble, que comprende las etapas de procedimiento
a)
Preparación de una guanilatociclasa soluble y GTP como sustrato, y conversión de GTP en GMPc y pirofosfato;
b)
Preparación de una nicotinamida-mononucleótido-adeniltransferasa y nicotinamida dinucleótido (NAD^{+}), y reacción con el pirofosfato de a) para dar ATP;
c)
Preparación de luciferasa y luciferina, y determinación luminométrica del ATP formado en b) por reacción con luciferina y luciferasa.
2. Ensayo luminométrico para la detección una guanilatociclasa soluble según la reivindicación 1, en el que se introducen GTP, NAD^{+}, nicotinamida-mononucleótido-adeniltransferasa, luciferina y luciferasa en un recipiente de reacción, la reacción se inicia por la adición de la guanilatociclasa soluble, se mide la cantidad de ATP formado, y se determina a partir de la misma la actividad de la guanilatociclasa soluble.
3. Uso de un ensayo luminométrico según la reivindicación 1 ó 2, para la detección de una guanilatociclasa soluble, para determinar la actividad de la guanilatociclasa soluble.
4. Uso de un ensayo luminométrico según la reivindicación 1, 2 ó 3, para la detección de una guanilatociclasa soluble, cuyo hierro heme se encuentra presente en fase de oxidación trivalente.
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