ES2254658T3 - Proteina de fusion que comprende hirudina y proinsulina o insulina. - Google Patents

Proteina de fusion que comprende hirudina y proinsulina o insulina.

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ES2254658T3 ES02711847T ES02711847T ES2254658T3 ES 2254658 T3 ES2254658 T3 ES 2254658T3 ES 02711847 T ES02711847 T ES 02711847T ES 02711847 T ES02711847 T ES 02711847T ES 2254658 T3 ES2254658 T3 ES 2254658T3
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Abstract

Un DNA que codifica una proteína de fusión de la forma: ¿F¿Asm¿Rn¿Y¿, en donde F es una secuencia de DNA que codifica una secuencia de aminoácidos que permite la secreción de una proteína Y en un medio de fermentación, en donde F codifica una hirudina, As es un enlace químico o una secuencia de DNA que codifica un aminoácido codificable por el código genético, m es un número entero de 0 ¿ 10, R es un enlace químico o un codón de arginina, n es 0 ó 1, e Y es una secuencia de DNA que codifica una proteína de interés la cual, correctamente plegada, es parte de la proteína de fusión en el medio de fermentación, y que es una proinsulina.

Description

Proteína de fusión que comprende hirudina y proinsulina o insulina.
La invención se refiere a proteínas de fusión que comprenden una parte de fusión y una proteína de interés, llevando la combinación de las dos proteínas a la proteína de fusión que es segregada en el sobrenadante de un hospedante bacteriano y a la proteína de interés que está presente en su correcta estructura tridimensional. La secuencia génica de la proteína de fusión es parte de una casete de expresión que permite la expresión en un hospedante bacteriano. La invención se refiere a un procedimiento para la fermentación, expresión y tratamiento de tal proteína de fusión usando la casete de expresión, a un plásmido que contiene la casete de expresión integrada en el cromosoma y/o como un replicón, por ejemplo como un plásmido, a dicha proteína de fusión con hirudina o uno de sus derivados como la parte de fusión, a un procedimiento para producir insulina o un derivado de insulina y al uso de la casete de expresión en los procedimientos para preparar una proteína de fusión a partir de hirudina o sus derivados y para producir insulina o un derivado de insulina.
El desarrollo de procedimientos optimizados para preparar productos farmacéuticos basados en proteínas recombinantes representa un objetivo que tiene que cumplir con dos puntos de vista, si es posible. En primer lugar, un procedimiento tiene que ser tan rentable como sea posible y, en segundo lugar, el producto tiene que ser de la más alta pureza.
A este respecto, la elección del sistema de expresión determina el curso del particular procedimiento de producción, y es obvio para un trabajador experto que el desarrollo de nuevas técnicas en la química de las proteínas y la amplia variedad de posibilidades bioquímicas y nuevas combinaciones de técnicas conocidas siempre hacen posible mejorar los procedimientos existentes.
Las propiedades de una deseada proteína determinan de forma decisiva la elección del sistema de célula hospedante utilizado para la síntesis. Bacterias tales como E. coli representan el sistema con la ayuda del cual es posible producir rápidamente proteínas con rendimientos crudos de varios gramos en medios baratos. El sistema es especialmente útil para las proteínas que no necesitan ser modificadas y que pueden ser renaturalizadas in vitro a su forma biológicamente activa. Para las proteínas que se necesitan en grandes cantidades, tales como la insulina por ejemplo, se aspira a tasas de expresión que lleven a la acumulación intracelular de la proteína en forma de cuerpos de inclusión. Después de la lisis celular, se disuelve la proteína y después, en posteriores etapas del procedimiento, se pliega. Sin embargo el proceso de plegamiento no es cuantitativo. Las razones para esto pueden ser daños irreversibles durante la formación de cuerpos de inclusión, los correspondientes daños durante la lisis celular y los errores durante el plegamiento. Las moléculas plegadas o modificadas "erróneamente" tienen que ser eliminadas después en posteriores etapas de separación. Esto tiene un efecto adverso sobre los costes de producción. Adicionalmente, también reaparecen en el producto final trazas de dichas moléculas. Puesto que los productos farmacéuticos están sometidos a altos criterios de pureza, es necesaria una purificación apropiadamente cuidadosa y de alto coste. Debido a la relación favorable coste/rendimiento crudo, serían deseables los procedimientos que permitan la exportación por E. coli de la proteína de interés en forma correctamente plegada hasta el medio de cultivo. Sin embargo, esto ha sido satisfactorio solamente en casos excepcionales hasta ahora.
La solicitud de patente internacional PCT/EP00/08537 describe tal excepción. La síntesis y exportación de lepirudina, el ingrediente activo del producto farmacéutico Refludan®, por E. coli en cantidades de gramos fueron satisfactorias cuando se usaron secuencias señales específicas para exportación. La solicitud de patente internacional PCT/EP01/07333 describe una proteína bifuncional compuesta de hirudina y derivados de hirudina y de un inhibidor factor Xa procedente de las garrapatas y sus derivados. Dicha proteína puede asimismo ser sintetizada y exportada por E. coli con altos rendimientos. Como una adición a este hallazgo, se encontró después sorprendentemente que la hirudina es exportada con altos rendimientos no sólo como una proteína de fusión con TAP sino también como parte de una proteína de fusión con polipéptidos tales como los derivados de proinsulina, que es biológicamente activa y que, sorprendentemente, un copartícipe de fusión tal como la proinsulina está presente en la correcta estructura tridimensional. Este inesperado resultado lleva a la posibilidad de una producción más rentable, por ejemplo, de insulina por los sistemas de hospedante bacteriano/vector, puesto que se puede prescindir de la etapa de replegamiento in vitro después de la expresión intracelular, que se asocia con pérdidas de rendimiento que no son despreciables, y de este modo resulta un procedimiento de purificación de las proteínas más simple. Otra ventaja es que no se requieren las ayudas que rompen la estructura (caotrópicas) que se añaden para disolver la proteína de fusión en los procedimientos tradicionales para la producción de insulina en E. coli. Ecológicamente, esto lleva a menos polución ambiental al evitar los correspondientes desechos.
Las sanguijuelas del tipo Hirudo han desarrollado, por ejemplo, diferentes isoformas del inhibidor de la trombina, hirudina. La hirudina ha sido optimizada para los requerimientos farmacéuticos por variación artificial de la molécula, por ejemplo cambio del aminoácido del N terminal (por ejemplo EP-A 0 324 712).
La invención incluye el uso de hirudina y variantes de hirudina para la formación de proteínas de fusión, por ejemplo con proinsulina de simio o sus derivados. Realizaciones particulares de la invención usan una de las isoformas de la hirudina natural (las isoformas naturales se denominan en conjunto "hirudina"). Las isoformas naturales son, por ejemplo, Val-Val-hirudina o Ile-Thr-hirudina. Otras realizaciones de la invención usan una variante de una isoforma de hirudina natural. Una variante se deriva de una isoforma de hirudina natural pero contiene, por ejemplo, aminoácidos adicionales y/o deleciones de aminoácidos y/o cambios de aminoácidos en comparación con la isoforma natural. Una variante de hirudina puede contener segmentos peptídicos alternantes de isoformas de hirudina natural y nuevos aminoácidos. Las variantes de hirudina son conocidas y están descritas, por ejemplo, en el documento DE 3 430 556. Las variantes de hirudina están comercialmente disponibles en la forma de proteínas (Calbiochem® Biochemicals, Cat. no. 377-853, -950-960).
La insulina es un polipéptido de 51 aminoácidos que están distribuidos entre dos cadenas de aminoácidos: la cadena A con 21 aminoácidos y la cadena B con 30 aminoácidos. Las cadenas están conectadas una a otra con dos puentes disulfuro. Las composiciones de insulina han sido usadas durante muchos años para la terapia de la diabetes. Esto incluye el uso no solamente de insulinas naturales sino también de derivados y análogos de insulina.
Los derivados de insulina son derivados de insulinas naturales, principalmente insulinas humanas o insulinas animales, que difieren de la correspondiente insulina natural, por lo demás idéntica, por la sustitución de al menos un resto aminoácido natural y/o la adición de al menos un resto aminoácido y/o un resto orgánico.
En general los derivados de insulina tienen una acción ligeramente modificada en comparación con la insulina humana.
Los derivados de insulina que tienen un comienzo de acción acelerado están descritos en los documentos EP 0 214 826, EP 0 375 437 y EP 0 678 522. El documento EP 0 214 826, se refiere, entre otros, a las sustituciones de B27 y B28. El documento EP 0 678 522 describe derivados de insulina que tienen en la posición B29 diferentes aminoácidos, preferiblemente prolina, pero no ácido glutámico. El documento EP 0 375 437, incluye derivados de insulina con lisina o arginina en B28, que pueden ser adicionalmente modificados en B3 y/o A21, cuando sea apropiado.
El documento EP 0 419 504 describe derivados de insulina que están protegidos frente a modificaciones químicas por la modificación de la asparagina en B3 y de al menos otro aminoácido en las posiciones A5, A15, A18 o A21.
El documento WO 92/00321 describe derivados de insulina en los cuales al menos un aminoácido en las posiciones B1-B6 ha sido reemplazado por lisina o arginina. De acuerdo con el documento WO 92/00321, las insulinas de este tipo presentan una acción prolongada.
Cuando se produce insulina o derivados de insulina por ingeniería genética, frecuentemente se expresa un precursor de la insulina, "proinsulina", que comprende las cadenas B, C y A. Dicha proinsulina se puede convertir en insulina o un derivado de insulina por la separación enzimática o química de la cadena C después de apropiado y correcto plegamiento y formación de los puentes disulfuros. La proinsulina se expresa frecuentemente en la forma de una proteína de fusión. El copartícipe de fusión "no deseado" necesita asimismo ser separado química o enzimáticamente.
Es obvio para un trabajador experto que la elección de los sistemas recombinantes hospedante/vector determina los métodos de cultivo, propagación y fermentación de las células recombinantes. Esto es asimismo un objeto de la invención.
La proteína de fusión muestra sorprendentemente buena solubilidad en medio ácido, y esto lleva a distintas ventajas en relación con el tratamiento químico de la proteína. En primer lugar, muchos componentes no deseados del sobrenadante se precipitan en dichas condiciones y en segundo lugar, las peptidasas o proteasas son inactivas. Por tanto, la acidificación del caldo de fermentación al final de la operación hace posible separar directamente de la proteína de fusión, las proteínas no deseadas del sobrenadante junto con las células hospedantes y, en una etapa adicional, concentrar dicha proteína de fusión. Esto es asimismo un objeto de la invención.
Al final de la fermentación, el proceso de plegamiento puede no estar todavía completo al 100%. La adición de mercaptano o, por ejemplo, hidrocloruro de cisteína puede completar el procedimiento. Éste es asimismo un objeto de la invención.
Si las dos proteínas se fusionan por medio de un conector de aminoácidos que son específicamente reconocidos por las endoproteasas que no escinden eficientemente la proteína de fusión en ninguna otra posición, entonces la proteína de interés puede ser escindida directamente en forma activa. En el caso de producción de insulina, el conector entre la hirudina y la proinsulina contiene preferiblemente arginina en el extremo de carboxi terminal. En un proceso simultáneo es entonces posible por conversión con tripsina escindir la parte de fusión y convertir la proinsulina en mono- o di-Arg-insulina. Dicho conector debe ser optimizado en relación al procesado de la insulina de tal modo que la escisión de la parte de la hirudina no sea más lenta que las escisiones de la secuencia del péptido C o uno de sus derivados que unen las cadenas B y A de la insulina. Éste es asimismo un objeto de la invención. Un ejemplo de un sistema de expresión que se puede usar es el vector pJF118, descrito en la figura 1 de la patente europea 0 468 539.
Los plásmidos que contienen las secuencias de DNA que codifican la proinsulina o derivados de proinsulina están descritos, por ejemplo, en las patentes EP-A 0 489 780 y PCT/EP00/08537.
El plásmido pK152 que contiene la secuencia de la hirudina según el documento EP-A 0 324 712 se usa como fuente de la secuencia de DNA de la hirudina.
La compatibilidad de exportación de la proteína de interés al pasar a través de la membrana bacteriana interior es importante para la secreción. A este respecto, la elección de la secuencia señal que puede ser más o menos óptima para diferentes proteínas es importante. La solicitud de patente PCT/EP00/08537 describe un sistema de rastreo de la secuencia señal basado en la PCR. Este sistema se puede aplicar también a las proteínas de fusión que tienen hirudina como la parte de fusión en el N terminal, puesto que sorprendentemente la actividad de la hirudina permanece intacta y por tanto se hace fácilmente detectable en el sobrenadante por medio del ensayo de inhibición de la trombina.
Winter et al. (Journal of Biotechnology 84 (2000) 175-185) describen una producción incrementada de proinsulina humana en el espacio periplásmico de Escherichia coli mediante fusión a DsbA.
En la solicitud de patente internacional PCT/GB90/01911 se describe que proteínas de fusión relativamente inactivas son activables por parte de enzimas de la cascada de la coagulación de modo que tengan una actividad de inhibición fibrinolítica y/o de formación del coágulo. Por ejemplo, una proteína de fusión que comprende dos moléculas de hirudina o estreptoquinasa, enlazadas por una secuencia de unión escindible, se puede escindir para proporcionar hirudina anti-trombótica o estreptoquinasa fibrinolítica por parte de trombina o factor Xa.
En el documento EP 0 158 564 A1 se describen vectores para la expresión de hirudina.
La invención, por tanto, se refiere a un DNA (término alternativo: casete de expresión) que codifica una proteína de fusión de la forma
-F-As_{m}-R_{n}-Y-,
en donde
F
es una secuencia de DNA que codifica una secuencia de aminoácidos que
\quad
permite la secreción de una proteína Y en un medio de fermentación, en donde F codifica una hirudina,
As
es un enlace químico o una secuencia de DNA que codifica un aminoácido codificable por el código genético,
m
es un número entero de 0 - 10,
R
es un enlace químico o un codón de arginina,
n
es 0 ó 1, e
Y
es una secuencia de DNA que codifica una proteína de interés la cual, correctamente plegada, es parte de la proteína de fusión en el medio de fermentación, y que es una proinsulina.
La invención se refiere, además, a una casete de expresión (término alternativo: molécula de DNA) de la forma
P-S-F-As_{m}-R_{n}-Y-T,
en donde
P
es un promotor,
S
es una secuencia de DNA que codifica una secuencia señal que permite rendimientos óptimos,
T
es una secuencia de DNA sin traducir que mejora la expresión.
La invención se refiere, además, a un plásmido que contiene una casete de expresión descrita antes, y a una célula hospedante que contiene dicho plásmido o a una célula hospedante que preferiblemente contiene la casete de expresión integrada en el genoma hospedante, siendo seleccionada la célula hospedante de un grupo que comprende E. coli, B. subtilis y Streptomyces.
La invención se refiere también a un procedimiento para la producción fermentativa de una proteína de fusión como se ha descrito antes, en cuyo procedimiento
(a)
una molécula de DNA como se ha descrito antes se expresa en una célula hospedante como se ha descrito antes, y
(b)
se aísla la proteína de fusión expresada;
en el cual, en particular, se separa el sobrenadante de las células hospedantes para aislar la proteína expresada, y la proteína expresada se aísla del sobrenadante; y en el cual, una etapa del procedimiento para concentrar la proteína expresada en el sobrenadante después de la precipitación se selecciona de un grupo que comprende microfiltración, cromatografía de interacción hidrófoba y cromatografía de cambio iónico, y en el cual, una particular realización es que el aislamiento de la proteína expresada incluye una etapa en la que se precipitan los componentes del medio de cultivo o el sobrenadante, mientras que la proteína expresada permanece en solución; y en el cual, en otra realización preferida de la invención, después de la fermentación, se añaden mercaptano o hidrocloruro de cisteína al sobrenadante de fermentación a pH 6-9, dando como resultado una concentración de 0,05 a 2,5 M del grupo SH libre.
Una realización particular de la invención comprende separar el sobrenadante de fermentación de las células hospedantes, después cultivar las células hospedantes en medio fresco y aislar la proteína de fusión del sobrenadante. En otras palabras, una realización adicional de la invención es un procedimiento como se ha descrito antes, en cuyo procedimiento después de separar el sobrenadante de la fermentación de las células hospedantes, las células hospedantes se cultivan repetidamente en medio fresco, y la proteína de fusión liberada se aísla de cada sobrenadante obtenido durante el cultivo.
La invención se refiere adicionalmente a un procedimiento para la producción de insulina, en cuyo procedimiento
(a)
a partir de la proteína de fusión expresada, que se obtiene en un procedi miento como se ha descrito antes,
(b)
se libera insulina por escisión enzimática o química y
(c)
se aísla.
Los siguientes ejemplos que no se pretende que sean restrictivos describen la invención en más detalle.
Ejemplo 1 Construcción de una proteína de fusión lepirudina-GNSAR-proinsulina de simio, colgante de la secuencia señal del producto del gen oprF de Pseudomonas fluorescens
El ejemplo 2 de la solicitud de patente PCT/EP00/08537 describió un vector de expresión que permite la expresión y secreción de Refludan en el medio usado para E. coli por medio de la secuencia señal del producto del gen oprF de Pseudomonas fluorescens (De, E. et al. FEMS Microbiol Lett. 127, 263-272,1995). Este vector sirve para construir una proteína de fusión Refludan-GNSAR-proinsulina de simio (GNSAR=SEQ ID NO: 1) y se denomina pBpfu_hir.
Otros materiales de partida son los DNAs de los plásmidos pJF118 (EP 0 468 539) y pK152 (PCT/EP00/08537). Se requieren los siguientes oligonucleótidos:
Cebador pfuf1
5'GGTTCTCTTA TTGCCGCTAC TTCTTTCGGC GTTCTGGCAc ttacgtatac tgactgca 3' (SEQ ID NO: 2)
Cebador insu11hindIII
5'-TTTTTAAGCT TCATGTTTGA CAGCTTATCA T - 3' (SEQ ID NO: 3)
Cebador Hir_insf1
5'-ATCCCTGAGG AATACCTTCA CGGAAATTCG GCACGATTTG TG - 3' (SEQ ID NO: 4)
Cebador Hir_insrev1
5'-CACAAATCGT GCCGAATTTC CCTGAAGGTA TTCCTCAGGG AT - 3' (SEQ ID NO: 5)
El cebador pfuf1 se hibrida con la región de DNA que codifica la unión de la secuencia señal y la lepirudina en el vector de expresión.
La parte del cebador Hir_insrev1 mostrada en letra negrilla se hibrida con la región de DNA que codifica la unión de las secuencias de la preproinsulina y proinsulina de simio en el plásmido pINT90d y con las secuencias del extremo 3' de la secuencia de la hirudina en el plásmido pK52. El cebador Hir_insrev1 es 100% complementario al cebador Hir_insf1. El cebador Insu11HindIII marca el extremo 3' de la región de DNA clonada en pINT90d y codifica la secuencia de proinsulina de simio y adicionalmente lleva la secuencia del hexanucleótido para el reconocimiento por la enzima de restricción HindIII.
Se realizan dos reacciones estándar en cadena de la polimerasa usando el par de cebadores Hir_insf1/ Insu11HindIII con el plásmido pINT90d como molde y el par de cebadores pfuf1/ Hir_insrev con el plásmido pBpfu como molde. Los productos de ambas reacciones se reúnen y una alícuota se convierte en una tercera reacción en cadena de la polimerasa con los cebadores pfuf1/Insu11HindIII. El resultado es un producto de DNA que contiene la secuencia señal (parcialmente)-lepirudina-GNSAR-proinsulina de simio. El fragmento de DNA se convierte usando las enzimas de restricción BamHI y HindIII, con escisión con la BamHI en la secuencia de lepirudina y con la HindIII en el extremo 3' de la secuencia que codifica la proinsulina.
En una reacción paralela, el vector pBpfu se convierte usando las dos enzimas y se aísla el fragmento grande del vector. Los productos aislados de ambas reacciones se convierten en una reacción de T4-ligasa. Las células competentes de la cepa K12 Mc1061 de E. coli (Sambrook et al. "Molecular Cloning" (Cold Spring Habor Laboratory Press 1989) se transforman con la mezcla de ligamiento y se ponen en placas NA que contienen 25 mg/ml de ampicilina. El DNA del plásmido se aísla de los transformantes para caracterización. Al mismo tiempo, se produce una placa con los transformantes caracterizados en el análisis del plásmido, con fines de mantenimiento. El DNA se caracteriza por medio de análisis de restricción y análisis de secuencia del DNA. Un plásmido identificado como correcto se denominó pBpfuHir_Ins.
Ejemplo 2 Construcción de una proteína de fusión Ser-hirudina-GNSAR-proinsulina de simio, colgante de la secuencia señal de la proteína de la membrana exterior de S. typhimurium (fimD)
La construcción se lleva a cabo según el plan descrito en el ejemplo 1.
El ejemplo 10 de la solicitud de patente PCT/EP00/08537 describe la construcción de un vector para exportar lepirudina por medio de la secuencia señal de la proteína de la membrana exterior de S. typhimurium (Rioux, C.R., Friedrich, M.J. y Kadner, R.J.; J. Bacteriol. 172 (11), 6217-6222 (1990)). El plásmido resultante se denomina pBstyfim_hir para fines del laboratorio. Los DNA de los plásmidos pK152 y pINT90d sirven en cada caso como moldes.
La construcción requiere 4 cebadores.
Los cebadores insu11hindIII, Hir_insf1 y Hir_insrev1 se describen en el ejemplo 1.
El cebador styfim1ser se sintetiza desde sus comienzos y tiene la siguiente secuencia:
5' CGGCGCTGAG TCTCGCCTTA TTTTCTCACC TATCTTTTGC CTCTacgtat actgactgcaCTG 3' (SEQ ID NO: 6)
El triplete de DNA mostrado en letra negrilla indica un codón de serina. Como resultado, se produce una hirudina que lleva serina en lugar de leucina en la posición 1 de la secuencia de aminoácidos.
De forma correspondiente al ejemplo 1, se realizan dos reacciones estándar en cadena de la polimerasa usando el par de cebadores Hir_insf1/ Insu11HindIII con el DNA de pINT90d como molde y el par de cebadores styfim1ser/ Hir_insrev con el DNA de pK152 como molde. Los productos de ambas reacciones se reúnen y una alícuota se convierte en una tercera reacción en cadena de la polimerasa con los cebadores styfim1ser/ Insu11HindIII. El resultado es un producto de DNA que contiene la secuencia señal (parcialmente)-Ser-hirudina-GNSAR-proinsulina de simio. El fragmento de DNA se convierte usando las enzimas de restricción BamHI y HindIII.
En una reacción paralela, el vector pBstyfim_Hir se convierte usando las dos enzimas y se aísla el fragmento grande del vector. Los productos aislados de ambas reacciones se convierten en una reacción de T4-ligasa. Las células competentes de la cepa K12 Mc1061 de E. coli se transforman con la mezcla de ligamiento y el DNA del plásmido se aísla de los transformantes para caracterización. Al mismo tiempo, se produce una placa con los transformantes caracterizados en el análisis del plásmido, con fines de mantenimiento. El DNA se caracteriza por medio de análisis de restricción y análisis de secuencia del DNA. Un plásmido identificado como correcto se denominó pBstyfim_SerHir_Ins.
Ejemplo 3 Construcción de una proteína de fusión Ala-hirudina-R-proinsulina de simio, colgante de la secuencia señal de la proteína precursora de la fosfatasa alcalina de E. coli
El precursor de la fosfatasa alcalina de E. coli tiene la secuencia señal:
MKQSTIALAL LPLLFTPVTK A (SEQ ID NO: 7)
(Shuttleworth H., Taylor J., Minton N.; Nucleic Acids Res. 14: 8689, (1986)).
La secuencia de péptidos se traduce a DNA por el programa Backtranslate de GCG (Wisconsin Package Version 10.1, Genetics Computer Group (GCG), Madison, Wisc.) usando el criterio de uso del codón alto en E. coli.
Esto da como resultado la secuencia:
5' ATGAAACAGTCGACCATCGCGCTGGCGCTGCTGCCGCTGCTGTCACCCCGGTACCAAAGCG 3' (SEQ ID NO: 8)
Para clonar y colgar esta secuencia a una secuencia de DNA que codifica una hirudina que se caracteriza por tener el aminoácido alanina en la posición 1 (documento EP-A 0 448 093), dicha secuencia se extiende por la secuencia mostrada en letra negrilla:
5' TTTTTTGAATTCATGAAACAGTCGACCATCGCGCTGGCGCTGCTGCCGCTGCTGTTCACC CCGGTTACCAAAGCG \sneg{GCT}acgtat actgactgcaCTG (SEQ ID NO: 9)
Se derivan de la misma dos secuencias de oligonucleótidos que se solapan parcialmente.
El cebador phoaf1 tiene la secuencia:
5' CTGCTGCCGCTGCTGTTCACCCCGGTTACCAAAGCG GCTACG TATACTGACTGCACTG-3' (SEQ ID NO: 10)
El cebador phoaf2 tiene la secuencia:
5' TTTTTTGAATTCATGAAACAGTCGACCATCGCGCTGGCGCTGCTGCCGCTGCTG-3' (SEQ ID NO: 11)
La construcción del vector de expresión requiere los cebadores insu11HindIII, Hir_insf2 y Hir_insrev2 y los DNA de los plásmidos pK152, pINT90d y pJF118.
El cebador Hir_insf2 tiene la secuencia:
5'-ATCCCTGAGGAATACCTTCAG\sneg{cga}TTTGTGAACCAGCAC C -3' (SEQ ID NO: 12)
El cebador Hir_insrev2 tiene la secuencia:
5'-GGTGCTGGTTCACAAA\sneg{tcg}CTGAAGGTA TTCCTCAGGG AT -3' (SEQ ID NO: 13)
Las letras mayúsculas en letra negrilla indican la secuencia que se hibrida con la proinsulina, mientras que las letras mayúsculas en letra normal describen el solapamiento con el extremo 3' de la secuencia de la hirudina. Las letras minúsculas subrayadas y en letra negrilla representan el codón del conector arginina.
De forma correspondiente al ejemplo 1, se realizan dos reacciones estándar en cadena de la polimerasa usando el par de cebadores Hir_insf1/ Insu11HindIII con el DNA de pINT90d como molde y el par de cebadores phoaf1/ Hir_insrev con el DNA de pK152 como molde. Los productos de ambas reacciones se reúnen y una alícuota se convierte en una tercera reacción en cadena de la polimerasa con los cebadores phoa/Insu11HindIII. El resultado es un producto de DNA que contiene la secuencia señal-Ala-hirudina-GNSAR-proinsulina de simio. El fragmento de DNA se convierte usando las enzimas de restricción BamHI y HindIII. En una reacción en paralelo, el vector pjF118 se convierte usando las dos enzimas y se aísla el fragmento grande del vector. Los productos aislados de ambas reacciones se convierten en una reacción de T4-ligasa. Las células competentes de la cepa K12 Mc1061 de E. coli se transforman con la mezcla de ligamiento y se aísla el DNA del plásmido de los transformantes para caracterización. Al mismo tiempo, se produce una placa con los transformantes caracterizados en el análisis del plásmido, con fines de mantenimiento. El DNA se caracteriza por medio de análisis de restricción y análisis de secuencia del DNA. Un plásmido identificado como correcto se denominó pNS22.
Ejemplo 4 Ensayo de inhibición de la trombina
La concentración de hirudina se determina según el método de GrieBbach et al. (Thrombosis Research 31, pp. 347 -350, 1985 ). Para este propósito, se incluyen en las medidas cantidades específicas de un estándar de Refludan para establecer una curva de calibración a partir de la cual se puede determinar directamente el rendimiento en mg/l. La actividad biológica es también una medida directa del solapamiento correcto del componente proinsulina de la proteína de fusión. Alternativamente, es posible utilizar una digestión proteolítica con S. aureus y subsiguiente análisis en un sistema de RP-HPLC para determinar la formación correcta del puente S-S.
Ejemplo 5 Expresión de la proteína de fusión
Las células recombinantes se cultivaron durante la noche en medio 2YT (por litro: 16 g de triptona, 10 g de extracto de levadura, 5 g de NaCl) que contiene 100 \mug/ml de ampicilina. El cultivo de toda la noche se diluye 1:50 con medio fresco y las células se cultivan hasta una densidad OD_{600} de aproximadamente 0,8.
\newpage
Después se induce la expresión añadiendo IPTG de tal modo que se establece una concentración 0,05-2 mM. Las células inducidas de este modo se incuban durante 3-26 h adicionales.
Después de tres horas, la acción antitrombina de la hirudina es claramente medible en el sobrenadante. Dicha acción se puede atribuir a la secreción de la deseada proteína de fusión, ya que el análisis por SDS PAGE, después de tinción con azul Co-omassie, revela solamente en las células inducidas una nueva pista que reacciona en análisis de transferencia Western con los anticuerpos policlonales anti-insulina. En los experimentos de fermentación, la inducción se comienza solamente después del cultivo hasta densidades ópticas significativamente más altas. Se da preferenia aquí a los medios sintéticos basados en un medio mínimo.
La productividad de las células se puede aumentar usando el principio de ordeño bacteriano, esto es, separando cuidadosamente las células del sobrenadante, después del tiempo de inducción óptimo, e incubándolas después en medio fresco al cual se puede añadir de nuevo el inductor. La insulina se prepara entonces en paralelo a partir del sobrenadante recogido.
Ejemplo 6 Purificación de la proteína de fusión
Una vez que ha terminado la inducción, el sobrenadante celular se ajusta a pH 2,5 - 3 y las células y los componentes del sobrenadante se separan por centrifugación o filtración. El sobrenadante de la precipitación se aplica a una columna de cambio catiónico (S-Hyper DF, Source 30S) y se fracciona usando un gradiente lineal de 150 a 450 mM de NaCl a pH 3,5 en presencia de 30% de 2-propanol. Las fracciones individuales se analizan por medio de RP-HPLC. La proteína de fusión proinsulina-hirudina se eluye a una concentración de NaCl de aproximadamente 300 mM. Las fracciones suficientemente puras se reúnen, se diluyen con TFA al 0,1% y se aplican a una columna RP (PLRP-S 7,5 x 50 mm) por bombeo. Se lleva a cabo la elución usando un gradiente de 25-50% de acetonitrilo. Se reúnen dos grupos de fracciones. Después de separar el disolvente, se liofiliza el material. La pureza del material se verifica por medio de electroforesis en SDS poliacrilamida. La proteína de fusión purificada se analiza por espectrometría de masas (ESI). El peso molecular de la proteína de fusión determinado experimentalmente corresponde a su peso molecular esperado teóricamente después de la separación del péptido señal.
Ejemplo 7 Determinación de la unión del puente disulfuro
La proteína de fusión se digiere con tripsina y los fragmentos formados se analizan por medio de RP-HPLC y posteriormente por espectrometría de masas. Un fragmento que se reconoce como des-(B30)insulina, debido a su masa de 5706 Da, se identifica satisfactoriamente. Este producto se somete a una digestión con V8-proteasa de S. aureus. El análisis por RP-HPLC muestra el modelo peptídico esperado.
La escisión con tripsina se realiza como sigue:
La proteína de fusión liofilizada se disuelve en Tris-HCl 50 mM pH 8 (1 mg/ml) y se añade tripsina (1 \mug por mg de proteína de fusión). Se inactiva la tripsina a pH 3 al final de la reacción.
La digestión con S. aureus se realiza como sigue:
La des-(B30)insulina aislada se disuelve en agua a pH 8, se añade la proteasa de S. aureus (1/50 de la cantidad de insulina), y la mezcla se incuba a 37ºC durante 5 horas y después a temperatura ambiente durante toda la noche.
Ejemplo 8 Purificación de insulina
En contraste con la mayor parte de otros polipéptidos encontrados en el sobrenadante debidos a la lisis espontánea de las células hospedantes o a la secreción, la proteína de fusión sorprendentemente no precipita a pH 2,5-3,5. El medio de cultivo se acidifica por tanto apropiadamente y entonces, después de completar la precipitación, el precipitado y las células se separan por centrifugación o por microfiltración y se concentran.
Seguidamente, el medio se ajusta a pH 6,8 y se determina en paralelo el contenido de la proteína de fusión por ensayo con HPLC analítica. La determinación va seguida de adición de tripsina al sobrenadante de modo que la tripsina está a aproximadamente 1 \mug por 1-1,5 mg de proteína de fusión. Después de incubación a temperatura ambiente durante aproximadamente 4 horas, se realiza la purificación por cromatografía de cambio catiónico a pH 3,5 en presencia de 2-propanol. Se lleva a cabo la elución en la solución tampón aplicando un gradiente de 0,15 a
0,45 M.
La di-Arg-insulina se eluye a una concentración aproximadamente 0,3 M. Después de dilución 1:1, se precipita la di-Arg-insulina de las fracciones que contienen insulina a pH 6,8 con la adición de una solución de ZnCl_{2} al 10%. Se separa por filtración la insulina y después se disuelve en Tris-HCl 0,05 M (pH 8,5) dando como resultado una solución de 2 mg/ml:
Entonces se añade la cantidad de aproximadamente 1 unidad de carboxipeptidasa B por 100 ml de solución y se lleva a cabo la reacción con agitación suave. Se ajusta entonces el pH a pH 5,5 con ácido cítrico, y se cristaliza la insulina en presencia de ZnCl_{2}. Los cristales se separan, se disuelven y, después de purificación por RP-HPLC, la insulina se purifica de nuevo por cristalización.
Ejemplo 9 Procesado de la proteína de fusión directamente en el medio de cultivo
Al final del periodo de expresión, el medio de cultivo se ajusta a pH 6,8 y se añade después tripsina con agitación de forma que se establece una concentración final de 4-8 mg por litro. Después de incubación durante aproximadamente 4 horas, el caldo de fermentación tratado de este modo se ajusta a pH 2,5-3. Después de 1-6 horas de precipitación, el pH se eleva a 3,5, y la di-Arg-insulina formada se purifica por cromatografía de cambio catiónico en presencia de 30% de 2-propanol. Se realiza la elución por medio de un gradiente de NaCl de 0,05-0,5 M de sal. Las fracciones que contienen producto se diluyen 1:1 con H_{2}O y después se añade ZnCl_{2}, de modo que se forma una solución de ZnCl_{2} al 0,1%. La di-Arg-insulina precipita a pH 6,8 y a modo de ejemplo se convierte en insulina según el ejemplo 8.
Ejemplo 10 Secuencias señales adicionales para la secreción de proteínas de fusión
Usando la técnica descrita en la solicitud de patente PCT/EP00/08537 se pudieron detectar otras secuencias señales que llevan a la secreción de la proteína de fusión hirudina-proinsulina:
Secuencia señal smompa derivada del gen ompA de la principal proteína de la membrana exterior de Serratia marcenscens (GenEMBL data base locus: SMOMPA, 1364 bp, DNA BCT 30-MAR-1995).
Secuencia señal ecoompc derivada del gen ompC de E. coli que codifica la principal proteína de la membrana exterior (GenEMBL data base locus: SMOMPA, 1364 bp, DNA BCT 30-MAR-1995).
Secuencia señal af009352 derivada del osmoprotector de Bacillus subtilis que se une al precursor de la proteína (opuCC) (GenEMBL data base locus: AF009352, 4500 bp, DNA BCT 23-JUL-1997).
Secuencia señal aeoxyna derivada del gen xynA de Aeromonas caviae del precursor de xilanasa I (GenEMBL data base locus: AEOXYNA, 1139 bp, DNA BCT 07-FEB-1999).
Secuencia señal stomps1 derivada del gen de S. typhi de la proteína S1 de la membrana exterior (GenEMBL data base locus: STOMPS1, 1938 bp, DNA BCT 24-AUG-1995).
<110> Aventis Pharma Deutschland GmbH
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\vskip0.400000\baselineskip
<120> Proteína de fusión para la secreción de una proteína de interés en sobrenadantes bacterianos
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<130> DEAV2001/0009
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\vskip0.400000\baselineskip
<140> 10108212.6
\vskip0.400000\baselineskip
<141> 20-02-2001
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<160> 13
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\vskip0.400000\baselineskip
<170> PatentIn Ver. 2.1
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 1
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<211> 5
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia Artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la Secuencia Artificial: pBpfu_hir
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<400> 1
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\sa{Gly Asn Ser Ala Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
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<210> 2
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<211> 58
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
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<223> Descripción de la Secuencia Artificial: pfuf1
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 2
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\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
ggttctctta ttgccgctac ttctttcggc gtttggcac ttacgtatac tgactgca
\hfill
58
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 3
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<211> 31
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la Secuencia Artificial: insu11hind111
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 3
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
tttttaagct tcatgtttga cagcttatca t
\hfill
31
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 4
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<211> 42
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la Secuencia Artificial: Hir_insf1
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 4
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\hskip-.1em\dddseqskip
atccctgagg aataccttca gggaaattcg gcacgatttg tg
\hfill
42
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<210> 5
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<211> 42
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
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<223> Descripción de la Secuencia Artificial: Hir_insrev1
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 5
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\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
cacaaatcgt gccgaattcc cctgaaggta ttcctcaggg at
\hfill
42
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<210> 6
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<211> 63
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
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<223> Descripción de la Secuencia Artificial: styfimf1
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<400> 6
1
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<210> 7
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<211> 21
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
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<213> Secuencia Artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
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<223> Descripción de la Secuencia Artificial: fosfatasa alcalina (secuencia señal)
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 7
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\sa{Met Lys Gln Ser Thr Ile Ala Leu Ala Leu Leu Pro Leu Leu Phe Thr}
\sac{Pro Val Thr Lys Ala}
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<210> 8
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<211> 63
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
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<223> Descripción de la Secuencia Artificial: fosfatasa alcalina (secuencia señal)
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<400> 8
2
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<210> 9
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<211> 97
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
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<223> Descripción de la Secuencia Artificial: fragmento de clonación
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<400> 9
3
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<210> 10
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<211> 58
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
\vskip1.000000\baselineskip
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<220>
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<223> Descripción de la Secuencia Artificial: phoaf1
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<400> 10
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\hskip-.1em\dddseqskip
ctgctgccgc tgctgttcac cccggttacc aaagcggcta cgtatactga ctgcactg
\hfill
58
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<210> 11
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<211> 54
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
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<223> Descripción de la Secuencia Artificial: phoaf2
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 11
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\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
ttttttgaat tcatgaaaca gtcgaccatc gcgctggcgc tgctgccgct gctg
\hfill
54
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 12
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<211> 40
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<212> DNA
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<213> Secuencia Artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la Secuencia Artificial: Hir_insf2
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 12
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
atccctgagg aataccttca gcgatttgtg aaccagcacc
\hfill
40
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 13
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<211> 40
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<212> DNA
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia Artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la Secuencia Artificial: Hir_insrev2
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 13
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
ggtgctggtt cacaaatcgc tgaaggtatt cctcagggat
\hfill
40
\vskip1.000000\baselineskip

Claims (18)

1. Un DNA que codifica una proteína de fusión de la forma:
-F-As_{m}-R_{n}-Y-,
en donde
F
es una secuencia de DNA que codifica una secuencia de aminoácidos que permite la secreción de una proteína Y en un medio de fermentación, en donde
F
codifica una hirudina,
As
es un enlace químico o una secuencia de DNA que codifica un aminoácido codificable por el código genético,
m
es un número entero de 0 - 10,
R
es un enlace químico o un codón de arginina,
n
es 0 ó 1, e
Y
es una secuencia de DNA que codifica una proteína de interés la cual, correctamente plegada, es parte de la proteína de fusión en el medio de fermentación, y que es una proinsulina.
2. Un DNA según la reivindicación 1, en el que la casete de expresión es de la forma
P-S-F-As_{m}-R_{n}-Y-T,
en donde
P
es un promotor,
S
es una secuencia de DNA que codifica una secuencia señal que permite rendimientos óptimos,
T
es una secuencia de DNA sin traducir que mejora la expresión.
3. Un DNA según la reivindicación 2, en el que S es el gen oprF de Pseudomonas fluorescens, el DNA que codifica la secuencia señal de la proteína de la membrana exterior de S. typhimurium (fimD), la secuencia de DNA que codifica la secuencia señal de la proteína precursora de la fosfatasa alcalina de E. coli, la secuencia de DNA que codifica la secuencia señal smompa derivada del gen ompA de la principal proteína de la membrana exterior de Serratia marcenscens, la secuencia de DNA que codifica la secuencia señal ecoompc derivada del gen ompC de E. coli que codifica la principal proteína de la membrana exterior, la secuencia de DNA que codifica la secuencia señal af009352 derivada del osmoprotector de Bacillus subtilis que se une al precursor de la proteína (opuCC), la secuencia de DNA que codifica la secuencia señal aeoxyna derivada del gen xynA de Aeromonas caviae para el precursor de xilanasa I, o la secuencia de DNA que codifica la secuencia señal stomps1 derivada del gen de S. typhi de la proteína S1 de la membrana exterior.
4. Un DNA según cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que la secuencia F de DNA codifica lepirudina o una hirudina que porta serina o alanina en lugar de leucina en la posición 1 de la secuencia de aminoáci-
dos.
5. Una proteína de fusión codificada por un DNA según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
6. Un plásmido que comprende un DNA según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
7. Una célula hospedante que comprende un plásmido según la reivindicación 6.
8. Una célula hospedante que comprende un DNA según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
9. Una célula hospedante según las reivindicaciones 7 u 8, en donde la célula se selecciona del grupo que comprende E. coli, B. subtilis y Streptomyces.
10. Una célula hospedante según la reivindicación 9, en donde el plásmido según la reivindicación 6 o el DNA según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 está integrado en el genoma de la célula hospedante.
11. Un procedimiento para la producción fermentativa de una proteína de fusión, en cuyo procedimiento
(a)
una molécula de DNA según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 se expresa en una célula hospedante según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9; y
(b)
se aísla la proteína de fusión expresada.
12. Un procedimiento según la reivindicación 11, en el que se separa el sobrenadante de la célula hospedante para aislar la proteína expresada, y la proteína expresada se aísla del sobrenadante.
13. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, en el que una etapa de procedimiento para concentrar la proteína expresada en el sobrenadante después de la precipitación se selecciona de un grupo que comprende microfiltración, cromatografía de interacción hidrófoba y cromatografía de intercambio iónico.
14. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el aislamiento de la proteína expresada incluye una etapa en la que se precipitan los componentes del medio de cultivo o el sobrenadante, mientras que la proteína expresada permanece en solución.
15. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que después de la fermentación, se añaden al sobrenadante de la fermentación mercaptano o hidrocloruro de cisteína a pH 6-9, dando como resultado una concentración de 0,05 a 2,5 mM del grupo SH libre.
16. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en cuyo procedimiento, después de separar el sobrenadante de la fermentación de las células hospedantes, las células hospedantes se cultivan repetidamente en medio fresco, y la proteína de fusión liberada se aísla de cada sobrenadante obtenido durante el cultivo.
17. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en el que se añaden mercaptano o hidrocloruro de cisteína al sobrenadante del cultivo celular a pH 6-9, de tal modo que se alcanza una concentración de 0,05 a 2,5 mM de los grupos libres SH.
18. Un procedimiento para la preparación de insulina, en cuyo procedimiento
(a)
a partir de la proteína de fusión expresada que se obtiene en un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17,
(b)
se libera insulina por escisión enzimática o química y
(c)
se aísla.
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