ES2297131T3 - Produccion de ugppasa. - Google Patents

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J. Ins. Agrobiotec. y Rec. Nat. POZUETA ROMERO
E. Ins. Agrobiotec. y Rec. Nat. BAROJA FERNANDEZ
Francisco J. Ins. Agrobiotec. Y Rec. Nat. Muñoz
Imbak Suh
Ryuji Yamamoto
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
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Abstract

Proteína enzimática purificada que consiste en la secuencia de aminoácidos establecida como SEC ID N.º: 2.

Description

Producción de UGPPasa.
Campo técnico
La presente invención se refiere a UDP-glucosa pirofosfatasa (UGPPasa), una nueva proteína enzimática que se ha descubierto que se encuentra en animales, y a la preparación de la proteína en una forma purificada, así como a los usos de la proteína en el campo del análisis bioquímico incluido ELISA, y para la determinación de la UDP-glucosa contenida en una muestra.
Técnica anterior
El glucógeno es un polisacárido que constituye el principal carbohidrato en células animales y en una variedad de bacterias, entre las que se incluye Escherichia coli, del mismo modo que el almidón lo es en plantas. El almidón en plantas y el glucógeno en bacterias son producidos a partir de un sustrato común, la ADP-glucosa (ADPG). En animales, por otro lado, el glucógeno es sintetizado a partir de UDP-glucosa (UDPG) (1). Se cree que la síntesis neta de estos polisacáridos de reserva en organismos es controlada por una variedad de factores reguladores que responden al entorno externo, así como a condiciones fisiológicas internas. Tales factores reguladores se espera que actúen, por ejemplo, en el control alostérico de la reacción de ADPG (o UDPG) pirofosforilasa (AGPasa o UGPasa, respectivamente) en la vía de la glucogénesis, o controlando la expresión de genes que codifican enzimas gluconeogénicas (1-4).
Investigaciones recientes han demostrado que el glucógeno puede ser sintetizado y degradado simultáneamente durante el crecimiento bacteriano, originando un ciclo fútil en el que la AGPasa tiene una doble función en la catalización de la síntesis de novo de ADPG y al reciclar las unidades de glucosa procedentes de la degradación del glucógeno (5-7).
Se ha observado que la síntesis y la degradación simultáneas de glucógeno y almidón también tienen lugar en animales y plantas, respectivamente (8-10), lo que de este modo indica que la operatividad del ciclo fútil puede suponer ventajas tales como la regulación sensible y la canalización del exceso de intermediarios gluconeogénicos hacia diversas vías metabólicas en respuesta a necesidades fisiológicas y bioquímicas.
Se ha predicho la presencia de una enzima unidireccional que cataliza la hidrólisis de ADPG (o UDPG) en relación con esta vía parecida al ciclo fútil, que permitiría una regulación más sensible de los niveles de ADPG (UDPG) y por lo tanto del índice neto de síntesis/degradación de los polisacáridos de reserva. La primera de tales enzimas fue descubierta por Pozueta-Romero J. y sus colaboradores, que aislaron y purificaron ADP-glucosa pirofosfatasa (AGPPasa) a partir de cebada y de bacterias (11-13). La AGPPasa que aislaron era una enzima unidireccional que cataliza la hidrólisis de ADPG a glucosa-1-fosfato (G1P) y adenosina 5'-monofosfato (AMP). Se ha observado presencia de las enzimas que catalizan la degradación hidrolítica de UDPG en células de mamíferos (14-16). Estas enzimas, que intervienen en el control de la biosíntesis de glucoproteínas, glucolípidos y glucosaminoglucanos (17-22), muestran una amplia especificidad de sustrato y se ha visto que están asociadas con fracciones de la membrana nuclear, mitocondrial, plasmática y del retículo endoplásmico.
La biosíntesis del glucógeno tiene lugar en el citosol. La posible participación de la degradación enzimática de la UDPG en el control del flujo de carbono hacia glucógeno en células de mamífero nos ha impulsado a identificar una proteína citosólica, designada como UDP-glucosa pirofosfatasa (UGPPasa), que hidroliza la UDPG con la especificidad sustancialmente más alta.
Descripción de la invención
Ahora, aplicando una técnica de purificación de proteínas enzimáticas, PAGE sin SDS (a la que en adelante se hace referencia como "PAGE nativa"), los inventores de la presente han purificado satisfactoriamente UDP-glucosa pirofosfatasa (UGPPasa) de animales (humanos y cerdos), una enzima que tiene propiedades comparables a las de la AGPPasa de plantas y bacterias, y han establecido un procedimiento para producir la enzima mediante tecnología recombinante. Esta enzima, ahora designada definitivamente como UGPPasa, es la enzima que los inventores denominaron provisionalmente UGPPasa o USPPasa tal como describieron en sus solicitudes internacionales PCT/JP02/02726, presentadas el 20 de marzo del 2002, o el 17 de septiembre del 2002, respectivamente.
La UGPPasa es una enzima hidrolítica unidireccional que cataliza la conversión de UDPG, la molécula precursora del glucógeno, a G1P y UMP.
De este modo, la presente invención proporciona una proteína enzimática purificada que consiste en la secuencia de aminoácidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 2 en el listado de secuencias. La proteína tiene actividad UGPPasa, es decir, la actividad de hidrolizar la UDP-glucosa en glucosa-1-fosfato (G1P) y uridina 5'-
monofosfato.
\newpage
La presente invención también proporciona una proteína enzimática producida mediante tecnología recombinante (proteína recombinante) que consiste en la secuencia de aminoácidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 2 en el listado de secuencias, en una forma purificada. Se ha confirmado que la proteína recombinante tiene actividad UGPPasa.
La presente invención proporciona además un procedimiento para producir una proteína enzimática recombinante que comprende las siguientes etapas: incorporar el ADN que consiste en la secuencia de nucleótidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 1 en el listado de secuencias a un vector de expresión, introducir el vector de expresión construido de este modo en células competentes, cultivar las células transformadas con el vector de expresión construido y purificar la proteína expresada, en la que la proteína tiene capacidad para hidrolizar UDP-glucosa a glucosa-1-fosfato y uridina 5'-monofosfato.
La presente invención proporciona además el uso de la proteína enzimática recombinante como estándar de referencia en el análisis de la actividad UGPPasa en muestras, en el que la proteína consiste en la secuencia de aminoácidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 2, en el que la proteína tiene capacidad para hidrolizar la UDP-glucosa a glucosa-1-fosfato y uridina 5'-monofosfato. Dicho uso permite obtener datos estandarizados de los niveles de actividad de la enzima, que permiten una comparación cuantitativa exacta entre los datos obtenidos de distintas muestras cuantificadas en distintos momentos y lugares.
Además, la presente invención proporciona un procedimiento para preparar UGPPasa de mamíferos purificada tal como se define en la reivindicación 1 que comprende las siguientes etapas:
(a) homogenizar tejido de un animal mamífero en un medio acuoso,
(b) centrifugar el homogeneizado obtenido de este modo,
(c) recoger el sobrenadante del homogeneizado centrifugado,
(d) dializar el sobrenadante recogido frente a un medio acuoso,
(e) aplicar el sobrenadante dializado obtenido anteriormente en (d) a uno o más procesos de cromatografía utilizando uno o más materiales en fase estacionaria, respectivamente, y recoger fracciones que muestren actividad UGPPasa concentrada, en las que entre el material o materiales en fase estacionaria se incluya uno seleccionado del grupo que consiste en intercambiador de aniones, intercambiador de aniones débiles, gel para exclusión de tamaño e hidroxiapatita,
(f) aplicar a las fracciones que muestren UGPPasa activa concentrada obtenidas anteriormente en (e) la técnica de PAGE nativa, y
(g) eliminar del gel una parte que contenga una UGPPasa concentrada de actividad específica y extraer la proteína UGPPasa de la parte del gel con un medio de extracción acuoso.
El procedimiento anterior se realiza más preferiblemente en presencia de uno o más agentes protectores del grupo sulfhidrilo disueltos en el medio utilizados en una o más de las etapas (d)-(i) y, más preferiblemente, en todas.
Además, la presente invención proporciona un anticuerpo purificado contra la UGPPasa, el cual anticuerpo puede ser policlonal o monoclonal.
Además, la presente invención también proporciona un procedimiento para determinar la cantidad de UGPPasa que es una proteína tal como se define en la reivindicación 1 en un analito basado en un enzimoinmunoanálisis de adsorción (ELISA) que comprende las siguientes etapas:
(a) proporcionar una fase sólida a la que se une un anticuerpo anti-UGPPasa,
(b) poner una primera solución que contenga una cantidad predeterminada del analito en contacto con la fase sólida durante un período de tiempo suficiente para permitir que la UGPPasa contenida en el analito se una a la unión anti-UGPPasa de la fase sólida,
(c) después de eliminar la primera, poner una segunda solución que contenga una cantidad predeterminada de un anticuerpo anti-UGPPasa conjugado a una enzima en contacto con la fase sólida durante un período de tiempo suficiente para permitir que el anticuerpo anti-UGPPasa conjugado a la enzima se una a la unión UGPPasa en la unión anti-UGPPasa de la fase sólida,
(d) después de eliminar la segunda solución, poner una tercera solución que contenga una cantidad predeterminada de un sustrato para la enzima conjugada en contacto con la fase sólida, y dejar que la enzima conjugada reaccione con el sustrato durante un período predeterminado de tiempo para producir un producto específico de la reacción enzimática, (e) cuantificar la cantidad del producto específico obtenido de este modo, y
(f) determinar la cantidad de UGPPasa en el analito basándose en la comparación entre la cantidad del producto específico obtenido en (e) y la cantidad del producto específico producido a partir de una cantidad predeterminada de UGPPasa en las mismas condiciones que en (b)-(d).
Aún más, la presente invención también proporciona un procedimiento para determinar la cantidad de UDPG contenida en una muestra dada, preferiblemente una muestra líquida y más preferiblemente una muestra biológica tal como sangre. Puesto que la carencia de UDPG tiene lugar en tejidos de animales diabéticos (pacientes) (25-27), la determinación de UDPG en muestras se utilizará en la identificación de pacientes diabéticos. El procedimiento, que se basa en una conversión biunívoca de UDPG a G1P, comprende las siguientes etapas:
(a) mezclar una cantidad predeterminada de una muestra con una solución tampón que contenga una cantidad predeterminada de UGPPasa tal como se define en la reivindicación 1 para preparar una mezcla de reacción,
(b) incubar la mezcla de reacción durante un período de tiempo suficiente para convertir la UDPG a G1P,
(c) finalizar la reacción calentando la mezcla de reacción, y
(d) cuantificar la cantidad de G1P producida en (d) haciendo reaccionar la G1P contenida en por lo menos una parte conocida de la mezcla de reacción con fosfoglucomutasa, G6P deshidrogenasa y NAD, y cuantificar la cantidad de NADH producido, por ejemplo, mediante espectrofotometría a 340 nm.
Este procedimiento permite cuantificar la cantidad de UDPG en tejidos humanos, en los que la concentración de UDPG oscila entre 0,1 mM y 1 mM en humanos no diabéticos (28, 29).
Breve descripción de las figuras
La figura 1 ilustra un esquema del flujo de reacciones bioquímicas relacionadas con el metabolismo del glucógeno que tienen lugar en células animales, en las que se cree que participa la UGPPasa. En la figura: Glc; glucosa, HK; hexoquinasa, PGM; fosfoglucomutasa.
La figura 2 muestra el resultado de SDS-PAGE del producto purificado (3 \mug) en cada etapa del proceso de purificación de UGPPasa del homogeneizado renal. En la figura: columna M, marcador peso molecular; columna 1, extracto homogeneizado renal (0,00161 mU); columna 2, sobrenadante a 30.000 g (0,00429 mU); columna 3, muestra dializada (0,00481 mU); columna 4, sobrenadante a 100.000 g (0,00579 mU); columna 5, eluido columna de Q-Sefarosa (0,00655 mU); columna 6, segundo eluido columna de Q-Sefarosa (0,0248 mU); columna 7, eluido columna de Q-Sefarosa con un gradiente lineal de NaCl (0,0523 mU); columna 8, eluido columna de Superdex 200 (0,184 mU); columna 9, eluido columna monoQ (0,535 mU); columna 10, eluido columna MonoP (2,59 mU); columna 11, PAGE nativa (98,5 mU).
La figura 3 es una gráfica que muestra la concentración de proteína y la actividad UGPPasa de fracciones 31-45 de una columna monoP.
La figura 4 muestra el resultado de SDS-PAGE de fracciones 29-39 de la columna MonoP.
La figura 5 muestra el resultado de SDS-PAGE de dos lotes de muestras después de purificar mediante PAGE nativa. En la figura: columna M, marcador peso molecular. La cantidad de UGPPasa en el gel: 0.184 mU (lote 1, fracción 5); 4,33 mU (lote 1, fracción 6); 2,88 mU (lote 1, fracción 7); 3,74 mU (lote 2, fracción 5); 4,43 mU (lote 2, fracción 6); 0,558 mU (lote 2, fracción 7).
La figura 6 muestra la primera mitad de los resultados de ESI-TOF MS/MS. La primera mitad de las secuencias deducidas de aminoácidos de AAD15563.1 (humano) y BAB23110.1 (ratón) están alineadas con las secuencias de aminoácidos de fragmentos de UGPPasa porcina. Los aminoácidos comunes en las tres especies aparecen marcados con "...", mientras que los que sólo son comunes entre el cerdo y la especie humana o el ratón aparecen marcados
con ".".
La figura 7 muestra la segunda mitad de los resultados de ESI-TOF MS/MS. La segunda mitad de las secuencias deducidas de aminoácidos de AAD 15563.1 (humano) y BAB23110.1 (ratón) están alineadas con las secuencias de aminoácidos de fragmentos de UGPPasa porcina. Los aminoácidos comunes en las tres especies aparecen marcados con "...", mientras que los que sólo son comunes entre el cerdo y la especie humana o el ratón aparecen marcados
con ".".
La figura 8 muestra el resultado de la electroforesis (0,8% gel de agarosa) del producto de amplificación de la
RCP.
La figura 9 ilustra un vector T pT7Blue con AAD 15563.1 incorporado.
La figura 10 ilustra un pET11a con AAD AAD15563.1 incorporado.
La figura 11 muestra el resultado de la electroforesis (0,8% agarosa) del pET11a.AAD15563.1 digerido con NdeI/BamHI.
La figura 12 muestra los resultados de SDS-PAGE de la suspensión de las células AD494(DE3) transformadas con pET11a AAD15563.1 o pET11a: columna 1, cultivo de 0 horas de células transformadas con pET11a; columna 2, cultivo de 0 horas de células transformadas con pET11a AAD 15563.1; columna 3, cultivo de 3 horas de células transformadas con pET11a; columna 4, cultivo de 3 horas de células transformadas con pET11a AAD15563.1. La cantidad aplicada al gel: 0,072; 0,034, 0,034 y 0,292 (mU) para las columnas 1 a 4, respectivamente.
La figura 13 muestra los resultados de SDS-PAGE (10-20% gel de poliacrilamida) obtenidos con cada uno de los productos purificados (2,0 \mug) en las etapas de purificación de la UGPPasa humana recombinante (r-hUGPPasa). En la figura: columna 1, suspensión AD494 (DE) (1,8 mU); columna 2, sobrenadante a 10.000 g (3,0 mU); columna 3, eluido Q-Sefarosa (6,2 mU); columna 4, eluido MonoP (13,5 mU). La actividad específica de las muestras fue: columna 1, 0,910 U/mg; columna 2, 1,51 U/mg; columna 3, 3,09 U/mg, columna 4, 6,74 U/mg.
La figura 14 es una gráfica que muestra el intervalo óptimo de pH para la UGPPasa porcina. La cuantificación se realizó en Tris-HCl 50 mM con (\blacklozenge) o sin ( ) MgCl_{2}.
La figura 15 es una gráfica que muestra el intervalo óptimo de pH para la UGPPasa recombinante humana. La cuantificación se realizó en Tris-HCl 50 mM con (\blacklozenge) o sin ( ) MgCl_{2} 20 mM, o en glicina-KOH 50 mM (O) con MgCl_{2} 20 mM.
La figura 16 es una gráfica que muestra la actividad de la UGPPasa porcina en función de la concentración de UDPG (mM). A partir de la gráfica, se determina que la Kd de la enzima es de 4,26 mM.
La figura 17 es una gráfica que muestra la actividad de la UGPPasa recombinante humana en función de la concentración de UDPG (mM). A partir de la gráfica, se determina que la Kd de la enzima es de 4,35 mM.
La figura 18 muestra el resultado de un análisis mediante método Northern del ARN total de tejidos porcinos.
La figura 19 muestra el resultado de un análisis mediante método Northern del ARN total de tejidos humanos.
La figura 20 ilustra un pET19b con AAD15563.1 incorporado.
La figura 21 muestra el resultado de la electroforesis (0,8% agarosa) del pET19b.AAD15563.1 digerido con NdeI/BamHI.
La figura 22 muestra los resultados de la tinción CBB (1) y un análisis de inmunotransferencia de la proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina (His-tag), expresada en células de E. coli y purificada a partir de células de E. coli transformadas, con antisuero anti-hUGPPasa (2) y con un anticuerpo anti-his (3).
La figura 23 es una gráfica que muestra los resultados de un ELISA de hUGPPasa de una proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina purificada como estándar. Se representan las DO a 450 nm de soluciones estándar que contienen la proteína a 1-1.000 ng/ml. La línea oblicua indica linealización de la relación entre la concentración de proteína (x) y la DO a 450 (y), en ambos casos a una escala logarítmica.
La figura 24 es una gráfica que muestra los resultados de un ELISA de hUGPPasa de lisados de dos tipos de células de E. coli, uno que incluye pET-19b AAD15563.1 y otro que incluye pET-19b a distintos niveles de dilución.
La figura 25 es una gráfica que muestra la correlación entre la cantidad de UDPG contenida inicialmente en las muestras y la cantidad de G1P cuantificada utilizando UGPPasa.
Mejor modo de llevar a cabo la invención
La presente invención se describirá con mayor detalle más adelante haciendo referencia a los procedimientos para aislar y purificar la UGPPasa porcina, así como a los resultados, a la producción de UGPPasa recombinante humana, a su caracterización enzimática, a la producción de un anticuerpo anti-UGPPasa, a la cuantificación de UGPPasa basada en ELISA y a la determinación de la UDP-glucosa contenida en una muestra.
También puede producirse un anticuerpo monoclonal anti-UGPPasa mediante un procedimiento convencional para preparar un anticuerpo monoclonal, que comprende etapas tales como: inocular UGPPasa a animales (por ejemplo, ratones), extirpar el bazo de un animal que muestra suficientes títulos de anticuerpos, seleccionar células B, fusionar las células B con células de mieloma originadas a partir de células B para formar células de hibridoma que secreten el anticuerpo, y purificar el anticuerpo del medio de cultivo. Puede producirse un anticuerpo monoclonal utilizando cualquier animal mamífero tal como conejos, caballos, ratones y cobayas.
Ejemplos Materiales y procedimientos (1) Procedimientos para cuantificar la actividad UGPPasa
La actividad UGPPasa se define a partir de la cantidad de G1P producida por la enzima. La cuantificación se lleva a cabo en reacciones de dos etapas según el procedimiento notificado por Rodriguez-Lopez y otros (11). En la primera reacción, 50 \mul de la mezcla de reacción que consiste en una muestra que contiene UGPPasa, una concentración 0-20 mM de un nucleótido azucarado (UDP-, ADP- o GDP-glucosa)(SIGMA), MgCl_{2} 20 mM, y Tris-HCl 50 mM (pH 9,0), y se incuba la mezcla a 37ºC durante 30 minutos. Como blanco, se utiliza la misma muestra que se ha hervido durante dos minutos para inactivar la UGPPasa. Tras el período de incubación, se finaliza la reacción con un hervido de dos minutos y se centrifuga la mezcla a 20.000 g durante 10 minutos a 4ºC.
La segunda reacción se lleva a cabo en una mezcla de reacción de 300 \mul que consiste en HEPES 50 mM (pH 7,5), EDTA 1 mM, MgCl_{2} 2 mM, KCl 15 mM, 1 unidad de fosfoglucomutasa (ROCHE), NAD 0,6 mM (SIGMA), 1 unidad de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (SIGMA) y 30 ml del sobrenadante de la primera reacción. La mezcla de reacción se coloca en una placa FluoroNunc^{TM} de 96 pocillos (NUNC) y se incuba a 37ºC durante 10 minutos. Esta segunda reacción produce una cantidad de NADH equimolar a la de G1P producida en la primera reacción. La cantidad de NADH se determina cuantificando la DO a 340 nm utilizando un lector de microplacas (DISPOSITIVO MOLECULAR).
La cantidad (actividad) de UGPPasa contenida en una muestra se expresa en unidades (U), definiéndose cada unidad como la fuerza de actividad de la enzima que hidroliza un \mumol de UDPG por minuto. La actividad se calculó tal como sigue:
1 U = [a]/30/0,03
donde [a] es la concentración en \mumol del NADH producido en la reacción.
Las condiciones anteriores de la primera reacción se modificaron según el propósito de cada prueba, tal como se indica de manera específica posteriormente.
(2) Extracción de UGPPasa porcina
Se homogeneizó un riñón fresco de cerdo, de 3,6 kg de peso, en 12 litros de un tampón HEPES 50 mM (pH 7,0) que contenía DTT 2 mM y EDTA 2 mM (0,3 g tejido por 1 ml de tampón) y se filtró a través de Miracloth^{TM} (CALBIOCHEM). Después de centrifugar a 30.000 g cada 30 minutos a 4ºC, se dializó una parte de dos litros del sobrenadante durante 12 horas frente a 20 litros de solución de dializado (DTT 1 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM) a 4ºC utilizando una membrana dializadora (corte de peso molecular de 14 kDa), y durante otras 12 horas frente al mismo volumen de solución de dializado fresca. Este procedimiento se repitió (5 veces en total) para tratar todo el volumen del sobrenadante. Todo el tampón utilizado de aquí en adelante contenía DTT 1 mM y 2-mercaptoetanol 1 mM. Después de centrifugar a 100.000 g durante 30 minutos a 4ºC, se añadió Tris-HCl al sobrenadante hasta una concentración final de 50 mM (pH 8,0). Se cogieron tres litros de esta muestra y se mezclaron bien con 2 litros de una resina de una columna Q Sepharose Fast Flow (AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH), y a continuación se eliminó el filtrado a través de un filtro de cristal. Las proteínas unidas a la resina se eluyeron sucesivamente con dos litros cada una del tampón que contiene Tris-HCl 50 mM (pH 8,0) y NaCl 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 o 0,5 M, respectivamente y sucesivamente. Estos procedimientos se llevaron a cabo cuatro veces para tratar todo el volumen de la muestra. Se recogieron fracciones de eluido de UGPPasa activa y se combinaron.
Se dializó la mitad (seis litros) del eluido activo obtenido anteriormente durante 12 horas frente a 20 litros de la solución de dializado (DTT 1 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM, Tris-HCl 50 mM, pH 8,0) a 4ºC, y durante otras 12 horas frente al mismo volumen de la solución de dializado fresca. Doce litros de esta solución intercambiada con tampón se mezclaron bien con un litro de resina Q Sepharose Fast Flow (AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH), y a continuación se eliminó el filtrado a través de un filtro de cristal. Las proteínas unidas a la resina se eluyeron sucesivamente con un litro de cada uno de los tampones que contenían Tris-HCl 50 mM (pH 8,0) y NaCl 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 o 0,5 M, respectivamente y sucesivamente. Estos procedimientos se llevaron a cabo dos veces para tratar todo el volumen de la muestra.
Las fracciones de UGPPasa activa combinadas, que constituían hasta 1,6 litros de volumen, se dializaron frente a 20 litros de la solución de dializado (DTT 1 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM) a 4ºC durante 12 horas. Después de añadir un tampón de hidrógeno fosfato sódico (pH 7,0) a la concentración final de 1 mM, se mezcló bien la solución de dializado con 100 g de resina de hidroxiapatita (SEIKAGAKU CORPORATION) que había sido equilibrada con el mismo tampón. Después de eliminar el filtrado a través de un filtro de cristal y lavar con 200 ml de tampón fosfato de hidrógeno sódico 1 mM (pH 7,0), se eluyeron las proteínas adsorbidas a la resina de hidroxiapatita con 200 ml de tampón fosfato de hidrógeno sódico 400 mM (pH 7,0). Se combinaron las fracciones de UGPPasa activa de la resina de hidroxiapatita y se intercambiaron con tampón Tris-HCl 40 mM (pH 8,0). Se cargaron 600 ml de esta solución cada vez en una columna de Q Sepharose HP HiLoad 26/10 (AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH) y se eluyeron con 500 ml de Tris-HCl 40 mM (pH 8,0) con un gradiente lineal de NaCl 0-0,5 M a una velocidad de flujo de 5 ml/min. Este procedimiento se llevó a cabo tres veces para tratar todo el volumen de la solución. Se cargaron 15 ml de las fracciones de UGPPasa activa combinadas cada vez en una columna Superdex 200 (AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH) que había sido equilibrada con 500 ml de tampón HEPES 50 mM (pH 7,5) que contenía NaCl 0,2 M. La columna se eluyó con el mismo tampón a una velocidad de flujo de 3 ml/min para fraccionamiento de peso molecular. Estos procedimientos se llevaron a cabo ocho veces en total para tratar todo el volumen de las fracciones de UGPPasa activa combinadas.
Las fracciones activas se combinaron y dializaron frente a 10 litros de la solución de dializado (DTT 1 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM, Tris-HCl 50 mM, pH 8,0) a 4ºC durante 12 horas. Esta solución, 85 ml cada vez, se cargó en una columna MonoQ HR5/5 (intercambiador aniónico, AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH) que había sido equilibrada con Tris-HCl 50 mM (pH 8,0), y la columna se eluyó con 30 ml de Tris-HCl 40 mM (pH 8,0) con un gradiente lineal de NaCl 0-0,5 M a una velocidad de flujo de 1 ml/min. Este procedimiento se llevó a cabo tres veces para tratar todo el volumen de la solución.
Las fracciones activas obtenidas y combinadas se dializaron frente a cinco litros de la solución de dializado (DTT 1 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM, Tris-HCl 75 mM, pH 9,0) a 4ºC durante 12 horas. Se cargaron 11 ml de esta solución de dializado cada vez en una columna MonoP HR5/20 (intercambiador aniónico débil, AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH) que había sido equilibrada con Tris-HCl 75 mM (pH 9,0), y se eluyó la columna con 40 ml de Tris-HCl 50 mM (pH 9,0) con un gradiente lineal de NaCl 0-0,5 M a una velocidad de flujo de 1 ml/min. Este procedimiento se llevó a cabo dos veces para tratar todo el volumen de la solución de dializado.
Se dializaron las fracciones activas frente a un litro de solución de dializado (DTT 1 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM) a 4ºC durante 12 horas, y se liofilizaron para reducir el volumen de la solución de tres ml a dos ml. Llegados a este punto se añadieron 500 ml de solución terapéutica de muestra PAGE nativa x5 (Tris-HCl 312,5 mM; pH 7,8; glicerol al 75%; BPB al 0,005%). A continuación, se aplicaron 500 ml de esta muestra en un lámina de gel de poliacrilamida al 12,5% (cinco láminas en total). Se sometió el gel a electroforesis utilizando un tampón que contenía Tris 0,025 M y glicina 0,192 M (pH 8,4) a 40 mA durante dos horas (23). Al finalizar la electroforesis, se cortó el gel en pedazos de 3 mm siguiendo la dirección lineal del gel. Cada una de las piezas extraídas del gel se suspendió por separado en un tampón de extracción de 500 ml (Tris 10 mM; pH 7,4; 2-mercaptoetanol 10 mM, NaCl 500 mM) y se dejó en reposo durante 12 horas a 4ºC para extraer proteínas. Se recogieron las fracciones de proteína de estos pedazos que se había confirmado que mostraban actividad UGPPasa y que proporcionaban una sola banda en SDS-PAGE como último producto de UGPPasa purificado.
(3) Análisis de peso molecular
Se sometió la UGPPasa porcina purificada a SDS-PAGE (10-20% gel de gradiente acrilamida). Se eliminaron del gel las bandas teñidas con azul de Coomassie brillante (Coomassie Brilliantes Blue, CBB) y se desecaron por congelación. Se extrajo la proteína del gel y se digerió con tripsina a 37ºC durante 16 horas para obtener fragmentos peptídicos, los cuales se purificaron, desalaron y concentraron utilizando ZipTip (MILLIPORE) y se sometieron a espectrofotometría de masas en un Micromass Q-TOF MS (MICROMASS). En el espectrómetro de masas, los fragmentos peptídicos se ionizaron mediante un procedimiento de ionización electrospray (ESI) y se separaron los iones peptídicos producidos de este modo según la proporción masa/carga (m/z). Se seleccionaron los iones peptídicos con una proporción m/z de 400-1.800 y además se fragmentaron mediante energía de colisión con moléculas gaseosas poco frecuentes para generar escalas iónicas que tuvieran una proporción m/z de 50-2.000. Se obtuvieron dos tipos de escalas, una serie consistía en fragmentos del extremo N y la otra del extremo C. Las diferencias relativas a la masa entre los fragmentos se determinaron utilizando un sistema de espectrometría de masas de tiempo de vuelo (time of flight, TOF) y se obtuvo información sobre la secuencia de aminoácidos de los extremos N o C de la proteína.
(4) Clonación RCP de ADNc AAD15563.1
Se realizó la RCP para amplificar el ADNc AAD 15563.1, utilizando 1,6 \mug de una genoteca de ADNc de glándula tiroidea humana, 4 pmol de un cebador directo 5'-CATATGGAGCGCATCGAGGGGGCGTCCGT-3' (SEC ID N.º:9), que incluía en su extremo 5' un sitio de escisión NdeI, 4 pmol de un cebador inverso 5'-GGATCCTCACTGGAGATC
CAGGTTGGGGGCCA-3' (SEC ID N.º:10), que incluía un sitio de escisión BamHI, 1 unidad de ADN polimerasa AmpliTaq Gold (PERKIN ELMER) y dNTP 0,2 mM (PERKIN ELMER) en un tampón AmpliTaq Gold (PERKIN ELMER), en un volumen final de 20 \mul, mediante un sistema RCP de amplificación génica 9700 (PERKIN ELMER), bajo las siguientes condiciones:
94ºC durante 5 minutos; 35 ciclos de (94ºC durante 1 minuto, 55ºC durante 1,5 minutos y 72ºC durante 2 minutos); 72ºC durante 5 minutos y a continuación 4ºC. La electroforesis (gel de agarosa al 0,8%) del producto de reacción mostró un sola banda de AAD 15563.1 (fig. 8). Se purificaron quince ng de este fragmento de ADNc de 678 pb amplificado de este modo con ADN RCP GFX^{TM} y con un kit de purificación de bandas de geles (un kit que incluye un tampón que consiste en un agente caotrópico para desnaturalizar la proteína y disolver la agarosa, una microcolumna preempaquetada con una matriz de fibra de vidrio para adsorber específicamente ADN, un tampón de lavado Tris-EDTA y agua doblemente destilada y esterilizada en autoclave para la elución: AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH), mezclado con 25 \mug de ADN de un vector T pT7Blue (NOVAGEN) y el volumen de la solución se ajustó a 5 ml con agua destilada. A continuación se mezcló con 5 ml de la solución I (un tampón que contenía una ligasa de ADN del T4) de un kit de ligación Ver.2 (TAKARA) de ligación y se dejó en reposo a 16ºC durante toda la noche para clonar el fragmento de ADNc en el vector (fig. 9). El vector portador del ADNc se introdujo en E. coli (JM109) y se dejaron las células en reposo a 37ºC durante toda la noche en medio agar LB al 1,5% (GIBCO BRL). Algunas de las colonias únicas formadas en el medio agar se cultivaron en 2 ml de un medio líquido LB que contenía ampicilina (50 \mug/ml) (LB+Amp) (DIFCO) a 37ºC durante toda la noche en agitación. El cultivo se centrifugó a 18.000 g durante cinco minutos a 4ºC y se descartó el sobrenadante. Se extrajeron los plásmidos de las células precipitadas utilizando un kit RPM^{TM} (BIO 101, INC.). Se hicieron reaccionar 500 ng de plásmido, elegido de alguno de los clones, respectivamente con 1 unidad de cada una de las enzimas de restricción NdeI (TAKARA) y BamHI (TAKARA) en un tampón K (Tris-HCl 20 mM; pH 8,5; MgCl_{2} 10 mM, ditiotreitol 1 mM, NaCl 100 mM)(TAKARA), en el volumen final de 15 \mul y a 37ºC durante una hora. Después de la reacción, se sometió la mezcla de reacción a electroforesis en gel de agarosa al 0,8%. Se analizaron los clones de plásmidos y se seleccionaron los que eran portadores del ADNc.
(5) Confirmación de la secuencia del ADNc AAD 15563.1 insertado
Algunos de los plásmidos seleccionados anteriormente se utilizaron para confirmar la secuencia de nucleótidos del ADNc AAD15563.1 insertado. Doce ml de la mezcla de reacción contenían 400 ng de uno de los plásmidos, 2 pmol del cebador T7 (cebador del promotor T7: 5'-TCTAATACGACTCACTATAGG-3') (SEC ID N.º: 11), 2 pmol del M4 del cebador M13 (5'-GTTTTCCCAGTCACGAC-3') (SEC ID N.º:12), 4,8 ml de la solución de reacción unida al Dye Terminator Ready Reaction Kit (ABI). La reacción de secuenciación se llevó a cabo mediante el sistema RCP de amplificación génica 9700 (PERKIN ELMER), bajo las siguientes condiciones: (96ºC durante 10 segundos, 50ºC durante 5 segundos y 60ºC durante 4 minutos) x 25 ciclos y 4ºC. Se añadieron 1,2 \mul de acetato sódico 3 M y 30 \mul de etanol al 100% al volumen total de la mezcla de reacción para obtener una suspensión. A continuación se dejó la suspensión en reposo durante 20 minutos sobre hielo y se centrifugó a 18.000 g durante 20 minutos. Se eliminó el sobrenadante y se añadieron 200 \mul de etanol al 70% para suspender el precipitado, que a continuación se centrifugó a 18.000 g durante 5 minutos. Se eliminó el sobrenadante y el precipitado fue desecado, resuspendido en 10 \mul de TSR (Template Suppression Reagent) (PERKIN ELMER), se dejó en reposo a 95ºC durante 2 minutos y se enfrío rápidamente sobre hielo durante 2 minutos. Esta muestra se analizó mediante ABI PRISM310 Genetic Analyzer (PERKIN ELMER) para determinar la secuencia de nucleótidos del ADNc insertado en el plásmido. Después de determinar la secuencia de nucleótidos de varios clones, se seleccionó un clon portador del ADN que tuviera la misma secuencia tal como se ha descrito para el ADNc ADD 15563.1.
(6) Inserción del ADNc AAD 15563.1 en un vector de expresión
Un \mug del clon plásmido que se había confirmado que contenía el ADN de interés fue digerido con enzimas de restricción, NdeI y BamHI (ambas de TAKARA). Por separado, se digerió el vector pET11a (NOVAGEN) con las mismas enzimas de restricción. El plásmido digerido y el vector fueron sometidos a electroforesis, respectivamente, en gel de agarosa al 0,8%. Después de teñir con 1 \mug/ml de bromuro de etidio, se eliminaron del gel las bandas correspondientes al fragmento de ADNc y al pET11a, respectivamente, y se extrajeron y purificaron utilizando ADN RCP GFX^{TM} y un kit de purificación de bandas de geles (AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH). Utilizando 50 ng del fragmento de ADNc purificado y 25 ng de pET11a, se unió el fragmento al vector de expresión para volver a clonarlo de la misma manera que se describió anteriormente en relación con la ligación del fragmento de ADNc de 678 pb y el ADN del vector T pT7Blue. El plásmido obtenido (fig. 10) se introdujo en células de E. coli (JM109) y a continuación se recuperó de las células tal como se ha descrito anteriormente. Se confirmó que el plásmido recuperado contenía ADNc AAD15563.1 mediante digestión NdeI/BamHI seguida de electroforesis en gel de agarosa (fig. 11). A continuación se introdujo el plásmido en E. coli AD494(DE3) (NOVAGEN), un huésped adaptado para la expresión elevada de proteínas extrañas. El transformante obtenido de este modo fue presentado el 12 de febrero de 2002, en la Depositaría de organismos de patentes internacionales (International Patent Organism Depository, IPOD), de AIST Tsukuba
Central 6, 1-1, Higashi 1-chome, Tsukuba-shi, Ibaraki-Ken 305-8566 Japón (n.º de adquisición FERM BP-7886).
(7) Expresión y purificación de proteína AAD 15563.1 recombinante
Las células de E. coli AD494(DE3.) transformadas anteriormente con el plásmido pET11a-AAD15563.1 se cultivaron en 10 ml de un medio líquido LB que contenía 50 \mug/ml de ampicilina (LB+Amp)(DIFCO) a 37ºC durante toda la noche con agitación. A continuación se inocularon todas las células en un litro de medio LB+Amp reciente contenido en un erlenmeyer de cinco litros y se cultivaron a 37º. Cuando la DO_{550} del cultivo llegó aproximadamente a 0,5, se añadió isopropil-\beta-D-tiogalactopiranosida 1 mM al medio y se continuó el cultivo durante otras 3 horas a 37ºC. El cultivo se centrifugó a 8.000 g durante 15 minutos a 4ºC. Se eliminó el sobrenadante, se recogieron las células precipitadas y se suspendieron en 100 ml de Tris-HCl 50 mM (pH 8,5) y se centrifugaron a 10.000 g durante 15 minutos a 4ºC. Se eliminó el sobrenadante, se suspendieron las células precipitadas en 100 ml de Tris-HCl 50 mM (pH 8,5), que contenía DTT 1 mM y 2-mercaptoetanol 1 mM, y se lisaron mediante sonicación sobre hielo. Después de centrifugar a 10.000 g durante 15 minutos a 4ºC, se recuperó el sobrenadante, se filtró a través de una membrana cuyo poro tenía un tamaño de 0,45 \mum, y se cargó en una columna Q Sepharose HP HiLoad 26/10 (AMERSHAM PHARMACIA) que había sido equilibrada con Tris-HCl 50 mM (pH 8,5) que contenía DTT 1 mM y 2-mercaptoetanol 1 mM. Después de lavar con 100 ml del tampón de equilibrio, se eluyó la columna con 500 ml del tampón de equilibrio con un gradiente lineal de NaCl 0-1,5 M a una velocidad de flujo de 5 ml/minuto. Se recogió la fracción de UGPPasa activa (18 ml) y se dializó durante toda la noche frente a un litro de una solución de dializado que contenía DTT 1 mM y 2-mercaptoetanol 1 mM. Esta fracción activa dializada fue intercambiada por tampon Tris-HCl 50 mM (pH 8,5). A continuación se cargó esta fracción en una columna MonoP HR5/20 que había sido equilibrada con 20 ml de Tris-HCl 50 mM (pH 8,5) que contenía DTT 1 mM y 2-mercaptoetanol 1 mM. La columna se eluyó con 40 ml de este tampón de equilibrio con un gradiente lineal de NaCl 0-1,5 M a una velocidad de flujo de 1 ml/minuto. La fracción con mayor actividad UGPPasa y con mayor pureza fue seleccionada como producto final purificado.
(8) Análisis mediante método Northern de tejidos normales de cerdo y de humano adulto
El análisis mediante método Northern se llevó a cabo utilizando ARN total de distintos tejidos normales de cerdo y de ser humano para analizar los niveles de expresión de UGPPasa en aquellos tejidos. Los tejidos de cerdo analizados procedían de músculo, de corazón, de hígado, de riñón, de pulmón, de cerebro y de tejido adiposo. En el caso del análisis humano mediante método Northern, se utilizó un análisis de Northern prefabricado y comercialmente disponible (Human Adult Normal Tissue Total RNA Northern Blot I, Catalog No. 021001: BIOCHAIN INSTITUTE, INC, Hayward, CA) que contenía ARN total de ocho tejidos normales humanos distintos (corazón, cerebro, riñón, hígado, pulmón, páncreas, bazo y músculo esquelético) que se había hecho correr sobre gel de agarosa al 1%, desnaturalizante, que contenía formaldehído y se había transferido a una membrana de nailon de carga modificada.
(9) Preparación de un anticuerpo anti-hUGPPasa
El producto final purificado de hUGPPasa obtenido anteriormente en (7) se utilizó como antígeno para producir un anticuerpo anti-hUGPPasa. Se colocaron 200 \mug de la proteína del antígeno en un tubo Eppendorf de 1,5 ml y se añadió 1 ml de adyuvante GERBU^{TM} 100 (que incluía 0,025 mg/l de glucopéptido procedente de las paredes celulares de L. bulgaricus, nanopartículas, cationizadores, cimetidina y saponina basadas en 50 g/l de parafina: BIOTECHNIK GmbH) (Alternativamente, puede utilizarse adyuvante completo de Freund). Se agitó la mezcla con una agitadora vorticial durante 30 minutos a temperatura ambiente para obtener una emulsión de antígeno. Se vacunó un conejo blanco de Nueva Zelanda de 10 semanas de vida inyectando al animal esta emulsión de antígeno en el músculo de la pata trasera una vez cada dos semanas. Al cabo de cinco semanas del inicio del procedimiento de inmunización, se sacrificó al animal y se preparó el antisuero mediante un procedimiento convencional. Se separó el antisuero (antisuero anti-hUGPPasa) en dos tubos y se almacenaron a 4ºC y -20ºC, respectivamente.
(10) Recombinación de ADNc AAD15563.1 en un vector pET-19b con cola de histidina de expresión de proteínas de fusión
Se digerió un \mug de pET-11a AAD 15563.1, cuya secuencia de nucleótidos había sido confirmada, con enzimas de restricción NdeI y BamHI, sucesivamente. Por separado, se digerió el vector pET-19b (NOVAGEN) con las mismas enzimas de restricción aproximadamente. Las respectivas mezclas de reacción se sometieron a electroforesis en agarosa al 0,8% y, después de teñir con 1 \mug/ml de bromuro de etidio y en condiciones de iluminación ultravioleta, se eliminaron del gel las bandas correspondientes al ADNc hUGPPasa y al vector pET-19b. Se extrajeron las fracciones de ADN del gel utilizando ADN RCP GFX^{TM} y un kit de purificación de bandas de geles (AMERSHAM BIOSCIENCES) y se purificaron. A continuación se mezclaron 50 ng del fragmento de ADNc hUGPPasa con aproximadamente 25 ng del vector pET-19b, se añadieron 5 \mul de la solución I del kit de ligación Ver.2 (TAKARA) a la mezcla y se dejó que tuviera lugar la reacción de ligación a 16ºC durante toda la noche. El plásmido pET-19b AAD15563.1 construido de este modo se introdujo en células AD494 (DE3) de E. coli.
(11) Expresión y purificación de una proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina
Las células AD494(DE3) de E. coli que incluían plásmido pET-19b AAD 15563.1 fueron cultivadas con agitación en medio líquido LB+Amp [base de caldo de cultivo LB de Miller (GIBCO BRL), 50 \mug/ml de sal sódica de ampicilina] a 37ºC durante toda la noche. Al día siguiente, se transfirieron todas las células a 1 litro de medio líquido LB+Amp en un matraz de Erlenmeyer de 5 litros. Las células se cultivaron con agitación a 37ºC y cuando la DO del cultivo a 600 nm llegó a 0,5, se añadió isopropil-\beta-D-tiogalactopiranosida 0,5 mM al medio y se continuó el cultivo con agitación durante otras 3 horas a 37ºC. A continuación se centrifugó el cultivo a 8.000 g durante 15 minutos a 4ºC. Las células precipitadas fueron resuspendidas en 250 ml de Tris-HCl 50 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM, Triton X-100 al 0,1%, pH 9,0. Las células se sometieron a sonicación sobre hielo, se centrifugaron a 10.000 g durante 15 minutos a 4ºC y se recogió el sobrenadante. El procedimiento se repitió con 6 litros del medio de cultivo de E. coli para obtener un total de 1,3 litros de sobrenadante. Se filtró el sobrenadante a través de un filtro de membrana cuyo poro tenía un tamaño de 0,45 \mum y se cargó todo el volumen en una columna Q Sepharose HP HiLoad 26/10 (AMERSHAM BIOSCIENCES) que había sido equilibrada con Tris-HCl 50 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM, Triton X-100 al 0,1%, pH 9,0. Se lavó la columna con 100 ml del tampón de equilibrio y a continuación se eluyó la proteína adsorbida con 500 ml de este tampón de equilibrio con un gradiente lineal de NaCl 0-1,5 M a una velocidad de flujo de 5 ml/min. Se recogió la fracción de UGPPasa activa (60 ml) y se cargó la totalidad del volumen en una resina TALON^{TM} de 5 ml de afinidad a metales (resina de afinidad coinmovilizada: CLONTECH) que había sido equilibrada con Tris-HCl 50 mM, 2-mercaptoetanol 1 mM, Triton X-100 al 0,1%, pH 9,0. La columna se lavó con 20 ml de este tampón de equilibrio fortalecido con imidazol 10 mM y a continuación eluido con el tampón de equilibrio fortalecido con imidazol 150 mM para obtener una fracción de UGPPasa activa (13,5 ml). A continuación se cargó esta fracción en una columna Superdex^{TM}-200 HR (columna de gel de filtración que consiste en microesferas porosas de agarosa muy reticuladas y con dextrano unido covalentemente: AMERSHAM PHARMACIA BIOTECH) que había sido equilibrada con NaHCO_{3} 0,2 M, NaCl 0,1 M, pH 8,3 y filtrada mediante gel a una velocidad de flujo de 5 ml/min. Se recogió la fracción de UGPPasa más activa y más purificada como producto final de proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina purificada.
(12) Inmunotransferencia de proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina
Para garantizar que el producto final purificado obtenido anteriormente es una proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina, se llevó a cabo una inmunotransferencia utilizando el antisuero anti-hUGPPasa obtenido anteriormente en (9) y un anticuerpo monoclonal con cola antihistidina comercialmente disponible (SIGMA). Se separó un \mug de la proteína de fusión hUGPPasa unida a una cola de histidina mediante SDS-PAGE (gel de gradiente de acrilamida al 10-20% (DAIICHI PURE CHEMICALS CO., LTD.) y se transfirió a una membrana de transferencia Trans-blot (BIO-RAD) a 4ºC a V 100 durante 2 horas. Se bloqueó la membrana con leche desnatada al 3% (p/v) en TBS [solución salina tamponada con Tris (Tris buffered saline); pH 8,0 (SIGMA)] y se hizo reaccionar con un anticuerpo monoclonal murino con cola anti-histidina (GENZYME/TECHNE) diluido en 500 ng/ml con TTBS [TBS con Tween 20 al 0,05%; pH 8,0 (SIGMA)] y a continuación con el antisuero anti-hUGPPasa que se había diluido 1.000 veces con TTBS, respectivamente durante 1 hora a temperatura ambiente. La membrana se lavó tres veces con TTBS, durante 5 minutos cada vez. La membrana se incubó a 37ºC durante 1 hora bien con una IgG de cabra antimurina conjugada con fosfatasa alcalina (BIO-RAD) diluida 1.000 veces con TTBS para detección basada en el anticuerpo monoclonal con cola anti-histidina, o bien con una IgG de cabra anti-conejo conjugada con fosfatasa alcalina (BIO-RAD) diluida 1.000 veces con TTBS para detección basada en el antisuero anti-hUGPPasa. Después de lavar la membrana tres veces con TTBS, durante 5 minutos cada vez, se
\hbox{añadió una solución sustrato  a la membrana
para permitir la aparición de color.}
(13) Preparación de una columna de antígenos
Para la purificación de afinidad del anticuerpo anti-hUGPPasa del antisuero anti-hUGPPasa de conejo, los inventores intentaron preparar una columna de antígeno basada en la proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina. Se prepararon ocho mg de proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina purificada en 14,3 ml de NaHCO_{3} 0,2 M, NaCl 0,5 M, pH 8,3. Esto se cargó en una columna HiTrap de 5 ml activada con NHS (Sefarosa® activada con N-hidroxisuccinimida: PHARMACIA BIOTECH) que había sido equilibrada con HCl 1 mM para que la proteína se uniera covalentemente a la columna. A continuación se lavó la columna con 30 ml de Tris-HCl 1 M, NaCl 0,5 M, pH 8,3 y 30 ml de citrato 0,1 M, NaCl 0,5 M, pH 3,0 sucesivamente.
(14) Purificación del anticuerpo anti-hUGPPasa
Después de equilibrar con PBS la columna de antígeno preparada anteriormente, se aplicaron a la columna 20 ml del antisuero anti-hUGPPasa. La columna se lavó con 20 ml de PBS y a continuación se eluyó con citrato 0,1 M, NaCl 0,5 M, pH 3,0. Las fracciones se neutralizaron con Tris-HCl 1 M, pH 9,5. La fracción de anticuerpo (15,8 ml) se dializó durante toda la noche frente a 5 litros de agua destilada y a continuación se liofilizó.
(15) Marcado del anticuerpo anti-hUGPPasa de conejo
El anticuerpo anti-hUGPPasa de conejo obtenido anteriormente se disolvió en NaHCO_{3} 100 mM, pH 8,3 a la concentración final de 4 mg/ml. A 150 \mul de esta solución se añadieron 50 \mul de peroxidasa activada (peroxidasa activada de rábano picante: ROCHE) y se dejó en reposo durante 2 horas a temperatura ambiente para que la peroxidasa de rábano picante (horseradish peroxidase, HRP) se uniera al anticuerpo. Tras la adición de 20 \mul de Tris-HCl 1 M, pH 8,0 y a continuación de 25 \mul de NaBH_{4} 200 mM, se mantuvo la mezcla a 4ºC durante 30 minutos. A continuación se añadieron 12,5 \mul de NaBH_{4} 200 mM y se mantuvo la mezcla a 4ºC durante 2 horas para que finalizara por completo la reacción. Tras la adición de 5 \mul de glicina 1 M, pH 7,0, para estabilizar el anticuerpo, se dializó la solución frente a 1,5 litros de PBS, glicina 10 mM, pH 7,4 a 4ºC durante toda la noche. La solución del anticuerpo marcado obtenida de este modo se almacenó a 4ºC como el anticuerpo anti-hUGPPasa de conejo conjugado con HRP.
(16) ELISA de hUGPPasa
El anticuerpo anti-hUGPPasa de conejo preparado anteriormente en (14) se diluyó con NaHCO_{3} 50 mM, pH 9,6 para preparar una solución 25 \mug/ml. La solución se añadió a los pocillos de una placa de 96 pocillos (NUNC), 100 \mul en cada uno, y se incubó a 37ºC durante 1 hora para recubrimiento. Se eliminó la solución de anticuerpo y se añadieron 300 \mul de un tampón de bloqueo [BSA al 1,0% (p/v), PBS, glicina 10 mM, pH 7,4] en cada pocillo y se incubaron a 37ºC durante 1 hora para bloqueo. [0046] Para la preparación de un estándar, se diluyó de manera gradual la proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina de 10 \mug/ml-0,1 ng/ml utilizando un tampón de dilución [Tris 20 mM, NaCl 150 mM, BSA 0,1%(p/v), pH 7,4].
Para utilizar como muestras, se lisaron dos tipos de células AD494(DE3) de E. coli, uno en el que se había introducido el plásmido pET-19b AAD 15563.1 y el otro con el plásmido pET-19b, respectivamente, y se diluyeron hasta 50, 5, 0,5 y 0,05 \mug/ml con el tampón de dilución. Se eliminó el tampón de bloqueo de cada uno de los pocillos de la placa y se lavaron tres veces con 300 \mul de TTBS cada uno. A cada pocillo se añadieron 100 \mul de la solución estándar o de la solución de la muestra y se prosiguió a incubar a 37ºC durante 1 hora.
Para detectar la proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina, se utilizó el anticuerpo anti-hUGPPasa de conejo conjugado con HRP preparado anteriormente en (15) tras diluirlo hasta 0,5 \mug/ml con el tampón de dilución. Después de lavar tres veces los pocillos con TTBS, se añadieron 100 \mul de la solución de anticuerpo de detección en cada pocillo y se incubaron a 37ºC durante 1 hora. A continuación se lavaron tres veces los pocillos con TTBS, y se añadieron 100 \mul de un sistema de sustrato líquido para ELISA que contiene cromógeno 3,3'5,5'-tetrametilbenzidina (TMB) y peróxido de hidrógeno en un tampón, pH 6,0: SIGMA) en cada pocillo. Tras 5 minutos de incubación a temperatura ambiente, se añadieron 50 \mul de H_{2}SO_{4} 2 M en cada pocillo para finalizar la reacción y se determinó la DO a 450 nm.
(17) Determinación de UDPG en una muestra
El análisis se realizó para establecer un procedimiento de determinación de UGPG en una muestra. En el procedimiento, la cantidad de UDPG se determinó como la cantidad de G1P producida mediante la degradación hidrolítica catalizada por la UGPPasa de la UDPG de la muestra.
Se añadieron 20 ml de una muestra líquida que contenía UDPG en una de las cantidades indicadas en la figura 25 a un cóctel de 30 ml que incluía 1,5 unidades de UGPPasa, MgCl_{2} 30 mM y Tris-HCl 70 mM (pH 9,0). Al cabo de 7 minutos de incubación a 37ºC, se finalizó la reacción calentando a 100ºC durante 2 minutos. A continuación se centrifugó la mezcla de análisis a 20.000 xg durante 5 minutos. Entonces se añadieron 30 \mul de sobrenadante a un cóctel de 270 \mul que contenía Hepes 50 mM, pH 7,0, EDTA 1 mM, MgCl_{2} 2 mM, KCl 15 mM, NAD^{+} 0,4 mM y tres unidades de G6P deshidrogenasa y de fosfoglucomutasa. A continuación se cuantificó mediante espectrofotometría la cantidad de NADH (que indica la cantidad de G1P) producido a 349 nm.
Resultados (1) Purificación de UGPPasa porcina
La tabla 1 muestra la actividad UGPPasa y la pureza detectada con el producto purificado en cada etapa de purificación. La figura 2 muestra el resultado de SDS-PAGE de estas muestras. La actividad específica del producto final eluido del PAGE nativa, que había sido purificada aproximadamente 60.000 veces, fue de 32 U/mg. Se consideró que este valor era muy parecido a los valores notificados de actividad específica de la AGPPasa de cebada o de E. coli, 23 U/mg o 9,5 U/mg respectivamente, (13, 14). La única banda detectada en el SDS-PAGE del producto final de la purificación (fig. 2) tiene que ser UGPPasa, dado su comportamiento idéntico a la banda de UGPPasa activa en las etapas de purificación utilizando MonoP (figs. 3 y 4) y PAGE nativa (fig. 5), respectivamente.
TABLA 1
1
2
(2) Análisis ESI-TOF MS/MS de UGPPasa porcina
Se analizaron siete fragmentos peptídicos preparados mediante un tratamiento con tripsina del producto final de purificación mediante ESI TOF MS/MS para secuenciación de aminoácidos. Las secuencias así conocidas (SEC ID N.º: 5, 6, 7 y 8) eran muy homólogas a cuatro regiones de proteínas humanas y murinas, respectivamente, con una función desconocida (figs. 6 y 7). Las proteínas humanas y murinas, los números ID AAD15563.1 (N.º NCBI de adquisición AF111170) (SEC ID N.º:3) y 50 BAB23110.1 (N.º NCBI de adquisición AK003991) (SEC ID N.º:4), respectivamente, se consideraron enzimas, ya que tenían un motivo hidratasa de tipo Nudix (nucleósido difosfato unido a alguna otra mitad, X) (24). Se consideró que la proteína UGPPasa porcina purificada era una homóloga porcina de estas proteínas humanas y murinas, que tienen entre sí un grado de homología de aproximadamente el 80%.
(3) Determinación de la actividad del AAD15563.1 recombinante y de su purificación
El ADN que codifica el AAD15563.1, que ahora se considera una UGPPasa humana según los resultados anteriores de ESI-TOF MS/MS, se amplificó mediante RCP y se clonó en un vector de expresión (fig. 10), y a continuación se confirmó que la proteína recombinante expresada tiene actividad UGPPasa. Los cebadores de esta RCP no fueron diseñados según la secuencia de nucleótidos (SEC ID N.º: 1) descrita por el NCBI (el National Center for Biotechnology Information). El ADN amplificado se clonó en el vector de expresión de E. coli pET11a para obtener un plásmido, pET11a-AAD15563.1. Este plásmido se introdujo en células AD494 de E. coli. La suspensión de las células transformadas AD494 (DE3) de E. coli que expresan el gen introducido mostró una actividad UGPPasa ocho veces mayor en comparación con la suspensión de la bacteria de control que simplemente había recibido el plásmido intacto, pET11a (fig. 12). El SDS-PAGE (poliacrilamida 10-20%) de la suspensión de la bacteria transformada confirmó la banda de la proteína expresada (fig. 12). Los resultados del SDS-PAGE (fig. 13) y de la determinación de la actividad UGPPasa de la suspensión de las células AD494(DE3) de E. coli que expresan AAD15563.1, sus fracciones solubles tras la sonicación y los productos purificados mediante Q-Sefarosa y MonoP, respectivamente, indicaban que la actividad específica de la UGPPasa aumentaba en paralelo con el aumento de intensidad de la banda. La actividad específica del producto final, que mostraba una sola banda en la SDS-PAGE, fue de 6,7 U/mg, un valor comparable al de la UGPPasa porcina purificada final. Estos resultados indican que la proteína AAD15563.1 es una UGPPasa humana.
(4) Caracterización de UGPPasa humana y porcina
Utilizando los productos purificados finales de UGPPasa humana y porcina, se llevó a cabo un estudio para conocer las condiciones óptimas para su actividad enzimática. Los resultados mostraron que ambas enzimas tienen un pH óptimo en el intervalo de 9,5 a 10 y que son dependientes de Mg^{2+} (figs. 14 y 15). Se determinó que la Kd (constante de disociación) de las enzimas con el sustrato UDPG era de 4,35 mM y 4,26 mM para la UGPPasa humana y porcina, respectivamente, lo que indica su afinidad casi igual por el sustrato (figs. 16 y 17). Entre ADPG, UDPG y GDPG, tanto la UGPPasa humana como la porcina mostraron la mayor especificidad por el sustrato UDPG: en presencia de 5 mM de un sustrato correspondiente, se determinó que su actividad relativa era sólo de aproximadamente un 20 y un 10% con ADPG y GDPG, respectivamente, en comparación con la actividad con UDPG (100%) (tablas 2 y 3).
TABLA 2
3
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TABLA 3
4
(5) Análisis mediante método Northern de tejidos normales de cerdo y de humano adulto
Las figuras 18 y 19 muestran el resultado de un análisis mediante método Northern del ARN total de tejidos de cerdo y humano adulto, respectivamente. Se observa que el ARNm UGPPasa aparece en distintos tejidos analizados.
(6) Construcción de pET-19b AAD15563.1 y purificación de proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina
Las figuras 20 y 21 muestran el vector de expresión pET-19b AAD 15563.1 y el resultado de su electroforesis en gel de agarosa tras la digestión con NdeI y BamHI. Se constató que las células AD494(DE3) de E. coli transformadas con este plásmido expresan una gran cantidad de proteína de fusión con cola de histidina. El análisis de inmunotransferencia del producto purificado final obtenido anteriormente en (11) confirmó que la proteína era una proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina (fig. 22).
(7) ELISA de hUGPPasa
Se estableció un sistema de detección ELISA utilizando un anticuerpo anti-hUGPPasa de conejo como fase sólida y proteína de fusión hUGPPasa con cola de histidina purificada como el estándar. Se determinó que la EC50 (concentración de mayor efecto para una respuesta equivalente a la mitad de la máxima) de este sistema era 246,8 ng/ml, con un límite inferior de detección de 10 ng/ml y un intervalo de determinación de 10-1.000 ng/ml (fig. 23).
El ELISA realizado con los lisados de células AD494(DE3) de E. coli que incluyen plásmido pET-19b
AAD15563.1 mostró un aumento dependiente de la concentración de proteína en la DO a 450 nm, mientras que no se observaba ningún aumento notable en la DO a 450 con células AD494(DE3) de E. coli que sólo incluyen lisados del plásmido pET-19b (fig. 24). Los resultados indican que el sistema ELISA establecido anteriormente tiene una especificidad elevada por la hUGPPasa sin mostrar ninguna reacción cruzada con proteínas intrínsecas de E. coli.
(8) Determinación de UDPG en una muestra
La cantidad de UDPG contenida en una muestra se determinó siguiendo el procedimiento descrito anteriormente en el apartado "Materiales y procedimientos". Los resultados se muestran en la tabla 4 y la figura 25. La cantidad determinada de G1P (nmol), que se considera equivalente a la cantidad de UDPG, mostró suficiente correlación con la cantidad de UDPG contenida inicialmente en la muestra, lo que permite determinar la cantidad de UDPG en la muestra.
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TABLA 4
6
Aplicabilidad industrial
La presente invención permite proporcionar UGPPasa en una forma purificada y en cualquier escala deseada. La enzima proporcionada purificada de este modo puede utilizarse para determinar cantidades de UDPG en muestras tales como sangre. Además, la enzima purificada se utiliza, por ejemplo, como producto estándar de referencia en el campo del análisis bioquímico de una variedad de muestras, entre las que se incluyen especímenes biológicos naturales, para determinar los niveles de actividad de la enzima. El uso del estándar de referencia permite obtener datos estandarizados de los niveles de actividad de la enzima, que permiten una comparación cuantitativa exacta entre los datos obtenidos de distintas muestras determinadas en distintos momentos y lugares. La presente invención también proporciona un anticuerpo anti-UGPPasa, así como un procedimiento de enzimoinmunoanálisis de adsorción (ELISA) basado en el anticuerpo anti-UGPPasa, que es útil para la determinación y/o detección de UGPPasa en una variedad de muestras y que también puede utilizarse para proporcionar un kit ELISA para la determinación de UGPPasa. Además, la presente invención también se utiliza para la determinación de UDPG en una muestra, tal como sangre.
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Referencias citadas en la descripción Esta lista de referencias citadas por el solicitante se muestra únicamente para conveniencia del lector. No forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha tenido una gran precaución a la hora de recopilar las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la Oficina Europea de Patentes declina cualquier responsabilidad al respecto. Documentos de patente citados en la descripción
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<110> JCR PHARMACEUTICALS CO., LTD.; UNIVERSIDAD PUBLICA DE NAVARRA; POZUETA ROMERO, Javier; BAROJA FERNANDEZ, Edurne; MUNOZ, Francisco Jose; YAMAMOTO, Ryuji; SUH, Imbak,
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<120> Producción de UGPPasa
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<130> GP57-PCT
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<150> PCT/JP02/02726
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<151> 2002-03-20
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<160> 12
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<210> 1
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<211> 669
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<212> ADN
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<213> Homo sapiens
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<220>
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<223> ADNc que codifica USPPasa
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<400> 1
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8
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<210> 2
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<211> 222
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<212> PRT
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<213> Homo sapiens
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<220>
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<223> USPPasa
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<400> 2
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11
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<210> 3
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<211> 290
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<212> PRT
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<213> Homo sapiens
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<220>
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<223> Número ID proteína AAD15563.1
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<400> 3
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<210> 4
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<211> 220
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<212> PRT
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<213> Mus musculus
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<223> Número ID proteína BAB23110.1
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<400> 4
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<210> 5
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<211> 14
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<212> PRT
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<213> Sus scrofa
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<223> fragmento peptídico de USPPasa
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20
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 7
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<211> 12
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<212> PRT
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<213> Sus scrofa
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<220>
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<223> fragmento peptídico de USPPasa porcina
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 7
21
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<210> 8
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<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
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<213> Sus scrofa
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<220>
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<223> fragmento peptídico de USPPasa porcina
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 8
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\hskip 2cm
22
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<210> 9
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<211> 29
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> secuencia del cebador que tiene en su extremo 5' un sitio de escisión Ndel
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<400> 9
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\hskip-.1em\dddseqskip
catatggagc gcatcgaggg ggcgtccgt
\hfill
29
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 10
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<211> 32
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> secuencia del cebador que tiene en su extremo 5' un sitio de escisión BamHI
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 10
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\hskip-.1em\dddseqskip
ggatcctcac tggagatcca ggttgggggc ca
\hfill
32
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<210> 11
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<211> 21
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> cebador T7
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<400> 11
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\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
tctaatacga ctcactatag g
\hfill
21
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 12
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 17
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<212> ADN
\newpage
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> M4 de cebador M13
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<400> 12
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\hskip-.1em\dddseqskip
gttttcccag tcacgac
\hfill
17
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Claims (8)

1. Proteína enzimática purificada que consiste en la secuencia de aminoácidos establecida como SEC ID N.º: 2.
2. Proteína enzimática purificada de la reivindicación 1 en la que la proteína tiene una actividad de hidrólisis de la UDP-glucosa a glucosa-1-fosfato y uridina 5'-monofosfato. (reivindicación original)
3. Procedimiento para producir una proteína enzimática recombinante que comprende las etapas de: incorporar el ADN que consiste en la secuencia de nucleótidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 1 en el listado de secuencias, a un vector de expresión; introducir el vector de expresión construido de este modo en células competentes; cultivar las células que contienen el vector de expresión construido y purificar la proteína expresada, en la que la proteína tiene actividad de hidrolizar de UDP-glucosa a glucosa-1-fosfato y uridina 5'-monofosfato.
4. Uso de la proteína enzimática recombinante como estándar de referencia en el ensayo de la actividad UGPPasa en muestras, en el que la proteína consiste en la secuencia de aminoácidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 2.
5. Procedimiento para preparar UGPPasa de mamífero purificada, que es una proteína que consiste en la secuencia de aminoácidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 2, en el que el procedimiento comprende las etapas
de:
(a) homogeneizar tejido de un animal mamífero en un medio acuoso,
(b) centrifugar el homogeneizado obtenido de este modo,
(c) recoger el sobrenadante del homogeneizado centrifugado,
(d) dializar el sobrenadante recogido frente a un medio acuoso,
(e) aplicar el sobrenadante dializado obtenido anteriormente en (d) a uno o más procesos de cromatografía utilizando uno o más materiales en fase estacionaria, respectivamente, y recoger fracciones que muestren actividad UGPPasa concentrada, en las que entre el material o materiales en fase estacionaria se incluyen uno seleccionado del grupo que consiste en intercambiador de aniones, intercambiador de aniones débiles, gel para exclusión de tamaño e hidroxiapatita,
(f) aplicar las fracciones que muestren actividad UGPPasa activa concentrada obtenidas anteriormente en (e) a la PAGE nativa, y
(g) eliminar del gel una parte que contenga actividad UGPPasa específica concentrada y extraer la proteína UGPPasa de la parte del gel con un medio de extracción acuoso.
6. Anticuerpo purificado que consiste en la secuencia de aminoácidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 2.
7. Procedimiento para determinar la cantidad de UGPPasa, que es una proteína que consiste en la secuencia de aminoácidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 2, en un analito basado en un enzimoinmunoanálisis de adsorción que comprende las etapas de:
(a) proporcionar una fase sólida a la que se une un anticuerpo anti-UGPPasa,
(b) poner una primera solución que contenga una cantidad predeterminada del analito en contacto con la fase sólida durante un período de tiempo suficiente para permitir que la UGPPasa contenida en el analito se una a la anti-UGPPasa unida a la fase sólida,
(c) tras la eliminación de la primera, poner una segunda solución que contenga una cantidad predeterminada de un anticuerpo anti-UGPPasa conjugado a una enzima en contacto con la fase sólida durante un período de tiempo suficiente para permitir que el anticuerpo anti-UGPPasa conjugado a la enzima se una a la UGPPasa unida a la anti-UGPPasa unida a la fase sólida,
(d) después de eliminar la segunda solución, poner una tercera solución que contenga una cantidad predeterminada de un sustrato para la enzima conjugada en contacto con la fase sólida, y dejar que la enzima conjugada reaccione con el sustrato durante un período predeterminado de tiempo para producir un producto específico de la reacción enzimática,
(e) cuantificar la cantidad del producto específico producido de este modo, y
\newpage
(f) determinar la cantidad de UGPPasa en el analito basado en la comparación entre la cantidad del producto específico en (e) y la cantidad del producto específico producido a partir de una cantidad predeterminada de UGPPasa en las mismas condiciones que en (b)-(d).
8. Procedimiento para determinar la cantidad de UDPG contenida en una muestra que comprende las siguientes etapas:
(a) mezclar una cantidad predeterminada de una muestra con una solución tampón que contenga una cantidad predeterminada de UGPPasa, que es una proteína que consiste en la secuencia de aminoácidos establecida anteriormente como SEC ID N.º: 2, para preparar una mezcla de reacción,
(b) incubar la mezcla de reacción durante un período de tiempo suficiente para convertir la UDPG en G1P,
(c) finalizar la reacción calentando la mezcla de reacción, y
(d) cuantificar la cantidad de G1P producida en (d) haciendo reaccionar la G1P contenida en por lo menos una parte conocida de la mezcla de reacción con fosfoglucomutasa, G6P deshidrogenasa y NAD, y cuantificar la cantidad de NADH producido.
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