ES2333413T3 - Un metodo para producir polipeptido glp-1 (7-36) insulinotropico y/o analogos de gpl-1. - Google Patents

Un metodo para producir polipeptido glp-1 (7-36) insulinotropico y/o analogos de gpl-1. Download PDF

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Abstract

Un método para producir polipéptido GLP-1 (7-36) insulinotrópico y/o análogos de GLP-1 que consiste en: (a) Introducir dos puntos con división de endonucleasas individuales restrictivas capaces de formar un punto híbrido en las dos terminales del gen que pueden codificar el polipéptido GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1; (b) Ligar los extremos cohesivos para formar un punto híbrido tras la digestión con las endonucleasas restrictivas, y clonar en un vector N copias del gen GLP-1 (7-36) unido a la serie, gen de análogos de GLP-1, o genes unidos de manera interactiva que codifican el polipéptido GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1, donde N es un número entero entre 2 y 32; (c) Transformar el vector que contiene el gen unido a la serie en una célula huésped. (d) Expresar en la célula huésped una proteína de fusión que contiene N copias de un polipéptido donde N es un número entero entre 2 y 32, conteniendo dicha proteína de fusión el polipéptido GLP-1 (7-36), análogos de GLP-1 o la combinación de los mismos, pero sin ninguna proteína portadora; (e) Partir la proteína de fusión; (f) Separar y purificar los polipéptidos GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1.

Description

Un método para producir polipéptido GLP-1 (7-36) insulinotrópico y/o análogos de GLP-1.
Campo de la invención
La invención describe un método para producir péptido GLP-1 (7-36) polipéptido similar al glucagón o análogos de péptido-1 similar a glucagón ligando genes de una manera conjunta. La administración exógena de GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 puede estimular la secreción de insulina.
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Contexto de la invención
GLP-1 (péptido-1 similar a glucagón) es una hormona peptídica segregada por células intestinales humanas, que se desarrolla a partir de la división proteolítica de proglucagón por una proteasa producida por célula L, y es por lo tanto llamada péptido-1 similar al glucagón. Múltiples estudios han demostrado que la administración exógena de GLP-1 aumenta los efectos de secreción de insulina. Por ejemplo, cuando la glucosa en sangre supera 6 mmol/L, una concentración muy baja de GLP-1 puede jugar un significativo papel en el aumento de secreción de insulina. Una vez que se restablece la glucosa en sangre en un nivel normal, la posterior adición de GLP-1 no tiene más efectos en la secreción de insulina.
GLP-1 está presente en dos formas en el cuerpo humano, una es GLP-1 (7-36)-NH_{2} que consiste en 30 residuos de aminoácidos con su terminal C convertida en amida. La otra es GLP-1 (7-37) que consiste en 31 residuos de aminoácidos. Tanto GLP-1 (7-36)-NH_{2} como GLP-1 (7-37) pueden tener fuertes efectos para el aumento o mejora de secreción de insulina. En lo relativo a los efectos mejorados de GLP-1 (7-36)-NH_{2} se ha descubierto que la conversión a amida de la terminal C no se requiere necesariamente, porque el péptido GLP-1 (7-36)-OH (referido de ahora en adelante como GLP-1 (7-36) posee efectos mejorados similares en la secreción de insulina.
Estudios previos han demostrado que GLP-1 tiene más ventajas que la insulina en el tratamiento de diabetes mellitus tipo II ya que GLP-1 puede: 1) aumentar la regulación de la transcripción y traslación de gen de proinsulina; 2) aumentar la secreción de insulina y C-péptido, 3) aumentar la sensibilidad del receptor celular de insulina, 4) aumentar el total de células \beta. Además, GLP-1 también puede disminuir: 1) la resistencia a la insulina, 2) la cantidad de glicohemoglobina (HbA1c), fructosamina, glucagón y ácidos grasos (Nielsen J. H. et al., Regulación de masa celular beta por hormonas y factores del crecimiento, Diabetes, 50, supl. 1: S25-9, 2001; Hui H. et al., Péptido 1 similar al glucagón produce diferenciación de células pancreáticas positivas 1 de homeobox duodenal en islote en células segregadoras de insulina, Diabetes, 50(4): 785-96, 2001.
Más notablemente, se observa que GLP-1 es capaz de mejorar la división de célula \beta y por lo tanto aumentar el total de células \beta, que no se ha encontrado en otras medicinas empleadas para tratamiento de diabetes hasta la fecha. Además, GLP-1 es efectivo en aquellos pacientes que no han respondido al tratamiento con administración de sulfonilurea. Además, la administración de GLP-1 no aumenta la secreción de insulina cuando la concentración de glucosa en sangre se restablece a un nivel normal. Por lo tanto, no da como resultado la hipoglucemia. Por todas las razones mencionadas, se considera que GLP-1 es una medicina deseable para tratar diabetes mellitus. Sustanciales estudios clínicos también han verificado este hecho (Rachman J. et al., Normalización de respuesta de insulina a glucosa mediante infusión nocturna de péptido similar a glucagón 1 (7-36) amida en pacientes con NIDDM, Diabetes, 45(11):1524-30, 1996; Doyle M. E. et al., péptido 1 similar a glucagón, Progreso reciente en Investigación de Hormonas, 56:377-99, 2001; Daniel J. Drucker, Minireview: Los Péptidos similares a glucagón, Endocrinología, 142(2):521-527,
2001).
WO 98/08873 está relacionada con un método para mejorar la recuperación tras operación evitando la reacción catabólica y resistencia a la insulina provocada por el trauma quirúrgico. Los autores de esta publicación proponen el uso de péptido-1 (GLP-1) similar a glucagón o análogo para eliminar los cambios catabólicos tras cirugía.
WO 99/43341 está relacionada con una composición que contiene un derivado de GLP-1 con solubilidad y/o estabilidad mejorada, y/o un método para mejorar la solubilidad y/o estabilidad de un GLP-1 o un fragmento o un análogo del mismo. En particular, se proporcionan los derivados de GLP-1 con un contenido de hélice que excede el 25% que parcialmente forma agregados estructurales del tipo micelar.
WO 99/43705 describe derivados con terminal N de péptido-1 (GLP-1 ) similar a glucagón humano y análogos del mismo que tiene un perfil prolongado de acción, así como el uso de tales derivados en composiciones farmacéuticas para el tratamiento de obesidad, diabetes mellitus dependiente de insulina o no dependiente de insulina. Los derivados de GLP-1 tiene un sustituyente lipofílico unido a, al menos, un residuo de aminoácido.
Sin embargo, el coste de las síntesis química de GLP-1 es bastante alto. El precio al por menor de GLP-1 con calidad de reagente es 400 \textdollar/mg, lo que restringe en gran medida su aplicación en clínicas. Algunos investigadores han intentado usar métodos de ingeniería genética para producir GLP-1 recombinante ya sea como proteína de fusión o como proteína segregadora. La producción y el coste de esta técnica para producir GLP-1 siguen siendo aún poco satisfactorios, lo que provoca que la producción a gran escala de GLP-1 a un coste bajo resulte imposible en este momento. Esta invención está dirigida a desarrollar un método nuevo para producir GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1 ligando genes de una manera conjunta. El método de la presente invención puede usarse para simplificar el proceso, para disminuir el coste de producción, y posibilitando de este modo la producción de GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1 a gran escala.
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Breve resumen de la invención
Esta invención está relacionada con un método para producir polipéptido insulinotrópico GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1 que consiste en:
(a)
Introducir dos puntos con división de endonucleasas individuales restrictivas capaces de formar un punto híbrido en las dos terminales del gen que pueden codificar el GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1;
(b)
Ligar los extremos cohesivos para formar un punto híbrido tras la digestión con las endonucleasas restrictivas, y clonar en un vector N copias del gen GLP-1 (7-36) unido a la serie, gen de análogos de GLP-1. o genes unidos de manera interactiva que codifican el polipéptido GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1, donde N es un número entero entre 2 y 32;
(c)
Transformar el vector que contiene el gen unido a la serie en una célula huésped.
(d)
Expresar en la célula huésped una proteína de fusión que contiene N copias de un polipéptido donde N es un número entero entre 2 y 32, conteniendo dicha proteína de fusión el polipéptido GLP-1 (7-36), análogos de GLP-1 o la combinación de los mismos, pero sin ninguna proteína portadora;
(e)
Partir la proteína de fusión;
(f)
Separar y purificar los polipéptidos GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1.
Las endonucleasas restrictivas anteriormente mencionadas capaces de formar híbridos pueden incluir, aunque no se limitan a, Bgl II y BamH I, Sal y Xho I.
El vector en el método de acuerdo con la presente invención puede contener genes unidos a N series o genes de GLP-1 (7-36) unidos interactivamente y/o genes análogos de GLP-1, donde N es un número entero entre 2 y 32. Preferiblemente, N es un número entero de 8 a 32. Más preferiblemente, N debería ser 16 o 32.
Las células huéspedes usadas en el método de acuerdo con la presente invención pueden expresar una proteína de fusión que contiene N copias de polipéptido GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1, en las cuales N es un número entero de 2 a 32. La proteína de fusión puede contener N copias de polipéptido GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1. También puede contener múltiples copias de polipéptido GLP-1 (7-36) y análogos de GLP-1 con los números totales de copias igual a N. Preferiblemente, N es un número entero de 8 a 32. Más preferiblemente, N es un número entero de 16 o 32.
Preferiblemente, las células huéspedes de esta invención que expresan GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1 son células procarióticas.
El péptido GLP-1 (7-36) producido por el método de esta invención tiene la secuencia de aminoácido tal y como se muestra en la fórmula 1.
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Breve descripción de los dibujos
Figura 1 muestra el proceso de construcción de un vector de expresión que contiene una copia del gen que codifica el polipéptido GLP-1 (7-36).
Figura 2 muestra la secuencia de ADN resultante que codifica el polipéptido GLP-1 (7-36) tras la ligadura de fragmentos (1), (2), (3) y (4).
Figura 3 muestra la secuencia de ADN resultante que codifica el polipéptido GLP-1 (7-36) tras la ligadura de fragmentos (1'), (2'), (3') y (4').
Figura 4 muestra el proceso de construir un plásmido que contiene de 2 a 32 copias de genes GLP-1(7-36) conjuntamente.
Figura 5 muestra la curva de crecimiento de células bacterianas construidas genéticamente durante el proceso de fermentación.
Figura 6 muestra el resultado del análisis HPLC del polipéptido recombinante GLP-1 (7-36) que no forma parte de la presente invención.
Figura 7 muestra los resultados del análisis de aminoácido del polipéptido recombinante GLP-1 (7-36) que no forma parte de la presente invención.
Figura 8 muestra los resultados del análisis por espectrometría de masa del polipéptido recombinante GLP-1 (7-36) que no forma parte de la presente invención.
Figura 9 muestra la variación de concentración de insulina en sangre de ratones después de inyectar a los ratones con polipéptido GLP-1 (7-36) que no forma parte de la presente invención.
Figura 10 muestra la variación de la concentración de C-péptido en sangre de ratones después de inyectar a los ratones con polipéptido GLP-1 (7-36) que no forma parte de la presente invención.
Figura 11 muestra la variación de la concentración en glucosa en sangre de ratones después de inyectar a los ratones con polipéptido GLP-1 (7-36) que no forma parte de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Esta invención proporciona un diseño delicado de secuencias de ADN que presentan las zonas híbridas para ligar múltiples copias de genes que codifican GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 conjuntamente. La expresión de los fragmentos de ADN resultantes unidos en serie o interactivamente enlazados puede producir una proteína de fusión que contiene múltiples copias de GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1. Tras la partición de la proteína de fusión y de purificaciones adicionales, pueden obtenerse grades cantidades de GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1.
"Análogos de GLP-1" aquí empleados hacen referencia a aquellos polipéptidos que pueden obtenerse por alteración, sustitución o modificación de uno o más residuos de aminoácidos en la secuencia mostrada en la Fórmula I, o en la secuencia de aminoácido del polipéptido que naturalmente ocurre GLP-1 (7-37)-OH.
Estudios previos han mostrado que muchos análogos de GLP-1 presentan características similares en el aumento de secreción de insulina. Representantes de análogos de GLP-1 incluyen aquellos descritos en US 5,545,618 y WO 01/98331 A2. Estos análogos se obtienen mediante alteración de uno o más residuos de aminoácidos en el polipéptido que naturalmente ocurre GLP-1 (7-37)-OH en la posición 8, 11, 12, 16, 22, 23, 24, 26, 27, 30, 33, 34 0 35. Representantes de análogos de GLP-1 pueden incluir, aunque no se limitan a: Gly^{8}-GLP-1(7-36), Val^{8}-GLP-1(7-36), Asp^{11}-GLP-1(7-36), Ala^{16}-GLP-1(7-36), Glu^{22}-GLP-1(7-36), His^{23}-GLP-1(7-36), Glu^{24}-GLP-1(7-36), Trp^{26}-GLP-1(7-36), Ala^{27}-GLP-1(7-36), Glu^{30}-GLP-1(7-36), Asp^{33}-GLP-1(7-36), Glu^{34}-GLP-1(7-36), Thr^{35}-GLP-1 (7-36), Gly^{8} -Glu^{24}-GLP-1(7-36), Leu^{8}-Ala^{33}-GLP-1 (7-36), Thr^{36}-Arg^{37}-GLP-1(7-37), Ser^{36}-Arg^{37}-GLP-1(7-37) etc.
Los análogos de GLP-1 contienen residuos de aminoácidos de sustitución conservadora. Así mismo, estos análogos de GLP-1 pueden contener residuos de aminoácidos de elevada sustitución conservadoras.
Una "sustitución conservadora" es la sustitución de un aminoácido que tiene la misma carga electrónica neta y aproximadamente el mismo tamaño y misma forma.
Una "sustitución elevadamente conservadora" es la sustitución de un aminoácido por otro aminoácido que tiene el mismo grupo funcional en cada lateral y casi el mismo tamaño y la misma forma. Por ejemplo, aminoácidos con cadenas laterales de aminoácidos alifáticos o alifáticos sustituidos tienen casi el mismo tamaño cuando el número total de carbonos y heteroátomos en sus cadenas laterales no difiere en más de dos. Tienen casi la misma forma cuando tienen el mismo número de ramas en sus cadenas laterales. Ejemplos de sustitución elevadamente conservadora incluyen valina por leucina, treonina por serina, ácido aspártico por ácido glutámico y fenilglicina por fenilalanina. Ejemplos de sustituciones que no son elevadamente conservadoras incluyen alanina por valina, alanina por serina y ácido aspártico por serina.
Por lo tanto, la presente invención trata sobre un método para producir polipéptido insulinotrópico de GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1 que consiste en:
(a)
Introducir dos puntos con división o partición de endonucleasas individuales restrictivas capaces de formar un punto híbrido en las dos terminales del gen que pueden codificar el GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1;
(b)
Ligar los extremos cohesivos para formar un punto híbrido tras la digestión con las endonucleasas restrictivas, y clonar en un vector N copias del gen GLP-1 (7-36) unido a la serie, gen de análogos de GLP-1, o genes unidos de manera interactiva que codifican el polipéptido GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1, donde N es un número entero entre 2 y 32;
(c)
Transformar el vector que contiene el gen unido a la serie en una célula huésped.
(d)
Expresar en la célula huésped una proteína de fusión que contiene N copias de un polipéptido donde N es un número entero entre 2 y 32, conteniendo dicha proteína de fusión el polipéptido GLP-1 (7-36), análogos de GLP-1 o la combinación de los mismos, pero sin ninguna proteína portadora;
(e)
Partir la proteína de fusión;
(f)
Separar y purificar los polipéptidos GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1.
Las endonucleasas restrictivas anteriormente mencionadas capaces de formar híbridos pueden incluir, aunque no se limitan a, Bgl II y BamH I, Sal y Xho I. Por ejemplo, la secuencia base reconocida por Bgl II es A|GA TCT, mientras que la reconocida por BamH I es G|GA TCC. Tras la digestión de las dos secuencias con las correspondientes enzimas restrictivas, la ligadura de los extremos cohesivos complementarios resultantes puede formar una secuencia de AGA TCC o GGA TCT, que no puede diseccionarse ni por parte de Bgl II ni por BamH I. Dicha secuencia se denomina "zona híbrida" que puede usarse para ligar múltiples copias de ciertos genes en conjunto.
La proteína de fusión está compuesta por múltiples copias de GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1. Entre los dos péptidos unidos (dos polipéptidos GLP-1 (7-36), dos polipéptidos análogos GLP-1, o un polipéptido GLP-1 (7-36) y un polipéptido análogo GLP-1), hay uno o más residuos de aminoácidos. Con el fin de la partición, el enlace de polipéptido formado entre la terminal N de cada uno de los polipéptidos deseados (GLP-1 (7-36) o análogo GLP-1) y los residuos mencionados debe haber un "enlace de polipéptido específicamente divisible".
Un "enlace de polipéptido específicamente divisible" aquí usado hace referencia a un enlace de polipéptido que puede ser específicamente reconocido y partido por ciertos reagentes químicos o proteasas. Como resultado de la partición, la cadena peptídico se rompe. Los residuos de aminoácidos aquí empleados para formar en enlace peptídico específicamente divisible con la terminal N de GLP-1 (7-36) o análogo GLP-1 son llamados "aminoácidos que forman enlace (BFAA)". BFAA pueden incluir, aunque no se limitan a, Met que puede ser reconocido por bromuro de cinógeno, Arg que puede ser reconocido por proteasa alcalina, y la secuencia de aminoácido de Asp Asp Asp Lys que puede ser reconocida por Enteroquinasa.
Una proteína de fusión puede partirse en los "enlaces de péptido específicamente divisibles" usando métodos adecuados. Tras la partición, la proteína de fusión puede romperse en múltiples copias de polipéptidos GLP-1 (7-36) y/o polipéptidos análogos de GLP-1, teniendo cada polipéptido varios aminoácidos unidos a su terminal N. El proceso arriba descrito se denomina partición terminal N del péptido objetivo.
Tomando como ejemplo una proteína de fusión consistente en múltiples copias de GLP-1 (7-36), la partición terminal N de la proteína de fusión puede generar múltiples copias de GLP-1 (7-36)-Xaa- \cdot \cdot \cdot Xaa, donde Xaa \cdot \cdot \cdot Xaa
representa uno o más residuos de aminoácidos conectados entre sí. Debido a que el residuo de aminoácido en la terminal C de GLP-1 (7-36) es Arg, usando cierta proteasa que puede reconocer de manera específica el enlace peptídico formado en el carboxilo de ARg, la partición de GLP-1 (7-36)-Xaa \cdot \cdot \cdot Xaa dará como resultado múltiples moléculas de polipéptido GLP-1 (7-36). El proceso que tiene lugar en la terminal C del péptido objetivo se llama partición en terminal C.
La orden para el proceso de partición en la terminal N y el proceso de partición en la terminal C pueden intercambiarse.
Normalmente, el residuo Arg se añade a la terminal C de GLP-1 (7-36), y se usa una proteasa adecuada para la partición, que específicamente reconoce el enlace peptídico formado en el carboxilo de Arg. Por lo tanto, la proteína de fusión puede cortarse en múltiples moléculas de polipéptido GLP-1 (7-36) sin unir otro residuo ya que el residuo de aminoácido en el aminoácido en terminal C de GLP-1 (7-36) es Arg. También es posible añadir Met a la terminal C de GLP-1 (7-36). El enlace peptídico formado con este Met puede dividirse en primer lugar con CNBr y a continuación el péptido resultante se parte por la acción de una proteasa adecuada para producir múltiples moléculas de péptido GLP-1 (7-36) ya que el aminoácido en terminal C de GLP-1 (7-36) es Arg. La orden para la partición en la terminal N y el proceso de partición en terminal C pueden intercambiarse. También es factible añadir la secuencia de aminoácido Asp Asp Asp Asp Lys a la terminal N de GLP-1 (7-36), estando esta secuencia específicamente partida por proteasa enteroquinasa. La partición proteolítica por enteroquinasa puede también producir múltiples moléculas de péptido GLP-1 (7-36).
Es preferible añadir un residuo Arg a la terminal N de polipéptido GLP-1 (7-36) y análogos GLP-1.
En base a la secuencia de aminoácido de GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1, el gen que codifica GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 también puede sintetizarse con la adición de un codón que codifica "el aminoácido que forma péptido" en la terminal 5' del fragmento sintético. La secuencia de enlace y la secuencia reconocida por la enzima restrictiva también se incluyen en los dos extremos del gen sintético. Tras esta modificación, puede formarse un fragmento de ADN que contiene el codón codificador de GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 y las parejas base en los dos extremos que son reconocidos por las endonucleasas restrictivas. Este fragmento puede usarse para enlazar múltiples copias de GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 de manera conjunta y por lo tanto se denomina "gen para conexión en serie".
También es posible modificar la secuencia de ADN de GLP-1 que ocurre de manera natural para generar el "gen para conexión en serie". Es preferible emplear métodos sintéticos para preparar el gen en la presente invención.
Se conoce muy bien que un aminoácido puede codificarse por múltiples codones. Un experto en la técnica puede deducir y sintetizar varias secuencias de ADN y combinaciones de secuencias codificadoras de GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1. En esta invención, los codones con elevada frecuencia en E. coli son preferentes.
El gen codificador del péptido GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 puede generarse de dos maneras. Una manera es ligando varios fragmentos sintéticos mediante extremos cohesivos o extremos sin punta para generar el gen objetivo, y la otra es sintetizar todo el gen objetivo mediante síntesis química. Es preferible sintetizar varios fragmentos y a continuación generar el gen objetivo mediante ligadura.
Las zonas de partición de endonucleasa restrictiva que pueden formar zonas híbridas en los extremos 5' y 3' de los genes codificadores de GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 con el fin de enlazar múltiples copias de genes en conjunto requieren una cuidadosa selección y un delicado diseño. La selección de zonas de reconocimiento de endonucleasas restrictivas con el fin de clonar basado en las zonas de endonucleasas en un vector y la selección de zonas de reconocimiento disponibles es relativamente abundante.
En una realización preferente de esta invención, los inventores eligen codones con elevada frecuencia en E. coli para sintetizar cuatro fragmentos de gen. Tras la ligadura, el gen resultante recombinante GLP-1 (7-36) tiene zonas de endonucleasas restrictivas de Bgl II y BamH I en sus dos extremos, respectivamente, que son requeridas para la inserción en el vector. Las posiciones para las zonas de reconocimiento de Bgl II y BamH I pueden intercambiarse.
En otra realización preferente de esta invención, los inventores eligen codones con elevada frecuencia en E. coli para sintetizar cuatro fragmentos de gen. Tras la ligadura, el gen resultante GLP-1 (7-36) tiene zonas de endonucleasas restrictivas de Sal I y XhoI I, que son requeridas para el enlace de genes en conjunto. Las zonas de clonación de EcoR I y Hind III son requeridas para la inserción en el vector.
Múltiples copias de genes codificadores de GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 pueden unirse de manera conjunta usando las zonas de endonucleasa arriba mencionadas, y a continuación pueden clonarse en un vector. Estos genes unidos en conjunto también pueden mezclarse y unirse. El término "mezcla y unión" hace referencia a un número de fragmentos mezclados de ADN codificadores de GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1 unidos en conjunto en cualquier orden. Los vectores que son adecuados para este fin pueden derivarse de cromosomas, no derivarse de cromosomas o pueden ser vectores sintéticos de ADN. Estos vectores pueden incluir, aunque sin limitar a, ADN micrófago, virus bacillus, plásmido bacterial, plásmido de levadura, y vectores derivados de combinaciones de fago, plásmido y ADN viral. El ADN viral puede incluir, aunque no se limita a, virus de la viruela bovina y aviar, adenovirus y virus de pseudo rabia. Muchos de los vectores adecuados son bien conocidos por los expertos en la técnica. Cualquier plásmido o vector que exista y replique de manera estable en células huéspedes puede usarse en esta
invención.
Los ejemplos representativos pero ilimitados de vectores de expresión incluyen los usados en sistemas bacteriales, como los plásmidos comercialmente disponibles pKK233-2, pKK223-3, pEZZ18, pUC18, pUC19 y pT7 (Amersham Pharmacia Biotech).
El gen objetivo se une con un promotor apropiado en un vector de expresión. Un promotor es una secuencia que puede regular y controlar la expresión del gen. Ejemplos representativos de promotor incluyen lac, trp, tac de E. coli; T7 de fago; P_{L} de fago \lambda y otros promotores conocidos existentes en células procarióticas y eucarióticas para controlar la expresión del gen. Merece la pena mencionar que estos promotores en bacterias incluyen lac I, lac Z, T3, T7, Proteína A señal péptida, gpt, \lambdaP_{R}, P_{L} y trp. La selección de los promotores apropiados resulta obvia para un experto en la técnica.
Además, el vector de expresión preferente puede tener uno o más genes marcadores de selección para hacer que las células huéspedes se puedan analizar. Los representantes incluyen genes resistentes a la tetracilina y penicilina en E. Coli, genes resistentes a dihidrofolato reductasa y neomicina en sistemas eucarióticos de expresión.
Los vectores de expresión en esta invención pueden contener N copias de los genes unidos en conjunto, donde N es un número entero entre 2 y 32. Preferiblemente, N debería ser un número entero entre 8 y 32. Más preferiblemente, N debería ser 16 o 32.
En otra realización preferente de esta invención, el vector de expresión contiene 2 copias del gen GLP-1 (7-36) unidas conjuntamente.
En otra realización preferente de ejemplo presentada en esta invención, el vector de expresión contiene 4 copias del gen GLP-1 (7-36) unidas conjuntamente.
En otra realización preferente de esta invención, el vector de expresión contiene 8 copias del gen GLP-1 (7-36) unidas conjuntamente.
En otra realización preferente de esta invención, el vector de expresión contiene 12 copias del gen GLP-1 (7-36) unidas conjuntamente.
En otra realización preferente de esta invención, el vector de expresión contiene 16 copias del gen GLP-1 (7-36) unidas conjuntamente.
En otra realización preferente de ejemplo presentada en esta invención, el vector de expresión contiene 32 copias del gen GLP-1 (7-36) unidas conjuntamente.
Los inventores han depositado una cepa bacteriana que transporta el vector de expresión recombinante pKK223-3 que contiene 32 copias de genes GLP-1 (7-36) unidas conjuntamente. El número en el depósito de la cepa es CGMCC Nº 0599.
El vector presentado en esta invención que transporta múltiples copias de genes y promotores apropiados u otros componentes reguladores en la expresión del gen pueden transformarse en células huéspedes apropiadas para expresar la proteína de fusión en las células huéspedes.
El vector de expresión puede introducir en las células huéspedes mediante métodos de ingeniería genética como transformación, transfección o infección, por ejemplo, transformación con cloruro cálcico, transfección en presencia de dextrano DHAE como portador o electro perforación. Estos métodos pueden transferir de manera eficiente el vector que contiene múltiples copias de gen a las células huéspedes. El vector aquí referido puede ser plásmido, partícula viral o fago bacteriano.
Las células huéspedes adecuada pueden incluir, aunque no se limitan a, células bacterianas como E. coli, estreptococo y salmonella, y células eucarióticas como levadura etc. La selección de las células huéspedes apropiadas es obvia para el experto en la técnica.
Con el fin de disminuir los costes, las células procarióticas son preferentemente células huéspedes. Ejemplos representativos incluyen muchas cepas de Escherichia coli, como JM103, JM109, HB101 y DH5\alpha.
La célula huésped transporta un vector de expresión que contiene N copias de gen codificador de GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1, donde N es un número entero entre 2 y 32. En consecuencia, las células huéspedes expresan proteínas de fusión que contienen N copias de péptidos GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1 unidos de manera conjunta, donde N es un número entero entre 2 y 32, preferiblemente N debería ser un número entero entre 8 y 32, y más preferiblemente, N debería ser un número entero
\hbox{entre 16
y 32. La proteína de fusión no contiene otras proteínas
portadoras.}
En otra realización preferente de esta invención, el plásmido de expresión que contiene 2 copias de gen GLP-1 (7-36) se transforma en células de E. Coli JM103. Las células JM103 creadas genéticamente pueden expresar la proteína de fusión que contiene dos polipéptidos GLP-1 (7-36).
En otra realización preferente de esta invención, el plásmido de expresión que contiene 4 copias de gen GLP-1 (7-36) se transforma en células de E. Coli JM103. Las células JM103 creadas genéticamente pueden expresar la proteína de fusión que contiene cuatro polipéptidos GLP-1 (7-36).
En otra realización preferente de esta invención, el plásmido de expresión que contiene 8 copias de gen GLP-1 (7-36) se transforma en células de E. Coli JM103. Las células JM103 creadas genéticamente pueden expresar la proteína de fusión que contiene 8 polipéptidos GLP-1 (7-36).
En otra realización preferente de esta invención, el plásmido de expresión que contiene 12 copias de gen GLP-1 (7-36) se transforma en células de E. Coli JM103. Las células JM103 creadas genéticamente pueden expresar la proteína de fusión que contiene 12 polipéptidos GLP-1 (7-36).
En otra realización preferente de esta invención, el plásmido de expresión que contiene 16 copias de gen GLP-1 (7-36) se transforma en células de E. Coli JM103. Las células JM103 creadas genéticamente pueden expresar la proteína de fusión que contiene 16 polipéptidos GLP-1 (7-36).
En otra realización preferente de esta invención, el plásmido de expresión que contiene 32 copias de gen GLP-1 (7-36) se transforma en células de E. Coli JM103. Las células JM103 creadas genéticamente pueden expresar la proteína de fusión que contiene 32 polipéptidos GLP-1 (7-36).
De acuerdo con el "Tratado de Budapest sobre el Reconocimiento Internacional del Depósito de Microorganismos a los Fines del Procedimiento en Materia de Patentes", una cepa bacteriana genéticamente producida que puede expresar la proteína de fusión que contiene 32 polipéptidos GLP-1 (7-36) se ha depositado en el Centro General Chino de Colección de Cultivos Microbiológicos (CGMCC). La fecha del depósito es el 11 de Julio de 2001 y el número del depósito es CGMCC Nº 0599.
La cepa depositada transporta un plásmido que contiene 32 copias unidas en serie del gen GLP-1 (7-36). El depósito es para comodidad de aquel experto en la técnica. Cualquier reproducción, uso o venta del microorganismo depositado requiere el permiso particular por parte de los inventores. Tales permisos aquí no se han concedido.
La cepa genéticamente producida depositada en esta invención puede cultivarse bajo condiciones apropiadas para producir y acumular las proteínas compuestas por N copias de los polipéptidos enlazados. Las condiciones de cultivo como el medio de cultivo, temperatura, humedad y valor pH resultan obvias para los expertos en la técnica.
Después de que las células huéspedes hayan crecido en una densidad apropiada, pueden normalmente cosecharse mediante centrifugación. Las células se rompen mediante métodos físicos o químicos. El producto resultante de la operación mencionada se recoge y se somete a otra purificación.
Las células de microorganismos que expresan proteínas recombinantes pueden romperse a través de cualquier medio convencional, que puede incluir, pero sin limitar, ciclos de congelación y deshielo, tratamientos ultrasónicos o mecánicos y agentes para lisis celular. La selección del protocolo apropiado para romper las células huéspedes es obvia para aquel experto en la técnica.
Las proteínas de fusión presentes en esta invención están compuestas por múltiples polipéptidos. Los polipéptidos pueden ser GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 o una mezcla de estos dos. Hay varios residuos de aminoácido entre los dos péptidos vecinos. Estos dos péptidos pueden ser dos péptidos GLP-1 (7-36), dos péptidos análogos de GLP-1, o un polipéptido GLP-1 (7-36) y un análogo de GLP-1. Los aminoácidos unidos a la terminal N de cada GLP-1 (7-36) y análogo GLP-1 son "aminoácidos que forman péptidos", tal y como se ha descrito anteriormente, que forman un "enlace peptídico específicamente divisible" con el residuo aminoácido en terminal N de cada péptido GLP-1 (7-36) o péptido análogo de GLP-1. Bajo condiciones adecuadas para la partición y con sustancias apropiadas, las proteína de fusión puede partirse en la terminal N de cada péptido GLP-1 (7-36) o péptido análogo de GLP-1, produciendo múltiples péptidos GLP-1 (7-36) o análogos GLP-1 con varios aminoácidos de unión en su terminal C. Por ejemplo, la proteína de fusión compuesta por N copias de polipéptido GLP-1 (7-36) se parte para producir GLP-1(7-36)-Xaa...Xaa, donde Xaa \cdot \cdot \cdot Xaa representa uno o más residuos de aminoácidos en conjunto. Además, debido a que la terminal C de GLP-1 (7-36) es un residuo Arg, el enlace peptídico formado entre el Arg y Xaa \cdot \cdot \cdot Xaa puede partirse de manera específica por la proteasa apropiada para producir GLP-1
(7-36).
Como solución para simplificar el proceso de partición, Arg se elige como "aminoácido que forma el péptido". La proteasa se usa para partir de manera específica el enlace peptídico formado a través del grupo carboxilo de Arg. De esta manera, la proteína de fusión puede hidrolizarse en múltiples moléculas del polipéptido únicamente con el paso de partición.
En una realización preferente de esta invención, Met se elige como el aminoácido que forma el péptido. CNBr se usa para romper el enlace peptídico formado por la participación del grupo carboxilo de Met, seguido de proteasa (por ejemplo, clostripaína) que específicamente reconoció el enlace peptídico formado por la participación del grupo carboxilo de Arg. Este proceso produce múltiples péptidos GLP-1 (7-36) sin modificación de amidas en la terminal C. El orden de los dos pasos mencionados puede intercambiarse. En otra realización preferente, se elige Arg como "aminoácido que forman el péptido". Tripsina de proteasa pancreática puede específicamente partir el enlace peptídico formado pro la participación del grupo carboxilo de Lys o Arg. Se usan algunos anhídridos en este proceso para proteger Lys. Como resultado, la tripsina puede usarse para partir de manera específica el enlace peptídico formado por la participación del grupo carboxilo de Arg. Por lo tanto, un paso de la participación puede producir múltiples péptidos GLP-1 (7-36) sin modificación de amidas en la terminal C.
Tras la partición de la proteína de fusión, el polipéptido elevadamente puro puede obtenerse a través de una serie de pasos de separación y purificación como los métodos cromatográficos. Los métodos cromatográficos pueden incluir, aunque no se limitan a, cromatografía con intercambio de ión, cromatografía hidrofóbica, con exclusión de tamaño y fase inversa. El medio empleado en estas cromatografías puede adquirirse en los vendedores comerciales, como Amersham Pharmacia Biotech, Whatman, Merk KGaA y Grace Vydac, etc. Una única cromatografía o pasos con combinaciones de múltiples cromatografías pueden usarse en los procesos de purificación. En general, se usa HPLC como medio de purificación. Normalmente se usa la cromatografía en fase inversa C18 con sistema TFA-CH_{3}CN con fase móvil. Estos métodos cromatográficos son bien conocidos por los expertos en la
técnica.
Debería señalarse que, aunque el método para producir polipéptido GLP-1 (7-36) se describe de ahora en adelante para ilustrar la presente invención, el experto en la técnica considerará aparente el hecho de que este método también puede usarse para producir análogos de GLP-1, siempre y cuando el residuo de aminoácido en la terminal N y C de un análogo de GLP-1 puede formar un "enlace peptídico específicamente divisible" con los residuos de aminoácido vecinos, mientras que la partición no ocurrirá internamente en el polipéptido. Por lo tanto, los métodos para producir análogos de GLP-1 ligando genes de manera conjunta se encuentran en el alcance de lo que se reivindica en la presente invención.
Normalmente, un análogo de GLP-1 contiene Arg en su terminal C, pero no contiene Arg en ninguna otra posición de la secuencia de aminoácido del análogo. Estos análogos GLP-1 pueden incluir, aunque no se limitan a, Gly^{8}-GLP-1 (7-36), Val^{8}-GLP-1 (7-36), Asp^{11} -GLP-1 (7-36), Ala^{16}-CLP-1(7-36),Glu^{22}-GLP-1(7-36), -His^{23}-GLP-1(7-36), Glu^{24}-GLP-1(7-36), Trp^{26}-GLP-1(7-36), Ala^{27}-GLP-1(7-36), Glu^{30}-GLP-1(7-36), Asp^{33}-GLP-1(7-36), Glu^{34}-GLP-1(7-36), Thr^{35}-GLP-1(7-36), Gly^{8}-Glu^{24}-GLP-1(7-36), Leu^{8}-Ala^{33}-GLP-1(7-36), Thr^{36}-Arg^{37}-GLP-1(7-37), Ser^{36}-Arg^{37}-GLP-1(7-37), etc.
En comparación con otros métodos de producción de GLP-1 (7-36) y análogos de GLP-1, el método de la presente invención presenta varios méritos. La síntesis química de GLP-1 es técnicamente exigente y el costo es elevado. Los métodos para producir GLP-1 recombinante por medio de técnicas de ingeniería genética han tenido muy poco éxito. Generalmente se describen de la siguiente manera:
(1)
Un polipéptido consistente en 20 a 60 residuos de aminoácidos expresado en células huéspedes se degrada fácilmente. Por lo tanto, la expresión directa de tal polipéptido no es factible. La fusión de dicho polipéptido con una proteína portadora para formar cuerpos de inclusión insoluble da como resultado una pequeña degradación. El polipéptido, bajo la mayoría de circunstancias, sólo cuenta el diez por ciento de la proteína de fusión en términos de producción. Después de la expresión de la proteína de fusión, se lleva a cabo la separación y purificación de los cuerpos de inclusión. La siguiente partición de la proteína de fusión normalmente se lleva a cabo con bromuro de cianógeno en 70% de solución de ácido fórmico. Normalmente, la proteína portadora también se parte en múltiples piezas polipeptídicas cuando la partición se realiza sobre una proteína de fusión. Estas piezas añaden pasos de procesos y costos adicionales en el siguiente proceso de separación y purificación de proteína. Si GLP-1 (7-36)NH_{2} es el producto final deseado, la transformación a amida tiene que llevarse a cabo en la terminal C del péptido recombinante. En resumen, la producción del polipéptido recombinante usando el método descrito es baja, el coste es elevado y el proceso de producción puede causar más contaminación ambiental.
(2)
Los métodos para producir GLP-1 descritos en US 5,512,459, 5,655,456, 5,707,826, 6,037,143, 6,403,361 tienen algunas cuestiones principales que deberían resolverse en primer lugar: la partición selectiva de la proteína de fusión seguida de una eficiente purificación, el requisito de sustratos de dipéptido y tripéptido en el proceso de transpeptidación y la seguridad de que solamente Lys^{34} en GLP-1 (7-34)-Ala-Phe-Ala participa en la transpeptidación, pero no Lys^{26}. Por consiguiente, esta metodología es complicada y difícil de controlar.
(3)
Unir un péptido señalizador a GLP-1 para producirlo como proteína segregadora. Este método normalmente produce una baja cantidad de GLP-1 recombinante.
En la presente invención, los inventores introducen de manera maestra zonas híbridas en los dos extremos del gen codificador de GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 para enlazar de 1 a 32 copias de tal gen en conjunto. La proteína de fusión expresada contiene múltiples monómeros de polipéptidos GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1 que son específicamente divisibles. Este método de producción puede disminuir en gran medida los costes de producción, hacer más eficiente el proceso, y generar una elevada producción de polipéptidos recombinantes GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1. Esta invención hace posible proporcionar elevadas cantidades de GLP-1 (7-36) a clínicas y es un remedio de bajo coste para pacientes con diabetes mellitus tipo II.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos y no pretenden de ningún modo limitar el alcance de la presente invención.
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Ejemplo 1
Construir una cepa bacterial mediante ingeniería genética que contenga una copia de gen GLP-1 (7-36) (no forma parte de la presente invención)
Se diseñan cuatro fragmentos de ADN de acuerdo con la secuencia de aminoácido de GLP-1 (7-36) tras la selección de codones que E. Coli frecuentemente usa. El codón Arg se añade a la terminal 5' del gen GLP-1 (7-36) con el fin de crear una zona de partición de la proteína de fusión resultante. En la terminal 5' y 3', las zonas de partición para endonucleasas restrictivas Bgl II y BamH I se introducen respectivamente, y por lo tanto extremos cohesivos complementarios aparecen de la digestión restrictiva de Bgl II y BamH I, lo que facilita la ligadura de fragmentos de ADN en conjunto. El proceso de construcción para crear el plásmido de expresión que contiene una copia de gen GLP-1 (7-36) se muestra en la Figura 1.
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1. La síntesis de fragmentos de ADN
Los cuatro fragmentos se sintetizan con el sintetizador de ADN ABI 3900® (Applied Biosystems). Las secuencias de fragmentos se muestran respectivamente del siguiente modo:
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2
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El fragmento (1) contiene en su terminal 5' las zonas que son reconocidas por EcoR I y Bgl II, y contiene un codón CGT que codifica Arg. El fragmento (2) tiene la secuencia que es complementaria a la del fragmento (1). El fragmento (4) contiene las zonas que pueden ser reconocidas por Hind III y BamH I en su terminal 5'. El fragmento (3) tiene la secuencia que es complementaria a la del fragmento (4). La zona AGA TCC reconocida por Bgl II en el fragmento (1) puede intercambiarse con CGA TCC tal y como la reconoce BamH I en el fragmento (4).
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2. Ligadura de fragmentos de ADN para formar una copia del gen GLP-1 (7-36)
La ligadura se lleva a cabo tal y como se describe en "Molecular Cloning" (2ª edición por Sam Brook et al., publicado por Cold Spring Harbor Press). A continuación sigue una breve descripción: Los cuatro fragmentos de ADN (contenido de cada uno: A_{260nm}=5) se disolvieron en 50 \mul de agua doblemente destilada en cuatro tubos para micro-centrifugado, respectivamente, los cuatro tubos se marcaron individualmente como Nº 1 (A), Nº 2 (B), Nº 3 (C) y Nº 4 (D). 1 \mul de solución de los tubos Nº 1 y Nº 2 se retiró respectivamente en un tubo para micro-centrifugado de 1.5 ml y se mezcló. De manera similar, 1 \mul de solución de los tubos Nº 3 y Nº 4 se recogió con pipeta y se mezcló en otro tubo para micro-centrifugado. Se añadieron 1 \mul de 10 \times búfer de polinucleótido quinasa, 1 \mul de 1 mM ATP y 1 \mul de polinucleótido quinasa a los dos tubos respectivamente. Los tubos se incubaron a 37ºC durante una hora y a continuación se incubaron a 90ºC durante 5 minutos para desactivar la quinasa. Después los tubos fueron gradualmente enfriados a temperatura ambiente (RT). Después, los tubos se mezclaron con la adición de 1 \mul de 1 mM ATP, 1 \mul de 10 \times T_{4}ADN búfer ligasa y 1 \mul de T_{4}ADN ligasa. La mezcla se incubó a 16ºC durante la noche. La finalización de la ligadura se verificó comprobando el tamaño del fragmento sobre 1% gel de agarosa con bromuro de etidio
(EB).
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3. Clonación de gen GLP-1 (7-36) en un vector de expresión
Plásmido pKK223-3 (Amersham Pharmacia Biotech) en primer lugar se digirió doblemente con EcoR I y Hind III bajo condiciones apropiadas. A continuación, se añadió fenol-cloroformo y la fase acuosa se lavó dos veces con cloroformo. El ADN plásmido digerido se precipitó por isopropanol a temperatura ambiente durante una hora antes de la centrifugación. El disolvente orgánico en el precipitado se retiró mediante vaporización.
El gen ligado GLP-1 (7-36) se mezcló con la solución de plásmido doblemente digerida y se añadió 1 \mul de 1 mM ATP, 1 \mul de 10 \times T_{4}ADN búfer ligasa y 1 \mul de T_{4}ADN ligasa. La mezcla se incubó a 18ºC durante la noche.
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4. Transformación
Se eligió una única colonia JM103 y a continuación se cultivó en 50 ml de medio líquido LB a 37ºC hasta que la absorción espectral a 600 nm (A_{600nm}) de cultivo bacteriano alcanzó 0.6. Tras la centrifugación del cultivo bacterial líquido, la masa bacterial se cosechó y a continuación se suspendió en 10 ml de solución enfriada con hielo de CaCl_{2} (CaCl_{2} 60 mM, glicerol 15%, 10 mum PIPES, pH 7.0). La suspensión se centrifugó a 3000 rpm y la masa bacteriana se volvió a suspender en 2 ml de solución enfriada con hielo de CaCl_{2} y se mantuvo en un baño con hielo hasta su posterior uso. Se mezclaron 50 \mul de células competentes con 5 \mul de plásmido clonado. La mezcla se calentó a 42ºC durante 2 minutos y a continuación se fue enfriando. Después de añadir 100 \mul de medio LB, esta mezcla se incubó a 37ºC durante una hora. La mezcla se extendió a continuación sobre una placa de agarosa LB que contenía 50 \mug/ml de ampicilina. La placa se incubó durante la noche a 37ºC. Se recogieron las monocolonias que aparecieron en la placa y se cultivaron para extracción de plásmido. El plásmido resultante pG1 se digirió dos veces con EcoR I y Hind III y los genes clonados fueron sometidos a pruebas de electroforesis sobre 1% gel agarosa.
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5. Verificación de secuencia de ADN
Las secuencia de ADN del gen GLP-1 (7-36) transportada por el plásmido recombinante se analizó con el secuenciador automatizado 310 ABI PRISM® (Applied Biosystems). El resultado del análisis es idéntico al mostrado en la Figura 2.
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Ejemplo 2
Construir una cepa bacterial mediante ingeniería genética que contenga una copia de gen GLP-1 (7-36) (no forma parte de la presente invención)
Tras la sustitución de la zona Bgl II en el fragmento (1) del Ejemplo 1 por la zona Sal I, el fragmento (1') se sintetizó. De manera similar, el fragmento (4') se sintetizó tras la sustitución de la zona BamH en el fragmento (4) del Ejemplo 1 por la zona Xho I. La secuencia del fragmento (2') es complementaria a la del fragmento (1'), mientras que la secuencia del fragmento (3') es complementaria a la del fragmento (4'). Las secuencias de los fragmentos (1') y (4') son de la siguiente manera:
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3
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De acuerdo con los procedimientos descritos en el Ejemplo 1, se llevaron a cabo la ligadura de los cuatro fragmentos, la digestión del vector, la inserción del gen GLP-1 (7-36), la transformación del vector de expresión (en E. Coli JM109) y el análisis de la secuencia de ADN. El resultado del análisis se encuentra de acuerdo con lo mostrado en la Figura 3.
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Ejemplo 3
Construir una cepa bacterial mediante ingeniería genética que contenga una copia de gen GLP-1 (7-36) (no forma parte de la presente invención)
Sustituir codón Arg en el fragmento (1) en el Ejemplo 1 por codón Met para sintetizar el fragmento (1''). La secuencia del fragmento (2'') es complementaria a la del (1''). Las secuencias del fragmento (3) y fragmento (4) permanecen iguales. Las secuencias de (1'') y (2'') se muestran a continuación:
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4
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La digestión del vector, la inserción del gen GLP-1 (7-36), la transformación del vector de expresión (en E. Coli JM109) y el análisis de la secuencia de ADN se llevaron a cabo tal y como se describe en el Ejemplo 1.
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Ejemplo 4
Construir una cepa bacterial mediante ingeniería genética albergando dos copias del gen GLP-1 (7-36)
Método 1
Tal y como se muestra en la Figura 4, 5 \mul de plásmido producido en el Ejemplo 1 se añadieron a un tubo de 0.5 ml para microcentrifugación, y a continuación se añadieron 1 \mul de 10 \times Bgl II, 1 \mul de Bgl II y 1 \mul de Hind III al tubo, respectivamente. La mezcla se incubó a 37ºC durante una hora. El fragmento de gen GLP-1 (7-36) liberado se recuperó mediante electroforesis sobre un gel 1% agarosa.
1 \mul de plásmido producido en el Ejemplo 1 se mezcló con 1 \mul de búfer BamH I, 1 \mul de BamH y 1 \mul de Hind III. La mezcla se incubó a 37ºC durante una hora. A continuación, se añadió fenol-cloroformo y la fase acuosa se lavó dos veces con cloroformo. El ADN plásmido digerido se precipitó por 60% isopropanol a temperatura ambiente durante una hora antes de la centrifugación. El disolvente orgánico en el precipitado se retiró mediante vaporización. El gránulo se disolvió en 10 \mul de agua.
El fragmento de gen GLP-1(7-36) doblemente digerido de Bgl II y Hind III se mezcló con el plásmido doblemente digerido de Hind III y BamH I. A continuación, se añadieron \mul de 1 mM ATP, 1 \mul de 10x T_{4}ADN búfer ligasa y 2 \mul de T_{4}ADN búfer ligasa. La mezcla se incubó durante la noche a 18ºC.
Las células competentes de JM103 E. Coli se transformaron tal y como se describe en el Ejemplo 1. La suspensión bacteriana se extendió a continuación sobre una placa LB agarosa que contenía penicilina de 50 \mug/ml. La placa se mantuvo durante la noche a 37ºC. El plásmido resultante se digirió dos veces con EcoR I y Hind III. Se seleccionaron aquellos con dos copias de gen GLP-1 (7-36) enlazado en conjunto mediante electroforesis sobre gel 1% agarosa. Se abasteció la cepa bacteriana que albergaba el plásmido deseado.
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Método 2
Uso de plásmido producido en el Ejemplo 2 en lugar de en el Ejemplo 1, y sustitución de las endonucleasas de restricción Bgl II y BamH I descritas en el Método 1 por Sal I y Xho I respectivamente. Se llevaron a cabo otros procedimientos como los descritos en el Método 1 para construir una cepa bacteriana mediante ingeniería genética que albergaba dos copias del gen GLP-1 (7-36).
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Método 3
Uso de plásmido producido en el Ejemplo 3 para construir una cepa bacteriana mediante ingeniería genética que albergaba dos copias del gen GLP-1 (7-36). Se llevaron a cabo otros procedimientos como los descritos en el Método 1.
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Ejemplo 5
Construir una cepa bacteriana mediante ingeniería genética que contenga 4 copias de gen GLP-1 (7-36)
Siguiendo los procedimientos descritos en el Ejemplo 4, se realizó la ligadura de genes GLP-1 (7-36) de manera conjunta. Se transformó la línea celular bacteriana apropiada con el plásmido que transportaba 4 copias del gen GLP-1 (7-36) y se seleccionó la cepa bacteriana que albergaba un plásmido de expresión que transportaba 4 copias del gen GLP-1 (7-36) de manera conjunta.
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Ejemplo 6
Construir una cepa bacteriana mediante ingeniería genética que contenga 8 copias de gen GLP-1 (7-36)
Siguiendo los procedimientos descritos en el Ejemplo 4, se realizó la ligadura de genes GLP-1 (7-36) de manera conjunta. Se transformó la línea celular bacteriana apropiada con el plásmido que transportaba 8 copias del gen GLP-1 (7-36) y se seleccionó la cepa bacteriana que albergaba un plásmido de expresión que transportaba 8 copias del gen GLP-1 (7-36) de manera conjunta.
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Ejemplo 7
Construir una cepa bacteriana mediante ingeniería genética que contenga 12 copias de gen GLP-1 (7-36)
Se usó el plásmido que transportaba 4 copias del gen GLP-1 (7-36) y el plásmido que transportaba 8 copias del gen GLP-1 (7-36). Se realizó una doble digestión de estos dos tipos de plásmidos, respectivamente. Después de los procedimientos descritos en el Ejemplo 4, se llevó a cabo la ligadura en conjunto y se obtuvo el plásmido que transportaba 12 copias de gen GLP-1 (7-36). Se transformó la línea celular bacteriana apropiada con el plásmido y se seleccionó la cepa bacteriana que albergaba un plásmido de expresión que transportaba 12 copias del gen GLP-1 (7-36) de manera conjunta.
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Ejemplo 8
Construir una cepa bacteriana mediante ingeniería genética que contenga 16 copias de gen GLP-1 (7-36)
Siguiendo los procedimientos descritos en el Ejemplo 4, se repitió la ligadura de genes GLP-1 (7-36) de manera conjunta. Se transformó la línea celular bacteriana apropiada con el plásmido que transportaba 16 copias del gen GLP-1 (7-36) y se seleccionó la cepa bacteriana que albergaba un plásmido de expresión que transportaba 16 copias del gen GLP-1 (7-36) de manera conjunta.
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Ejemplo 9
Construir una cepa bacteriana mediante ingeniería genética que contenga 32 copias de gen GLP-1 (7-36)
Siguiendo los procedimientos descritos en el Ejemplo 4, se repitió la ligadura de genes GLP-1 (7-36) de manera conjunta. Se transformó la línea celular bacteriana apropiada con el plásmido que transportaba 32 copias del gen GLP-1 (7-36) y se seleccionó la cepa bacteriana que albergaba un plásmido de expresión que transportaba 32 copias del gen GLP-1 (7-36) de manera conjunta.
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Ejemplo 10
La fermentación de cepa bacteriana producida genéticamente que transporta el gen GLP-1 (7-36)
La fermentación de cepa bacteriana producida genéticamente que transportaba el gen GLP-1 (7-36) se llevó a cabo de acuerdo con el método descrito por Aizhen Wu et al. En "Un estudio de proceso de fermentación de un E. Coli genéticamente producido" (Chinese Journal of Biotechnology, Vol. 12, suplemento, páginas 53-57, 1996).
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1. Cultivo de bacterias de siembra
El medio de cultivo de las bacterias de siembra contiene 10 g/L peptona, 5 g/L extractos de levadura (de Difen, Sigma u Oxoid), 20 ml de 0.2M búfer de fosfato a pH7.0 y CaCl_{2}, Ni(NO_{4})_{3}, CoCl_{3}, MgSO_{4} así como FeCl_{3} (cada uno de la sal: 1 mg/L). El medio se sometió a la acción del autoclave durante 20 minutos a 120ºC. Tras enfriarse hasta 37ºC, se añadieron ampicilina 50 mg/L, 20 ml de desespumador, 20 ml de semillas y 5 ml de 20% glucosa. El valor del pH se ajustó a 6.8-7.2 con 2 M NaOH y 2 M HCl. A continuación se llevó a cabo la fermentación.
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2. Fermentación
La fermentación se llevó a cabo en un birreactor de 5 L o 15 L o 150 L (B. Braun Biostat). Las condiciones para la fermentación fueron las siguientes: temperatura de 37ºC, P_{L} 30\rightarrow42ºC, velocidad de agitación de 500 rpm, pH de 6.8-7.2, ventilación de 5 L/minuto o 15 L/minuto o 150 L/minuto respectivamente, y D_{O2} (CO_{2}?) 50%.
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3. Medición de concentración bacteriana durante la fermentación
La concentración bacteriana se midió cada hora tomando 1 ml de cultivo en fermentación. Después de centrifugar el cultivo a 8000 rpm durante 10 minutos, se retiró el sobrenadante y se pesó la masa bacteriana mojada. De manera alternativa, la concentración puede medirse detectando la densidad en OD_{600nm}.
Tal y como se muestra en la Figura 5, después de 12-16 horas de fermentación, la densidad de bacterias en el organismo que causa la fermentación fue 150 g/L (masa mojada). Se alcanzó la fase de inactividad y la fermentación se completó.
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Ejemplo 11
La extracción del cuerpo de inclusión
Tras la fermentación, el medio de cultivo se centrifugó a 4000 rpm. La masa bacteriana se cosechó y homogenizó dos veces para evitar trastornos a una presión de 50 MPa en un homogenizador. La suspensión con los restos celulares de centrifugó a 6000 rpm y se retiró el sobrenadante resultante. Con otra vuelta de centrifugación a 10.000 rpm, se recogió el cuerpo de inclusión y a continuación se lavó dos veces con 20 mM de búfer de fosfato (pH 7.0) que contenía 10 mM de EDTA y 1% de NaCl. Después de disolver el cuerpo de inclusión en 8M de solución de urea, se retiraron las impurezas no disueltas mediante centrifugación. Se usó ultra-filtración para retirar la urea en el sobrenadante, y a continuación el cuerpo de inclusión se cosechó mediante centrifugación.
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Ejemplo 12
Partición del cuerpo de inclusión Proteólisis de un paso
Los cuerpos de inclusión, que fueron el resultado de la fermentación de la cepa bacteriana genéticamente construida con el Método 1 o 2 en el Ejemplo 4, pueden partirse por medio de los siguientes procedimientos.
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I. Uso de clostripaína proteasa
La clostripaína puede específicamente partir el enlace peptídico formado por la participación de carboxilo de residuo Arg.
El cuerpo de inclusión producido en el Ejemplo 11 se suspendió en 20 mM búfer de fosfato (pH 7.5). La clostripaína de proteasa se añadió en un radio de 1000:1 (peso en seco de la proteína: la cantidad de clostripaína). La mezcla se incubó a 37ºC y se probó y controló de manera continua por HPLC hasta que los cuerpos de inclusión finalmente se partieron. Se eliminaron las impurezas de las moléculas grandes con ultrafiltración (MWCO de 10.000). GLP-1 (7-36) se purificó con HPLC a escala de la preparación y se liofilizó para producir el péptido deseado con más del 99% de impureza.
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II: Uso de proteasa tripsina
La proteasa tripsina pancreática puede partir el enlace peptídico formado por la participación de carboxilo de residuo Lys o residuo Arg. Cuando el residuo Lys está protegido por anhídrido, el enlace peptídico formado por la participación de carboxilo de Arg puede específicamente partirse por la acción de tripsina.
Se disolvieron 200 gramos (peso neto) de los cuerpos de inclusión resultantes del Ejemplo 11 en 5 litros de 20 mM solución NaHCO_{3} con 1 gramo de anhídrido citracónico para llevar a cabo la reacción de acilación en pH de 8.0 durante 2 horas. Se retiraron las moléculas pequeñas con ultrafiltración (10.000 MWCO). Se añadió tripsina en un radio de 1000/1 (la proteína en peso en seco a la proteasa). La reacción proteolítica se llevó a cabo a 37ºC y se controló con HPLC hasta que se completó la partición de los cuerpos de inclusión.
GLP-1 (7-36) se purificó posteriormente con HPLC a escala de preparación y se liofilizó para producir el péptido deseado con más del 99% de impureza.
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Partición en dos pasos
Los cuerpos de inclusión, que resultaron de la fermentación de la cepa bacteriana genéticamente producida, se construyeron con el Método 3 en el Ejemplo 4, pueden dividirse mediante el siguiente método.
El cuerpo de inclusión/proteína de fusión se disolvió en 70% ácido fórmico u 8M solución de urea para llegar a un rango de concentración de aproximadamente 2.100 mg/mL (peso en seco). Se añadió bromuro de cianógeno (CNBr) en un radio de mol de 1:100 (proteína de fusión con bromuro de cianógeno). La mezcla se agitó en la oscuridad durante 8-24 horas. Bajo estas condiciones, CNBr específicamente parte el enlace peptídico formado por el carboxilo de Met. Este fue el primer paso del proceso de partición en dos pasos.
La solución de la primera partición se filtró con una membrana 1000 MWCO para retirar las pequeñas moléculas. A continuación le siguieron los procedimientos en el Ejemplo 12 para llevar a cabo la segunda partición con una proteasa en el enlace peptídico formado por el carboxilo de Arg para producir péptido GLP-1 (7-36). GLP-1 (7-36) se purificó posteriormente con HPLC a escala de preparación y se liofilizó para producir el péptido deseado con más del 99% de impureza.
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Ejemplo 13
Análisis Químico de polipéptido GLP-1 (7-36) 1. Análisis de Pureza
Se usó Agilent 1100 HPLC y una columna de cromatografía Zorbax SB C18 con un diámetro interno de 4.6 mm y una longitud de 150 mm. La fase móvil A fue 0.1% TFA y la fase móvil B fue 0.1% TFA/80% CH_{3}CN. Se formó un gradiente 10-80% en un intervalo de 20 minutos. La velocidad del flujo fue 1 ml/min.
Se disolvió 1 mg de polvo GLP-1 (7-36) liofilizado (más del 99% de pureza) en 1 ml de 0.1% TFA. Se cargaron 10 \mul de la muestra en la columna. El resultado se muestra en la Figura 6.
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2. Análisis de composición de aminoácido
Se disolvieron 100 \mug de GLP-1 (7-36) en 0.5 ml de 5.7 N de HCl doblemente destilado. La solución resultante se selló de manera hermética en un envase y se incubó a 110ºC durante 20 horas. HCI se retiró mediante evaporación con vacío. El proceso de evaporación se repitió dos veces con agua doblemente destilada. El volumen se midió y se retiró una muestra para llevar a cabo el análisis de composición de aminoácido con Analizador de Aminoácido Hitachi L-8800 (Hitachi Scientific Instrument). Los valores observados fueron consistentes con los valores teóricos, tal y como se muestra en la Figura 7.
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3. Análisis de espectro de masa
Se usó una pequeña muestra de péptido GLP-1 (7-36) para realizar un análisis HPLC-MS con un Sistema API 2000 LC/MS/MS (Applied Biosystems). El resultado se muestra en la Figura 8. El péptido GLP-1 (7-36) resultante de la metodología en esta invención posee un peso molecular de 3297.12. La diferencia entre el peso molecular calculado de 3298.68 y el valor medido fue aceptable.
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4. Análisis de secuencia péptida
La muestra se preparó con el método descrito en el análisis de la composición anterior. La secuencia de péptido en la terminal N de GLP-1 (7-36) producida a partir del mismo fue determinada por un analizador de secuencia automatizado Procise®cLC (Applied Biosystems). Los resultados indican que la secuencia de los 15 primeros aminoácidos de GLP-1 (7-36) producidos del mismo fue correcta (este análisis fue llevado a cabo por la Escuela de Biociencia, Universidad de Pekín).
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Ejemplo 14
El efecto de GLP-1 (7-36) en la mejora de secreción de insulina
Se compraron ratones sanos C_{57}/BL/6J del Centro Animal en el Laboratorio de Shangai de la Academia China de Ciencias. Los ratones se dividieron en tres grupos con 6 ratones en cada grupo. El grupo de ratones placebo recibió 200 \mul de salina inyectada en su cavidad abdominal, mientras que el grupo del test recibió 10 \mug de GLP-1 (7-36) y el grupo de control positivo recibió 10 \mug de GLP-1 (7-36) NH_{2} (Sigma). El momento en el que los animales recibieron la inyección se estableció como tiempo cero. Se extrajeron 50 \mul de sangre de las venas en el ángulo del ojo con un capilar graduado que se había enjuagado con heparina y posteriormente secado. Las muestras de sangre se extrajeron a continuación a los 5, 15, 30 y 60 minutos. Las muestras de sangre se mezclaron inmediatamente con 50 \mul de salina en un tubo de micro-centrifugado. La mezcla se centrifugó a 3000 rpm para retirar los eritrocitos. El suero se usó para medir la concentración de insulina.
El kit de radioinmunoensayo (Instituto de Shangai de Productos Biológicos, Ministerio Chino de Salud) para insulina se usó para medir el efecto de GLP-1 (7-36) sobre la secreción de insulina. Tal y como se muestra en la Figura 9, no hubo un cambio significativo en la concentración de insulina en el grupo placebo y los dos grupos que recibieron GLP-1 (7-36) y GLP-1 (7-36) NH_{2} respectivamente mostraron un aumento significativo en la concentración de insulina en suero. Esta observación indica que la administración de GLP-1 (7-36) y GLP-1 (7-36) NH_{2} aumenta la secreción de insulina en ratones. Por lo tanto, este resultado confirma que GLP-1 (7-36) muestra un perfil similar al de GLP-1 (7-36) NH_{2} en términos de aumento de la secreción de insulina en ratones.
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Ejemplo 15
El efecto de GLP-1 (7-36) en el aumento de secreción de péptido C
Tal y como se describe en el Ejemplo 14, los ratones C57/BL/6J se dividieron en dos grupos con el grupo de ratones placebo recibiendo 200 \mul de salina inyectada en la cavidad abdominal y el grupo del test recibiendo 10 \mug de GLP-1 (7-36). Se usó un kit de radioinmunoensayo (Instituto de Shangai de Productos Biológicos, Ministerio Chino de Salud) para péptido C para medir el efecto de GLP-1 (7-36) sobre la secreción de péptido C.
Tal y como se muestra en la Figura 10, no se observó un cambio significativo en la concentración de péptido C en el grupo de placebo y los grupos que recibieron GLP-1 (7-36) ha mostrado un aumento significativo en la concentración de péptido C en suero. Esta observación indica que la administración de GLP-1 (7-36) aumenta la secreción de péptido C en los ratones.
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Ejemplo 16
El efecto de GLP-1 (7-36) en la reducción de nivel de glucosa en sangre
Se compraron ratones sanos C_{57}/BL/6J del Centro Animal en el Laboratorio de Shangai de la Academia China de Ciencias. Los ratones se dividieron en cuatro grupos con 6 ratones en cada grupo. A los ratones que ayunaron durante la noche se les suministró la inyección por la cavidad abdominal. Al grupo placebo se le inyectó 200 \mul de solución 40% glucosa, al grupo del test se le inyectó 200 \mul de solución 40% glucosa más 10 \mug de GLP-1 (7-36), al grupo de control positivo (1) se le inyectó 200 \mul de solución 40% glucosa más 10 \mug de GLP-1 (7-36) NH_{2} (Sigma), y al grupo de control positivo (II) se le inyectó 200 \mul de solución 40% glucosa más 10 \mug de GLP-1 (7-37) (Sigma) El momento en el que los animales recibieron la inyección se estableció como tiempo cero. Después de la inyección, se extrajeron inmediatamente 20 \mul de la muestra de sangre del seno óptico de cada ratón con un capilar tratado con heparina. Las muestras de sangre se mezclaron inmediatamente con 300 \mul de salina en un tubo de microcentrifugado. La mezcla se centrifugó a 3000 rpm para retirar los eritrocitos. El suero se usó para medir la concentración de glucosa en suero. Este procedimiento se repitió en el minuto 30, 60 y 120.
La concentración de glucosa en sangre y suero se midió con un kit comercial (Instituto de Shangai de Productos Biológicos, Ministerio Chino de Salud). Tal y como se muestra en la Figura 11, se observó un aumento significativo en la concentración de glucosa en sangre del grupo placebo (inyectado solamente con glucosa) y un descenso gradual en el nivel normal. Para los otros tres grupos de ratones, las concentraciones de glucosa en sangre y suero no sufrieron un aumento significativo con respecto al nivel normal durante el proceso de medición. Esta observación indica que la administración de GLP-1 (7-36), de GLP-1 (7-36) NH_{2} o GLP-1 (7-37) puede aumentar la secreción de insulina en ratones para evitar una dramática fluctuación de concentración de glucosa en sangre. Por lo tanto, los resultados confirman que GLP-1 (7-36) muestra un perfil similar al GLP-1 (7-36) NH_{2} o GLP-1 (7-37) en términos de descenso de glucosa en sangre.
\newpage
Una Declaración Separada al Material Biológico Depositado
1.
Nombre y Dirección de la Institución Depositaria:
\quad
Nombre: Comité de China para la Colección de Cultivo del Centro de Cultivo Microbiológico General de Microorganismos.
\quad
Dirección: Zhong-guan-cun, Pekín, China.
2.
Fecha del Depósito del Material Biológico con la Institución: 11 de julio del 2001.
3.
Número de Acceso expedido por la Institución Depositaria: CGMCC Nº 0599.
4.
Nombre y Dirección del Solicitante
\quad
Nombre: Shanghai Hua-Yl Bio-Tech Lab.
\quad
Dirección: Caobao Road, nº 36, Shangai, China.

Claims (16)

1. Un método para producir polipéptido GLP-1 (7-36) insulinotrópico y/o análogos de GLP-1 que consiste en:
(a)
Introducir dos puntos con división de endonucleasas individuales restrictivas capaces de formar un punto híbrido en las dos terminales del gen que pueden codificar el polipéptido GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1;
(b)
Ligar los extremos cohesivos para formar un punto híbrido tras la digestión con las endonucleasas restrictivas, y clonar en un vector N copias del gen GLP-1 (7-36) unido a la serie, gen de análogos de GLP-1, o genes unidos de manera interactiva que codifican el polipéptido GLP-1 (7-36) o análogos de GLP-1, donde N es un número entero entre 2 y 32;
(c)
Transformar el vector que contiene el gen unido a la serie en una célula huésped.
(d)
Expresar en la célula huésped una proteína de fusión que contiene N copias de un polipéptido donde N es un número entero entre 2 y 32, conteniendo dicha proteína de fusión el polipéptido GLP-1 (7-36), análogos de GLP-1 o la combinación de los mismos, pero sin ninguna proteína portadora;
(e)
Partir la proteína de fusión;
(f)
Separar y purificar los polipéptidos GLP-1 (7-36) y/o análogos de GLP-1.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1 donde las dos endonucleasas de restricción capaces de formar un híbrido son Bgl II y BamH I.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 donde las dos endonucleasas de restricción capaces de formar un híbrido son Sal I y Xhol I.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 1 donde dicho vector contiene N copias del gen unido en serie, donde N es un número entero de 2 a 32.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 4 donde dicho vector contiene N copias del gen unido en serie, donde N es un número entero de 8 a 32.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5 donde dicho vector contiene N copias del gen unido en serie, donde N es 16.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 5 donde dicho vector contiene N copias del gen unido en serie, donde N es 32.
8. El método de acuerdo con la reivindicación 6 donde dicho vector es el contenido en el depósito de CGMCC con Número de Acceso 0599.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha célula huésped puede expresar una proteína de fusión que contiene N copias de un polipéptido, donde N es un número entero de 2 a 32.
10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, donde dicha célula huésped puede expresar una proteína de fusión que contiene N copias de un polipéptido, donde N es un número entero de 8 a 32.
11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, donde dicha célula huésped puede expresar una proteína de fusión que contiene N copias de un polipéptido, donde N es 16.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 10, donde dicha célula huésped puede expresar una proteína de fusión que contiene N copias de un polipéptido, donde N es 32.
13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-12 donde dicha célula huésped es una célula procariótica.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 13 donde dicha célula huésped es Escherichia coli JM103, JM109, HB101 o DH5\alpha.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 14 donde dicha célula huésped es la contenida en depósito de CGMCC con Número de Acceso 0599.
16. El método de acuerdo con la reivindicación 1 donde la proteasa usada para partir la proteína de fusión es Clostrispan o Tripsina.
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