ES2374054B1 - NEW SERINA PROTEASA INHIBITOR AND ITS USE. - Google Patents
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Abstract
Nuevo inhibidor de serina proteasa y su uso. La invención se refiere a una nueva proteína, identificada mediante rastreo de una genoteca de cDNA de Anisakis simplex, así como a su secuencia codificante y a sus vectores de expresión. Dicha proteína, miembro de la familia de las serpinas, es capaz de inhibir de manera dependiente de dosis a la trombina humana, sin afectar al factor Xa de la coagulación, y sin que la heparina altere su actividad inhibitoria. Así, la invención se refiere también al uso de esta proteína para la preparación de un medicamento, especialmente si se trata de un anticoagulante. Su administración tendría especial interés en los casos de hipercoagulopatías asociadas a la administración de heparina. Además, representa una alternativa a los anticoagulantes derivados de la cumarina, a los que podría sustituir en cualquiera de las situaciones en las que se administran.New serine protease inhibitor and its use. The invention relates to a new protein, identified by scanning an Anisakis simplex cDNA library, as well as its coding sequence and its expression vectors. Said protein, a member of the serpine family, is capable of dose-dependent inhibition of human thrombin, without affecting coagulation factor Xa, and without heparin altering its inhibitory activity. Thus, the invention also relates to the use of this protein for the preparation of a medicament, especially if it is an anticoagulant. Its administration would have special interest in cases of hypercoagulopathies associated with the administration of heparin. It also represents an alternative to coumarin-derived anticoagulants, which could be substituted in any of the situations in which they are administered.
Description
Nuevo inhibidor de serina proteasa y su uso. New serine protease inhibitor and its use.
Campo técnico Technical field
La invención se inscribe en el campo de la Biotecnología y en la aplicación de moléculas biológicas en el campo clínico. Más concretamente, la invención se refiere a un nuevo inhibidor de serina proteasa aislada del nematodo Anisakis simplex y a su uso como anticoagulante. The invention falls within the field of Biotechnology and in the application of biological molecules in the clinical field. More specifically, the invention relates to a new serine protease inhibitor isolated from the Anisakis simplex nematode and its use as an anticoagulant.
Antecedentes de la invención Background of the invention
La cascada de la coagulación sanguínea es un complejo proceso que se desencadena en respuesta a una lesión en un vaso sanguíneo y que comprende una secuencia compleja de reacciones en cadena, en la que participan varios tipos celulares y proteínas solubles de la sangre, y que culmina con la formación de un coágulo que evita la pérdida de sangre a través de la lesión inicial. Se denomina coágulo a una red de proteínas insolubles compuesta por fibrina, en la que quedan atrapadas otras proteínas, agua, sales, plaquetas y otras células sanguíneas, que impide la salida de la sangre hasta que el tejido lesionado se repara. The blood coagulation cascade is a complex process that is triggered in response to a lesion in a blood vessel and that comprises a complex sequence of chain reactions, in which several cell types and soluble blood proteins participate, and culminating with the formation of a clot that prevents blood loss through the initial injury. A clot is called a network of insoluble proteins composed of fibrin, in which other proteins, water, salts, platelets and other blood cells are trapped, which prevents blood from flowing out until the injured tissue is repaired.
El proceso de prevención de la pérdida de sangre comienza con la constricción del vaso sanguíneo, para disminuir el flujo sanguíneo al área de la lesión. A continuación, cuando las plaquetas entran en contacto con las fibras de colágeno expuesto debido a la ruptura del recubrimiento epitelial de los vasos, se produce su agregación, uniéndose al colágeno para formar un tapón plaquetario, así como su activación, que da lugar a que se liberen distintos factores como el tromboxano A2, inductor de la agregación plaquetaria, así como fosfolípidos, lipoproteínas y otras proteínas importantes de la cascada de coagulación. The process of preventing blood loss begins with the constriction of the blood vessel, to decrease blood flow to the area of the lesion. Then, when the platelets come into contact with the exposed collagen fibers due to the rupture of the epithelial lining of the vessels, their aggregation occurs, joining the collagen to form a platelet plug, as well as its activation, which results in different factors are released such as thromboxane A2, inducer of platelet aggregation, as well as phospholipids, lipoproteins and other important proteins of the coagulation cascade.
La cascada de coagulación propiamente dicha, que conduce a la formación de la malla de fibrina que recubre al tapón, es una secuencia de reacciones proteolíticas que se inicia mediante sustancias activadoras secretadas por el vaso, por las plaquetas y por proteínas sanguíneas adheridas a la pared del vaso. Tal como se esquematiza en la Fig. 1, la cascada de coagulación está formada por dos vías, cuya denominación hace referencia al lugar en donde se inicia la cascada de coagulación en cada una de ellas: la vía extrínseca (que se inicia fuera del vaso sanguíneo, cuando el factor VII activo (VIIa) se une al factor tisular (TF) o tromboplastina de las membranas de las células que están fuera de los vasos y originan el complejo VIIa/TF) y la vía intrínseca (que se activa en el interior del vaso sanguíneo, por el contacto de la pared del mismo con las partículas de lipoproteínas y quilomicrones). Ambas vías confluyen en la formación de factor X activo (Xa), que da lugar a la conversión de la protrombina en trombina, enzima responsable de la transformación del fibrinógeno en la fibrina que finalmente genera el coágulo. The coagulation cascade itself, which leads to the formation of the fi ber mesh that covers the plug, is a sequence of proteolytic reactions that are initiated by activating substances secreted by the vessel, by platelets and by blood proteins adhered to the wall of the glass. As outlined in Fig. 1, the coagulation cascade is formed by two pathways, whose designation refers to the place where the coagulation cascade begins in each of them: the extrinsic pathway (which starts outside the vessel blood, when active factor VII (VIIa) binds to tissue factor (TF) or thromboplastin of the membranes of cells that are outside the vessels and originate the VIIa / TF complex) and the intrinsic pathway (which is activated in the inside the blood vessel, by the contact of the wall of the same with the particles of lipoproteins and chylomicrons). Both pathways influence the formation of active factor X (Xa), which leads to the conversion of prothrombin to thrombin, an enzyme responsible for the transformation of the phytogen into the fi fi ber that finally generates the clot.
La trombina, por ello, es considerada a menudo la enzima clave de la coagulación, por ser la proteasa que da lugar a la formación de fibrina al actuar sobre el fibrinógeno. Se trata de una serina proteasa, es decir, una hidrolasa que degrada enlaces peptídicos y que posee en su centro activo un resto de serina esencial para la catálisis enzimática. Se genera por la acción del factor Xa sobre la protrombina, una glicoproteína que se sintetiza en el hígado y que requiere vitamina K como cofactor para su síntesis. Therefore, thrombin is often considered the key coagulation enzyme, as it is the protease that gives rise to fibrin formation when acting on the phytogen. It is a serine protease, that is, a hydrolase that degrades peptide bonds and that has in its active center a serine residue essential for enzymatic catalysis. It is generated by the action of factor Xa on prothrombin, a glycoprotein that is synthesized in the liver and that requires vitamin K as a cofactor for its synthesis.
Otros factores de coagulación también necesitan vitamina K para su síntesis en el hígado, por lo que el déficit en esta vitamina puede afectar seriamente a la coagulación de la sangre, dando lugar a aparición de hemorragias. Other coagulation factors also need vitamin K for their synthesis in the liver, so the deficit in this vitamin can seriously affect blood clotting, leading to bleeding.
Adicionalmente a los factores de coagulación, existen otras proteínas muy importantes para el control del proceso: las del sistema anticoagulante, que evita la formación de trombos o émbolos y la oclusión de las zonas no dañadas, confinando la formación del coágulo a la zona lesionada. La proteína C, la proteína S, la trombomodulina (TM) y la antitrombina (AT) son elementos importantes de este sistema. In addition to the coagulation factors, there are other very important proteins for the control of the process: those of the anticoagulant system, which prevents the formation of thrombi or emboli and occlusion of the undamaged areas, con fi ning the formation of the clot to the injured area. Protein C, protein S, thrombomodulin (TM) and antithrombin (AT) are important elements of this system.
La antitrombina III en particular se considera la principal inhibidora fisiológica de la coagulación. Es una glicoproteína que se sintetiza en el hígado sin depender de la vitamina K y que actúa inhibiendo irreversiblemente a varios factores procoagulantes activos, entre los cuales está la trombina, pero también el factor Xa, la calicreína y los factores XIa y XIIa. La actividad de la antitrombina III es uno de los mecanismos fisiológicos principales de control de la cantidad de trombina, aunque otros inhibidores, como el cofactor II de la heparina humana (HCII), también tienen relevancia en ese aspecto. La acción de la antitrombina, que se produce por la formación de complejos con los factores de coagulación a los que inhibe, se incrementa notablemente en presencia de heparina, un heteropolisacárido presente en el endotelio de los vasos sanguíneos y en los gránulos de las células cebadas, que facilita la unión de la antitrombina III con los correspondientes factores procoagulantes activos. Antithrombin III in particular is considered the main physiological inhibitor of coagulation. It is a glycoprotein that is synthesized in the liver without relying on vitamin K and acts irreversibly inhibiting several active procoagulant factors, including thrombin, but also factor Xa, calicrein and factors XIa and XIIa. The activity of antithrombin III is one of the main physiological mechanisms for controlling the amount of thrombin, although other inhibitors, such as cofactor II of human heparin (HCII), are also relevant in that regard. The action of antithrombin, which is produced by the formation of complexes with the coagulation factors that it inhibits, is markedly increased in the presence of heparin, a heteropolysaccharide present in the endothelium of blood vessels and in granules of primed cells , which facilitates the binding of antithrombin III with the corresponding active procoagulant factors.
Existen diversas situaciones clínicas en las que es conveniente retrasar o impedir la coagulación de la sangre. Para ello, se han empleado tradicionalmente distintos fármacos anticoagulantes, que son compuestos que dificultan There are several clinical situations in which it is convenient to delay or prevent blood clotting. To this end, different anticoagulant drugs have been used traditionally, which are compounds that make it difficult
o impiden la agregación plaquetaria o algún otro paso de la cascada de la coagulación. Destaca entre ellos la propia heparina, un compuesto fisiológico presente en gran cantidad en los mamíferos, que alarga el tiempo de coagulación, y cuya administración se suele utilizar cuando se precisa de acción anticoagulante rápida y por poco tiempo, como puede ser en la prevención de trombosis venosas de cirugía, donde se utiliza a bajas dosis. or prevent platelet aggregation or some other passage of the coagulation cascade. Among them, heparin itself stands out, a physiological compound present in large quantities in mammals, which lengthens the clotting time, and whose administration is usually used when rapid and short-term anticoagulant action is required, such as in the prevention of venous thrombosis surgery, where it is used at low doses.
La administración de heparina, sin embargo, no siempre es recomendable, pues puede dar lugar a estados de hipercoagulabilidad. Así, por ejemplo, entre los pacientes a los que se les administra heparina en el período preoperatorio, como pueden ser los que van a ser sometidos a un bypass cardiopulmonar, se ha observado que un porcentaje de ellos presenta un déficit significativo de antitrombina III y necesitan reposición de la misma previa a la realización de la intervención, bien en forma de plasma fresco congelado, bien como concentrado de antitrombina III: la administración previa de heparina, para potenciar la acción anticoagulante de la antitrombina III, ocasiona el consumo de la antitrombina y una disminución progresiva de la misma. También se observa reducción de la antitrombina III en los pacientes que sufren enfermedad hepática, en coagulopatías de consumo con CID (coagulación intravascular diseminada) y en caso de hemorragias masivas, dando lugar a un aumento del riesgo de episodios trombóticos perioperatorios. Por ello, también en estos casos se realiza reposición de la antitrombina III, mediante el uso de plasma fresco congelado o concentrados de antitrombina. Aunque, en general, se considera que el tratamiento previo al que se someten los concentrados de antitrombina III disponibles en Europa y Estados Unidos hace que sea prácticamente nulo el riesgo de transmisión de agentes infecciosos, siempre existe un riesgo residual y además son productos extremadamente caros, por lo que dan lugar a un sensible aumento de los costes del tratamiento. The administration of heparin, however, is not always recommended, as it may lead to hypercoagulable states. Thus, for example, among patients who are administered heparin in the preoperative period, such as those who will undergo cardiopulmonary bypass, it has been observed that a percentage of them have a significant deficit of antithrombin III and they need replacement before performing the intervention, either in the form of fresh frozen plasma, or as an antithrombin III concentrate: the previous administration of heparin, to enhance the anticoagulant action of antithrombin III, causes the consumption of antithrombin and a progressive decrease of it. Reduction of antithrombin III is also observed in patients suffering from liver disease, in consumption coagulopathies with DIC (disseminated intravascular coagulation) and in case of massive hemorrhages, leading to an increased risk of perioperative thrombotic events. Therefore, in these cases, the antithrombin III is replaced, using fresh frozen plasma or antithrombin concentrates. Although, in general, it is considered that the previous treatment to which the antithrombin III concentrates available in Europe and the United States are subjected makes the risk of transmission of infectious agents practically null, there is always a residual risk and they are also extremely expensive products , so they lead to a significant increase in treatment costs.
Otro estado de hipercoagulabilidad, muy temido en pacientes críticamente enfermos, es la trombosis relacionada con la trombopenia asociada a la heparina. La heparina provoca un grado leve de trombocitopenia, trastorno que se ha comprobado que es mediado por un anticuerpo que estimula la agregación y activación plaquetaria en presencia de heparina. Los pacientes que padecen este trastorno suelen sufrir episodios venosos, así como accidentes arteriales trombóticos graves. Si el síndrome no se identifica en seguida, puede conducir a la pérdida de miembros, infartos viscerales y cardíacos e, incluso, mortalidad en grado elevado. Su tratamiento incluye el cese inmediato de la administración de heparina, sustituyéndola en ocasiones por heparina de bajo peso molecular (que tiene predominantemente una actividad anti-factor Xa, aunque es también dependiente de antitrombina III) o combinándola con hirudina para disminuir la dosis administrada; también puede utilizarse el tratamiento antiagregante con ácido acetilsalicílico como alternativa. Another state of hypercoagulability, much feared in critically ill patients, is thrombosis related to thrombopenia associated with heparin. Heparin causes a mild degree of thrombocytopenia, a disorder that has been shown to be mediated by an antibody that stimulates platelet aggregation and activation in the presence of heparin. Patients suffering from this disorder usually suffer venous episodes, as well as serious thrombotic arterial accidents. If the syndrome is not immediately identified, it can lead to loss of limbs, visceral and cardiac infarctions and even high-grade mortality. Its treatment includes the immediate cessation of the administration of heparin, replacing it sometimes with low molecular weight heparin (which predominantly has an anti-factor Xa activity, although it is also dependent on antithrombin III) or combining it with hirudin to decrease the administered dose; The antiaggregant treatment with acetylsalicylic acid can also be used as an alternative.
Todos estos problemas han llevado a que se busquen alternativas con las que sustituir la heparina. All these problems have led to the search for alternatives to replace heparin.
Otros anticoagulantes de uso común son los anticoagulantes dicumarínicos, los cuales son inhibidores de la vitamina K, lo que da lugar a que aparezcan en la sangre formas inactivas de los factores en cuya síntesis interviene dicha vitamina. Así, la acción de estos anticoagulantes, como sucede con la heparina, no se limita a un paso concreto de la cascada de coagulación, sino que afecta a varios puntos de la misma, dificultando su control preciso y aumentando el riesgo de que se produzcan hemorragias. Además, el tratamiento continuado con anticumarínicos, como sucede, por ejemplo, en los pacientes con válvulas cardiacas o prótesis mecánicas o articulares, así como en los que padecen fibrilación auricular o embolia pulmonar, incrementa el riesgo de calcificación de las arterias y de las válvulas cardíacas. Other commonly used anticoagulants are dicumarinic anticoagulants, which are inhibitors of vitamin K, which results in inactive forms of factors in whose synthesis the vitamin is involved in the blood. Thus, the action of these anticoagulants, as with heparin, is not limited to a specific passage of the coagulation cascade, but affects several points of the same, making it difficult to control and increasing the risk of bleeding. . In addition, continued treatment with anti-marine medications, as occurs, for example, in patients with cardiac valves or mechanical or joint prostheses, as well as in those with atrial fibrillation or pulmonary embolism, increases the risk of calcification of the arteries and valves. cardiac
La importancia del control de la coagulación en distintas situaciones clínicas ha llevado a buscar otros nuevos anticoagulantes, teniendo preferencia por aquellos que actúan exclusivamente en un paso concreto de la cascada de coagulación. Así recientemente se han descrito una serie de compuestos de síntesis que específicamente inhiben a la trombina (dabigatran) y al factor Xa (rivaroxaban), cuyo uso está aprobado para la prevención de tromboembolismo venoso tras prótesis total de rodilla y cadera (Ufer, 2010). Además el dabigatran está siendo evaluado en ensayos clínicos de fase III como anticoagulante oral para diferentes patologías como síndrome coronario agudo, enfermos crónicos, y estados relacionados con cirugías cardiacas (Ahrens et al., 2010). The importance of coagulation control in different clinical situations has led to the search for other new anticoagulants, having preference for those that act exclusively at a specific step in the coagulation cascade. Thus, a series of synthetic compounds that specifically inhibit thrombin (dabigatran) and factor Xa (rivaroxaban) have been described recently, the use of which is approved for the prevention of venous thromboembolism after total knee and hip prostheses (Ufer, 2010) . In addition, dabigatran is being evaluated in phase III clinical trials as an oral anticoagulant for different pathologies such as acute coronary syndrome, chronic patients, and conditions related to cardiac surgeries (Ahrens et al., 2010).
Por otra parte, también se han tratado de caracterizar moléculas de seres vivos con propiedades anticoagulantes. Algunas de las proteínas con actividad anticoagulante pertenecen al grupo de las serpinas. Se denomina así a una superfamilia de proteínas, a la que pertenecen la antitrombina y la antitripsina, que comparten una estructura similar, y que deben su nombre a que la mayoría de ellas inhiben serina proteasas, aunque también se han identificado serpinas que inhiben caspasas y cisterna proteasas similares a la papaína, a las que se denomina serpinas de clase cruzada (Sakata et al., 2004; Law et al., 2006). Forman un grupo diverso, al que pertenecen varias proteínas humanas, así como moléculas de plantas, bacterias, parásitos pluricelulares como helmintos nematodos, y ciertos virus. Las serpinas han evolucionado para modular la hidrólisis de los enlaces peptídicos mediante un mecanismo de inhibición irreversible similar al de los sustratos suicidas (Silverman & Lomas, 2004), compuestos que se enlazan al centro activo de una enzima y químicamente se transforman en una especie reactiva que modifica de forma irreversible al aminoácido del sitio activo. Las serpinas, por su parte, experimentan importantes cambios en su estructura en el proceso de la inhibición enzimática. On the other hand, they have also tried to characterize molecules of living beings with anticoagulant properties. Some of the proteins with anticoagulant activity belong to the group of serpins. This is called a protein superfamily, to which the antithrombin and antitrypsin belong, which share a similar structure, and which owe their name to the fact that most of them inhibit serine proteases, although serpins that inhibit caspases have also been identified and cistern proteases similar to papain, which are called cross-class serpins (Sakata et al., 2004; Law et al., 2006). They form a diverse group, to which several human proteins belong, as well as plant molecules, bacteria, multicellular parasites such as nematode helminths, and certain viruses. Serpins have evolved to modulate the hydrolysis of peptide bonds through an irreversible inhibition mechanism similar to that of suicidal substrates (Silverman & Lomas, 2004), compounds that bind to the active center of an enzyme and chemically transform into a reactive species which irreversibly modifies the amino acid of the active site. Serpins, on the other hand, undergo important changes in their structure in the process of enzymatic inhibition.
Las serpinas en las que se ha identificado actividad anticoagulante se han aislado de diversos organismos. Así, por ejemplo, puede citarse la proteína PTI de origen humano descrita por Coughlin et al. (Coughlin et al., 1993), que supuestamente es una molécula intracelular que carece de péptido señal, pero que tiene capacidad de inhibir la trombina de manera independiente a la presencia de heparina, y que inhibe también tanto la tripsina como el factor de coagulación Xa (Morgenstern et al., 1994). También se ha aislado una serpina del virus mixoma (Nash et al., 1998) que, además de inhibir la trombina y la catepsina G, inhibe también el factor Xa. Otra serpina capaz de inhibir trombina se ha detectado en el cangrejo Tachipleus tridentatus (Miura et al., 1994). The serpins in which anticoagulant activity has been identified have been isolated from various organisms. Thus, for example, the PTI protein of human origin described by Coughlin et al. (Coughlin et al., 1993), which is supposedly an intracellular molecule that lacks a signal peptide, but that has the ability to inhibit thrombin independently of the presence of heparin, and that also inhibits both trypsin and coagulation factor Xa (Morgenstern et al., 1994). Myxoma virus serpine has also been isolated (Nash et al., 1998) which, in addition to inhibiting thrombin and cathepsin G, also inhibits factor Xa. Another serpine capable of inhibiting thrombin has been detected in the Tachipleus tridentatus crab (Miura et al., 1994).
Otras muchas serpinas no presentan actividad anticoagulante. Así, en organismos evolutivamente bastante distantes de cualquiera de los mencionados, como son los nematodos, no se han descrito serpinas que actúen sobre las serina proteasas de la coagulación, ni siquiera en los nematodos parásitos, a pesar de que, recientemente, se ha publicado que, en general, los inhibidores de serina proteasas de parásitos de la familia de las serpinas están entre los mejores ejemplos de genes que interaccionan con los procesos fisiológicos del hospedador (Zang & Maizels, 2001). Se sabe que los inhibidores de proteasas de los parásitos no sólo interaccionan con proteasas endógenas del mismo parásito, regulando su propia actividad como proteasas, sino que se supone que juegan otros papeles importantes en la defensa contra la digestión por las proteasas del hospedador, en la inhibición de las proteasas del hospedador implicadas en la respuesta inmune, o incluso actuando como inmunomoduladores. Así, en los nematodos, se han asignado algunos papeles hipotéticos a las serpinas como, por ejemplo, la protección del ambiente hostil proteolítico. Pero sólo en el caso de la serpina SPN-2 de Brugia malayi hay evidencias experimentales que apoyan que las serpinas tengan en los nematodos parásitos una función de evasión de la respuesta inmune del hospedador, pues la serpina SPN-2 es capaz de inhibir dos serina proteasas derivadas de neutrófilos (Zang et al., 1999), la elastasa y la catepsina G, aunque no se ha descrito que dicha serpina sea capaz de actuar sobre las serina proteasas de la coagulación. Many other serpins do not show anticoagulant activity. Thus, in organisms evolutionarily quite distant from any of the aforementioned, such as nematodes, serpins that act on coagulation serine proteases have not been described, not even in parasitic nematodes, although recently published that, in general, serine protease inhibitors of parasites of the serpine family are among the best examples of genes that interact with the physiological processes of the host (Zang & Maizels, 2001). It is known that parasite protease inhibitors not only interact with endogenous proteases of the same parasite, regulating their own activity as proteases, but are supposed to play other important roles in the defense against digestion by host proteases, in the inhibition of host proteases involved in the immune response, or even acting as immunomodulators. Thus, in the nematodes, some hypothetical roles have been assigned to the serpins, for example, the protection of the hostile proteolytic environment. But only in the case of the Brugia malayi SPN-2 serpine are there experimental evidences that support that the serpins have in the parasitic nematodes a function of evasion of the host immune response, since the SPN-2 serpine is able to inhibit two serine Neutrophil-derived proteases (Zang et al., 1999), elastase and cathepsin G, although it has not been described that said serpine is capable of acting on coagulation serine proteases.
En nematodos no parásitos, de vida libre, como es el caso de Caenorhabditis elegans, se han descrito hasta nueve serpinas (Pak et al., 2004), para ninguna de las cuales se ha mencionado que tenga actividad antitrombina. Además, en el momento de su aislamiento, se consideró que sus características eran suficientemente distintivas de otros grupos de serpinas como para crear para ellas un nuevo clade, diferente de los establecidos hasta entonces. Aun requiriendo una clasificación específica para ellas, Pak et al. (2004) comentan que las serpinas de Caenorhabditis elegans se parecen fundamentalmente al clade B de serpinas, que son proteínas intracelulares. Una de estas nueve serpinas, SRP-2, es considerada por los autores del artículo una serpina inhibitoria clásica de clase cruzada; esto es así porque inhibe principalmente a la granzima B (serina proteasa) y, en menor medida, a la catepsina V (cisterna proteasa). Además de no sugerirse en el artículo, es improbable que SRP-2 tenga actividad antitrombina, porque los aminoácidos presentes en su centro activo, P1-P1’, son la pareja Glu-Met, mientras que la trombina es una enzima Arg específica, aunque no todos sus inhibidores presentan dicho aminoácido en su sitio reactivo, siendo el HCII una de esas excepciones. In non-parasitic, free-living nematodes, as in the case of Caenorhabditis elegans, up to nine serpins have been described (Pak et al., 2004), for none of which has been mentioned to have antithrombin activity. In addition, at the time of their isolation, their characteristics were considered sufficiently distinctive from other groups of serpins to create for them a new clade, different from those established until then. Even requiring a specific classification for them, Pak et al. (2004) comment that the Caenorhabditis elegans serpins fundamentally resemble the clade B of serpins, which are intracellular proteins. One of these nine serpins, SRP-2, is considered by the authors of the article a classic cross-class inhibitory serpine; This is because it mainly inhibits granzyme B (serine protease) and, to a lesser extent, cathepsin V (cistern protease). In addition to not being suggested in the article, it is unlikely that SRP-2 has antithrombin activity, because the amino acids present in its active center, P1-P1 ', are the Glu-Met couple, while thrombin is a specific Arg enzyme, although Not all of its inhibitors have said amino acid at its reactive site, with HCII being one of those exceptions.
En nematodos parásitos sí se han descrito inhibidores de proteasas que inhiben la coagulación, pero pertenecen a otras familias inhibidores de serina proteasas, tales como la de las esmapinas. Es el caso, por ejemplo, de los inhibidores de las serina proteasas caracterizados a partir de Ancylostoma caninum y Ancylostoma ceylanicum, nematodos intestinales que causan graves anemias. Ninguno de los inhibidores identificados a partir de estos nematodos inhibe directamente la trombina, sino que actúan sobre otras serina proteasas de la coagulación: NAP5, sobre los factores Xa y Xia; NAP6, sobre el factor Xa; AceAP1 sobre el factor Xa; y NAP2, sobre el complejo factor VIIa/TF (Capello et al., 1995; Stassens et al., 1996). In parasitic nematodes, protease inhibitors that inhibit coagulation have been described, but belong to other serine protease inhibitor families, such as that of esmapins. This is the case, for example, of serine protease inhibitors characterized by Ancylostoma caninum and Ancylostoma ceylanicum, intestinal nematodes that cause severe anemias. None of the inhibitors identified from these nematodes directly inhibit thrombin, but act on other coagulation serine proteases: NAP5, on factors Xa and Xia; NAP6, on factor Xa; AceAP1 on factor Xa; and NAP2, on the factor VIIa / TF complex (Capello et al., 1995; Stassens et al., 1996).
Otro de los nematodos parásitos en los que se ha identificado alguna proteína con capacidad anticoagulante es Anisakis simplex. Anisakis simplex es un nematodo parásito que infecta a mamíferos acuáticos, produciendo úlceras gástricas, con gusanos unidos a la mucosa gástrica o libres en el estómago, así como exudados hemorrágicos y perforación de la cavidad abdominal (Geraci & St. Aubin, 1987). El ser humano es un hospedador accidental que adquiere la infección mediante la ingestión de larvas de Anisakis simplex presentes en alimentos de origen marino crudos o poco cocinados. La infección de seres humanos por Anisakis simplex es una causa bien conocida de enfermedad gastrointestinal, con síntomas clínicos de moderados a graves tales como nauseas, vómitos, diarrea, dolor abdominal y epigástrico (Ishikura et al., 1993), encontrándose a menudo sangre oculta en el jugo gástrico o las heces (Bier, 1988). En muchos casos los síntomas gastrointestinales están asociados con alteraciones inmuno lógicas, habitualmente reacciones de tipo alérgico (Audicana & Kennedy, 2008). Sin embargo, a pesar de los muchos estudios que se están efectuando sobre este parásito, por el alto grado de infección que se está detectando en seres humano, existe un espacio vacío en el conocimiento de genes que interaccionan con procesos fisiológicos del hospedador. En Anisakis simplex sólo se han descrito inhibidores de serina proteasas pertenecientes a la familia de Kunitz y a la de las esmapinas (Morris & Sakanary, 1994; Nguyem et al., 1999; Kobayashi et al., 2007; Kobayashi et al., 2008). Las esmapinas descritas en Anisakis simplex (ASPI-1 y ASPI-2) inhiben la elastasa y en el caso de ASPI-3, se desconoce cual es su diana. Aunque las esmapinas caracterizadas en otros nematodos, como Ancylostoma caninum y Ancylostoma ceylanicum presentan actividad anticoagulante, su punto de intervención en la cascada de coagulación es la inhibición de los factores Xa y VIIa. Hasta ahora, en el nematodo Anisakis simplex no se han identificado anticoagulantes de la familia de las serpinas. Another of the parasitic nematodes in which some protein with anticoagulant capacity has been identi fi ed is Anisakis simplex. Anisakis simplex is a parasitic nematode that infects aquatic mammals, producing gastric ulcers, with worms attached to the gastric mucosa or free in the stomach, as well as hemorrhagic exudates and perforation of the abdominal cavity (Geraci & St. Aubin, 1987). The human being is an accidental host that acquires the infection by ingesting larvae of Anisakis simplex present in raw or undercooked seafood. Anisakis simplex infection of humans is a well-known cause of gastrointestinal disease, with moderate to severe clinical symptoms such as nausea, vomiting, diarrhea, abdominal and epigastric pain (Ishikura et al., 1993), often finding hidden blood in gastric juice or feces (Bier, 1988). In many cases gastrointestinal symptoms are associated with immunological disorders, usually allergic reactions (Audicana & Kennedy, 2008). However, despite the many studies that are being carried out on this parasite, due to the high degree of infection that is being detected in humans, there is an empty space in the knowledge of genes that interact with the physiological processes of the host. In Anisakis simplex, only serine protease inhibitors belonging to the Kunitz family and the smapine family have been described (Morris & Sakanary, 1994; Nguyem et al., 1999; Kobayashi et al., 2007; Kobayashi et al., 2008) . The smapines described in Anisakis simplex (ASPI-1 and ASPI-2) inhibit elastase and in the case of ASPI-3, its target is unknown. Although esmapins characterized in other nematodes, such as Ancylostoma caninum and Ancylostoma ceylanicum have anticoagulant activity, their point of intervention in the coagulation cascade is the inhibition of factors Xa and VIIa. So far, in the Anisakis simplex nematode, anticoagulants of the serpina family have not been identified.
Como se ve, los factores anticoagulantes capaces de interaccionar directamente con la trombina comercialmente disponibles no abundan. Además, en muchos casos, su actividad depende o se ve potenciada por la presencia de heparina. Dada la importancia que la prevención de la coagulación de la sangre tiene en muchas situaciones clínicas, es importante disponer de anticoagulantes alternativos a los actualmente existentes. Dichos anticoagulantes deberían actuar preferiblemente sobre la trombina de manera que, si existe alguna deficiencia o alteración tanto en la vía extrínseca como en la intrínseca de la coagulación, la actividad del anticoagulante no se vería afectada, porque actuaría específicamente sobre la molécula clave y final de la cascada de coagulación: sobre la enzima que reacciona con el fibrinógeno y lo convierte en fibrina que forma el coágulo. Más preferiblemente, el anticoagulante debería ser selectivo, con acción directa sobre la trombina sin necesitar heparina, por lo que su uso evitaría los efectos perjudiciales derivados del empleo indiscriminado de este último compuesto y, además, sería de utilidad potencial en aquellas situaciones en las que no se pueden emplear heparinas, así como en pacientes inmunodeprimidos o sometidos a tratamientos continuados con concentrados de plasma fresco o antitrombina III, disminuyendo con ello el riesgo de que adquieran alguna enfermedad infecciosa de transmisión parenteral y su alto coste económico. As can be seen, anticoagulant factors capable of directly interacting with commercially available thrombin do not abound. In addition, in many cases, its activity depends or is enhanced by the presence of heparin. Given the importance that prevention of blood clotting has in many clinical situations, it is important to have alternative anticoagulants to those currently existing. Such anticoagulants should preferably act on thrombin so that, if there is any deficiency or alteration in both the extrinsic and intrinsic coagulation pathways, the activity of the anticoagulant would not be affected, because it would act specifically on the key and final molecule of the coagulation cascade: on the enzyme that reacts with the phytogen and converts it into a fibrin that forms the clot. More preferably, the anticoagulant should be selective, with direct action on the thrombin without needing heparin, so its use would avoid the harmful effects derived from the indiscriminate use of the latter compound and, in addition, would be of potential utility in those situations in which Heparins cannot be used, as well as in immunocompromised patients or undergoing continuous treatments with fresh plasma or antithrombin III concentrates, thereby reducing the risk of acquiring some infectious disease of parenteral transmission and its high economic cost.
La presente invención proporciona una solución a esos problemas. The present invention provides a solution to those problems.
Compendio de la invención Compendium of the invention
La invención se basa en la caracterización bioquímica y bioinformática de una serpina recombinante de Anisakis simplex, a la que en lo sucesivo se hará referencia en la presente solicitud como AniSerp. En particular, la invención se basa en el descubrimiento de que dicha serpina es capaz de inhibir la trombina humana, de manera dependiente de dosis, sin afectar al factor Xa de la coagulación y sin que la heparina tenga ningún efecto en esta actividad inhibitoria. Además, AniSerp es también capaz de inhibir, aunque con menor actividad y de manera reversible, a las catepsinas G yL. The invention is based on the biochemical and bioinformatic characterization of a recombinant serpin of Anisakis simplex, to which hereafter referred to in the present application as AniSerp. In particular, the invention is based on the discovery that said serpine is capable of inhibiting human thrombin, in a dose-dependent manner, without affecting coagulation factor Xa and without heparin having any effect on this inhibitory activity. In addition, AniSerp is also able to inhibit, although with less activity and reversibly, cathepsins G and L.
La capacidad de esta nueva serpina de inhibir a la trombina y no al factor de la coagulación Xa (la otra serina proteasa que es inhibida por la antitrombina III) la hace adecuada para uso como anticoagulante en pacientes en los que se sospeche que pueda existir alguna deficiencia o alteración tanto en la vía extrínseca como en la vía intrínseca de coagulación, pues el empleo de esta nueva serpina no interferiría, ya que actúa específicamente sobre la molécula clave y final de la cascada de coagulación. Esto hace que la utilización de AniSerp como anticoagulante presente la ventaja, frente al uso de otros anticoagulantes, de que se puede administrar a pacientes inmunodeprimidos, o sometidos a tratamientos continuados con concentrados de plasma fresco o antitrombina III, que además de ser caros, los pone en riesgo de adquirir alguna enfermedad infecciosa de transmisión parenteral, riesgo que se elimina con la utilización de una proteína aislada o sintética. Así, la expresión de AniSerp en sistemas de expresión a través de hospedadores transformados con vectores recombinantes que contengan una secuencia codificante de AniSerp bajo el control de secuencias reguladoras apropiadas, que permitan su expresión en dicho hospedador, facilitaría la producción y aislamiento de la proteína recombinante, lo que sería de utilidad para la preparación de formas de administración médicas más seguras, disminuyendo el riesgo de transmisión de enfermedades infecciosas por vía parenteral, además de abaratar los costes de los tratamientos alternativos. The ability of this new serpin to inhibit thrombin and not coagulation factor Xa (the other serine protease that is inhibited by antithrombin III) makes it suitable for use as an anticoagulant in patients in whom it is suspected that there may be de fi science or alteration both in the extrinsic pathway and in the intrinsic coagulation pathway, since the use of this new serpine would not interfere, since it acts specifically on the key and final molecule of the coagulation cascade. This makes the use of AniSerp as an anticoagulant present the advantage, compared to the use of other anticoagulants, that it can be administered to immunocompromised patients, or subjected to continuous treatments with fresh plasma or antithrombin III concentrates, which in addition to being expensive, puts at risk of acquiring some infectious disease of parenteral transmission, risk that is eliminated with the use of an isolated or synthetic protein. Thus, the expression of AniSerp in expression systems through hosts transformed with recombinant vectors that contain an AniSerp coding sequence under the control of appropriate regulatory sequences, which allow its expression in said host, would facilitate the production and isolation of the recombinant protein , which would be useful for the preparation of safer medical administration forms, reducing the risk of transmission of infectious diseases parenterally, in addition to lowering the costs of alternative treatments.
Por otra parte, el hecho de que la actividad anticoagulante de AniSerp no se vea potenciada por la heparina posibilita la aplicación terapéutica de AniSerp en situaciones en las que existe riesgo de que se desarrollen estados de hipercoagulabilidad que se asocian con la heparina, tales como el déficit adquirido de antitrombina, que se produce muchas veces en el contexto de la terapia con heparina, o incluso para el tratamiento de dichos estados de hipercoagulabilidad. Una de las situaciones en las que podría ser adecuada su administración serían los períodos preoperatorios previos a ciertas intervenciones quirúrgicas, tales como las de bypass cardiopulmonar, lo que permitiría rebajar las cantidades de heparina utilizadas, evitándose el consumo masivo de antitrombina producido por la heparina y la hipercoagulabilidad generada como consecuencia de la disminución de dicha proteína. También podría administrarse posteriormente a la operación quirúrgica, en lugar de los concentrados de antitrombina III, extremadamente caros, que se utilizan a menudo para reponer la antitrombina III cuando se produce un déficit de la misma. Igualmente estaría indicada en otras situaciones clínicas en las que la antitrombina III está reducida, tales como la enfermedad hepática, en coagulopatías de consumo con CID (coagulación intravascular diseminada) y hemorragias masivas, así como en la trombosis relacionada con la trombopenia asociada a la heparina. On the other hand, the fact that the anticoagulant activity of AniSerp is not enhanced by heparin allows the therapeutic application of AniSerp in situations where there is a risk of developing hypercoagulable states that are associated with heparin, such as acquired deficit of antithrombin, which occurs many times in the context of heparin therapy, or even for the treatment of such hypercoagulable states. One of the situations in which its administration could be adequate would be the preoperative periods prior to certain surgical interventions, such as those of cardiopulmonary bypass, which would allow to reduce the amounts of heparin used, avoiding the massive consumption of antithrombin produced by heparin and the hypercoagulability generated as a result of the decrease in said protein. It could also be administered after surgery, instead of extremely expensive antithrombin III concentrates, which are often used to replenish antithrombin III when a deficit occurs. It would also be indicated in other clinical situations in which antithrombin III is reduced, such as liver disease, in coagulopathies of consumption with DIC (disseminated intravascular coagulation) and massive hemorrhages, as well as in thrombosis related to heparin-associated thrombopenia. .
AniSerp, además, supone una alternativa como anticoagulante a los derivados de la cumarina, respecto a los cuales presenta las ventajas de actuar sobre la trombina sin interferir con el factor Xa, posibilitando un control más preciso de las dosis según los requerimientos del paciente y sus condiciones específicas, disminuyendo con ello el riesgo de hemorragias. Además, el hecho de que AniSerp no interraccione con la vitamina K disminuye también el riesgo de calcificación arterial y de las válvulas asociado al consumo continuado de anticoagulantes derivados de la cumarina. De esta manera, AniSerp representa una alternativa adecuada para ser suministrada como anticoagulante, por ejemplo, a los enfermos con válvulas cardiacas o prótesis mecánicas o articulares, así como en los que padecen fibrilación auricular, síndrome coronario agudo, embolia pulmonar o enfermedad cardíaca crónica. AniSerp, in addition, is an alternative as an anticoagulant to coumarin derivatives, with respect to which it has the advantages of acting on thrombin without interfering with factor Xa, allowing a more precise control of the doses according to the requirements of the patient and their specific conditions, thereby reducing the risk of bleeding. In addition, the fact that AniSerp does not interact with vitamin K also reduces the risk of arterial and valve calcification associated with the continued consumption of coumarin-derived anticoagulants. In this way, AniSerp represents a suitable alternative to be supplied as an anticoagulant, for example, to patients with heart valves or mechanical or joint prostheses, as well as those suffering from atrial fibrillation, acute coronary syndrome, pulmonary embolism or chronic heart disease.
Su seguridad como anticoagulante se ve reforzada, además, por el hecho de que AniSerp no es reconocida por anticuerpos IgE de pacientes que padecen anisakidosis, lo cual indica que esta nueva serpina no presenta propiedades alergénicas/inmunogénicas, una característica muy importante para cualquier compuesto que se desee utilizar como anticoagulante. Its safety as an anticoagulant is further reinforced by the fact that AniSerp is not recognized by IgE antibodies of patients suffering from anisakidosis, which indicates that this new serpine does not have allergenic / immunogenic properties, a very important characteristic for any compound that It is desired to use as anticoagulant.
Merece destacarse también que la secuencia proteica de AniSerp presenta un grado de identidad relativamente baja (menor del 40%) con otras serpinas, entendiendo como tal el grado de invariabilidad entre las secuencias de aminoácidos. Así, por ejemplo, en lo que se refiere a serpinas mencionadas en la presente solicitud, los porcentajes de identidad obtenidos con las secuencias proteicas accesibles a través del European Bioinformatic Institute (bases de datos UniProt, aaGeneSeq, Euro Patents, Japan Patents, US Patents y Korea Patents), utilizando el algoritmo FASTA y el programa fasta 3, son: 33,1% con la serpina de Tachipleus tridentatus (GenBank D14483); 37,4% con la proteína humana PTI (SPB6_HUMAN, nº acceso: P35237 en UniProtKB); 35,1% con la serpina SRP-2 de Caenorhabditis elegans (GenBank AY525079); 30,3% con la serpina de Brugia malayi (GenBank U04206). It is also worth noting that the AniSerp protein sequence has a relatively low degree of identity (less than 40%) with other serpins, understanding as such the degree of invariability between amino acid sequences. Thus, for example, in terms of serpins mentioned in the present application, the percentages of identity obtained with the protein sequences accessible through the European Bioinformatic Institute (UniProt databases, aaGeneSeq, Euro Patents, Japan Patents, US Patents and Korea Patents), using the FASTA algorithm and the fasta 3 program, are: 33.1% with the Tachipleus tridentatus serpina (GenBank D14483); 37.4% with the human PTI protein (SPB6_HUMAN, access no .: P35237 in UniProtKB); 35.1% with the serpentine SRP-2 of Caenorhabditis elegans (GenBank AY525079); 30.3% with Brugia malayi serpina (GenBank U04206).
Por todo lo cual, la invención se refiere, en un primer aspecto, al polipéptido de la invención, es decir, un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos de AniSerp (bien en su forma madura (SEQ ID NO:3) sin péptido señal, Therefore, the invention refers, in a first aspect, to the polypeptide of the invention, that is, a polypeptide comprising the amino acid sequence of AniSerp (either in its mature form (SEQ ID NO: 3) without signal peptide ,
o en la forma inmadura (SEQ ID NO:2) con péptido señal, o un polipéptido que presenta su misma actividad y que guarda un alto porcentaje de identidad (superior al de otras serpinas con actividad anticoagulante conocidas) con AniSerp. Así, la invención se refiere, a un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos comprende: or in the immature form (SEQ ID NO: 2) with signal peptide, or a polypeptide that exhibits its same activity and that has a high percentage of identity (higher than other serpins with known anticoagulant activity) with AniSerp. Thus, the invention refers to a polypeptide whose amino acid sequence comprises:
a) la secuencia representada por SEQ ID NO:3, o a) the sequence represented by SEQ ID NO: 3, or
b) una secuencia idéntica al menos en un 40% a SEQ ID NO:3 que presenta estructura de serpina y capacidad de inhibir a la trombina humana. b) a sequence at least 40% identical to SEQ ID NO: 3 that has serpine structure and the ability to inhibit human thrombin.
Se prefiere que la secuencia de aminoácidos comprenda la secuencia representada por SEQ ID NO:3. También son realizaciones posibles de la invención aquellas en las que el polipéptido comprende una secuencia de aminoácidos que presenta estructura de serpina con capacidad de inhibir la trombina humana, en la que dicha secuencia es idéntica a SEQ ID NO:3 en un porcentaje que se selecciona del grupo del 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, y 99,9%. It is preferred that the amino acid sequence comprises the sequence represented by SEQ ID NO: 3. Possible embodiments of the invention are also those in which the polypeptide comprises an amino acid sequence having a serpine structure capable of inhibiting human thrombin, in which said sequence is identical to SEQ ID NO: 3 in a percentage that is selected from the group of 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, and 99.9%.
Tal como se ha mencionado, no sólo la forma madura, carente del péptido señal, sino la forma inmadura de AniSerp, que comprende a la forma madura y al péptido señal, está comprendida también dentro del alcance de la invención. Por ello, son también realizaciones posibles del polipéptido de la invención aquellas en la que su secuencia comprende: As mentioned, not only the mature form, lacking the signal peptide, but the immature form of AniSerp, which comprises the mature form and the signal peptide, is also within the scope of the invention. Therefore, possible embodiments of the polypeptide of the invention are those in which its sequence comprises:
a) la secuencia representada por SEQ ID NO:2, o a) the sequence represented by SEQ ID NO: 2, or
b) una secuencia idéntica al menos en un 40% a SEQ ID NO:2 que presenta estructura de serpina con capacidad de inhibir a la trombina humana. b) a sequence at least 40% identical to SEQ ID NO: 2 that has a serpine structure capable of inhibiting human thrombin.
Se prefiere que la secuencia de aminoácidos comprenda la secuencia representada por SEQ ID NO:2. También son realizaciones posibles de la invención aquellas en las que el polipéptido comprende una secuencia de aminoácidos que presenta estructura de serpina con capacidad de inhibir la trombina humana, en el que dicha secuencia es idéntica a SEQ ID NO:2 en un porcentaje que se selecciona del grupo del 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, y 99,9%. It is preferred that the amino acid sequence comprises the sequence represented by SEQ ID NO: 2. Possible embodiments of the invention are also those in which the polypeptide comprises an amino acid sequence having a serpine structure capable of inhibiting human thrombin, wherein said sequence is identical to SEQ ID NO: 2 in a percentage that is selected from the group of 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, and 99.9%.
En otra posible realización de este aspecto de la invención, el polipéptido es una proteína de fusión que comprende, adicionalmente, a la secuencia de AniSerp o de una serpina capaz de inhibir a la trombina humana con un alto grado de identidad con ella, la secuencia de una segunda proteína, de manera que el polipéptido es una proteína de fusión. Esta segunda proteína puede ser, por ejemplo, la glutatión-S-transferasa, como en los Ejemplos de la presente solicitud, u otra proteína cualquiera de interés. In another possible embodiment of this aspect of the invention, the polypeptide is a fusion protein that additionally comprises the sequence of AniSerp or a serpine capable of inhibiting human thrombin with a high degree of identity with it, the sequence of a second protein, so that the polypeptide is a fusion protein. This second protein can be, for example, glutathione-S-transferase, as in the Examples of the present application, or any other protein of interest.
AniSerp, como se ha comentado, presenta la particularidad de que su capacidad de inhibir la actividad de la trombina no se ve alterada por la presencia de heparina. Por ello, es una realización compatible con cualquiera de las anteriores aquella en la que el polipéptido de la invención presenta una capacidad de inhibir trombina que no se ve afectada por la presencia de heparina. AniSerp, as mentioned, has the peculiarity that its ability to inhibit thrombin activity is not altered by the presence of heparin. Therefore, it is an embodiment compatible with any of the foregoing, in which the polypeptide of the invention has an ability to inhibit thrombin that is not affected by the presence of heparin.
Igualmente, es una realización compatible con cualquiera de las anteriores aquella en la que el polipéptido, además, presenta capacidad de inhibición de las catepsinas G y L, tal como se describe para AniSerp en los Ejemplos presentados más adelante en la presente solicitud. Likewise, it is an embodiment compatible with any of the foregoing, in which the polypeptide also has the capacity to inhibit cathepsins G and L, as described for AniSerp in the Examples presented later in the present application.
En un segundo aspecto, la invención se refiere a una molécula de ADN que comprende una secuencia que codifica el polipéptido de la invención, es decir, a una molécula aislada de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica una serpina con capacidad de inhibir la trombina humana, seleccionada del grupo que consiste en: In a second aspect, the invention relates to a DNA molecule comprising a sequence encoding the polypeptide of the invention, that is, to an isolated nucleic acid molecule comprising a sequence encoding a serpine capable of inhibiting thrombin. human, selected from the group consisting of:
a) una secuencia de ácido nucleico que codifica una secuencia polipeptídica idéntica al menos en un 40% a la secuencia representada por SEQ ID NO:3 a) a nucleic acid sequence encoding a polypeptide sequence at least 40% identical to the sequence represented by SEQ ID NO: 3
b) una secuencia de ácido nucleico que codifica una secuencia polipeptídica idéntica al menos en un 40% a la secuencia representada por SEQ ID NO:2; b) a nucleic acid sequence encoding a polypeptide sequence at least 40% identical to the sequence represented by SEQ ID NO: 2;
c) una molécula de ácido nucleico complementaria a una de las anteriores. c) a nucleic acid molecule complementary to one of the above.
Son realizaciones preferidas de dicho aspecto de la invención aquellas en las que la secuencia comprendida en la molécula de ácido nucleico codifica una secuencia polipeptídica idéntica a la representada por SEQ ID NO:3 o a la representada por SEQ ID NO:2. En este último caso, la molécula de ácido nucleico puede tener la secuencia de la molécula aislada que se describen en los Ejemplos de la presente solicitud, es decir, la secuencia representada por SEQ ID NO:1. También son posibles realizaciones de este aspecto de la invención aquellas en las que la molécula de ácido nucleico comprende un fragmento de secuencia que codifica una secuencia polipeptídica que es idéntica a la representada por SEQ ID NO:2 al menos en un porcentaje que se selecciona del grupo de 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9%, prefiriéndose particularmente que los cambios en aminoácidos sean cambios conservativos. Preferred embodiments of said aspect of the invention are those in which the sequence comprised in the nucleic acid molecule encodes a polypeptide sequence identical to that represented by SEQ ID NO: 3 or to that represented by SEQ ID NO: 2. In the latter case, the nucleic acid molecule may have the sequence of the isolated molecule described in the Examples of the present application, that is, the sequence represented by SEQ ID NO: 1. Also possible are embodiments of this aspect of the invention in which the nucleic acid molecule comprises a sequence fragment encoding a polypeptide sequence that is identical to that represented by SEQ ID NO: 2 at least in a percentage selected from the group of 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9%, particularly preferring that changes in amino acids are conservative changes.
Tal como se utiliza en la presente solicitud, se entiende por cambios (sustituciones conservativas) de aminoácidos los cambios en una posición específica de la secuencia polipeptídica que preservan las propiedades físico-químicas del residuo original. Existen diversos algoritmos para valorar esta cuestión pero la manera más general y estricta de considerar que un cambio es conservativo es considerar que se produce cuando se intercambian aminoácidos con cadenas laterales de similares tamaños y parecida carga o polaridad en condiciones fisiológicas. Así, serían cambios conservativos los cambios entre: As used in the present application, changes (conservative substitutions) of amino acids are understood as changes in a specific position of the polypeptide sequence that preserve the physicochemical properties of the original residue. There are several algorithms to assess this issue but the most general and strict way of considering that a change is conservative is to consider that it occurs when amino acids are exchanged with side chains of similar sizes and similar charge or polarity in physiological conditions. Thus, the changes between: would be conservative changes:
- --
- ácido glutámico (Glu) y ácido aspártico (Asp) (aminoácidos ácidos, con carga negativa a pH fisiológico); glutamic acid (Glu) and aspartic acid (Asp) (acidic amino acids, negatively charged at physiological pH);
- --
- glutamina (Gln) y asparagina (Asn) (aminoácidos básicos, con carga positiva a pH fisiológico); glutamine (Gln) and asparagine (Asn) (basic amino acids, positively charged at physiological pH);
- --
- valina (Val), leucina (Leu) e isoleucina (Ile): aminoácidos hidrofóbicos de cadena corta; dependiendo de su función estructural específica en el plegamiento de la proteína y el mantenimiento de su estructura, pueden incluirse también en este grupo cisterna (Cys) (si su cambio no da lugar, por ejemplo, a la pérdida de un puente disulfuro), glicina (Gly) (si su pequeño tamaño no es imprescindible para permitir un cambio brusco en la progresión de la estructura secundaria, por ejemplo, sino que es más importante su polaridad) valine (Val), leucine (Leu) and isoleucine (Ile): short chain hydrophobic amino acids; Depending on its specific structural function in the folding of the protein and the maintenance of its structure, it can also be included in this cistern group (Cys) (if its change does not lead, for example, to the loss of a disulfide bridge), glycine (Gly) (if its small size is not essential to allow a sharp change in the progression of the secondary structure, for example, but its polarity is more important)
o metionina (Met). or methionine (Met).
- --
- serina (Ser) y treonina (Thr), aminoácidos polares a pH fisiológico que presentan un grupo -OH en su cadena lateral. serine (Ser) and threonine (Thr), polar amino acids at physiological pH that have a -OH group in their side chain.
Otro objeto de la invención es un vector de expresión que comprende una secuencia de ADN de la invención, unida operativamente a una secuencia de control de la expresión. El vector de expresión puede ser, por ejemplo, un plásmido, como en el Ejemplo 2 de la presente solicitud, o un sistema más complejo, como, por ejemplo, un virus recombinante. Another object of the invention is an expression vector comprising a DNA sequence of the invention, operatively linked to an expression control sequence. The expression vector may be, for example, a plasmid, as in Example 2 of the present application, or a more complex system, such as, for example, a recombinant virus.
Un objeto adicional de la invención es una célula hospedadora transformada con un vector de expresión de la invención. La célula hospedadora puede ser, entre otras, una bacteria, una levadura, o una célula derivada de un organismo eucariota superior, tal como una célula humana o derivada de células humanas. En cada uno de los casos, lógicamente, el vector de expresión con el que se haya transformado la célula hospedadora comprenderá como secuencia de control de la expresión unida operativamente a la secuencia que codifica la serpina idéntica o similar a la forma inmadura o madura de AniSerp (SEQ ID NO:2 ó SEQ ID NO:3), una secuencia de control que pueda dar lugar a proteína codificada en dicha célula hospedadora. Así, por ejemplo, si se desea la expresión en una bacteria, la secuencia codificante de la serpina estará unida operativamente a un promotor que permita la expresión en esa bacteria; si se desea la expresión en una célula eucariótica, la secuencia codificante de la serpina estará unida operativamente a, al menos, un promotor que permita la expresión en esa célula. Tal como se utiliza en la presente solicitud, se entiendo por “transformación” cualquier proceso en el que se introduce un ácido nucleico exógeno en una célula. A further object of the invention is a host cell transformed with an expression vector of the invention. The host cell can be, among others, a bacterium, a yeast, or a cell derived from a higher eukaryotic organism, such as a human cell or derived from human cells. In each case, logically, the expression vector with which the host cell has been transformed will comprise as an expression control sequence operatively linked to the sequence encoding the identical or similar serpin of the immature or mature form of AniSerp (SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3), a control sequence that can give rise to encoded protein in said host cell. Thus, for example, if expression in a bacterium is desired, the coding sequence of the serpine will be operatively linked to a promoter that allows expression in that bacterium; if expression in a eukaryotic cell is desired, the coding sequence of the serpin will be operatively linked to at least one promoter that allows expression in that cell. As used in the present application, "transformation" means any process in which an exogenous nucleic acid is introduced into a cell.
Un objeto más es un método para producir una proteína que comprende las etapas de: A further object is a method of producing a protein that comprises the steps of:
a) cultivar la célula hospedadora transformada con un vector de expresión de la invención en condiciones que permiten la expresión del polipéptido con actividad de serpina capaz de inhibir la trombina humana codificado en dicho vector de expresión; a) culturing the transformed host cell with an expression vector of the invention under conditions that allow expression of the polypeptide with serpine activity capable of inhibiting human thrombin encoded in said expression vector;
b) purificar el polipéptido sintetizado en la etapa a) de la célula o del medio celular. b) purify the polypeptide synthesized in step a) of the cell or cell medium.
Otro aspecto adicional de la invención se refiere a un anticuerpo que se une específicamente a un polipéptido que comprende la secuencia de SEQ ID NO:2 o la secuencia de una serpina capaz de inhibir la trombina humana cuya secuencia de aminoácidos difiere de la secuencia de SEQ ID NO:2 únicamente por sustituciones conservativas de aminoácidos. Por sustituciones conservativas deben entenderse cambios en una posición específica de un aminoácido que preservan las propiedades físico-químicas del residuo original. Sustituciones conservativas típicas son la sustitución de un residuo ácido por otro (cambios entre los ácidos glutámico y aspártico), cambios de un residuo básico por otro (cambios entre glutamina y asparagina), cambios de un residuo apolar por otro (alanina, valina, leucina, isoleucina ...). A further aspect of the invention relates to an antibody that specifically binds to a polypeptide comprising the sequence of SEQ ID NO: 2 or the sequence of a serpine capable of inhibiting human thrombin whose amino acid sequence differs from the sequence of SEQ ID NO: 2 only for conservative amino acid substitutions. Conservative substitutions should be understood as changes in a specific position of an amino acid that preserve the physical-chemical properties of the original residue. Typical conservative substitutions are the substitution of one acidic residue for another (changes between glutamic and aspartic acids), changes of one basic residue for another (changes between glutamine and asparagine), changes of one apolar residue for another (alanine, valine, leucine , isoleucine ...).
En un aspecto más, la invención se refiere al uso del polipéptido de la invención como agente anticoagulante. Así, otro aspecto de la invención es el uso del polipéptido de la invención (un polipéptido que comprende la secuencia de una serpina capaz de inhibir la trombina humana con al menos un 40% de identidad con SEQ ID NO:2 y/o SEQ ID:3) para la preparación de un medicamento. Preferiblemente, el medicamento estará destinado a ser utilizado como anticoagulante. Se prefiere especialmente que el medicamento esté destinado a pacientes en los que se sospeche que puede haber alguna alteración en proteínas de la cascada de coagulación distintas de la trombina, a pacientes inmunodeprimidos, a pacientes con trastornos hepáticos, a pacientes con coagulopatías de consumo con coagulación intravascular diseminada, a pacientes que presenten estados de hipercoagulabilidad asociados al uso de heparina o a pacientes con déficit de antitrombina III. También se tiene particular preferencia por la administración del medicamento como anticoagulante durante períodos perioperatotios en general como la cirugía cardiopulmonar (con o sin la administración simultánea de heparina), la cirugía traumatológica especialmente en tratamientos de sustitución completa de cadera y rodilla. En otra posible realización del uso de la invención, el polipéptido de la invención puede utilizarse como alternativa a los anticoagulantes convencionales tales como los anticoagulantes cumarínicos, estando destinado a pacientes con patologías como síndrome coronario agudo, fibrilación auricular, embolia pulmonar, enfermedad coronaria crónica, o a enfermos con válvulas cardíacas o vasculares o con prótesis mecánicas o articulares. In a further aspect, the invention relates to the use of the polypeptide of the invention as an anticoagulant agent. Thus, another aspect of the invention is the use of the polypeptide of the invention (a polypeptide comprising the sequence of a serpine capable of inhibiting human thrombin with at least 40% identity with SEQ ID NO: 2 and / or SEQ ID : 3) for the preparation of a medicine. Preferably, the medicament will be intended to be used as an anticoagulant. It is especially preferred that the medicament is intended for patients in whom it is suspected that there may be some alteration in coagulation cascade proteins other than thrombin, to immunosuppressed patients, to patients with hepatic disorders, to patients with coagulation consumption coagulopathies. disseminated intravascular, to patients with hypercoagulable states associated with the use of heparin or to patients with a deficit of antithrombin III. Particular preference is also given for the administration of the drug as an anticoagulant during perioperatotial periods in general such as cardiopulmonary surgery (with or without the simultaneous administration of heparin), trauma surgery especially in treatments of complete hip and knee replacement. In another possible embodiment of the use of the invention, the polypeptide of the invention can be used as an alternative to conventional anticoagulants such as coumarin anticoagulants, being intended for patients with pathologies such as acute coronary syndrome, atrial fibrillation, pulmonary embolism, chronic coronary disease, or to patients with heart or vascular valves or with mechanical or joint prostheses.
Breve descripción de las figuras Brief description of the fi gures
Fig. 1: Cascada de coagulación. El esquema muestra la secuencia de reacciones entre factores de coagulación que conforman las vías extrínseca (parte izquierda) e intrínseca (parte derecha) de la coagulación y que confluyen en la generación del factor Xa y las etapas comunes subsiguientes (nombres de las proteínas en negrita). Se indican junto a las reacciones factores complementarios (Ca2+: calcio, PL: fosfolípidos ...). También se indican los puntos de acción de proteínas implicadas en el sistema anticoagulante (líneas discontinuas punteadas, terminadas en elipses), así como las reacciones potenciadas por la trombina (líneas discontinuas terminadas en flecha). Fig. 1: Coagulation cascade. The scheme shows the sequence of reactions between coagulation factors that make up the extrinsic (left part) and intrinsic (right part) coagulation pathways and that influence the generation of factor Xa and subsequent common stages (protein names in bold ). Complementary factors are indicated next to the reactions (Ca2 +: calcium, PL: phospholipids ...). Also indicated are the action points of proteins involved in the anticoagulant system (dashed dashed lines, ending in ellipses), as well as thrombin boosted reactions (broken lines ending in a arrow).
Fig. 2: Actividad como inhibidor de AniSerp: El gráfico muestra el efecto del inhibidor recombinante AniSerp (AniSerp-GST: proteína de fusión AniSerp con glutation-S-transferasa) sobre la actividad proteolítica de las enzimas indicadas bajo las parejas de barras (proteasa endógena de Anisakis simplex; plasmina humana; trombina humana; catepsina B; Factor Xa; tripsina; catepsina L; catepsina G), representada como % de actividad residual calculado con respecto a la actividad detectada en presencia de la proteína GST sola. Fig. 2: Activity as an AniSerp inhibitor: The graph shows the effect of the AniSerp recombinant inhibitor (AniSerp-GST: AniSerp fusion protein with glutathione-S-transferase) on the proteolytic activity of the enzymes indicated under bar pairs (protease endogenous Anisakis simplex; human plasmin; human thrombin; cathepsin B; Factor Xa; trypsin; cathepsin G), represented as% of residual activity calculated with respect to the activity detected in the presence of the GST protein alone.
Fig. 3: Efecto del inhibidor recombinante AniSerp-GST sobre la actividad proteolítica de la trombina humana. El gráfico muestra el porcentaje de fluorescencia residual debida al AMC liberado del sustrato Boc-Val-Pro-Arg-AMC por la trombina, en función de la concentración de la proteína de fusión AniSerp-GST presente. Los datos mostrados son la media±desviación estándar (S.D.) de tres experimentos independientes llevados a cabo por triplicado. Las barras indican la S.D. Fig. 3: Effect of the recombinant inhibitor AniSerp-GST on the proteolytic activity of human thrombin. The graph shows the percentage of residual fluorescence due to AMC released from the Boc-Val-Pro-Arg-AMC substrate by thrombin, as a function of the concentration of the AniSerp-GST fusion protein present. The data shown are the mean ± standard deviation (S.D.) of three independent experiments carried out in triplicate. The bars indicate the S.D.
Fig. 4: Modelos estructurales basados en la homología de las formas latente (panel B) y activa (panel C) de AniSerp (no unida a trombina). El panel A muestra el alineamiento de múltiples secuencias entre AniSerp (secuencia encabezada por la palabra “serpin”) y los moldes 1DVN_A (forma latente del inhibidor 1 del activador de plasminógeno humano) y 2DUT_D (conformación nativa de la proteína MENT: Myeloid and Erythroid Nuclear Termination stagespecific: proteína de terminación nuclear eritroide y mieloide específica de estadio). Los paneles B y C muestran los modelos estructurales de las formas latente (panel B) y activa (panel C) de AniSerp deducidos a partir de los moldes 1DVN_A y 2DUT_D respectivamente, modelos en 3D en los que se indica la posición del bucle del centro reactivo (RCL). Fig. 4: Structural models based on the homology of latent (panel B) and active (panel C) forms of AniSerp (not thrombin-bound). Panel A shows the alignment of multiple sequences between AniSerp (sequence headed by the word "serpin") and templates 1DVN_A (latent form of human plasminogen activator inhibitor 1) and 2DUT_D (native conformation of the MENT protein: Myeloid and Erythroid Nuclear Termination stagespeci fi c: specific erythroid and myeloid nuclear termination protein). Panels B and C show the structural models of the latent (panel B) and active (panel C) forms of AniSerp deduced from the 1DVN_A and 2DUT_D molds respectively, 3D models in which the center loop position is indicated reagent (RCL).
Fig. 5: Modelo de la interacción entre la serpina de Anisakis simplex (AniSerp) y la trombina humana: Fig. 5: Model of the interaction between Anisakis simplex (AniSerp) serpine and human thrombin:
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- El panel A muestra un modelo de tres dimensiones en el que la trombina humana (parte superior del dibujo) aparece unida a la serpina de Anisakis simplex (parte inferior del dibujo del panel); se indica la localización del RCL (residuos del bucle catalítico) de la serpina de Anisakis simplex en el surco estructural de la trombina. Las zonas de color más oscuro sobre la superficie de la trombina indican zonas de carga electrostática teórica positiva o negativa. Panel A shows a three-dimensional model in which human thrombin (upper part of the drawing) appears attached to the Anisakis simplex serpina (lower part of the panel drawing); the location of the RCL (catalytic loop residues) of the Anisakis simplex serpine in the structural groove of the thrombin is indicated. Darker colored areas on the surface of the thrombin indicate areas of positive or negative theoretical electrostatic charge.
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- El panel B: Representación, como modelo de bolas y varillas, de los residuos de la cadena pesada de la trombina humana (leyendas en negrita) que entran en contacto con los aminoácidos Pro365 a Ile372 de AniSerp. Panel B: Representation, as a model of balls and rods, of the residues of the heavy chain of human thrombin (bold legends) that come into contact with the amino acids Pro365 to Ile372 of AniSerp.
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- El panel C: Detalle de la interacción entre AniSerp y los residuos His43 (H43), Asp99 (D99) y Ser205 (S205) de la triada catalítica de la trombina humana. Panel C: Detail of the interaction between AniSerp and His43 (H43), Asp99 (D99) and Ser205 (S205) residues of the catalytic triad of human thrombin.
Fig. 6: Alineamientos de secuencia de la Serpina de Anisakis simplex (secuencia encabezada con la leyenda “serpin”), Antitrombina-III humana (secuencia encabezada con la leyenda “1ATH_A”) y el cofactor II de la heparina humana (secuencia encabezada con la leyenda “1JMO”). Las esferas oscuras representadas bajo la secuencia 1JMO indican los residuos clave implicados en la unión a la heparina descritos para el cofactor II de la heparina. Fig. 6: Sequence alignments of the Anisakis simplex Serpina (sequence headed with the legend "serpin"), human Antithrombin-III (sequence headed with the legend "1ATH_A") and cofactor II of the human heparin (sequence headed with the legend "1JMO"). The dark spheres represented under the sequence 1JMO indicate the key residues involved in heparin binding described for cofactor II of heparin.
Descripción de la invención Description of the invention
Tal como se ha mencionado anteriormente, la invención se refiere a una nueva proteína del nematodo Anisakis simplex, que tiene actividad anticoagulante. Concretamente, su actividad se basa en su capacidad para inhibir la trombina humana, de forma dosis dependiente, e independiente de la presencia de heparina. Además, la nueva proteína tiene también capacidad de inhibir, aunque en menor medida, la actividad de otra serina proteasa, la catepsina G, así como la de una cisterna proteasa, la catepsina L. A dicha proteína se alude en la presente solicitud con la abreviatura de AniSerp. As mentioned above, the invention relates to a new Anisakis simplex nematode protein, which has anticoagulant activity. Specifically, its activity is based on its ability to inhibit human thrombin, in a dose-dependent manner, and independent of the presence of heparin. In addition, the new protein also has the ability to inhibit, although to a lesser extent, the activity of another serine protease, cathepsin G, as well as that of a protease cistern, cathepsin L. This protein is referred to in the present application with the short for AniSerp.
AniSerp es el resultado de un rastreo con anticuerpos de una genoteca de cDNA del nematodo Anisakis simplex y de la clonación de un nuevo inhibidor de serina proteasas de entre todos los EST (Expressed sequence tags. marcadores de secuencias expresadas) cribados. Dicho cDNA permite la obtención de una proteína de 397 aminoácidos (SEQ ID NO:2), de los cuales los 25 primeros constituyen un péptido señal que parecen conferir a AniSerp una naturaleza secretora, a diferencia de lo que sucede con otras serpinas, como PTI o las serpinas identificadas en Caenoharbditis elegans, que parecen ser intracelulares. AniSerp is the result of an antibody scan of an Anisakis simplex nematode cDNA library and of the cloning of a new serine protease inhibitor from all ESTs (Expressed sequence tags). Said cDNA allows obtaining a protein of 397 amino acids (SEQ ID NO: 2), of which the first 25 constitute a signal peptide that seems to confer an secretory nature to AniSerp, unlike what happens with other serpins, such as PTI or the serpins identified in Caenoharbditis elegans, which appear to be intracellular.
AniSerp es estructuralmente una serpina, pues presenta el ensamblaje tridimensional clásico de esta familia de inhibidores, que es necesario para ejercer su mecanismo de acción. AniSerp tiene una conformación compuesta por nueve hélices α y tres hojas β, con un hipotético centro reactivo (RCL: reactive centre loop) de 27 residuos aminoacídicos (347-GSEAAAATGLFMVFRSSRPMPVTPPIR-373), que queda expuesto en su forma activa. Esto la convierte en el primer inhibidor tipo serpina de nematodos parásitos que presenta capacidad anticoagulante, por lo que no era obvio esperar que un nematodo, Anisakis simplex, produjera una proteína con actividad anticoagulante que tuviera actividad de inhibidor de serina proteasas y que perteneciera a la familia de las serpinas. Tal como se ha comentado previamente, se habían caracterizado anteriormente en otros nematodos inhibidores de serina proteasas pertenecientes a otras familias, tales como las esmapinas, que presentan actividad anticoagulante. Así, por ejemplo, las esmapinas NAP5, NAP6 y NAP2 de Ancylostoma ceylanicum, que son responsables de las propiedades anticoagulantes de este parásito intestinal hematófago, causante de graves anemias. Cada una de estas esmapinas afecta a un tipo diferente de serina proteasa de la coagulación de la sangre, pero ninguna inhibe directamente a la trombina (Capello et al., 1995, Stassens et al., 1996), como lo hace AniSerp. Además, tanto la secuencia de aminoácidos como la estructura de estos inhibidores es diferente de la de AniSerp. AniSerp is structurally a serpine, as it presents the classic three-dimensional assembly of this family of inhibitors, which is necessary to exert its mechanism of action. AniSerp has a conformation composed of nine α-helices and three β-sheets, with a hypothetical reactive center (RCL: reactive center loop) of 27 amino acid residues (347-GSEAAAATGLFMVFRSSRPMPVTPPIR-373), which is exposed in its active form. This makes it the first serine inhibitor of parasitic nematodes that has anticoagulant capacity, so it was not obvious to expect a nematode, Anisakis simplex, to produce a protein with anticoagulant activity that had a serine protease inhibitor activity and that belonged to the family of the serpinas. As previously mentioned, they had previously been characterized in other serine protease inhibitor nematodes belonging to other families, such as esmapins, which exhibit anticoagulant activity. Thus, for example, the NAP5, NAP6 and NAP2 esmapins of Ancylostoma ceylanicum, which are responsible for the anticoagulant properties of this hematophagous intestinal parasite, which causes severe anemias. Each of these esmapins affects a different type of serine protease from blood clotting, but none directly inhibits thrombin (Capello et al., 1995, Stassens et al., 1996), as does AniSerp. In addition, both the amino acid sequence and the structure of these inhibitors is different from that of AniSerp.
En lo que se refiere a las serpinas identificadas en nematodos de vida libre como Caenorhabditis elegans, presentan bastantes diferencias con AniSerp. Por una parte, como se ha comentado, parece tratarse de proteínas intracelulares, que carecen de péptido señal, mientras que la forma madura de AniSerp parece ser extracelular. Además, las serpinas de Caenorhabditis elegans constituyen por sí mismas un clade específico dentro de la familia, el clade L, aunque se parecen fundamentalmente al clade B de serpinas intracelulares, mientras que AniSerp presenta mayor similitud con las serpinas del clade C1, donde se encuentra clasificada la antitrombina III humana. Aunque una de las serpinas de Caenorhabditis elegans, SRP-2, parece ser también una serpina de clase cruzada, inhibe a proteínas de naturaleza diferente de las que se ven afectadas por AniSerp: la granzima B como serina proteasa y, en menor medida, la catepsina V como cisterna proteasa. Además, considerando la estructura de su sitio catalítico, es improbable que SRP-2 presente actividad antitrombina, una de las características principales de AniSerp. As regards the serpins identified in free-living nematodes such as Caenorhabditis elegans, they show quite a few differences with AniSerp. On the one hand, as mentioned, it seems to be intracellular proteins, which lack signal peptide, while the mature form of AniSerp seems to be extracellular. In addition, the Caenorhabditis elegans serpins constitute by themselves a specific clade within the family, the clade L, although they fundamentally resemble clade B of intracellular serpins, while AniSerp presents greater similarity with the clap C1 serpins, where it is found classi fi ed human antithrombin III. Although one of the Caenorhabditis elegans serpins, SRP-2, also appears to be a cross-class serpine, it inhibits proteins of a different nature from those affected by AniSerp: granzyme B as a serine protease and, to a lesser extent, the Cathepsin V as a protease cistern. In addition, considering the structure of its catalytic site, it is unlikely that SRP-2 has antithrombin activity, one of the main characteristics of AniSerp.
En cuanto a otras serpinas que ya se conocían que presentan actividad anticoagulante y que, concretamente, son capaces de inhibir la trombina, se han identificado a partir de organismos evolutivamente bastante distantes de los nematodos, como son los propios seres humanos, el cangrejo Tachipleus tridentatus o el virus mixoma. La identidad de la secuencia de cualquiera de estas serpinas con AniSerp no alcanza, en ninguno de los casos, el 40%. Además, sus propiedades son, en general, diferentes de las de AniSerp, bien por inhibir la trombina, por ejemplo, al mismo tiempo que algún otro factor de coagulación (Xa en el caso de las serpinas de PTI o el virus mixoma) o bien por inhibir otras serina proteasas tales como plasmina y tripsina (caso de la serpina de Tachipleus tridentatus). Todo ello es una indicación de que no era obvio pensar que podía existir una serpina capaz de inhibir la trombina de forma independiente de la presencia de heparina, que pudiera identificarse en Anisakis simplex, pues ni su estructura ni sus propiedades parecían esperables a partir de los conocimientos previos existentes. As for other serpins that were already known to have anticoagulant activity and that, specifically, are capable of inhibiting thrombin, they have been identified from evolutionarily quite distant organisms from nematodes, such as humans themselves, the Tachipleus tridentatus crab or myxoma virus. The sequence identity of any of these serpins with AniSerp does not reach, in any case, 40%. In addition, its properties are, in general, different from those of AniSerp, either by inhibiting thrombin, for example, at the same time as some other coagulation factor (Xa in the case of PTI serpins or myxoma virus) or for inhibiting other serine proteases such as plasmin and trypsin (case of Tachipleus tridentatus serpine). All this is an indication that it was not obvious to think that there could be a serpine capable of inhibiting thrombin independently of the presence of heparin, which could be identified in Anisakis simplex, since neither its structure nor its properties seemed to be expected from the previous knowledge
La capacidad de inhibición de la trombina humana por parte de AniSerp, como se ha comentado, es dependiente de la dosis. Según los ensayos descritos más adelante en los Ejemplos de la presente solicitud, presenta una concentración inhibitoria 50 (CI50) de 36,68 μg/ml, y un mecanismo de inhibición que se mantiene, como mínimo, hasta 24 horas. Las evidencias apuntan a que la inhibición es irreversible. Además, esta actividad probablemente podría explicar en parte la acción anticoagulante in vitro sobre plasma humano que se ha descrito para los extractos crudos y excretoressecretores de Anisakis simplex (Perteguer et al., 1996). The ability to inhibit human thrombin by AniSerp, as mentioned, is dose dependent. According to the tests described below in the Examples of the present application, it has an inhibitory concentration 50 (IC50) of 36.68 μg / ml, and an inhibition mechanism that is maintained for at least 24 hours. The evidence suggests that inhibition is irreversible. In addition, this activity could probably partly explain the in vitro anticoagulant action on human plasma that has been described for the crude extracts and excretory secretors of Anisakis simplex (Perteguer et al., 1996).
Por otra parte, los estudios de dinámica molecular que se describen más adelante en la presente memoria mostraron que AniSerp parece inhibir la trombina mediante un mecanismo similar al del sustrato suicida, parecido al mecanismo que muestran los inhibidores de la coagulación en mamíferos como la antitrombina III (AT) (el inhibidor natural de la trombina) y el cofactor II de la heparina (HCII). Así, AniSerp presenta una estructura terciaria similar a la que exhiben estos inhibidores humanos de serina proteasas, que pueden considerarse los principales reguladores de la coagulación sanguínea. On the other hand, the molecular dynamics studies described hereinafter showed that AniSerp appears to inhibit thrombin by a mechanism similar to that of the suicidal substrate, similar to the mechanism shown by coagulation inhibitors in mammals such as antithrombin III (AT) (the natural thrombin inhibitor) and cofactor II of heparin (HCII). Thus, AniSerp has a tertiary structure similar to that exhibited by these human serine protease inhibitors, which can be considered the main regulators of blood coagulation.
La especificidad de ambos factores de control de la coagulación, sin embargo, no es la misma: la AT humana se une tanto al factor Xa como a la trombina y es capaz de inhibir ambas, mientras que el HCII inhibe selectivamente a la trombina, no afectando la actividad del factor Xa. Se ha descrito que las diferentes especificidades de la AT, que es capaz de inhibir trombina y Xa, en comparación con HCII, que sólo inhibe la trombina, parecen ser debidas a cambios de aminoácidos en el P1 y los residuos inmediatamente adyacentes localizados dentro de la secuencia de reconocimiento del RCL de la enzima. La AT con una Arg en P1 es un inhibidor de las proteasas específicas de Arg, trombina y Xa, mientras que HCII proporciona un inhibidor específico de trombina a pesar de tener un P1 desfavorable, con Leu. (Gettins & Olson, 2009). The specificity of both coagulation control factors, however, is not the same: human AT binds to both factor Xa and thrombin and is able to inhibit both, while HCII selectively inhibits thrombin, not affecting the activity of factor Xa. It has been described that the different specificities of AT, which is capable of inhibiting thrombin and Xa, compared to HCII, which only inhibits thrombin, appear to be due to changes in amino acids in P1 and immediately adjacent residues located within the RCL recognition sequence of the enzyme. AT with an Arg in P1 is an inhibitor of the specific proteases of Arg, thrombin and Xa, while HCII provides a specific thrombin inhibitor despite having an unfavorable P1, with Leu. (Gettins & Olson, 2009).
AniSerp, por su parte, inhibe selectivamente a la trombina, sin afectar a la actividad del factor Xa, tal como sucede con el HCII. Estas características podrían explicarse por el hecho de que aunque AniSerp presenta una Arg (R) en posición P1, como lo hace la AT, también muestra más de diez cambios en los residuos adyacentes del RCL. Además, 8 de estos residuos diferentes entre la AT y AniSerp se mantienen con respecto al HCII, que al igual que AniSerp inhibe selectivamente la trombina pero no el factor Xa. AniSerp, for its part, selectively inhibits thrombin, without affecting the activity of factor Xa, as is the case with HCII. These characteristics could be explained by the fact that although AniSerp has an Arg (R) in position P1, as does the AT, it also shows more than ten changes in adjacent RCL residues. In addition, 8 of these different residues between AT and AniSerp are maintained with respect to HCII, which, like AniSerp, selectively inhibits thrombin but not factor Xa.
También, una de las características interesantes de AniSerp es que la actividad de la molécula no se ve afectada por la presencia de heparina. En esto difiere tanto de la AT como del HCII, en los que la heparina actúa potenciando la propiedad anticoagulante de ambos inhibidores. Dicha cualidad se explica por la ausencia de residuos cargados positivamente en los sitios potenciales de unión a heparina en AniSerp. El hecho de tener una molécula anticoagulante cuya acción no se ve potenciada por heparina permite la aplicación terapéutica de AniSerp en procesos tales como estados de hipercoagulabilidad asociados al uso de heparina, como en el déficit adquirido de AT, que se produce muchas veces en el contexto de la terapia con heparina. Así, en los pacientes a los que se les administra heparina en el período preoperatorio (por ejemplo en intervenciones de bypass cardiopulmonar), se observa que un porcentaje de ellos presentan un déficit significativo de AT y necesitan reposición del producto previo a la realización de la intervención, bien en forma de plasma fresco congelado, bien como concentrado de AT. Por consiguiente, AniSerp se podría aplicar, en general, a casos en los que la AT está reducida, tanto en los preoperatorios antes mencionados, como en enfermedad hepática, en coagulopatías de consumo con coagulación intravascular diseminada y hemorragias masivas. El uso de AniSerp no produciría consumo y después déficit de AT como produce la heparina. También podría utilizarse en casos de trombosis relacionada con la trombopenia asociada a la heparina, cuando se precise de un nuevo tratamiento con anticoagulantes. Y en general, AniSerp se podría aplicar en cualquier caso en que se necesite anticoagulación, evitando los efectos secundarios que conllevan la administración de heparina o los asociados a la inhibición de la vitamina K y/o a la depleción de factores de coagulación dependientes de la misma. Also, one of the interesting features of AniSerp is that the activity of the molecule is not affected by the presence of heparin. In this, it differs from both AT and HCII, in which heparin acts by enhancing the anticoagulant property of both inhibitors. This quality is explained by the absence of positively charged residues at potential heparin binding sites in AniSerp. The fact of having an anticoagulant molecule whose action is not enhanced by heparin allows the therapeutic application of AniSerp in processes such as hypercoagulable states associated with the use of heparin, as in the acquired AT deficit, which occurs many times in the context of heparin therapy. Thus, in patients who are administered heparin in the preoperative period (for example in cardiopulmonary bypass interventions), it is observed that a percentage of them have a significant deficit of AT and need replacement of the product prior to performing the intervention, either in the form of fresh frozen plasma, or as an AT concentrate. Therefore, AniSerp could be applied, in general, to cases in which the AT is reduced, both in the aforementioned preoperative ones, as in liver disease, in coagulopathies of consumption with disseminated intravascular coagulation and massive hemorrhages. The use of AniSerp would not produce consumption and then de fi cit AT as heparin produces. It could also be used in cases of thrombosis related to heparin-associated thrombopenia, when a new treatment with anticoagulants is required. And in general, AniSerp could be applied in any case where anticoagulation is needed, avoiding the side effects that lead to the administration of heparin or those associated with the inhibition of vitamin K and / or the depletion of coagulation factors dependent on it. .
Hay que comentar que AniSerp es también capaz de inhibir, aunque con menor actividad y de manera reversible, a las catepsinas G y L. Esta función requiere dosis mayores de AniSerp que la utilizada para conseguir la actividad anticoagulante. La catepsina L es una cisterna proteasa mientras que la catepsina G es una serina proteasa. El hecho de que AniSerp sea capaz de inhibir tanto a serina como a cisterna proteasa la convierte en lo que se denomina serpina de clase cruzada (cross-class serpins). Ejemplo de ellas serían el antígeno 1 del carcinoma de células escamosas. It should be noted that AniSerp is also capable of inhibiting, although with less activity and reversibly, cathepsins G and L. This function requires higher doses of AniSerp than is used to achieve anticoagulant activity. Cathepsin L is a protease cistern while cathepsin G is a serine protease. The fact that AniSerp is able to inhibit both serine and cistern protease makes it what is called cross-class serpins. Examples of these would be antigen 1 of squamous cell carcinoma.
Por último, debe comentarse que se ha comprobado el reconocimiento de anticuerpos IgE de pacientes afectados de anisakidosis frente a AniSerp, observándose que no existían IgE específicas frente a AniSerp en ninguno de ellos. Estos resultados, realizados en individuos con probabilidades de haber desarrollado esos anticuerpos, por estar teóricamente expuestos a la proteína, parecen indicar que la administración de AniSerp no daría lugar a reacciones alergénicas/inmunogénicas adversas. Los estudios preliminares realizados inmunizando conejos con adyuvantes muy potentes dan lugar a títulos bajos de anticuerpos, lo que apoya aún más el escaso potencial inmunogénico de AniSerp y su seguridad en su posible administración a seres humanos. Finally, it should be noted that the recognition of IgE antibodies of patients affected by anisakidosis against AniSerp has been verified, noting that there were no specific IgE against AniSerp in any of them. These results, performed on individuals likely to have developed these antibodies, because they are theoretically exposed to the protein, seem to indicate that the administration of AniSerp would not lead to adverse allergenic / immunogenic reactions. Preliminary studies conducted by immunizing rabbits with very potent adjuvants give rise to low antibody titers, which further supports AniSerp's poor immunogenic potential and its safety in its possible administration to humans.
Así, AniSerp es el primer inhibidor de serina proteasas perteneciente a la familia de las serpinas descrito para el nematodo Anisakis simplex. Además, es el primer informe de una serpina de nematodo que inhibe específicamente la trombina, cuya actividad no es modificada por la heparina. El hecho de que AniSerp inhiba la trombina independientemente de la heparina le confiere gran utilidad como anticoagulante. También, su selectividad por la trombina hace de ella un miembro de la nueva clase de agentes antitrombóticos sobre los que hay gran interés, los inhibidores selectivos de factores de coagulación específicos. Comparados con los fármacos convencionales, tienen el potencial de ser más eficaces, seguros y fáciles de usar (Bauer, 2008). La utilidad de AniSerp viene apoyada por los buenos resultados obtenidos al evaluar las propiedades anticoagulantes de otra proteína recombinante anticoagulante diferente de nematodos, NAPc2, que han sido evaluadas para la prevención del tromboembolismo venoso postoperatorio, en pacientes sometidos a artroplastia selectiva de la rodilla (Lee et al., 2001). Es más, los estudios clínicos con intervalos de dosis terapéuticas, a continuación de administraciones subcutáneas repetidas, también muestran una respuesta inmune baja a NAPc2, infrecuente y no robusta que fuerza a continuar con dichos estudios (Vlasuk et al., 2003). El hecho de que AniSerp parezca no ser reconocida tampoco por los sueros de pacientes que padecen anisakidosis es también un punto de interés, pues es otra prueba de la seguridad que ofrecería su uso. Así, parece que AniSerp podría ser un nuevo fármaco anticoagulante alternativo, con propiedades que hacen interesante su uso en aplicaciones específicas, particularmente, como se ha comentado, en los casos en los que se haya producido o se quiera evitar la aparición de un déficit adquirido de antitrombina III. Thus, AniSerp is the first serine protease inhibitor belonging to the family of serpins described for the Anisakis simplex nematode. In addition, it is the first report of a nematode serpin that specifically inhibits thrombin, whose activity is not modified by heparin. The fact that AniSerp inhibits thrombin independently of heparin makes it very useful as an anticoagulant. Also, its selectivity for thrombin makes it a member of the new class of antithrombotic agents in which there is great interest, selective inhibitors of specific coagulation factors. Compared to conventional drugs, they have the potential to be more effective, safe and easy to use (Bauer, 2008). The usefulness of AniSerp is supported by the good results obtained when evaluating the anticoagulant properties of another recombinant anticoagulant protein other than nematodes, NAPc2, which have been evaluated for the prevention of postoperative venous thromboembolism in patients undergoing selective knee arthroplasty (Lee et al., 2001). Moreover, clinical studies with therapeutic dose intervals, following repeated subcutaneous administrations, also show a low immune response to NAPc2, infrequent and not robust, which forces them to continue with these studies (Vlasuk et al., 2003). The fact that AniSerp seems not to be recognized either by the sera of patients suffering from anisakidosis is also a point of interest, as it is another proof of the safety that its use would offer. Thus, it seems that AniSerp could be a new alternative anticoagulant drug, with properties that make it interesting to use in specific applications, particularly, as mentioned, in cases where it has been produced or wants to avoid the occurrence of an acquired deficit. of antithrombin III.
La invención se explicará ahora con más detalle por medio de los Ejemplos y Figuras que aparecen a continuación. The invention will now be explained in more detail by means of the Examples and Figures that appear below.
Ejemplos Examples
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- Ejemplo 1 Example 1
Clonación de AniSerp Cloning of AniSerp
El gen AniSerp se clonó en dos etapas, i) En una primera etapa se obtuvo el gen incompleto y, posteriormente, ii) se aisló el gen completo. The AniSerp gene was cloned in two stages, i) In an initial stage the incomplete gene was obtained and, subsequently, ii) the entire gene was isolated.
i) El gen incompleto se obtuvo al realizar un cribado de una genoteca de expresión del nematodo Anisakis simplex con anticuerpos monoclonales, en el que AniSerp fue un clon irrelevante (no reactivo) para los objetivos del inmunocribado realizado. i) The incomplete gene was obtained by screening an expression library of the Anisakis simplex nematode with monoclonal antibodies, in which AniSerp was an irrelevant (non-reactive) clone for the purposes of the immunograph performed.
Brevemente: Briefly:
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- A partir de larvas 3 (L3) del nematodo Anisakis simplex extraídas manualmente de bacaladillas (Micromesistius poutassou), se sintetizaron ARN mensajeros (ARNm) utilizando el kit comercial “Fast Track mRNA isolation kit” (Invitrogen). From larvae 3 (L3) of the Anisakis simplex nematode manually extracted from bacaladillas (Micromesistius poutassou), messenger RNAs (mRNA) were synthesized using the commercial kit "Fast Track mRNA isolation kit" (Invitrogen).
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- Utilizando como molde 5 μg de los ARN mensajeros, se sintetizó una colección de ADN complementarios (ADNc) utilizando el kit comercial “ZAP-cDNA synthesis kit” (Stratagene), que posteriormente fueron ligados en el vector de expresión λ-ZAP usando el kit comercial para la construcción de genotecas de ADNc en fagos λ escindibles “Uni-ZAP XR library kit”, siguiendo las instrucciones de la casa comercial Stratagene. El título final de la genoteca de expresión, una vez amplificada, fue de 1.3 x 1010 ufp/ml (unidades formadoras de placa) con un 1% de fagos no recombinantes. Using as a template 5 μg of messenger RNAs, a collection of complementary DNA (cDNA) was synthesized using the commercial kit “ZAP-cDNA synthesis kit” (Stratagene), which were subsequently ligated into the λ-ZAP expression vector using the kit commercial for the construction of cDNA libraries in phage λ cleavable “Uni-ZAP XR library kit”, following the instructions of the Stratagene commercial house. The final titer of the expression library, once amplified, was 1.3 x 1010 pfu / ml (plaque forming units) with 1% non-recombinant phage.
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- Se realizó un cribado con anticuerpos de la genoteca de expresión. Los fagos se adsorbieron sobre filtros de nitrocelulosa (Schleicher & Schuell) impregnados en 10 mM isopropyl thio-β-D-galactoside (IPTG). Tras realizar una fase de bloqueo con TBS (tampón Tris pH 7,4 con 3% de albúmina sérica bovina (BSA)) una hora a 37ºC, las membranas fueron incubadas con los anticuerpos monoclonales a la dilución adecuada en el tampón TBS, durante toda la noche a 4ºC. Tras la adición de los anticuerpos secundarios correspondientes se visualizaron los inmunocomplejos usando como sustrato NBT (nitro-blue tetrazolium salt: sal de nitroazul de tetrazolio) y BCIP (sal de 5 bromo-4cloro-3-indolil fosfato de p-toluidina) (Sigma). A partir de los clones de λ-ZAP se obtuvieron los fagémidos mediante escisión “in vivo”, utilizando un fago de rescate “helper” (Short et al., 1988). Screening with antibodies from the expression library was performed. The phages were adsorbed onto nitrocellulose (Schleicher & Schuell) filters impregnated with 10 mM isopropyl thio-β-D-galactoside (IPTG). After performing a blocking phase with TBS (Tris buffer pH 7.4 with 3% bovine serum albumin (BSA)) one hour at 37 ° C, the membranes were incubated with the monoclonal antibodies at the appropriate dilution in the TBS buffer, throughout the night at 4 ° C. After the addition of the corresponding secondary antibodies, the immunocomplexes were visualized using as a substrate NBT (nitro-blue tetrazolium salt: nitro blue salt of tetrazolium) and BCIP (5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate salt of p-toluidine) (Sigma ). From the λ-ZAP clones, phagemids were obtained by "in vivo" cleavage, using a "helper" rescue phage (Short et al., 1988).
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- La secuencia del ADN de uno de los clones (clon irrelevante para los objetivos del inmunocribado realizado, que expresó una proteína recombinante no reconocida por el monoclonal que se utilizó en su aislamiento) mostró similitud The DNA sequence of one of the clones (irrelevant clone for the purposes of the immunograph performed, which expressed a recombinant protein not recognized by the monoclonal that was used in its isolation) showed similarity
(2. 2e-36) en el GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/) con serpinas (NA: Q608754 Serine Protease Inhibitor 3), si bien el gen se hallaba incompleto (clon 3A22). El fragmento del gen constaba de 1005 nucleótidos con una secuencia deducida de 334 aminoácidos (aa), faltándole el extremo 5’ de la molécula. (2. 2e-36) in the GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/) with serpins (NA: Q608754 Serine Protease Inhibitor 3), although the gene was incomplete (clone 3A22 ). The gene fragment consisted of 1005 nucleotides with a deduced sequence of 334 amino acids (aa), missing the 5 ’end of the molecule.
ii) Obtención del gen completo ii) Obtaining the complete gene
La información de la secuencia del gen incompleto permitió la síntesis de cebadores para aislar el gen completo a partir de una colección de ADNc con adaptadores de secuencia conocida en sus extremos 5’ y 3’. The incomplete gene sequence information allowed the synthesis of primers to isolate the entire gene from a cDNA collection with adapters of known sequence at its 5 ’and 3’ ends.
Brevemente Briefly
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- A partir del ARNm obtenido de L3 de Anisakis simplex, se sintetizó una colección de ADNc a cuyos extremos se ligó un adaptador de secuencia conocida (AP1). Para la reacción se utilizó el kit comercial “Marathon cDNA amplification” (Clontech), que incluye el adaptador AP1. From the mRNA obtained from L3 of Anisakis simplex, a collection of cDNA was synthesized to whose ends a known sequence adapter (AP1) was ligated. The commercial kit “Marathon cDNA ampli fi cation” (Clontech), which includes the AP1 adapter, was used for the reaction.
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- Obtención del gen completo, a partir de la colección de ADNc anteriormente sintetizados: Obtaining the complete gene, from the collection of previously synthesized cDNAs:
Amplificación rápida del extremo 5’ del clon 3A22 (RACE-PCR): Se utilizaron los siguientes cebadores: Rapid amplification of the 5 ’end of clone 3A22 (RACE-PCR): The following primers were used:
Cebador directo AP1 (5’ CTAATACGACTCACTATAGGGC 3’: SEQ ID NO:4), cebador correspondiente al adaptador AP1 creado en el extremo 5’de los ADNc sintetizados. Direct primer AP1 (5 ’CTAATACGACTCACTATAGGGC 3’: SEQ ID NO: 4), primer corresponding to the AP1 adapter created at the 5 ′ end of synthesized cDNAs.
Cebador reverso SR1 (5’ ACCCGCAGTAGTTTTATCCATTTGTTCG 3’: SEQ ID NO:5), diseñado a partir de la secuencia obtenida del clon 3A22 que solamente abarcaba el extremo 3’ del gen (nucleótidos de la posición 160 a 186 en la secuencia nucleotídica del gen completo, como se comprobó posteriormente). SR1 reverse primer (5 'ACCCGCAGTAGTTTTATCCATTTGTTCG 3': SEQ ID NO: 5), designed from the sequence obtained from clone 3A22 that only encompassed the 3 'end of the gene (nucleotides from position 160 to 186 in the nucleotide sequence of the gene complete, as checked later).
Amplificación por PCR de la secuencia completa codificante: Se diseñaron dos cebadores para la clonación del gen completo, un cebador directo SER5’ (5’ ATGATGACAGCATTACCGTTTTTAAC 3’: SEQ ID NO:6), con el codón de inicio ATG y parte de la nueva secuencia 5’ del gen y un cebador reverso SER3’ (5’ TCAGTGGAAACGACCAATAAACAGAATGCG 3’: SEQ ID NO:7) con el codón de terminación TGA y parte de la secuencia 3’. Como resultado se obtuvo un ADNc completo de 1194 nucleótidos (397 aa), representada por la secuencia de SEQ ID NO:1, correspondiente a la serpina de Anisakis simplex. PCR ampli fi cation of the complete coding sequence: Two primers were designed for cloning the complete gene, a direct SER5 'primer (5' ATGATGACAGCATTACCGTTTTTAAC 3 ': SEQ ID NO: 6), with the ATG start codon and part of the new 5 'gene sequence and a SER3' reverse primer (5 'TCAGTGGAAACGACCAATAAACAGAATGCG 3': SEQ ID NO: 7) with the TGA termination codon and part of the 3 'sequence. As a result, a complete cDNA of 1194 nucleotides (397 aa) was obtained, represented by the sequence of SEQ ID NO: 1, corresponding to the Anisakis simplex serpine.
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- Ejemplo 2 Example 2
Subclonación, expresión y purificación de AniSerp Subcloning, expression and purification of AniSerp
Una vez clonado el gen, la primera etapa para iniciar la caracterización de AniSerp fue la subclonación del ADNc en un vector de expresión para después inducir su expresión, seguida de la purificación de la proteína recombinante. El análisis de la secuencia con el programa SignalP 3.0 Server (Bendtsen et al., 2004) mostró que la molécula contenía un posible péptido señal (Metl-Gly25). Once the gene was cloned, the first stage to initiate the characterization of AniSerp was the subcloning of the cDNA into an expression vector and then inducing its expression, followed by the puri fi cation of the recombinant protein. Sequence analysis with the SignalP 3.0 Server program (Bendtsen et al., 2004) showed that the molecule contained a possible signal peptide (Metl-Gly25).
i) Subclonación i) Subcloning
Se diseñaron dos cebadores con los sitios de restricción SmaI y NotI para facilitar la posterior subclonación del ADNc de AniSerp en el vector de expresión pGEX-4T2 (Amersham). Además para hacer posible su expresión, se escindió la secuencia correspondiente al péptido señal, empleando el cebador directo 5’-SER-SPS (5’ CCCGGGATG CAGCAGACAATCGATGAT 3’) (SEQ ID NO:8). Como cebador reverso se utilizó 3’-SER-SPS (5’ GCGGCCGCT CAGTGGAAACGACCAATAA 3’) (SEQ ID NO:9) que incluyó el codon de terminación TGA. Así, se obtiene un ADNc de 1119 nucleótidos (372 aa más codón de parada), correspondiente a la serpina de Anisakis simplex (AniSerp). Two primers with the SmaI and NotI restriction sites were designed to facilitate subsequent subcloning of the AniSerp cDNA into the expression vector pGEX-4T2 (Amersham). In addition to making its expression possible, the sequence corresponding to the signal peptide was cleaved, using the direct primer 5’-SER-SPS (5 ’CCCGGGATG CAGCAGACAATCGATGAT 3’) (SEQ ID NO: 8). As a reverse primer, 3’-SER-SPS (5 ’GCGGCCGCT CAGTGGAAACGACCAATAA 3’) (SEQ ID NO: 9) was used, which included the TGA termination codon. Thus, a cDNA of 1119 nucleotides (372 aa plus stop codon), corresponding to the Anisakis simplex serpin (AniSerp), is obtained.
Como molde para la PCR se utilizó una dilución 1/100 del gen completo de la serpina de Anisakis simplex previamente clonado. As a template for PCR, a 1/100 dilution of the complete Anisakis simplex serpine gene previously cloned was used.
Tras purificar los productos de amplificación de AniSerp, estos y el vector comercial pGEX-4T2 (Amersham Biosciences) fueron digeridos con las enzimas de restricción SmaI y NotI. Se ligó el gen de AniSerp (sin el péptido señal) al vector pGEX-4T2, previamente desfosforilado, con la enzima T4 ligasa (Promega) durante toda la noche a 16ºC. Con el plásmido recombinante producido se transformaron células competentes XLIBlue [recA1 endA1 gyrA96 thi1 hsdR17 supE44 relA1 lac (F’ proAB lacIqZΔM15 Tn10 (Tetr))] (Stratagene) de Escherichia coli siguiendo el protocolo recomendado por la casa comercial. Se realizó una selección de los recombinantes positivos por PCR usando los cebadores 5’-SER-SPS y 3’-SER-SPS y como molde el ADN de las colonias crecidas. A partir de cultivos, en LBampicilina, de los recombinantes positivos se extrajo el ADN plasmídico con el kit comercial QIAGEN. Tras confirmar por secuenciación la correcta subclonación, con el plásmido recombinante producido se transformaron células competentes BL21 [F-, ompT, hsdS (rb-, mb-), gal] (Amersham Biosciences) de Escherichia coli mediante choque térmico siguiendo el protocolo recomendado por la casa comercial. After purifying the AniSerp amplification products, these and the commercial vector pGEX-4T2 (Amersham Biosciences) were digested with the restriction enzymes SmaI and NotI. The AniSerp gene (without the signal peptide) was linked to the previously dephosphorylated pGEX-4T2 vector with the enzyme T4 ligase (Promega) overnight at 16 ° C. With the recombinant plasmid produced, competent cells XLIBlue [recA1 endA1 gyrA96 thi1 hsdR17 supE44 relA1 lac (F 'proAB lacIqZΔM15 Tn10 (Tetr))] (Stratagene) of Escherichia coli were transformed following the protocol recommended by the commercial house. A selection of the positive recombinants was made by PCR using primers 5’-SER-SPS and 3’-SER-SPS and as a template the DNA of the grown colonies. From cultures, in LBampicillin, of the positive recombinants the plasmid DNA was extracted with the commercial kit QIAGEN. After confirming the correct subcloning by sequencing, with the recombinant plasmid produced, competent BL21 cells [F-, ompT, hsdS (rb-, mb-), gal] (Esmersichia coli Amersham Biosciences) were transformed by thermal shock following the protocol recommended by The commercial house.
ii) Expresión de la proteína recombinante ii) Expression of recombinant protein
La expresión de la proteína recombinante se indujo de acuerdo a diferentes protocolos con el fin de obtener proteínas de fusión solubles y con plegamiento similar al nativo, de forma que se pudieran llevar a cabo ensayos enzimáticos con el producto de expresión purificado. Se ensayaron varios protocolos de expresión, en los que se combinaban distintas temperaturas de incubación con diferentes concentraciones de inductor, ITPG (Isopropil β-D-1-tiogalactopiranósido, de SIGMA) y diversos tiempos de incubación. Los protocolos testados fueron los siguientes. The expression of the recombinant protein was induced according to different protocols in order to obtain soluble fusion proteins and with folding similar to the native one, so that enzymatic tests could be carried out with the purified expression product. Several expression protocols were tested, in which different incubation temperatures were combined with different concentrations of inducer, ITPG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside, from SIGMA) and various incubation times. The protocols tested were the following.
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- Ta incubación= 37ºC, ITPG= 1 mM, Tiempo=4 horas. Ta incubation = 37 ° C, ITPG = 1 mM, Time = 4 hours.
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- Ta incubación= 37ºC, ITPG= 0,5 mM, Tiempo=4 horas. Ta incubation = 37 ° C, ITPG = 0.5 mM, Time = 4 hours.
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- Ta incubación= 37ºC, ITPG= 0,1 mM, Tiempo=4 horas. Ta incubation = 37 ° C, ITPG = 0.1 mM, Time = 4 hours.
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- Ta incubación= 37ºC, ITPG= 0,01 mM, Tiempo=4 horas. Ta incubation = 37 ° C, ITPG = 0.01 mM, Time = 4 hours.
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- Ta incubación= 16ºC, ITPG= 1 mM, Tiempo=24 horas. Ta incubation = 16 ° C, ITPG = 1 mM, Time = 24 hours.
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- Ta incubación= 16ºC, ITPG= 0,5 mM, Tiempo=24 horas. Ta incubation = 16 ° C, ITPG = 0.5 mM, Time = 24 hours.
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- Ta incubación= 16ºC, ITPG= 0,1 mM, Tiempo=24 horas. Ta incubation = 16 ° C, ITPG = 0.1 mM, Time = 24 hours.
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- Ta incubación= 16ºC, ITPG= 0,01 mM, Tiempo=24 horas. Ta incubation = 16 ° C, ITPG = 0.01 mM, Time = 24 hours.
El protocolo con Ta incubación=16ºC, ITPG= 0,01 mM, Tiempo=24 horas, proporcionó la proteína de fusión AniSerp como un producto soluble. La proteína recombinante AniSerp, sin el péptido señal, tenía un marco abierto de lectura de 1119 nucleótidos, que codificaban 372 residuos aminoacídicos, a los que hay que sumar los aminoácidos de la molécula de GST (glutatión-S-transferasa). The protocol with Ta incubation = 16 ° C, ITPG = 0.01 mM, Time = 24 hours, provided the AniSerp fusion protein as a soluble product. The recombinant AniSerp protein, without the signal peptide, had an open reading frame of 1119 nucleotides, which encoded 372 amino acid residues, to which the amino acids of the GST molecule (glutathione-S-transferase) must be added.
iii) Purificación de la proteína recombinante (AniSerp) iii) Puri fi cation of the recombinant protein (AniSerp)
Una vez obtenida la proteína de fusión AniSerp en su forma soluble, se purificó mediante cromatografía de afinidad al glutatión empleando perlas de glutatión-Sefarosa (Amersham Biosciences), seguida de elución utilizando un tampón de elución con glutatión 10 mM (Amersham Biosciences). Esta cromatografía se basa en el hecho de que las proteínas de fusión a GST facilitan la purificación de los recombinantes gracias a la alta afinidad de la GST por la molécula de glutatión. A través de este proceso se logró purificar la proteína recombinante en un estado similar a la molécula nativa. Después, la AniSerp recombinante purificada se dializó y posteriormente se determinó la concentración de proteína mediante el kit de ensayo de proteínas de BCA (Pierce, Smith et al., 1985), usando albúmina sérica bovina como patrón. Once the AniSerp fusion protein was obtained in its soluble form, it was purified by glutathione affinity chromatography using glutathione-Sepharose beads (Amersham Biosciences), followed by elution using an elution buffer with 10 mM glutathione (Amersham Biosciences). This chromatography is based on the fact that GST fusion proteins facilitate the puri fi cation of recombinants thanks to the high affinity of GST by the glutathione molecule. Through this process it was possible to purify the recombinant protein in a state similar to the native molecule. Then, the purified recombinant AniSerp was dialyzed and subsequently the protein concentration was determined by the BCA protein assay kit (Pierce, Smith et al., 1985), using bovine serum albumin as the standard.
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- Ejemplo 3 Example 3
Ensayos inhibitorios Inhibitory assays
Una vez purificada la proteína recombinante en su supuesta forma activa, se llevó a cabo el análisis de la secuencia mediante BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) con el fin de seleccionar las posibles dianas a estudiar. Las comparaciones con la base de datos mostraron similitudes con diferentes inhibidores de serina proteasas descritas en otros organismos. Los mayores valores de similitud se encontraron con el inhibidor de la serina proteasa, similar al del clade B, de Bos taurus (XP001254097, valor E < 6,10−60), la serpina 3b de ratón (Mus musculus, AAR89288, valor E < 4,10−59) y la proteína 1 relacionada con el antígeno 2 de carcinoma de células escamosas, también de ratón (Mus musculus, AAN62872, valor E < 1,10−58), con un 37,2% de identidad con la primera y 36,7% con las dos últimas, respectivamente, cuando la comparación se hace con el péptido señal, siendo aún menor la identidad (36,1% con cualquiera de las tres proteínas citadas) cuando la comparación se hace sin el péptido señal. Como se ve, tanto en el caso de la proteína madura como en el caso de la forma inmadura, no se encuentra ninguna secuencia con una identidad con AniSerp que llegue al 40%). El valor E, que mide la Habilidad del porcentaje de similitud encontrado, siendo éste más fiable cuanto menor sea el valor de E, es en todos los casos bastante bajo. Once the recombinant protein was purified in its supposed active form, sequence analysis was carried out using BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) in order to select the possible targets to study. Comparisons with the database showed similarities with different serine protease inhibitors described in other organisms. The highest similarity values were found with the serine protease inhibitor, similar to that of clade B, from Bos taurus (XP001254097, value E <6.10-60), mouse serpin 3b (Mus musculus, AAR89288, value E <4.10-59) and protein 1 related to squamous cell carcinoma antigen 2, also mouse (Mus musculus, AAN62872, E value <1.10-58), with a 37.2% identity with the first and 36.7% with the last two, respectively, when the comparison is made with the signal peptide, the identity being even lower (36.1% with any of the three proteins mentioned) when the comparison is made without the peptide signal. As you can see, both in the case of the mature protein and in the case of the immature form, there is no sequence with an identity with AniSerp that reaches 40%). The value E, which measures the ability of the percentage of similarity found, being more reliable the lower the value of E, is in all cases quite low.
Debido a esta variabilidad, se decidió llevar a cabo los ensayos de actividad de inhibición de las siguientes serinaproteasas: tripsina, plasmina, y trombina. Puesto que se encontraron coincidencias con una similitud significativa con el antígeno 2 de carcinoma de células escamosa y las proteínas relacionadas, y estas serpinas son serpinas de clase cruzada capaces de inhibir tanto cisterna proteasas como serina proteasas (Sakata et al., 2004), también se ensayó la inhibición de la actividad de las cisterna proteasas catepsina ByLydela serina proteasa catepsina G, cuya inhibición de la actividad ha sido descrita para la serpina de clase cruzada 3b. Finalmente, se comprobó también la actividad inhibitoria utilizando un sustrato que es hidrolizado específicamente por una serina proteasa de Anisakis simplex descrita por Morris & Sakanary (1994) (SIGMA Aldrich). Due to this variability, it was decided to carry out the inhibition activity tests of the following serine proteases: trypsin, plasmin, and thrombin. Since coincidences were found with a significant similarity with squamous cell carcinoma antigen 2 and related proteins, and these serpins are cross-class serpins capable of inhibiting both cistern proteases and serine proteases (Sakata et al., 2004), also Inhibition of the activity of the cathepsin cysteine proteases ByLydela serine protease cathepsin G, whose inhibition of activity has been described for cross-class serpine 3b, was tested. Finally, the inhibitory activity was also verified using a substrate that is specifically hydrolyzed by an Anisakis simplex serine protease described by Morris & Sakanary (1994) (SIGMA Aldrich).
Así, se estableció la actividad inhibitoria de AniSerp sobre ocho proteasas (plasmina, factor Xa, trombina, tripsina, catepsina B, catepsina L, catepsina G y la actividad serina proteasa de Anisakis simplex) midiendo la actividad proteolítica residual después de la incubación de cada una de estas enzimas con AniSerp recombinante purificada (serpina recombinante de Anisakis simplex más GST). Los sustratos utilizados para los ensayos enzimáticos de tripsina, plasmina, trombina, factor Xa y catepsina B, L, y catepsina G fueron Boc-Gln-Ala-Arg-AMC en Tris-HCl 50 mM pH 8, NaCl 0,15 M, CaCl2 1 mM; Boc-Val-Leu-Lys-AMC en Tris-HCl 50 mM pH 8, NaCl 50 mM; Boc-Val-Pro-Arg-AMC en Tris-HCl 50 mM pH 8, NaCl 100 mM; Boc-Ile-Glu-Gly-Arg-AMC en Tris-HCl 50 mM pH 8,3, CaCl2 5 mM, NaCl 0,2 mM y Z-Arg-Arg-AMC, Z-Phe-Arg-AMC en Citrato sódico 50 mM pH 5,5, EDTA 5 mM, DTT 20 mM, BSA al 0,005% y N-Succinil-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA en Tris-HCl 50 mM pH 7,5 respectivamente. También se realizaron ensayos con el sustrato NCBZ-Gly-Pro-Arg-AMC en Tris-HCl 50 mM pH 7,5 con NaCl 20 mM que es específicamente hidrolizado por la serina proteasa de Anisakis simplex descrita por Morris & Sakanary (1994), utilizando un extracto crudo del nematodo como fuente de la enzima. Todos los sustratos se adquirieron a SIGMA Aldrich. Los ensayos se llevaron a cabo con la incubación previa de AniSerp con cada enzima durante 10 min a 37ºC, en su tampón de reacción previamente indicado. La concentración óptima de cada enzima utilizada se determinó con anterioridad mediante estudio de cinética enzimática seleccionando aquella concentración que mostraba una relación lineal con el tiempo de reacción (30 min). Después de la adición de sustrato 100 μM a la mezcla de reacción, se midió la actividad residual de la enzima mediante monitorización continua empleando, para los sustratos fluorescentes (con AMC), longitudes de onda de excitación y emisión de 380 y 460 nm respectivamente, en un lector de fluorescencia de microplacas Victor 3, 1420 de Perkin Elmer y para el sustrato cromogénico (pNA) una longitud de onda de 405 nm en un lector de absorbancia de microplacas ELX 800TM de Bioteck. Como control se utilizó la proteína glutatión transferasa (GST). Los ensayos fueron realizados por triplicado y bajo condiciones en las que el tiempo de incubación y la concentración de enzima guardaron una relación lineal con la actividad. Thus, the inhibitory activity of AniSerp was established on eight proteases (plasmin, factor Xa, thrombin, trypsin, cathepsin B, cathepsin L, cathepsin G and the serine protease activity of Anisakis simplex) by measuring the residual proteolytic activity after the incubation of each one of these enzymes with purified recombinant AniSerp (recombinant Anisakis simplex serpine plus GST). The substrates used for the enzymatic tests of trypsin, plasmin, thrombin, factor Xa and cathepsin B, L, and cathepsin G were Boc-Gln-Ala-Arg-AMC in 50 mM Tris-HCl pH 8, 0.15 M NaCl, 1 mM CaCl2; Boc-Val-Leu-Lys-AMC in 50 mM Tris-HCl pH 8, 50 mM NaCl; Boc-Val-Pro-Arg-AMC in 50 mM Tris-HCl pH 8, 100 mM NaCl; Boc-Ile-Glu-Gly-Arg-AMC in 50 mM Tris-HCl pH 8.3, 5 mM CaCl2, 0.2 mM NaCl and Z-Arg-Arg-AMC, Z-Phe-Arg-AMC in Sodium Citrate 50 mM pH 5.5, 5 mM EDTA, 20 mM DTT, 0.005% BSA and N-Succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA in 50 mM Tris-HCl pH 7.5 respectively. Tests were also performed with the NCBZ-Gly-Pro-Arg-AMC substrate in 50 mM Tris-HCl pH 7.5 with 20 mM NaCl which is specifically hydrolyzed by the Anisakis simplex protease serine described by Morris & Sakanary (1994), using a crude extract of the nematode as a source of the enzyme. All substrates were purchased from SIGMA Aldrich. The tests were carried out with the previous incubation of AniSerp with each enzyme for 10 min at 37 ° C, in its previously indicated reaction buffer. The optimum concentration of each enzyme used was previously determined by studying enzymatic kinetics by selecting that concentration that showed a linear relationship with the reaction time (30 min). After the addition of 100 μM substrate to the reaction mixture, the residual activity of the enzyme was measured by continuous monitoring using, for fluorescent substrates (with AMC), excitation and emission wavelengths of 380 and 460 nm respectively, in a Victor 3, 1420 microplate fluorescence reader from Perkin Elmer and for the chromogenic substrate (pNA) a wavelength of 405 nm in a Bioteck ELX 800TM microplate absorbance reader. As a control, glutathione transferase protein (GST) was used. The assays were performed in triplicate and under conditions in which the incubation time and enzyme concentration were linearly related to the activity.
Los resultados obtenidos se muestran en la Fig. 2. Dicha Fig. 2 muestra que AniSerp fue capaz de inhibir sólo la trombina y las catepsinaLyGauna concentración de 500 μg/ml; Las otras proteasas no fueron inhibidas por AniSerp. Merece destacarse que, mientras que la trombina fue completamente inhibida a esta concentración, el porcentaje de inhibición de catepsinas fue significativamente menor, 36% para la catepsina L y 58% para la catepsina G. Estos últimos resultados están en consonancia con la hipotética naturaleza de serpina de clase cruzada de AniSerp. The results obtained are shown in Fig. 2. Said Fig. 2 shows that AniSerp was able to inhibit only thrombin and cathepsin and a concentration of 500 μg / ml; The other proteases were not inhibited by AniSerp. It should be noted that, while thrombin was completely inhibited at this concentration, the percentage of cathepsin inhibition was significantly lower, 36% for cathepsin L and 58% for cathepsin G. These latter results are consistent with the hypothetical nature of AniSerp cross class serpina.
Además, debe resaltarse que sólo la inhibición de la trombina humana se mantuvo en el tiempo y fue dependiente de dosis, mostrando una CI50 de 36,68 μg/ml, y observándose una inhibición de más del 90% con 200 μg/ml (Fig. 3). In addition, it should be noted that only the inhibition of human thrombin was maintained over time and was dose dependent, showing an IC50 of 36.68 μg / ml, and an inhibition of more than 90% was observed with 200 μg / ml (Fig . 3).
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- Ejemplo 4 Example 4
Modelado estructural y de la interacción con trombina Structural modeling and interaction with thrombin
Una vez demostrada la actividad antitrombina, se decidió llevar a cabo un análisis “in silico” de la molécula de AniSerp con el fin de definir su posible modelo estructural y su interacción con la trombina humana, puesto que, en general, las serpinas son una superfamilia de proteínas caracterizadas por plegarse en una estructura conservada y por emplear un mecanismo inhibitorio único similar al de los sustratos suicidas. Con el fin de obtener una representación fiable de las supuestas interacciones entre AniSerp y la trombina humana, se generaron tres modelos diferentes en 3D basados en la homología, correspondientes a los tres estadios diferentes de la serpina: inactivo o latente, activo Once the antithrombin activity was demonstrated, it was decided to carry out an “in silico” analysis of the AniSerp molecule in order to define its possible structural model and its interaction with human thrombin, since, in general, serpins are a protein superfamily characterized by folding into a conserved structure and by employing a unique inhibitory mechanism similar to that of suicidal substrates. In order to obtain a reliable representation of the alleged interactions between AniSerp and human thrombin, three different 3D models based on homology were generated, corresponding to the three different stages of the serpin: inactive or latent, active
o nativo, y unido a trombina. Los modelos estructurales en tres dimensiones de AniSerp se ensamblaron utilizando procedimientos de modelado por homología basados en las estructuras del Banco de Datos de Proteínas, seleccionadas en base a la similitud superior de secuencias, cobertura y compatibilidad de secuencia respecto a la estructura. or native, and attached to thrombin. The three-dimensional structural models of AniSerp were assembled using homology modeling procedures based on Protein Data Bank structures, selected based on superior sequence similarity, coverage and sequence compatibility with respect to the structure.
Para generar los dos primeros modelos (inactivo o latente y activo o nativo), se aplicó una estrategia mixta basada en búsqueda de moldes por secuencia y por secuencia frente a estructura, utilizando el algoritmo BLAST (Altschul et al., 1997) y el servidor de engarzado (reconocimiento de plegamiento) Phyre (Bennett-Lovsey et al., 2008) (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov; http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre/). To generate the first two models (inactive or latent and active or native), a mixed strategy was applied based on mold search by sequence and sequence versus structure, using the BLAST algorithm (Altschul et al., 1997) and the server Crimp (folding recognition) Phyre (Bennett-Lovsey et al., 2008) (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov; http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre /).
Los moldes seleccionados fueron dos serpinas diferentes, una en estado latente y otra en estado nativo, ambas con un alto grado de similitud (valor E < 10−38) con respecto a la búsqueda original (secuencia de AniSerp). Los moldes seleccionados fueron concretamente: 1DVN (forma latente del inhibidor I del activador del plasminógeno humano; Stout et al., 2000) y 2DUT (conformación nativa de MENT: Myeloid and Erythroid Nuclear Termination stage-specific protein, McGowan et al., 2006). The molds selected were two different serpins, one in the latent state and the other in the native state, both with a high degree of similarity (value E <10−38) with respect to the original search (AniSerp sequence). The selected templates were specifically: 1DVN (latent form of the human plasminogen activator inhibitor I; Stout et al., 2000) and 2DUT (native MENT conformation: Myeloid and Erythroid Nuclear Termination stage-speci fi c protein, McGowan et al., 2006 ).
Una vez que se seleccionaron los moldes, se utilizaron procedimientos normalizados de modelado para generar los modelos finales en 3D. Dichos modelos se construyeron utilizando las herramientas del servidor SWISS-MODEL (Guex et al., 1999; Peitsch, 1996; Schwede et al., 2003) en http://swissmodel.expasy.org//SWISS-MODEL.html, y su calidad estructural se comprobó empleando los programas de análisis proporcionados por el mismo servidor (Anolea/Gromos/Verify3D). Para optimizar las geometrías, se buscó la minimización de la energía en los modelos utilizando el campo de fuerza de GROMOS 43B1 implementado en DeepView (Guex & Peitsch, 1997), utilizando 500 pasos de la minimización descendente con mayor pendiente, seguidos de 500 pasos de minimización de gradiente-conjugado. Once the molds were selected, standard modeling procedures were used to generate the final 3D models. These models were built using the SWISS-MODEL server tools (Guex et al., 1999; Peitsch, 1996; Schwede et al., 2003) at http://swissmodel.expasy.org//SWISS-MODEL.html, and its structural quality was checked using the analysis programs provided by the same server (Anolea / Gromos / Verify3D). To optimize the geometries, the minimization of energy in the models was sought using the force field of GROMOS 43B1 implemented in DeepView (Guex & Peitsch, 1997), using 500 steps of downward minimization with greater slope, followed by 500 steps of gradient-conjugate minimization.
Los modelos finales en 3D se muestran en la Fig. 4. El modelo de AniSerp latente mostró todas las características descritas de las serpinas clásicas de mamíferos, con la presencia de una lámina β antiparalela de seis hebras, en las que la hebra central contiene varios residuos del bucle central reactivo (RCL). Esta observación está en consonancia con el hecho descrito por Zang & Maizels (2001), quienes comunicaron que, aunque las serpinas de nematodos tienen una baja similitud en la secuencia primaria global con respecto a las serpinas de especies de mamíferos, son capaces de adquirir una estructura terciaria común altamente ordenada que consiste en nueve hélices α y tres láminas β, que permiten que el inhibidor interaccione específicamente con la enzima. La comparación de los modelos de la forma latente y activa y, particularmente, de la posición del bucle del centro reactivo (RCL) en cada una de ellas, muestra la gran reorganización estructural, asociada al cambio conformacional de la proteína, que se produce al pasar de una a otra forma. The final 3D models are shown in Fig. 4. The latent AniSerp model showed all the described characteristics of the classic mammalian serpins, with the presence of a six-strand antiparallel β sheet, in which the central strand contains several residues of the reactive central loop (RCL). This observation is in line with the fact described by Zang & Maizels (2001), who reported that, although nematode serpins have a low similarity in the overall primary sequence with respect to mammalian species serpins, they are capable of acquiring a Commonly ordered tertiary structure consisting of nine α helices and three β sheets, which allow the inhibitor to interact specifically with the enzyme. The comparison of the models of the latent and active form and, particularly, of the position of the loop of the reactive center (RCL) in each of them, shows the great structural reorganization, associated with the conformational change of the protein, which occurs at move from one form to another.
Para conseguir un modelo del complejo propuesto de AniSerp y trombina humana, se aplicó una estrategia similar a la anterior, basada en búsqueda de moldes por secuencia y por secuencia frente a estructura, utilizando el algoritmo Blast y el servidor de engarzado (reconocimiento de plegamiento) Phyre. De esta manera, se seleccionó el molde de trombina 1JMO (Baglin et al., 2002), obtenido de la estructura cristalina del complejo trombina-co factor II de la heparina humana, que incluye una forma inactiva de la trombina humana y el cofactor II de la heparina humana (HCII), una proteína con un alto grado de similitud de secuencia (valor E < 10−33) con AniSerp. Además, previamente a la dinámica molecular y, con el fin de obtener un modelo más realista, también se remodeló la estructura de la trombina humana incluida en el archivo tipo PDB 1JMO, colocando un residuo de serina (Ser205) en el centro activo, en la posición catalítica, en lugar de la alanina (Ala205) mutada que aparece en la forma inactiva cristalizada de la trombina humana. El modelo global inicial de interacción obtenido se muestra en la Fig. 5A, en la que se puede ver cómo el RCL expuesto de AniSerp interacciona con la trombina humana. To achieve a model of the proposed complex of AniSerp and human thrombin, a strategy similar to the previous one was applied, based on search of molds by sequence and by sequence versus structure, using the Blast algorithm and the crimping server (folding recognition) Phyre Thus, the thrombin mold 1JMO (Baglin et al., 2002), obtained from the crystalline structure of the thrombin-co factor II complex of human heparin, which includes an inactive form of human thrombin and cofactor II was selected of human heparin (HCII), a protein with a high degree of sequence similarity (value E <10−33) with AniSerp. In addition, prior to molecular dynamics and, in order to obtain a more realistic model, the structure of the human thrombin included in the PDB 1JMO file was also remodeled, placing a serine residue (Ser205) in the active center, in the catalytic position, instead of the mutated alanine (Ala205) that appears in the inactive crystallized form of human thrombin. The initial overall interaction model obtained is shown in Fig. 5A, in which it can be seen how the exposed RCL of AniSerp interacts with human thrombin.
Finalmente, para obtener un modelo de alta calidad para el contacto propuesto entre la trombina humana y Ani-Serp, la estructura resultante de los procedimientos de modelado por homología se sometió a una etapa corta, de 2 nanosegundos, de simulación de dinámica molecular normalizada utilizando el módulo PMEMD del paquete AM-BER9 (Case et al., 2005) y el juego de parámetros parm99 de esta distribución. El objetivo de esta etapa es ayudar a que los aminoácidos de las cadenas laterales, así como el esqueleto del RCL, encuentren una conformación estable de baja energía. La estructura minimizada fue útil para analizar la naturaleza de los contactos específicos entre ambas proteínas. La Fig. 5B muestra el surco del sustrato trombina (que implica a los aminoácidos de AniSerp Met358 a Phe374). La Fig. 5C incluye los contactos con el centro activo, que implican a la tríada catalítica de la trombina His43, Asp99 y Ser205, y los residuos de AniSerp Arg361 (P1) y Ser362 (P1’). Finally, to obtain a high quality model for the proposed contact between human thrombin and Ani-Serp, the structure resulting from the homology modeling procedures was subjected to a short, 2 nanosecond stage of standardized molecular dynamics simulation using the PMEMD module of the AM-BER9 package (Case et al., 2005) and the parameter set parm99 of this distribution. The objective of this stage is to help the amino acids of the side chains, as well as the RCL skeleton, find a stable low energy conformation. The minimized structure was useful to analyze the nature of the specific contacts between both proteins. Fig. 5B shows the groove of the thrombin substrate (which involves the amino acids of AniSerp Met358 to Phe374). Fig. 5C includes contacts with the active center, which involve the catalytic triad of thrombin His43, Asp99 and Ser205, and the AniSerp residues Arg361 (P1) and Ser362 (P1 ’).
Como la antitrombina humana (AT) inhibe la actividad coagulatoria de las serina proteasas trombina y factor Xa, también se ensayó el efecto de AniSerp sobre la actividad del factor Xa y no se encontró efecto alguno (Fig. 2-Factor Xa). Since human antithrombin (AT) inhibits the coagulatory activity of serine proteases thrombin and factor Xa, the effect of AniSerp on factor Xa activity was also tested and no effect was found (Fig. 2-Factor Xa).
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- Ejemplo 5 Example 5
Ensayo del efecto de la heparina Test of the effect of heparin
Está bien documentado que la actividad de inhibidores tales como AT y HCII se ve potenciada en gran medida por la heparina, así que se decidió ensayar el efecto de la heparina sobre la actividad de AniSerp. It is well documented that the activity of inhibitors such as AT and HCII is greatly enhanced by heparin, so it was decided to test the effect of heparin on the activity of AniSerp.
El ensayo se llevó a cabo en 200 μl de NaCl 0,15 mM, HEPES 0,02 mM, 1 mg/ml de polietilenglicol (Mr = 8.000), y 1 mg/ml de albúmina de suero bovino (BSA), pH 7,4. Las mezclas de la reacción de inhibición contenían 0,1 μg/ml-100 μg/ml de heparina y 30 μg/ml de serpina. La reacción se inició añadiendo trombina 5 nM. Después de 5 minutos de incubación, se añadieron 50 μl de una solución que contenía Boc-Val-Pro-Arg-AMC 100 μM y 1,5 mg/ml de Polybrene. La actividad residual de la trombina se determinó midiendo la hidrólisis del sustrato fluorescente en un lector de fluorescencia de microplacas (Víctor 3, 1420 de Perkin Elmer). The assay was carried out in 200 μl of 0.15 mM NaCl, 0.02 mM HEPES, 1 mg / ml of polyethylene glycol (Mr = 8,000), and 1 mg / ml of bovine serum albumin (BSA), pH 7 ,4. The inhibition reaction mixtures contained 0.1 μg / ml-100 μg / ml of heparin and 30 μg / ml of serpine. The reaction was started by adding 5 nM thrombin. After 5 minutes of incubation, 50 μl of a solution containing 100 μM Boc-Val-Pro-Arg-AMC and 1.5 mg / ml of Polybrene were added. The residual thrombin activity was determined by measuring the hydrolysis of the fluorescent substrate in a microplate fluorescence reader (Victor 3, 1420 of Perkin Elmer).
La heparina (0,1 a 100 μg/ml) no tuvo ningún efecto sobre la actividad de AniSerp aunque incrementó la actividad inhibitoria de la AT de control. Heparin (0.1 to 100 μg / ml) had no effect on the activity of AniSerp although it increased the inhibitory activity of control TA.
Con el fin de estudiar el diferente comportamiento de AniSerp, se investigaron los residuos de AniSerp que pudieran ser sitios hipotéticos de unión de heparina mediante el alineamiento de la secuencia con los residuos de los sitios de unión de AT y HCII, con heparina que han sido previamente descritos (Baglin et al., 2002). Adicionalmente para comparar la posición en 3D de los sitios de unión de heparina, se llevó a cabo el alineamiento estructural entre el modelo de AniSerp obtenido tras los procedimientos de dinámica molecular y las estructuras del Banco de Datos de Proteínas 1JMO (HCII humana; Baglin et al., 2002) y 1ATH (antitrombina-III humana; Schreuder et al., 1994) utilizando el programa Dali (Holm et al., 2008). Los trazados de la estructura se generaron utilizando PyMOL (DeLano Scientific, San Carlos, CA). In order to study the different behavior of AniSerp, AniSerp residues that could be hypothetical heparin binding sites were investigated by aligning the sequence with residues of the AT and HCII binding sites, with heparin that have been previously described (Baglin et al., 2002). Additionally, to compare the 3D position of the heparin binding sites, structural alignment was carried out between the AniSerp model obtained after the molecular dynamics procedures and the structures of the 1JMO Protein Data Bank (human HCII; Baglin et al., 2002) and 1ATH (human antithrombin-III; Schreuder et al., 1994) using the Dali program (Holm et al., 2008). Structure traces were generated using PyMOL (DeLano Scienti fi c, San Carlos, CA).
La Fig. 6 muestra la secuencia y el alineamiento estructural de las tres proteínas. Ninguno de los seis residuos críticos (marcados como esferas en la Fig. 6) e implicados en la unión de la heparina al HCII (Lysl73, Argl84, Lysl85, Argl89, Argl92, y Argl93) están presentes en la secuencia de AniSerp, y sólo se reconoce una sustitución conservativa en la posición 192 (Arg/Lys). Esta carencia de conservación de residuos críticos puede explicar los resultados obtenidos cuando la actividad de inhibición de AniSerp se ensayó en presencia de heparina. Fig. 6 shows the sequence and structural alignment of the three proteins. None of the six critical residues (marked as spheres in Fig. 6) and involved in the binding of heparin to HCII (Lysl73, Argl84, Lysl85, Argl89, Argl92, and Argl93) are present in the AniSerp sequence, and only a conservative substitution is recognized at position 192 (Arg / Lys). This lack of conservation of critical residues can explain the results obtained when the inhibition activity of AniSerp was tested in the presence of heparin.
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Claims (27)
- 2. 2.
- Polipéptido según la reivindicación 1, que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEQ ID NO:3. Polypeptide according to claim 1, comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3.
- 3. 3.
- Polipéptido según la reivindicación 1, que comprende una secuencia de aminoácidos que presenta estructura de serpina con capacidad de inhibir a la trombina humana, en el que dicha secuencia es idéntica a SEQ ID NO:3 en un porcentaje que se selecciona del grupo del 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99,5% y 99,9%. Polypeptide according to claim 1, comprising an amino acid sequence having a serpine structure capable of inhibiting human thrombin, wherein said sequence is identical to SEQ ID NO: 3 in a percentage selected from the 50% group , 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99.5% and 99.9%.
- 4. Four.
- Polipéptido según la reivindicación 1, que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEQ ID NO:2. Polypeptide according to claim 1, comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
- 5. 5.
- Polipéptido según la reivindicación 1, que comprende una secuencia de aminoácidos que presenta estructura de serpina con capacidad de inhibir a la trombina humana, en el que dicha secuencia es idéntica a SEQ ID NO:2 en un porcentaje que se selecciona del grupo del 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99,5% y 99,9%. Polypeptide according to claim 1, comprising an amino acid sequence having a serpine structure capable of inhibiting human thrombin, wherein said sequence is identical to SEQ ID NO: 2 in a percentage selected from the 50% group , 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99.5% and 99.9%.
- 6. 6.
- Polipéptido según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es una proteína de fusión que comprende la secuencia de una segunda proteína. Polypeptide according to any one of the preceding claims, which is a fusion protein comprising the sequence of a second protein.
- 8. 8.
- Polipéptido según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuya capacidad de inhibición de la trombina humana no se ve afectada por la presencia de heparina. Polypeptide according to any one of the preceding claims, whose ability to inhibit human thrombin is not affected by the presence of heparin.
- 9. 9.
- Polipéptido según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presenta también capacidad de inhibir las catepsinasGyL. Polypeptide according to any one of the preceding claims, which also has the ability to inhibit Cathepsins GyL.
- 10. 10.
- Una molécula aislada de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica una serpina con capacidad de inhibir la trombina humana seleccionada del grupo que consiste en: An isolated nucleic acid molecule comprising a sequence that encodes a serpine capable of inhibiting human thrombin selected from the group consisting of:
- 11. eleven.
- Molécula de ácido nucleico según la reivindicación 10, que comprende una secuencia que codifica una secuencia polipeptídica idéntica a la representada por SEQ ID NO:3. Nucleic acid molecule according to claim 10, comprising a sequence encoding a polypeptide sequence identical to that represented by SEQ ID NO: 3.
- 12. 12.
- Molécula de ácido nucleico según la reivindicación 10, que comprende una secuencia que codifica una secuencia polipeptídica idéntica a la representada por SEQ ID NO:2. Nucleic acid molecule according to claim 10, comprising a sequence encoding a polypeptide sequence identical to that represented by SEQ ID NO: 2.
- 13. 13.
- Molécula de ácido nucleico según la reivindicación 12, que comprende la secuencia representada por SEQ ID NO: 1. Nucleic acid molecule according to claim 12, comprising the sequence represented by SEQ ID NO: 1.
- 14. 14.
- Molécula de ácido nucleico según la reivindicación 10, que comprende un fragmento de secuencia que codifica una secuencia polipeptídica que es idéntica a la representada por SEQ ID NO:2 al menos en un porcentaje que se selecciona del grupo de 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 99,5% y 99,9%. Nucleic acid molecule according to claim 10, comprising a sequence fragment encoding a polypeptide sequence that is identical to that represented by SEQ ID NO: 2 at least in a percentage that is selected from the group of 50%, 60%, 70 %, 80%, 90%, 95%, 99%, 99.5% and 99.9%.
- 15. fifteen.
- Un vector de expresión que comprende la secuencia de ADN correspondiente a la molécula de ácido nucleico de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14 unida operativamente a una secuencia de control de la expresión. An expression vector comprising the DNA sequence corresponding to the nucleic acid molecule of any one of claims 10 to 14 operatively linked to an expression control sequence.
- 16. 16.
- Una célula hospedadora transformada con un vector de expresión de la reivindicación 15. A host cell transformed with an expression vector of claim 15.
- 17. 17.
- Célula hospedadora según la reivindicación 16, que es una bacteria, una levadura, o una célula eucariótica. Host cell according to claim 16, which is a bacterium, a yeast, or a eukaryotic cell.
- 18. 18.
- Un método para producir una proteína que comprende las etapas de: A method of producing a protein comprising the steps of:
- 19. 19.
- Uso de un polipéptido de una cualquiera de las reivindicaciones1a9 para la preparación de un medicamento. Use of a polypeptide of any one of claims 1-9 for the preparation of a medicament.
- 20. twenty.
- Uso según la reivindicación 19, en el que el medicamento está destinado a ser utilizado como anticoagulante. Use according to claim 19, wherein the medicament is intended to be used as an anticoagulant.
- 21. twenty-one.
- Uso según la reivindicación 20, en el que el medicamento está destinado a pacientes en los que se sospeche que puede haber alguna alteración en proteínas de la cascada de coagulación distintas de la trombina, a pacientes inmunodeprimidos, a pacientes con trastornos hepáticos, a pacientes con coagulopatías de consumo con coagulación intravascular diseminada, a pacientes que presenten estados de hipercoagulabilidad asociados al uso de heparina o a pacientes con déficit de antitrombina III. Use according to claim 20, wherein the medicament is intended for patients in whom it is suspected that there may be some alteration in coagulation cascade proteins other than thrombin, to immunocompromised patients, to patients with liver disorders, to patients with consumption coagulopathies with disseminated intravascular coagulation, to patients with hypercoagulable states associated with the use of heparin or to patients with antithrombin III deficiency.
- 22. 22
- Uso según la reivindicación 20, en el que el medicamento está destinado a ser administrado como anticoagulante durante períodos perioperatorios. Use according to claim 20, wherein the medicament is intended to be administered as an anticoagulant during perioperative periods.
- 23. 2. 3.
- Uso según la reivindicación 22, en el que el medicamento está destinado a ser administrado durante el período perioperatorio de la cirugía cardiopulmonar, y de la cirugía traumatológica. Use according to claim 22, wherein the medicament is intended to be administered during the perioperative period of cardiopulmonary surgery, and trauma surgery.
- 24. 24.
- Uso según la reivindicación 23, en el que el medicamento está destinado a ser administrado durante el período perioperatorio de la cirugía traumatológica en tratamientos de sustitución completa de cadera y rodilla. Use according to claim 23, wherein the medicament is intended to be administered during the perioperative period of traumatic surgery in full hip and knee replacement treatments.
- 25. 25.
- Uso según la reivindicación 19, en el que el medicamento está destinado a pacientes con síndrome coronario agudo, fibrilación auricular, enfermedad coronaria crónica, prótesis mecánicas o articulares y válvulas cardíacas o vasculares. Use according to claim 19, wherein the medicament is intended for patients with acute coronary syndrome, atrial fibrillation, chronic coronary disease, mechanical or joint prostheses and cardiac or vascular valves.
- 26. 26.
- Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 25, en el que el medicamento está destinado a ser administrado sin la administración simultánea de heparina. Use according to any one of claims 20 to 25, wherein the medicament is intended to be administered without the simultaneous administration of heparin.
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