WO1996008562A1 - Biologically active molecules derived from neurotrophins - Google Patents

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WO1996008562A1
WO1996008562A1 PCT/EP1995/003538 EP9503538W WO9608562A1 WO 1996008562 A1 WO1996008562 A1 WO 1996008562A1 EP 9503538 W EP9503538 W EP 9503538W WO 9608562 A1 WO9608562 A1 WO 9608562A1
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WO
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poly
peptide
bdnf
amino acid
dna
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PCT/EP1995/003538
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Inventor
Stefan Jungbluth
Roland Kolbeck
Yves-Alain Barde
Original Assignee
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Berlin
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/435Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • C07K14/475Growth factors; Growth regulators
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07K14/435Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • C07K14/475Growth factors; Growth regulators
    • C07K14/48Nerve growth factor [NGF]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides

Definitions

  • the invention relates to nucleic acid sequences which encode naturally non-occurring (poly) peptides with the biological activity of a neurotrophic factor, the (poly) peptides having an N-terminus which is elongated in comparison with mature neurotrophic factors.
  • the invention further relates to recombinant DNA molecules which contain the nucleic acid sequences according to the invention, thereby encoded (poly) peptides, medicaments, diagnostics and kits which contain the (poly) peptides according to the invention, and in vitro methods for the detection of diseases (or Precursors thereof) of the nervous system.
  • RNA or protein synthesis allows the conclusion that apoptical neuronal cell death is an active process that takes place via the expression of certain genes.
  • Nerve growth factor (NGF), BDNF ("brain-derived neurotrophic factor"), neurotrophin-3 (NT-3), neurotrophin-4/5 (NT-4/5) and neurotrophin-6 are members of a gene family commonly known as neurotrophins (neurotrophic factors). All these factors prevent the death of a number of embryonic neurons kept in cell culture (cf., for example, Barde et al., Progress in Growth Factor Research 2 (1990), 237-248) and are therefore able to become neuronal, as described above To prevent cell death leading active process.
  • Mature, biologically active neurotrophins are obtained from precursors by cleaving an N-terminal peptide. The cleavage takes place at a 4-amino acid consensus cleavage site of the furin type (Bresnahan et al., J. Cell. Biol. 111 (1990), 2851-2859).
  • the known neurotrophins have a high degree of homology (Barde, Progress in Growth Factor Research 2 (1990), 237-248), which is of the order of 50%. They are secretory, basic, homodimeric proteins with a relative molecular weight of 27 kD. Six conserved cysteine residues form 3 intramolecular disulfide bridges in NGF and BDNF.
  • EP-A 0544293 describes a method for the genetic engineering production of biologically active NGF in prokaryotes.
  • NGF was extended by 3-5 amino acids of an N-terminal sequence of a protein which is expressed in the host cells used with a high expression rate and by 4-10 amino acids from the prosequence of the NGF precursor.
  • Such an elongated NGF like natural NGF, has an effect on neurons and has the same activity as natural human NGF.
  • the object of the present invention was therefore to provide new molecules with the biological activity of the neurotrophins which are characterized in the body by a longer half-life (length of stay in the body) than the naturally occurring mature neurotrophins and, consequently, can be used effectively as therapeutic agents. This object is achieved by the embodiments characterized in the claims.
  • the invention thus relates to a nucleic acid molecule (DNA or RNA) which encodes a naturally non-occurring (poly) peptide with the biological activity of a neurotrophic factor, the (poly) peptide having an N-terminus which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor with the proviso that the nucleic acid molecule does not encode NGF.
  • the invention further relates to a nucleic acid molecule which codes for NGF and which is N-terminally extended by a peptide fragment of up to approximately 19 amino acids, preferably by 4-19 amino acids. This peptide fragment is a C-terminal fragment of the precursor part of NGF.
  • this precursor contains a consensus cleavage site of the furin type, in which an exchange in the amino acid -1 and / or -2 has taken place.
  • Arginine in position -1 is preferably replaced by another amino acid, particularly preferably by lysine.
  • naturally non-occurring (poly) peptide is understood here to mean a (poly) peptide that does not occur either as a natural precursor of a neurotrophin or as a mature neurotrophin (poly) peptide under physiological conditions.
  • the amino acid sequences of many mammalian and fish neurotrophins and their precursors are known in the art; these are naturally occurring (poly) peptides and therefore do not fall under the term defined above.
  • this expressly includes precursors of neurotrophins which have a mutation in the 4-amino acid consensus cleavage site of the furin type, it being assumed that such mutations occur very rarely or not naturally.
  • the nucleic acid according to the invention preferably a DNA or RNA
  • an N-terminus elongated in comparison with a mature neurotrophic factor relates to any elongation of the N-terminus compared to the N-terminus of a mature neurotrophic factor.
  • the extended N-terminus ie the additional
  • the presence of one or more amino acids N-terminal from the N-terminus of a mature neurotrophin may be an altered sequence of the naturally occurring N-terminal, cleavable peptide of the precursor of the neurotrophin or another neurotrophin. This altered sequence can be shortened or lengthened or have the same length as the cleavable peptide, in which case it has at least one amino acid exchange with the cleavable peptide.
  • the shortened and extended sequences can also have such amino acid exchanges, but are additionally characterized by amino acid insertions, additions or deletions or combinations thereof, which can have been carried out internally and / or terminally.
  • the extended N-terminus cannot be derived from the amino acid sequence of the cleavable N-terminal peptide of the neurotrophin precursors.
  • naturally non-occurring polypeptide is to be understood as a (poly) peptide which is extended at the N-terminal by a peptide fragment.
  • This peptide fragment is a fragment of a precursor portion of a neurotrophin that is up to approximately 19 amino acids long, preferably 4-19 amino acids long.
  • Precursor content in the sense of the invention, is to be understood as meaning a peptide which can be cleaved from the N-terminus of the mature protein and which is naturally contained in the corresponding pro-neurotrophin at the N-terminal.
  • Such neurotrophin precursor sequences are known and are described, for example, for:
  • NGF Suter et al., EMBO J. 10 (1991) 2395-2400 and
  • NT-4 Hallboek et al., Neuron 6, 845-858
  • NT-5 Ip et al., Neuron 10 (1983) 137-149
  • these precursor sequences contain a furin-type consensus cleavage site in which an exchange in the amino acid position -1 and / or -2 has taken place.
  • Arginine in position -1 is preferably replaced by another amino acid, particularly preferably by lysine.
  • the DNA encoding the (poly) peptide according to the invention can be of synthetic, semisynthetic origin or can be produced recombinantly. All of the embodiments discussed above have in common that the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention is non-toxic when applied in pharmaceutically customary concentrations, for example in humans.
  • the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention offers the advantage over all neurotrophins known and available in the prior art to be used effectively for therapeutic purposes.
  • Another significant advantage of the longer half-life in vivo is that, with the same therapeutic efficacy, a smaller amount of the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention can be applied compared to the amount of the corresponding wild-type neurotrophin, and thus undesirable side effects are avoided can.
  • the increased stability of the dimers which are formed by the (poly) peptides encoded by the DNA according to the invention and the advantages associated therewith are of particular importance insofar as it has surprisingly also been found that the neurotrophin monomers have no biological activity at all under physiological conditions .
  • Another advantage of the (poly) peptides according to the invention is that they can be marked much better with 1251 than the mature neurotrophic factors, since the N-terminal peptide, which is usually split off when the neurotrophin precursor is converted to mature neurotrophin, in particular there are also several tyrosine residues in the BDNF precursor, which are radiolabelled when the enzyme lactoperoxidase is used.
  • This labeling option has particularly advantageous effects when using the (poly) peptides according to the invention in diagnostics. It also has advantages for the isolation of the labeled (poly) peptide.
  • a preferred embodiment according to the invention relates to a DNA sequence, the neurotrophic factor originating from vertebrates.
  • a particularly preferred embodiment of the invention relates to a DNA sequence, the neurotrophic factor originating from fish or mammals.
  • the neurotrophic factor is a human neurotrophic factor.
  • Another preferred embodiment of the invention relates to a DNA sequence, the factor being NGF, NT-3, NT-4/5, NT-6 or BDNF.
  • the DNA sequence encodes a (poly) peptide, the N-terminus, which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor, being a mutein of the peptide cleaved off when the neurotrophin precursor changes to the mature neurotrophin.
  • mutant of the peptide split off during the transition from the neurotrophin precursor to the mature neurotrophin means that part of the neurotrophin precursor that is normally split off at the 4 amino acid cleavage site of the furin type and is not converted into the mature neurotrophin and that into its amino acid sequence is preferably genetically modified compared to the naturally occurring precursor in such a way that it is not cleaved off by a corresponding protease.
  • the protease cleavage can either be prevented by exchanging at least one amino acid in the recognition sequence for the protease, or by changing the three-dimensional structure of the N-terminus of the precursor in such a way that binding and / or cleavage by the protease is avoided becomes.
  • muteins are also understood to mean those amino acid sequences which are extended or shortened compared to the cleavable peptide of the precursor. Such an extension or shortening can be achieved genetically by adding, inserting or deleting amino acids or by combinations thereof, within and / or terminally on the cleavable peptide.
  • the processes required for this are standard molecular biology processes and are described, for example, in Sambrook, loc. Cit.
  • the mutein has at least one amino acid exchange in the 4 amino acid consensus cleavage site of the furin type. This cleavage site has the amino acid sequence
  • R-X-R-R (SEQ ID NO: 2) or preferably R-V-R-R (SEQ H> NO: 3) (R: arginine, X: any amino acid, K: lysine, V: valine).
  • This exchange in the amino acid sequence means that the N-terminal peptide can no longer be cleaved off by a protease cleaving at the cleavage site mentioned.
  • further changes already discussed above in the amino acid sequence of the N-terminal peptide can also occur.
  • the change in the amino acid sequence is preferably limited to the exchange / exchanges in the consensus cleavage sequence, the exchanges preferably occurring in the amino acid position -1 and / or -2.
  • the mutein has the 19 C-terminal amino acids of the N-terminal peptide which can be cleaved in the native BDNF precursor and also contains the naturally occurring potential glycosylation site.
  • the 4 amino acid consensus cleavage site of the arginine furin type in position -1 is replaced by lysine.
  • Another particularly preferred embodiment of the invention relates to a DNA sequence which encodes a (poly) peptide which has the 19 C-terminal amino acids of the N-terminal peptide which can be cleaved in the native BDNF precursor, with the exception of the arginine in position -1 which is replaced by lysine.
  • this amino acid exchange in the BDNF precursor prevents cleavage of the N-terminal peptide, thereby producing a molecule which is 19 amino acids longer than the mature BDNF and has a greater dimer stability in solution.
  • the N-terminus which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor, is glycosylated.
  • the glycosylation of the asparagine residue conserved at this or a corresponding position in all neurotrophins in the N-terminal sequence of the (poly) peptide according to the invention leads to the dimer shown here in the examples having a molecular weight which is almost twice that of the wild-type BDNF -Dimer. It seems possible that the glycosylation has an influence on the longer half-life of the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention, it also offers the possibility of using the sugar group for labeling, for example with biotin.
  • the N-terminus which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor, comprises a detectable and / or biologically active amino acid sequence.
  • This amino acid sequence can either start N-terminally from the amino acid sequence encoding the mature neurotrophic factor. In another embodiment, it connects N-terminally to the mutein of the peptide cleaved off when the neurotrophin precursor changes to the mature neurotrophin or to the extended N-terminus, which cannot be derived from the amino acid sequence of the cleavable N-terminal peptide of the neurotrophin precursors is.
  • the amino acid sequence can be any sequence that is detectable and or biologically active.
  • sequences are antibody chains or parts thereof, or sequences which are recognized by antibodies available in the prior art, e.g. c-myc or HA, furthermore biotin, enzymes or catalytically active parts thereof or enzyme substrates, or labels, such as radioactive, fluorescent, chemiluminescent or bioluminescent labels.
  • the amino acid sequence is detected by binding to an antibody or an enzyme.
  • the detecting antibody is preferably labeled. Labeling methods for antibodies are known in the prior art; see. e.g. Harlow and Lane, "Antibodies, A Laboratory Manual", CSH Press, Cold Spring Harbor 1988. If an enzyme is used for the detection, the reaction catalyzed thereby is preferably a color reaction.
  • the biologically active amino acid sequence comprises biotin.
  • Biotin has long been known in the prior art as a component of enzymatic detection systems.
  • Another object of the invention is an RNA sequence which is complementary to the DNA sequence according to the invention or the DNA sequence complementary thereto.
  • RNA sequence according to the invention can be of synthetic, semi-synthetic or recombinant origin. It can be used, for example, for in vitro translation or as anti-sense RNA or as a ribozyme.
  • Another object of the invention is a pair of primers that hybridize to the DNA or RNA sequence according to the invention.
  • the Prime ⁇ aar according to the invention preferably hybridizes under suitable conditions at the two ends of complementary strands of the DNA sequence according to the invention and can thus be used for the specific amplification of the DNA sequence according to the invention by PCR (cf. e.g. Sambrook et al., Loc. Cit.).
  • the invention further relates to a recombinant DNA molecule which contains at least one DNA sequence according to the invention.
  • the recombinant DNA molecule according to the invention is preferably a recombinant vector which is suitable for expressing the DNA sequence according to the invention.
  • One or more DNA sequences according to the invention can be cloned into the recombinant DNA molecule according to the invention. If several DNA sequences according to the invention are cloned into the recombinant DNA molecule, these can originate from genes which code for the same or different neurotrophins.
  • the recombinant DNA molecules according to the invention can furthermore contain genes which encode other (poly) peptides, e.g. Wild type precursors of neurotrophins.
  • the recombinant DNA molecules according to the invention can code fusion proteins of the (poly) peptide according to the invention, for example with ⁇ -galactosidase.
  • the recombinant DNA molecule can also only be used to multiply it.
  • the invention further relates to a host that is transformed with at least one recombinant DNA molecule according to the invention.
  • This recombinant DNA molecule / these recombinant DNA molecules can have the same factor or different Encode factors or, if it codes the same factor, have different amino acid sequences.
  • the transformed host is a bacterium, a fungal, yeast or mammalian cell or a transgenic animal.
  • the host according to the invention is a bacterium, E. coli is preferred. In contrast, if the host is, for example, a transgenic animal, mice are preferred.
  • the production of transgenic animals is now one of the standard methods in modern biology (see e.g. Hanahan, Science 246 (1989), 1265-1275) and is therefore not described in detail here.
  • the expression of the (poly) peptides according to the invention can be examined in a tissue-specific manner in transgenic animals (cf. e.g. Barinaga, Science 265 (1994), 26-28).
  • the invention further relates to a (poly) peptide which is encoded by the DNA sequence according to the invention, the RNA sequence according to the invention or the recombinant DNA molecule according to the invention.
  • the (poly) peptide according to the invention can be produced, for example, by translation of an mRNA which has been transcribed by the DNA molecule according to the invention.
  • the (poly) peptide according to the invention can be produced by chemical processes known in the art or else by a combination of chemical and biological (e.g. translation) processes.
  • (poly) peptides that have been post-translationally modified.
  • the respective post-translational modification of the (poly) peptides depends on the organism used for expression or on the cell used for expression.
  • Another object of the invention is a homodimer which is formed by two (poly) peptides according to the invention which have the biological activity of the same neurotrophic factor.
  • the amino acid sequence of the (poly) peptides according to the invention can differ within the homodimer as long as they are still capable of dimerization and the biological activity does not change in their nature.
  • the two (poly) peptides forming the homodimer may have been transcribed or translated by different DNA-RNA sequences that are in the same vector or in different vectors. ren can be located and in the latter case produced by different hosts / host cells and thus can also be modified differently post-translationally.
  • the neurotrophin dimers have a significantly higher biological activity than the corresponding monomers, and the dimers according to the invention also have a greater stability than the wild-type neurotrophin dimers, which predestines them for therapeutic use.
  • improved stability of the dimers according to the invention is essentially achieved by N-terminal extension of the protein and modification of the consensus cleavage site of the furin type in such a way that the N-terminal peptide can no longer be split off.
  • the dimers according to the invention show improved stability both in the N-terminal peptide glycosylated and in the non-glycosylated form.
  • the neurotrophin is preferably extended by up to about 19 amino acids, preferably by about 4 to 19 amino acids, N-terminally. An improvement in stability is obtained if the N-terminal peptide does not contain a furin-type cleavage site.
  • a non-glycosylated protein according to the invention can be obtained recombinantly in eukaryotes if there is no potential glycosylation site, for example asparagine, in the sequence of the N-terminal extension. If the neurotrophin is produced in prokaryotes, there is no glycosylation, even if the sequence contains asparagine.
  • the N-terminal peptide preferably corresponds to up to approximately 19 amino acids of the C-terminal end of the neurotrophin prosequence, which is naturally cleaved off when the mature neurotrophin is formed. Preference is also given to sequences which differ from this sequence by up to 20%, preferably by up to 10%.
  • the invention further relates to heterodimers which are formed by two (poly) peptides according to the invention which have the biological activity of different neurotrophic factors.
  • the statements made for the homodimers according to the invention apply analogously to the heterodimers according to the invention. It is also important here that the (poly) peptides are still capable of dimerization. Because of the relatively large homologies between the individual neurotrophic factors, it is assumed according to the invention that heterodimers can be formed between the (poly) peptides according to the invention derived from all neurotrophins. The formation of heterodimers of various neurotrophic factors has already been shown by Radziejewski et al., Biochemistry 32 (1993), 13350-13356. Another object of the invention is a method for producing a (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention, wherein
  • the culture medium used for culturing the host according to the invention can be any medium which allows the expression of the (poly) peptides according to the invention.
  • the composition of the medium depends on the host used and, if appropriate, on the regulatory sequences present in the vector. For example, when E.coli is used as the host, Luria Broth (Sambrook et al., Op. Cit.) Can be used, but when using mammalian cells, the modified Eagle medium, which is also known in the art, can be used.
  • the (poly) peptides, homodimers or heterodimers according to the invention are secreted into the medium, depending on the properties of their N-terminus, they are isolated from the culture supernatant and purified by standard methods in protein chemistry. If, on the other hand, they are not secreted, they are isolated from the hosts themselves after disruption, also using standard methods.
  • the invention relates to an antibody which is specifically weighted against the (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention.
  • the antibody according to the invention does not cross-react with mature neurotrophic factors.
  • the antibody can e.g. be used in diagnostic methods that require a distinction between the mature neurotrophic factor and the (poly) peptide according to the invention.
  • the antibody according to the invention cross-reacts with mature neurotrophic factors and can therefore be used therapeutically and diagnostically wherever antibodies against mature neurotrophic factors can also be used; see. eg WO 91/03568.
  • the antibody according to the invention is a polyclonal antibody.
  • the antibody according to the invention is a monoclonal antibody.
  • the invention relates to a medicament which contains the (poly) peptide, homodimer and / or heterodimer according to the invention, optionally in combination with a pharmaceutically acceptable carrier.
  • the respective indication determines whether the medicament contains a combination of (poly) peptide, homodimer and heterodimer.
  • the medicament according to the invention can be used in any biocompatible pharmaceutical carrier, e.g. physiological saline, dextrose or water. If necessary, the medicinal product can also be used to prevent the diseases listed below.
  • the amount of drug or active ingredient to be administered depends on the type of disease and the condition of the patient to be treated. If possible, dose-response curves should be drawn up for the active substances before the actual administration in vitro. This can be done, for example, with suitable biological test systems. Such test systems can easily be established by a person skilled in the art with neurons that originate from the central or peripheral nervous system of chickens or rats. The data obtained i_ vitro can then be confirmed in the animal model. The treating doctor can determine the optimal dose to be administered for the treatment of the patient from the data obtained in this way, if necessary after carrying out preclinical tests.
  • Methods of administration include intradermal, intramuscular, intraperitoneal, intravenous, subcutaneous, oral, intrathecal, intraventricular and intranasal administrations.
  • Intrathecal and subcutaneous administration are preferred for the purposes of this invention. It may be necessary to introduce the drug of the invention directly into the CNS using any suitable route of administration, including intraventricular and intrathecal.
  • the intraventricular injection can be facilitated by an intrathecal catheter, which is connected, for example, to a reservoir, such as an Ommaya reservoir.
  • the implant can consist of porous, non-porous or gelatinous material, for example of membranes such as sialastic membranes (“sialastic membranes”) or of fibrous materials.
  • the medicaments according to the invention can also be administered via liposomes, microparticles or microcapsules.
  • liposomes for individual embodiments according to the invention it may be useful or necessary to achieve a delayed release of the (poly) peptides according to the invention.
  • cells are administered which contain the (poly) peptides according to the invention, antagonists thereto or antibodies against them.
  • the medicament serves to increase the survival rate of neurons.
  • the increase in the survival rate of sensory neurons e.g. the petrous, knee, or ventrolateral trigeminal ganglia.
  • the medicament serves to improve neuronal growth.
  • the medicament according to the invention can be used, for example, to increase neurite growth, e.g. of sensory neurons.
  • the medicament according to the invention is used to support differentiated cell functions.
  • the medicament according to the invention is used, for example, to treat disorders which relate to the differentiation of the neural crest.
  • the medicament is used for the treatment of diseases of the nervous system.
  • the medicament according to the invention is used for the treatment of degenerative diseases of the nervous system.
  • the medicament according to the invention can be used to treat hereditary spastic paraplegia with degeneration of the retina (Kjellin and Bamard-Scholz syndromes), retinis pigmentosa, Stargardt's disease, Usher syndrome (Retinis pigmentosa with congenital hearing loss) and Refsum syndrome (retinis pigmentosa, hereditary hearing loss and polyneuropathy) can be used.
  • a defect in the synthesis of one or more neurotrophic factors can be the etiology underlying a syndrome, which is characterized by a combination of retinal degeneration and sensory dysfunction.
  • the medicament according to the invention is used for the treatment of diseases of the nervous system which include injury or damage to the nervous system.
  • the medicament according to the invention is used to treat injuries of this type which are attributable to trauma, surgery, an infarction, an infection or a malignant disease.
  • the medicament according to the invention is also used to treat ischemia, nutritional deficiencies or metabolic diseases.
  • the medicament according to the invention can be used for the treatment of neuropathic side effects which are caused by the use of anti-static active substances in cancer patients.
  • the medicament according to the invention is furthermore preferably used in cases where the above-mentioned disease, injury or damage to the nervous system is due to the action of a toxic active substance.
  • the medicament according to the invention can be administered locally to injured or damaged sensory neurons which occur, for example, in dorsal root ganglia, temporal bone, knee joint or gangrion nodosum or in the other tissues mentioned below: the vestibuloacoustic complex of VIII. Cranial nerve, the ventrolateral pole of the maxillomandibular lobe of the trigeminal ganglion and the mesencephalic trigeminal nucleus).
  • the (poly) peptide contained in the medicament is applied to a membrane, for example a sialastic membrane, which can be implanted in the vicinity of the injured nerve.
  • a membrane for example a sialastic membrane
  • the medicament according to the invention can also serve to accelerate the regeneration of patients suffering from diabetic neuropathies, for example mononeuropathy multiplex.
  • the medicament according to the invention is used for the treatment of diseases of the nervous system which comprise an innate disease of the retina.
  • the medicament according to the invention is used to treat a degenerative disease of the nervous system, which is Alzheimer's disease, Huntington's chorea, a retinal disease, Parkinson's disease or a Parkinson's plus syndrome.
  • a degenerative disease of the nervous system which is Alzheimer's disease, Huntington's chorea, a retinal disease, Parkinson's disease or a Parkinson's plus syndrome.
  • the medicinal product is used in combination with surgical implantation of tissue in the treatment of Alzheimer's disease or Parkinson's disease.
  • the medicament is used to treat a Parkinson's plus syndrome, which is the progressive supranuclear pulsy (Steele-Richardson-Olszweski) syndrome, olivopontocerebral atrophy, the Shy-Drager syndrome or the Guam-Parkinson's dementia complex is.
  • Parkinson's plus syndrome which is the progressive supranuclear pulsy (Steele-Richardson-Olszweski) syndrome, olivopontocerebral atrophy, the Shy-Drager syndrome or the Guam-Parkinson's dementia complex is.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a medicament with the (poly) peptide according to the invention, which is used to treat the disease of sensory neurons or a tumor.
  • the medicament according to the invention is used to treat a tumor that is a neuroblastoma.
  • the medicament according to the invention is used to increase the survival rate of dopaminergic neurons.
  • the pharmaceuticals according to the invention can be used, for example, to promote the survival rate of dopaminergic (substantia nigra) neurons in a dose-dependent manner.
  • the medicament according to the invention can be used in the treatment of irregularities in the radio tion of dopaminergic neurons of the CNS, which occur, for example, in Parkinson's disease.
  • the medicament according to the invention is used to increase the survival rate of cholinergic neurons.
  • the medicament according to the invention can be used, for example, to support the survival of cholinergic neurons of the CNS, in particular cholinergic basal neurons of the forebrain, and thus for the treatment of Alzheimer's disease. Indeed, it has been shown in the past that about 35% of patients with Parkinson's disease also suffer from Alzheimer's-like dementia.
  • the medicament containing the (poly) peptide according to the invention may prove to be useful in the single-agent therapy of this complex of diseases.
  • the medicament according to the invention can be used for the treatment of Alzheimer's disease in connection with Down syndrome.
  • the medicament according to the invention can also be used in the treatment of a number of dementias and congenital learning difficulties.
  • the medicament according to the invention should prevent the multiplication of astroglial cells and thus contribute to the prevention of scarring in the CNS (which occurs, for example, following trauma, surgery or an infarction).
  • the medicament according to the invention can also be used for the treatment of tumors of the CNS which have arisen from degenerate astroglial cells.
  • the medicament according to the invention can be used to increase the expression of receptors in neurotrophic factors and can thus be administered, for example, before or together with NGF.
  • the medicament according to the invention is thus preferably also used to increase the survival rate of cholinergic neurons which are cholinergic neurons of the basal forehead or cholinergic neurons of the septum.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to the use of the medicament in the suppression of the proliferation of astroglial cells.
  • the medicament has at least one further, mature neurotrophic factor.
  • this further factor is NGF, NT-3, BDNF or NT-4/5. It is intended to use the (poly) peptide or medicament according to the invention in conjunction with other cytokines in order to achieve the desired neurotrophic effects.
  • the medicament according to the invention can be used with NGF or skeletal muscle extract in order to exert a synergistic stimulating effect on the growth of sensory neurons.
  • the invention comprises the use of a (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention in the manufacture of a medicament for the treatment of the abovementioned.
  • a (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention in the manufacture of a medicament for the treatment of the abovementioned.
  • the (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention forming a (poly) peptide, homodimer or heterodimer, whose plasma half-life is longer than that of the corresponding natural neurotrophin.
  • Half-life is the time in which the effective concentration of the therapeutic agent (activity) in the plasma is reduced by half. The measurement is usually carried out after administration of a therapeutically effective dose.
  • the neurotrophins according to the invention have an at least two, preferably a two to five times longer half-life.
  • Another object of the invention is a method for improving the stability of a solution or a lyophilizate of a neurotrophin, which is characterized in that the neurotrophin is extended N-terminally by 1-19 amino acids and this extended neurotrophin is dissolved or lyophilized.
  • the neurotrophin is preferably extended by an N-terminal peptide which corresponds 80%, preferably at least 90%, to the C-terminal peptide of the same length which can be split off from the native neurotrophin precursor form.
  • the invention further relates to an in-ro method for diagnosing one of the diseases listed above, wherein
  • a) brings a tissue sample into contact with a labeled DNA or RNA according to the invention under conditions which allow hybridization; and b) the hybridization is established.
  • the tissue sample for hybridization is prepared according to customary conditions.
  • the hybridization takes place under stringent conditions.
  • These hybridization tests can be used to detect and diagnose, predict or monitor the above-mentioned diseases or precursors, provided that these diseases are accompanied by a change in the expression of neurotrophic factors.
  • diseases generally affect e.g. the violation of neurons and the degeneration of neurons of the retina. They also include trauma to the CNS, an infarction, an infection, degenerative nerve diseases, malignant diseases and postoperative changes, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's chorea and degenerative diseases of the retina.
  • the total RNA in a patient's tissue sample can be examined for the presence or absence of the RNA of a neurotrophic factor, the decrease in the amount of BDNF mRNA, for example, indicating neuronal degeneration.
  • the invention further relates to an in vitro method for diagnosing one of the diseases listed above, wherein
  • Such abnormalities can e.g. inherited changes or changes in neurons caused by toxic influences.
  • the neurotrophin receptor is the receptor for NGF, NT-3, BDNF, NT-4/5 or NT-6.
  • the invention also relates to a medicament which has an antibody according to the invention in combination with a pharmaceutically acceptable carrier.
  • This medicament can be used, for example, to neutralize the action of the (poly) peptides according to the invention after a certain point in time, if this is desired.
  • the antibodies in the medicament according to the invention cross-react with mature neurotrophic factors, they can also be used to combat diseases in which these factors are overexpressed.
  • the invention further relates to a kit for the diagnosis of one of the diseases listed above, which comprises at least
  • the kit according to the invention is usually used to carry out the methods according to the invention described above.
  • the DNA or RNA molecules or sequences complementary thereto can themselves be provided with a marker, such as an enzyme, or radioactive marker. If the DNA or RNA molecule according to the invention is used to detect a desired nucleic acid sequence, a second nucleic acid can also be used to detect the nucleic acid complex. This second nucleic acid sequence is marked with a detectable marker and hybridizes to a different region of the DNA or RNA molecule according to the invention than the region which hybridizes to the nucleic acid sequence to be detected. - 21 -
  • the antibodies can be labeled for diagnostic purposes, for example using conventional methods with 1251.
  • kits according to the invention can be used in other processes, the design of which belongs to the skill of the average person skilled in the art. Such methods can be, for example, ELISAs or RIAs.
  • the person skilled in the art is also able to supplement the kit according to the invention with the respective necessary buffers or to carry out any dilutions of the reagents obtained in the kit according to the invention.
  • the invention relates to a diagnostic composition which comprises at least
  • the areas of application for the diagnostic composition according to the invention essentially correspond to those of the kits according to the invention discussed above.
  • FIG. 2A shows a partial amino acid sequence of mouse wild-type NT-3 and mouse wild-type BDNF and of (R-1- * > K) BDNF.
  • the sequences determined by amino acid sequencing are underlined, the remaining sequences were derived from the corresponding DNA sequence.
  • the consensus sequence for cleavage by furin-like enzymes is printed in bold.
  • the open arrow indicates the glycosylated asparagine residue which is part of an N-glycosylation consensus sequence in all neurotrophins.
  • the asterisks serve to optimally stack the sequences together.
  • FIG. 2B shows that (R-1-> K) -BDNF is glycosylated, whereas wild-type BDNF is not.
  • the sugar residues were detected with anti-digoxigenin antibodies after the proteins were electrophoretically separated on SDS gels and transferred to membranes by vest blot. The molecular weight markers are given on the right in kDa. Transferin (T) was used as a positive control for a glycosylated protein. It is worth considering that the broad (R-1-- K) -BDNF band is glycosylated, but wild-type BDNF is not.
  • Molecular weights of neurotrophins determined by gel filtration chromatography. The retention time was plotted against the molecular weight of standard proteins in a semi-logarithmic diagram and the straight line thus obtained was used to determine the molecular weights of the various forms of recombinant neurotrophins.
  • the neurotrophins injected as early-eluting peaks from the urine phase chromatography elute with a molecular weight which corresponds to that of dimers, while the injection of the same peaks after incubation with guanidine hydrochloride showed that these were quantitatively converted into neurotrophin monomers.
  • NT-3 dimers restored by gel filtration.
  • NT-3 monomers were incubated at a concentration of 150 ng / ml PBS and applied to a gel filtration column after the respective incubation time. The absorption was measured at 280 nm. In each field, the peak with the shorter retention time represents NT-3 dimers ( ⁇ 11.4 minutes) and the one with the longer retention time represents NT-3 dimers ( ⁇ 13.17 minutes). An almost quantitative conversion of the monomers into dimers took place after about 24 hours.
  • Biological activity of recombinant neurotrophins measured by a neuron survival test The values obtained are expressed as a percentage of surviving neurons after a 24-hour incubation period.
  • the neurons were isolated from the ganglia nodosa of E8 chicken embryos.
  • BDNF is set at 50 kDa and for wild-type BDNF at 27 kDa.
  • the values are mean values from 3 experiments ⁇ the standard deviation from 2 independently carried out
  • TrkC-expressing fibroblasts were incubated with NT-3 dimers and monomers for 3 minutes at various concentrations. After immunoprecipitation, SDS gel electrophoresis and a Western blot, the tyrosine phosphorylation was determined with an anti-phosphotyrosine antibody and a fluorescent signal.
  • a conservative amino acid exchange (asparagine for lysine, (R-1-> K)) in the basic processing cleavage site of BDNF was introduced using an oligonucleotide-directed mutagenesis kit (Amersham, version 2; see FIG. 2A).
  • the oligonucleotide 5-ATGAGGGTTCGGAAACACTCCGACCCT-3 '(SEQ ID NO: 4) coding for the site to be mutated was attached to single-stranded DNA and the second strand was produced using the Klenow fragment in the presence of phosphorothioate deoxynucleotides.
  • the template strand was cleaved with a restriction enzyme and removed by digestion with exonuclease m.
  • the mutated second strand was synthesized using DNA polymerase I and the plasmid 11KATA18 (Götz et al., Eur. J. Biochem. 204 (1992), 745-749) was amplified in bacteria.
  • the mutation in the sequence was confirmed by DNA sequencing and the sequence encoding the above-described BDNF precursor derivative was cloned in a suitable vector for recombination with the vaccinia virus genome, as described by Götz et al., Supra.
  • Recombinant neurotrophins were produced in a vaccinia virus expression system and purified by chromatography on glass beads with a controlled pore size. This was followed by a reverse phase high performance liquid chromatography (HPLC) step as described by Götz, supra. described.
  • HPLC reverse phase high performance liquid chromatography
  • Pig brain BDNF was purified as described by Hofer and Barde, Nature 331 (1988) 261-262.
  • Recombinant neurotrophins were applied to a reverse phase C8 chromatography column (Aquapore RP-300, 4.6 mm x 220 mm, Applied Biosystems), which had been equilibrated with 0.1% trifluoroacetic acid (TFA; Spectro-grade, Pierce) and with a linear acetonitrile gradient (21% - 56% acetonitrile in 50 minutes, flow rate 1.0 ml / min) eluted.
  • TFA trifluoroacetic acid
  • BDNF from porcine brain was purified from reverse phase HPLC using the same buffer system, with the exception that a C8 column with a smaller diameter (Aquapore RP-300; 250 mm x 1.0 mm, Applied Biosystems) and a flow rate of 0.2 ml / min. were used.
  • the protein peaks were detected at an absorption of 214 nm or 280 nm and collected by hand.
  • the fractions were dried under vacuum in a rotary vacuum dryer and the protein thus obtained was stored at 4 ° C.
  • Neurotrophin monomers were generated by incubating the dimers in 6M guanidine hydrochloride (pH 5.9, Sigma) in a concentration of 100 ng / ⁇ l at room temperature for 24 hours. Guanidine hydrochloride was removed by reverse phase chromatography. Wild-type BDNF was derived from the (R-1 »K) BDNF mutant by gel filtration using a TSK G3000SW column (7.5 mm ⁇ 600 mm) containing 0.1% TFA and 30% acetonitrile had been equilibrated, separated.
  • gel filtration was performed using a Pharmacia Superdex TM 75 HR 10/30 column equilibrated with 0.1 M sodium phosphate buffer, pH 7.0 containing 0.5 M NaCl and 10% acetonitrile. Proteins used as molecular weight markers and the neurotrophins were applied in aliquots of 20-40 ⁇ l in concentrations between 100 and 200 ng / ⁇ l. Dextran blue and tyrosine were used in standard runs as markers for the empty volume and the enclosed volume. The samples were run at a flow rate of 1.0 ml min. eluted and detected at 280 nm.
  • the molecular weights of the various neurotrophins were determined by comparing the retention times with those of the proteins used as molecular weight markers. The conversion of dimers to monomers and vice versa was followed using a peak integration program (Maxima 820 software, Millipore).
  • the later eluting peak from NT-3 up to over 90% contained a form of NT-3 which the 5 N-terminal amino acids of mature NT-3 lacked. This form was able to form dimers, had the same biological activity as mature NT-3 and was called des-Penta-NT-3.
  • the BDNF isolated from porcine brain also eluted in two individual peaks; see. Fig. 1. Both peaks contained fully processed, mature BDNF, as could be shown by amino acid analysis and sequencing of the N-terminus.
  • a second chromatography of the first peak of purified NT-3 or BDNF over the same column consistently revealed a second, smaller peak that had the same retention time as the later eluting peaks observed during purification; see. Fig. 1.
  • BDNF with the mutated cleavage site elutes only as a single peak, the retention time being comparable to that of the first NT-3 and BDNF peaks; see. Figure 1.
  • the early and late eluting peaks observed with the native neurotrophins cannot be explained by differences in their primary structure, it was examined whether the two peaks were caused by the buffer conditions (0.1% TFA and acetonitrile) used during the cleaning process, represent structurally different conformations.
  • the early-eluting neurotrophins were incubated for one day at 37 ° C in 6M guanidine hydrochloride, which has been shown to influence the conformation of NGF, BDNF and NT-3 (e.g. Greene et al., Neurobiology 1 (1971), 37-48).
  • NT-3 as well as wild-type BDNF and the BDNF mutant were further analyzed by gel filtration before and after the incubation with guanidine hydrochloride. While wild-type BDNF and wild-type NT-3, which eluted from the reverse phase HPLC with shorter retention times, were detectable as a single peak with a calculated molecular weight of 27 kDa, the forms with longer retention times showed a calculated molecular weight of 13.7 kDa, which corresponds to that of ribonuclease A; see. Fig. 3. The relative molecular weight of the BDNF mutant was also determined in this experiment.
  • the neurotrophin dimers were aliquoted, dried, resuspended in 6 M guanidine hydrochloride and incubated therein for different times before application to a gel filtration column; see. Figure 4A. The areas of the two peaks were calculated for each gel filtration run using the Maxima 820 (Millipore) software program and the extent of dissociation of the dimers was shown as a relative amount of monomers .; see. Figure 4B. These results confirm the results obtained with reverse phase chromatography (Fig. 1): they show that the (R-1-K) BDNF mutant forms dimers which are measurably more stable than the wild-type neurotrophins; see. 4B at the time 1 hour. Mature NT-3, which lacks 5 amino acids at the N-terminal (des-penta-NT-3), on the other hand has a much lower dimer stability than mature NT-3 and BDNF (cf. Example 6 and FIG. 4B).
  • the neurotrophins can subsequently form dimers again.
  • NT-3 monomers 150 ng / ml
  • PBS PBS
  • NT-3 monomers 150 ng / ml
  • gel filtration about half of the monomers were already present as dimers.
  • essentially all of the monomers had been aggregated back into dimers (FIG. 5).
  • These newly formed dimers cannot be distinguished by reverse-phase HPLC from the early-eluting peaks described in FIG. 1.
  • the total amounts of NT-3 monomers and dimers did not change during the entire incubation period, as was determined by the integration of the monomer and dimer peaks after each run. This result leads to the conclusion that the monomers and dimers are freely convertible.
  • neurotrophins can exist as monomers and as dimers in solution. It was therefore of interest to find out whether the neurotrophin monomers have measurable biological activity. Since it is known that neurotrophins prevent the death of neurons in cell culture, this property was used to determine the biological activity of the monomers.
  • ganglia nodosa from 8-day-old chicken embryos (E8) were prepared, incubated for 0.5 hours in a 0.1% trypsin solution (Worthington), twice with medium containing serum (F 14/10% Horse serum) and carefully dissociated in this medium. The biological activity of NT-3 and BDNF monomers and dimers was also investigated on neurons of the dorsal root ganglia (E9).
  • the biological activity of (R-1-> K) BDNF was compared with that of mature BDNF on sensory neurons and sympathetic neurons (express).
  • the cell suspension was first plated out to remove non-neuronal cells. 3 hours later, the neurons were carefully resuspended, counted, and at a density of 2000 neurons per well on plates (48 wells) that had previously been coated with polyornithine and either laminin or conditioned medium from the Schwannona cell line RN22, with or without neurotrophic Factors sown.
  • the NT-3 monomers and dimers were freshly dissolved in PBS and added to the culture medium immediately before the neurons were plated.
  • NTH 3T3 cells that express rat trkC more fully (Tsoulfas et al., Neuron 10 (1993), 975-990) .
  • cell culture plates with about 5 x 106 NIH 3T3 cells were incubated for 3 minutes at 37 ° C. with NT-3 monomers and dimers of various concentrations.
  • the cells were washed for 15 to 20 minutes in 600 ⁇ l lysis buffer (TBS, pH 7.5, containing 1% Triton X100, 10% glycerol, 0.5 mM phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF ), 0.5 mM ortho vanadate, each 5 mg / ml pepstatin and trypsin inhibitor) incubated.
  • TBS 600 ⁇ l lysis buffer
  • PMSF 0.5 mM phenylmethanesulfonyl fluoride
  • ortho vanadate each 5 mg / ml pepstatin and trypsin inhibitor
  • the proteins were transferred to Immobiion-P membranes (Millipore) using a discontinuous buffer system.
  • Buffer 1 was 300 mM Tris-HCl, pH 10.4;
  • Buffer 2 was 25 mM Tris-HCl, pH 10.4;
  • buffer 3 was 40mM norleucine, 25mM Tris-HCl, pH 9.4.
  • Sodium borate was added to each buffer at a final concentration of 10 mM before use.
  • the membrane used for the blot was washed in methanol and water and then incubated in buffer 2. The gels were incubated in buffer 3 for 5 min.
  • the proteins were transferred to the membranes using a semi-dry blotting chamber using a current of 0.9 mA / cm 2 for one hour.
  • the free binding sites on the membranes were blocked by incubating the membranes for ten minutes in a PBS solution containing 2.2% polyvinylpyrrolidone (a 1: 5: 5 mixture (% by weight) of PVP 360, PVP 40 and PVP 10) . After washing with 0.17% PVP and 0.1% Tween, 20 containing PBS, the membranes were incubated with a monoclonal anti-phosphotyrosine mouse antibody (UBI), which was used in a final dilution of 1: 1000 in washing buffer has been. After a further washing step as described above, the membranes were incubated with anti-mouse IgG (1: 10,000 dilution in washing buffer) which was coupled to horseradish peroxidase.
  • UBI monoclonal anti-phosphotyrosine mouse antibody
  • the signals were detected via the ECL Westem Detection System (Amersham) according to the manufacturer's information on chemiluminescence. After three minutes of incubation with various concentrations of the NT-3 dimers, a tyrosine phosphorylation signal could already be observed at a concentration of 10 ng ml. Maximum signal strength was reached at 100 ng / ml; see. 8. In contrast, only an extremely weak phosphorylation signal was achieved even at the highest concentrations of NT-3 monomers (1 ⁇ g / ml); see. Figure 8A. However, when the NT-3 monomer solution was incubated long enough to allow dimer formation, complete tyrosine phosphorylation activity was achieved; see. Figure 8B. These results indicate that the NT-3 monomers are 100 to 1000 times less active than the NT-3 dimers in inducing trkC phosphorylation.
  • NT-3 and BDNF wild-type proteins were routinely determined by SDS-PAGE, subsequent Coomassie blue staining and densitometric quantification (Ultroscan XL Enhanced Laser Densitometer, LKB).
  • known amounts of egg protein lysozyme (Sigma) were used as set standards.
  • the (R-1-> K) -BDNF mutant was quantified by analysis of the amino acid composition using the ninhydrin method known in the art.

Abstract

Nucleic acid sequences code for naturally non-occurring (poly)peptides having the biological activity of a neurotrophic factor and a longer N-terminus than that of ripe neurotrophic factors. Also disclosed are recombinant DNA-molecules containing the disclosed nucleic acid sequences, (poly)peptides coded by these sequences, medicaments, diagnostic agents and kits containing the disclosed (poly)peptides, as well as in vitro processes to detect diseases (or their prodromes) of the nervous system.

Description

Biologisch aktive, von Neurotrophinen abgeleitete Moleküle Biologically active molecules derived from neurotrophins
Die Erfindung betrifft Nucleinsäuresequenzen, die natürlicherweise nicht vorkommende (Poly)peptide mit der biologischen Aktivität eines neurotrophen Faktors codieren, wobei die (Poly)peptide einen im Vergleich mit reifen neurotrophen Faktoren verlängerten N-Terminus aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner rekombinante DNA-Moleküle, die die erfindungsge¬ mäßen Nucleinsäuresequenzen enthalten, dadurch codierte (Poly)peptide, Arzneimittel, Diagnostika und Kits, die die erfindungsgemäßen (Poly)peptide enthalten, sowie in vitro- Verfahren zum Nachweis von Erkrankungen (oder Vorstufen davon) des Nervensystems.The invention relates to nucleic acid sequences which encode naturally non-occurring (poly) peptides with the biological activity of a neurotrophic factor, the (poly) peptides having an N-terminus which is elongated in comparison with mature neurotrophic factors. The invention further relates to recombinant DNA molecules which contain the nucleic acid sequences according to the invention, thereby encoded (poly) peptides, medicaments, diagnostics and kits which contain the (poly) peptides according to the invention, and in vitro methods for the detection of diseases (or Precursors thereof) of the nervous system.
Die Entwicklung des Nervensystems von Vertebraten wird durch eine Reihe von Faktoren gesteuert, die sowohl chromosomal codierter als auch epigenetischer Natur sind. In der Entwicklungsphase der Zielfeldinnervation stirbt ein relativ großer Anteil (etwa 30-60%) der postmitotischen Neuronen ab. Dieses Phänomen ist bekannt als "natürlich auftretender Zelltod". Das Absterben von Zellen ist bereits 1926 von Ernst (Zeitschr. Anat. u. Entw. Gesch. 79, 228-262) als natürlicher Bestandteil der normalen embryonalen Entwicklung beschrieben worden. Eine auf dieser Beobachtung aufbauende Hypothese behauptet, daß eine Zelle Signale von anderen Zellen nicht nur für die Teilung, sondern auch für das Überleben benötigt (Raff, Nature 356 (1992), 397-400). Die Erkenntnis, daß der neuronale Zelltod durch Inhibierung von RNA- oder Proteinsynthese verhindert werden kann (Martin et al., J. Cell. Biol. 106 (1988), 829-844; Scott und Davies, J. Neurobiol. 21 (1990), 630-638) läßt die Schlußfolgerung zu, daß der apoptische neuronale Zelltod ein aktiver Prozeß ist, der über die Expression bestimmter Gene abläuft.The development of the vertebrate nervous system is controlled by a number of factors that are both chromosomally encoded and epigenetic in nature. In the development phase of target field innervation, a relatively large proportion (around 30-60%) of postmitotic neurons die. This phenomenon is known as "naturally occurring cell death". The death of cells was already described by Ernst (Zeitschrift. Anat. U. Entw. Gesch. 79, 228-262) in 1926 as a natural component of normal embryonic development. A hypothesis based on this observation claims that a cell needs signals from other cells not only for division but also for survival (Raff, Nature 356 (1992), 397-400). The realization that neuronal cell death can be prevented by inhibiting RNA or protein synthesis (Martin et al., J. Cell. Biol. 106 (1988), 829-844; Scott and Davies, J. Neurobiol. 21 (1990) , 630-638) allows the conclusion that apoptical neuronal cell death is an active process that takes place via the expression of certain genes.
Nervenwachstumsfaktor (NGF), BDNF ("brain-derived neurotrophic factor"), Neurotrophin-3 (NT-3), Neurotrophin-4/5 (NT-4/5) und Neurotrophin-6 sind Mitglieder einer Genfamilie, die allgemein als Neurotrophine (neurotrophe Faktoren) bezeichnet werden. All diese Faktoren verhindern das Absterben einer Reihe von in Zellkultur gehaltenen embryonalen Neuronen (vgl. z.B. Barde et al., Progress in Growth Factor Research 2 (1990), 237 - 248) und sind somit in der Lage, den vorstehend beschriebenen, zum neuronalen Zelltod fuhrenden aktiven Prozeß zu unterbinden. Die Bedeutung von NGF, BDNF und NT-3 für die normale Entwicklung des Nervensystems wurde durch eine Reihe von Experimenten unterstrichen, bei denen die Funktion der neurotrophen Faktoren NGF und NT-3 mit Hilfe spezifischer blockierender Antikörper untersucht wurde (z.B. Cohen, Proc. Natl. Acad. Sei. USA 46 (1960), 302 - 311, Gaese et al., Development 120 (1994), 1613 - 1619), oder bei denen die Gene NGF, BDNF und NT-3 bzw. die Gene der entsprechenden Rezeptortyrosinkinasen trk, trk B und trk C durch "gene targeting" ausgeschaltet wurden. In all diesen Fällen wurden beträchtliche Verluste an Neuronen im peripheren Nervensystem beobachtet (Snider, Cell 77 (1994), 627 - 638).Nerve growth factor (NGF), BDNF ("brain-derived neurotrophic factor"), neurotrophin-3 (NT-3), neurotrophin-4/5 (NT-4/5) and neurotrophin-6 are members of a gene family commonly known as neurotrophins (neurotrophic factors). All these factors prevent the death of a number of embryonic neurons kept in cell culture (cf., for example, Barde et al., Progress in Growth Factor Research 2 (1990), 237-248) and are therefore able to become neuronal, as described above To prevent cell death leading active process. The importance of NGF, BDNF and NT-3 for the normal development of the nervous system was underlined by a series of experiments in which the function of the neurotrophic factors NGF and NT-3 was examined with the help of specific blocking antibodies (e.g. Cohen, Proc. Natl Acad. Sci. USA 46 (1960), 302-311, Gaese et al., Development 120 (1994), 1613-1619), or in which the genes NGF, BDNF and NT-3 or the genes of the corresponding receptor tyrosine kinases trk, trk B and trk C were switched off by "gene targeting". In all of these cases, considerable neuronal loss in the peripheral nervous system has been observed (Snider, Cell 77 (1994), 627-638).
Reife, biologisch aktive Neurotrophine werden aus Vorstufen durch Abspaltung eines N- terminalen Peptids erhalten. Die Abspaltung erfolgt an einer 4 Aminosäuren umfassenden Konsensus-Spaltstelle des Furintyps (Bresnahan et al., J. Cell. Biol. 111 (1990), 2851-2859). Die bekannten Neurotrophine weisen einen hohen Homologiegrad auf (Barde, Progress in Growth Factor Research 2 (1990), 237-248), der in der Größenordnung von 50% liegt. Sie sind sekretorische, basische, homodimere Proteine mit einem relativen Molekulargewicht von 27 kD. Sechs konservierte Cysteinreste bilden 3 intramolekulare Disulfidbrücken in NGF und BDNF. Vermutlich findet sich eine ähnliche Struktur in allen Neurotrophinen. Obwohl es zwischen zwei Neurotrophin-Monomeren keine kovalenten Bindungen gibt, scheinen sie in Lösung alle als äußerst stabile dimere Strukturen vorzuliegen. Frühe Studien mit NGF förder¬ ten zutage, daß dieses Protein in sehr niedrigen, physiologisch relevanten Konzentrationen als Homodimer existiert (Bothwell und Shooter, J. Biol. Chem. 252 (1977), 8532-8536). Auch BDNF und NT- 3 bilden in physiologisch relevanten Konzentrationen Dimere (Radziejewski et al., Biochemistry 31 (1992), 4431 - 4436).Mature, biologically active neurotrophins are obtained from precursors by cleaving an N-terminal peptide. The cleavage takes place at a 4-amino acid consensus cleavage site of the furin type (Bresnahan et al., J. Cell. Biol. 111 (1990), 2851-2859). The known neurotrophins have a high degree of homology (Barde, Progress in Growth Factor Research 2 (1990), 237-248), which is of the order of 50%. They are secretory, basic, homodimeric proteins with a relative molecular weight of 27 kD. Six conserved cysteine residues form 3 intramolecular disulfide bridges in NGF and BDNF. A similar structure is probably found in all neurotrophins. Although there are no covalent bonds between two neurotrophin monomers, they all appear to be extremely stable dimeric structures in solution. Early studies with NGF revealed that this protein exists as homodimer in very low, physiologically relevant concentrations (Bothwell and Shooter, J. Biol. Chem. 252 (1977), 8532-8536). BDNF and NT-3 also form dimers in physiologically relevant concentrations (Radziejewski et al., Biochemistry 31 (1992), 4431-4436).
Die Aufklärung der kristallinen Struktur des NGF-Dimers erbrachte, daß die beiden NGF- Monomere durch nicht-kovalente, hydrophobe Wechselwirkungen, die sich über die gesamte Kontaktfläche verteilen, zusammengehalten werden (MacDonald et al., Nature 354 (1991), 411 - 414). Dabei trägt eine Anzahl hydrophober, in den Neurotrophinen konservierter Ami¬ nosäurereste zur Kontaktbildung zwischen den Monomeren bei.The clarification of the crystalline structure of the NGF dimer showed that the two NGF monomers are held together by non-covalent, hydrophobic interactions which are distributed over the entire contact area (MacDonald et al., Nature 354 (1991), 411-414 ). A number of hydrophobic amino acid residues conserved in the neurotrophins contribute to the formation of contact between the monomers.
In der EP-A 0544293 wird ein Verfahren zur gentechnologischen Herstellung von biologisch aktivem NGF in Prokaryonten beschrieben. Um die Expressionsrate zu steigern, wurde NGF um 3 - 5 Aminosäuren einer N-terminalen Sequenz eines Proteins, welches in den verwendeten Wirtszellen mit einer hohen Expressionsrate exprimiert wird und um 4 - 10 Aminosäuren aus der Prosequenz des NGF Precursors verlängert. Ein derartiger verlängerter NGF zeigt, wie natürlicher NGF, eine Wirkung auf Neuronen und weist die gleiche Aktivität wie natürlicher humaner NGF auf.EP-A 0544293 describes a method for the genetic engineering production of biologically active NGF in prokaryotes. In order to increase the expression rate, NGF was extended by 3-5 amino acids of an N-terminal sequence of a protein which is expressed in the host cells used with a high expression rate and by 4-10 amino acids from the prosequence of the NGF precursor. Such an elongated NGF, like natural NGF, has an effect on neurons and has the same activity as natural human NGF.
Obwohl die neurotrophen Faktoren aufgrund ihrer biologischen Eigenschaften ein beträchtli¬ ches therapeutisches Potential aufweisen, wird ihre therapeutische Anwendbarkeit in der Praxis dadurch stark beeinträchtigt, daß sie in vivo relativ schnell z.B. durch die Nieren aus dem Blutkreislauf herausfiltriert werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher, neue Moleküle mit der biologischen Aktivität der Neurotrophine bereitzustellen, die sich im Körper durch eine höhere Halbwertszeit (Aufenthaltsdauer im Körper) auszeichnen als die natürli¬ cherweise vorkommenden reifen Neurotrophine und infolgedessen wirksam als Therapeutika eingesetzt werden können. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichne¬ ten Ausfuhrungsformen gelöst.Although the neurotrophic factors have considerable therapeutic potential due to their biological properties, their therapeutic applicability in practice is severely impaired by the fact that they are released relatively quickly in vivo, for example through the kidneys be filtered out of the bloodstream. The object of the present invention was therefore to provide new molecules with the biological activity of the neurotrophins which are characterized in the body by a longer half-life (length of stay in the body) than the naturally occurring mature neurotrophins and, consequently, can be used effectively as therapeutic agents. This object is achieved by the embodiments characterized in the claims.
Somit betrifft die Erfindung ein Nukleinsäuremolekül (DNA oder RNA), das ein natürlicher¬ weise nicht vorkommendes (Poly)peptid mit der biologischen Aktivität eines neurotrophen Faktors codiert, wobei das (Poly)peptid einen im Vergleich mit einem reifen neurotrophen Faktor verlängerten N-Terminus aufweist mit der Maßgabe, daß das Nukleinsäuremolekül kein NGF codiert. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Nukleinsäuremolekül, welches für NGF codiert, welches N-terminal um ein Peptidfragment von bis zu ca. 19 Aminosäuren, vorzugsweise um 4 - 19 Aminosäuren, verlängert ist. Dieses Peptidfragment ist ein C-termi- nales Fragment des Precursor-Anteils von NGF. Dieser Precursor enthält am C-Terminus eine Konsensusspaltstelle des Furintyps, in der ein Austausch in der Aminosäure -1 und/oder -2 erfolgt ist. Vorzugsweise ist Arginin in Position -1 durch eine andere Aminosäure, besonders bevorzugt durch Lysin, ersetzt.The invention thus relates to a nucleic acid molecule (DNA or RNA) which encodes a naturally non-occurring (poly) peptide with the biological activity of a neurotrophic factor, the (poly) peptide having an N-terminus which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor with the proviso that the nucleic acid molecule does not encode NGF. The invention further relates to a nucleic acid molecule which codes for NGF and which is N-terminally extended by a peptide fragment of up to approximately 19 amino acids, preferably by 4-19 amino acids. This peptide fragment is a C-terminal fragment of the precursor part of NGF. At the C-terminus, this precursor contains a consensus cleavage site of the furin type, in which an exchange in the amino acid -1 and / or -2 has taken place. Arginine in position -1 is preferably replaced by another amino acid, particularly preferably by lysine.
Unter dem Begriff "natürlicherweise nicht vorkommendes (Poly)peptid" wird hier ein (Poly)peptid verstanden, das weder als natürliche Vorstufe eines Neurotrophins, noch als reifes Neurotrophin-(Poly)peptid unter physiologischen Bedingungen vorkommt. Die Aminosäuresequenzen vieler Säuger- und Fisch-Neurotrophine und die von deren Vorstufen sind im Stand der Technik bekannt; diese sind natürlicherweise vorkommende (Poly)peptide und fallen daher nicht unter den vorstehend definierten Begriff. Ausdrücklich darunter fallen hingegen Vorstufen von Neurotrophinen, die eine Mutation in der 4 Aminosäuren umfassen¬ den Konsensus-Spaltstelle des Furintyps aufweisen, wobei davon ausgegangen wird, daß derartige Mutationen sehr selten oder nicht natürlicherweise vorkommen. Die erfindungsge¬ mäße Nukleinsäure, vorzugsweise eine DNA oder RNA, wird vorzugsweise durch rekombi- nante Methoden hergestellt (vgl. Sambrook et al., "Molecular Cloning, A Laboratory Manual", CSH Press, Cold Spring Harbor, 1989) beispielsweise durch Mutagenese der Konsensus-Spaltstelle im abspaltbaren N-Terminus einer Neurotrophin- Vorstufe.The term “naturally non-occurring (poly) peptide” is understood here to mean a (poly) peptide that does not occur either as a natural precursor of a neurotrophin or as a mature neurotrophin (poly) peptide under physiological conditions. The amino acid sequences of many mammalian and fish neurotrophins and their precursors are known in the art; these are naturally occurring (poly) peptides and therefore do not fall under the term defined above. On the other hand, this expressly includes precursors of neurotrophins which have a mutation in the 4-amino acid consensus cleavage site of the furin type, it being assumed that such mutations occur very rarely or not naturally. The nucleic acid according to the invention, preferably a DNA or RNA, is preferably produced by recombinant methods (cf. Sambrook et al., "Molecular Cloning, A Laboratory Manual", CSH Press, Cold Spring Harbor, 1989), for example by mutagenesis of Consensus cleavage site in the cleavable N-terminus of a neurotrophin precursor.
Der Begriff "einen im Vergleich mit einem reifen neurotrophen Faktor verlängerten N-Termi¬ nus" betrifft im Sinne dieser Erfindung jede Verlängerung des N-Terminus im Vergleich zum N-Terminus eines reifen neurotrophen Faktors. Der verlängerte N-Terminus, d.h. das zusätzli- che Vorhandensein einer oder mehrerer Aminosäuren N-terminal vom N-Terminus eines reifen Neurotrophins, kann eine veränderte Sequenz des natürlicherweise vorkommenden N-termina- len, abspaltbaren Peptids der Vorstufe des Neurotrophins oder eines anderen Neurotrophins sein. Diese veränderte Sequenz kann verkürzt oder verlängert sein oder die gleiche Länge haben wie das abspaltbare Peptid, wobei es in letzterem Falle mindestens einen Aminosäure¬ austausch gegenüber dem abspaltbaren Peptid aufweist. Auch die verkürzten und verlängerten Sequenzen können derartige Aminosäureaustausche aufweisen, sind aber zusätzlich durch Aminosäureinsertionen, -additionen oder deletionen oder Kombinationen davon gekennzeich¬ net, die intern und/oder terminal erfolgt sein können. In einer anderen Ausfuhrungsform ist der verlängerte N-Terminus nicht aus der Aminosäuresequenz des abspaltbaren N-terminalen Peptids der Neurotrophin- Vorstufen ableitbar.For the purposes of this invention, the term “an N-terminus elongated in comparison with a mature neurotrophic factor” relates to any elongation of the N-terminus compared to the N-terminus of a mature neurotrophic factor. The extended N-terminus, ie the additional The presence of one or more amino acids N-terminal from the N-terminus of a mature neurotrophin may be an altered sequence of the naturally occurring N-terminal, cleavable peptide of the precursor of the neurotrophin or another neurotrophin. This altered sequence can be shortened or lengthened or have the same length as the cleavable peptide, in which case it has at least one amino acid exchange with the cleavable peptide. The shortened and extended sequences can also have such amino acid exchanges, but are additionally characterized by amino acid insertions, additions or deletions or combinations thereof, which can have been carried out internally and / or terminally. In another embodiment, the extended N-terminus cannot be derived from the amino acid sequence of the cleavable N-terminal peptide of the neurotrophin precursors.
Für NGF ist unter dem Begriff "natürlicherweise nicht vorkommendes Polypeptid" ein (Poly)peptid zu verstehen, welches N-terminal um ein Peptidfragment verlängert ist. Dieses Peptidfragment ist ein bis zu ca. 19 Aminosäuren langes, vorzugsweise 4 - 19 Aminosäuren langes Fragment eines Precursor-Anteils eines Neurotrophins. Unter Precursor-Anteil, im Sinne der Erfindung, ist ein vom N-Terminus des reifen Proteins abspaltbares Peptid zu verstehen, welches natürlicherweise im entsprechenden Pro-Neurotrophin N-terminal enthal¬ ten ist. Solche Neurotrophin-Precursor-Sequenzen sind bekannt und beispielsweise beschrie¬ ben für:For NGF, the term “naturally non-occurring polypeptide” is to be understood as a (poly) peptide which is extended at the N-terminal by a peptide fragment. This peptide fragment is a fragment of a precursor portion of a neurotrophin that is up to approximately 19 amino acids long, preferably 4-19 amino acids long. Precursor content, in the sense of the invention, is to be understood as meaning a peptide which can be cleaved from the N-terminus of the mature protein and which is naturally contained in the corresponding pro-neurotrophin at the N-terminal. Such neurotrophin precursor sequences are known and are described, for example, for:
NGF : Suter et al., EMBO J. 10 (1991) 2395-2400 undNGF: Suter et al., EMBO J. 10 (1991) 2395-2400 and
Scott et al., Nature 302 (1983) 538-540Scott et al., Nature 302 (1983) 538-540
BDNF : Leibrock et al., Nature 341 (1989) 149-152BDNF: Leibrock et al., Nature 341 (1989) 149-152
NT-3 : Hohn et al., Nature 344 (1990) 339-341NT-3: Hohn et al., Nature 344 (1990) 339-341
NT-4 : Hallböök et al., Neuron 6, 845-858NT-4: Hallboek et al., Neuron 6, 845-858
NT-5 : Ip et al., Neuron 10 (1983) 137-149NT-5: Ip et al., Neuron 10 (1983) 137-149
NT-6 : Götz et al., Nature 372 (1994) 266-269NT-6: Götz et al., Nature 372 (1994) 266-269
Diese Precursorsequenzen enthalten am C-Terminus eine Konsensusspaltstelle des Furintyps, in der ein Austausch in der Aminosäureposition -1 und/oder -2 erfolgt ist. Vorzugsweise ist Arginin in Position -1 durch eine andere Aminosäure, besonders bevorzugt durch Lysin, ersetzt.At the C-terminus, these precursor sequences contain a furin-type consensus cleavage site in which an exchange in the amino acid position -1 and / or -2 has taken place. Arginine in position -1 is preferably replaced by another amino acid, particularly preferably by lysine.
Die das erfindungsgemäße (Poly)peptid codierende DNA kann synthetischen, semisyntheti¬ schen Ursprungs sein oder rekombinant hergestellt sein. Allen vorstehend erörterten Ausfuhrungsformen ist gemeinsam, daß das von der erfindungs¬ gemäßen DNA codierte (Poly)peptid bei Applikation in pharmazeutisch üblichen Konzentra¬ tionen, beispielsweise am Menschen, nicht toxisch ist.The DNA encoding the (poly) peptide according to the invention can be of synthetic, semisynthetic origin or can be produced recombinantly. All of the embodiments discussed above have in common that the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention is non-toxic when applied in pharmaceutically customary concentrations, for example in humans.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß das durch die erfindungsgemäße DNA codierte (Poly)peptid unter physiologischen Bedingungen lediglich im dimeren Zustand auftritt und daß diese Dimere dieselben biologischen Aktivitäten aufweisen wie reife, natürlicherweise vorkommende Neurotrophine. Dieser Befund ist insbesondere deshalb überraschend, als im Stand der Technik davon ausgegangen wurde, daß Maus-ß-NGF in reifer Form eine zehnfach höhere biologische Aktivität aufweist als seine Vorstufe; vgl. Edwards et al., J. Biol. Chem. 263 (1988), 6810 - 6815. In vitro haben Dimere der erfindungsgemäßen (Poly)peptide eine größere Dimerstabilität als Dimere der reifen Neurotrophine. Da die natürlicherweise vorkommenden Neurotrophine, wie bereits vorstehend diskutiert, in vivo eine zu geringe Halbwertszeit besitzen, um therapeutisch effektiv zu sein, bietet das durch die erfindungsge- mäße DNA codierte (Poly)peptid gegenüber sämtlichen im Stand der Technik bekannten und verfügbaren Neurotrophinen den Vorteil, wirksam für therapeutische Zwecke eingesetzt werden zu können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der längeren Halbwertszeit in vivo ist, daß bei gleicher therapeutischer Wirksamkeit eine geringere Menge des durch die erfindungs¬ gemäße DNA codierten (Poly)peptids im Vergleich zur Menge des entsprechenden Wildtyp- Neurotrophins appliziert werden kann, und so ungünstige Nebenwirkungen vermieden werden können. Der erhöhten Stabilität der Dimere, die durch die von der erfindungsgemäßen DNA codierten (Poly)peptide gebildet werden und der damit verbundenen Vorteile kommt insofern noch eine besondere Bedeutung zu, als überraschenderweise ferner gefunden wurde, daß die Neurotrophinmonomere unter physiologischen Bedingungen überhaupt keine biologische Aktivität aufweisen.Surprisingly, it was found that the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention only appears in the dimeric state under physiological conditions and that these dimers have the same biological activities as mature, naturally occurring neurotrophins. This finding is particularly surprising when it was assumed in the prior art that mouse β-NGF has a tenfold higher biological activity in its mature form than its precursor; see. Edwards et al., J. Biol. Chem. 263 (1988), 6810-6815. In vitro, dimers of the (poly) peptides according to the invention have greater dimer stability than dimers of the mature neurotrophins. Since the naturally occurring neurotrophins, as already discussed above, have too short a half-life in vivo to be therapeutically effective, the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention offers the advantage over all neurotrophins known and available in the prior art to be used effectively for therapeutic purposes. Another significant advantage of the longer half-life in vivo is that, with the same therapeutic efficacy, a smaller amount of the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention can be applied compared to the amount of the corresponding wild-type neurotrophin, and thus undesirable side effects are avoided can. The increased stability of the dimers which are formed by the (poly) peptides encoded by the DNA according to the invention and the advantages associated therewith are of particular importance insofar as it has surprisingly also been found that the neurotrophin monomers have no biological activity at all under physiological conditions .
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen (Poly)peptide ist, daß diese mit 1251 wesentlich besser markiert werden können als die reifen neurotrophen Faktoren, da sich im N-terminalen Peptid, das bei der Konvertierung der Neurotrophin- Vorstufe zu reifem Neurotrophin üblicherweise abgespalten wird, insbesondere auch in der BDNF- Vorstufe, mehrere Tyrosin- reste befinden, die bei Verwendung des Enzyms Lactoperoxidase radioaktiv markiert werden. Diese Markierungsmöglichkeit hat insbesondere vorteilhafte Auswirkungen beim Einsatz der erfindungsgemäßen (Poly)peptide in der Diagnostik. Sie weist femer Vorteile für die Isolie¬ rung des markierten (Poly)peptids auf. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsfor betrifft eine DNA-Sequenz, wobei der neurotrophe Faktor aus Vertebraten stammt.Another advantage of the (poly) peptides according to the invention is that they can be marked much better with 1251 than the mature neurotrophic factors, since the N-terminal peptide, which is usually split off when the neurotrophin precursor is converted to mature neurotrophin, in particular there are also several tyrosine residues in the BDNF precursor, which are radiolabelled when the enzyme lactoperoxidase is used. This labeling option has particularly advantageous effects when using the (poly) peptides according to the invention in diagnostics. It also has advantages for the isolation of the labeled (poly) peptide. A preferred embodiment according to the invention relates to a DNA sequence, the neurotrophic factor originating from vertebrates.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine DNA-Sequenz, wobei der neurotrophe Faktor aus Fischen oder Säugetieren stammt.A particularly preferred embodiment of the invention relates to a DNA sequence, the neurotrophic factor originating from fish or mammals.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen DNA- Sequenz ist der neurotrophe Faktor ein menschlicher neurotropher Faktor.In a further particularly preferred embodiment of the DNA sequence according to the invention, the neurotrophic factor is a human neurotrophic factor.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine DNA-Sequenz, wobei der Faktor NGF, NT-3, NT-4/5, NT-6 oder BDNF ist.Another preferred embodiment of the invention relates to a DNA sequence, the factor being NGF, NT-3, NT-4/5, NT-6 or BDNF.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung codiert die DNA-Sequenz ein (Poly)peptid, wobei der im Vergleich mit einem reifen neurotrophen Faktor verlängerte N- Terminus ein Mutein des beim Übergang der Neurotrophin- Vorstufe zum reifen Neurotrophin abgespaltenen Peptids ist.In a further preferred embodiment of the invention, the DNA sequence encodes a (poly) peptide, the N-terminus, which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor, being a mutein of the peptide cleaved off when the neurotrophin precursor changes to the mature neurotrophin.
Unter "Mutein des beim Übergang der Neurotrophin- Vorstufe zum reifen Neurotrophin abge¬ spaltenen Peptids" wird erfindungsgemäß jener Teil der Neurotrophin- Vorstufe verstanden, der normalerweise an der 4 Aminosäuren umfassenden Spaltstelle des Furintyps abgespalten und nicht in das reife Neurotrophin konvertiert wird und der in seiner Aminosäuresequenz gegenüber der natürlicherweise vorkommenden Vorstufe vorzugsweise gentechnisch derart abgeändert ist, daß eine Abspaltung durch eine entsprechende Protease nicht erfolgt.According to the invention, “mutein of the peptide split off during the transition from the neurotrophin precursor to the mature neurotrophin” means that part of the neurotrophin precursor that is normally split off at the 4 amino acid cleavage site of the furin type and is not converted into the mature neurotrophin and that into its amino acid sequence is preferably genetically modified compared to the naturally occurring precursor in such a way that it is not cleaved off by a corresponding protease.
Die Abspaltung durch die Protease kann entweder dadurch verhindert werden, daß mindestens eine Aminosäure in der Erkennungssequenz für die Protease ausgetauscht wird, oder daß die dreidimensionale Struktur des N-Terminus der Vorstufe so verändert wird, daß eine Bindung und/oder Spaltung durch die Protease vermieden wird.The protease cleavage can either be prevented by exchanging at least one amino acid in the recognition sequence for the protease, or by changing the three-dimensional structure of the N-terminus of the precursor in such a way that binding and / or cleavage by the protease is avoided becomes.
Unter Muteinen werden erfindungsgemäß auch solche Aminosäuresequenzen verstanden, die gegenüber dem abspaltbaren Peptid der Vorstufe verlängert oder verkürzt sind. Eine derartige Verlängerung oder Verkürzung ist gentechnisch durch eine Addition, Insertion oder Deletion von Aminosäuren oder durch Kombinationen davon, innerhalb vom und/oder terminal am spaltbaren Peptid erreichbar. Die dazu notwendigen Verfahren sind Standardverfahren der Molekularbiologie und beispielsweise in Sambrook, a.a.O., beschrieben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz weist das Mutein mindestens einen Aminosäureaustausch in der 4 Aminosäuren umfassenden Konsensus- Spaltstelle des Furintyps auf. Diese Spaltstelle hat die AminosäuresequenzAccording to the invention, muteins are also understood to mean those amino acid sequences which are extended or shortened compared to the cleavable peptide of the precursor. Such an extension or shortening can be achieved genetically by adding, inserting or deleting amino acids or by combinations thereof, within and / or terminally on the cleavable peptide. The processes required for this are standard molecular biology processes and are described, for example, in Sambrook, loc. Cit. In a particularly preferred embodiment of the DNA sequence according to the invention, the mutein has at least one amino acid exchange in the 4 amino acid consensus cleavage site of the furin type. This cleavage site has the amino acid sequence
R - X - K - R (SEQ ID NO:l),R - X - K - R (SEQ ID NO: l),
R-X-R-R (SEQ ID NO:2) oder vorzugsweise R-V-R-R (SEQ H> NO:3) (R: Arginin, X: beliebige Aminosäure, K: Lysin, V: Valin). Dieser Austausch in der Aminosäuresequenz hat zur Folge, daß eine Abspaltung des N-terminalen Peptids durch eine an der genannten Spaltstelle spaltende Protease nicht mehr erfolgen kann. In dieser Ausführungsform können auch weitere, bereits vorstehend erörterte Veränderungen in der Aminosäuresequenz des N- terminalen Peptids auftreten. Vorzugsweise ist die Veränderung der Aminosäuresequenz jedoch auf den Austausch/die Austausche in der Konsensus-Spaltsequenz beschränkt, wobei die Austausche vorzugsweise in der Aminosäureposition -1 und/oder -2 auftreten. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Mutein die 19 C-terminalen Aminosäuren des N-terminalen, in der nativen BDNF- Vorstufe abspaltbaren Peptids auf, in denen auch die natürlicherweise auftretende potentielle Glykosylierungsstelle enthalten ist.R-X-R-R (SEQ ID NO: 2) or preferably R-V-R-R (SEQ H> NO: 3) (R: arginine, X: any amino acid, K: lysine, V: valine). This exchange in the amino acid sequence means that the N-terminal peptide can no longer be cleaved off by a protease cleaving at the cleavage site mentioned. In this embodiment, further changes already discussed above in the amino acid sequence of the N-terminal peptide can also occur. However, the change in the amino acid sequence is preferably limited to the exchange / exchanges in the consensus cleavage sequence, the exchanges preferably occurring in the amino acid position -1 and / or -2. In a further particularly preferred embodiment, the mutein has the 19 C-terminal amino acids of the N-terminal peptide which can be cleaved in the native BDNF precursor and also contains the naturally occurring potential glycosylation site.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz ist in der 4 Aminosäuren umfassenden Konsensus-Spaltstelle des Furintyps Arginin in Position -1 durch Lysin ersetzt.In a further preferred embodiment of the DNA sequence according to the invention, the 4 amino acid consensus cleavage site of the arginine furin type in position -1 is replaced by lysine.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine DNA- Sequenz, die ein (Poly)peptid codiert, das die 19 C-terminalen Aminosäuren des N-terminalen, in der nativen BDNF- Vorstufe abspaltbaren Peptids mit Ausnahme des Arginins in Position -1 aufweist, das durch Lysin ersetzt ist.Another particularly preferred embodiment of the invention relates to a DNA sequence which encodes a (poly) peptide which has the 19 C-terminal amino acids of the N-terminal peptide which can be cleaved in the native BDNF precursor, with the exception of the arginine in position -1 which is replaced by lysine.
Erfindungsgemäß konnte gezeigt werden, daß dieser Aminosäurenaustausch in der BDNF- Vorstufe eine Abspaltung des N-terminalen Peptids verhindert, wodurch ein Molekül hervor¬ bracht wird, das 19 Aminosäuren länger als das reife BDNF ist und eine größere Dimerstabili- tät in Lösung aufweist.According to the invention, it could be shown that this amino acid exchange in the BDNF precursor prevents cleavage of the N-terminal peptide, thereby producing a molecule which is 19 amino acids longer than the mature BDNF and has a greater dimer stability in solution.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz ist der im Vergleich mit einem reifen neurotrophen Faktor verlängerte N-Terminus glykosyliert. Die Glykosylierung des in allen Neurotrophinen an dieser bzw. einer entsprechenden Position konservierten Asparaginrestes in der N-terminalen Sequenz des erfindungsgemäßen (Poly)peptids fuhrt dazu, daß das hier in den Beispielen dargestellte Dimer ein fast doppelt so großes Molekulargewicht aufweist wie das Wildtyp-BDNF-Dimer. Es scheint möglich, daß die Glykosylierung einen Einfluß auf die längere Halbwertszeit des durch die erfindungsge¬ mäße DNA codierten (Poly)peptids hat, sie birgt ferner die Möglichkeit, die Zuckergruppe für Markierungen, beispielsweise mit Biotin zu verwenden.In a further preferred embodiment of the DNA sequence according to the invention, the N-terminus, which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor, is glycosylated. The glycosylation of the asparagine residue conserved at this or a corresponding position in all neurotrophins in the N-terminal sequence of the (poly) peptide according to the invention leads to the dimer shown here in the examples having a molecular weight which is almost twice that of the wild-type BDNF -Dimer. It seems possible that the glycosylation has an influence on the longer half-life of the (poly) peptide encoded by the DNA according to the invention, it also offers the possibility of using the sugar group for labeling, for example with biotin.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz umfaßt der im Vergleich mit einem reifen neurotrophen Faktor verlängerte N-Terminus eine nachweisbare und/oder biologisch aktive Aminosäuresequenz.In a further preferred embodiment of the DNA sequence according to the invention, the N-terminus, which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor, comprises a detectable and / or biologically active amino acid sequence.
Diese Aminosäuresequenz kann entweder N-terminal von der den reifen neurotrophen Faktor codierenden Aminosäuresequenz beginnen. In einer anderen Ausführungsform schließt sie sich N-terminal an das Mutein des beim Übergang der Neurotrophin-Vorstufe zum reifen Neurotrophin abgespaltenen Peptids oder an den verlängerten N-Terminus an, der nicht aus der Aminosäuresequenz des abspaltbaren N-terminalen Peptids der Neurotrophin- Vorstufen herleitbar ist.This amino acid sequence can either start N-terminally from the amino acid sequence encoding the mature neurotrophic factor. In another embodiment, it connects N-terminally to the mutein of the peptide cleaved off when the neurotrophin precursor changes to the mature neurotrophin or to the extended N-terminus, which cannot be derived from the amino acid sequence of the cleavable N-terminal peptide of the neurotrophin precursors is.
Die Aminosäuresequenz kann jede Sequenz sein, die nachweisbar und oder biologisch aktiv ist. Beispiele für derartige Sequenzen sind Antikörperketten oder Teile davon, oder Sequen¬ zen, die durch im Stand der Technik verfügbare Antikörper erkannt werden, z.B. c-myc oder HA, ferner Biotin, Enzyme oder katalytisch aktive Teile davon oder Enzymsubstrate, oder Markierungen, wie radioaktive, fluoreszierende, chemilumineszierende oder biolumineszieren- de Markierungen.The amino acid sequence can be any sequence that is detectable and or biologically active. Examples of such sequences are antibody chains or parts thereof, or sequences which are recognized by antibodies available in the prior art, e.g. c-myc or HA, furthermore biotin, enzymes or catalytically active parts thereof or enzyme substrates, or labels, such as radioactive, fluorescent, chemiluminescent or bioluminescent labels.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz wird die Aminosäuresequenz durch Bindung an einen Antikörper oder ein Enzym nachgewiesen. Vorzugsweise ist der nachweisende Antikörper markiert. Markierungsverfahren für Antikör¬ per sind im Stand der Technik bekannt; vgl. z.B. Harlow und Lane, "Antibodies, A Laboratory Manual", CSH Press, Cold Spring Harbor 1988. Sofern ein Enzym zum Nachweis verwendet wird, ist die dadurch katalysierte Reaktion vorzugsweise eine Farbreaktion.In a particularly preferred embodiment of the DNA sequence according to the invention, the amino acid sequence is detected by binding to an antibody or an enzyme. The detecting antibody is preferably labeled. Labeling methods for antibodies are known in the prior art; see. e.g. Harlow and Lane, "Antibodies, A Laboratory Manual", CSH Press, Cold Spring Harbor 1988. If an enzyme is used for the detection, the reaction catalyzed thereby is preferably a color reaction.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen DNA- Sequenz umfaßt die biologisch aktive Aminosäuresequenz Biotin. Biotin ist als Bestandteil enzymatischer Nachweissysteme seit langem im Stand der Technik bekannt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine RNA-Sequenz, die komplementär zur erfin¬ dungsgemäßen DNA-Sequenz oder der dazu komplementären DNA-Sequenz ist.In a further particularly preferred embodiment of the DNA sequence according to the invention, the biologically active amino acid sequence comprises biotin. Biotin has long been known in the prior art as a component of enzymatic detection systems. Another object of the invention is an RNA sequence which is complementary to the DNA sequence according to the invention or the DNA sequence complementary thereto.
Die erfindungsgemäße RNA-Sequenz kann synthetischen, semisynthetischen oder rekombi- nanten Ursprungs sein. Sie kann beispielsweise für die in vitro-Translation oder als anti-sense- RNA oder auch als Ribozym eingesetzt werden.The RNA sequence according to the invention can be of synthetic, semi-synthetic or recombinant origin. It can be used, for example, for in vitro translation or as anti-sense RNA or as a ribozyme.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Primerpaar, das an die erfindungsgemäße DNA- oder RNA-Sequenz hybridisiert.Another object of the invention is a pair of primers that hybridize to the DNA or RNA sequence according to the invention.
Das erfindungsgemäße Primeφaar hybridisiert vorzugsweise unter geeigneten Bedingungen an den beiden Enden komplementärer Stränge der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz und kann somit zur spezifischen Amplifikation der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz durch PCR (vgl. z.B. Sambrook et al., a.a.O.) verwendet werden.The Primeφaar according to the invention preferably hybridizes under suitable conditions at the two ends of complementary strands of the DNA sequence according to the invention and can thus be used for the specific amplification of the DNA sequence according to the invention by PCR (cf. e.g. Sambrook et al., Loc. Cit.).
Die Erfindung betrifft ferner ein rekombinantes DNA-Molekül, das mindestens eine erfin¬ dungsgemäße DNA-Sequenz enthält.The invention further relates to a recombinant DNA molecule which contains at least one DNA sequence according to the invention.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße rekombinante DNA-Molekül ein rekombinanter Vektor, der zur Expression der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz geeignet ist. In das erfin¬ dungsgemäße rekombinante DNA-Molekül können eine oder mehrere erfindungsgemäße DNA-Sequenzen cloniert sein. Sofern mehrere erfindungsgemäße DNA-Sequenzen in das rekombinante DNA-Molekül cloniert sind, können diese von Genen stammen, die dieselben oder unterschiedliche Neurotrophine codieren. Die erfindungsgemäßen rekombinanten DNA- Moleküle können weiterhin Gene enthalten, die andere (Poly)peptide codieren, wie z.B. Wildtyp- Vorstufen von Neurotrophinen.The recombinant DNA molecule according to the invention is preferably a recombinant vector which is suitable for expressing the DNA sequence according to the invention. One or more DNA sequences according to the invention can be cloned into the recombinant DNA molecule according to the invention. If several DNA sequences according to the invention are cloned into the recombinant DNA molecule, these can originate from genes which code for the same or different neurotrophins. The recombinant DNA molecules according to the invention can furthermore contain genes which encode other (poly) peptides, e.g. Wild type precursors of neurotrophins.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen rekombinanten DNA-Moleküle Fusionsprotei¬ ne des erfindungsgemäßen (Poly)peptids beispielsweise mit ß-Galaktosidase codieren.In addition, the recombinant DNA molecules according to the invention can code fusion proteins of the (poly) peptide according to the invention, for example with β-galactosidase.
Neben der Expression der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz kann das rekombinante DNA- Molekül auch lediglich zu dessen Vermehrung eingesetzt werden.In addition to the expression of the DNA sequence according to the invention, the recombinant DNA molecule can also only be used to multiply it.
Die Erfindung betrifft ferner einen Wirt, der mit mindestens einem erfindungsgemäßen rekombinanten DNA-Molekül transformiert ist. Dabei kann dieses rekombinante DNA-Mole- kül/können diese rekombinanten DNA-Moleküle denselben Faktor oder unterschiedliche Faktoren codieren oder, wenn es/sie denselben Faktor codiert/codieren, unterschiedliche Ami¬ nosäuresequenzen aufweisen.The invention further relates to a host that is transformed with at least one recombinant DNA molecule according to the invention. This recombinant DNA molecule / these recombinant DNA molecules can have the same factor or different Encode factors or, if it codes the same factor, have different amino acid sequences.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der transformierte Wirt ein Bakterium, eine Pilz-, Hefe- oder Säugerzelle oder ein transgenes Tier.In a preferred embodiment, the transformed host is a bacterium, a fungal, yeast or mammalian cell or a transgenic animal.
Sofern der erfindungsgemäße Wirt ein Bakterium ist, wird E.coli bevorzugt. Ist der Wirt dagegen beispielsweise ein transgenes Tier, so werden Mäuse bevorzugt. Die Herstellung von transgenen Tieren gehört heute zu den Standardverfahren der modernen Biologie (vgl. z.B. Hanahan, Science 246 (1989), 1265-1275) und wird daher hier nicht in Detail beschrieben. In transgenen Tieren kann die Expression der erfindungsgemäßen (Poly)peptide gewebespezi¬ fisch untersucht werden (vgl. z.B. Barinaga, Science 265 (1994), 26 - 28).If the host according to the invention is a bacterium, E. coli is preferred. In contrast, if the host is, for example, a transgenic animal, mice are preferred. The production of transgenic animals is now one of the standard methods in modern biology (see e.g. Hanahan, Science 246 (1989), 1265-1275) and is therefore not described in detail here. The expression of the (poly) peptides according to the invention can be examined in a tissue-specific manner in transgenic animals (cf. e.g. Barinaga, Science 265 (1994), 26-28).
Die Erfindung betrifft ferner ein (Poly)peptid, das von der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz, der erfindungsgemäßen RNA-Sequenz oder dem erfindungsgemäßen rekombinanten DNA- Molekül codiert wird.The invention further relates to a (poly) peptide which is encoded by the DNA sequence according to the invention, the RNA sequence according to the invention or the recombinant DNA molecule according to the invention.
Das erfindungsgemäße (Poly)peptid ist beispielsweise durch Translation einer mRNA herstell¬ bar, die von dem erfindungsgemäßen DNA-Molekül transkribiert wurde. In einer anderen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße (Poly)peptid durch im Stand der Technik bekannte chemische Verfahren oder aber durch eine Kombination chemischer und biologischer (z.B. Translation) Verfahren hergestellt werden.The (poly) peptide according to the invention can be produced, for example, by translation of an mRNA which has been transcribed by the DNA molecule according to the invention. In another embodiment, the (poly) peptide according to the invention can be produced by chemical processes known in the art or else by a combination of chemical and biological (e.g. translation) processes.
Von der Erfindung auch umfaßt sind (Poly)peptide, die posttranslational modifiziert worden sind. Wie im Stand der Technik bekannt ist, hängt die jeweilige posttranslationale Modifizie¬ rung der (Poly)peptide vom zur Expression verwendeten Organismus bzw. von der zur Expression verwendeten Zelle ab.Also included in the invention are (poly) peptides that have been post-translationally modified. As is known in the prior art, the respective post-translational modification of the (poly) peptides depends on the organism used for expression or on the cell used for expression.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Homodimer, das von zwei erfindungsgemäßen (Poly)peptiden gebildet wird, die die biologische Aktivität desselben neurotrophen Faktors aufweisen. Dabei kann sich die Aminosäuresequenz der erfindungsgemäßen (Poly)peptide innerhalb des Homodimers unterscheiden, solange sie noch zur Dimerisierung befähigt sind und sich die biologische Aktivität ihrer Art nach nicht verändert. So können die beiden das Homodimer bildenden (Poly)peptide von unterschiedlichen DNA- RNA-Sequenzen transkri¬ biert bzw. translatiert worden sein, die sich im selben Vektor oder in unterschiedlichen Vekto- ren befinden können und im letzteren Fall von unterschiedlichen Wirten/Wirtszellen produziert und damit auch unterschiedlich posttranslational modifiziert sein können.Another object of the invention is a homodimer which is formed by two (poly) peptides according to the invention which have the biological activity of the same neurotrophic factor. The amino acid sequence of the (poly) peptides according to the invention can differ within the homodimer as long as they are still capable of dimerization and the biological activity does not change in their nature. For example, the two (poly) peptides forming the homodimer may have been transcribed or translated by different DNA-RNA sequences that are in the same vector or in different vectors. ren can be located and in the latter case produced by different hosts / host cells and thus can also be modified differently post-translationally.
Wie erfindungsgemäß festgestellt wurde, besitzen die Neurotrophindimere eine wesentlich höhere biologische Aktivität als die entsprechenden Monomere, die erfindungsgemäßen Dime¬ re darüber hinaus noch eine größere Stabilität als die Wildtyp-Neurotrophindimere, was sie für den therapeutischen Einsatz prädestiniert.As was determined according to the invention, the neurotrophin dimers have a significantly higher biological activity than the corresponding monomers, and the dimers according to the invention also have a greater stability than the wild-type neurotrophin dimers, which predestines them for therapeutic use.
Es hat sich erfindungsgemäß gezeigt, daß eine verbesserte Stabilität der erfindungsgemäßen Dimeren im wesentlichen erreicht wird durch N-terminale Verlängerung des Proteins und Modifikation der Konsensusspaltstelle des Furintyps in der Weise, daß eine Abspaltung des N-terminalen Peptids nicht mehr erfolgen kann. Die erfindungsgemäßen Dimere zeigen eine verbesserte Stabilität sowohl in der am N-terminalen Peptid glykosylierten als auch nichtglykosylierten Form. Vorzugsweise ist das Neurotrophin um bis zu ca. 19 Aminosäuren, vorzugsweise um ca. 4 - 19 Aminosäuren, N-terminal verlängert. Eine Stabilitätsverbesserung wird dann erhalten, wenn das N-terminale Peptid keine Spaltstelle des Furintyps enthält. Ein nicht glykosyliertes erfindungsgemäßes Protein kann in Eukaryonten rekombinant erhalten werden, wenn in der Sequenz der N-terminalen Verlängerung keine potentielle Glykosylierungsstelle, wie beispielsweise Asparagin, vorhanden ist. Wird das Neurotrophin in Prokaryonten hergestellt, erfolgt keine Glykosylierung, auch wenn die Sequenz Asparagin enthält.It has been shown according to the invention that improved stability of the dimers according to the invention is essentially achieved by N-terminal extension of the protein and modification of the consensus cleavage site of the furin type in such a way that the N-terminal peptide can no longer be split off. The dimers according to the invention show improved stability both in the N-terminal peptide glycosylated and in the non-glycosylated form. The neurotrophin is preferably extended by up to about 19 amino acids, preferably by about 4 to 19 amino acids, N-terminally. An improvement in stability is obtained if the N-terminal peptide does not contain a furin-type cleavage site. A non-glycosylated protein according to the invention can be obtained recombinantly in eukaryotes if there is no potential glycosylation site, for example asparagine, in the sequence of the N-terminal extension. If the neurotrophin is produced in prokaryotes, there is no glycosylation, even if the sequence contains asparagine.
Vorzugsweise entspricht das N-terminale Peptid jedoch bis zu ca. 19 Aminosäuren des C-terminalen Endes der Neurotrophinprosequenz, welche natürlicherweise bei der Bildung des maturen Neurotrophin abgespalten wird. Bevorzugt sind ebenfalls Sequenzen, die sich um bis zu 20 %, vorzugsweise um bis zu 10 %, von dieser Sequenz unterscheiden.However, the N-terminal peptide preferably corresponds to up to approximately 19 amino acids of the C-terminal end of the neurotrophin prosequence, which is naturally cleaved off when the mature neurotrophin is formed. Preference is also given to sequences which differ from this sequence by up to 20%, preferably by up to 10%.
Die Erfindung betrifft femer Heterodimere, die von zwei erfindungsgemäßen (Poly)peptiden gebildet werden, die die biologische Aktivität unterschiedlicher neurotropher Faktoren aufwei¬ sen. Für die erfindungsgemäßen Heterodimere gelten die für die erfindungsgemäßen Homodi- mere gemachten Ausführungen sinngemäß. Auch hier ist wesentlich, daß die (Poly)peρtide noch zur Dimerisierung fähig sind. Aufgrund der relativ großen Homologien zwischen den einzelnen neurotrophen Faktoren wird erfindungsgemäß davon ausgegangen, daß Heterodi¬ mere zwischen den von allen Neurotrophinen abgeleiteten erfindungsgemäßen (Poly)ρeptiden gebildet werden können. Die Bildung von Heterodimeren verschiedener neurotropher Fakto¬ ren wurde von Radziejewski et al., Biochemistry 32 (1993), 13350 - 13356, bereits gezeigt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsge¬ mäßen (Poly)peptids, Homodimers oder Heterodimers, wobei manThe invention further relates to heterodimers which are formed by two (poly) peptides according to the invention which have the biological activity of different neurotrophic factors. The statements made for the homodimers according to the invention apply analogously to the heterodimers according to the invention. It is also important here that the (poly) peptides are still capable of dimerization. Because of the relatively large homologies between the individual neurotrophic factors, it is assumed according to the invention that heterodimers can be formed between the (poly) peptides according to the invention derived from all neurotrophins. The formation of heterodimers of various neurotrophic factors has already been shown by Radziejewski et al., Biochemistry 32 (1993), 13350-13356. Another object of the invention is a method for producing a (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention, wherein
(a) mindestens einen erfindungsgemäßen Wirt in einem geeigneten Kulturmedium unter Bedingungen züchtet, die die Expression des (Poly)peptids/der (Poly)peptide und gege¬ benenfalls die Dimerbildung erlauben; und(a) cultivating at least one host according to the invention in a suitable culture medium under conditions which allow the expression of the (poly) peptide / the (poly) peptides and, if appropriate, the formation of dimers; and
(b) Aufreinigung des so erhaltenen (Poly)peptids, Homodimers oder Heterodimers aus der Kultur/aus dem Kulturmedium.(b) purification of the (poly) peptide, homodimer or heterodimer thus obtained from the culture / from the culture medium.
Das für die Züchtung des erfindungsgemäßen Wirts verwendete Kulturmedium kann jedes Medium sein, das die Expression der erfindungsgemäßen (Poly)peptide erlaubt. Wie im Stand der Technik bekannt ist, hängt die Zusammensetzung des Mediums vom verwendeten Wirt und gegebenenfalls von den im Vektor vorhandenen Regulationssequenzen ab. Bei der Verwendung von E.coli als Wirt beispielsweise kann Luria Broth (Sambrook et al., a.a.O.) eingesetzt werden, bei der Verwendung von Säugerzellen hingegen das ebenfalls im Stand der Technik bekannte modifizierte Eagle-Medium.The culture medium used for culturing the host according to the invention can be any medium which allows the expression of the (poly) peptides according to the invention. As is known in the prior art, the composition of the medium depends on the host used and, if appropriate, on the regulatory sequences present in the vector. For example, when E.coli is used as the host, Luria Broth (Sambrook et al., Op. Cit.) Can be used, but when using mammalian cells, the modified Eagle medium, which is also known in the art, can be used.
Sofern die erfindungsgemäßen (Poly)peptide, Homodimere oder Heterodimere in das Medium sezerniert werden, was von den Eigenschaften ihres N-Terminus abhängt, werden sie aus dem Kulturüberstand isoliert und nach Standardverfahren der Proteinchemie aufgereinigt. Werden sie hingegen nicht sezerniert, so werden sie, ebenfalls nach Standardverfahren, aus den Wirten selbst nach deren Aufschließung isoliert.If the (poly) peptides, homodimers or heterodimers according to the invention are secreted into the medium, depending on the properties of their N-terminus, they are isolated from the culture supernatant and purified by standard methods in protein chemistry. If, on the other hand, they are not secreted, they are isolated from the hosts themselves after disruption, also using standard methods.
Die Erfindung betrifft fe er einen Antikörper, der spezifisch gegen das erfindungsgemäße (Poly)peptid, Homodimer oder Heterodimer gewichtet ist. Der erfindungsgemäße Antiköφer kreuzreagiert in einer Ausführungsform nicht mit reifen neurotrophen Faktoren. In dieser Ausführungsform kann der Antiköφer z.B. in diagnostischen Verfahren eingesetzt werden, die eine Unterscheidung von reifem neurotrophem Faktor und erfindungsgemäßem (Poly)peptid erfordern.The invention relates to an antibody which is specifically weighted against the (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention. In one embodiment, the antibody according to the invention does not cross-react with mature neurotrophic factors. In this embodiment the antibody can e.g. be used in diagnostic methods that require a distinction between the mature neurotrophic factor and the (poly) peptide according to the invention.
In einer weiteren Ausführungsform kreuzreagiert der erfindungsgemäße Antiköφer mit reifen neurotrophen Faktoren und kann somit therapeutisch und diagnostisch dort eingesetzt werden, wo auch Antiköφer gegen reife neurotrophe Faktoren eingesetzt werden können; vgl. z.B. WO 91/03568. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Antiköφer ein polyclonaler Antiköφer.In a further embodiment, the antibody according to the invention cross-reacts with mature neurotrophic factors and can therefore be used therapeutically and diagnostically wherever antibodies against mature neurotrophic factors can also be used; see. eg WO 91/03568. In a preferred embodiment, the antibody according to the invention is a polyclonal antibody.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Antiköφer ein monoclonaler Antiköφer.In a further preferred embodiment, the antibody according to the invention is a monoclonal antibody.
Die Herstellung sowohl polyclonaler Antiköφer (Antiseren) als auch von monoclonalen Anti- köφern ist im Stand der Technik bekannt und beispielsweise von Harlow und Lane, a.a.O., beschrieben.The production of both polyclonal antibodies (antisera) and monoclonal antibodies is known in the prior art and is described, for example, by Harlow and Lane, cited above.
Die Erfindung betrifft fe er ein Arzneimittel, das das erfindungsgemäße (Poly)peptid, Homodimer und/oder Heterodimer, gegebenenfalls in Kombination mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger enthält. Ob das Arzneimittel eine Kombination aus (Poly)peptid, Homo¬ dimer und Heterodimer enthält, wird durch die jeweilige Indikation bestimmt. Das erfindungs¬ gemäße Arzneimittel kann neben dem Wirkstoff und einem oder mehreren weiteren Wirkstof¬ fen wie einem nativen Wildtyp-Neurotrophin in jedem biokompatiblen pharmazeutischen Träger, z.B. physiologischer Kochsalzlösung, Dextrose oder Wasser verabreicht werden. Das Arzneimittel kann gegebenenfalls auch zur Vorbeugung der nachfolgend aufgeführten Krank¬ heiten eingesetzt werden.The invention relates to a medicament which contains the (poly) peptide, homodimer and / or heterodimer according to the invention, optionally in combination with a pharmaceutically acceptable carrier. The respective indication determines whether the medicament contains a combination of (poly) peptide, homodimer and heterodimer. In addition to the active substance and one or more further active substances such as a native wild-type neurotrophin, the medicament according to the invention can be used in any biocompatible pharmaceutical carrier, e.g. physiological saline, dextrose or water. If necessary, the medicinal product can also be used to prevent the diseases listed below.
Die Menge an zu verabreichendem Arzneimittel bzw. Wirkstoff hängt von der Art der Erkran¬ kung sowie dem Zustand des zu behandelnden Patienten ab. Sofern möglich, sollten für die Wirkstoffe vor der eigentlichen Verabreichung in vitro Dosis-Reaktionskurven erstellt werden. Dies kann beispielsweise mit geeigneten biologischen Testsystemen bewerkstelligt werden. Derartige Testsysteme sind vom Fachmann mit Neuronen leicht etablierbar, die aus dem zentralen oder peripheren Nervensystem von Hühnern oder Ratten stammen. Anschließend können die i_ vitro erhaltenen Daten im Tiermodell bestätigt werden. Der behandelnde Arzt kann die optimale zu verabreichende Dosis zur Behandlung des Patienten aus den so erhalte¬ nen Daten ermitteln, gegebenenfalls nach Durchführung von präklinischen Tests.The amount of drug or active ingredient to be administered depends on the type of disease and the condition of the patient to be treated. If possible, dose-response curves should be drawn up for the active substances before the actual administration in vitro. This can be done, for example, with suitable biological test systems. Such test systems can easily be established by a person skilled in the art with neurons that originate from the central or peripheral nervous system of chickens or rats. The data obtained i_ vitro can then be confirmed in the animal model. The treating doctor can determine the optimal dose to be administered for the treatment of the patient from the data obtained in this way, if necessary after carrying out preclinical tests.
Verabreichungsmethoden schließen intradermale, intramuskuläre, intraperitoneale, intrave¬ nöse, subkutane, orale, intrathekale, intraventrikuläre und intranasale Verabreichungen ein. Bevorzugt für die Zwecke dieser Erfindung sind die intrathekale und die subkutane Verabrei¬ chung. Es kann notwendig sein, das erfindungsgemäße Arzneimittel direkt in das ZNS einzuführen, wobei jede geeignete Verabreichungsroute, einschließlich der intraventrikulären und der intrathekalen, verwendet werden kann. Die intraventrikuläre Injektion kann durch einen intrathekalen Katheter erleichtert werden, der beispielsweise an ein Reservoir, wie ein Ommaya-Reservoir angeschlossen ist.Methods of administration include intradermal, intramuscular, intraperitoneal, intravenous, subcutaneous, oral, intrathecal, intraventricular and intranasal administrations. Intrathecal and subcutaneous administration are preferred for the purposes of this invention. It may be necessary to introduce the drug of the invention directly into the CNS using any suitable route of administration, including intraventricular and intrathecal. The intraventricular injection can be facilitated by an intrathecal catheter, which is connected, for example, to a reservoir, such as an Ommaya reservoir.
Darüber hinaus kann es erforderlich sein, das erfindungsgemäße Arzneimittel lokal aufzutra¬ gen. Dies wird beispielsweise durch lokale Infusion während der Operation, durch Injektion, mit Hilfe eines Katheters oder durch ein Implantat erreicht. Das Implantat kann aus porösem, nicht porösem oder gelatineartigem Material bestehen, beispielsweise aus Membranen wie sialastische Membranen ("sialastic membranes") oder aus Faserstoffen.Furthermore, it may be necessary to apply the medicament according to the invention locally. This is achieved, for example, by local infusion during the operation, by injection, with the aid of a catheter or by an implant. The implant can consist of porous, non-porous or gelatinous material, for example of membranes such as sialastic membranes ("sialastic membranes") or of fibrous materials.
Die erfindungsgemäßen Arzneimittel können femer über Liposomen, Mikropartikel oder Mikrokapseln verabreicht werden. Für einzelne erfindungsgemäße Ausfuhrungsformen kann es nützlich oder notwendig sein, eine verzögerte Freisetzung der erfindungsgemäßen (Poly)peptide zu erreichen.The medicaments according to the invention can also be administered via liposomes, microparticles or microcapsules. For individual embodiments according to the invention it may be useful or necessary to achieve a delayed release of the (poly) peptides according to the invention.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß man für therapeutische Zwecke Zellen verabreicht, die die erfindungsgemäßen (Poly)peptide, Antagonisten dazu oder Antiköφer dagegen enthal¬ ten.According to the invention it is also provided that for therapeutic purposes cells are administered which contain the (poly) peptides according to the invention, antagonists thereto or antibodies against them.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient das Arzneimittel zur Steigerung der Überlebensrate von Neuronen. Insbesondere ist die Steigerung der Überlebensrate von sensorischen Neuronen, z.B. der Felsenbein-, Kniegelenks- oder der ventrolateralen Trigemi- nusganglien vorgesehen.In a preferred embodiment of the invention, the medicament serves to increase the survival rate of neurons. In particular, the increase in the survival rate of sensory neurons, e.g. the petrous, knee, or ventrolateral trigeminal ganglia.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient das Arzneimittel zur Verbesserung neuronalen Wachstums. Das erfindungsgemäße Arzneimittel kann beispielswei¬ se zur Steigerung des Neuritenwachstums, z.B. von sensorischen Neuronen, verwendet werden.In a further preferred embodiment of the invention, the medicament serves to improve neuronal growth. The medicament according to the invention can be used, for example, to increase neurite growth, e.g. of sensory neurons.
Das erfindungsgemäße Arzneimittel wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur Unterstützung differenzierter Zellfunktionen eingesetzt. In dieser Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Arzneimittel z.B. zur Behandlung von Störungen verwendet, die die Diffe¬ renzierung der Neuralleiste betreffen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Arzneimittel zur Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems eingesetzt.In another preferred embodiment, the medicament according to the invention is used to support differentiated cell functions. In this embodiment, the medicament according to the invention is used, for example, to treat disorders which relate to the differentiation of the neural crest. In a further preferred embodiment of the invention, the medicament is used for the treatment of diseases of the nervous system.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Behandlung von degenerativen Erkrankungen des Nervensystems eingesetzt. So kann das erfindungsgemäße Arzneimittel beispielsweise zur Behandlung von erblicher spastischer Paraplegie mit Degeneration der Retina (Kjellin- und Bamard-Scholz-Syndrome), Retinis pigmentosa, der Stargardt-Krankheit, des Usher-Syndroms (Retinis pigmentosa mit angebore¬ nem Gehörverlust) und des Refsum-Syndroms (Retinis pigmentosa, erblicher Gehörverlust sowie Polyneuropathie) verwendet werden. Dabei kann ein Defekt in der Synthese eines oder mehrerer neurotropher Faktoren die einem Syndrom zugrundeliegende Ätiologie sein, das durch eine Kombination von Retinadegeneration und sensorischer Dysfunktion gekennzeichnet ist.In a particularly preferred embodiment, the medicament according to the invention is used for the treatment of degenerative diseases of the nervous system. For example, the medicament according to the invention can be used to treat hereditary spastic paraplegia with degeneration of the retina (Kjellin and Bamard-Scholz syndromes), retinis pigmentosa, Stargardt's disease, Usher syndrome (Retinis pigmentosa with congenital hearing loss) and Refsum syndrome (retinis pigmentosa, hereditary hearing loss and polyneuropathy) can be used. A defect in the synthesis of one or more neurotrophic factors can be the etiology underlying a syndrome, which is characterized by a combination of retinal degeneration and sensory dysfunction.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems eingesetzt, die eine Verletzung oder Beschädigung des Nervensystems umfassen.In a further particularly preferred embodiment, the medicament according to the invention is used for the treatment of diseases of the nervous system which include injury or damage to the nervous system.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform dient das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Behandlung derartiger Verletzungen, die auf ein Trauma, eine Operation, einen Infarkt, einen Infekt oder eine bösartige Erkrankung zurückzuführen sind.In a further particularly preferred embodiment, the medicament according to the invention is used to treat injuries of this type which are attributable to trauma, surgery, an infarction, an infection or a malignant disease.
Zusätzlich zu den vorstehend aufgeführten Krankheiten wird das erfindungsgemäße Arznei¬ mittel auch zur Behandlung von Ischämie, Ernährungsmängeln oder Stoffwechselerkrankun¬ gen eingesetzt. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Behandlung von neuropathischen Nebenwirkungen eingesetzt werden, die durch die Verwendung von anti¬ statischen Wirkstoffen bei Krebspatienten verursacht werden.In addition to the diseases listed above, the medicament according to the invention is also used to treat ischemia, nutritional deficiencies or metabolic diseases. In addition, the medicament according to the invention can be used for the treatment of neuropathic side effects which are caused by the use of anti-static active substances in cancer patients.
Das erfindungsgemäße Arzneimittel wird femer bevorzugt in Fällen eingesetzt, wobei die vorstehend genannte Erkrankung, Verletzung oder Beschädigung des Nervensystems auf die Einwirkung eines toxischen Wirkstoffs zurückzufuhren ist. Insbesondere kann das erfindungs¬ gemäße Arzneimittel an verletzte oder beschädigte sensorische Neuronen lokal verabreicht werden, die beispielsweise in Dorsalwurzelganglien, Felsenbein-, Kniegelenk- oder im Gang¬ lion nodosum oder in den weiteren nachfolgend genannten Geweben vorkommen: dem vesti- buloakustischen Komplex des VIII. Cranialnervs, dem ventrolateralen Pol des maxillomandi- bularen Lappens des Trigeminusganglions und dem mesencephalen Trigeminuskern). Dabei kann es von Vorteil sein, wenn das im Arzneimittel enthaltene (Poly)peptid auf eine Membran, z.B. eine sialastische Membran aufgebracht wird, die in der Nähe des verletzten Nervs implan¬ tiert werden kann. Das erfindungsgemäße Arzneimittel kann ebenfalls zur Beschleunigung der Regeneration von Patienten dienen, die an diabetischen Neuropathien leiden, z.B. Mononeu- ropathie Multiplex.The medicament according to the invention is furthermore preferably used in cases where the above-mentioned disease, injury or damage to the nervous system is due to the action of a toxic active substance. In particular, the medicament according to the invention can be administered locally to injured or damaged sensory neurons which occur, for example, in dorsal root ganglia, temporal bone, knee joint or gangrion nodosum or in the other tissues mentioned below: the vestibuloacoustic complex of VIII. Cranial nerve, the ventrolateral pole of the maxillomandibular lobe of the trigeminal ganglion and the mesencephalic trigeminal nucleus). there it can be advantageous if the (poly) peptide contained in the medicament is applied to a membrane, for example a sialastic membrane, which can be implanted in the vicinity of the injured nerve. The medicament according to the invention can also serve to accelerate the regeneration of patients suffering from diabetic neuropathies, for example mononeuropathy multiplex.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dient das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems, die eine angeborene Erkrankung der Retina umfassen.In a further preferred embodiment, the medicament according to the invention is used for the treatment of diseases of the nervous system which comprise an innate disease of the retina.
Das erfindungsgemäße Arzneimittel dient in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur Behandlung einer degenerativen Erkrankung des Nervensystems, die Alzheimer Krankheit, Huntingtons Chorea, eine retinale Erkrankung, Parkinsonsche Krankheit oder ein Parkinson- Plus-Syndrom ist.In another preferred embodiment, the medicament according to the invention is used to treat a degenerative disease of the nervous system, which is Alzheimer's disease, Huntington's chorea, a retinal disease, Parkinson's disease or a Parkinson's plus syndrome.
Erfindungsgemäß wird auch davon ausgegangen, daß das Arzneimittel in Kombination mit operativer Implantation von Gewebe bei der Behandlung von Alzheimer-Krankheit oder Parkinsonscher Krankheit eingesetzt wird.According to the invention, it is also assumed that the medicinal product is used in combination with surgical implantation of tissue in the treatment of Alzheimer's disease or Parkinson's disease.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Arzneimittel zur Behandlung eines Parkinson-Plus-Syndroms eingesetzt, das das progressive supranucleare Pulsy (Steele- Richardson-Olszweski-) Syndrom, olivopontocerebrale Atrophie, das Shy-Drager-Syndrom oder der Guam-Parkinsonsche Dementia-Komplex ist.In a particularly preferred embodiment, the medicament is used to treat a Parkinson's plus syndrome, which is the progressive supranuclear pulsy (Steele-Richardson-Olszweski) syndrome, olivopontocerebral atrophy, the Shy-Drager syndrome or the Guam-Parkinson's dementia complex is.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Arzneimittel mit dem erfindungsgemäßen (Poly)peptid, das zur Behandlung der Erkrankung sensorischer Neuronen oder eines Tumors dient.A further preferred embodiment of the invention relates to a medicament with the (poly) peptide according to the invention, which is used to treat the disease of sensory neurons or a tumor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dient das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Behandlung eines Tumors, der ein Neuroblastom ist.In a particularly preferred embodiment, the medicament according to the invention is used to treat a tumor that is a neuroblastoma.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Steigerung der Überlebensrate dopaminerger Neuronen eingesetzt. Die erfindungsgemäßen Arzneimittel können beispielsweise eingesetzt werden, um die Überlebensrate dopaminerger (substantia nigra) Neuronen in einer dosisabhängigen Weise zu fördern. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Arzneimittel bei der Behandlung von Unregelmäßigkeiten in der Funk- tion dopaminerger Neuronen des ZNS eingesetzt werden, die beispielsweise bei der Parkinsonschen Krankheit auftreten.In a further preferred embodiment, the medicament according to the invention is used to increase the survival rate of dopaminergic neurons. The pharmaceuticals according to the invention can be used, for example, to promote the survival rate of dopaminergic (substantia nigra) neurons in a dose-dependent manner. In addition, the medicament according to the invention can be used in the treatment of irregularities in the radio tion of dopaminergic neurons of the CNS, which occur, for example, in Parkinson's disease.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Steigerung der Überlebensrate cholinerger Neuronen eingesetzt. Das erfindungsgemäße Arzneimittel kann beispielsweise zur Unterstützung des Überlebens von cholinergen Neuronen des ZNS, insbesondere von cholinergen Basalneuronen des Vorderhirns und damit zur Behandlung von Alzheimer Krankheit eingesetzt werden. Es ist in der Vergangenheit nämlich gezeigt worden, daß etwa 35 % der Patienten mit Parkinsonscher Krankheit ebenfalls an Alzheimer-artiger Demenz leiden. Das das erfindungsgemäße (Poly)peptid enthaltende Arzneimittel erweist sich möglicherweise als nützlich in der Einzelwirkstoff-Therapie dieses Krankheitskomplexes. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Behand¬ lung von Alzheimer Krankheit in Verbindung mit dem Down-Syndrom eingesetzt werden. Femer kann das erfindungsgemäße Arzneimittel in der Behandlung einer Reihe von Dementias und angeborener Lernschwierigkeiten eingesetzt werden. Darüber hinaus dürfte das erfin¬ dungsgemäße Arzneimittel die Vermehrung von Astrogliazellen verhindern und so zur Verhinderung der Narbenbildung im ZNS (die beispielsweise auf ein Trauma, eine Operation oder einen Infarkt hin erfolgt) beitragen. Das erfindungsgemäße Arzneimittel kann femer zur Behandlung von Tumoren des ZNS verwendet werden, die aus entarteten Astrogliazellen entstanden sind. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Arzneimittel zur Steigerung der Expression von Rezeptoren neurotropher Faktoren verwendet werden, und so beispielsweise vor oder zusammen mit NGF verabreicht werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Arzneimittel somit auch zur Steigerung der Überlebensrate von cholinergen Neuronen einge¬ setzt, die cholinerge Neuronen des basalen Vorderhims oder cholinerge Neuronen des Septums sind.In a further preferred embodiment, the medicament according to the invention is used to increase the survival rate of cholinergic neurons. The medicament according to the invention can be used, for example, to support the survival of cholinergic neurons of the CNS, in particular cholinergic basal neurons of the forebrain, and thus for the treatment of Alzheimer's disease. Indeed, it has been shown in the past that about 35% of patients with Parkinson's disease also suffer from Alzheimer's-like dementia. The medicament containing the (poly) peptide according to the invention may prove to be useful in the single-agent therapy of this complex of diseases. In addition, the medicament according to the invention can be used for the treatment of Alzheimer's disease in connection with Down syndrome. The medicament according to the invention can also be used in the treatment of a number of dementias and congenital learning difficulties. In addition, the medicament according to the invention should prevent the multiplication of astroglial cells and thus contribute to the prevention of scarring in the CNS (which occurs, for example, following trauma, surgery or an infarction). The medicament according to the invention can also be used for the treatment of tumors of the CNS which have arisen from degenerate astroglial cells. In addition, the medicament according to the invention can be used to increase the expression of receptors in neurotrophic factors and can thus be administered, for example, before or together with NGF. The medicament according to the invention is thus preferably also used to increase the survival rate of cholinergic neurons which are cholinergic neurons of the basal forehead or cholinergic neurons of the septum.
Wie bereits vorstehend erwähnt, betrifft eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfin¬ dung den Einsatz des Arzneimittels bei der Suppression der Proliferation von Astrogliazellen.As already mentioned above, a further preferred embodiment of the invention relates to the use of the medicament in the suppression of the proliferation of astroglial cells.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Arzneimittel minde¬ stens einen weiteren, reifen neurotrophen Faktor auf.In a further preferred embodiment of the invention, the medicament has at least one further, mature neurotrophic factor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dieser weitere Faktor NGF, NT-3, BDNF oder NT-4/5. Es ist beabsichtigt, das erfindungsgemäße (Poly)peptid bzw. Arzneimittel in Verbindung mit anderen Cytokinen einzusetzen, um die gewünschten neurotrophen Effekte zu erreichen. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Arzneimittel mit NGF oder Skelettmuskelextrakt verwendet werden, um eine synergistische stimulierende Wirkung auf das Wachstum sensori¬ scher Neuronen auszuüben.In a particularly preferred embodiment, this further factor is NGF, NT-3, BDNF or NT-4/5. It is intended to use the (poly) peptide or medicament according to the invention in conjunction with other cytokines in order to achieve the desired neurotrophic effects. For example, the medicament according to the invention can be used with NGF or skeletal muscle extract in order to exert a synergistic stimulating effect on the growth of sensory neurons.
In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Erfindung die Verwendung eines erfindungs¬ gemäßen (Poly)peptids, Homodimers oder Heterodimers bei der Herstellung eines Arzneimit¬ tels zur Behandlung der o. g. Erkrankungen bei einem Patienten, für den eine Halbwertszeit des Neurotrophins in Plasma oder dem Ort der Applikation gegenüber der Halbwertszeit des natürlich vorkommenden Neurotrophins vorteilhaft ist, wobei das erfindungsgemäße (Poly)peptid, Homodimer oder Heterodimer ein (Poly)peptid, Homodimer oder Heterodimer bildet, dessen Plasmahalbwertszeit länger ist als die des entsprechenden natürlichen Neurotrophin.In a further embodiment, the invention comprises the use of a (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention in the manufacture of a medicament for the treatment of the abovementioned. Diseases in a patient for whom a half-life of the neurotrophin in plasma or the place of application is advantageous compared to the half-life of the naturally occurring neurotrophin, the (poly) peptide, homodimer or heterodimer according to the invention forming a (poly) peptide, homodimer or heterodimer, whose plasma half-life is longer than that of the corresponding natural neurotrophin.
Unter Halbwertszeit ist die Zeit zu verstehen, in der die wirksame Konzentration des Thera- peutikums (Aktivität) im Plasma um die Hälfte verringert wird. Die Messung erfolgt übli¬ cherweise nach Gabe einer therapeutisch wirksamen Dosis. Die erfindungsgemäßen Neurotrophine zeigen gegenüber den natürlich vorkommenden Neutrotrophinen eine wenigstens zweifache, vorzugsweise eine zwei- bis fünffache verlängerte Halbwertszeit.Half-life is the time in which the effective concentration of the therapeutic agent (activity) in the plasma is reduced by half. The measurement is usually carried out after administration of a therapeutically effective dose. Compared to the naturally occurring neutrotrophins, the neurotrophins according to the invention have an at least two, preferably a two to five times longer half-life.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung der Stabilität einer Lösung oder eines Lyophilisats eines Neurotrophins, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Neurotrophin N-terminal um 1 - 19 Aminosäuren verlängert wird und dieses verlängerte Neurotrophin gelöst bzw. lyophilisiert wird.Another object of the invention is a method for improving the stability of a solution or a lyophilizate of a neurotrophin, which is characterized in that the neurotrophin is extended N-terminally by 1-19 amino acids and this extended neurotrophin is dissolved or lyophilized.
Vorzugsweise ist das Neurotrophin um ein N-terminales Peptid verlängert, welches zu 80 %, vorzugsweise zu mindestens 90 %, mit dem aus der nativen Neurotrophin-Precursorform abspaltbaren C-terminalen Peptid gleicher Länge übereinstimmt.The neurotrophin is preferably extended by an N-terminal peptide which corresponds 80%, preferably at least 90%, to the C-terminal peptide of the same length which can be split off from the native neurotrophin precursor form.
Die Erfindung betrifft femer ein in y ro- Verfahren zur Diagnose einer der vorstehend aufge¬ führten Krankheiten, wobei manThe invention further relates to an in-ro method for diagnosing one of the diseases listed above, wherein
a) eine Gewebeprobe mit einer markierten, erfindungsgemäßen DNA oder RNA unter Bedingungen in Kontakt bringt, die die Hybridisierung erlauben; und b) die erfolgte Hybridisierung nachweist.a) brings a tissue sample into contact with a labeled DNA or RNA according to the invention under conditions which allow hybridization; and b) the hybridization is established.
Die Aufbereitung der Gewebeprobe für die Hybridisierung erfolgt nach üblichen Bedingungen. Die Hybridisierung erfolgt unter stringenten Bedingungen.The tissue sample for hybridization is prepared according to customary conditions. The hybridization takes place under stringent conditions.
Diese Hybridisierungstests können dazu verwendet werden, um die vorstehend genannten Erkrankungen oder Vorstufen dazu nachzuweisen und zu diagnostizieren, zu prognostizieren oder zu überwachen, sofern diese Krankheiten mit einer Änderung der Expression neurotro¬ pher Faktoren einhergeht. Solche Erkrankungen betreffen allgemein z.B. die Verletzung von Neuronen und die Degeneration von Neuronen der Retina. Sie umfassen femer ein Trauma des ZNS, einen Infarkt, einen Infekt, degenerative Nervenerkrankungen, bösartige Erkrankun¬ gen, sowie postoperative Veränderungen, Alzheimer Krankheit, Parkinsonsche Krankheit, Huntingtons Chorea und degenerative Erkrankungen der Retina.These hybridization tests can be used to detect and diagnose, predict or monitor the above-mentioned diseases or precursors, provided that these diseases are accompanied by a change in the expression of neurotrophic factors. Such diseases generally affect e.g. the violation of neurons and the degeneration of neurons of the retina. They also include trauma to the CNS, an infarction, an infection, degenerative nerve diseases, malignant diseases and postoperative changes, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's chorea and degenerative diseases of the retina.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise die Gesamt-RNA in einer Gewebeprobe eines Patienten auf An- oder Abwesenheit der RNA eines neurotrophen Faktors hin untersucht werden, wobei beispielsweise die Abnahme in der Menge an BDNF-mRNA eine neuronale Degeneration anzeigt.In the method according to the invention, for example, the total RNA in a patient's tissue sample can be examined for the presence or absence of the RNA of a neurotrophic factor, the decrease in the amount of BDNF mRNA, for example, indicating neuronal degeneration.
Die Erfindung betrifft femer ein in vitro- Verfahren zur Diagnose einer der vorstehend aufge¬ führten Krankheiten, wobei manThe invention further relates to an in vitro method for diagnosing one of the diseases listed above, wherein
a) eine Gewebeprobe oder eine Zelle, die normalerweise einen Neurotrophin-Rezeptor exprimiert, mit einem erfindungsgemäßen markierten (Poly)peptid oder einem erfindungs¬ gemäßen markierten Homodimer unter Bedingungen in Kontakt bringen, die normaler¬ weise die Bindung des Rezeptors um das entsprechende Neurotrophin erlauben; unda) bringing a tissue sample or a cell, which normally expresses a neurotrophin receptor, into contact with a labeled (poly) peptide according to the invention or a labeled homodimer according to the invention under conditions which normally allow the receptor to bind to the corresponding neurotrophin ; and
b) Abnormalitäten in der Neurotrophin-Rezeptor-Expression nachweist.b) Detects abnormalities in neurotrophin receptor expression.
Derartige Abnormalitäten können z.B. ererbte oder durch toxische Einflüsse entstandene Veränderungen von Neuronen sein.Such abnormalities can e.g. inherited changes or changes in neurons caused by toxic influences.
Die Durchführung und Einstellung der gewünschten Bedingungen für das erfindungsgemäße in vitro- Verfahren erfolgt nach üblichen, dem Stand der Technik bekannten Methoden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Neurotro- phin-Rezeptor der Rezeptor für NGF, NT-3, BDNF, NT-4/5 oder NT-6.The desired conditions for the in vitro method according to the invention are carried out and set using customary methods known in the art. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the neurotrophin receptor is the receptor for NGF, NT-3, BDNF, NT-4/5 or NT-6.
Die Erfindung betrifft auch ein Arzneimittel, das einen erfindungsgemäßen Antiköφer in Kombination mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger aufweist. Dieses Arzneimittel kann beispielsweise eingesetzt werden, um die Wirkung der erfindungsgemäßen (Poly)peptide nach einem bestimmten Zeitpunkt zu neutralisieren, sofern dies erwünscht ist.The invention also relates to a medicament which has an antibody according to the invention in combination with a pharmaceutically acceptable carrier. This medicament can be used, for example, to neutralize the action of the (poly) peptides according to the invention after a certain point in time, if this is desired.
Sofern die Antiköφer im erfindungsgemäßen Arzneimittel mit reifen neurotrophen Faktoren kreuzreagieren, können diese auch eingesetzt werden, um Krankheiten zu bekämpfen, bei denen diese Faktoren überexprimiert werden.If the antibodies in the medicament according to the invention cross-react with mature neurotrophic factors, they can also be used to combat diseases in which these factors are overexpressed.
Femer betrifft die Erfindung einen Kit für die Diagnose einer der vorstehend aufgeführten Krankheiten, der mindestens umfaßtThe invention further relates to a kit for the diagnosis of one of the diseases listed above, which comprises at least
a) eine erfindungsgemäße DNA und/oder eine erfindungsgemäße RNA; und/odera) a DNA according to the invention and / or an RNA according to the invention; and or
b) ein erfindungsgemäßes Primeφaar;b) a Primeφaar invention;
c) ein erfindungsgemäßes (Poly)peptid; und/oderc) a (poly) peptide according to the invention; and or
d) einen erfindungsgemäßen Antiköφer.d) an antibody according to the invention.
Der erfindungsgemäße Kit wird üblicherweise dazu verwendet, die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen.The kit according to the invention is usually used to carry out the methods according to the invention described above.
Im erfindungsgemäßen Kit können die DNA- bzw. RNA-Moleküle oder dazu komplementäre Sequenzen selbst mit einem Marker, wie einem Enzym, oder radioaktiven Marker versehen sein. Sofern das erfindungsgemäße DNA- oder RNA-Molekül zum Nachweis einer gewünsch¬ ten Nucleinsäuresequenz verwendet wird, kann auch eine zweite Nucleinsäure zum Nachweis des Nucleinsäurekomplexes verwendet werden. Diese zweite Nucleinsäuresequenz wird mit einem nachweisbaren Marker markiert und hybridisiert an einen unterschiedlichen Bereich des erfindungsgemäßen DNA- oder RNA-Moleküls als den Bereich, der an die nachzuweisende Nucleinsäuresequenz hybridisiert. - 21 -In the kit according to the invention, the DNA or RNA molecules or sequences complementary thereto can themselves be provided with a marker, such as an enzyme, or radioactive marker. If the DNA or RNA molecule according to the invention is used to detect a desired nucleic acid sequence, a second nucleic acid can also be used to detect the nucleic acid complex. This second nucleic acid sequence is marked with a detectable marker and hybridizes to a different region of the DNA or RNA molecule according to the invention than the region which hybridizes to the nucleic acid sequence to be detected. - 21 -
Anwendungen für den Einsatz des erfindungsgemäßen Primβφaares wurden bereits vorste¬ hend diskutiert. Es kann beispielsweise zur Vermehrung der erfindungsgemäßen Nucleinsäure¬ sequenz eingesetzt werden, die ihrerseits im folgenden für diagnostische Zwecke eingesetzt werden kann.Applications for the use of the prime pair according to the invention have already been discussed above. It can be used, for example, to multiply the nucleic acid sequence according to the invention, which in turn can be used below for diagnostic purposes.
Anwendungen für den Einsatz der erfindungsgemäßen Antiköφer wurden bereits vorstehend diskutiert. Die Antiköφer können für diagnostische Zwecke markiert sein, beispielsweise nach üblichen Verfahren mit 1251.Applications for the use of the antibodies according to the invention have already been discussed above. The antibodies can be labeled for diagnostic purposes, for example using conventional methods with 1251.
Die erfindungsgemäßen Kits können außer in den vorgenannten Verfahren in weiteren Verfah¬ ren eingesetzt werden, deren Design zum Können des Durchschnittsfachmanns gehört. Derar¬ tige Verfahren können beispielsweise ELISA's oder RIA's sein. Der Fachmann ist auch in der Lage, den erfindungsgemäßen Kit durch die jeweiligen notwendigen Puffer zu ergänzen oder etwaige Verdünnungen der im erfindungsgemäßen Kit erhaltenen Reagentien durchzuführen.In addition to the aforementioned methods, the kits according to the invention can be used in other processes, the design of which belongs to the skill of the average person skilled in the art. Such methods can be, for example, ELISAs or RIAs. The person skilled in the art is also able to supplement the kit according to the invention with the respective necessary buffers or to carry out any dilutions of the reagents obtained in the kit according to the invention.
Schließlich betrifft die Erfindung eine diagnostische Zusammensetzung, die mindestens umfaßtFinally, the invention relates to a diagnostic composition which comprises at least
a) eine erfindungsgemäße DNA und/oder eine erfindungsgemäße RNA; und/odera) a DNA according to the invention and / or an RNA according to the invention; and or
b) ein erfindungsgemäßes Primeφaar;b) a Primeφaar invention;
c) ein erfindungsgemäßes (Poly)peptid; und/oderc) a (poly) peptide according to the invention; and or
d) einen erfindungsgemäßen Antiköφer.d) an antibody according to the invention.
Die Anwendungsbereiche für die erfindungsgemäße diagnostische Zusammensetzung entspre¬ chen im wesentlichen denen der vorstehend diskutierten erfindungsgemäßen Kits.The areas of application for the diagnostic composition according to the invention essentially correspond to those of the kits according to the invention discussed above.
Die folgenden Beispiele, Figuren und das Sequenzprotokoll erläutern die Erfindung, deren Schutzumfang sich aus den Patentansprüchen ergibt, weiter. Die beschriebenen Verfahren sind als Beispiele zu verstehen, die auch noch nach Modifikationen den Gegenstand der Erfindung beschreiben.The following examples, figures and the sequence listing further explain the invention, the scope of which is evident from the patent claims. The described methods are to be understood as examples which describe the subject matter of the invention even after modifications.
Figur 1:Figure 1:
Elutionsprofile der Neurotrophine unter Verwendung vom Umkehφhasen-Chromatographie als dem letzten Schritt des Reinigungsverfahrens. Neurotrophin-Peaks, die durch SDS- Gelelektrophorese und Westem Blot-Analyse identifiziert wurde, werden durch ihre Retentionszeiten angezeigt. Nicht markierte Peaks zeigen keine Neurotrophine an. Rekombi¬ nantes BDNF und rekombinantes NT-3 sowie natürlicherweise auftretendes BDNF eluieren in zwei unterschiedlichen Peaks, während die (R-1- K) Mutante (eine nicht vollständig prozes¬ sierte BDNF-Form) als ein einzelner Peak eluiert.Elution profiles of the neurotrophins using reverse phase chromatography as the final step in the purification process. Neurotrophin peaks caused by SDS Gel electrophoresis and Western blot analysis were identified, indicated by their retention times. Unlabeled peaks do not indicate neurotrophins. Recombinant BDNF and recombinant NT-3 as well as naturally occurring BDNF elute in two different peaks, while the (R-1- K) mutant (an incompletely processed BDNF form) elutes as a single peak.
Figur 2:Figure 2:
Figur 2A zeigt eine partielle Aminosäuresequenz von Maus-Wildtyp-NT-3 und Maus-Wildtyp- BDNF sowie von (R-1-*>K) BDNF. Die durch Aminosäuresequenzierung ermittelten Sequen¬ zen sind unterstrichen, die übrigen Sequenzen wurden aus der entsprechenden DNA-Sequenz abgeleitet. Die Konsensus-Sequenz für die Spaltung durch Furin-ähnliche Enzyme ist fettge¬ druckt. Der offene Pfeil weist auf den glykosylierten Asparaginrest hin, der als Teil einer N- Glykosylierungskonsensussequenz in allen Neurotrophinen vorkommt.FIG. 2A shows a partial amino acid sequence of mouse wild-type NT-3 and mouse wild-type BDNF and of (R-1- * > K) BDNF. The sequences determined by amino acid sequencing are underlined, the remaining sequences were derived from the corresponding DNA sequence. The consensus sequence for cleavage by furin-like enzymes is printed in bold. The open arrow indicates the glycosylated asparagine residue which is part of an N-glycosylation consensus sequence in all neurotrophins.
Die Sternchen dienen der optimalen Aneinanderlagerung der Sequenzen.The asterisks serve to optimally stack the sequences together.
Figur 2B zeigt, daß (R-1->K)-BDNF glykosyliert ist, Wildtyp-BDNF dagegen nicht. Die Zuckerreste wurden mit Anti-Digoxigenin-Antiköφern nachgewiesen, nachdem die Proteine auf SDS-Gelen elektrophoretisch aufgetrennt und durch Weste Blot auf Membranen über¬ tragen wurden. Die Molekulargewichtsmarker sind auf der rechten Seite in kDa angegeben. Transferin (T) wurde als Positivkontrolle für ein glykosyliertes Protein verwendet. Erachtens¬ wert ist, daß die breite (R-1-- K)-BDNF Bande glykosyliert ist, Wildtyp-BDNF jedoch nicht.Figure 2B shows that (R-1-> K) -BDNF is glycosylated, whereas wild-type BDNF is not. The sugar residues were detected with anti-digoxigenin antibodies after the proteins were electrophoretically separated on SDS gels and transferred to membranes by vest blot. The molecular weight markers are given on the right in kDa. Transferin (T) was used as a positive control for a glycosylated protein. It is worth considering that the broad (R-1-- K) -BDNF band is glycosylated, but wild-type BDNF is not.
Figur 3:Figure 3:
Durch Gelfiltrations-Chromatographie ermittelte Molekulargewichte von Neurotrophinen. In einem halblogarithmischen Diagramm wurde die Retentionszeit gegen das Molekulargewicht von Standardproteinen aufgetragen und die so erhaltene gerade Linie wurde zur Ermittlung der Molekulargewichte der verschiedenen Formen rekombinanter Neurotrophine verwendet. Die als früheluierenden Peaks aus der Urnkehφhasen-Chromatographie injizierten Neurotro¬ phine eluieren mit einem Molekulargewicht, das dem von Dimeren entspricht, während die Injektion derselben Peaks nach Inkubation mit Guanidinhydrochlorid ergab, daß diese quanti¬ tativ in Neurotrophinmonomere umgewandelt waren.Molecular weights of neurotrophins determined by gel filtration chromatography. The retention time was plotted against the molecular weight of standard proteins in a semi-logarithmic diagram and the straight line thus obtained was used to determine the molecular weights of the various forms of recombinant neurotrophins. The neurotrophins injected as early-eluting peaks from the urine phase chromatography elute with a molecular weight which corresponds to that of dimers, while the injection of the same peaks after incubation with guanidine hydrochloride showed that these were quantitatively converted into neurotrophin monomers.
Figur 4:Figure 4:
Zeitabhängige Umwandlung von Neurotrophindimeren in Monomere nach Inkubation mitTime-dependent conversion of neurotrophin dimers into monomers after incubation with
Guanidinhydrochlorid . (A) Aliquots (etwa 5μg) von jedem Neurotrophin wurden in 20μl 6M Guanidinhydrochlorid bei Raumtemperatur resuspendiert und die zeitabhängige Dissoziation der Dimere durch Gelfiltrations-Chromatographie gemessen. Dabei ergab sich für jedes Neurotrophin, daß die Menge an später elurerendem Peak (Monomere) mit der Zeit zunahm. Nach einstündiger Inkubation waren sowohl NT-3 als auch Wildtyp-BDNF überwiegend in die monomere Form konvertiert, nicht jedoch (R-1- K)-BDNF.Guanidine hydrochloride. (A) Aliquots (about 5 μg) of each neurotrophin were resuspended in 20 μl 6M guanidine hydrochloride at room temperature and the time-dependent dissociation of the dimers was measured by gel filtration chromatography. It was found for each neurotrophin that the amount of later eluting peak (monomers) increased with time. After incubation for one hour, both NT-3 and wild-type BDNF were predominantly converted to the monomeric form, but not (R-1-K) -BDNF.
Figur 4B:Figure 4B:
Kinetik der Dimer-Dissoziation: Um die Geschwindigkeit der Dissoziation von NT-3, des- Penta NT-3, BDNF und (R-1->K) BDNF Dimeren zu bestimmen, wurden die Flächen der Dimer- und Monomer-peaks für jeden Gelfiltrationslauf mit Hilfe eines Computeφrogramms (Maxima 820, Millipore) berechnet und die relative Menge an Monomer im Vergleich zur Gesamtmenge an Neurotrophin pro Lauf dargestellt.Kinetics of Dimer Dissociation: To determine the rate of dissociation of NT-3, penta-NT-3, BDNF and (R-1-> K) BDNF dimers, the areas of the dimer and monomer peaks for each Gel filtration run calculated using a computer program (Maxima 820, Millipore) and the relative amount of monomer compared to the total amount of neurotrophin per run.
Figur 5:Figure 5:
Durch Gelfiltration überwachte Wiederherstellung von NT-3-Dimeren aus Monomeren. NT-3- Monomere wurden bei einer Konzentration von 150 ng/ml PBS inkubiert und nach der jewei¬ ligen Inkubationszeit auf eine Gelfiltrationssäule aufgetragen. Die Absoφtion wurde bei 280 nm gemessen. In jedem Feld stellt der Peak mit der kürzeren Retentionszeit NT-3 -Dimere (~ 11,4 Minuten) dar und der mit der längeren Retentionszeit NT-3 -Monomere (~ 13,17 Minu¬ ten). Nach etwa 24 Stunden hat eine fast quantitative Umwandlung der Monomere in Dimere stattgefunden.Restoration of NT-3 dimers from monomers monitored by gel filtration. NT-3 monomers were incubated at a concentration of 150 ng / ml PBS and applied to a gel filtration column after the respective incubation time. The absorption was measured at 280 nm. In each field, the peak with the shorter retention time represents NT-3 dimers (~ 11.4 minutes) and the one with the longer retention time represents NT-3 dimers (~ 13.17 minutes). An almost quantitative conversion of the monomers into dimers took place after about 24 hours.
Figur 6:Figure 6:
Biologische Aktivität rekombinanter Neurotrophine gemessen durch einen Neuronenüberle- benstest. Die ermittelten Werte sind ausgedrückt als Prozentsatz an überlebenden Neuronen nach einer 24-stündigen Inkubationszeit. Die Neuronen wurden aus den Ganglia nodosa von E8 Hühnerembryonen isoliert.Biological activity of recombinant neurotrophins measured by a neuron survival test. The values obtained are expressed as a percentage of surviving neurons after a 24-hour incubation period. The neurons were isolated from the ganglia nodosa of E8 chicken embryos.
(A) Biologische Aktivität von NT-3 -Dimeren und -Monomeren nach der Isolierung durch Umkehφhasen-Chromatographie. Die spezifisch-biologische Aktivität der Monomere ist 40x niedriger als die der Dimere. Die Werte sind Mittelwerte aus 2 Messungen von 3 verschiede¬ nen Versuchen und die Fehlerbalken zeigen den unteren und oberen Bereich an.(A) Biological activity of NT-3 dimers and monomers after isolation by reverse phase chromatography. The specific biological activity of the monomers is 40x lower than that of the dimers. The values are mean values from 2 measurements from 3 different experiments and the error bars indicate the lower and upper range.
(B) Nach der Wiederherstellung der NT-3-Dimere nach 24-stündiger Inkubation in PBS (vgl. Fig. 5) erreichen die NT-3-Monomere eine spezifische Aktivität, die der der NT-3-Dimere - 24 -(B) After restoration of the NT-3 dimers after incubation in PBS for 24 hours (see FIG. 5), the NT-3 monomers achieve a specific activity that that of the NT-3 dimers - 24 -
nahekommt, die nicht dissoziiert wurden. Die Versuchsbedingungen des biologischen Tests entsprechen denen in (A).comes close that have not been dissociated. The experimental conditions of the biological test correspond to those in (A).
Figur 7:Figure 7:
Biologische Aktivität von (R-1->K BDNF) gemessen anhand des Überlebens an E8-Neuronen des Ganglion nodosum. Die Wirksamkeit von (R-1->K) BDNF ist nicht unterscheidbar von der des Wildtyp-BDNF. Für diesen Vergleich wurde das Molekulargewicht für (R-1- K)Biological activity of (R-1-> K BDNF) measured based on survival on E8 neurons of the ganglion nodosum. The effectiveness of (R-1-> K) BDNF is indistinguishable from that of wild-type BDNF. For this comparison, the molecular weight for (R-1- K)
BDNF auf 50 kDa und für Wildtyp-BDNF auf 27 kDa festgesetzt. Die Werte sind Mittelwerte aus 3 Experimenten ± der Standardabweichung aus 2 unabhängig voneinander durchgeführtenBDNF is set at 50 kDa and for wild-type BDNF at 27 kDa. The values are mean values from 3 experiments ± the standard deviation from 2 independently carried out
Experimenten.Experiments.
Figur 8:Figure 8:
Phosphorylisierung von trkC-Rezeptoren durch NT-3-Dimere und -Monomere. TrkC-expri- mierende Fibroplasten wurden mit NT-3 -Dimeren und -Monomeren 3 Minuten bei verschie¬ denen Konzentrationen inkubiert. Nach Immunpräzipitation, SDS-Gel-Elektrophorese und Durchführung eines Westem Blots, wurde die Tyrosinphosphorylierung mit einem Anti- Phosphotyrosinantiköφer und einem fluoreszierenden Signal ermittelt.Phosphorylization of trkC receptors by NT-3 dimers and monomers. TrkC-expressing fibroblasts were incubated with NT-3 dimers and monomers for 3 minutes at various concentrations. After immunoprecipitation, SDS gel electrophoresis and a Western blot, the tyrosine phosphorylation was determined with an anti-phosphotyrosine antibody and a fluorescent signal.
(A) Nach ihrer Isolierung durch Umkehφhasen-Chromatographie wurden die NT-3 -Dimere und -Monomere resuspendiert und sofort anschließend in verschiedenen Konzentrationen zu in Kultur gehaltenen Fibroplasten gegeben, die trkC exprimierten.(A) After isolation by reverse phase chromatography, the NT-3 dimers and monomers were resuspended and immediately then added in different concentrations to cultured fibroblasts which expressed trkC.
(B) Nach der Wiederherstellung von NT-3-Dimeren aus Monomeren wurden diese mit den trkC-exprimierenden Fibroplasten inkubiert. C stellt die negative Kontrolle ohne den Zusatz eines Faktors dar.(B) After the recovery of NT-3 dimers from monomers, these were incubated with the trkC-expressing fibroblasts. C represents the negative control without the addition of a factor.
Beispiel 1example 1
Herstellung eines BDNF- VorläuferderivatsProduction of a BDNF precursor derivative
Stellenspezifische MutageneseSite-specific mutagenesis
Ein konservativer Aminosäureaustausch (Asparagin gegen Lysin, (R-1->K)) in der basischen Prozessierungsspaltstelle von BDNF wurde unter Verwendung eines Oligonucleotid-gerichte- ten Mutagenesekits (Amersham, Version 2; vgl. Fig. 2A) eingeführt. Dazu wurde das die zu mutierende Stelle codierende Oligonucleotid 5-ATGAGGGTTCGGAAACACTCCGACCCT-3' (SEQ ID NO:4) an einzelsträngige DNA angelagert und der zweite Strang unter Verwendung des Klenow-Fragments in Gegenwart von Phosphorothioat-Desoxynucleotiden hergestellt. Der Matrizenstrang wurde mit einem Restriktionsenzym gespalten und durch Abbau mit Exonuclease m entfernt. Der mutierte Zweitstrang wurde unter Verwendung von DNA- Polymerase I synthetisiert und das Plasmid 11KATA18 (Götz et al., Eur. J. Biochem. 204 (1992), 745-749) in Bakterien amplifiziert. Die Mutation in der Sequenz wurde durch DNA- Sequenzierung bestätigt und die das vorstehend beschriebene BDNF- Vorläuferderivat codierende Sequenz in einem geeigneten Vektor für die Rekombination mit dem Vacciniavirusgenom cloniert, wie von Götz et al., a.a.O., beschrieben.A conservative amino acid exchange (asparagine for lysine, (R-1-> K)) in the basic processing cleavage site of BDNF was introduced using an oligonucleotide-directed mutagenesis kit (Amersham, version 2; see FIG. 2A). For this purpose, the oligonucleotide 5-ATGAGGGTTCGGAAACACTCCGACCCT-3 '(SEQ ID NO: 4) coding for the site to be mutated was attached to single-stranded DNA and the second strand was produced using the Klenow fragment in the presence of phosphorothioate deoxynucleotides. The template strand was cleaved with a restriction enzyme and removed by digestion with exonuclease m. The mutated second strand was synthesized using DNA polymerase I and the plasmid 11KATA18 (Götz et al., Eur. J. Biochem. 204 (1992), 745-749) was amplified in bacteria. The mutation in the sequence was confirmed by DNA sequencing and the sequence encoding the above-described BDNF precursor derivative was cloned in a suitable vector for recombination with the vaccinia virus genome, as described by Götz et al., Supra.
Beispiel 2Example 2
Biochemische Charakterisierung von reifen Neurotrophinen sowie von Mutanten vonBiochemical characterization of mature neurotrophins and mutants of
Neurotrophin- VorstufenNeurotrophin precursors
Rekombinante Neurotrophine wurden in einem Vacciniavirus-Expressionssystem hergestellt und durch Chromatographie an Glasperlen mit kontrollierter Porengröße gereinigt. Daran anschließend wurde ein Umkehφhasen-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie(HPLC)- Schritt durchgeführt, wie von Götz, a.a.O. beschrieben.Recombinant neurotrophins were produced in a vaccinia virus expression system and purified by chromatography on glass beads with a controlled pore size. This was followed by a reverse phase high performance liquid chromatography (HPLC) step as described by Götz, supra. described.
BDNF aus Schweinehirn wurde gereinigt wie von Hofer und Barde, Nature 331 (1988) 261 - 262 beschrieben.Pig brain BDNF was purified as described by Hofer and Barde, Nature 331 (1988) 261-262.
Rekombinante Neurotrophine wurden auf eine Umkehφhasen-C8-Chromatographiesäule (Aquapore RP-300, 4,6 mm x 220 mm, Applied Biosystems) aufgetragen, die mit 0,1 % Trifluoressigsäure (TFA; Spectro-grade, Pierce) equilibriert worden war und mit einem linea¬ ren Acetonitrilgradienten (21 % - 56 % Acetonitril in 50 Minuten, Flußrate 1,0 ml/min) elu- iert. BDNF aus Schweinehirn wurde aus Umkehφhasen-HPLC unter Verwendung desselben Puffersystems gereinigt, mit der Ausnahme, daß eine C8-Säule mit einem kleineren Durchmes¬ ser (Aquapore RP-300; 250 mm x 1,0 mm, Applied Biosystems) und eine Flußrate von 0,2 ml/min. verwendet wurden. Die Proteinpeaks wurden bei einer Absoφtion von 214 nm oder 280 nm nachgewiesen und von Hand gesammelt. Die Fraktionen wurden unter Vakuum in einem Rotationsvakuumtrockner getrocknet und das so erhaltene Protein bei 4°C gelagert.Recombinant neurotrophins were applied to a reverse phase C8 chromatography column (Aquapore RP-300, 4.6 mm x 220 mm, Applied Biosystems), which had been equilibrated with 0.1% trifluoroacetic acid (TFA; Spectro-grade, Pierce) and with a linear acetonitrile gradient (21% - 56% acetonitrile in 50 minutes, flow rate 1.0 ml / min) eluted. BDNF from porcine brain was purified from reverse phase HPLC using the same buffer system, with the exception that a C8 column with a smaller diameter (Aquapore RP-300; 250 mm x 1.0 mm, Applied Biosystems) and a flow rate of 0.2 ml / min. were used. The protein peaks were detected at an absorption of 214 nm or 280 nm and collected by hand. The fractions were dried under vacuum in a rotary vacuum dryer and the protein thus obtained was stored at 4 ° C.
Neurotrophin-Monomere wurden durch Inkubation der Dimere in 6M Guanidinhydrochlorid (pH 5,9, Sigma) in einer Konzentration von 100 ng/μl bei Raumtemperatur für 24 Stunden erzeugt. Guanidinhydrochlorid wurde durch Umkehφhasen-Chromatographie entfernt. Wildtyp-BDNF wurde von der (R-1-»K)-BDNF-Mutante durch Gelfiltration unter Verwen¬ dung einer TSK G3000SW-Säule (7,5 mm x 600 mm), die mit 0,1 % TFA und 30 % Acetonitril equilibriert worden war, abgetrennt. In einer anderen Ausführungsform wurde die Gelfiltration unter Verwendung einer mit 0,1 M Natriumphosphatpuffer, pH 7,0 enthaltend 0,5 M NaCl und 10 % Acetonitril equilibrierten Pharmacia Superdex TM 75 HR 10/30-Säule durchgeführt. Als Molekulargewichtsmarker verwendete Proteine sowie die Neurotrophine wurden in Aliquots a 20-40 μl in Konzentrationen zwischen 100 und 200 ng/μl aufgetragen. Dextran-Blau und Tyrosin wurden in Standardläufen als Marker für das Leervolumen und das eingeschlossene Volumen verwendet. Die Proben wurden bei einer Flußrate von 1,0 ml min. eluiert und bei 280 nm nachgewiesen. Die Molekulargewichte der verschiedenen Neurotro¬ phine wurden durch den Vergleich der Retentionszeiten mit denen der als Molekularge¬ wichtsmarker verwendeten Proteine ermittelt. Die Umwandlung von Dimeren in Monomere und umgekehrt wurde unter Verwendung eines Peak-Integrationsprogramms (Maxima 820- Software, Millipore) verfolgt.Neurotrophin monomers were generated by incubating the dimers in 6M guanidine hydrochloride (pH 5.9, Sigma) in a concentration of 100 ng / μl at room temperature for 24 hours. Guanidine hydrochloride was removed by reverse phase chromatography. Wild-type BDNF was derived from the (R-1 »K) BDNF mutant by gel filtration using a TSK G3000SW column (7.5 mm × 600 mm) containing 0.1% TFA and 30% acetonitrile had been equilibrated, separated. In another embodiment, gel filtration was performed using a Pharmacia Superdex ™ 75 HR 10/30 column equilibrated with 0.1 M sodium phosphate buffer, pH 7.0 containing 0.5 M NaCl and 10% acetonitrile. Proteins used as molecular weight markers and the neurotrophins were applied in aliquots of 20-40 μl in concentrations between 100 and 200 ng / μl. Dextran blue and tyrosine were used in standard runs as markers for the empty volume and the enclosed volume. The samples were run at a flow rate of 1.0 ml min. eluted and detected at 280 nm. The molecular weights of the various neurotrophins were determined by comparing the retention times with those of the proteins used as molecular weight markers. The conversion of dimers to monomers and vice versa was followed using a peak integration program (Maxima 820 software, Millipore).
Nach der Aufreinigung aus konditioniertem Medium unter Verwendung von Umkehφhasen- Chromatographie als letztem Schritt des Reinigungsverfahrens eluierten sowohl rekombinantes NT-3 als auch rekombinantes BDNF als zwei einzelne Peaks (vgl. Fig. 1). Durch SDS-PAGE und Westem Blot-Analysen mit Sequenz-spezifischen Antiköφem (einem polyclonalen Anti- serum, das nach üblichen Verfahren, wie von Jungbluth et al., Eur. J. Biochem. 221 (1994), 677 - 685 beschrieben, hergestellt worden war) konnte bestätigt werden, daß die beiden Peaks NT-3 und BDNF entsprechen. In einigen Präparationen, bei denen die Zellen in sehr hoher Dichte eingesetzt wurden, enthielt der später eluierende Peak von NT-3 bis zu über 90 % eine Form von NT-3, der die 5 N-terminalen Aminosäuren von reifem NT-3 fehlten. Diese Form war in der Lage, Dimere zu bilden, besaß die gleiche biologische Aktivität wie reifes NT-3 und wurde als des-Penta-NT-3 bezeichnet. Auch das aus Schweinehirn isolierte BDNF eluierte in zwei einzelnen Peaks; vgl. Fig. 1. Beide Peaks enthielten vollständig prozessiertes, reifes BDNF, wie durch Aminosäureanalyse und Sequenzierung des N-Terminus gezeigt werden konnte. Eine zweite Chromatographie des ersten Peaks von gereinigtem NT-3 oder BDNF über dieselbe Säule förderte beständig einen zweiten, kleineren Peak zutage, der dieselbe Retentionszeit aufwies, wie die während der Reinigung beobachteten später eluierenden Peaks; vgl. Fig. 1. Allerdings eluieren nicht alle Neurotrophine in zwei Peaks von der Umkehφhasen-Chromatographiesäule: BDNF mit der mutierten Spaltstelle eluiert lediglich als einzelner Peak, wobei die Retentionszeit vergleichbar ist mit der der ersten NT-3- und BDNF- Peaks; vgl. Figur 1. Die Sequenzierung des N-Terminus der (R-1->K) BDNF-Mutante ergab, daß etwa 80 % des Materials die N-terminale Sequenz LEEYKNYLDA (SEQ ID NO:5) aufwies, während die verbleibenden 20 % eine oder drei Aminosäuren weiter stromabwärts begannen; vgl. Fig. 2A. Die Analyse der (R-1->K) BDNF-Mutante auf 15%igen Polyacrylamidgelen in Gegenwart von SDS zeigte eine difiuse Bande mit einem relativen Molekulargewicht von etwa 25 kDa (Fig. 2B).After purification from conditioned medium using reverse phase chromatography as the last step in the purification process, both recombinant NT-3 and recombinant BDNF eluted as two individual peaks (see FIG. 1). By SDS-PAGE and Westem blot analysis with sequence-specific antibodies (a polyclonal antiserum, which is prepared according to conventional methods as described by Jungbluth et al., Eur. J. Biochem. 221 (1994), 677-685 was confirmed that the two peaks correspond to NT-3 and BDNF. In some preparations in which the cells were used in very high density, the later eluting peak from NT-3 up to over 90% contained a form of NT-3 which the 5 N-terminal amino acids of mature NT-3 lacked. This form was able to form dimers, had the same biological activity as mature NT-3 and was called des-Penta-NT-3. The BDNF isolated from porcine brain also eluted in two individual peaks; see. Fig. 1. Both peaks contained fully processed, mature BDNF, as could be shown by amino acid analysis and sequencing of the N-terminus. A second chromatography of the first peak of purified NT-3 or BDNF over the same column consistently revealed a second, smaller peak that had the same retention time as the later eluting peaks observed during purification; see. Fig. 1. However, not all neurotrophins in two peaks elute from the reverse phase chromatography column: BDNF with the mutated cleavage site elutes only as a single peak, the retention time being comparable to that of the first NT-3 and BDNF peaks; see. Figure 1. Sequencing of the N-terminus of the (R-1-> K) BDNF mutant revealed that approximately 80% of the material had the N-terminal sequence LEEYKNYLDA (SEQ ID NO: 5) while the remaining 20% started one or three amino acids further downstream; see. Figure 2A. Analysis of the (R-1-> K) BDNF mutant on 15% polyacrylamide gels in the presence of SDS showed a difius band with a relative molecular weight of about 25 kDa (FIG. 2B).
In allen bislang beschriebenen Neurotrophinen ist N-terminal von der Spaltstelle vom Furintyp eine N-Glykosylierungs-Konsensusstelle gefunden worden; vgl. Fig. 2A. Durch Oxidierung der Zuckerreste und nachfolgende Derivatisierung mit Digoxigenin konnten in Kombination mit einem nachfolgenden Westem Blot unter Verwendung von anti-Digoxigenin-Antiköφern Anhaltspunkte dafür gefunden werden, daß (R-1->K) BDNF tatsächlich glykosyliert ist (vgl. Fig. 2B). Dieses Ergebnis wurde durch die Inkubation der Mutante vor der Durchführung der SDS-PAGE mit N-Glykanase F bestätigt, wodurch sich das relative Molekulargewicht von 25 kDa auf 15 kDa verminderte.In all neurotrophins described so far, an N-glycosylation consensus site has been found N-terminal from the furin-type cleavage site; see. Figure 2A. By oxidation of the sugar residues and subsequent derivatization with digoxigenin in combination with a subsequent western blot using anti-digoxigenin antibodies, indications could be found that (R-1-> K) BDNF is actually glycosylated (see FIG. 2B) . This result was confirmed by the incubation of the mutant prior to performing SDS-PAGE with N-glycanase F, which reduced the relative molecular weight from 25 kDa to 15 kDa.
Da die mit den nativen Neurotrophinen beobachteten früh und spät eluierenden Peaks nicht durch Unterschiede in deren Primärstruktur erklärt werden können, wurde untersucht, ob die beiden Peaks zwei durch die während des Reinigungsverfahrens eingesetzten Pufferbedingun¬ gen (0,1 % TFA und Acetonitril) bedingte, strukturell verschiedene Konformationen darstel¬ len. Dazu wurden die früh eluierenden Neurotrophine einen Tag bei 37 °C in 6M Guanidin¬ hydrochlorid inkubiert, das nachgewiesenermaßen die Konformation von NGF, BDNF und NT-3 beeinflußt (z.B. Greene et al., Neurobiology 1 (1971), 37-48). Durch nachfolgende Umkehφhasen-HPLC konnte gezeigt werden, daß Wildtyp-BDNF und Wildtyp-NT-3, sowie die R-1->K)-Mutante quantitativ in einzelne Peaks umgewandelt worden waren. Die Reten- tionszeiten dieser Peaks entsprachen genau denen der für Wildtyp-BDNF und Wildtyp-NT-3 vorstehend beschriebenen spät eluierenden Peaks.Since the early and late eluting peaks observed with the native neurotrophins cannot be explained by differences in their primary structure, it was examined whether the two peaks were caused by the buffer conditions (0.1% TFA and acetonitrile) used during the cleaning process, represent structurally different conformations. For this purpose, the early-eluting neurotrophins were incubated for one day at 37 ° C in 6M guanidine hydrochloride, which has been shown to influence the conformation of NGF, BDNF and NT-3 (e.g. Greene et al., Neurobiology 1 (1971), 37-48). Subsequent reverse phase HPLC showed that wild-type BDNF and wild-type NT-3, as well as the R-1-> K) mutant, had been converted quantitatively into individual peaks. The retention times of these peaks corresponded exactly to those of the late-eluting peaks described above for wild-type BDNF and wild-type NT-3.
NT-3 wurde ebenso wie Wildtyp-BDNF und die BDNF-Mutante femer durch Gelfiltration vor und nach der Inkubation mit Guanidinhydrochlorid analysiert. Während Wildtyp-BDNF und Wildtyp-NT-3, die mit kürzeren Retentionszeiten aus der Umkehφhasen-HPLC eluierten, als einzelner Peak mit einem kalkulierten Molekulargewicht von 27 kDa nachweisbar waren, zeigten die Formen mit längeren Retentionszeiten ein berechnetes Molekulargewicht von 13,7 kDa, das dem von Ribonuclease A entspricht; vgl. Fig 3. In diesem Experiment wurde auch das relative Molekulargewicht der BDNF-Mutante ermittelt. Vor der Inkubation mit Guani¬ dinhydrochlorid eluierte (R-1-*>K)-BDNF mit einem kalkulierten Molekulargewicht von 50 kDa, wohingegen nach der Inkubation ein relatives Molekulargewicht von 25 kDa ermittelt wurde; vgl. Fig. 3. Um die Stabilität der Wildtyp-NT-3-, Wildtyp-BDNF- und (R-1-*>K)-BDNF-Dimere sowie von des-Penta-NT-3 (vgl. Beispiel 6) in Lösung vergleichen zu können, wurde die Dissoziationsrate der Dimere nach der Inkubation mit Guanidinhydrochlorid gemessen. Dazu wurden die Neurotrophindimere aliquotiert, getrocknet, in 6 M Guanidinhydrochlorid resuspendiert und darin vor dem Auftragen auf eine Gelfiltrationssäule für unterschiedliche Zeiten inkubiert; vgl. Fig. 4A. Die Flächen der beiden Peaks wurden für jeden Gelfiltrationslauf mit Hilfe des Software-Programms Maxima 820 (Millipore) berechnet und das Ausmaß der Dissoziation der Dimere wurde als relative Menge an Monomeren dargestellt.; vgl. Fig. 4B. Diese Ergebnisse bestätigen die mit der Umkehφhasen- Chromatographie (Fig. 1) erhaltenen: Sie zeigen, daß die (R-1- K)-BDNF-Mutante Dimere bildet, die meßbar stabiler sind als die Wildtyp-Neurotrophine; vgl. Fig. 4B zum Zeitpunkt 1 Stunde. Reifes NT-3, dem N-terminal 5 Aminosäuren fehlen (des-Penta-NT-3), hingegen besitzt eine sehr viel geringere Dimerstabilität als reifes NT-3 und BDNF (vgl. Beispiel 6 und Fig. 4B).NT-3 as well as wild-type BDNF and the BDNF mutant were further analyzed by gel filtration before and after the incubation with guanidine hydrochloride. While wild-type BDNF and wild-type NT-3, which eluted from the reverse phase HPLC with shorter retention times, were detectable as a single peak with a calculated molecular weight of 27 kDa, the forms with longer retention times showed a calculated molecular weight of 13.7 kDa, which corresponds to that of ribonuclease A; see. Fig. 3. The relative molecular weight of the BDNF mutant was also determined in this experiment. Before the incubation with guanidine hydrochloride, (R-1- * > K) -BDNF eluted with a calculated molecular weight of 50 kDa, whereas after the incubation a relative molecular weight of 25 kDa was determined; see. Fig. 3. In order to be able to compare the stability of the wild-type NT-3, wild-type BDNF and (R-1- * > K) BDNF dimers and of des-Penta-NT-3 (cf. Example 6) in solution, the dissociation rate of the dimers was measured after incubation with guanidine hydrochloride. For this purpose, the neurotrophin dimers were aliquoted, dried, resuspended in 6 M guanidine hydrochloride and incubated therein for different times before application to a gel filtration column; see. Figure 4A. The areas of the two peaks were calculated for each gel filtration run using the Maxima 820 (Millipore) software program and the extent of dissociation of the dimers was shown as a relative amount of monomers .; see. Figure 4B. These results confirm the results obtained with reverse phase chromatography (Fig. 1): they show that the (R-1-K) BDNF mutant forms dimers which are measurably more stable than the wild-type neurotrophins; see. 4B at the time 1 hour. Mature NT-3, which lacks 5 amino acids at the N-terminal (des-penta-NT-3), on the other hand has a much lower dimer stability than mature NT-3 and BDNF (cf. Example 6 and FIG. 4B).
Nach der Dissoziierung in Monomere können die Neurotrophine nachfolgend wieder Dimere bilden. So wurde bereits nach einer einstündigen Inkubation von NT-3-Monomeren (150 ng/ml) in PBS bei 4 °C gefunden, daß nach Gelfiltration etwa die Hälfte der Monomere bereits wieder als Dimere vorlag. Nach 24 Stunden waren im wesentlichen alle Monomere wieder zu Dimeren aggregiert (Fig. 5). Diese neu gebildeten Dimere sind nach Umkehφhasen-HPLC von den in Fig. 1 beschriebenen, früh eluierenden Peaks nicht unterscheidbar. Interessanter¬ weise änderten sich die Gesamtmengen an NT-3 -Monomeren und -Dimeren während der gesamten Inkubationszeit nicht, wie durch die Integration der Monomer- und Dimer-Peaks nach jedem Lauf ermittelt wurde. Dieses Ergebnis läßt die Schlußfolgerung zu, daß die Monomere und die Dimere frei konvertierbar sind.After dissociation into monomers, the neurotrophins can subsequently form dimers again. After an hour's incubation of NT-3 monomers (150 ng / ml) in PBS at 4 ° C, it was found that after gel filtration about half of the monomers were already present as dimers. After 24 hours, essentially all of the monomers had been aggregated back into dimers (FIG. 5). These newly formed dimers cannot be distinguished by reverse-phase HPLC from the early-eluting peaks described in FIG. 1. Interestingly, the total amounts of NT-3 monomers and dimers did not change during the entire incubation period, as was determined by the integration of the monomer and dimer peaks after each run. This result leads to the conclusion that the monomers and dimers are freely convertible.
Beispiel 3Example 3
Biologische Aktivitäten der rekombinanten NeurotrophineBiological activities of the recombinant neurotrophins
In Beispiel 2 wurde gezeigt, daß Neurotrophine als Monomere und als Dimere in Lösung existieren können. Es war daher von Interesse zu erfahren, ob die Neurotrophinmonomere eine meßbare biologische Aktivität aufweisen. Da bekannt ist, daß Neurotrophine das Abster¬ ben von Neuronen in Zellkultur verhindern, wurde diese Eigenschaft zur Bestimmung der biologischen Aktivität der Monomere herangezogen. Zunächst wurden 30 bis 40 Ganglia nodosa aus 8 Tage alten Hühnerembryonen (E8) präpariert, 0,5 Stunden in einer 0,l%igen Trypsinlösung (Worthington) inkubiert, zweimal mit serumhaltigem Medium (F 14/10 % Pferdeserum) gewaschen und vorsichtig in diesem Medium dissoziiert. Die biologische Aktivi¬ tät von NT-3- und BDNF-Monomeren und -Dimeren wurde außerdem auf Neuronen der Dorsalwurzelganglien (E9) untersucht. Die biologische Aktivität von (R-1->K) BDNF wurde mit der von reifem BDNF auf sensorischen Neuronen und sympathischen Neuronen (Eil) verglichen. Die Zellsuspension wurde zunächst ausplattiert, um nicht-neuronale Zellen zu entfernen. 3 Stunden später wurden die Neuronen vorsichtig resuspendiert, gezählt und in einer Dichte von 2000 Neuronen pro Vertiefung auf Platten (48 Vertiefungen), die zuvor mit Polyornithin und entweder Laminin oder konditioniertem Medium aus der Schwannona- Zellinie RN22 beschichtet worden waren, mit oder ohne neurotrophe Faktoren ausgesät. Die NT-3-Monomere und -Dimere wurden dazu frisch in PBS gelöst und dem Kulturmedium unmittelbar vor der Plattierung der Neuronen zugesetzt.In example 2 it was shown that neurotrophins can exist as monomers and as dimers in solution. It was therefore of interest to find out whether the neurotrophin monomers have measurable biological activity. Since it is known that neurotrophins prevent the death of neurons in cell culture, this property was used to determine the biological activity of the monomers. First, 30 to 40 ganglia nodosa from 8-day-old chicken embryos (E8) were prepared, incubated for 0.5 hours in a 0.1% trypsin solution (Worthington), twice with medium containing serum (F 14/10% Horse serum) and carefully dissociated in this medium. The biological activity of NT-3 and BDNF monomers and dimers was also investigated on neurons of the dorsal root ganglia (E9). The biological activity of (R-1-> K) BDNF was compared with that of mature BDNF on sensory neurons and sympathetic neurons (express). The cell suspension was first plated out to remove non-neuronal cells. 3 hours later, the neurons were carefully resuspended, counted, and at a density of 2000 neurons per well on plates (48 wells) that had previously been coated with polyornithine and either laminin or conditioned medium from the Schwannona cell line RN22, with or without neurotrophic Factors sown. For this purpose, the NT-3 monomers and dimers were freshly dissolved in PBS and added to the culture medium immediately before the neurons were plated.
Die überlebenden Neuronen wurden nach 24 Stunden in Kultur gezählt. Während sowohl Monomere als auch Dimere im Sättigungsbereich dieselbe maximale Wirkung auf das Überle¬ ben der Neuronen (der Dorsalwurzelganglien und des Ganglion nodosum) ausübten, unter¬ schieden sich ihre spezifischen biologischen Aktivitäten deutlich: Bei den NT-3-Monomeren wurde die halbmaximale Wirkung auf das Überleben der Neuronen bei einer Konzentration von 1,2 ng/ml beobachtet. Sie liegt damit um einen Faktor 40 niedriger als die für die NT-3- Dimere beobachtete (30 pg/ml); vgl. Fig. 6A und B. Sehr ähnliche Ergebnisse wurden erzielt, wenn BDNF-Monomere und -Dimere miteinander verglichen wurden. Weiterhin wurde gefunden, daß die nach einer Dissoziierung erneut gebildeten NT-3-Dimere eine biologische Aktivität aufwiesen, die sich nicht von der solcher Homodimere unterschied, die zuvor keinem Disoziierungsschritt unterworfen worden waren; vgl. Fig. 6B.The surviving neurons were counted after 24 hours in culture. While both monomers and dimers in the saturation range had the same maximum effect on the survival of the neurons (the dorsal root ganglia and the ganglion nodosum), their specific biological activities differed significantly: the half-maximum effect was found for the NT-3 monomers survival of the neurons at a concentration of 1.2 ng / ml was observed. It is therefore 40 times lower than that observed for the NT-3 dimers (30 pg / ml); see. Figures 6A and B. Very similar results were obtained when BDNF monomers and dimers were compared. Furthermore, it was found that the NT-3 dimers formed again after dissociation had a biological activity which did not differ from that of homodimers which had not previously been subjected to a disassociation step; see. Figure 6B.
Mit demselben Testsystem (Dorsalwurzelganglien und Neuronen des Ganglion nodosum) wurde anschließend die Wirksamkeit der (R-1- K)-BDNF-Mutante auf die Überlebensfähigkeit von Neuronen geprüft. Trotz seines hohen Molekulargewichtes erwies sich dieser partiell prozessierte BDNF-Dimer hinsichtlich seiner biologischen Aktivität als nicht unterscheidbar von vollständig prozessierten!, reifem BDNF. Die Verwendung beider Formen in sättigenden Konzentrationen führte zum Überleben gleicher Anzahlen von Neuronen, wohingegen die halbmaximale Wirkung der Mutante und des Wildtyps bei Konzentrationen von 1,2 x 1012 M erzielt wurden (Fig. 7). (R-l-^K)-BDNF besaß wie reifes BDNF keine Überlebensaktivität auf El 1 -sympathischen Neuronen. Beispiel 4 TrkC-AutophosphorylierungThe same test system (dorsal root ganglia and nodosum ganglion neurons) was then used to test the effectiveness of the (R-1-K) BDNF mutant on the survivability of neurons. Despite its high molecular weight, this partially processed BDNF dimer proved to be indistinguishable in terms of its biological activity from fully processed !, mature BDNF. The use of both forms in saturating concentrations led to the survival of equal numbers of neurons, whereas the half-maximal effect of the mutant and the wild type was achieved at concentrations of 1.2 × 1012 M (FIG. 7). (Rl- ^ K) -BDNF, like mature BDNF, had no survival activity on El 1 -sympathetic neurons. Example 4 TrkC autophosphorylation
Die Fähigkeit von NT-3-Monomeren und -Dimeren zur Induktion von Rezeptorautophospho- rylϊerung wurde mit NTH 3T3-Zellen getestet, die Ratten-trkC vollständiger Lange exprimie- ren (Tsoulfas et al., Neuron 10 (1993), 975-990). Dazu wurden Zellkultuφlatten mit etwa 5 x 106 NIH 3T3-Zellen 3 Minuten bei 37 °C mit NT-3-Monomeren und -Dimeren verschiedener Konzentrationen inkubiert. Nach zweimaligem Waschen mit 5 ml eiskaltem TBS, pH 7,5, wurden die Zellen 15 bis 20 Minuten in 600 μl Lysepuffer (TBS, pH 7,5, enthaltend 1 % Triton X100, 10 % Glycerin, 0,5 mM Phenylmethansulfonylfluorid (PMSF), 0,5 mM ortho- Vanadat, jeweils 5 mg/ml Pepstatin und Trypsininhibitor) inkubiert. Die Nuclei wurden durch Zentrifugation bei 12000 UpM (Sigma 3K12, Rotor 12153) pelletiert. Anschließend wurden 10 μl für die 14 C-terminalen Aminosäuren von menschlichem trkA vollständiger Länge spezifisches Kaninchenantiserum zu den Überständen gegeben und diese 2 Stunden bei 4 °C inkubiert. Nach Zugabe von 50 μl Protein A-Sepharose und nachfolgender Inkubation für 60 Min. wurde die Suspension zweimal mit PBS gewaschen, das 1 % Triton XI 00 und 1 % Deoxycholat enthielt. Es wurden 30 ml SDS-PAGE-Probenpuffer zugesetzt und nacheinander eine SDS-PAGE (Laemmli, Nature 227 (1970), 677-685) auf einem 7,5%igen Polyacrylamid- gel und ein Westem Blot durchgeführt. Bei letzterem wurden die Proteine auf Immobiion-P- Membranen (Millipore) übertragen, wobei ein diskontinuierliches Puffersystem verwendet wurde. Puffer 1 war dabei 300 mM Tris-HCl, pH 10,4,; Puffer 2 war 25 mM Tris-HCl, pH 10,4; und Puffer 3 war 40 mM Norleucin, 25 mM Tris-HCl, pH 9,4. Vor der Verwendung wurde jedem Puffer Natriumborat in einer Endkonzentration von lOmM zugesetzt. Die für den Blot verwendete Membran wurde in Methanol und Wasser gewaschen und anschließend in Puffer 2 inkubiert. Die Gele wurden 5 Min. in Puffer 3 inkubiert. Die Proteine wurden unter Verwendung einer halbtrockenen Blotting-Kammer auf die Membranen transferiert, wobei eine Stunde lang ein Strom von 0,9 mA/cm2 eingesetzt wurde. Die freien Bindungsstellen auf den Membranen wurden durch zehnminütige Inkubation der Membranen in einer PBS-Lösung blockiert, die 2,2 % Polyvinylpyrrolidon (ein 1:5:5 Gemisch (Gew.-%) aus PVP 360, PVP 40 und PVP 10) enthielt. Nach dem Waschen mit 0,17 % PVP und 0,1 % Tween, 20 enthalten¬ dem PBS wurden die Membranen mit einem monoclonalen anti-Phosphotyrosin-Mausantikör- per (UBI) inkubiert, das in einer Endverdünnung von 1:1000 in Waschpuffer eingesetzt wurde. Nach einem weiteren, wie vorstehend beschriebenen Waschschritt wurden die Membranen mit anti-Maus IgG (1:10000 Verdünnung in Waschpuffer) inkubiert, der an Meerrettichperoxidase gekoppelt war. Die Signale wurden über das ECL Westem Detection System (Amersham) nach Angaben des Herstellers über Chemilumineszenz nachgewiesen. Nach der dreiminütigen Inkubation mit verschiedenen Konzentrationen der NT-3 -Dimere konnte ein Tyrosinphosphorylierungssignal bereits bei einer Konzentration von 10 ng ml beobachtet werden. Maximale Signalstärke wurde bei 100 ng/ml erreicht; vgl. Fig. 8. Demge¬ genüber wurde selbst bei höchsten Konzentrationen an NT-3 -Monomeren (lμg/ml) lediglich ein äußerst schwaches Phosphorylierungssignal erreicht; vgl. Fig 8A. Wenn jedoch die NT-3- Monomerlösung lange genug inkubiert wurde, um die Dimerbildung zu erlauben, wurde eine vollständige Tyrosinphosphorylierungsaktivität erreicht; vgl. Fig. 8B. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, daß bei der Induktion der trkC-Phosphorylierung die NT-3-Monomere 100 bis 1000 mal weniger aktiv sind als die NT-3-Dimere.The ability of NT-3 monomers and dimers to induce receptor autophosphorylation was tested with NTH 3T3 cells that express rat trkC more fully (Tsoulfas et al., Neuron 10 (1993), 975-990) . For this, cell culture plates with about 5 x 106 NIH 3T3 cells were incubated for 3 minutes at 37 ° C. with NT-3 monomers and dimers of various concentrations. After washing twice with 5 ml ice-cold TBS, pH 7.5, the cells were washed for 15 to 20 minutes in 600 μl lysis buffer (TBS, pH 7.5, containing 1% Triton X100, 10% glycerol, 0.5 mM phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF ), 0.5 mM ortho vanadate, each 5 mg / ml pepstatin and trypsin inhibitor) incubated. The nuclei were pelleted by centrifugation at 12000 rpm (Sigma 3K12, rotor 12153). Then 10 .mu.l specific rabbit antiserum specific for the 14 C-terminal amino acids of human trkA full length were added to the supernatants and these were incubated for 2 hours at 4 ° C. After adding 50 .mu.l Protein A-Sepharose and subsequent incubation for 60 min., The suspension was washed twice with PBS containing 1% Triton XI 00 and 1% deoxycholate. 30 ml of SDS-PAGE sample buffer were added and an SDS-PAGE (Laemmli, Nature 227 (1970), 677-685) on a 7.5% polyacrylamide gel and a Western blot were carried out in succession. In the latter, the proteins were transferred to Immobiion-P membranes (Millipore) using a discontinuous buffer system. Buffer 1 was 300 mM Tris-HCl, pH 10.4; Buffer 2 was 25 mM Tris-HCl, pH 10.4; and buffer 3 was 40mM norleucine, 25mM Tris-HCl, pH 9.4. Sodium borate was added to each buffer at a final concentration of 10 mM before use. The membrane used for the blot was washed in methanol and water and then incubated in buffer 2. The gels were incubated in buffer 3 for 5 min. The proteins were transferred to the membranes using a semi-dry blotting chamber using a current of 0.9 mA / cm 2 for one hour. The free binding sites on the membranes were blocked by incubating the membranes for ten minutes in a PBS solution containing 2.2% polyvinylpyrrolidone (a 1: 5: 5 mixture (% by weight) of PVP 360, PVP 40 and PVP 10) . After washing with 0.17% PVP and 0.1% Tween, 20 containing PBS, the membranes were incubated with a monoclonal anti-phosphotyrosine mouse antibody (UBI), which was used in a final dilution of 1: 1000 in washing buffer has been. After a further washing step as described above, the membranes were incubated with anti-mouse IgG (1: 10,000 dilution in washing buffer) which was coupled to horseradish peroxidase. The signals were detected via the ECL Westem Detection System (Amersham) according to the manufacturer's information on chemiluminescence. After three minutes of incubation with various concentrations of the NT-3 dimers, a tyrosine phosphorylation signal could already be observed at a concentration of 10 ng ml. Maximum signal strength was reached at 100 ng / ml; see. 8. In contrast, only an extremely weak phosphorylation signal was achieved even at the highest concentrations of NT-3 monomers (1 μg / ml); see. Figure 8A. However, when the NT-3 monomer solution was incubated long enough to allow dimer formation, complete tyrosine phosphorylation activity was achieved; see. Figure 8B. These results indicate that the NT-3 monomers are 100 to 1000 times less active than the NT-3 dimers in inducing trkC phosphorylation.
Beispiel 5 ProteinquantifizierungenExample 5 Protein Quantifications
Die Mengen an NT-3- und BDNF-Wildtyp-Proteinen wurden routinemäßig durch SDS- PAGE, anschließende Coomassieblau-Färbung und densitometrische Quantifizierung (Ultroscan XL Enhanced Laser Densitometer, LKB) bestimmt. Dabei wurden als Mengen¬ standards bekannte Mengen an Hühnereiweißlysozym (Sigma) eingesetzt.The amounts of NT-3 and BDNF wild-type proteins were routinely determined by SDS-PAGE, subsequent Coomassie blue staining and densitometric quantification (Ultroscan XL Enhanced Laser Densitometer, LKB). In this case, known amounts of egg protein lysozyme (Sigma) were used as set standards.
Die (R-1->K)-BDNF-Mutante wurde durch Analyse der Aminosäurenzusammensetzung unter Verwendung des im Stand der Technik bekannten Ninhydrinverfahrens quantifiziert.The (R-1-> K) -BDNF mutant was quantified by analysis of the amino acid composition using the ninhydrin method known in the art.
Beispiel 6Example 6
Relative Stabilität der Neurotrophin-DimereRelative stability of the neurotrophin dimers
Um die Bedeutung des N-Terminus für die Dimerstabilität weiter zu untersuchen, wurden identische getrocknete Aliquots von NT-3, des-Penta NT-3, BDNF und (R-1-*>K) BDNF bei RT in 6 M GnHCl inkubiert und die zeitabhängige Dimerdissoziation mittels Gelfiltration bestimmt. Die Flächen der Monomer und Dimer peaks wurden pro Lauf mit Hilfe der Compu¬ ter-Software "Maxima 820" (Millipore) bestimmt und die relative Menge an Monomer gegen die Gesamtmenge Monomer + Dimer aufgetragen. Die Gesamtmenge an Monomer und Dimer blieb pro Lauf unverändert. (R-1-^K) BDNF bildet trotz seines glykosylierten, verlängerten N-Terminus, stabilere, des-Penta NT-3 dagegen weniger stabile Dimere als matures NT-3 und BDNF (Fig. 4B). Dieses Ergebnis bestätigt, daß der N-Terminus die relative Stabilität der einzelnen Neurotrophin-Dimere beeinflußt. SEQUENZPROTOKOLLIn order to further investigate the importance of the N-terminus for dimer stability, identical dried aliquots of NT-3, des-Penta NT-3, BDNF and (R-1- * > K) BDNF were incubated at RT in 6 M GnHCl and the time-dependent dimer dissociation is determined by gel filtration. The areas of the monomer and dimer peaks were determined per run using the "Maxima 820" computer software (Millipore) and the relative amount of monomer was plotted against the total amount of monomer + dimer. The total amount of monomer and dimer remained unchanged per run. (R-1- ^ K) Despite its glycosylated, extended N-terminus, BDNF forms more stable, des-Penta NT-3, however, less stable dimers than mature NT-3 and BDNF (Fig. 4B). This result confirms that the N-terminus influences the relative stability of the individual neurotrophin dimers. SEQUENCE LOG
(1) ALLGEMEINE ANGABEN:(1. GENERAL INFORMATION:
(i) ANMELDER:(i) APPLICANT:
(A) NAME: MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER(A) NAME: MAX PLANCK SOCIETY TO PROMOTE THE
WISSENSCHAFTEN e. V. BerlinSCIENCES e. V. Berlin
(B) STRASSE: Hofgartenstr. 2(B) STREET: Hofgartenstr. 2
(C) ORT: Muenchen(C) LOCATION: Munich
(E) LAND: Deutschland(E) COUNTRY: Germany
(F) POSTLEITZAHL: D-80539(F) POSTAL NUMBER: D-80539
(ii) BEZEICHNUNG DER ERFINDUNG: Biologisch aktive, von Neurotrophinen abgeleitete Molekuele(ii) DESCRIPTION OF THE INVENTION: Biologically active molecules derived from neurotrophins
(iii) ANZAHL DER SEQUENZEN: 5(iii) NUMBER OF SEQUENCES: 5
(iv) COMPUTER-LESBARE FASSUNG:(iv) COMPUTER READABLE VERSION:
(A) DATENTRÄGER: Floppy disk(A) DISK: Floppy disk
(B) COMPUTER: IBM PC compatible(B) COMPUTER: IBM PC compatible
(C) BETRIEBSSYSTEM: PC-DOS/MS-DOS(C) OPERATING SYSTEM: PC-DOS / MS-DOS
(D) SOFTWARE: Patentin Release #1.0, Version #1.30B (EPA)(D) SOFTWARE: Patentin Release # 1.0, Version # 1.30B (EPA)
(vi) DATEN DER URANMELDUNG:(vi) DATA OF THE URN REGISTRATION:
(A) ANMELDENUMMER: DE P 44 32 463.4(A) REGISTRATION NUMBER: DE P 44 32 463.4
(B) ANMELDETAG: 12-SEP-1994(B) REGISTRATION DAY: SEP 12, 1994
(2) ANGABEN ZU SEQ ID NO: 1:(2) INFORMATION ON SEQ ID NO: 1:
(i) SEQUENZKENNZEICHEN:(i) SEQUENCE LABEL:
(A) LANGE: 4 Aminosäuren(A) LONG: 4 amino acids
(B) ART: Aminosäure(B) TYPE: amino acid
(C) STRANGFORM: Einzelstrang(C) STRAND FORM: Single strand
(D) TOPOLOGIE: linear(D) TOPOLOGY: linear
(ii) ART DES MOLEKÜLS: Peptid(ii) MOLECULE TYPE: Peptide
(xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NO: 1:(xi) SEQUENCE DESCRIPTION: SEQ ID NO: 1:
Arg Xaa Lys ArgArg Xaa Lys Arg
11
(2) ANGABEN ZU SEQ ID NO: 2:(2) INFORMATION ON SEQ ID NO: 2:
(i) SEQUENZKENNZEICHEN:(i) SEQUENCE LABEL:
(A) LANGE: 4 Aminosäuren(A) LONG: 4 amino acids
(B) ART: Aminosäure(B) TYPE: amino acid
(C) STRANGFORM: Einzelstrang(C) STRAND FORM: Single strand
(D) TOPOLOGIE: linear(D) TOPOLOGY: linear
(ii) ART DES MOLEKÜLS: Peptid (xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NO: 2:(ii) MOLECULE TYPE: Peptide (xi) SEQUENCE DESCRIPTION: SEQ ID NO: 2:
Arg Xaa Arg ArgArg Xaa Arg Arg
11
(2) ANGABEN ZU SEQ ID NO: 3:(2) INFORMATION ON SEQ ID NO: 3:
(i) SEQUENZKENNZEICHEN:(i) SEQUENCE LABEL:
(A) LANGE: 4 Aminosäuren(A) LONG: 4 amino acids
(B) ART: Aminosäure(B) TYPE: amino acid
(C) STRANGFORM: Einzelstrang(C) STRAND FORM: Single strand
(D) TOPOLOGIE: linear(D) TOPOLOGY: linear
(ii) ART DES MOLEKÜLS: Peptid(ii) MOLECULE TYPE: Peptide
(xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NO: 3:(xi) SEQUENCE DESCRIPTION: SEQ ID NO: 3:
Arg Val Arg ArgArg Val Arg Arg
11
(2) ANGABEN ZU SEQ ID NO: 4:(2) INFORMATION ON SEQ ID NO: 4:
(i) SEQUENZKENNZEICHEN:(i) SEQUENCE LABEL:
(A) LANGE: 27 Basenpaare(A) LONG: 27 base pairs
(B) ART: Nucleotid(B) TYPE: nucleotide
(C) STRANGFORM: Einzelstrang(C) STRAND FORM: Single strand
(D) TOPOLOGIE: linear(D) TOPOLOGY: linear
(ii) ART DES MOLEKÜLS: other nucleic acid(ii) MOLECULE TYPE: other nucleic acid
(A) BESCHREIBUNG: /desc = "Oligonukleotid"(A) DESCRIPTION: / desc = "oligonucleotide"
(xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NO: 4: ATGAGGGTTC GGAAACACTC CGACCCT 27(xi) SEQUENCE DESCRIPTION: SEQ ID NO: 4: ATGAGGGTTC GGAAACACTC CGACCCT 27
(2) ANGABEN ZU SEQ ID NO: 5:(2) INFORMATION ON SEQ ID NO: 5:
(i) SEQUENZKENNZEICHEN:(i) SEQUENCE LABEL:
(A) LANGE: 10 Aminosäuren(A) LONG: 10 amino acids
(B) ART: Aminosäure(B) TYPE: amino acid
(C) STRANGFORM: Einzelstrang(C) STRAND FORM: Single strand
(D) TOPOLOGIE: linear(D) TOPOLOGY: linear
(ii) ART DES MOLEKÜLS: Peptid(ii) MOLECULE TYPE: Peptide
(xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NO: 5:(xi) SEQUENCE DESCRIPTION: SEQ ID NO: 5:
Leu Glu Glu Tyr Lys Asn Tyr Leu Asp Ala 1 5 10 Leu Glu Glu Tyr Lys Asn Tyr Leu Asp Ala 1 5 10

Claims

Patentansprüche claims
1. DNA-Molekül codierend ein natürlicherweise nicht vorkommendes (Poly)peptid mit der biologischen Aktivität eines neurotrophen Faktors, wobei das (Poly)peptid einen im Vergleich mit einem reifen neurotrophen Faktor verlängerten N-Terminus aufweist mit der Maßgabe, daß die Sequenz des DNA-Moleküls kein NGF codiert.1. DNA molecule encoding a naturally non-occurring (poly) peptide with the biological activity of a neurotrophic factor, the (poly) peptide having an elongated N-terminus in comparison with a mature neurotrophic factor, with the proviso that the sequence of the DNA -Molecule not encoded NGF.
2. DNA-Molekül codierend einen natürlicherweise nicht vorkommenden NGF, welcher N- terminal um ein Peptidfragment von bis zu ca. 19 Aminosäuren verlängert ist, wobei dieses Peptidfragment ein C-terminales Fragment des Precursoranteils von NGF darstellt, welches C-terminal eine Konsensusspaltstelle des Furintyps enthält, in der ein Aminosäureaustausch in der Aminosäureposition -1 und/oder -2 erfolgt ist, wodurch der so modifizierte Precursoranteil durch eine an der Konsensusspaltstelle spaltende Protease nicht mehr abgespalten werden kann.2. DNA molecule encoding a naturally non-occurring NGF which is N-terminally extended by a peptide fragment of up to about 19 amino acids, this peptide fragment being a C-terminal fragment of the precursor portion of NGF which is a consensus cleavage site of the Contains furin types in which an amino acid exchange in the amino acid position -1 and / or -2 has taken place, as a result of which the precursor portion modified in this way can no longer be split off by a protease cleaving at the consensus cleavage site.
3. DNA-Molekül nach Anspruch 1, wobei der Faktor NT-3, NT-4/5, NT-6 oder BDNF ist.3. DNA molecule according to claim 1, wherein the factor is NT-3, NT-4/5, NT-6 or BDNF.
4. DNA-Molekül nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Peptid¬ fragment, welches den verlängerten N-Terminus darstellt, C-terminal eine 4 Aminosäu¬ ren umfassende Konsensusspaltstelle des Furintyps enthält, in der ein Aminosäureaustausch in der Aminosäureposition von -1 und/oder -2 erfolgt ist, wodurch das so modifizierte Peptidfragment durch eine an der Konsensusspaltstelle spaltende Protease nicht mehr abgespalten werden kann.4. DNA molecule according to claims 1 or 3, characterized in that the peptide fragment, which represents the extended N-terminus, contains a 4 amino acid consensus cleavage site of the furin type in the C-terminal, in which an amino acid exchange in the amino acid position of -1 and / or -2 has occurred, as a result of which the peptide fragment modified in this way can no longer be split off by a protease cleaving at the consensus cleavage site.
5. DNA-Molekül nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der im Vergleich mit einem reifen neurotrophen Faktor verlängerte N-Terminus glykosyliert ist.5. DNA molecule according to one of claims 1 to 4, wherein the N-terminus, which is elongated in comparison with a mature neurotrophic factor, is glycosylated.
6. RNA-Molekül, das komplimentär zur DNA-Sequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder zu der dazu komplementären DNA-Sequenz ist.6. RNA molecule which is complementary to the DNA sequence according to one of claims 1 to 5 or to the complementary DNA sequence.
7. Wirtszelle, die mit mindestens einem rekombinanten DNA-Molekül nach Anspruch 16 transformiert ist und ein Bakterium, eine Pilz-, Hefe- oder Säugerzelle oder ein transgenes Tier ist.7. A host cell transformed with at least one recombinant DNA molecule according to claim 16 and which is a bacterium, a fungal, yeast or mammalian cell or a transgenic animal.
8. (Poly)peptid, das von der DNA-Sequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer RNA-Sequenz nach Anspruch 6 codiert wird. 8. (poly) peptide which is encoded by the DNA sequence according to any one of claims 1 to 5 or an RNA sequence according to claim 6.
9. Homodimer oder Heterodimer, das von zwei (Poly)peptiden nach Anspruch 8 gebildet wird, die die biologische Aktivität desselben oder unterschiedliche neurotrophe Faktoren aufweisen.9. homodimer or heterodimer, which is formed by two (poly) peptides according to claim 8, which have the biological activity of the same or different neurotrophic factors.
10. Verfahren zur Herstellung des (Poly)peptids nach Anspmch 8 oder 9, wobei man10. A process for the preparation of the (poly) peptide according to Anspmch 8 or 9, wherein
(a) mindestens eine Wirtszelle nach Anspmch 7 in einem geeigneten Kulturmedium unter Bedingungen züchtet, die die Expression des (Poly)peptids/der (Poly)peptide und gegebenenfalls die Dimerbildung erlauben; und(a) cultivating at least one host cell according to claim 7 in a suitable culture medium under conditions which allow the expression of the (poly) peptide / the (poly) peptides and, if appropriate, the formation of dimers; and
(b) Aufreinigung des so erhaltenen (Poly)peptids, Homodimers oder Heterodimers aus der Kultur/aus dem Kulturmedium.(b) purification of the (poly) peptide, homodimer or heterodimer thus obtained from the culture / from the culture medium.
11. Antiköφer, der spezifisch gegen das (Poly)peptid nach Anspmch 8 oder 9 gerichtet ist.11. Antibody which is specifically directed against the (poly) peptide according to Claim 8 or 9.
12. Arzneimittel enthaltend das (Poly)peptid nach Anspmch 8 oder 9, gegebenenfalls in Kombination mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger. 12. Medicament containing the (poly) peptide according to Claim 8 or 9, optionally in combination with a pharmaceutically acceptable carrier.
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