WO2003070953A1 - Verbindung zur inhibierung der serin-proteinasen und zur inhibierung von infektionen oder virusvermehrung: rld 8564 - Google Patents

Verbindung zur inhibierung der serin-proteinasen und zur inhibierung von infektionen oder virusvermehrung: rld 8564 Download PDF

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Jan MÜNCH
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Hans-Jürgen MÄGERT
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    • C07K14/81—Protease inhibitors
    • C07K14/8107—Endopeptidase (E.C. 3.4.21-99) inhibitors
    • C07K14/811—Serine protease (E.C. 3.4.21) inhibitors
    • C07K14/8135—Kazal type inhibitors, e.g. pancreatic secretory inhibitor, ovomucoid
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00—Medicinal preparations containing peptides

Definitions

  • the present invention relates to a polypeptide (protein) with serine proteinase-inhibitory, in particular plasmin and elastase-inhibitory properties and inhibitory properties against viruses: RLD 8564 (recombinant 15th LEKTI domain).
  • the invention further comprises fragments and / or derivatives derived from the RLD 8564 and the combination of these peptide active ingredients.
  • a drug containing the natural, recombinant and synthetic peptides for use in medical indications and for use as a diagnostic agent.
  • RLD 8564 the 15th domain of the serine proteinase inhibitor LEKTI, was heterologously expressed and purified in E. coli using conventional RT-PCR and standard cloning methods.
  • the recombinant peptide obtained has the following amino acid sequence in the one-letter code:
  • RLD 8564 consists of 78 amino acids and has a molecular mass of 8564 Da.
  • the six cysteines are preferably bridged according to the Kazal type (1-5, 2-4, 3-6) known for inhibitors.
  • Serine proteinase inhibitors have been extensively described in their structure at the protein and DNA sequence level and in their biological function (for a review see: Roberts, RM et al. (1995), Crit. Rev. Eukaryot. Gene Expr., 5 ( 3-4): 385-436). Fragments, analogs and / or derivatives of RLD 8564 are substances with biological properties comparable to those of RLD 8564, which can be structurally derived from the sequence of RLD 8564. Derived structures are, in particular, those that
  • N-terminal are shortened by 1, 2 or 3 amino acids
  • C-terminal are shortened by 1, 2 or 3 amino acids
  • Derived peptides can also exhibit several of these changes.
  • Comparable properties mean at least 50% of the inhibition properties on plasmin and elastase according to the test methods described here, ie at most twice the IC 50 value.
  • the IC 50 (inhibitory concentration 50%) was 9xl0 "7 M.
  • the data generated in this way show (FIGS. 1 and 2) that the peptide RLD 8564, which corresponds to the 15th LEKTI domain, is not only capable of the serine proteinase trypsin (Magert, HJ. Et al, (2002) Int. J. Biochem. Cell Biol, 34 (6), 573-576), but surprisingly also inhibit human plasmin and human leukocyte elastase. RLD 8564 can therefore protect against the proteolytic activity of these enzymes.
  • Plasmin is a serine proteinase that plays an important role in inflammatory processes, but especially in fibrinolysis.
  • regulation of the proteolytic activity of plasmin by inhibitors is of great physiological importance. This regulation has clinical relevance, for example, in the case of transplants, burns, disorders of the blood coagulation system (fibrinolysis) or liver diseases.
  • Elastase has a crucial role in the controlled breakdown of functionally damaged connective tissue (JANOFF, 1985) and thus has important biological functions. Their proteolytic activity must be carefully controlled, as otherwise the enzyme may have pathological attacks on structural proteins in its own organism. An example of a pathological effect that develops due to a disturbance in the balance between proteinase (leukocyte elastase) and its specific inhibitor is pulmonary emphysema. Proteinases can also be released from invaded microorganisms. All these enzymes are able to proteolytically decompose tissues and proteins of the organism and thus also represent an objective danger for the individual concerned. For this reason, a targeted control of the proteinases is necessary.

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Abstract

Das Peptid RLD 8564 mit nachfolgender Aminosäuresequenz:GPDSEMCKDYRVLPRIGYLCPKDLKPVCGDDGQTYNNPCMLCHENLIRQTNTHIRSTGKCEESSTPGTTAASMPPSDE.

Description

VERBINDUNG ZUR INHIBIERUNG DER SERIN-PROTEINASEN UND ZUR INHIBIERUNG VON INFEKTIONEN ODER VIRUSVERMEHRUNG : RLD 8564
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Polypeptid (Eiweißstoff) mit Serin-Proteinase-inhibitorischen, besonders Plasmin- und Elastase- inhibitorischen Eigenschaften sowie inhibitorischen Eigenschaften gegenüber Viren: RLD 8564 (Rekombinante 15. LEKTI-Domäne).
Die Erfindung umfasst weiterhin von dem RLD 8564 abgeleitete Fragmente und/oder Derivate sowie die Kombination dieser Peptidwirkstoffe. Schließlich ein Arzneimittel enthaltend die natürlichen, rekombinanten und synthetischen Peptide zur Verwendung für medizinische Indikationen und zur Verwendung als ein Diagnosemittel. Desweiteren eine Nukleinsäuresonde hybridisierend für RLD 8564 oder eines seiner Fragmente und Antikörper bzw. Antagonisten gerichtet gegen RLD 8564 oder eines seiner Fragmente zu diagnostischen oder therapeutischen Zwecken.
RLD 8564, die 15. Domäne des Serin-Proteinase Inhibitors LEKTI, wurde mittels üblicher RT-PCR und gängiger Klonierungsmethoden heterolog in E.coli exprimiert und aufgereinigt. Das erhaltene rekombinante Peptid besitzt die folgende Aminosäuresequenz im Einbuchstabencode:
GPDSEMCKDYRVLPRIGYLCPKD KPVCGDDGQTYNNPCMLCHENLIRQTNTHIRSTGKCEESSTP GTTAASMPPSDE
Die ersten zwei Aminosäuren am N-Terminus entsprechen nicht der Sequenz aus dem LEKTI Protein und sind Ursprung der Klonierung und Spaltung des Ausgangspeptides. RLD 8564 besteht aus 78 Aminosäuren und besitzt eine Molekularmasse von 8564 Da. Die sechs Cysteine sind bevorzugt entsprechend dem für Inhibitoren bekannten Kazal-Typ (1-5, 2-4, 3-6) verbrückt. Serin- Proteinase-Inhibitoren wurden in ihrer Struktur auf Protein- und DNA- Sequenzebene und ihrer biologischen Funktion schon umfangreich beschrieben (als Review siehe: Roberts, R.M. et al. (1995), Crit. Rev. Eukaryot. Gene Expr., 5(3-4) :385-436). Fragmente, Analoga und/oder Derivate des RLD 8564 sind Substanzen mit vergleichbaren biologischen Eigenschaften wie RLD 8564, die sich strukturell von der Sequenz des RLD 8564 ableiten lassen. Abgeleitete Strukturen sind insbesondere solche, die
• N-terminal um 1, 2 oder 3 Aminosäuren verkürzt sind,
• C-terminal um 1, 2 oder 3 Aminosäuren verkürzt sind,
• bei denen maximal 10% der Aminosäuren ausgetauscht oder deletiert sind,
• maximal 5 weitere Aminosäuren eingefügt sind und übliche chemische Derivate wie glykosilierte, amidierte, acetylierte, sulfatierte, phosphorylierte Peptide.
Abgeleitete Peptide können auch mehrere dieser Veränderungen aufweisen.
Vergleichbare Eigenschaften bedeutet mindestens 50% der Inhibitionseigenschaften auf Plasmin und Elastase gemäß den hier beschriebenen Testverfahren, d.h. höchstens der doppelte IC50-Wert.
Überraschenderweise konnte in einem Inhibitionstest gezeigt werden, dass dieses rekombinant hergestellte Peptid RLD 8564 in der Lage ist, humanes Plasmin (EC-Nr. : 3.4.21.7) und humane Leukozytenelastase (EC-Nr. : 3.4.21.37) zu inhibieren.
Weiterhin konnte in einem Test zur Inhibition der Virusinfektion gezeigt wer- den, dass das rekombinant hergestellte Peptide RLD 8564 in der Lage, bei P4R5 Zellen die HIV-Infektion zu inhibieren (Figur 3).
Die Daten zeigen, dass das Peptid der 15. LEKTI Domäne (RLD 8564) nicht nur in der Lage ist, Serinproteinasen wie Trypsin zu inhibieren (Magert, HJ. et al (2002), Int. Biochem. Cell Biol., 34(6), 573-576), sondern überraschenderwei- se ebenfalls die HIV-Infektion verringert. Da der HIV-Inhibition eine große Bedeutung zukommt, besitzt dieser neuartige Inhibitor dienische Relevanz bei der Prophylaxe und Behandlung von AIDS.
Bestimmung der Plasmin-inhibitorischen Aktivität von RLD 8564:
75 μl 50 mM Tris-HCI, pH 8.0 mit 1 mg/ml BSA und 630 ng/ml human Plasmin (Calbiochem) wurden mit 5 μl Inhibitor (rekombinant hergestelltes Peptid RLD 8564 in unterschiedlichen Konzentrationen) 10 min bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend erfolgte die Zugabe von 20 μl 2,75 mM chromogenen Substrates (N-Tosyl-Gly-Pro-Lys p-Nitroanilide; Sigma T-6140). Die Proteinaseaktivität wurde anhand der Hydrolyse des chromogenen Substrates im Spektralphotometer bei λ=405 nm ermittelt.
Die auf diese Weise erzeugten Daten zeigen (Figur 1), dass das Peptid RLD 8564, welches der 15. LEKTI Domäne entspricht, in der Lage ist Plasmin zu inhibieren.
Der IC50 (Inhibitory Concentration 50%) betrug 9xl0"7 M.
Bestimmung der Elastase-inhibitorischen Aktivität von RLD 8564:
85 μl 100 mM Tris-HCI, pH 8.0, lOmM CaCI2 mit 100 μg/ml BSA und 250 ng/ml humaner Leukozytenelastase (Calbiochem, Cat.-Nr. 324681) wurden mit 5 μl Inhibitor (rekombinant hergestelltes Peptid RLD 8564 in unterschiedlichen Konzentrationen) 60 min bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend erfolgte die Zugabe von 10 μl 5 mM chromogenen Substrates (MeOSuc-Ala-Ala-Pro-Val p-Nitroanilide; Calbiochem, Cat.-Nr. 324696). Die Proteinaseaktivität wurde anhand der Hydrolyse des chromogenen Substrates im Spektralphotometer bei λ=405 nm ermittelt. Der IC50-Wert betrug l,lxl0"5 M.
Die auf diese Weise erzeugten Daten zeigen (Figuren 1 und 2), dass das Peptid RLD 8564, welches der 15. LEKTI Domäne entspricht, nicht nur in der Lage ist die Serinproteinase Trypsin (Magert, HJ. et al, (2002) Int. J. Biochem. Cell Biol, 34(6), 573-576), sondern überraschenderweise ebenfalls humanes Plasmin und humane Leukozytenelastase zu inhibieren. RLD 8564 kann somit einen Schutz vor der proteolytischen Aktivität dieser Enzyme darstellen. Plasmin ist eine Serinproteinase, die eine wichtige Rolle in entzündlichen Prozessen, vor allem aber in der Fibrinolyse spielt. Wie bei allen Proteinasen ist auch hier eine Regulierung der proteolytischen Aktivität von Plasmin durch Inhibitoren von physiologisch größter Wichtigkeit. Klinische Relevanz dieser Regulierung besteht z.B. bei Transplantationen, Verbrennungen, Störungen des Blutgerinnungssystems (Fibrinolyse) oder bei Leberkrankheiten.
Die Elastase besitzt eine entscheidende Aufgabe bei dem kontrollierten Abbau von funktionsgeschädigtem Bindegewebe (JANOFF, 1985) und hat somit wichtige biologische Funktionen. Ihre proteolytische Aktivität muss exakt kontrol- liert werden, da es sonst möglicherweise zu pathologischen Angriffen des Enzyms auf Strukturproteine des eigenen Organismus kommen kann. Ein Beispiel für einen pathologischen Effekt, der sich aufgrund einer Störung im Gleichgewicht zwischen Proteinase (Leukozytenelastase) und ihrem spezifischen Inhibitor entwickelt, ist das Lungenemphysem. Proteinasen können aber auch von eingedrungenen Mikroorganismen freigesetzt werden. Alle diese Enzyme sind in der Lage Gewebe und Proteine des Organismus proteolytisch zu zersetzen und stellen so auch eine objektive Gefahr für das betreffende Individuum dar. Aus diesem Grunde ist eine gezielte Kontrolle der Proteinasen erforderlich.

Claims

Patentansprüche
1. Das Peptid RLD 8564 mit nachfolgender Aminosäuresequenz:
GPDSEMCKDYRVLPRIGYLCPKDLKPVCGDDGQTYNNPCMLCHENLIRQTNTHIRSTGKCEES STPGTTAASMPPSDE
2. Biologisch aktive und zirkulierende Fragmente, Analoga und/oder Derivate bei Peptide RLD 8564 gemäß Anspruch 1, insbesondere Formen mit dem Austausch einzelner Aminosäuren oder N-terminal oder C-terminal verkürzte oder verlängerte Fragmente sowie glykosylierte, amidierte, acety- lierte, sulfatierte, phosphorylierte sowie die durch multiple Synthese dar- stellbaren Peptide.
3. Fragment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Derivat ein N- und/oder C-terminal um eine Aminosäure verkürztes Peptid nach Anspruch 1 ist.
4. Fragment nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das De- rivat ein N- und/oder C-terminal um zwei Aminosäuren verkürztes Peptid nach Anspruch 1 ist.
5. Polynukleotide kodierend für RLD 8564 nach Anspruch 1 und/oder dessen Fragmente, Derivate und Analoga nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4.
6. Ein Vektor enthaltend das Polynukleotid gemäß Anspruch 5.
7. Eine gentechnisch manipulierte Wirtszelle enthaltend den Vektor nach Anspruch 6.
8. Polynukleotid hybridisierend mit dem Polynukleotid gemäß Anspruch 5.
9. Antikörper gerichtet gegen das Peptid und seine Sequenzabschnitte gemäß Anspruch 1.
10. Antagonist gerichtet gegen das Peptid gemäß Anspruch 1.
11. Arzneimittel enthaltend das Peptid nach Anspruch 1, Fragmente, Analoga und/oder Derivate nach einem der Ansprüche 2 bis 4, der Polynukleotide nach Anspruch 5 oder 8 als wirksamen Bestandteil von galenischen Formen gegebenenfalls in Verbindung mit einem geeigneten Carrier zur oralen, intravenösen, intramuskulären, intracutanen, intrathekalen Anwendung sowie als Aerosol zur transpulmonalen Applikation.
12. Verwendung des Peptids nach Anspruch 1, Fragmenten, Analoga und/oder Derivaten nach einem der Ansprüche 2 bis 4, oder der Polynukleotide nach Anspruch 5 oder 8 zur Behandlung von akuten oder chronischen Entzündungen, mit exzessiver Schleimbildung verbundener akut oder chronisch entzündlicher Prozesse und sich daraus ergebener akuter Notsituationen, postoperativen und allgemeinen Blutungen aufgrund Hyperfibrinolyse, zur
Prophylaxe der Lungenemphysembildung bei z.B. αl-Proteinase- Inhibitormangel, bei akuten und chronischen Haut- und Schleimhautkrankheiten sowie zur Therapie von Asthma und Lungenentzündung zur Behandlung/Prophylaxe von Virusinfektionen, insbesondere HIV-Infektion.
13. Verwendung des Peptides nach Anspruch 1, Fragmenten, Analoga und/oder Derivaten nach einem der Ansprüche 2 bis 4, des Polynukleotids nach Anspruch 5 oder 8 zur kosmetischen Behandlung von Haut und Schleimhaut.
14. Kosmetische Zubereitung, insbesondere Haarpflege oder Reinigungsmittel enthaltend das Peptid nach Anspruch 1, Fragmente, Analoga und/oder De- rivate nach einem der Ansprüche 2 bis 4, oder Polynukleotide nach Anspruch 5 oder 8.
15. Verfahren zur Herstellung von RLD 8564 gemäß Anspruch 1 oder Fragmenten, Analoga und/oder Derivaten nach einem der Ansprüche 2 bis 4 durch
• Festphasensynthese im Sinne der Merrifield-Synthese sowie Flüssigpha- sensynthese nach dem Fachmann bekannten Methoden mit geschützten Aminosäuren und deren Aufreinigung
oder
• durch heterologen Expression mittels gängiger biotechnologischer Vektoren.
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