WO2008014733A1 - Arzneimittel gegen lct-vergiftungen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a medicament for preventing or alleviating poisoning by Large Clostridial Cytotoxins (LCTs), in particular Clostridium dif ⁇ icile Toxins A and B (TcdA and TcdB), Clostridium sordellii Lethal Toxin (TcsL) and Clostridium novyi ⁇ -Toxin (Tcn ⁇ ).
  • LCTs Large Clostridial Cytotoxins
  • TcdA and TcdB Clostridium sordellii Lethal Toxin
  • Tcn ⁇ Clostridium novyi ⁇ -Toxin
  • Clostridium difficile is a strictly anaerobic, spore-forming, gram-positive bacterium that was identified in the late 1970s as the etiological agent of antibiotic-associated diarrhea and pseudomembranous colitis. Since the 1990s, C. difficile has been considered the most important hospital germ in developed countries. As a consequence of the steadily increasing use of broadband antibiotics, the incidence of C. difficile infections continues to increase, especially in inpatients.
  • C. difficile-associated diseases are caused by C. difficile-produced exotoxins toxin A (TcdA) and toxin B (TcdB).
  • TcdA C. difficile-produced exotoxins toxin A
  • TcdB toxin B
  • the toxins TcdA and TcdB belong to the group of so-called Large Clostridial Cytotoxins (LCTs) and each consist of a peptide chain with three functional domains, namely the C-terminal domain, which is responsible for binding the toxin to the host cell membrane, the hydrophobic middle domain responsible for the translocation process through the cellular membranes (with) and the N-terminal domain, which has a glycosyltransferase function and mediates the toxic activity of the molecule.
  • LCTs Large Clostridial Cytotoxins
  • the uptake process of the toxins into the host cell has not been fully elucidated, it is a matter of fact that the toxins enter the host cell via endocytosis after attachment to a host cell receptor, and that the N-terminal catalytic domain is cleaved to release their toxicity is transported into the cytosol of the host cell.
  • the catalytic domain specifically glycosylates GTPases of the Rho subfamily (Rho, Rac, and Cdc42), which in turn are involved in a plethora of signal transduction cascades, thus blocking the relevant signal transduction processes, ultimately leading to disaggregation of the cytoskeleton and cell death.
  • TcdA and TcdB are autocatalytic processes initiated by inositol phosphate (IP) and, consequently, the Clostridium difficile toxins in addition to their catalytic Function of the glycosyltransferase also have the function of a protease for self-cleavage or autocatalytic cleavage.
  • IP inositol phosphate
  • protease function was identified as aspartic protease.
  • the catalytic region of the protease function was identified as the protein region comprising the amino acid sequence from amino acid position AS 1653 to AS 1678 of TcdB according to Sequence No. Pl 8177 (SwissProt / TrEMBL).
  • the motif DXG characteristic of aspartate proteases (Rao et al., 1998) is located at amino acid position 1665.
  • the protein region comprising the amino acid sequence from amino acid position AS 1517 to AS 2142 of the TcdB protein according to Sequence No. Pl 8177 (SwissProt / TrEMBL) was identified as inositol phosphate binding site.
  • This amino acid sequence represents an inosine 5-monophosphate dehydrogenase (IMPDH) motif composed of two regions, namely, AS 1517 - AS 1593 and AS 1918 - AS 2142, which are separated by a 325 amino acid long protein segment with no sequence homology.
  • IMPDH inosine 5-monophosphate dehydrogenase
  • the triggering antibiotic is first discontinued as far as possible. Further treatment is exclusively symptomatic. In the case of prolonged or severe disease progression, as well as if discontinuation of the triggering antibiotic is not possible for other reasons, metron- tiazole or vancomycin is administered for therapy.
  • the object of the present invention is to provide such a medicament.
  • a solution to the stated object is to provide a medicament of the type mentioned at the outset that it has as active ingredient at least one effector, namely an inhibitor or activator of the autocatalytic protease activity of LCTs (Large Clostridial Cytotoxins), in particular the autocatalytic protease activity of Clostridium difficile toxin A (TcdA) and / or Clostridium difficile toxin B (TcdB) and / or Clostridium sordellii lethal toxin (TcsL) and / or Clostridium novyi ⁇ -toxin (Tcn ⁇ ).
  • LCTs Large Clostridial Cytotoxins
  • both activators and inhibitors of the autocatalytic protease activity of LCTs are referred to as effectors of the autocatalytic protease activity of LCTs.
  • the active substance or effector is an inhibitor
  • its antitoxic action is based on its inhibiting the protease activity of the intact toxin, in particular of the TcdB or TcdA or TcsL or Tcn ⁇ , and thus splitting off the cytotoxically effective fragment with glucosyltranferase function (in the case of TcdB and TcdA is the 63kDa fragment).
  • Suitable inhibitors are chemical substances which inhibit the protease activity of the toxins.
  • the term "chemical substance" in the preceding and following statements denotes both inorganic and organic compounds, ions and peptides or proteins.
  • Preferred inhibitors are those chemicals which irreversibly inhibit protease activity.
  • An example of this is the substance EPNP (1,2-epoxy-3- (p-nitrophenoxy) propane). The substance reacts irreversibly with aspartate residues in the catalytic center of proteases and thus inhibits the proteolytic action.
  • Other protease inhibitors are known to the person skilled in the art or can easily be identified by him using known methods (computer modeling, high-throughput screening).
  • a peptide whose amino acid sequence corresponds to the sequence of the protease cleavage site of the LCTs can be synthesized by coupling this peptide with, for example, the dye AMC (7-amino, 4-methylcoumarin)
  • AMC 7-amino, 4-methylcoumarin
  • Methods known to those of skill in the art may generate a probe, and to perform high throughput screening, the labeled probe is then contacted with the toxin and candidate substances. If the probe is cleaved, changes occur in the fluorescence spectrum. These changes are easy to detect with methods familiar to the person skilled in the art (fluorescence detectors). Approaches in which no change in the fluorescence spectrum can be observed then contain potential protease inhibitors.
  • the holotoxin or also suitable toxin fragments which are used e.g. are coupled with a dye whose fluorescence is quenched in the uncleaved toxin or toxin fragment. Due to the autocatalytic cleavage of the toxin or toxin fragments, the quenching effect is abolished.
  • the changes in the fluorescence spectrum can be easily detected as described.
  • Particularly suitable inhibitors are chemical substances, in particular proteins, and in particular antibodies, which are the antibodies inhibit the autocatalytic protease activity of the LCTs by interacting with the active site of the protease.
  • interacting in the present context means any type of interaction between the LCTs and a chemical substance, in particular a protein, and in particular includes covalent bonds such as e.g. Disulfide bonds and noncovalent bonds such as e.g. van der Waals forces, hydrophobic or electrostatic interactions, and hydrogen bonding.
  • TcdB protein region from AS 1500 to AS 1800, in particular from AS 1653 to AS 1678 and above all to the DXG motif at position 1665 -in each case according to TcdB amino acid sequence No. Pl 8177 (SwissProt / TrEMBL) or the equivalent or homologous protein regions of TcdA or TcsL or Tcn ⁇ interact.
  • these equivalent / homologous protein regions are the amino acid sequence section from AS 1651 to AS 1675 according to TcdA amino acid sequence No.
  • Pl 6154 (SwissProt / TrEMBL) with the DXG motif at amino acid position AS 1662, in the case of TcsL the amino acid sequence section from AS 1654 to AS 1679 according to TcsL amino acid sequence No. Q46342 (SwissProt / TrEMBL) with the DXG motif at amino acid position AS 1666, and in the case of Tcn ⁇ around the amino acid sequence section from AS 1641 to AS 1665 according to Tcn ⁇ amino acid sequence no. Q46149 (SwissProt / TrEMBL).
  • inhibitors effectors with inhibitor function
  • suitable inhibitors are chemical substances, in particular proteins, and especially antibodies, which inhibit the autocatalytic protease activity of the LCTs by inhibiting the interaction of the inositol phosphate with the toxin. Preventing IP binding prevents proteolytic cleavage of the toxins.
  • antibodies or other proteins which do not interact directly with the inositol phosphate binding site, in particular the abovementioned protein regions, but are directed against neighboring regions and sterically hinder the IP binding and thus prevent the proteolytic cleavage of the toxins.
  • antibodies or other proteins can be generated that do not interact directly with the DXG motif of the protease function of the LCTs, but prevent binding by proteolytic cleavage in adjacent protein sections.
  • Suitable inhibitors are also structural analogues of inositol phosphate (IP) and in particular of inositol hexaphosphate (IP6), which instead of IP and in particular of IP6 the reaction binding sites of LCT, in particular TcdA and / or TcdB, and / or TcsL and / or Tcn ⁇ , but do not have the initiator function of IP or IP6.
  • IP inositol phosphate
  • IP6 inositol hexaphosphate
  • These structural analogs are thus antagonists to the agonists IP (in particular IP6) and bring about a competitive inhibition of the protease activity of LCT, in particular of TcdA and / or TcdB and / or TcsL and / or Tcn ⁇ .
  • Suitable structural analogs are known to the person skilled in the art or can easily be identified by known test methods familiar to the person skilled in the art (examples of which are already described above).
  • suitable inhibitors are inhibitors of inositol phosphate (synonyms: inositol phosphate inhibitor or inositol phosphate inhibitor), ie those inhibitors which bind or modify inositol phosphate and in particular inositol hexaphosphate in such a way that their ability to initiate the protease activity of LCT, in particular TcdA and / or TcdB and / or TcsL and / or Tcn ⁇ is inhibited.
  • An example of such substances are divalent ions such as Ca 2+ , which undergo IP6-insoluble complexes. Similar substances are known to the person skilled in the art or can be easily identified by known and well-known test methods (examples of which are already described above).
  • inhibitor effectors are chemical substances which suppress the formation of inositol phosphates in the intestinal lumen of the patients (mammals, especially humans) or in the body cells of the patients (mammals, especially humans) or destroy already existing inositol phasphate and thus the proteolytic cleavage prevent the LCTs from entering the cytoplasm.
  • Preferred examples of such substances are lithium, VPA (valproic acid) or CBZ (carbamazepine).
  • Suitable activators i. Activator-type effectors are chemical substances that activate the protease activity of the toxins.
  • the antitoxic effect of an activator is based on the fact that it initiates the protease activity of the intact toxin, in particular the TcdB or TcdA or TcsL or Tcn ⁇ , even before the toxin has bound to the host cell in such a way that the cleaved fragment could reach the cell interior (cytosol) ,
  • the activator thus causes cleavage of the cytotoxic fragment having glucosyl transferase function (in the case of TcdB and TcdA, this is the 63kDa fragment) outside the host cell.
  • the cytotoxic effective fragment can then no longer enter the cell interior and unfold there its cytotoxic effect.
  • a particularly suitable activator is isolated (as opposed to cytosolic) inositol phosphate (IP), preferably inositol hexaphosphate (IP6).
  • IP inositol phosphate
  • IP6 inositol hexaphosphate
  • a drug with this drug has the advantage that in the patient's intestine existing LCT, in particular TcdB and / or TcdA and / or TcsL and / or Tcn ⁇ , caused by the drug supplied IP already in the intestine to cleavage, that is, even before it to intestinal cells or other body cells and can be toxic.
  • activator effector with activator function
  • IP6 is a substance which, analogously to IP6, promotes the autocatalytic protease activity of LCT, in particular of TcdA and / or TcdB and / or TcsL and / or Tcn ⁇ .
  • modified variants of the "high-throughput assays" described above are suitable for this purpose, in which the toxin and the potential activator substances are combined and examined over time for changes in the fluorescence spectrum - approaches in which strong changes occur in a short time , contain suitable activators (activators with activator function).
  • the catalytic centers of the protease function of the LCTs can also be used according to the invention as specifically administered antigens (vaccines) for generating an immunization against the toxins.
  • the antigenic agent (s) is / are preferably selected from the following group of protein fragments:
  • FIG. 1 Separation of the TcdBi 0463 (270 kDa) holotoxin into the translocation / ligand domain (207 kDa) and the N-terminal catalytic domain (63 kDa) in SDS-PAGE, performed with a: a mixture of Cy3-labeled TcdBi O463 and swine splenic cell extract (Example 1A); b: a mixture of Cy3 -labeled TCdBi 0463 and freed of protein porcine spleen extract (Example 1 B); c: a mixture of Cy3-labeled TcdBio 463 and inositol phosphate; d: a mixture of unlabeled TCdB] 0463 . and inositol phosphate; e: a mixture of unlabeled (affinity-purified) TcdBio 463 and inositol phosphate; ae following each incubation at room
  • Figure 2 SDS-PAGE of a mixture of TcdBi 0463 and / or IP6, with or without pre-treatment of the toxin with EPNP;
  • Lane l TcdB I 0463 after pretreatment with EPNP and without IP6, no band detectable in the 63 kDa range; Lane 2: TcdB ) 0463 after pretreatment with EPNP and after incubation with IP6, the typical 63kD band is weak;
  • IP6 a distinct band in the molecular weight range of 63 kDa can be seen
  • FIG. 3 ESI-LCMSMS analysis after tryptic digestion of the native (a) and the EPNP-modified (b) TcdB protein. MS Survey Scans (large image) and Fragmentation Spectra (inset).
  • TcdB J0463 Clostridium difficile toxin B (270 kDa) of the reference strain VPI 10463, hereinafter referred to as TcdB J0463 , was first fluorescently labeled with Cy3.
  • 200-400 ⁇ g TcdB, 0463 (tgcBIOMICS, Mainz, Germany) were labeled with the dye Cy3 according to the manufacturer (Amersham Biosciences) by incubating the toxin together with the dye dissolved in dimethylformamide for 1 hour at 4 ° C. Unbound dye was then removed by size exclusion chromatography (SEC) using 10 mM Tris-HCl pH 8.5 as the running buffer. The molar ratio between dye and Cy3-labeled TcdB 10 46 3 was 0.8-1.6. Labeled tcdB 10463 was aliquoted and stored at -80 0 C until further use.
  • This porcine spleen cell extract was prepared as follows: Freshly collected porcine spleens were taken up in phosphate buffer (PBS) and minced into a single cell suspension. By addition of low salt buffer, namely 150 mM NH 4 Cl, 1 mM KHCO 3 , 0.1 mM EDTA, pH 7.6, existing erythrocytes were lysed and thus removed. Subsequently, the spleen cells were washed twice with 10 mM Tris-HCl pH 8.5 and immediately frozen at -80 ° C.
  • PBS phosphate buffer
  • aqueous top layer was decanted into a fresh centrifuge tube and centrifuged and decanting repeated five more times. Finally, to remove residual phenol, a chloroform extraction was carried out. Aliquots of the aqueous and protein-free fraction of the spleen strain extract thus obtained were diluted in a volume ratio of 1: 30 (30), 1: 100 (100) or 1: 300 (300) with 10 mM Tris-HCl pH 8.5 and as described under ( A) mixed with room temperature thawed aliquots of Cy3-labeled TcdBi O 463 and incubated for 1 hour at room temperature.
  • IP 6 Inositol hexaphosphate
  • Structural analogs or other inositol phosphate related substances that possess initiator activity are known to those skilled in the art or can be readily determined by known methods (e.g., computer modeling). For example, the "high-throughput assays" described above can also be used.
  • TcdB-specific monoclonal antibody 2CV Protein G-purified supernatant from a serum-free hybridoma culture
  • 2CV Protein G-purified supernatant from a serum-free hybridoma culture
  • a HiTrap NHS Sepharose Column commercially available from GE Healthcare, Freiburg, FRG
  • Coupling and elution were carried out according to the manufacturer's instructions.
  • the finished column was charged with about 4 mg TcdBio 463 and unbound proteins by washing three times with 50 mM Tris / HCl, pH 7.0; 125 raM NaCl removed.
  • the elution was carried out in one step with 0.1 M triethanolamine HCl pHl l.
  • the toxin eluted in three 4 ml fractions with concentrations between 450-185 ⁇ g / ml.
  • the eluted toxin was immediately neutralized with IM Tris-HCl pH 7.5 in the 1/10 volume ratio, which ensured that this neutralizing solution was already in the pre-elution phase the collection tube for the fractions had been submitted. Subsequently, the absence of contaminating proteins was detected by SDS-PAGE and subsequent zinc staining (see FIG. 1 e "-").
  • the control consisted of the incubation of such purified unlabeled TcdBio 463 with IP 6 and subsequent SDS-PAGE and detection of the toxin or toxin fragments by means of zinc staining.
  • the result of this experiment is shown in FIG. 1e and shows the complete breakdown of the holotoxin into the two known fragments 63 kDa and 207 kDa.
  • Example 2 Inactivation of TcdB-10463 by incubation with a protease inhibitor
  • TcdBi O4 63 was purified by affinity chromatography using the monoclonal antibody 2CV as described in Example 1 (D) and then either (i) with the protease inhibitor EPNP (10 mM 1, 2-epoxy-3- (p-nitrophenoxy) propane ) or (ii) - as a control - with buffer (50 mM HEPES, IM NaCl, ImM EDTA, pH 8.0) pretreated for 60 minutes at room temperature.
  • EPNP protease inhibitor
  • IM NaCl IM NaCl
  • ImM EDTA pH 8.0
  • Example 1 An in vitro cleavage assay was carried out analogously to Example 1 (A).
  • Each assay contained a volume of 10 ⁇ l and contained 50-100 ng of unlabelled TCdBi 0463 , 100 ⁇ M IP6 and 10 mM Tris-HCl pH 8.5, respectively. These assays were followed by incubation (1 h at room temperature) SDS-PAGE (10%) and the toxins and toxin fragments subsequently visualized by zinc staining.
  • Fig. 2 shows the result of this experiment:
  • the incubation of TcdBio463 alone with IP6 (lane 3) shows a distinct band in the molecular weight range of 63 kDa. If the toxin is previously pretreated with EPNP (lane 2), the typical 63 kD band is weak. This finding shows that the addition of EPNP almost completely inhibits the proteolytic activity (protease activity) of TcdB) 046 3.
  • the toxin pretreated with EPNP was also tested in the CHO test according to Moos et al. (2000) for residual activity (cytotoxic effect).
  • the CHO test was carried out as follows: In a 96-well microtiter plate CHO cells (Chinese hamster ovary cells) were seeded (5000 cells / well) and 16 hours under standard conditions (5% CO 2 , 37 ° C, DMEM F12 supplemented with 2 mM L-glutamine, 5% FCS). Subsequently, the toxins were added to the cells after gradual dilution in growth medium. Dilution levels between 10 and 10 * were tested. The cells were incubated for 3 hours under standard conditions. Subsequently, the proportion of rounded cells was determined microscopically by photographing several representative sections of the well and counting outstretched and rounded cells. (See also Moos et al., Meth Enzymol., 2000, 325: 114-125.) The contents of this publication are hereby incorporated by reference.)
  • EPNP represents a model substance for a covalent inhibitor of LCTs.
  • covalently acting or competitively inhibiting inhibitors are known to the person skilled in the art or can be determined therefrom by known methods, for example with the "high-throughput assays" already described.
  • TCdBi O463 was incubated with 100 ⁇ M IP6 as described in Example 1 (C). Following incubation, the smaller, 63kDa fragment of the toxin protein cleaved by protease activity was separated by purifying the mixture through Microcon tubes (Millipore, 10OkD cut-off). This 63 kDa fragment of TCdBi 0463 was subsequently amplified in the Moos et al. CHO assay described in Example 2. (2000) examined for rounding off the cells. The protein was given undiluted and in dilution stages to the cells.
  • the cytotoxic effect of TcdB I0463 and other LCTs can thus be inhibited by inducing the proteolytic cleavage of the toxins even before the toxins enter the cells.
  • EPNP-inactivated see Example 2 and untreated TcdB 10463 were separated by SDS-GeI and displayed with zinc staining. Subsequently, the bands corresponding to the proteins were excised and cut into small pieces. This was decolorized and dried, then reduced in 2 mM DTT and alkylated with 20 mM iodoacetamide. After washing and re-drying the gel fragments, they were digested with trypsin overnight at 37 ° C. The resulting peptides were subsequently separated by HPLC (NanoAcquity Ultraperformance Liquid Chromatography, Waters, Milford, USA).
  • the eluted fragments were then analyzed by mass spectrometry.
  • mass spectrometry For this purpose, a Q-Tof Premier mass spectrometer Waters was used. The device was filled with a [GluI] -fibrinogen peptide solution (500 fmol / ⁇ l at 300nl / min) over the Calibrated the reference sprayer of the NanoLockSpray source (Waters). To analyze the results, the MassLnyx4.1 software (Waters) was used.
  • This fragment comprises the amino acids AS 1653 to 1678 of the TcdB protein according to TcdB amino acid sequence No. Pl 8177 (SwissProt / TrEMBL) with the aspartate protease characteristic DXG motif at position 1665.
  • the person skilled in the art can therefore generate by known methods antibodies or other proteins which interact specifically with the active site of the protease domain of the toxins and thus prevent, for example, the autocatalytic cleavage of the LCTs. It is equally possible to generate antibodies or proteins which do not directly block the active site, but are directed towards adjacent regions, thus hindering the autoproteolytic cleavage of the toxin.
  • Example 5 Inhibition of TcdB activity by antibodies following immunization with inactivated TcdB
  • TcdB To induce protection against the cytotoxic effects of TcdB, the following TcdB preparations were prepared and used for immunization in rabbits:
  • Preparation C TcdB fragment AS 1601-1716 (DSG motif)
  • Preparation D TcdB fragment AS1508-1601 (part of the inosine-binding motif)
  • Preparation E TcdB fragments AS 1508-2157
  • TcdB fragments were expressed by methods known in the art in the plasmid pET-19 (Novagen) and purified on the attached His-tag. Subsequently, the His-tag was cleaved by enterokinase digestion. The purity of the protein was checked in the SDS gel (data not shown)
  • rabbits were first primed with the antigen and subsequently subjected to several booster immunizations. Polyclonal antisera was finally obtained from rabbit blood.
  • TcdB was first pretreated with polyclonal antiserum (dilution stage 1: 100) and incubated at room temperature. Subsequently, the neutralizing activity of the antisera as described in Example 2 was checked by the CHO test. The measure of the neutralizing effect of the sera was how long the cells were protected from the cytotoxic effect of TcdB.
  • the rabbits immunized with preparation A had only a low antibody titer (see Table 4), in addition the serum of these rabbits did not neutralize. This finding corresponds to the results of immunization experiments with formalized LCTs known to those skilled in the art.
  • the rabbits immunized with preparations C to E also had antibody titer, and moreover, their polyclonal sera showed a markedly neutralizing effect in the CHO test (Table 4).
  • the polyclonal serum generated by immunization with preparation E showed the best neutralizing properties.
  • the neutralizing effect of the region around the DSG motif proves that antibodies directed against the active site of the protease can inhibit proteolytic activity. With such antibodies, a protection against the toxic effects of the LCTs can thus also be achieved in vivo.
  • Table 3 Comparison of the amino acid sequence AS 1653 to AS 1678 of the catalytic center of the protease function of TcdB with the corresponding catalytic centers and protein regions of the toxins TcdA, TcsL and Tcn ⁇ .
  • Table 4 Onset of cell rounding (in h) of CHO cells after incubation with TcdB pretreated with polyclonal antiserum.

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Abstract

Das Arzneimittel zur Vermeidung oder Linderung einer Vergiftung durch Large Clostridial Cytotoxins (LCTs), insbesondere Clostridium difficile Toxine A und B (TcdA und TcdB) zeichnet sich dadurch aus, dass es als Wirkstoff wenigstens einen Effektor, nämlich einen Inhibitor oder Aktivator der autokatalytischen Proteaseaktivität von LCTs (Large Clostridial Cytotoxins) enthält.

Description

Arzneimittel gegen LCT- Vergiftungen
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Arzneimittel zur Vermeidung oder Linderung einer Vergiftung durch Large Clostridial Cytotoxins (LCTs), insbesondere Clostridium difϊicile Toxine A und B (TcdA und TcdB), Clostridium sordellii letales Toxin (TcsL) und Clostridium novyi α-Toxin (Tcnα).
Clostridium difficile ist ein strikt anaerob wachsender, Sporen bildender, grampositiver Keim, der erst Ende der 70er Jahre als etiologisches Agenz der Antibiotika-assoziierten Diarrhoe und der Pseudomembranösen Kolitis identifiziert wurde. Seit den 90er Jahren wird C. difficile als der bedeutendste Krankenhauskeim der entwickelten Länder angesehen. Als Konsequenz des sich ständig weiter ausbreitenden Einsatzes von Breitbandantibiotika steigt die Inzidenz von C. difficile Infektionen vor allem bei stationär behandelten Patienten weiter stetig an.
Für die C. difficile-assozierten Erkrankungen sind die von C. difficile produzierten Exotoxine Toxin A (TcdA) und Toxin B (TcdB) verantwortlich. Es existieren verschiedene Stämme mit unterschiedlicher Virulenz und Toxinproduktion. Ungefähr ein Viertel aller Stämme produziert keine Toxine. Toxinbildende Stämme produzieren fast immer beide Toxine. TcdA ist ein Enterotoxin, das durch zytotoxische Schädigung der Enterozyten die Permeabilität der Darmschleimhaut erhöht und damit eine Diarrhoe auslöst. TcdB ist ein Zytotoxin, das den Elektrolyttransport stört und für Flüssigkeitsverlust und Funktionsstörungen des Darmes verantwortlich ist. Die Toxine TcdA und TcdB gehören zur Gruppe der sogenannten Large Clostridial Cytotoxins (LCTs) und bestehen jeweils aus einer Peptidkette mit drei funktionalen Domänen, nämlich der C-terminalen Domäne, die für das Anbinden des Toxins an die Wirtszellmembran verantwortlich ist, der hydrophoben mittleren Domäne, die für den Translokationsprozess durch die zellulären Membranen (mit) verantwortlich gemacht wird, und die N-terminale Domäne, die eine Glykosyltransferase-Funktion aufweist und die toxische Aktivität des Moleküls vermittelt.
Zwar ist der Aufhahmeprozess der Toxine in die Wirtszelle noch nicht vollständig aufgeklärt, es gilt jedoch als Tatsache, dass die Toxine nach dem Anbinden an einen Wirtszellrezeptor per Endozytose in die Wirtszelle gelangen, und dass zur Entfaltung ihrer Toxizität die N-terminale katalytische Domäne abgespalten und in das Cytosol der Wirtszelle befördert wird. Dort glykosiliert die katalytische Domäne spezifisch GTPasen der Rho-Subfamilie (Rho, Rac und Cdc42), welche ihrerseits an einer Fülle von Signaltransduktionskaskaden beteiligt sind, und blockiert auf diese Weise die betreffenden Signaltransduktionsprozesse, was letztendlich zur Disaggregation des Cytoskeletts und zum Zelltod führt.
Im Stand der Technik wurde bisher davon ausgegangen, dass die Abspaltung der katalytischen N-terminalen Domäne der Toxin-Peptidketten von TcdA und TcdB und auch anderer "Large Clostridial Toxines" LCT von einer zellulären Protease katalysiert wird (Rupnik et al., 2005 und Pfeiffer et al., 2003). Ein entsprechender Nachweis konnte jedoch nicht erbracht werden.
Im Verlauf der Untersuchungen, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, wurde nun aber überraschend gefunden, dass die Spaltung von TcdA und TcdB ein autokatalytischer Prozess ist, der von Inositolphosphat (IP) initiiert wird, und dass folglich die Toxine von Clostridium difficile neben ihrer katalytischen Funktion der Glykosyltransferase auch noch die Funktion einer Protease zur Selbstspaltung bzw. autokatalytischen Spaltung besitzen.
Diese Proteasefunktion wurde als Aspartat-Protease identifiziert. Als katalytisches Zentrum der Proteasefunktion wurde die Proteinregion identifiziert, die die Aminosäuresequenz von Aminosäureposition AS 1653 bis AS 1678 des TcdB gemäß Sequenz Nr Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) umfasst. Das für Aspartat-Proteasen charakteristische Motiv DXG (Rao et al. 1998) liegt an der Aminosäureseposition 1665. Als Inositolphosphat-Bindungsstelle wurde die Proteinregion identifiziert, die die Aminosäuresequenz von Aminosäureposition AS 1517 bis AS 2142 des TcdB-Proteins gemäß Sequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) umfasst. Dieses Aminosäuresequenz stellt ein Inosin-5-Monophosphat-Dehydrogenase (IMPDH) Motiv dar, das sich aus zwei Bereichen, nämlich AS 1517 - AS 1593 und AS 1918 - AS 2142 zusammensetzt, die durch einen 325 Aminosäure langen Proteinabschnitt ohne Sequenzhomologie getrennt sind.
Zur Behandlung von Patienten mit C. difficile Infektionen wird zunächst das auslösende Antibiotikum abgesetzt, soweit dies möglich. Die weitere Behandlung erfolgt ausschließlich symptomatisch. Bei länger andauerndem oder schwerwiegendem Krankheitsverlauf, sowie wenn ein Absetzen des auslösenden Antibiotikums aus anderen Gründen nicht möglich ist, wird zur Therapie Metrondiazol oder Vancomycin verabreicht.
Die Nachteile der gängigen antimikrobiellen Therapie sind vielfältig. Entscheidend ist hierbei vor allem, daß sich eine Erkrankung, die infolge der Behandlung einer anderen Infektionssituation mit Antibiotika ausgelöst wurde, nicht effektiv mit einer antimikrobiellen Therapie heilen läßt. Hintergrund dafür ist die Tatsache, daß C. difficile im Darm gesunder Menschen nur verhältnismäßig selten vorkommt und sich gegenüber der normalen Darmflora nicht durchsetzen kann. Wird die normale Darmflora durch Antibiotika-Therapie zerstört, kann sich C. difficile durchsetzen und den Darm effektiv besiedeln. Die gegen C. difficile gerichtete Antibiotika-Therapie führt wiederum zur Zerstörung der Darmflora und verhindert damit ursächlich auch das Entstehen einer gesunden Darmflora. Dies erklärt auch die hohe Anzahl an Remissionen, die nach Beendigung der antimikrobiellen Therapie zu beobachten sind. Ein zusätzlicher Nachteil der gängigen Therapie ist das zunehmende Auftreten von multiresistenten C. difficile Stämmen in jüngster Zeit. Damit droht, daß auch die bislang einzige Therapie für C. difficile induzierte Erkrankungen nutzlos wird und die Anzahl an Todesfällen infolge von C. difficile Erkrankungen steigt. Hinzu kommt, daß die zur Behandlung einer C. difficile Infektion nötigen Antibiotika sehr teuer sind und normalerweise nur in begründeten Fällen als Reserveantibiotika eingesetzt werden.
Es besteht daher ein dringender Bedarf nach Medikamenten, die zur spezifischen Bekämpfung (Vermeidung, Beseitigung, Linderung) von C. difficile Infektionen geeignet sind, ohne dass das Risiko der Entwicklung von Resistenzen bei den Clostridien oder auch anderen Bakterien besteht, und ohne die natürliche Bakterienflora der betroffenen Patienten - insbesondere deren Darmflora - zu schädigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Medikaments.
Eine Lösung der genannten Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Arzneimittels der eingangs genannten Art, dass sich dadurch auszeichnet, dass es als Wirkstoff wenigstens einen Effektor, nämlich einen Inhibitor oder Aktivator der autokatalytischen Proteaseaktivität von LCTs (Large Clostridial Cytotoxins), insbesondere der autokatalytischen Proteaseaktivität von Clostridium difficile Toxin A (TcdA) und/oder Clostridium difficile Toxin B (TcdB) und/oder Clostridium sordellii letales Toxin (TcsL) und/oder Clostridium novyi α-Toxin (Tcnα) enthält.
Als Effektoren der autokatalytischen Proteaseaktivität von LCTs werden im folgenden sowohl Aktivatoren als auch Inhibitoren der autokatalytischen Proteaseaktivität von LCTs bezeichnet.
Ist der Wirkstoff bzw. Effektor ein Inhibitor, so beruht seine antitoxische Wirkung darauf, dass er die Proteaseaktivität des intakten Toxins, insbesondere des TcdB oder TcdA oder TcsL oder Tcnα, hemmt und somit die Abspaltung des cytotoxisch wirksamen Fragments mit Glucosyltranferasefunktion (im Fall von TcdB und TcdA ist das das 63kDa-Fragment) unterbindet.
Geeignete Inhibitoren sind chemische Substanzen, welche die Protease-Aktivität der Toxine inhibieren. Der Begriff "chemische Substanz" bezeichnet in den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen sowohl anorganische als auch organische Verbindungen, Ionen und Peptide oder Proteine.
Bevorzugte Inhibitoren sind solche chemischen Substanzen, die die Protease-Aktivität irreversibel inhibieren. Ein Beispiel hierfür ist die Substanz EPNP (l,2-Epoxy-3-(p- Nitrophenoxy)-Propan). Die Substanz reagiert irreversibel mit Aspartatresten im katalytischen Zentrum von Proteasen und inhibiert so die proteolytische Wirkung. Weitere Protease-Inhibitoren sind dem Fachmann bekannt oder können von ihm mit bekannten Methoden (Computer-Modelling, High-Throughput-Screening) leicht identifizieren werden. Beispielsweise kann zur Durchführung eines „High-Troughput- Screenings" ein Peptid synthetisiert werden, dessen Aminosäure-Sequenz der Sequenz der Proteasespaltstelle der LCTs entspricht. Durch Kopplung dieses Peptids z.B. mit dem Farbstoff AMC (7-Amino,4-Methyl-Cumarin) mit Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, kann eine Sonde generiert werden. Zur Durchführung des „High- Troughput-Screenings" wird anschließend die gelabelte Sonde mit dem Toxin und den Kandidaten-Substanzen zusammengebracht. Wird die Sonde gespalten, so kommt es zu Änderungen im Fluoreszenz-Spektrums. Diese Änderungen sind mit dem Fachmann geläufigen Methoden (Fluoreszenzdetektoren) leicht zu erfassen. Ansätze, in denen keine Änderung des Fluoreszenz-Spektrum zu beobachten sind, enthalten dann potentielle Protease-Inhibitoren.
Beispielhaft sei noch ein weiteres Verfahren zur Identifizierung von Substanzen, die die Aktivierung der autokatalytischen Protease-Aktivität der LCTs beeinflussen, beschrieben. Dazu können das Holotoxin oder auch geeignete Toxinfragmente verwendet werden, die z.B. mit einem Farbstoff gekoppelt sind, dessen Fluoreszenz im ungespaltenen Toxin oder Toxin-Fragment gequencht ist. Durch die autokatalytische Spaltung des Toxins bzw. der Toxinfragmente wird die quenchende Wirkung aufgehoben. Die Änderungen im Fluoreszenz- Spektrum können, wie beschrieben, leicht erfasst werden.
Besonders geeignete Inhibitoren, d.h. Effektoren mit Inhibitorfunktion sind chemische Substanzen, insbesondere Proteine und hierunter vor allem Antikörper, die die autokatalytische Proteaseaktivität der LCTs hemmen, indem sie mit dem aktive Zentrum der Protease interagieren.
Der Begriff "interagieren" bedeutet im vorliegenden Kontext jede Art von Wechselwirkung zwischen den LCTs und einer chemischen Substanz, insbesondere einem Protein, und umfasst insbesondere kovalente Bindungen wie z.B. Disulfid- Bindungen und nichtkovalente Bindungen wie z.B. van-der-Waals-Kräfte, hydrophobe oder elektrostatische Wechselwirkungen sowie Wasserstoffbrücken-Bindungen.
Bevorzugt sind dabei Proteine und hierunter vor allem Antikörper, die mit der TcdB- Proteinregion von AS 1500 bis AS 1800 , insbesondere von AS 1653 bis AS 1678 und vor allem mit dem DXG-Motiv an Position 1665 - jeweils gemäß TcdB- Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) oder den hierzu äquivalenten bzw. homologen Proteinregionen von TcdA oder TcsL oder Tcnα interagieren. Bei diesen äquivalenten/homologen Proteinregionen handelt es sich im Fall von TcdA um den Aminosäuresequenzabschnitt von AS 1651 bis AS 1675 gemäß TcdA- Aminosäuresequenz Nr. Pl 6154 (SwissProt/TrEMBL) mit dem DXG-Motiv an Aminosäureposition AS 1662, im Fall von TcsL um den Aminosäuresequenzabschnitt von AS 1654 bis AS 1679 gemäß TcsL- Aminosäuresequenz Nr. Q46342 (SwissProt/TrEMBL) mit dem DXG-Motiv an Aminosäureposition AS 1666, und im Fall von Tcnα um den Aminosäuresequenzabschnitt von AS 1641 bis AS 1665 gemäß Tcnα -Aminosäuresequenz Nr. Q46149 (SwissProt/TrEMBL).
Weitere geeignete Inhibitoren (Effektoren mit Inhibitorfunktion) sind chemische Substanzen, insbesondere Proteine und hierunter vor allem Antikörper, die die autokatalytische Proteaseaktivität der LCTs hemmen, indem sie die Interaktion des Inositolphosphates mit dem Toxin inhibieren. Indem die IP-Bindung verhindert wird, unterbleibt die proteolytische Spaltung der Toxine.
Bevorzugt sind dabei Proteine und hierunter vor allem Antikörper, die mit der TcdB- Proteinregion von AS 1400 bis AS 2300 , insbesondere von AS 1517 bis AS 2142 und vor allem von AS 1517 bis AS 1593 oder AS 1918 bis AS 2142 - jeweils gemäß TcdB- Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) - oder mit den hierzu äquivalenten bzw. homologen Proteinregionen der Toxine TcdA oder TcsL oder Tcnα interagieren.
Ebensogut können auch Antikörper oder andere Proteine generiert werden, die nicht direkt mit der Inositolphosphat-Bindungsstelle, insbesondere den vorgenannten Proteinregionen interagieren, sondern gegen benachbarte Regionen gerichtet sind und die IP-Bindung sterisch behindern und damit die proteolytische Spaltung der Toxine verhindern. Außerdem können Antikörper oder andere Proteine generiert werden, die nicht direkt mit dem DXG-Motiv der Proteasefunktion der LCTs interagieren, sondern durch Bindung in benachbarten Proteinabschnitten die proteolytische Spaltung verhindern.
Geeignete Inhibitoren (Effektoren mit Inhibitorfunktion) stellen außerdem Strukturanaloge von Inositolphosphat (IP) und insbesondere von Inositolhexaphosphat (IP6) dar, die anstelle von IP und insbesondere von IP6 die Reaktionsbindungsstellen von LCT, insbesondere TcdA und/oder TcdB, und/oder TcsL und/oder Tcnα besetzen können, jedoch nicht die Initiator-Funktion von IP bzw. IP6 besitzen. Diese Strukturanaloge sind somit Antagonisten zu den Agonisten IP (insbesondere IP6) und bewirken ein kompetitive Hemmung der Proteaseaktivität von LCT, insbesondere von TcdA und/oder TcdB und/oder TcsL und/oder Tcnα. Geeignete Strukturanaloga sind dem Fachmann bekannt oder können mit bekannten und dem Fachmann geläufigen Testverfahren (Beispiele hierfür sind vorstehend bereits beschriebenen) leicht identifizieren werden.
Geeignete Inhibitoren sind außerdem Hemmstoffe für/von Inositolphosphat (Synonyme: Inositolphosphat-Hemmstoff bzw. Inositolphosphat-Inhibitor), das heißt solche Hemmstoffe, die Inositolphosphat und insbesondere Inositolhexaphosphat derart binden oder modifizieren, dass deren Fähigkeit zur Initiierung der Proteaseaktivität von LCT, insbesondere von TcdA und/oder TcdB und/oder TcsL und/oder Tcnα unterbunden ist. Ein Beispiel für solche Substanzen sind zweiwertige Ionen wie Ca2+, die mit IP6 unlösliche Komplexe eingehen. Ähnliche Substanzen sind dem Fachmann bekannt oder können mit bekannten und dem Fachmann geläufigen Testverfahren (Beispiele hierfür .sind vorstehend bereits beschriebenen) leicht identifizieren werden.
Weitere geeignete Inhibitoren (Effektoren mit Inhibitorfünktion) sind chemische Substanzen, die die Bildung von Inositolphosphaten im Darmlumen der Patienten (Säugetiere, insbesondere Menschen) oder in den Körperzellen der Patienten (Säugetiere, insbesondere Menschen) unterdrücken oder bereits vorhandenes Inositolphasphat zerstören und so die proteolytische Spaltung der LCTs beim Eindringen in das Zytoplasma verhindern. Bevorzugte Beispiele für eine solche Substanzen sind Lithium, VPA (Valproic acid) oder CBZ (Carbamazepin) .
Geeignete Aktivatoren, d.h. Effektoren mit Aktivatorfunktion, sind chemische Substanzen, welche die Protease-Aktivität der Toxine aktivieren. Die antitoxische Wirkung eines Aktivators beruht darauf, dass er die Proteaseaktivität des intakten Toxins, insbesondere des TcdB oder TcdA oder TcsL oder Tcnα initiert, noch bevor das Toxin derart an die Wirtszelle gebunden hat, dass das abgespaltenen Fragment in das Zellinnere (Cytosol) gelangen könnte. Der Aktivator bewirkt folglich eine Abspaltung des cytotoxisch wirksamen Fragments mit Glucosyltranferasefunktion (im Fall von TcdB und TcdA ist das das 63kDa-Fragment) außerhalb der Wirtszelle. Das cytotoxisch wirksame Fragment kann dann nicht mehr in das Zellinnere gelangen und dort seine cytotoxische Wirkung entfalten.
Ein besonders geeigneter Aktivator (Effektor mit Aktivatorfunktion) ist isoliertes (im Unterschied zu cytosolischem) Inositolphosphat (IP), vorzugsweise Inositolhexaphosphat (IP6).
Ein Medikament mit diesem Wirkstoff hat den Vorteil, dass im Patientendarm vorhandenes LCT, insbesondere TcdB und/oder TcdA und/oder TcsL und/oder Tcnα, durch das medikamentös zugeführte IP schon im Darm zur Spaltung veranlasst wird, das heißt noch bevor es an Darmzellen oder andere Körperzellen binden und toxisch wirken kann. Ebenso gut eignet sich als Aktivator (Effektor mit Aktivatorfunktion) ein Stoff, der analog IP6 die autokatalytische Proteaseaktivität von LCT, insbesondere von TcdA und/oder TcdB und/oder TcsL und/oder Tcnα, fördert.
Solche Stoffe sind dem Fachmann bekannt oder können mit bekannten Methoden leicht identifiziert werden. Dazu eignet sich zusätzlich auch modifizierte Varianten der vorstehend beschriebenen „High-Troughput-Assays". Dabei werden das Toxin und die potentiellen Aktivator-Substanzen zusammengegeben und im Zeitverlauf auf Veränderungen im Fluoreszenz-Spektrum untersucht. Ansätze, in denen starke Veränderungen in kurzer Zeit auftreten, enthalten geeignete Aktivatoren (Effektoren mit Aktivatorfunktion).
Die katalytischen Zentren der Proteasefunktion der LCTs können erfindungsgemäß auch als gezielt verabreichte Antigene (Impfungstoffe) zur Erzeugung einer Immunisierung gegen die Toxine verwendet werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb auch ein Arzneimittel zur Vermeidung oder Linderung einer Vergiftung durch LCT (= Large Clostridial Cytotoxins), das dadurch gekennzeichnet ist, dass es zur Verabreichung als Vaccine geeignet ist, und dass es die Aminosäuresequenz des katalytischen Zentrums von TcdB und/oder TcdA und/oder TcsL und/oder Tcnα ganz oder Fragmente davon als antigene(n) Wirkstoff(e) aufweist. Der oder die antigene(n) Wirkstoff(e) ist/sind vorzugsweise ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Proteinfragmenten:
- DXG-Motiv an Position 1665 der TcdB- Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL),
- die Aminosäurepositionen AS 1653 bis AS 1678 der TcdB-Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL),
- die Aminosäurepositionen AS 1500 bis AS 1800 der TcdB-Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL),
- das DXG-Motiv an Position 1662 der TcdA- Aminosäuresequenz Nr. Pl 6154 (SwissProt/TrEMBL), - die Aminosäurepositionen AS 1651 bis AS 1675 der TcdA-Aminosäuresequenz Nr. Pl 6154 (SwissProt/TrEMBL)
- das DXG-Motiv an Position 1666 der TcsL- Aminosäuresequenz Nr. Q46342 (SwissProt/TrEMBL)
- die Aminosäurepositionen AS 1654 bis AS 1679 der TcsL- Aminosäuresequenz Nr. Q46342 (SwissProt/TrEMBL),
- die Aminosäurepositionen AS 1641 bis AS 1665 der Tcnα- Aminosäuresequenz Nr. Q46149 (SwissProt/TrEMBL).
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfuhrungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1: Aufspaltung des TcdBi0463 (270 kDa) Holotoxins in die Translokations/Ligandendomäne (207 kDa) und die N-terminale katalytische Domäne (63 kDa) in der SDS-PAGE, durchgeführt mit a: einer Mischung aus Cy3 -markiertem TcdBiO463 und Schweine-Milzzell- Extrakt (Beispiel 1 A); b: einer Mischung aus Cy3 -markiertem TCdBi0463 und von Protein befreitem Schweine-Milzzell-Extrakt (Beispiel 1 B); c: einer Mischung aus Cy3 -markiertem TcdBio463- und Inositolphosphat; d: einer Mischung aus unmarkiertem TCdB]0463. und Inositolphosphat; e: einer Mischung aus unmarkiertem (mittels Affinitätschromatographie gereinigtem) TcdBio463 und Inositolphosphat; a-e jeweils im Anschluß an eine Inkubation bei Raumtemperatur für 1 Stunde
Figur 2: SDS-PAGE einer Mischung von TcdBi0463 und/oder IP6, mit oder ohne Vorbehandlung des Toxins mit EPNP;
Spur l : TcdB I0463 nach Vorbehandlung mit EPNP und ohne IP6, keine Bande im 63kDa Bereich nachweisbar; Spur 2: TcdB)0463 nach Vorbehandlung mit EPNP und nach Inkubation mit IP6, die typische 63kD Bande ist nur schwach ausgeprägt;
Spur 3: TcdBio463 ohne Vorbehandlung mit EPNP und nach Inkubation mit
IP6, es ist eine deutlich ausgeprägte Bande im Molekulargewichtsbereich von 63kDa erkennbar;
Spur 4: TCdB10463 ohne Vorbehandlung mit EPNP und ohne IP6, keine
Bande im 63kDa Bereich nachweisbar.
Figur 3: ESI-LCMSMS-Analyse nach tryptischem Verdau des nativen (a) und des EPNP-modifizierten (b) TcdB-Proteins. MS-Survey Scans (großes Bild) und Fragmentation Spektren (Einschub).
Alle in den folgenden Beispielen genannten Verfahren sind dem Fachmann bekannt und z.B. in Ausubel et al. (2003) beschrieben.
Beispiel 1: Nachweis der autokatalytischen Proteaseaktivität von TcdB
Clostridium difficile Toxin B (270 kDa) des Referenzstammes VPI 10463, im folgenden kurz TcdB J0463 benannt, wurde zunächst mit Cy3 fluoreszenzmarkiert. Hierfür wurden 200-400 μg TcdB,0463 (tgcBIOMICS, Mainz, Germany) mit dem Farbstoff Cy3 nach Angaben des Herstellers (Amersham Biosciences) markiert, indem das Toxin zusammen mit dem in Dimethylformamid gelösten Farbstoff für 1 Stunde bei 4°C inkubiert wurde. Ungebundener Farbstoff wurde anschließend mittels Größenausschlußchromatographie (Size Exclusion Chromatographie = SEC) entfernt, wobei 10 mM Tris-HCl pH 8.5 als Laufpuffer diente. Das molare Verhältnis zwischen Farbstoff und Cy3 -markiertem TcdB10463 betrug 0.8 - 1.6. Markiertes TCdB10463 wurde aliquotiert und bei -80 0C bis zur weiteren Verwendung gelagert.
(A) Für die Durchführung des im Stand der Technik bekannten "In-vitro-cleavage- assay" (siehe hierzu insbesondere Rupnik et al (2005); auf den Inhalt dieser Publikation wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen) wurde ein auf Raumtemperatur aufgetautes Aliquot Cy3 -markiertes TCdBi0463 für 1 Stunde bei Raumtemperatur mit Schweine-Milzzell-Extrakt inkubiert.
Dieser Schweine-Milzzell-Extrakt wurde wie folgt hergestellt: Frisch gewonnene Schweinemilz wurde in Phosphat Puffer (PBS) aufgenommen und zu einer Einzelzellsuspension zerkleinert. Durch Zugabe von Niedrigsalzpuffer (Low Salt Buffer), - nämlich 150 mM NH4Cl, 1 mM KHCO3, 0.1 mM EDTA, pH 7.6 -, wurden vorhandene Erythrozyten lysiert und somit entfernt. Anschließend wurden die Milzzellen zweimal mit 10 mM Tris-HCl pH 8.5 gewaschen und sofort bei -80 °C tiefgefroren. Für den gewünschten Zellextrakt wurde bei Bedarf ein Aliquot dieser tiefgefrorenen Milzzellen in einem Aliquot 10 mM Tris-HCl pH 8.5 aufgetaut und suspensiert und diese Suspension anschließend einer Ultraschallbehandlung unterworfen. Das erhaltene Lysat wurde 1 Stunde bei 200 000 x g und 4 °C zentrifugiert und der Überstand für die anstehenden Experimente verwendet.
Am Ende der Inkubationsphase wurde die Mischung aus Cy3 -markiertem TcdBio463 und Schweine-Milzzell-Extrakt einer SDS-PAGE unterworfen, um die während der Inkubation entstandenen TcdB-Fragmente zu separieren und nachzuweisen. Das Ergebnis dieser SDS-PAGE ist in Fig. Ia dargestellt: Es wurden erwartungsgemäß die beiden bekannten und charakteristischen 63 kDa- und 207 kDa-Fragmente des Clostridium difficile Toxins B - hier des TcdB I0463 - erhalten.
Als Negativ-Kontrollen dienten Aliquots von TcdB I0463 ohne Beimischung von Milzzell-Extrakt (siehe Fig. 1 "-").
(B) In einem Parallelversuch wurde der in (A) beschriebene Milzell-Extrakt vor der Inkubation mit dem Cy3 -markierten TCdBi0463 von Protein gereinigt. Zu diesem Zweck wurde ein Aliquot des gemäß (A) hergestellten Schweine-Milzzell-Extrakts im Anschluß an die Untraschallbehandlung sechs Phenol-Chloroform-Extraktionen unterworfen, die wie folgt durchgeführt wurden: Schweine-Milzzell-Extrakt wurde mit Phenol-Chloroform-Isoamylalkohol (25/24/1) im Volumenverhältnis 1 :1 gemischt. Diese Mischung wurde 10 Minuten bei 1.700 x g, und 4°C zentrifugiert. Die wässrige oberste Schicht wurde in eine frisches Zentrifugengefäß dekantiert und Zentrifügation und Dekantierung noch fünf mal wiederholt. Um auch letzte Reste von Phenol zu entfernen, wurde abschließend eine Chloroform-Exktraktion durchgeführt. Aliquots der auf diese Weise gewonnenen wässrigen und proteinfreien Fraktion des Milzzeil-Extraktes wurden im Volumenverhältnis 1 :30 (30), 1 :100 (100) oder 1 :300 (300) mit 1OmM Tris-HCL pH8,5 verdünnt und wie unter (A) beschrieben mit auf Raumtemperatur aufgetauten Aliquots von Cy3 -markiertem TcdBiO463 gemischt und für 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Am Ende der Inkubationsphase wurden diese Mischungen einer SDS-PAGE unterworfen, um die während der Inkubation entstandenen TcdB-Fragmente zu separieren und nachzuweisen. Das Ergebnis dieser SDS-PAGE wurde mit Hilfe des Gel Doc EQ System Image Readers (BIO-RAD München, Deutschland) sichtbar gemacht und ist in Fig. Ib dargestellt: Es wurden bei allen Testansätzen die beiden charakteristischen 63 kDa- und 207 kDa-Fragmente von TcdB 10403 erhalten. Das zeigt, dass die wässrige und proteinfreie Fraktion des Milzzeil- Extraktes nach wie vor die Eigenschaft besitzt bzw. besaß, TcdBiO463 in seine beiden charakteristischen Teilfragmente zu spalten.
In einem weiteren Parallelversuch wurde der in (A) beschriebene Milzzeil-Extrakte mit Hitze (96°C, 30 Minuten) behandelt, bevor er wie in (A) beschrieben mit Cy3- markiertem TcdB10463 inkubiert und der SDS-PAGE unterworfen wurde. Das Ergebnis dieser SDS-PAGE ist ebenfalls in Fig. Ib dargestellt: Es wurden wiederum die beiden charakteristischen 63 kDa- und 207 kDa-Fragmente von TcdBio463 erhalten. Das Ergebnis zeigt, dass der hitzeinduzierte Milzzell-Extrakt weiterhin die Eigenschaft besitzt, TcdB 10463 in seine charakteristischen Teilfragmente zu spalten.
(C) In einer weiteren Versuchsreihe wurde Cy3 -markiertes TcdBiO463 und unmarkiertes TcdB 10463 allein (d.h. ohne Beimischung von Milzzell-Extrakt) mit verschiedenen Inositolphosphaten für 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert und die jeweiligen Mischungen anschließend einer SDS-PAGE unterworfen. Das Ergebnis dieser Untersuchungen ist in Tabelle 1 und den Figuren lc-e dargestellt. Es lieferte die überraschenden Kernaussagen, dass die proteolytische Spaltung von TCdBi0463 allein durch eine chemische Substanz wie IP initiierbar ist, und dass es sich bei dieser proteolytischen Spaltung folglich um einen autokatalytischen Prozess des Toxin- Proteins handelt.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass eine Reihe von Inositolphosphaten die autokatalytische Spaltung von TcdB I0463 initieren können. Inositolhexaphosphat (IP6) ruft unter den getesteten Inositolphosphaten die stärkste Spaltungsaktivität hervor, und das heißt, IP6 besitzt die höchste Initiatoraktivität (siehe auch Fig. lc-e).
Strukturanaloga oder andere den Inositolphosphaten verwandte Substanzen, die eine Initiatoraktivität besitzen, sind dem Fachmann bekannt oder können mit bekannten Methoden (z.B. Computer-Modelling) leicht ermittelt werden. Beispielsweise können auch die vorstehend beschriebenen "High-Troughput-Assays" verwendet werden.
Die Austestung unterschiedlicher Konzentrationen an IP6 im Inkubationsversuch mit TCdB10463 zeigt (siehe Fig. Ic und Id), daß zur Spaltung von fluoreszenzmarkiertem Toxin B eine IP-Konzentrationen von 10 μM (Fig Ic) ausreichend ist, während zur Spaltung von unmarkiertem (und erst in der SDS-PAGE durch Zinkfärbung (Zinc Stain and Destain Kit, Biorad, Hercules, USA) sichtbar gemachtem) Toxin B noch niedrigere Konzentrationen bis zu 1 μM (Fig Id) genügen.
Analoge Experimente wurden auch mit den LCTs TCdAi0463, TcsL von C. sordellii und Tcnα durchgeführt. Dabei zeigte sich, daß Inositolphosphate aktivierend auf die autokatalytische Spaltung aller untersuchter Toxine der LCT-Familie wirken.
(D) Um auszuschließen, dass das in den Versuchen eingesetzte, aus Kulturüberstand von C. difficile aufgereinigte TcdBio463 mit Proteasen kontaminiert war, wurde ein Kontrollversuch mit speziell gereinigtem TcdB I0463 durchgeführt. Diese Reinigung des TcdBio4ö3 erfolgte mittels Affinitätschromatographie unter Einsatz des monoklonalen Antikörpers 2CV (DSM ACC 2321) wie folgt:
7mg des TcdB spezifischen monoklonalen Antikörper 2CV (ProteinG-gereinigter Überstand einer serumfreien Hybridoma-Kultur) wurde an eine HiTrap NHS Sepharose Säule (kommerziell erhältlich bei GE Healthcare, Freiburg, FRG) gekoppelt. Kopplung und Elution wurden gemäß Herstellerangaben durchgeführt. Die fertige Säule wurde mit ca. 4 mg TcdBio463 beschickt und ungebundene Proteine durch dreimaliges Waschen mit 5OmM Tris/HCl, pH 7.0; 125 raM NaCl entfernt. Die Elution erfolgte in einem Schritt mit 0.1 M Triethanolamin-HCl pHl l. Das Toxin eluierte in drei 4ml Fraktionen mit Konzentrationen zwischen 450-185 μg/ml Das eluierte Toxin wurde sofort mit IM Tris-HCl pH 7.5 im Volumenverhältnis 1/10 neutralisiert, was dadurch gewährleistet war, daß diese Neutralisierungslösung bereits vor dem Start der Elution in den Auffangröhrchen für die Fraktionen vorgelegt worden war. Anschließend wurde die Abwesenheit von kontaminierenden Proteinen durch SDS-PAGE und nachfolgende Zinkfärbung nachgewiesen (siehe Fig. 1 e "-").
Der Kontrollversuch bestand aus der Inkubation von derart gereinigtem unmarkiertem TcdBio463 mit IP6 und nachfolgender SDS-PAGE und Nachweis des Toxins oder der Toxinfragmente mittels Zinkfarbung. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in Figur Ie dargestellt und zeigt die vollständige Aufspaltung des Holotoxins in die beiden bekannten Fragmente 63 kDa und 207 kDa.
Beispiel 2: Inaktivierung von TcdB-10463 durch Inkubation mit einem Protease- Inhibitor
TcdBiO463 wurde wie in Beispiel 1 (D) beschrieben mittels Affinitätschromatographie unter Einsatz des monoklonalen Antikörpers 2CV gereinigt und anschließend entweder (i) mit dem Protease-Inhibitor EPNP (1OmM l,2-Epoxy-3-(p-Nitrophenoxy)-Propan) oder (ii) - als Kontrolle - mit Puffer (5OmM HEPES, IM NaCl, ImM EDTA, pH 8,0) 60 Minuten bei Raumtemperatur vorbehandelt.
Anschließend wurde ein in-vitro-Cleavage-Assay analog Beispiel 1 (A) durchgeführt. Die Testansätze umfaßten jeweils ein Volumen von 10 μl, und enthielten jeweils 50-100 ng unmarkiertes TCdBi0463 , 100 μM IP6 und 10 mM Tris-HCl pH 8.5. Diese Testansätze wurden im Anschluß an die Inkubation (1 h bei Raumtemperatur) einer SDS-PAGE (10%) unterworfen und die Toxine und Toxinfragmente anschließend mittels Zinkfärbung sichtbar gemacht.
Fig. 2 zeigt das Ergebnis dieses Experimentes: Die Inkubation von TcdBio463 allein mit IP6 (Spur 3) zeigt eine deutlich ausgeprägte Bande im Molekulargewichtsbereich von 63kDa. Wenn das Toxin vorher mit EPNP vorbehandelt wird (Spur 2), ist die typische 63kD Bande nur schwach ausgeprägt. Dieser Befund zeigt, dass durch die Zugabe von EPNP die proteolytische Aktivität (Protease- Aktivität) des TcdB)0463 nahezu vollständig gehemmt ist.
Das mit EPNP vorbehandelte Toxin wurde außerdem im CHO-Test nach Moos et al. (2000) auf seine Restaktivität (zytotoxische Wirkung) hin untersucht.
Der CHO-Test wurde wie folgt durchgeführt: In einer 96well-Mikrotiterplatte wurden CHO-Zellen (= Chinese-Hamster-Ovarialcells) ausgesät (5000 Zellen/well) und 16 Stunden unter Standardbedingungen (5% CO2, 37°C, DMEM F12 ergänzt mit 2mM L-Glutamine, 5% FCS) inkubiert. Anschließend wurden die Toxine nach stufenweiser Verdünnung in Wachstumsmedium zu den Zellen gegeben. Verdünnungstufen zwischen 10 und 10* wurden ausgetestet. Die Zellen wurden 3 Stunden unter Standardbedingungen inkubiert. Anschließend wurde der Anteil an abgerundeten Zellen mikroskopisch bestimmt, indem mehrere repräsentative Ausschnitte des Wells photographiert und die ausgestreckten, sowie die abgerundeten Zellen ausgezählt wurden. (Siehe auch Moos et al., Meth Enzymol. 2000, 325: 114-125. Auf den Inhalt dieser Publikation wird hier ausdrücklich Bezug genommen.)
Die Ergebnisse dieses CHO-Tests zeigen, daß das mit EPNP vorbehandelte TCdB]0463 eine wesentlich schwächere zytotoxische Aktivität aufweist als das unbehandelte TcdB]0463 (vgl. Tabelle 2). Da die inhibierende Wirkung von EPNP bekanntermaßen darauf beruht, daß EPNP mit katalytischen Aspartatresten in kovalente Wechselwirkungen tritt und dadurch eine irreversible Inaktivierung der Protease herbeiführt (Salto et al. 1994), zeigen die Ergebnisse des vorliegenden Versuchs, dass die Hemmung der TcdB I0463- Aktivität auf der Hemmung einer Protease- Aktivität dieses Toxinmoleküls beruht. Das hier beschriebene Experiment mit EPNP belegt, daß die toxische Wirkung von TcdB-ö463 und anderer LCTs durch Vorbehandlung der Toxine mit einem geeigneten Protease-Inhibitor signifikant reduziert wird.
EPNP stellt eine Modellstubstanz für einen kovalenten Inhibitor der LCTs dar. Weitere vergleichbar kovalent wirkende oder kompetitiv hemmende Inhibitoren sind dem Fachmann bekannt oder können von diesem mit bekannten Methoden, beispielsweise mit den bereits beschriebenen "High-Troughput-Assays" ermittelt werden.
Beispiel 3: Inaktivierung der zytotoxischen Wirkung von TcdBio463 durch extrazelluläre Aktivierung der Protease- Aktivität mit IP6
TCdBiO463 wurde wie in Beispiel 1 (C) beschrieben mit 100 μM IP6 inkubiert. Im Anschluß an die Inkubation wurde das durch die Protease-Aktivität abgespaltene kleinere, 63kDa Fragment des Toxinproteins abgetrennt, indem der Ansatz über Microcon-Röhrchen (Millipore, Ausschlußgröße 10OkD) aufgereinigt wurde. Dieses 63kDa Fragment von TCdBi0463 wurde anschließend in dem in Beispiel 2 beschriebenen CHO-Test nach Moos et al. (2000) auf Abrundung der Zellen untersucht. Dabei wurde das Protein unverdünnt und in Verdünnungsstufen zu den Zellen gegeben.
Es zeigte sich in diesem Versuch, dass das 63 kDa-Fragment, welches die Glucosyltransferasefunktion von TCdBi0463 aufweist, unter den gegebenen Bedingungen alleine nicht in der Lage ist/war, eine zytotoxische Wirkung hervorzurufen. Weder in verdünntem noch in unverdünntem Zustand konnte eine Abrundung der Zellen (infolge einer Glukosilierung spezifischer GTPasen der Rho-Subfamilie, daraus resultierender Blockierung von Signaltransduktionsprozessen und daraus resultierender Disaggregation des Cytoskeletts) beobachtet werden. Dieser Befund, dass das mittels Autokatalyse generierte Toxinfragment extrazellulär inaktiv ist, bestätigt die Ergebnisse von Pfeifer et al. (2003) und Rupnik et al (2005), die zeigen, dass die abgespaltene katalytische Domäne von TcdB I0463 nicht in eukaryonte Zellen aufgenommen wird und daher im Zellmedium inaktiv ist. (Während in diesen Arbeiten jedoch eine autokatalytische Aktivität der LCTs explizit ausgeschlossen wird [Pfeiffer et al., 2003] bzw. über eine zelluläre Protease zur Aktivierung der LCTs spekuliert wird [Rupnik et al., 2005], zeigen die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gewonnenen Versuchsergebnisse erstmals, dass das N-terminale Toxinfragment autokatalytisch abgespalten wird.)
Die zytotoxische Wirkung von TcdB I0463 und anderen LCTs kann folglich dadurch gehemmt werden, dass die proteolytische Spaltung der Toxine bereits vor Eindringen der Toxine in die Zellen induziert wird.
Beispiel 4; Nachweis des aktiven Zentrums der Protease von TcdB
EPNP-inaktiviertes (vergl. Beispiel 2) und unbehandeltes TcdB 10463 wurden mittels SDS-GeI aufgetrennt und mit Zinkfärbung dargestellt. Anschließend wurden die den Proteinen entsprechenden Banden ausgeschnitten und in kleine Stücke zerteilt. Diese wurde entfärbt und getrocknet, anschließend in 2mM DTT reduziert und mit 2OmM Iodacetamid alkyliert. Nach dem Waschen und erneuten Trocknen der Gelfragmente wurden diese mit Trypsin über Nacht bei 37°C verdaut. Die resultierenden Peptide wurden anschließend über HPLC (NanoAcquity Ultraperformance Liquid Chromatography, Waters, Milford, USA) aufgetrennt. Dazu wurden 2μl der Proben auf eine reverse-phase Säule (NanoEase BEH Cj8 (75 μm x 10cm) von Waters, Milford, USA) in 2% mobile Phase B-Puffer (0,1% Ameisensäure in Acetonitril) aufgetragen. Mobile Phase A-Puffer enthielt 0,1% Ameisensäure in H2O. Anschließend wurden die Fragmente durch einen Gradienten von 3-40% mobile Phase B-Puffer (90min bei 300nl/min) von der Säule eluiert.
Die eluierten Fragmente wurden anschließend massenspektrometrisch untersucht. Dazu wurde ein Q-Tof Premier Massenspektrometer der Firma Waters verwendet. Das Gerät wurde mit einer [GIu- 1]-Fibrinogenpeptid-Lösung (500fmol/μl bei 300nl/min) über den Referenz-Sprayer der NanoLockSpray-Quelle (Waters) kalibiert. Zur Analyse der Ergebnisse wurde die MassLnyx4.1 Software (Waters) verwendet.
Die Analyse der Ergebnisse zeigt, dass sich das unbehandelte TcdB von dem EPNP- behandelten Toxin nur in einem tryptischen Fragment unterscheidet (Abb. 3). Dieses Fragment umfasst die Aminosäuren AS 1653 bis 1678 des TcdB-Proteins gemäß TcdB- Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) mit dem für Aspartat-Proteasen charakteristischen DXG-Motiv an Position 1665.
Ein Vergleich der Aminosäuresequenz AS 1653 bis AS 1678 des katalytischen Zentrums von TcdB mit den entsprechenden katalytischen Zentren und Proteinregionen der Toxine TcdA, TcsL und Tcnα zeigt, dass die Region hoch konserviert ist (siehe Tab. 3).
Der Fachmann kann daher mit bekannten Methoden Antikörper oder andere Proteine generieren, die spezifisch mit dem aktiven Zentrum der Protease-Domäne der Toxine interagieren und somit beispielsweise die autokatalytische Spaltung der LCTs verhindern. Ebensogut können auch Antikörper oder Proteine generiert werden, die nicht direkt das aktive Zentrum blockieren, sondern gegen benachbarte Regionen gerichtet sind und somit die autoproteolytische Spaltung der Toxin sterisch behindern.
Beispiel 5: Inhibition der TcdB-Wirkung durch Antikörper infolge Immunisierung mit inaktiviertem TcdB
Um einen Schutz gegen die zytotoxischen Effekte des TcdB zu induzieren, wurden folgende TcdB-Präparationen hergestellt und zur Immunisierung in Kaninchen eingesetzt:
Präparation A: TcdB, inaktiviert mit Formalin
Präparation B: TcdB, inaktiviert mit EPNP (vergl. Beispiel 2)
Präparation C: TcdB-Fragment AS 1601 -1716 (DSG-Motiv) Präparation D: TcdB-Fragment AS1508-1601 (Teil des Inosin-bindenden Motiv) Präparation E: TcdB-Fragmente AS 1508-2157
(DSG-Motiv und gesamtes Inosin-bindendes Motiv)
Die TcdB-Fragmente wurden mit dem Fachmann bekannten Methoden im Plasmid pET- 19 (Novagen) exprimiert und über den angehängten His-Tag gereinigt. Anschließend wurde der His-Tag mittels Enterokinase- Verdau abgespalten. Die Reinheit des Proteins wurde im SDS-GeI überprüft (Daten nicht gezeigt)
Zur Immunisierung wurden Kaninchen mit dem Antigen zunächst grundimmunisiert und nachfolgend mehreren Boosterimmunisierungen unterworfen. Aus dem Blut der Kaninchen wurden schließlich polyklonale Antiseren erhalten.
Um die neutralisierende Wirkung der polyklonalen Antiseren zu überprüfen, wurde zunächst TcdB mit polyklonalem Antiserum vorbehandelt (Verdünnungsstufe 1:100) und Ih bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wurde die neutralisierende Wirkung der Antiseren wie in Beispiel 2 beschrieben anhand des CHO-Tests überprüft. Das Maß für die neutralisierende Wirkung der Seren war, wie lange die Zellen vor der zytotoxischen Wirkung des TcdB geschützt waren.
Die mit Präparation A immunisierten Kaninchen wiesen nur einen geringen Antikörper- Titer auf (vergl. Tab. 4), zudem wirkte das Serum dieser Kaninchen nicht neutralisierend. Dieser Befund entspricht den dem Fachmann bekannten Ergebnissen von Immunisierungsversuchen mit formalisierten LCTs.
Die Tiere, die mit Präparation B immunisiert wurden, entwickelten zwar einen deutlichen Titer (ausverdünnbar bis 1 :1500), allerdings wies auch dieses Antiserum keine neutralisierende Wirkung im CHO-Test auf (Tab. 4).
Die Kaninchen, die mit den Präparationen C bis E immunisiert worden waren, wiesen ebenfalls einen Antikörper-Titer auf, und zudem zeigten ihre polyklonalen Seren im CHO-Test eine deutlich neutralisierende Wirkung (Tab. 4). Das polyklonale Serum, das durch Immuniserung mit Präparation E generiert wurde, wies dabei die besten neutralisierenden Eigenschaften auf. Die Seren, die durch separate Immunisierung mit den Präparationen C und D hergestellt wurden, zeigten demgegenüber eine geringere neutralisierende Wirkungen.
Der Erfolg der Immunisierung mit Fragment D, welches einen Teil der Inositol- bindende Region umfasst, beweist, dass es sich bei diesem Abschnitt der LCTs um eine für die Aktivierung der Toxine wichtige Region handelt. Die Bindung des IP6 in diesem Toxin-Abschnitt führt zur Aktivierung der autokatalytischen Protease-Aktivität und somit auch zur Aktivierung der LCTs
Die neutralisierende Wirkung der Region um das DSG-Motif beweist, dass Antikörper, die gegen das aktive Zentrum der Protease gerichtet sind, die proteolytische Aktivität inhibieren können. Mit solchen Antikörpern kann somit auch in vivo ein Schutz vor den toxischen Effekten der LCTs erreicht werden.
Bei der Immunisierung mit Präparation E wurden nur die beiden Fragmente der erfolgreichen Präparationen C und D zusammen eingesetzt worden. Der Erfolg der Immunisierung mit beiden TcdB-Fragmenten beruht darauf, dass in den Tieren Antikörper induziert werden, die sowohl gegen das aktive Zentrum der Protease gerichtet sind, als auch solche Antikörper, die an die Inositol-Phosphat-bindende Region binden. Die Wirkung des Antiserums beruht also darauf, dass erstmals spezifische Antikörper induziert werden konnten, die gezielt die Aktivierung des Toxins verhindern.
Für die natürliche Aufnahme der LCTs in ihre Zielzellen ist die autokatalytische Spaltung der Toxine wichtig, da nur so das N-terminale, die eigentliche toxische Aktivität vermittelnde Fragment in den Zielzellen freigesetzt wird. Die Bindung spezifischer Antikörper in der Umgebung des DSG-Motifs der Aspartat-Protease und der Inositol-Phosphat-Bindungsstelle verhindert die autokatalytische Spaltung der Toxine. In Patienten kann somit durch Einsatz von Toxin-Fragmenten, die für die autokatalytische Spaltung der LCTs notwendig sind, eine wirksame Immunisierung gegen LCTs erreicht werden. Literatur:
Ausubel, F.M. et al.: "Current Protocols in Molecular Biology" (2003), John Wiley and Sons. Inc.
Rupnik et al. (2005) "Characterization of the cleavage site and function of resulting cleavage fragments after limited proteolysis of Clostridium difficile toxin B(TcdB) by host cells." Mikrobiol 151, 199-208.
Moos et al. (2000) "Purification and evaluation of large clostridial cytotoxins that inhibit small GTPases of Rho and Ras subfamilies" Meth Enzymol. 325: 114-125.
Pfeifer et al. (2003) "Cellular Uptake of Clostridium difficile toxins B" J. Biol. Chem. 278: 44535-41.
Rao et al. (1998) "Molecular and biotechnological aspects of microbial proteases" Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62: 597-635.
Salto et al. (1994) "In vitro characterization of nonpeptide irreversible inhibitors of HIV proteases", J. Biol. Chem. 269: 10691-8.
Tang (1971) "Specific and irreversible inactivation of pepsin by substrate-like Epoxides", J. Biol. Chem. 246: 4510-17.
Tabelle 1: Autokataly tische Spaltung von TcdBiO463 unter Zugabe definierter Inositolphosphate
Figure imgf000024_0001
Tabelle 2: Zellabrundung (in %) von CHO-Zellen nach Inkubation mit TcdBio463 - mit oder ohne EPNP- Vorbehandlung
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Tabelle 3: Vergleich der Aminosäuresequenz AS 1653 bis AS 1678 des katalytischen Zentrums der Proteasefunktion von TcdB mit den entsprechenden katalytischen Zentren und Proteinregionen der Toxine TcdA, TcsL und Tcnα.
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Tabelle 4: Beginn der Zellabrundung (in h) von CHO-Zellen nach Inkubation mit TcdB, das mit polyklonalem Antiserum vorbehandelt worden war.
Figure imgf000027_0001

Claims

A n s p r ü c h e
1. Arzneimittel zur Vermeidung oder Linderung einer Vergiftung durch LCT (= Large Clostridial Cytotoxins), dadurch gekennzeichnet, dass es als Wirkstoff wenigstens einen Effektor, nämlich einen Inhibitor oder Aktivator der Proteaseaktivität von LCT (Large Clostridial Cytotoxins) enthält.
2. Arzneimittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff ein Effektor, nämlich ein Inhibitor oder Aktivator der Proteaseaktivität von Clostridium difficile Toxin A (TcdA) und/oder Clostridium difficile Toxin B (TcdB) und/oder Clostridium sordellii letales Toxin (TcsL) und/oder Clostridium novyi α-Toxin (Tcnα) ist.
3. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor l,2-Epoxy-3-(p-Nitrophenoxy)-Propan (EPNP) ist.
4. Arzneimittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivator ein Inositolphosphat, vorzugsweise Inositolhexaphosphat (IP6) ist.
5. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor ein kompetitv hemmendes Strukturanalogon von Inositolphosphat, vorzugsweise Inositolhexaphosphat (IP6) ist.
6. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivator ein Stoff ist, der analog IP6 die (autokatalytische) Proteaseaktivität von LCTs, insbesondere von TcdA und/oder TcdB und/oder TcsL und/oder Tcnα fördert.
7. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor eine chemische Substanz ist, die zur Reduzierung der Inositolphosphat- Konzentration im Darmlumen von Säugetieren, insbesondere Menschen, geeignet ist.
8. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor eine chemische Substanz ist, die zur Reduzierung der Inositolphosphat- Konzentration in Säugetierzellen, insbesondere humanen Zellen, geeignet ist.
9. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit dem aktive Zentrum der Protease in der TcdB- Proteinregion von AS 1500 bis AS 1800 gemäß TcdB- Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) interagiert.
10. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit der TcdB-Proteinregion von AS 1653 bis AS 1678 gemäß TcdB- Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) interagiert.
11. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit dem DXG-Motiv an der Aminosäureposition AS 1665 des TcdB-Proteins gemäß TcdB-Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) interagiert.
12. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit der TcdA-Proteinregion von AS 1651 bis AS 1675 gemäß TcdA- Aminosäuresequenz Nr. P 16154 (SwissProt/TrEMBL) interagiert.
13. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit dem DXG-Motiv an Aminosäureposition AS 1662 des TcdA-Proteins gemäß TcdA- Aminosäuresequenz Nr. Pl 6154 (SwissProt/TrEMBL) interagiert.
14. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit der TcsL -Proteinregion von AS 1654 bis AS 1679 gemäß TcsL -Aminosäuresequenz Nr Q46342 (SwissProt/TrEMBL) interagiert.
15. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit dem DXG-Motiv an Aminosäureposition AS 1666 des ' TcsL -Proteins gemäß TcsL -Aminosäuresequenz Nr. Q46342 (SwissProt/TrEMBL) interagiert.
16. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit der Tcnα -Proteinregion von AS 1641 bis AS 1665 gemäß Tcnα- Aminosäuresequenz Nr Q46149 (SwissProt/TrEMBL) interagiert.
17. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit der TcdB-Proteinregion von AS 1400 bis AS 2300 gemäß TcdB- Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) oder mit der hierzu äquivalenten bzw. homologen Proteinregionen von TcdA oder TcsL oder Tcnα interagiert.
18. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit der TcdB-Proteinregion von AS 1517 bis AS 2142 gemäß TcdB- Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) oder mit der hierzu äquivalenten bzw. homologen Proteinregionen von TcdA oder TcsL oder Tcnα interagiert.
19. Arzneimittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor eine chemische Substanz, insbesondere ein Protein, weiter insbesondere ein Antikörper ist, die/das/der mit der TcdB-Proteinregion von AS 1517 bis AS 1593 oder von AS 1918 bis AS 2142 gemäß TcdB-Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) oder mit einer hierzu äquivalenten bzw. homologen Proteinregionen von TcdA oder TcsL oder Tcnα interagiert.
20. Arzneimittel zur Vermeidung oder Linderung einer Vergiftung durch LCT (= Large Clostridial Cytotoxins), dadurch gekennzeichnet, dass es
(1.) zur Verabreichung als Vaccine geeignet ist und (2.) als antigenen Wirkstoff
- (a) dasjenige TcdB-Proteinfragment der TcdB-Aminosäuresequenz Nr. Pl 8177 (SwissProt/TrEMBL) enthält, das wenigstens das DXG-Motiv an Position 1665, vorzugsweise die Aminosäuresequenz von Aminosäurepositionen AS 1653 bis AS 1678 und weiter vorzugsweise die Aminosäuresequenz von Aminosäurepositionen AS 1500 bis AS 1800 umfasst,
- und/oder (b) dasjenige TcdA-Proteinfragment der Ted A- Aminosäuresequenz Nr. Pl 6154 (SwissProt/TrEMBL) enthält, das wenigstens das DXG-Motiv an Position 1662, vorzugsweise die Aminosäuresequenz von Aminosäurepositionen AS 1651 bis AS 1675 umfasst,
- und/oder (c) dasjenige TcsL-Proteinfragment der TcsL-Aminosäuresequenz Nr. Q46342 (SwissProt/TrEMBL) enthält, das wenigstens das DXG-Motiv an Position 1666, vorzugsweise die Aminosäuresequenz von Aminosäurepositionen AS 1654 bis AS 1679 umfasst,
- und/oder (d) dasjenige Tcnα-Proteinfragment der Tcnα- Aminosäuresequenz Nr. Q46149 (SwissProt/TrEMBL) enthält, das wenigstens die Aminosäuresequenz von Aminosäurepositionen AS 1641 bis AS 1665 umfasst.
PCT/DE2007/000957 2006-08-02 2007-05-26 Arzneimittel gegen lct-vergiftungen Ceased WO2008014733A1 (de)

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