DE19528544A1 - cDNA-Sequenz und daraus abgeleitete Aminosäuresequenz des Vorläuferproteins von humanem GCAP II/Uroguanylin sowie Aminosäuresequenz des im humanen Blut zirkulierenden Fragmentes - Google Patents
cDNA-Sequenz und daraus abgeleitete Aminosäuresequenz des Vorläuferproteins von humanem GCAP II/Uroguanylin sowie Aminosäuresequenz des im humanen Blut zirkulierenden FragmentesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Eiweißstoffes in reiner oder partiell
aufgereinigter Form aus menschlichen und tierischen Körperflüssigkeiten, der die Fähigkeit besitzt,
den transepithelialen Transport von Elektrolyten und Wasser zu steuern. Dieser Stoff ist dadurch
gekennzeichnet, daß er insbesondere aus Hemofiltrat oder Hemodialysat, das aus menschlichem
und tierischem Blut abfiltriert wird, gewonnen werden kann. Der Stoff ist als Guanylatcyclase
Activating Peptide II (GCAP-II) bezeichnet und kann zum Zwecke (1) der Analyse von
Erkrankungen, (2) zur medizinischen und gewerblichen Verwendung als Medikament benutzt
werden.
Der Stoff GCAP-II wurde erstmals aus dem Hemofiltrat Nierenkranker nach Ultrafiltration am
Hemodialyseapparat gewonnen und über einen Biotest der Stimulation der Guanylatcyclase-C von
Darmzellen (T84-Zellinie) funktionell charakterisiert. Zur Darstellung des GCAP-II wurde ein
patentiertes Verfahren (Forssmann, 1988; Offenlegungsschrift DE 36 33 707 A1) verfeinert, welches
zuvor für Gewinnung von Eiweißstoffen aus Hemofiltrat erfunden wurde. Aus den mit diesem
Verfahren gewonnenen Molekülen von einem Molekulargewicht unter 20 kDalton, die bei veno-ve
nöser oder arterio-venöser Shuntverbindung abfiltriert werden, können die Fraktionen enthaltend
das GCAP-II überraschenderweise durch einen Funktionstest erkannt werden. Das bisher bekannte
Verfahren wurde also benutzt, um die Rohpeptidextrakte zu gewinnen, mit denen
überraschenderweise bei der Anwendung an T84-Kolonkarzinomzellen in Zellkultur ein starker
Effekt bemerkt wurde, indem die Generierung des Second Messengers cGMP unter dem Einfluß
dieser Substanz überraschend stark aktiviert wurde. Es wurde weiter festgestellt, daß bei speziellen
weiteren Aufreinigungsverfahren diese biologische Aktivität konzentriert werden konnte, bis
schließlich ein einheitlicher Eiweißstoff identifiziert und in seiner Struktur aufgeklärt wurde. Der
Wert dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stoff aus dem bisher als wertlos
betrachteten Hemofiltrat aufgereinigt werden kann, um als wirtschaftlich verwertbare Substanz
benutzt zu werden. Der genannte Stoff GCAP-II ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß er durch
chemische Synthese und durch gentechnologische Produktion gewonnen werden kann und
überraschenderweise für zahlreiche weitere Belange genutzt werden kann, u. a. für die Analyse im
menschlichen Blut als pathognomonisches Diagnosemerkmal von Erkrankungen des Magen-Darm-
und Urogenitaltraktes sowie des Respirationstraktes, cardiovasculären Systems und des
Nervenapparates.
Die vorliegende Erfindung betrifft also ein neues Peptid, das GCAP-II (Guanylatcyclase
Activating Peptide II), seine Herstellung, dieses enthaltende Arzneimittel sowie dieses
enthaltende Aufbereitungen und seine Verwendung dafür. Sie betrifft weiterhin die cDNA des
Vorläuferproteins und die sich daraus ergebenden Anwendungen, nämlich die biotechnologische
Herstellung und die Konstruktion von Sonden für gendiagnostische Zwecke.
In jüngster Zeit hat sich immer mehr gezeigt, daß Stoffe für die Regulation der Funktion des
Magendarmtraktes diagnostisch und therapeutisch von großem Interesse sind und daß
wahrscheinlich noch eine große Zahl unbekannter Faktoren existieren, die von klinisch
verwertbarer Bedeutung sind. Dazu könnten auch Faktoren gehören, die sowohl bei der
Behandlung von Verdauungs-, Kreislauf- und Atemwegserkrankungen als auch bei der
Hormonsubstitution bei vielen Erkrankungen durch regelmäßige Gabe über einen langen Zeitraum,
gegebenenfalls lebenslang, verabreicht werden könnten, um diese Krankheitsvorgänge im positiven
Sinne zu steuern.
In einigen Arbeiten (Guarino, Cohen, Thompson, Dharmsathaphorn and Giannella, Am.J.Physiol.
253: G775-G780, 1987) wurde nun nachgewiesen, daß bestimmte Zellinien aus Epithelien (z. B.
T84 Zellen des Dickdarm, menschliche Coloncarcinomzellen) des Magendarmtraktes durch ein
bereits bekanntes Peptid, das aus Bakterien abgegeben wird (hitzestabile Enterotoxine) über
Membranrezeptoren spezifisch beeinflußt werden.
Bei der Suche nach der Existenz weiterer auf diese Weise charakterisierbarer
Wirkstoffe wurde überraschenderweise das GCAP-II als biologisch aktives
Molekül im menschlichen Plasma gesunder und kranker Menschen gefunden.
Damit wurde ein Molekül entdeckt, dessen Struktur bisher unbekannt war und
dessen Bildungsstätte im Körper noch ungeklärt ist. Die therapeutische und
wirtschaftliche Verwendung wurde geprüft und das GCAP-II wurde
überraschenderweise als wichtiges zirkulierendes Peptid des menschlichen Blutes
erkannt. Außerdem wurde erstmals die komplette cDNA des GCAP-II-Vorläufers
kloniert und sequenziert. Daraus konnte die Aminosäuresequenz des
Vorläuferproteins abgeleitet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit:
Ein Blutpeptid GCAP-II mit der Aminosäurensequenz
Ein Blutpeptid GCAP-II mit der Aminosäurensequenz
Phe - Lys - Thr - Leu - Arg -Thr - Ile - Ala - Asn - Asp - Asp - Cys - Glu - Leu - Cyc - Val - Asn -
Val - Ala - Cys - Thr - Gly - Cyc - Leu
sowie seine natürlichen und pharmakologisch verträglichen Derivate, insbesondere amidierte,
acetylierte, phosphorylierte und glycosylierte GCAP-II Derivate und weitere Fragmente des
Peptides. Durch Massenspektrometrie konnte ein Molekulargewicht von 2597,7 Dalton
festgestellt werden (Beispiel 1). Die ermittelte Aminosäuresequenz für GCAP-II entspricht der
von der cDNA abgeleiteten Aminosäuresequenz von Position 89 bis Position 112 (COOH-
Terminus).
Damit ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Peptid, das GCAP-II,
bereitzustellen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es als ein gut zugängliches Arzneimittel mit
biologisch und therapeutischer Aktivität eines natürlichen Analogons des im Blut vorkommenden
Stoffes verwandt werden kann.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens für
dieses GCAP-II sowie die Anwendung des GCAP-II als Arzneimittel für verschiedene
therapeutische und diagnostische Indikationen. Dazu kann das CAP-II als hochreiner Stoff oder -
wenn für die bestimmte Verwendung ausreichend - innerhalb eines teilweise aufgereinigten
Peptidgemisches (Beispiel 1) verwandt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter verschiedene Verfahren zur Herstellung dieses GCAP-II
oder seiner Derivate dadurch gekennzeichnet, daß dieses über eine prokaryontische oder eine
eukaryontische Expression hergestellt und chromatographisch gereinigt wird, sowie ein weiteres
Verfahren zur Herstellung der GCAP-II bezogenen Moleküle bzw. seiner Derivate, indem man es
aus menschlichem Blut über Chromatographie-Verfahren in bekannter Weise isoliert, und
schließlich ein Verfahren zur Herstellung des GCAP-II oder seiner Derivate, indem man diese
GCAP-II-Moleküle durch die üblichen Verfahren der Festphasen- und Flüssigphasen-Synthese aus
den geschützten Aminosäuren, die in der angegebenen Sequenz enthalten sind, herstellt, deblockiert
und es mit den gängigen Chromatographie-Verfahren reinigt (Beispiel 2).
Die GCAP-II-Moleküle wurden chemisch synthetisiert (vgl. Beispiel 2) und als Arzneimittel
zubereitet. Auch die gentechnologische Herstellung über übliche Vektoren ist erarbeitet: auf
gentechnologischem Wege wird das GCAP-II-Peptid sowohl (1) in pro- als auch (2) in
eukaryontischen Organismen hergestellt. Hierfür stehen u. a. Expressionsvektoren zur
sekretorischen Expression (z. B. pSP6, pRit-Derivate, Pharmacia), zur direkten cytoplasmatischen
Expression (z. B. pKK-Derivate, Pharmacia) oder Expression als Fusionsprotein (pMC1871,
Pharmacia). Für die eukaryontische Expression haben wir verschiedene Organismen und Vektoren
zur Verfügung, z. B. Insektenzellen (Summers and Smith, Tex.Agric.Exp.Stn.(bull) 1555, 1987),
Hefen (Hitzeman et al., Nature, 293, 717-722, 1981), filamentöse Pilze (Yelton et al.,
Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 81, 1470-1474, 1984)) und Säugerzellen (Zettlmeissl et al.,
Biotechnology, 5, 720-725, 1987), von denen wir vorzugsweise die Insektenzellen benutzen. Die
exprimierten Peptide der GCAP-II werden mit Methoden der Chromatographie gereinigt,
vorzugsweise wie in Beispiel 1 angegeben.
Die Arzneimittelzubereitung enthält GCAP-II oder ein physiologisch verträgliches Salz des GCAP-II.
Die Form und Zusammensetzung des Arzneimittels, welches das GCAP-II enthält, richtet sich
nach der Art der Verabreichung. Das humane GCAP-II kann parenteral, intranasal, oral und mittels
Inhalation verabreicht werden. Vorzugsweise wird GCAP-II zu einem Injektionspräparat, entweder
als Lösung oder als Lyophilisat zur Auflösung unmittelbar vor Gebrauch, konfektioniert. Die
Arzneimittelzubereitung kann außerdem Hilfsstoffe enthalten, die abfülltechnisch bedingt sind,
einen Beitrag zur Löslichkeit, Stabilität oder Sterilität des Arzneimittels leisten oder den
Wirkungsgrad der Aufnahme in den Körper erhöhen.
Die zu verabreichende Tagesdosis für GCAP-II hängt von der Indikation und der Anwendung
bestimmter Derivate ab. Bei i.v./i.m. Injektion liegt sie im Bereich von 100 bis 1200 Einheiten
(µg)/Tag, bei täglicher subcutaner Injektion vorzugsweise bei 300-2400 Einheiten (µg)/Tag.
Die Bestimmung der biologischen Aktivität für das GCAP-II basiert auf Messungen gegen
internationale und hauseigene Referenzpräparationen für humanes GCAP-II oder seiner Analoga in
einem gebräuchlichen biologischen Testverfahren für dieselben. Dazu wird vorzugsweise ein
standardisierter cGMP Generationstest mit T84-Zellen benutzt (Beispiel 3).
Das erfindungsgemäße Peptid GCAP-II ist dadurch gekennzeichnet, daß es sich besonders auch für
die Langzeit-Therapie bei Durchfallerkrankungen eignet, da es über eine ausgezeichnete biologische
Wirksamkeit verfügt und andererseits auch bei Dauerbehandlung keine Immunreaktion auslöst.
Aufgrund der biologischen Wirkung ist gezeigt, daß das erfindungsgemäße Präparat weiter als
Mittel zur Therapie von Nierenerkrankungen, Herzerkrankungen, Erkrankungen endokriner
Organe, in der Intensivpflege und bei Lungenerkrankungen anzuwenden (vgl. Beispiel 3) ist.
Das erfindungsgemäße Präparat ist weiter als Mittel zur Therapie und Diagnose bei
Stoffwechselerkrankungen des Magen-Darm-Traktes (insbesondere Dünndarm und
Bauchspeicheldrüse), der Atemwege, des Herz-Kreislaufsystems und Urogenitalapparates,
endokriner Organe sowie des Nervensystems einzusetzen, da es zur Herstellung von human
verträglichen Antikörpern verwandt werden kann, die geeignet sind, Änderungen der
Stoffwechsellage dieser Organe festzustellen oder zu beeinflussen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und den folgenden
Abbildungen, auf die in den Beispielen (und teilweise den Ansprüchen) Bezug
genommen wird, erläutert:
Es zeigen:
Es zeigen:
Sequenzanalyse: Nach Auftragen von 1/20 des Materials aus dem endgereinigten GCAP-II nach
Chromatographie in Abbildung 7, ca. 50-100 pmol, konnten die Reste von Position 1 bis 24
deutlich ohne nachweisbare Nebensequenz festgestellt werden. Die Art der Sequenzierung ist im
Text ausführlich beschrieben.
Positionen 1 bis 24 aus direkter Sequenzierung:
Phe - Lys - Thr - Leu - Arg - Thr - Ile - Ala - Asn - Asp - Asp - Cys - Glu - Leu - Cyc - Val - Asn -
Val - Ala - Cys - Thr - Gly - Cyc - Leu
Verwendete Primer in 5′→3′ Orientierung. Unterstrichene Bereiche enthalten Erkennungs
sequenzen für Restriktionsendonukleasen, die eine effiziente Klonierung der PCR-Produkte
gewährleisten.
cDNA-Sequenz des GCAP-II/Uroguanylin-Vorläufers und abgeleitete Aminosäuresequenz. Die
translatierten Bereiche sind in Großbuchstaben, die nichttranslatierten Bereiche in Kleinbuchstaben
dargestellt. Das ATG-Startcodon, das TGA-Stopcodon sowie das AATAAA-Polyadenylierungs
signal sind unterstrichen. Die Positionen der verwendeten Primer sind mit Pfeilen gekennzeichnet.
Die erste Aminosäure des isolierten GCAP-II ist mit einem Dreieck, die erste Aminosäure des
Uroguanylins mit einer Raute gekennzeichnet.
Durch Spaltung mit spezifischen Endoproteasen erhaltbare C-terminale Fragmente des Uro
guanylin-Vorläuferproteins. Die entsprechende Endoprotease ist über den Sequenzen der damit
generierten Teilfragmente aufgeführt.
1.
Ala Ala Ser Gly Leu Leu Pro Gly Val Ala Val Val Leu Leu Leu Leu Leu Gln Ser Thr Gln Ser Val Tyr Ile Gln Tyr Gln Gly Phe Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Ala Ala Ser Gly Leu Leu Pro Gly Val Ala Val Val Leu Leu Leu Leu Leu Gln Ser Thr Gln Ser Val Tyr Ile Gln Tyr Gln Gly Phe Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
2.
Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
3.
Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
4.
Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
1.
Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gin Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gin Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
2.
Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
3.
Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
1.
Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
2.
Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
3.
Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
4.
Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
1.
Ala Ala Ser Gly Leu Leu Pro Gly Val Ala Val Val Leu Leu Leu Leu Leu Gln Ser Thr Gln Ser Val Tyr Ile Gln Tyr Gln Gly Phe Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Ala Ala Ser Gly Leu Leu Pro Gly Val Ala Val Val Leu Leu Leu Leu Leu Gln Ser Thr Gln Ser Val Tyr Ile Gln Tyr Gln Gly Phe Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
2.
Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
3.
Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gin Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gin Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
4.
Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
5.
Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
6.
Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
1.
Ile Gln Tyr Gln Gly Phe Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gin Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Ile Gln Tyr Gln Gly Phe Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gin Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
2.
Gln Gly Phe Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Gln Gly Phe Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
3.
Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Arg Val Gln Leu Glu Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
4.
Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
1.
Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
2.
Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
1.
Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Ser Met Lys Lys Leu Ser Asp Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
2.
Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Leu Glu Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
3.
Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Ala Gln Trp Ala Pro Ser Pro Arg Leu Gln Ala Gln Ser Leu Leu Pro Ala Val Cys His His Pro Ala Leu Pro Gln Asp Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
4.
Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Leu Gln Pro Val Cys Ala Ser Gln Glu Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
5.
Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Ala Ser Ser Ile Phe Lys Thr Leu Arg Thr Ile Ala Asn Asp Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
6.
Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Asp Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
7.
Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Cys Glu Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
8.
Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Leu Cys Val Asn Val Ala Cys Thr Gly Cys Leu
Direkter Nachweis der Aminosäuren-Sequenz des zirkulierenden, biologisch aktiven GCAP-II nach
Isolierung aus Hemofiltrat.
Als Ausgangsmaterial wurde Hemofiltrat verwendet, das in großen Mengen bei der
Behandlung niereninsuffizienter Patienten anfällt und alle Plasmabestandteile bis
zu einer Molekülgröße von ca. 20.000 Dalton enthält.
Das Hemofiltrat wurde mittels einer Hemofiltrationsanlage der Firma Sartorius unter Verwendung
von Cellulosetriacetat-Filtern mit einer Ausschlußgröße von 20.000 Dalton (Typ SM 40042,
Sartorius, Göttingen, BRD) gewonnen. Das Filtrat stammte von niereninsuffizienten Patienten, die
sich durch Langzeit-Hemofiltration in einer stabilen Stoffwechsellage befanden. 3000 l Hemofiltrat
wurden gewonnen und unmittelbar nach der Gewinnung mittels Ansäuern und Abkühlung auf 4°C
gegen proteolytischen Abbau geschützt. Anschließend wurde durch vier Kationenaustauscher
extraktionen eine Rohpeptidfraktion (570,5 g) gewonnen. Durch die folgende Ultrafiltration mittels
einer Ultrafiltrationsanlage der Firma Sartorius unter Verwendung eines Cellulosetriacetat-Filters
mit einer Ausschlußgröße von 20.000 Dalton (Typ SM 3031454901E, Sartorius) wurde ein von
Plasmabestandteilen größer 20.000 Dalton weitestgehend befreites Filtrat gewonnen.
Die Rohpeptidfraktion aus der Ultrafiltration wurde über eine mit RP-C18 Material (Vydac,
Hesperia, CA, USA) gefüllte Kartusche, die mit 0,01 N Salzsäure equilibriert war,
chromatographisch mittels HPLC aufgetrennt:
Die cGMP generierende Wirkung der Fraktionen wurde an T84 Zeilen, gezüchtet in Fischer-
Medium (Gibco) gemessen, indem die Zunahme mittels eines Radioimmunoassays nach 60 min
festgestellt wurde und mit Kontrollen verglichen, bei denen zum Kulturmedium statt der HF-
Peptide 0,9% NaCl gegeben wurde. Die im cGMP-Gernerations-Test meßbar bioaktiven
Fraktionen aus 11 Läufen dieser Reinigungsstufe wurden im Pool VI zusammengefaßt.
Der betreffende Pool VI wurde für die weitere Isolierung eingesetzt.
Eine weitere präparative Aufreinigung der GCAP-II-haltigen Peptidfraktionen erfolgte bei
Raumtemperatur über eine RP-C18 Material (Vydac, Hesperia, CA, USA) gefüllte Kartusche
mittels einer HPLC-Anlage (BioCAD, PerSeptive Biosystems, Freiburg, BRD) wobei die cGMP-ge
nerierende wirksame Peptidfraktion wieder eingeengt werden konnte. Das Material des Pools VI
wurde dabei als abrotierte Flüssigkeit in einem Lauf aufgetragen. Die Fraktionen 4-6 enthielten
Bioaktivität bezüglich des cGMP-Generationstestes an T84-Zellen. Die Fraktion 5 wurde für die
weitere Auftrennung verwendet. Bedingungen:
Die bioaktive GCAP-II-haltige immunreaktive Fraktion (50 ml) wurde über eine analytische
Kationenaustauscher-Chromatographie weiter gereinigt. Die biologische Aktivität erscheint dabei
im Bereich einer Retentionszeit von 8 und 9% des Eluenten B. Diese Fraktionen aus 17 identischen
Läufen wurden gepoolt. Bedingungen:
Die Aufarbeitung des Pools, der die cGMP-generierende, bioaktive Wirkung zeigte, wurde durch
eine RP-C4-Chromatographie in weitere Unterbestandteile aufgetrennt, wobei sich deutlich eine
GCAP-II-Aktivität nach einer Chromatographiezeit von 34-36 min nach Programmstart feststellen
ließ (2 Fraktionen). Diese je zwei hochaktiven Fraktionen von fünf Chromatographieläufen wurden
wieder gepoolt und direkt weiter verarbeitet. Bedingungen:
Die gesamte Substanz der fünf Läufe aus Reinigungsstufe 4 wurde in Lösung gelassen, mit Eluent A
verdünnt und auf einer Vydac RP-C18-HPLC-Anlage (Kontron) in drei gleichartigen Läufen
chromatographiert. Das T84-Zellen aktivierende Peptid war in einem Bereich nachzuweisen, der
innerhalb von einer Minute eluierte. Das gesamte weitere Material der bioaktiven Fraktionen wurde
schließlich mit der gleichen Säule rechromatographiert (s. Stufe 6). Bedingungen:
Die gesamte Substanz der drei Läufe aus Reinigungsstufe 5 wurde in Lösung gelassen, mit Eluent A
verdünnt und dann auf einer Vydac RP-C18-HPLC-Anlage (Kontron) in zwei Läufen
rechromatographiert. Das gesuchte cGMP-aktivierende Peptid (GCAP-II) war nun in einem Peak
nachzuweisen, der in drei Teilfraktionen per Hand gesammelt wurde. Jede Fraktion wurde im
Bioassay getestet (siehe Beispiel 3), ansequenziert und im Massenspektrometer mittels LC-MS-
Kopplung analysiert. Bedingungen:
Aus Fraktion 8 des 1. Laufes und Fraktion 26 der Reinigungsstufe 6 wurden je 14 µl aus der
Gesamtmenge von je 280 µl zur Aminosäuren-Sequenz-Analyse benutzt. Nach Isolierung aus
Hemofiltrat wie oben beschrieben, wurden mit Hilfe des Gasphasensequenators Typ ABI 473 A
(Applied Biosystems) sequenziert. Der EDMAN-Abbau (Edman und Begg, Eur. J. Biochem. L
80-91, 1967) erfolgte mit dem Standardprogramm PTHRUN. Die Analyse der derivatisierten
Aminosäuren wurde im on-line-Verfahren unter Verwendung des Standardprotokolls ABI
durchgeführt.
Für diese Fraktionen konnte eine Sequenz von 24 Aminosäuren bestimmt werden (Abb. 1). Bei
der gefundenen Sequenz handelt es sich um die NH₂-terminal verlängerte Form des humanen
Uroguanylins. Sie besitzt strukturelle Homologien zu denen des humanen Guanylins und der
hitzestabilen Enterotoxine aus Bakterien. Für diese Peptide ist die aktivierende Wirkung auf die
Guanylatcyclase-C beschrieben.
Des weiteren wurde nun aus dem Endprodukt der Aufreinigung nach Stufe 6 alle bioaktiven
Unterfraktion des per Hand gesammelten Peaks einer Microbore-HPLC-MS-Kopplung
unterworfen, um über die Masse 2597,7 Dalton die Identität des GCAP-II in diesen
Unterfraktionen zu bestätigen. Nach dieser Bestimmung war abzuleiten, daß GCAP-II für die
Bioaktivität in den Unterfraktionen verantwortlich ist.
Der äußerst geringe Kontaminierungsgrad des nativen GCAP-II konnte somit in den Unterfraktion
festgestellt werden, woraus hervorging, daß das Peptid in hochreiner Form vorlag und die
biologische Wirkung nach dem derzeitigen Stand der Kenntnis nicht auf eine Verunreinigung zu
beziehen war.
Aus dem Endprodukt der Aufreinigung nach Stufe 6 wurden weiter alle Unterfraktionen des per
Hand gesammelten Peaks massenspektrometrisch untersucht. Die Analysen wurden unter
Verwendung des Dual Syringe Solvent Delivery System ABI 140A (Applied Biosystems,
Weiterstadt, BRD), einer RP-C18-Säule AQS 1.0 × 250 mm (YMC, Schernbeck, BRD) und einem
mit einem Articulated Ion Spray inlet ausgestatteten API III Biomolecular Mass Analyser (Sciex,
Perkin Elmer, Langen, BRD) durchgeführt. Die molekularen Massen wurden im Positiv-Ion-Mode
gemessen. Mittels dieser Bestimmung wurde festgestellt, daß alle Unterfraktionen GCAP-II mit
einem MG von 2597,7 Dalton enthielten. In allen Fraktion war die Substanz dieses
Molekulargewichtes quantitativ dominierend.
Chemische Synthese des humanen Guanylatcyclase-Aktivierenden
Peptides II (GCAP-II).
Für die Synthese des Peptids mit der Formel:
Phe - Lys - Thr - Leu - Arg - Thr - Ile - Ala - Asn - Asp - Asp - Cys - Glu - Leu - Cyc- Val - Asn -
Val - Ala - Cys - Thr - Gly - Cyc - Leu
wurde die Durchflußmethode (Atherton und Sheppard, Solid phase peptide synthesis. IRL Press,
Oxford, 1989) angewendet. Die genannte Peptidsequenz wurde mit Hilfe einer automatischen
Peptidsynthese-Apparatur (Model 9050, Biosearch/PerSeptive) unter Verwendung von Fmoc-
Aminosäuren synthetisiert. Folgende Fmoc-Aminosäuren wurden im Überschuß (4 Äquivalente)
eingesetzt (verwendet wurden jeweils die Derivate der L-Aminosäuren):
Fmoc-Ala, Fmoc-Asp(OBut), Fmoc-Glu(OBut), Fmoc-Leu, Fmoc-Arg(Pbf), Fmoc-Lys(Boc), Fmoc-Ile, Fmoc-Phe, Fmoc-Gly, Fmoc-Asn(Trt), Fmoc-Gln-OPfp, Fmoc- Gln(Trt), Fmoc-Val-OPfp, Fmoc-Val.
Fmoc-Ala, Fmoc-Asp(OBut), Fmoc-Glu(OBut), Fmoc-Leu, Fmoc-Arg(Pbf), Fmoc-Lys(Boc), Fmoc-Ile, Fmoc-Phe, Fmoc-Gly, Fmoc-Asn(Trt), Fmoc-Gln-OPfp, Fmoc- Gln(Trt), Fmoc-Val-OPfp, Fmoc-Val.
Die Synthese wurde durch in situ-Aktivierung unter Zugabe von 4,4 Äquivalenten TBTU [O-(1H-
Benzotriazol-1-yl)-N,N,N,N′-tetramethyluronium-tetrafluoroborat], 4,4 Äquivalenten 1-
Hydroxybenzotriazol (HOBt) und 8,8 Äquivalenten Diisopropylethylamingebildeten in N,N-
Dimethylformamid durchgeführt. Als Träger-Harz für die Synthese wurde vorbelegtes Fmoc-L-
Cys(Acm)-PEG-PS-Harz (0.20 mmol/g Belegungsgrad, Biosearch/PerSeptive) eingesetzt. Zur
regioselektiven Einführung der beiden Disulfidbrücken wurden die Cysteinreste in Position 15 und
23 als Acetamidomethyl(Acm)-geschützte Cysteinderivate eingesetzt während die Cysteinreste in
den Positionen 12 und 20 als Trityl-geschützte Derivate eingesetzt wurden. Nach Abspaltung und
Entblockierung des Peptides vom Träger bleiben die Acm-Gruppen erhalten, so daß die erste
Disulfidbrücke durch Luftoxidation eingeführt werden kann. Anschließend wird die zweite
Disulfidbrücke durch Oxidation mit Iod gebildet, so daß keine falsch verbrückten Guanylin-
Isomere entstehen können.
Die Synthese von
Phe - Lys - Thr - Leu - Arg - Thr - Ile - Ala - Asn - Asp - Asp - Cys - Glu - Leu - Cyc - Val - Asn -
Val - Ala - Cys -Thr - Gly - Cyc - Leu GCAP-II
wurde mit dem automatischen 9050 PepSynthesizer (Programm Version 1.3,
Biosearch/PerSeptive) nach der continuousflow-Methode durchgeführt. Fmoc-Aminosäuren waren
L-konfiguriert und in 0,8 mmol-Portionen verwendet. Alle zur Synthese notwendigen Reagenzien
wurden von Biosearch/PerSeptive bezogen: N,N-Dimethylformamid, 20% Piperidin in N,N-
Dimethylformamid und 1-Hydroxybenzotriazol. Die L-Aminosäurederivate wurden in vierfachem
Überschuß bezogen auf das harzgebundene Fmoc-L-Leucin eingesetzt, durchgeführt. Folgender
Synthesecyclus wurde verwendet: Fmoc-Abspaltung mit 20% Piperidin in DMF (10 min),
waschen mit DMF (12 min), Acylierung (30 min) und waschen mit DMF (8 min). Die
fortschreitende Synthese wurde durch kontinuierliche UV-Detektion verfolgt. Die Synthese wurde
mit der Abspaltung des N-terminalen Fmoc-Restes abgeschlossen. Das harzgebundene Peptid
wurde dreimal mit je 50 ml Isopropanol, Isopropanol und tert-Butylmethylether gewaschen und bis
zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Die Abspaltung vom Harz erfolgte mit Trifluoressigsäure/Ethandithiol/Wasser im Verhältnis 94 : 3 : 3
(10 ml, v/v/v) innerhalb von 90 Minuten. Die Lösung wird in vacuo eingeengt und das Produkt
durch Zugabe von Diethylether ausgefällt. Das erhaltene Rohpeptid wird mehrere Male mit
Diethylether gewaschen, getrocknet und anschließend in Wasser aufgenommen und
gefriergetrocknet. Aus 490 mg Peptid-Harz werden 85 mg Rohpeptid erhalten.
Zur Einführung der ersten Disulfidbrücke wird das Rohpeptid mit einer Konzentration von 1 mg/ml
in 0,1 M wäßrige Ammoniumcarbonat-Lösung bei pH=8,3 gegeben. Bei Raumtemperatur wird
diese Mischung 48 Stunden an der Luft gerührt und anschließend lyophilisiert. Zur Einführung der
zweiten Disulfidbrücke wird das erhaltene Produkt in 80% Methanol in Wasser aufgenommen und
mit 5 Äquivalenten festem Iod versetzt. Diese tiefbraune Mischung wird unter Stickstoffatmosphäre
3 Stunden heftig gerührt. Das überschüssige Iod wird anschließend unter tropfenweiser Zugabe
von 0,1 M Natriumthiosulfat-Lösung bis zur Entfärbung versetzt. Die erhaltene Lösung wird mit
einem Volumenteil Wasser verdünnt und das Peptid dann gereinigt.
Die Reinigung erfolgte unter Benutzung eines in unabhängiger Synthese hergestellten Standards
von GCAP-II, dessen korrekte Sequenz durch MS (Massenspektrometrie) und Sequenzanalyse
bestätigt war. Hierzu wurde eine Reversed-phase-HPLC (Vydac C18, 22 × 250 mm, 10 µ, 300 Å,
Flußrate 8 ml/min, Detektion bei 230 nm, Elutionsmittel A=0,06% Trifluoressigsäure in Wasser,
B=0.055% Trifluoressigsäure in Acetonitril/Wasser 4 : 1 (v/v), Gradient: 0-100% B in 70 min).
Die Ausbeute betrug 3,6 mg.
Das erhaltene Material coeluiert in einer analytischen RP-HPLC mit C18-Material mit dem
unabhängig hergestellten Standard. Die Identität des synthetisierten Materials mit der vorgegebenen
Primärstruktur von GCAP-II wurde durch Massenspektrometrie (Sciex API III, Perkin-Elmer) und
Sequenzierung in einem Gassphasensequenator (Modell 470, Perkin-Elmer) bestätigt. Die
biologische Aktivität des synthetischen GCAP-II wurde im Funktionstest durch die cGMP-
Generations-stimulierende Wirkung an T84-Koloncarcinom-Zellen nachgewiesen. Dieser zeigte,
daß das synthetische Material eine korrekte biologische Aktivität aufweist.
Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde Hemofiltrat chromatographisch aufgearbeitet, wobei GCAP-
II-enthaltende Fraktionen in allen Reinigungsstufen gefunden wurden. Das gemäß Beispiel 2
synthetisierte GCAP-II wurden für den folgenden Test als Substanz eingesetzt. Auf gleiche Weise
konnten aus dem Hemofiltrat in allen Reinigungsstufen Fraktionen nachgewiesen werden, die die
biologische, cGMP-generierende Wirkung wie GCAP-II zeigte.
Die Zellen wurden nach Aussaat in 24 Well-Platten nach ca. 2-3 Tagen verwendet. Die Inkubation
erfolgte mit 0,5 ml Zellmedium in Gegenwart von 1 mM IBMX (Sigma) bei 37°C. Die GCAP-II-
Peptid enthaltenden Präparate wurden unmittelbar vor Versuchsbeginn im Zellmedium
aufgenommen. Im Versuchsansatz wurden 1,5 × 105 Zellen mit 0,1 mM GCAP-II bzw. während
der Aufarbeitung Aliquots GCAP-II-Peptid enthaltender Fraktionen für 60 min inkubiert und die
cGMP-generierende Wirkung gegenüber Kontrollen gemessen. Zur Kontrolle wurden Zellen mit
Fischer-Medium (1.) ohne jeglichen Zusatz, und (2.) mit verschiedenen Konzentrationen an
GCAP-II pro Wells (0,5 ml) inkubiert. Die erhaltenen Werte der cGMP-Generation sind als
Mittelwerte von Vierfachansätzen ± S.D. angegeben.
Der Zusatz von GCAP-II bzw. die Zusammensetzung des Mediums wurde zu Beginn der
Inkulation vorgenommen und während der Versuchszeit bleiben die Proben im Inkubator bei 37°C.
Die Ergebnisse zeigten, daß signifikante Unterschiede in der Wirksamkeit des GCAP-II im
Vergleich zu den Kontrollen mit den untersuchten Zellsystem bestehen. Außerdem besteht eine
Dosis abhängige Wirkung. Dieses Ergebnis läßt auf Unterschiede in der Wirkungsweise dieses
Peptides schließen, die sich auf den Aktivierungsmechanismus des GCAP-II beziehen. Damit ist
gezeigt, daß GCAP-II die cGMP Generation in T84-Zellen über einen bereits früher identifizierten
Receptor für hitzestabile Enterotoxine beeinflussen muß.
In ähnlicher Weise wurde festgestellt daß auch weitere Zellarten auf GCAP-II ansprechen, u. a.
Belegzellen des Magens, Kryptenzellen des Dünndarms, Schaltzellen der Pankreasgänge und
Leber, die unter Verwendung des GCAP-II auch die intracelluläre Ca⁺⁺ Konzentration ändern.
Aus acht humanen Geweben (Duodenum, Colon, Magen, Leber, Pankreas, Niere, Nebenniere und
Harnblase) wurde mit Standardmethoden die Gesamt-RNA gewonnen. Mit Hilfe MMLV-Reverser
Transkriptase und des Oligo(dT)-Primers UNIP-5 (siehe Abb. 2 u. 3), der teilweise komplementär
zum Poly(A)-Schwanz eukaryontischer mRNA ist, erfolgte eine Umschreibung in cDNA-
Erststrang.
Ausgehend von der GCAP II-Aminosäuresequenz (FKTLRTIANDDCELCVNVACTGCL) wurde
der degenerierte PCR-Primer HUGU-5 (siehe Abb. 2 u. 3) konstruiert, der die Codons für das C-
terminale Fragment CVNVAC beinhaltet. Mit Hilfe dieses Primers und des Primers UMP-6 (siehe
Abb. 2 u. 3), dessen Sequenz in UNIP-5 enthalten ist, wurden anschließend unter Verwendung der
verschiedenen cDNAs Polymerase-Kettenreaktionen (PCRs) (Saiki, R.K. et al., Science, 239,
487-491, 1988) durchgeführt. Nur im Falle der Colon-cDNA erhielten wir ein 280 bp großes
Amplifikationsprodukt. Dieses DNA-Fragment wurde kloniert und sequenziert. Die Analyse der
Nucleotidsequenz ergab, daß in 3′-Richtung hinter der Region, welche dem Primer HUGU-5
entspricht, ein Bereich folgt, der im korrekten Leseraster für die Aminosäuren codiert, die aus den
Peptidsequenzen zu erwarten sind. Dies bestätigte die Klonierung eines GCAP-II/Uroguanylin-spe
zifischen cDNA-Fragmentes. Auf das Codon für Leucin in Position 24 von GCAP II bzw. in
Position 16 von Uroguanylin folgt dann ein TGA-Translationsstopcodon, was ein Beweis dafür
darstellt, daß die isolierten Peptide den C-Terminus eines Vorläuferproteins repräsentieren.
Um mögliche Syntheseorte des GCAP-II/Uroguanylin-Vorläuferproteins zu identifizieren,
wurde eine Northern-Hybridisierung (Thomas, P., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 5201-5205,
1980) mit Gesamt-RNA aus einer Reihe humaner Gewebe (Tonsillen, Parotis, Herzaurikel,
Magen, Pankreas, Leber, Colon, Niere und Nebenniere) durchgeführt. Als Hybridisierungsprobe
wurde ein inneres, mit den Primern HUGU-8 und HUGU-9 (siehe Abb. 2 u. 3) erhaltenes PCR-
Fragment verwendet, welches nicht mehr die Oligo(dT)-Sequenz des Primers HUGU-5 enthält und
daher nicht zu einem unspezifischen Hintergrund durch Kreuzhybridisierung mit den Poly(A)-
Schwänzen eukaryontischer mRNAs führt. Von den untersuchten Geweben zeigte nur Colon ein
relativ starkes Signal, was für eine hohe Expressionsrate des DCAP-II/Uroguanylin-Gens in
diesem Gewebe spricht.
Die Kenntnis des Syntheseortes erlaubte nun die Durchführung einer sogenannten 5′-RACE-PCR
(Frohmann, M.A., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85, 8998-9002, 1988) zur Amplifikation
des 5′-terminalen Restes der GCAP-II/Uroguanylin-cDNA. Hierzu wurden die
selbstkonstruierten Primer HUGU-7, HUGU-9 und HUGU-10, humane Colon-Gesamt-RNA und
das 5′-RACE-System von Gibco BRL (Eggenstein) verwendet. Tatsächlich wurde ein 500 bp
großes homogenes Fragment im letzten Amplifikationsschritt erhalten. Durch Klonierung und
Sequenzierung konnte die Spezifität für GCAP-II/Uroguanylin bestätigt und zusammen mit der
zuerst erhaltenen Sequenz eine komplette, 583 Basenpaare große cDNA-Sequenz des GCAP-
II/Uroguanylin-Vorläufers zusammengesetzt werden (siehe Abb. 3).
Das erste in der Sequenz erscheinende potentielle Translationsstartcodon ATG ist tatsächlich der
Beginn eines offenen Leserasters von 336 Basenpaaren, das für einen 112 Aminosäuren großen
GCAP-II/Uroguanylin-Vorläufer codiert. Die N-terminal ersten 21 Aminosäuren zeigen
erwartungsgemäß die typischen Charakteristika (hohe Hydrophobizität) eines sekretorischen
Signalpeptides (Von Heÿne, G., Eur. i. Biochem., 133, 17-21, 1983). Der 3′-Terminus der
cDNA-Sequenz codiert wie bereits erwähnt für die isolierten Peptide GCAP-II und Uroguanylin.
Claims (23)
1. GCAP-II mit der Aminosäurensequenz
Phe - Lys - Thr - Leu - Arg - Thr - Ile - Ala - Asn - Asp - Asp - Cys - Glu - Leu - Cyc - Val - Asn -
Val - Ala - Cys -Thr - Gly - Cvc - Leu GCAP-IIsowie seine natürlichen und pharmakologisch verträglichen Derivate, insbesondere amidierte,
acetylierte, phosphorylierte und glycosylierte GCAP-II-Derivate. Weiterhin natürliche und
künstliche Fragmente mit biologischer Wirkung, die aus der Aminosäurensequenz abgeleitet
werden.
2. GCAP-II-Vorläufer-cDNA-Sequenz und daraus abgeleitete Aminosäuresequenz des GCAP-II-
Vorläufers gemäß Abb. 3.
3. Durch spezifische endoproteolytische Spaltung erhaltene C-terminale Teilfragmente des aus der
cDNA-Sequenz abgeleiteten GCAP-II-Vorläufers mit biologischer Aktivität gemäß Abb. 4.
4. Verfahren zur Herstellung des GCAP-II oder seiner Derivate und seiner Fragmente nach
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß dieses über eine prokaryontische oder eine
eukaryontische Expression hergestellt und chromatographisch gereinigt wird.
5. Verfahren zur Herstellung des GCAP-II oder seiner Derivate und seiner Fragmente nach
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß man es aus menschlichem Blut über übliche
Chromatographie-Verfahren in bekannter Weise isoliert.
6. Verfahren zur Herstellung des GCAP-II oder seiner Derivate und seiner Fragmente nach
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß man das GCAP-II oder seine Derivate durch die üblichen
Verfahren der Festphasen- und Flüssigphasen-Synthese aus den geschützten Aminosäuren, die in
der ausgegebenen Sequenz enthalten sind, herstellt, deblockiert und es mit den gängigen
Chromatographie-Verfahren reinigt.
7. Arzneimittel, enthaltend das humane, zirkulierende GCAP-II oder seiner Derivate und seiner
Fragmente nach Anspruch 1 und 3 oder hergestellt nach Ansprüchen 4 bis 6, das GCAP-II als
aktiven Wirkstoff neben üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen.
8. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Behandlung von Erkrankungen, die bei
Funktionsstörungen des Elektrolyt-Wasser-Haushaltes auftreten (Nieren- und Darmerkrankungen).
9. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Behandlung von Erkrankungen des
menschlichen Organismus, insbesondere mit Beteiligung des Magen-Darm-Traktes, der Atemwege
und des Urogenitalapparates.
10. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Behandlung von Erkrankungen des
menschlichen Organismus, insbesondere mit Beteiligung des Herzkreislauf- und Nervensystems.
11. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Behandlung von Erkrankungen des
menschlichen Organismus, insbesondere mit Beteiligung des Intugementes und der Sinnesorgane.
12. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Behandlung von Systemerkrankungen bei
Überproduktion oder Mangel von GCAP-II, insbesondere bei z. B. durch Anwendung gegen dieses
gebildete Antikörper oder zur Verwendung von GCAP-II zur Substitutionstherapie.
13. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Behandlung von chronischen
Erkrankungen, teils vergesellschaftet mit Erkrankungen gemäß Ansprüchen 8 bis 12, indem es in
geeigneter Form für die Behandlung für die Elektrolytwirkung bei Erkrankungen auf den
Knochenumbau (Osteoporose) oder am Zahnapparat benutzt wird.
14. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Behandlung von endokrinen
Erkrankungen, die durch Stimulation des cGMP-Spiegels in endokrinen Zellen einhergehen wie
z. B. die Erkrankungen des endokrinen Pankreas (Diabetes), der Hypophyse und des endokrinen
Magen-Darmtraktes.
15. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Behandlung von akuten Erkrankungen,
gemäß Ansprüchen 8 bis 14, indem es in geeigneter Form für die Behandlung in der Intensivpflege
dieser Erkrankungen benutzt wird.
16. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 zur Diagnose von Erkrankungen,
insbesondere nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 14, indem spezifische Antikörper gegen das
synthetische Peptid oder seiner Derivate und seiner Fragmente hergestellt werden und die
Blutkonzentration GCAP-II über Immuntests gemessen wird.
17. Verwendung des Arzneimittels nach Anspruch 7 in verschiedenen galenischen
Applikationsformen, insbesondere der lyophilisierten, mit Mannit aufgenommenen Form in sterilen
Ampullen zur Auflösung in physiologischer Kochsalzlösung und/oder Infusionslösungen zur
wiederholten Einzelinjektion und/oder Dauerinfusion in Mengen von 300 Mikrogramm bis 30
Milligramm reines GCAP-II pro Therapie-Einheit.
18. Verwendung der humanen cDNA für die Erkennung und Behandlung der in Ansprüchen 8 bis
14 genannten Erkrankungen, indem Gensonden aus dem sequenzierten Bereich abgeleitet,
synthetisch oder biotechnologisch hergestellt und zur Diagnose über Hybridisierungstechniken
(z. B. Southern- und Northern-Blots) sowie mit spezifischer PCR-Reaktion benutzt werden.
19. Verwendung der humanen cDNA als Hybridisiersonde bzw. zur Herstellung von
Oligonukleotiden als Hybridisiersonden, die der Klonierung des humanen GCAP-II-Gens dienen.
20. Verwendung des Gens nach Anspruch 18 zur Konstruktion von Vektoren, die speziell in der
Gentherapie für GCAP-II abhängige Erkrankungen eingesetzt werden können.
21. Verwendung der cDNA oder des Gens nach Anspruch 18 mit den erarbeiteten
Nukleotidsequenzen zur Konstruktion von Expressionssystemen, bestehend aus den in diesen
Sequenzen enthaltenen Nukleotidfragmenten zur Produktion von GCAP-II-bezogenen Peptiden für
die wirtschaftliche Verwertung, insbesondere die Behandlung der in Ansprüchen 8 bis 14
genannten Erkrankungen.
22. Verwendung des humanen GCAP-II-Gens nach Anspruch 18 mit seiner erarbeiteten
Nukleotidsequenz zur Veränderung des Genoms bei Tieren, die wirtschaftliche Verwendung
finden, z. B. in Form von transgenen Spezies oder modifizierten Tierarten, die besonders resistent
gegen die in Ansprüchen 8 bis 14 genannten Erkrankungen sind.
23. Zu Anspruch 14 wird auch die Anwendung weiterer bekannter Peptide dieser Stoffgruppe
namentlich Guanylin-I (GCAP-I) beansprucht, da die genannten endokrinen Organe im Rahmen
dieser Studie miterfaßt wurden. Hierzu zählen die Stoffe Guanylin I (GCAP-I) und dessen
Vorläuferprotein mit ihren Primärstrukturen und den natürlichen Spaltprodukten.
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