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Das
technische Problem, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt,
ist die Bereitstellung von Peptiden, welche immunologisch bedeutsamen
Epitopen entsprechen, sowie die Verwendung dieser Peptide in diagnostischen
oder immunogenen Zusammensetzungen.
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Jüngste Entwicklungen
in der Gentechnik sowie der Chemie der Festphasen-Peptidsynthese
führten zu
einer zunehmend breiteren Verwendung von synthetischen Peptiden
in der Biochemie und Immunologie. Proteinsequenzen, welche als Ergebnis
molekularer Klonierungstechniken verfügbar werden, können chemisch
in großen
Mengen fürstrukturelle,
funktionelle und immunologische Untersuchungen synthetisiert werden.
Peptide, welche immunologisch bedeutsamen Epitopen entsprechen,
die auf viralen und bakteriellen Proteinen gefunden wurden, haben
sich auch als hochspezifische Reagenzien erwiesen, welche für den Nachweis von
Antikörpern
und die Diagnose einer Infektion eingesetzt werden können.
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Trotz
der vielen Vorteile, die synthetische Peptide bieten, sind eine
Reihe von Nachteilen mit ihrem Einsatz verbunden. Aufgrund ihrer
relativ geringen Größe (im allgemeinen
weniger als 50 Aminosäuren
Länge) kann
deren Struktur in der Abwesenheit des stabilisierenden Einflusses
intramolekularer Wechselwirkungen, die im vollständigen Protein vorhanden sind,
zwischen vielen verschiedenen Konformationen fluktuieren. Ferner
bedeutet die geringe Größe dieser
Peptide, daß deren
chemische Eigenschaften und Löslichkeiten
häufig recht
verschieden von denjenigen des Proteins vollständiger Länge sein werden und daß der Beitrag
individueller Aminosäuren
in der Peptidsequenz hinsichtlich der Bestimmung der gesamten chemischen
Eigenschaften des Peptids proportional größer sein wird.
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Viele
immunologische Assays erfordern, daß das zum Antikörpernachweis
eingesetzte Antigen auf einem festen Träger immobilisiert ist. Die
meisten Enzym-verknüpften
Immuno-sorbens-Assays
(ELISA) verwenden Polystyrol als feste Phase. Viele Proteine können stabil
an die feste Phase adsorbiert werden und präsentieren Sequenzen, welche
für nachfolgende
Wechselwirkungen mit Antikörpern
zur Verfügung
stehen. Aufgrund ihrer geringen Größe führt die direkte Adsorption
von Peptiden an die feste Phase aus einer Reihe von Gründen häufig zu
unbefriedigenden Ergebnissen.
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Erstens
kann das Peptid nicht die richtige Gesamtladung oder Aminosäurezusammensetzung
besitzen, welche dem Peptid die Bindung an die feste Phase ermöglichen
würde.
Zweitens können
dieselben Aminosäurereste,
welche für
die Bindung an die feste Phase erforderlich sind, auch für Antikörpererkennung
erforderlich sein und deshalb für
die Antikörperbindung
nicht zur Verfügung
stehen. Drittens kann das Peptid nach der Bindung an die feste Phase
in einer ungünstigen
Konformation fixiert werden, welche es für Antikörpermoleküle nicht erkennbar macht. In
vielen Fällen
ist es weder möglich
noch erforderlich, zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden.
Die Bindung an die feste Phase kann erhöht und weniger beeinflußbar durch die
spezifischen chemischen Eigenschaften eines Peptids gemacht werden,
indem das Peptid zuerst an ein großes Trägermolekül gekoppelt wird. Typischerweise
ist das Trägermolekül ein Protein.
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Während die
Menge des an die feste Phase gebundenen Peptids, obgleich indirekt,
in einigen Fällen mit
dieser Methode erhöht
werden kann, steht diesem Ansatz die Tatsache entgegen, daß an der
Verknüpfung zwischen
dem Peptid und dem Trägerprotein
häufig
die Seitenketten von internen trifunktionellen Aminosäuren beteiligt
sind, deren Integrität
für die
Erkennung durch Antikörper
unverzichtbar sein mag. Die Bindungsaffinität von Antiseren für das intern
modifizierte Peptid ist häufig
im Vergleich zu dem unmodifizierten Peptid oder dem nativen Protein
sehr stark verringert.
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Die
Produktion von Antiseren gegen synthetische Peptide erfordert ebenfalls
in den meisten Fällen, daß das Peptid
an einen Träger
gekoppelt ist. Wiederum ist es wahrscheinlich, daß die Kopplungsreaktion
zwischen einer internen trifunktionellen Aminosäure des Peptids und dem Träger die
immunogenen Eigenschaften des Peptids ändert.
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Es
existieren viele Verfahren zur Durchführung von Kopplungsreaktionen
und die meisten der gegenwärtig
eingesetzten Verfahren werden detailliert erörtert in Van Regenmortel, M.H.V.,
Briand, J.P., Muller, S., und Plaue, S.; Laboratory Techniques in
Biochemistry and Molecular Biology, Bd. 19, Synthetic Polypeptides as
Antigens, Elsevier Press, Amsterdam, New York, Oxford, 1988. Außer mit
diesen Verfahren können
ungeschützte
Peptide auch unter Verwendung von im Handel erhältlichen Reagenzien wie N-Hydroxysuccinimidobiotin
oder Biotinamidocaproat-N-hydroxysuccinimidester biotinyliert werden.
Viele dieser Reagenzien werden in Billingsley, M.L., Pennypacker,
K.R., Hoover, C.G., und Kincaid, R.L., Biotechniques (1987) 5(1):22-31,
erörtert.
Biotinylierte Peptide sind imstande, von den Proteinen Streptavidin
und Avidin, zwei Proteinen, welche eine Bindung an Biotin von außerordentlich
hoher Affinität
zeigen, gebunden zu werden.
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In
bestimmten Fällen
ist es möglich,
Biotin selektiv an ein ungeschütztes
Peptid zu koppeln oder ein ungeschütztes Peptid an einen Träger zu koppeln.
Dies kann erreicht werden, indem das Peptid mit einer zusätzlichen,
einem der Enden hinzugefügten,
trifunktionellen Aminosäure
synthetisiert wird, welche imstande ist, an der Kopplungsreaktion
teilzunehmen. Dieser Ansatz wird jedoch nur erfolgreich sein, wenn
diese Aminosäure
kein entscheidender Rest in der immunogenen Sequenz von Interesse
ist und wenn das gewählte Kopplungsmittelausreichend
selektiv ist. Keine einzige Technik ist auf alle ungeschützten Peptide
ungeachtet ihrer Aminosäurezusammensetzung
anwendbar.
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Das ätiologische
Agens, welches für
Non-A-Non-B-Hepatitis verantwortlich ist, wurde identifiziert und als
Hepatitis C-Virus (HCV) bezeichnet. Die Patentanmeldung EP-A-0 318
216 offenbart Sequenzen, die etwa 80 % des viralen Genoms entsprechen.
Die Verfügbarkeit
dieser Sequenzen führte
schnell zur Aufklärung
der restlichen kodierenden Sequenzen, insbesondere der im 5'-Ende des Genoms
lokalisierten Sequenzen (Okamoto; J. Exp. Med. 60, 167–177, 1990).
Das HCV-Genom ist ein lineares Plus-Strang-RNA-Molekül mit einer Länge von
etwa 9400 Nukleotiden. Mit Ausnahme von relativ kurzen nicht-translatierten
Regionen an den Termini besteht das Genom aus einem großen ununterbrochenen
offenen Leserahmen, der für
ein Polyprotein von etwa 3000 Aminosäuren kodiert. Es wurde gezeigt,
daß dieses
Polyprotein mit der Translation in individuelle strukturelle und
nicht-strukturelle (NS) virale Regionen gespalten wird. Die Strukturprotein-Region
wird weiter in Capsid (Core)- und Hüll (E1 und E2) -Proteine unterteilt.
Die NS-Regionen werden in die Regionen NS-1 bis NS-5 unterteilt.
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In
einer Reihe von unabhängigen
Patentanmeldungen wurden eine Vielfalt von Strategien angewandt, um
die Positionen von diagnostisch bedeutsamen Aminosäuresequenzen
festzustellen, und viele dieser Studien führten zur Identifizierung ähnlicher
Regionen des HCV-Polyproteins.
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Die
NS4-Region wurde hauptsächlich
untersucht in EP-A-0 318 216, EP-A-0 442 394, US-5,106,726, EP-A-0 489 986, EP-A-0 484
787 und EP-A-0 445 801. Unglücklicherweise
bilden nur 70 % der HCV-infizierten Personen Antikörper gegen
NS4, weder die synthetischen noch die rekombinanten Proteine, welche
Sequenzen aus dieser Region enthalten, eignen sich zur Identifizierung
aller infizierten Serumproben. Die Nukleocapsid- oder Core-Region
wurde in den Patentanmeldungen EP-A-0 442 394, US-5,106,726, EP-A-0
489 986, EP-A-0 445 801, EP-A-0 451 891 und EP-A-0 479 376 untersucht.
Es wurde festgestellt, daß diese
Peptide, oft als Mischungen eingesetzt, häufiger von Antikörpern (85–90 %) in
Seren von chronisch infizierten Personen erkannt wurden als die
von NS4 abgeleiteten Peptide. Die NS5-Region wurde in den Patentanmeldungen EP-A-0
489 986 und EP-A-0 468 527 untersucht. Je nach der eingesetzten
Serumauswahl läßt sich
bei mehr als 60 % von NANB-Hepatitis zeigen, daß gegen diese Peptide gerichtete
Antikörper
enthalten sind. Die NS3-Region wurde ebenfalls in der Patentanmeldung
EP-A-0 468 527 untersucht. Alles verfügbare Beweismaterial legt nahe,
daß das
am stärksten
dominierende Epitop von NS3 diskontinuierlicher Natur ist und von synthetischen
Peptiden nicht adäquat
dargestellt werden kann. Die E1-Region, welche als eine Region von
der äußeren Oberfläche der
Viruspartikel (mögliche
immunogene Epitope) potentiell von Interesse ist, wurde in den beiden
Patentanmeldungen EP-A-0 468 527 und EP-A-0 507 615 untersucht.
Die E2/NS1-Region wurde aus demselben Grund wie E1 untersucht. Vergleiche
dieser Region aus verschiedenen HCV-Varianten offenbarten, daß dieses
Protein variable Regionen enthält,
welche an die HIV-V3-Loop-Region des gp120-Hüllproteins erinnern. Vier Peptide
wurden in EP-A-0 468 527 gefunden, von denen gezeigt wurde, daß sie relativ
selten erkannte Epitope enthalten. Schließlich wurde die NS2-Region
von HCV in EP-A-0 468 527 analysiert. Der diagnostische Wert dieser
Region ist jedoch noch nicht klar. Praktisch alle Patentanmeldungen,
welche diagnostisch nützliche
synthetische Peptide für
den Antikörpernachweis
betreffen, beschreiben bevorzugte Kombinationen von Peptiden. Die
meisten davon enthalten Peptide von dem HCV-Core-Protein und NS4.
In einigen Fällen
sind Peptide von NS5 (EP-A-0 489 968 und EP-A-0 468 527) und E1
und E2/NS1 enthalten (EP-A-0 507
615 und EP-A-0 468 527).
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Die
Entscheidung, ob ein Epitop von diagnostischem Nutzen ist oder nicht,
ist immer klar und hängt bis
zu einem gewissen Grad von der speziellen Konfiguration des Tests
ab, in den es einbezogen wird. Es sollte Idealerweise ein immundominantes
Epitop sein, welches von einem großen Prozentsatz tatsächlich positiver
Seren erkannt wird, oder sollte imstande sein, andere Antigene in
dem Test zu komplementieren, um die Nachweisrate zu erhöhen. Epitope,
welche nicht häufig
erkannt werden, können
von diagnostischem Nutzen sein oder nicht, je nach dem Beitrag,
den sie zur Erhöhung
der Nachweisrate von Antikörpern
in tatsächlich positiven
Seren leisten, und dem Grad, in dem sich die Inkorporation dieser
Epitope nachteilig auf die Empfindlichkeit des Tests aufgrund der
Verdünnung
anderer stärkerer
Epitope auswirkt.
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Peptide
können
deshalb eingesetzt werden, um Regionen von Proteinen zu identifizieren,
welche spezifisch von Antikörpern
erkannt werden, die als Folge von Infektion oder Immunisierung gebildet
wurden. Im allgemeinen gibt es zwei Strategien, die verfolgt werden
können.
Eine dieser Strategien wurde von Geysen, H.M., Meloen, R.H., und
Barteling, S.J., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1984) 81:3998-4002,
beschrieben. Dieser Ansatz beinhaltet die Synthese einer umfangreichen
Serie von kurzen, überlappenden
Peptiden auf Polyethylen-Stäbchen, die
mit einem nicht-spaltbaren Linker derivatisiert sind, so daß die gesamte
Länge des
Proteins oder Proteinfragments von Interesse repräsentiert
wird.
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Die
Stäbchen
werden mit Antiseren inkubiert und die Antikörperbindung mit Hilfe eines
Anti-Immunglobulin
: Enzym-Konjugats nachgewiesen. Eine positive Reaktion identifiziert
sofort die Lage und Sequenz von Epitopen, die in der Proteinsequenz
vorhanden sind. Diese Technik hat den Vorteil, daß alle Peptide
gleichmäßig über ihren
Carboxyterminus mit dem festen Träger verknüpft sind. Während dieses Verfahren eine
sehr genaue Kartierung von linearen Epitopen ermöglicht, ist die Länge der
Peptide beschränkt,
welche zuverlässig auf
den Stäbchen
synthetisiert werden können.
Dies kann manchmal Probleme mit sich bringen, wenn die Länge des
Epitops die Länge
der synthetisierten Peptide übertrifft.
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Ein
zweiter Ansatz zur Epitop-Kartierung beinhaltet die Synthese größerer Peptide,
gewöhnlich
zwischen 15 und 30 Aminosäuren
Länge,
entlang der Sequenz des zu analysierenden Proteins. Aufeinanderfolgende
Peptide können
aneinander anschließen,
sind jedoch vorzugsweise überlappend.
Nach der Spaltung wird die Bewertung der Antikörperbindung an die individuellen
Peptide durchgeführt
und die ungefähren
Positionen der Epitope können
identifiziert werden. Ein Beispiel dieses Ansatzes wird in Neurath,
A.R., Strick, N., und Lee, E.S.Y., J. Gen. Virol. (1990) 71:85-95,
gegeben. Dieser Ansatz hat den Vorteil, daß längere Peptide synthetisiert
werden können,
welche mutmaßlich
der homologen Sequenz im nativen Protein eher ähneln und welche bessere Targets
für die
Antikörperbindung
bieten. Der Nachteil dieses Ansatzes ist, daß jedes Peptid chemisch einzigartig
ist und daß die
Bedingungen, unter denen jedes Peptid optimal eine feste Phase zur
immunologischen Bewertung beschichten kann, hinsichtlich solcher
Faktoren wie pH-Wert, Ionenstärke
und Pufferzusammen setzung stark variieren können. Die Menge an Peptid,
welche an die feste Phase adsorbiert werden kann, ist ebenfalls
ein unkontrollierter Faktor, der für jedes Peptid einzigartig
ist.
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Von
Grünigen
et al. (Biol. Chem. Hoppe-Seyler, 1991, 372:163-172) offenbaren
zwei N-terminale Biotinylgastrin-Derivate, welche von an Polystyrol
absorbiertem Avidin oder Streptavidin gebunden werden. Nach der
Immobilisierung behalten diese Biotinylgastrine ihre antikörperbindende
Kapazität
vollständig,
was die Entwicklung eines Sandwich-ELISA mit einer um eine Größenordnung
höheren
Empfindlichkeit als derStandard-ELISA mit Polystyrol-adsorbiertem
Gastrin erlaubt.
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Chan
et al., (The Lancet, 1991, 338 : 1391) beschreiben serologische
Auswirkungen auf die Infektion mit drei verschiedenen Typen des
Hepatitis C-Virus.
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Pollet
et al. (Clinical Chemistry, 1991, 37:6, Abstract Nr. 0547) beschreiben
die Verwendung synthetischer HCV-20-mer-Peptide zum Nachweis von
HCV-Antikörpern.
Eine Kombination von Peptiden aus den NS5-, NS4- und Core-Regionen
war zur Maximierung der Anzahl reaktiver Seren erforderlich.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Zusammensetzungen,
enthaltend Peptide, die immunologisch bedeutsamen Epitopen auf Proteinen
entsprechen sollen; für
diagnostische Zwecke.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist auch die Bereitstellung
von Zusammensetzungen, enthaltend Peptide, die immunologisch bedeutsamen
Epitopen auf Proteinen entsprechen sollen, für Vakzin-Zwecke.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde eine Reihe von Peptiden, die immunologisch bedeutsame Regionen
von viralen Proteinen repräsentieren,
identifiziert und durch eine Festphasen-Peptidsynthese hergestellt.
Es wurde festgestellt, daß diese
Peptide sehr nützlich
sind für
(i) den Nachweis von Antikörpern
gegen HCV. In einigen bevorzugten Anordnungen konnte für diese
Peptide auch gefunden werden oder wurde zumindestens erwartet, daß sie bei
der Stimulierung der Produktion von Antikörpern gegen HCV in gesunden Tieren,
wie z.B. BALB/C-Mäusen,
und in einer Vakzin-Zusammensetzung zur Verhinderung von HCV-Infektion von
Nutzen sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft konkreter ein Peptid mit einer Aminosäuresequenz,
ausgewählt
aus der folgendermaßen
zusammengesetzten Gruppe:
worin
A, falls vorhanden, wie in runden Klammern bezeichnet (eine) Aminosäure(n),
eine Aminogruppe oder eine chemische Modifizierung des Aminoterminus
der Peptidkette darstellt;
- B – Biotin darstellt;
- X – eine
biotinylierte Verbindung, die während
der Syntheseprozesses integriert ist, darstellt;
- Y – eine
kovalente Bindung darstellt;
- B und X stehen in runden Klammern und weisen darauf hin, dass
das Vorhandensein von Biotin oder einer biotinylierten Verbindung
in diesen Position optional ist, mit der einzigen Bedingung, dass
B oder X in mindestens einer der gezeigten Positionen vorhanden
sind;
- Z – (eine)
Aminosäure(n),
eine OH-Gruppe, eine NH2-Gruppe oder irgendeine
dieser zwei Gruppen einschließende
Verknüpfung
darstellt; oder
- Varianten von irgendeinem der oben festgelegten Peptide, wobei
die Varianten Insertionen und konservierende sowie nicht-konservierende
Aminosäuresubstitutionen
hinsichtlich irgendeiner der oben festgelegten Aminosäuresequenzen
darstellen, mit der Maßgabe,
daß die
Peptidvarianten in der Lage sind, einen immunologischen Kompetiton
mit mindestens einer HCV-Typ-3-Art zu bewirken, oder
- cyclische Versionen von irgendeinem der oben festgelegten Peptide,
die durch Einbau einer thiolhaltigen Verbindung in die Peptidkette
der oben festgelegten Aminosäuresequenzen
so erhältlich
sind, daß Mercaptogruppen
bereitgestellt werden, die in einem anschließenden Cyclisierungsschritt
zu verwenden sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Peptid wie oben definiert
mit einer Aminosäuresequenz, ausgewählt aus
der folgendermaßen
zusammengesetzten Gruppe:
worin
A, B; X, Y und Z gleiche Bedeutung, wie oben beschrieben, haben.
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Die
Peptide von Interesse sollen immunologische Proteine oder Domänen von
Proteinen, die von HCV kodiert werden, nachbilden. Nachdem für HCV Sequenzvariabilität festgestellt
wurde, kann es wünschenswert sein,
eine oder mehrere Aminosäure(n)
zu variieren, um die Epitope verschiedener Stämme besser nachzubilden. Es
versteht sich, daß die
beschriebenen Peptide nicht mit irgendeiner bestimmten HCV-Sequenz
identisch sein müssen,
solange die betreffenden Verbindungen imstande sind, eine immunologische
Kompetition mit mindestens einem Stamm von HCV zu bewirken. Die
Peptide können
deshalb Gegenstand von Insertionen und konservierenden sowie nicht-konservierenden
Aminosäuresubstitutionen
sein, wenn solche Änderungen bestimmte
Vorteile hinsichtlich ihrer Verwendung bieten könnten. In bestimmten Fällen kann
es wün-schenswert
sein, zwei oder mehr Peptide zusammen zu einer Einzelstruktur zu
verbinden. Die Bildung eines solches Verbunds kann kovalente oder
nicht-kovalente Bindungen beinhalten.
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Von
besonderem Interesse sind biotinylierte Peptide von HCV, in welche
Cystein, Thioglycolsäure
oder andere thiolhaltige Verbindungen in die Peptidkette inkorporiert
wurden, um Mercaptogruppen bereitzustellen, welche zur Cyclisierung
der Peptide eingesetzt werden können.
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Es
versteht sich, daß auch
andere Peptide, entsprechend HCV-Typ-3-Isolat-Sequenzen, die immunologisch
bedeutsamen Regionen entsprechen, wie sie für HCV Typ 1 und Typ 2 bestimmt
wurden, ebenfalls in der erfndungsgemäßen Zusammensetzung enthalten
sein können.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Hybridpeptid, welches in
seiner Aminosäuresequenz
eine kovalent oder nicht-kovalent verbundene Kombination aus mindestens
zwei Peptiden wie oben definiert umfaßt, die möglicherweise durch Spacergruppen,
vorzugsweise Gly- und/oder Ser-Gruppen, getrennt sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Peptid, welches an Streptavidin
oder Avidin gebunden ist, wobei das Streptavidin bzw. Avidin seinerseits
möglicherweise
an eine feste Phase gebunden ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Peptid wie oben definiert,
wobei das Peptid über
seine Biotingruppe an auf einer Nylonmembran vorliegendes Streptavidin
gebunden ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Peptid wie oben definiert,
wobei das Peptid mit einem festen Träger über kovalente oder nicht-kovalente
Wechselwirkungen verankert ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Nachweis von
in einer biologischen Probe vorliegenden Antikörpern gegen HCV, umfassend:
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- (i) Kontaktieren der biologischen Probe, die
auf die Gegenwart von HCV zu analysieren ist, mit Peptid(en) wie
oben definiert,
- (ii) Nachweis des zwischen den Antikörpern und dem (den) Peptid(en)
gebildeten Immunkomplexes.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung
des in einer Probe vorhandenen HCV-Typs, umfassend:
-
- (i) Kontaktieren der biologischen Probe, die
auf die Gegenwart von HCV zu analysieren ist, mit Peptid(en) wie
oben definiert,
- (ii) Nachweis des zwischen den Antikörpern und dem (den) Peptid(en)
gebildeten Immunkomplexes.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren wie oben definiert,
wobei in Schritt (i) die biologische Probe auch mit mindestens einem
HCV-Typ-2-NS4-Peptid kontaktiert wird, das ausgewählt ist
aus:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren wie oben definiert,
wobei die biologische Probe auch mit mindestens einem HCV-Typ-1-NS4-Peptid
kontaktiert wird, das ausgewählt
ist aus:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch einen immunologischen Assay
zum Nachweis von HCV-Antikörpern
unter Einsatz eines Peptids (von Peptiden) wie oben definiert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch einen immunologischen Assay
zum Nachweis von HCV-Antikörpern
unter Einsatz eines Peptids wie oben definiert, wobei das Peptid
mit einem Antigen oder einem an eine feste Phase gebundenen Peptid,
wie oben definiert, konkurrieren kann.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch einen immunologischen Assay
zum Nachweis von HCV-Antikörpern
wie oben definiert, wobei die Peptide an eine Membran in Form paralleler
Linien gebunden sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch einen immunologischen Assay
zum simultanen Nachweis der Anwesenheit oder Abwesenheit von Antikörpern gegenüber verschiedenen
HCV-Genotypen in einer Probe unter Einsatz eines Peptids wie oben
definiert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen immunologischen Assay wie oben
definiert, bei dem ferner ein wie oben definiertes NS4-Typ-2-Peptid
eingesetzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen immunologischen Assay wie oben
definiert, bei dem ferner ein wie oben definiertes HCV-NS4-Typ-1-Peptid
eingesetzt wird.
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Die
Synthese der Peptide kann in Lösung
oder auf einem festen Träger
erzielt werden. Syntheseprotokolle verwenden im allgemeinen t-Butyloxycarbonyl-
oder 9-Fiuorenylmethoxycarbonyl-geschützte aktivierte Aminosäuren. Die
Verfahren zur Durchführung
der Synthese, die Aminosäureaktivierungstechniken,
die Arten der Seitenkettenherstellung und die Spaltverfahren werden
eingehend in beispielsweise Stewart und Young, Solid Phase Peptide
Synthesis, 2. Auflage, Pierce Chemical Company, 1984, und Atherton
und Sheppard, Solid Phase Peptide Synthesis, IRL Press, 1989, beschrieben.
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Der
Einsatz von biotinylierten Peptiden zur Bestimmung von Antikörpern ist
bezüglich
der Peptidlänge nicht
beschränkt
und vermeidet die Schwierigkeiten, welche mit der direkten Beschichtung
der festen Phase mit Peptiden für
die immunologische Bewertung verbunden sind.
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Die
Verwendung von biotinylierten Peptiden im erfindungsgemäßen Verfahren
ergibt eine solche Verankerung der Peptide an einem festen Träger, daß sie die
essentiellen Aminosäuren
frei für
eine Erkennung durch Antikörper
beläßt.
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Der
Begriff „Verankerung
eines Peptids an einem festen Träger" bedeutet die Verknüpfung des
Peptids mit einem Träger über kovalente
Bindungen oder nicht-kovalente Wechsel-Wirkungen, so daß das Peptid
immobilisiert wird.
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Der
feste Träger
kann Nitrocellulose, Polystyrol, Nylon oder irgendein anderes natürliches
oder synthetisches Polymer sein.
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Der
Einsatz von biotinylierten Peptiden im erfindungsgemäßen Verfahren
ermöglicht
es den biotinylierten Peptiden, frei ein breites Spektrum von Konformationen
einzunehmen, von denen mindestens eine für die Bindung von Antikörpern an
diese biotinylierten Peptide geeignet ist.
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Biotinylierte
Peptide können
zur Verwendung im Verfahren der Erfindung ausgewählt werden. Jedoch sind einige
davon auch ohne Biotinylierung und ohne Beteiligung an einem Komplex
von Avidin oder Streptavidin imstande, an einem festen Träger verankert
zu werden und mit Antikörpern
zu reagieren, welche spezifisch das Epitop innerhalb dieses Peptids
erkennen. In diesem Fall resultiert der Einsatz von biotinylierten
Peptiden in einer offensichtlichen Erhöhung der Antigenizität von Peptiden
bezüglich
der beobachteten Antigenizität,
wenn die Peptide nicht biotinyliert sind. Der Ausdruck „offensichtlich" soll eine beobachtete
Veränderung anzeigen,
welche unter ähnlichen
Testbedingungen erhalten wird, ungeachtet des absoluten Grundes
der beobachteten Veränderung.
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„Antigenizität" bedeutet die Eigenschaft
eines Peptids, von einem Antikörper
gebunden zu werden.
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„Erhöhung der
Antigenizität" bedeutet, daß ein positives
Signal für
eine Verdünnung
erhalten wird, welche mindestens zweimal die Verdünnung der
nicht-biotinylierten Peptide ist. Dieses positive Signal ist von
derselben Größenordnung,
wie das für
nicht-biotinylierte Peptide erhaltene Signal.
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Mit
anderen Worten, der Erhalt eines positiven Signals kann für eine kleinere
Mengebiotinylierten Peptids im Vergleich zur Menge des nicht-biotinylierten
Peptids erreicht werden.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zur Durchführung
der in vitro-Bestimmung von Antikörpern erfolgt mit Hilfe eines
Enzym-verknüpften
Immunosorbens-Assays (ELISA). Dieser Assay verwendet eine feste
Phase, welche im allgemeinen eine Polystyrol-Mikrotiterplatte oder
-Perle ist. Die feste Phase kann jedoch jegliches Material sein,
welches zur Bindung eines Proteins imstande ist, entweder chemisch über eine
kovalente Bindung oder durch passive Adsorption. In dieser Hinsicht
können
Membranen auf Nylonbasis ebenfalls als besonders vorteilhaft betrachtet
werden. Die feste Phase ist mit Streptavidin oder Avidin beschichtet
und nach einer geeigneten Zeitspanne wird überschüssiges ungebundenes Protein
durch Waschen entfernt. Jegliche unbesetzten Bindungsstellen auf
der festen Phase werden dann mit einem irrelevanten Protein wie
Rinderserumalbumin oder Casein blockiert.
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Eine
Lösung,
welche die Mischung oder Auswahl von biotinylierten Peptiden enthält, wird
anschließend
mit der Streptavidin- oder Avidin-beschichteten Oberfläche in Kontakt
gebracht und die Bindung ermöglicht.
Ungebundenes Peptid wird durch Waschen entfernt. Alternativ wird
biotinylierten Peptiden die Bildung von Komplexen mit entweder Avidin
oder Streptavidin gestattet. Die resultierenden Komplexe werden
zur Beschichtung der festen Phase eingesetzt. Nach einer geeigneten
Inkubationsspanne wird ungebundener Komplex durch Waschen entfernt.
Eine geeignete Verdünnung
eines Antiserums oder einer anderen Körperflüssigkeit wird mit der festen
Phase in Kontakt gebracht, an die das Peptid gebunden ist. Die Inkubation
wird für
eine ausreichende Zeit durchgeführt,
um das Stattfinden der Bindungsreaktion zu ermöglichen. Anschließend werden
ungebundene Komponenten durch Waschen der festen Phase entfernt.
Der Nachweis der Immunkomplexe wird durch den Einsatz von heterologen
Antikörpern
erzielt, welche spezifisch an die im Testserum vorhandenen Antikörper binden
und welche mit einem Enzym konjugiert wurden, vorzugsweise, jedoch
nicht beschränkt
auf, Meerrettichperoxidase, alkalische Phosphatase oder β-Galaktosidase,
welches imstande ist, ein farbloses oder nahezu farbloses Substrat
oder Co-Substrat in ein stark gefärbtes Produkt zu überführen oder in
ein Produkt, welches imstande ist, einen gefärbten Komplex mit einem Chromogen
zu bilden, der bzw. das visuell nachgewiesen oder spektralphotometrisch
gemessen werden kann.
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Andere
im Stand der Technik bekannte Nachweissysteme können jedoch eingesetzt werden
und schließen
diejenigen ein, bei denen die Menge des gebildeten Produkts elektrochemisch
oder luminometrisch gemessen wird. Das Nachweissystem kann auch
radioaktiv markierte Antikörper
einsetzen, in welchem Fall die Menge des Immunkomplexes mittels
Szintillationszählung
oder Zählung
quantitativ bestimmt wird. Im Prinzip kann jede Art eines biologischen
Tests zum Nachweis von Antikörpern
eingesetzt werden, solange der Test von dem Komplex zwischen entweder
Streptavidin oder Avidin und (einem) wie oben beschrieben synthetisierten
biotinyliertem(en) Peptid(en) Gebrauch macht.
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Ebenfalls
eingeschlossen sind Kompetitions-Assays, bei denen man Streptavidin-
oder Avidinbiotinyliertes-Peptid-Komplexe in Lösung mit dem an eine feste
Phase gebundenen Antigen um Antikörperbindung konkurrieren läßt, oder
Assays, bei denen man freies Peptid in Lösung mit an eine feste Phase
gebundenen Streptavidin- oder Avidin:biotinyliertes-Peptid-Komplexen
konkurrieren läßt. Beispielsweise
werden die vielen Arten von immunologischen Assays zum Nachweis
und zur quantitativen Bestimmung von Antikörpern und Antigen detailliert
erörtert
(Tijssen, P., Practice and Theory of Enzyme Immunoassays, Elsevier
Press, Amsterdam, Oxford, New York, 1985).
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Die
immunologischen Assays können
auf einzelne biotinylierte Peptide beschränkt sein. Vorzugsweise wird
jedoch eine Mischung von biotinylierten Peptiden eingesetzt, die
mehr als ein Epitop einschließt,
das von dem oder den infektiösen
Agens/Agenzien abgeleitet ist, für
welches) die Anwesenheit spezifischer Antikörper gemessen werden soll.
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Ein
weiteres bevorzugtes Verfahren zur Durchführung der in vitro-Bestimmung
von Antikörpernachweis
ist der Linien-Immun-Assay (LIA).
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Dieses
Verfahren zum Antikörpernachweis
besteht im wesentlichen aus den folgenden Schritten:
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- – die
Antigene, in Form der zu testenden oder einzusetzenden biotinyliertes-Peptid:Streptavidin-
oder Avidin-Komplexe, werden als parallele Linien auf eine Membran
aufgebracht, welche imstande ist, das zu testende Antigen kovalent
oder nicht-kovalent zu binden,
- – nicht
besetzte Bindungsstellen auf der Membran werden mit einem irrelevanten
Protein wie Casein oder Rinderserumalbumin blockiert,
- – die
Membran wird in Streifen geschnitten in einer Richtung senkrecht
zu derjenigen Richtung, in der die Antigen (biotinyliertes Peptid)-Linien
aufgebracht sind,
- – eine
geeignete Verdünnung
eines Antiserums oder einer anderen Körperflüssigkeit (enthaltend nachzuweisende
Antikörper)
wird in Kontakt mit einem Streifen gebracht, an den die Antigene
gebunden sind, und für
eine ausreichende Zeitspanne inkubiert gelassen, um das Stattfinden
der Bindungsreaktion zu ermöglichen,
- – nicht
gebundene Komponenten werden durch Waschen des Streifens entfernt,
- – der
Nachweis von Immunkomplexen wird erzielt durch Inkubation des Streifens
mit heterologen Antikörpern,
welche spezifisch an die Antikörper
in dem Testserum binden und welche mit einem Enzym wie Meerrettichperoxidase
konjugiert wurden,
- – die
Inkubation wird für
eine ausreichende Zeitspanne durchgeführt, um das Stattfinden der
Bindung zu ermöglichen,
- – die
Anwesenheit von gebundenem Konjugat wird nachgewiesen durch die
Zugabe des erforderlichen Substrats oder der Co-Substrate, welches)
durch die Einwirkung des Enzyms in ein gefärbtes Produkt überführt wird/werden,
- – die
Reaktionen werden visuell nachgewiesen oder können quantitativ durch Densitometrie
bestimmt werden.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhalt biotinylierter
Peptide wie oben definiert, in dem N-α-Fmoc-X(N-y-Biotin) oder ein
N-α-Fmoc-X(N-y-Biotin)-Derivat
als Zwischenprodukt verwendet wird, worin X darstellt:
worin Fmoc 9-Fluorenylmethoxycarbonyl
darstellt, wobei n mindestens 1, aber weniger als 10 ist und vorzugsweise
zwischen 3 und 6 ist, und wobei eine Aminogruppe an das Cα-Atom gebunden
ist, während
die andere an den Cy-Kohlenstoff
gebunden ist, welcher der am weitesten entfernte Kohlenstoff in
der Seitenkette ist; und y die Position des am weitesten entfernten
Kohlenstoffatoms in bezug auf das die COOH-Gruppe tragende Kohlenstoffatom (Cα-Atom) darstellt,
oder deren mit einem Alkohol erhaltenen Ester, und insbesondere
der Pentafluorphenylester.
-
Dieses
Biotin-Derivat wird als Zwischenprodukt bezeichnet werden und die
oben definierten Zwischenprodukte sind neue Verbindungen, die gemäß dem Verfahren
der Erfindung bestimmt wurden.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren wie oben definiert,
in dem N-α-Fmoc-X(N-y-Biotin) N-α-Fmoc-Lys(N-ε-Biotin)
oder N-α-Fmoc-Ornithinyl
(N-ε-Biotin)
ist, worin Fmoc 9-Fluorenylmethoxycarbonyl darstellt.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
carboxyterminalen biotinylierten Peptids wie oben definiert, umfassend
die folgenden Schritte:
-
- – Kopplung
eines carboxyaktivierten Produkts aus dem Zwischenprodukt wie oben
definiert an einen an das Harz gebundenen, abspaltbaren Linker,
zum Beispiel, um die folgende Verbindung zu erhalten: worin Fmoc 9-Fluorenylmethoxycarbonyl
darstellt, worin L wie oben definiertes X darstellt und worin B
Biotin darstellt,
- – Entschützung der α-Aminogruppe
der Zwischenverbindung, zum Beispiel durch Piperidin unter Erhalt von:
- – schrittweise
Addition der vorschriftsmäßig geschützten, aufeinander
folgenden Aminosäuren
AA1.....AAn, an: zum Erhalt von:
- – Entschützung des
NH2-Terminus, zum Beispiel durch Piperidin,
- – Entschützung der
erhaltenen Verbindung, Abspaltung vom Harz, Extraktion und Reinigung
des erhaltenen, an dessen carboxyterminalen Ende biotinylierten
Peptids, wobei die Schritte der Seitenkettenentschützung und
Abspaltung leicht gleichzeitig oder getrennt durchzuführen sind,
und insbesondere Entschützung des
NH2-Terminus, zum Beispiel durch Piperidin,
- – Abspaltung
vom Harz, z.B. mit Trifluoressigsäure, in Gegenwart von Radikalfängern wie
Ethandithiol oder Thioanisol oder Anisol,
- – Extraktion
des Peptids mit einem Lösungsmittel
wie Diethylester, um den größten Teil
der Säure
und der Radikalfänger
zu entfernen,
- – Reinigung,
wie mit HPLC, zum Erhalt von
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
N-terminal biotinylierten Peptids wie oben definiert, umfassend
die folgenden Schritte:
-
- – Addition
der vorschriftsmäßig geschützten, aufeinanderfolgenden
Aminosäuren
an das Harz zum Erhalt von: Fmoc – AA1......AAn – Harz,
worin Fmoc 9-Fluorenylmethoxycarbonyl darstellt,
- – Entschützung des
NH2-Terminus, beispielsweise durch Piperidin,
- – Addition
des Zwischenprodukts: worin L wie in Anspruch 18
definiertes X darstellt und BBiotin darstellt, über seine COOH-Gruppe an den NH2-Terminus zum Erhalt von:
- – Entschützung der
NH2-terminalen Gruppe der erhaltenen Verbindung,
Abspaltung vom Harz, Extraktion und Reinigung des erhaltenen, an
seinem Aminoterminus biotinylierten Peptids, wobei die Schritte
der Seitenkettenentschützung
und Abspaltung leicht gleichzeitig oder getrennt durchzuführen sind,
sowie insbesondere Entschützung
der NH2-terminalen Gruppe der Zwischengruppe,
zum Beispiel durch Piperidin,
- – Abspaltung
vom Harz, z.B. mit einer Säure
wie Trifluoressigsäure,
in Gegenwart von Radikalfängern
wie Ethandithiol oder Thioanisol oder Anisol,
- – Extraktion
des Peptids mit einem Lösungsmittel
wie Diethylether, um den größten Teil
der Säure
und der Radikalfänger
zu entfernen,
- – Reinigung,
wie mit HPLC, zum Erhalt von:
-
Biotin
kann bequem an den freien Aminoterminus einer ansonsten vollständig geschützten Peptidkette ebenfalls
unter Anwendung üblicher
Aktivierungsverfahren gekoppelt werden. Weil Biotin eine Carboxylgruppe und
keine Aminogruppen besitzt, wirkt Biotin im wesentlichen als Kettenterminator.
Bevorzugte Aktivierungsmittel für
eine in situ-Aktivierung umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf,
Benzotriazol-1-yl-oxy-tripyrrolidinophosphoniumhexafluorphosphat
(PyBOP), O-Benzotriazol-1-yl-N,N,N',N'-tetramethyluroniumhexafluorphosphat
(HBTU) und O-(1H-Benzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluroniumtetrafluorborat (TBTU).
Die Aktivierungsverfahren unter Einsatz dieser und verwandter Verbindungen
sind Fachleuten auf dem Gebiet der Festphasen-Peptidsynthese bekannt
und die Kopplung von Biotin beinhaltet keine signifikante Abweichung
von Standard-Kopplungsprotokollen.
-
Es
kann auch Biotip in einer voraktivierten Form eingesetzt werden.
Entweder N-Hydroxysuccinimidobiotin oder Biotinamidocaproat-N-hydroxysuccinimidester
werden günstigerweise
eingesetzt und sind beide im Handel erhältlich. Dieses Verfahren der
Kopplung wurde von Lobl, T.J., Deibel, M.R., und Yem, A.W., Anal.
Biochem. (1988), 170(2):502-511, beschrieben. Nach Addition des
N-terminalen Biotins wird das Peptin vom Harz in Gegenwart von Radikalfängern abgespalten,
deren Wahl von den üblichen
Faktoren der Aminosäurezusammensetzung
des Peptids und der Art der eingesetzten Schutzgruppen abhängen wird.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
internbiotinylierten Peptids wie oben definiert, umfassend die folgenden
Schritte:
-
- – Addition
von vorschriftsmäßig geschützten, aufeinanderfolgenden
Aminosäuren
an das Harz zum Erhalt von: Fmoc – AA1......AAn – Harz,
worin Fmoc 9-Fluorenylmethoxycarbonyl darstellt,
- – Entschützung des
NH2-Terminus,
- – Addition
des Zwischenprodukts: worin L wie oben definiertes
X darstellt und B Biotin darstellt, über seine COOH-Gruppe an den
NH2-Terminus zum Erhalt von:
- – Entschützung der α-Aminogruppe
der Zwischengruppe, zum Beispiel durch Piperidin, zum Erhalt von:
- – Addition
der vorschriftsmäßig geschützten, anschließenden Aminosäuren an
das Harz zum Erhalt von:
- – Entschützung der
NH2-terminalen Gruppe der erhaltenen Verbindung,
Abspaltung vom Harz, Extraktion und Reinigung des erhaltenen, an
seinem Aminoterminus biotinylierten Peptids, wobei die Schritte
der Seitenkettenentschützung
und Abspaltung leicht gleichzeitig oder getrennt durchzuführen sind,
sowie insbesondere Entschützung
der NH2-terminalen Gruppe des Peptids, zum
Beispiel durch Piperidin,
- – Abspaltung
vom Harz, z.B. mit Trifluoressigsäure, in Gegenwart von Radikalfängern wie
Ethandithiol oder Thioanisol oder Anisol,
- – Extraktion
des Peptids mit einem Lösungsmittel
wie Diethylether, um den größten Teil
der Säure
und der Radikalfänger
zu entfernen,
- – Reinigung,
wie mit HPLC, zum Erhalt von:
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft (ein) Peptid(e) wie oben definiert
zur Verwendung in einem Immunisierungsverfahren gegen HCV-Infektion.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
eines Peptids wie oben definiert, wobei die Synthese der Peptide
in Lösung
oder auf einem festen Träger
erreicht wird.
-
In
bestimmten Fällen
kann es sich als besonders vorteilhaft erweisen, in der Lage zu
sein, ein Peptid intern oder an seinem Carboxyterminus zu biotinylieren.
Solche Fälle
treten beispielsweise auf, wenn die Aminosäuresequenz eines Peptids der
aminoterminalen Sequenz eines Proteins entspricht. Die Verknüpfung eines
Biotins mit dem Aminoterminus eines solchen Peptids resultiert in
einer Struktur, welche sich signifikant von der in dem nativen Protein
gefundenen Struktur unterscheidet und als Folge die Bindungseigenschaften oder
biochemischen Eigenschaften des Peptids beeinträchtigen kann. Es ist auch möglich, daß sogar
bei Peptiden, die internen Proteinsequenzen entsprechen, deren Erkennung
durch Bindeproteine oder Immunglobuline davon abhängen kann,
welches Ende des Peptids für
die Bindung präsentiert
wird und auf welche Art und Weise dies geschieht. Die Bedeutung
der Peptidorientierung wurde von Dyrberg, T., und Oldstone, M.B.A.,
J. Exp. Med. (1986) 164:1344-1349, beschrieben.
-
Um
in der Lage zu sein, eine Biotinylgruppierung in ein Peptid in einer
von Position und Sequenz unabhängigen
Weise zu inkorporieren, wurden Versuche unternommen, ein geeignetes
Reagens zu synthetisieren, welches unter Anwendung herkömmlicher
Verfahren gekoppelt werden kann. Ein bequemes Reagens für C-terminale
oder interne Biotinylierung ist N-ε-Biotinyllysin. Unter der Voraussetzung,
daß die α-Aminogruppe dieser
Verbindung geeignet geschützt
ist (Fmoc und tBoc), kann dieses Reagens zur Einführung eines
Biotins an beliebiger Stelle in der Peptidkette, einschließlich des
Aminoterminus, nach den bei der Festphasen-Peptidsynthese angewandten
Standardverfahren eingesetzt werden. Die Synthese des t-Boc-geschützten Derivats
wurde beschrieben (Bodansky, M., und Fagan, D.T., J. Arn. Chem.
Soc. (1977) 99:235-239) und wurde zur Synthese von kurzen Peptiden
zur Verwendung bei der Untersuchung der Enzymaktivitäten bestimmter Transcarboxylasen
eingesetzt.
-
Im
Unterschied zu dem t-Boc-Derivat wurde die Synthese von N-α-Fmoc-Lys(N-ε-Biotin)
nicht beschrieben und in Anbetracht des wachsenden Interesses an
auf Fmoc basierenden Synthesestrategien wird diese Verbindung als
besonders vorteilhaft betrachtet.
-
Es
gibt eine Reihe möglicher
Wege, welche eingeschlagen werden können, um zu der gewünschen Fmoc-geschützten Verbindung
zu gelangen. Diese sind in 1 dargestellt.
Bei dem ersten Ansatz kann im Handel erhältliches N-α-Fmoc-Lys(N-ε-tBoc) als Ausgangsmaterial
eingesetzt werden. Der N-ε-tBoc-Schutz wird
unter Verwendung von Trifluoressigsäure und einem Radikalfänger wie
Wasser entfernt. Ein leichter molarer Überschuß des so erhaltenen N-α-Fmoc-Lysins
wird dann mit carboxyaktiviertem Biotin umgesetzt. Das resultierende
Produkt kann ohne weiteres durch selektive Extraktionen und Standard-Chromatographietechniken
gereinigt werden. Bei einem alternativen Ansatz kann N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotin) aus im Handel
erhältlichem
N-ε-Biotinyllysin
(Biocytin) durch Umsetzung mit Fluorenylmethylsuccinimidylcarbonat
hergestellt werden. Zahlreiche Beispiele dieser Reaktionen, welche
als Richtlinien verwendet werden können, werden in Atherton und
Sheppard, Solid Phase Peptide Synthesis, IRL Press, 1989, angegeben.
-
Die
in 1 (Verfahren A) dargestellte
Strategie kann auch zur Synthese von N-α-Fmoc-Ornithin (N-δ-Biotin) aus im Handel erhältlichem
N-α-Fmoc-Ornithin
(N-δ-tBoc)
eingesetzt werden. Das Ornithin-Derivat unterscheidet sich von dem
Lysin-Derivat nur in der Länge
der Seitenkette, welche für
das Ornithin-Derivat um ein Kohlenstoffatom kürzer ist. Das N-α-Fmoc-Lys kann unter Verwendung
derselben Reagenzien zur in situ-Aktivierung, die für freies
Biotip beschrieben wurden, bequem in die Peptidkette inkorporiert
werden.
-
Alternativ
kann N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotin)-O-pentafluorphenylester
bequem aus N-α-Fmoc-Lys (N-ε-Biotin)
und Pentafluorphenyltrifluoracetat unter Anwendung der basenkatalysierten
Umesterungsreaktion, die von Green, M., und Berman, J., Tetrahedron
Lett. (1990) 31:5851-5852,
zur Herstellung von O-Pentafluorphenylestern von Aminosäuren beschrieben
wurde, synthetisiert werden. Dieser aktive Ester kann direkt zur
Inkorporation von N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotin) in die Peptidkette
eingesetzt werden. Die Klasse der oben definierten Zwischenprodukte
kann nach einem Verfahren hergestellt werden, welches die folgenden
Schritte umfaßt:
-
- – Umsetzung
einer Diaminomonocarbonsäure,
wie zuvor beschrieben, mit Fluorenylmethylsuccinimidylcarbonat oder
Fluorenylmethylchlorformiat unter Bedingungen eines sorgfältig eingestellten
pH-Werts, um das einfach geschützte
N-α-Fmoc-Derivat
zu ergeben,
- – oder
alternativ Einsatz von im Handel erhältlichen, N-α-Fmoc-geschützten Diaminomonocarbonsäuren, bei
denen die Seitenketten-Aminogruppe mit einer Schutzgruppe versehen
ist, welche sich von der zum Schutz der α-Aminogruppe eingesetzten Fmoc-Gruppe unterscheidet,
wobei der Schutz der Seitenketten-Aminogruppe leicht selektiv unter
Bedingungen entfernt werden kann, welche die N-α-Fmoc-Gruppe intakt lassen,
- – Reinigung
des mono-geschützten
N-α-Fmoc-Diaminomonocarbonsäure-Derivats
durch selektive Extraktionen und Chromatographie,
- – Umsetzung
des erhaltenen Derivats mit einem carboxyaktivierten Derivat von
Biotin, wie z.B. N-Hydroxysuccinimid-Biotin, um das (N-α-Fmoc)-(N-y-Biotin)-Derivat
zu erhalten, welches das gewünschte
Zwischenprodukt ist,
- – Reinigung
des Zwischenprodukts durch selektive Extraktionen, Fällungen
oder Chromatographie.
-
Wenn
die im Verfahren der Erfindung eingesetzten biotinylierten Peptide
mit Linkerarmen versehen werden sollen, können diese chemischen Gruppierungen
bequem entweder mit dem N- oder C-Terminus einer Peptidsequenz während der
Festphasensynthese unter Anwendung von Standard-Kopplungsprotokollen
verbunden werden, vorausgesetzt, daß die Aminogruppen dieser Verbindungen
mit einem geeigneten vorübergehenden
Aminogruppenschutz versehen sind.
-
Alle
diese speziellen biotinylierten Peptide sind neu.
-
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Alle
die in den Figuren und Tabellen angegebenen Proben und Seren sind
zufällig
gewählte
Proben und Seren, die Antikörper
erhalten, welche als Folge einer natürlich eingetretenen Infektion
durch ein virales Agens gebildet wurden.
-
1 stellt die Strategien
zur Synthese von N-α-Fmoc-Lysin
(N-ε-Biotin)
dar.
-
Konkreter:
-
Verfahren
A entspricht der Synthese von N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotin)
aus N-ε-FmoäLys (N-ε-tBoc) und Verfahren
B entspricht der Synthese von N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotin)
aus N-ε-Biotinyllysin.
-
2 stellt das Diagramm dar,
welches bei Umkehrphasenchromatographie der an der Herstellung der
oben definierten Zwischenprodukte beteiligten Vorläufer und
der Zwischenverbindungen erhalten wurde.
-
Die
Umkehrphasenchromatographie wurde unter den folgenden Bedingungen
durchgeführt:
-
- – Gradientenbedingungen:
Puffer A: 0,1 % TFA in H2O, Puffer B: 0,1
% TFA in Acetonitril, Säule: C2/C18-Umkehrphase
(Pharmacia, Pep-S), Nachweis-Wellenlänge: 255 Nanometer;
- – Gradient:
0 % B von 0 bis 1 Minute, 0 % B bis 100 % B von 1 Minute bis 60
Minuten, 0 % B von 60 Minuten bis 70 Minuten.
-
Das
erste Diagramm entspricht Verfahren A (siehe 1) und das zweite Diagramm entspricht
Verfahren B (siehe 1).
-
3a stellt die Antikörperbindung
an HCV-Peptid II (in einem ELISA) dar.
-
- Die obere linke Kurve entspricht der Probe 8320.
- Die obere rechte Kurve entspricht der Probe 8242.
- Die untere linke Kurve entspricht der Probe 8243.
- Die untere rechte Kurve entspricht der Probe 8318.
-
Bei
jeder dieser Proben ist die optische Dichte (bei 450 nm) gegen die
Beschichtungskonzentration, ausgedrückt in μg/ml, aufgetragen.
-
Die
Kurve mit Kreuzchen entspricht nicht-biotinyliertem HCV-Peptid II
und die Kurve mit Punkten entspricht biotinyliertem HCV-Peptid II.
-
3b stellt die Antikörperbindung
an HCV-Peptid XI (in einen ELISA) dar.
-
- Die obere linke Kurve entspricht der Probe 8320.
- Die obere rechte Kurve entspricht der Probe 8326.
- Die untere linke Kurve entspricht der Probe 8242.
- Die untere rechte Kurve entspricht der Probe 8243.
-
Bei
jeder dieser Proben ist die optische Dichte (bei 450 nm) gegen die
Beschichtungskonzentration, ausgedrückt in μg/ml, aufgetragen.
-
Die
Kurve mit Kreuzchen entspricht nicht-biotinyliertem HCV-Peptid XI
und die Kurve mit Punkten entspricht biotinyliertem HCV-Peptid XI,
-
3c stellt die Antikörperbindung
an HCV-Peptid XVI (in einem ELISA) dar.
-
- Die obere linke Kurve entspricht der Probe 8326.
- Die obere rechte Kurve entspricht der Probe 8242.
- Die untere linke Kurve entspricht der Probe 8243.
- Die untere rechte Kurve entspricht der Probe 8318.
-
Bei
jeder dieser Proben ist die optische Dichte (bei 450 nm) gegen die
Beschichtungskonzentration, ausgedrückt in μg/ml, aufgetragen.
-
Die
Kurve mit Kreuzchen entspricht nicht-biotinyliertem HCV-Peptid XVI
und die Kurve mit Punkten entspricht biotinyliertem HCV-Peptid XVI.
-
4 betrifft den Nachweis
von biotinylierten Peptiden, die direkt als Beschichtung aufgebracht
wurden (in einem ELISA).
-
Die
erste Kurve entspricht biotinyliertem HCV-Peptid (1, die zweite
Kurve biotinyliertem HCV-Peptid
XI und die dritte Kurve biotinyliertem HCV-Peptid XVI.
-
Bei
jeder dieser Proben ist die optische Dichte (bei 450 nm) gegen die
Beschichtungskonzentration, ausgedrückt in μg/ml, aufgetragen.
-
5 stellt die Strukturen
von N- und C-terminal biotinylierten HIV-1-Peptiden (hier oben als
1a.1 bezeichnet) dar, die von dem Transmembran (TM)-Protein von
HIV-1 stammen.
-
6 stellt eine Bewertung
von typspezifischen HCV-NS4-Peptiden durch Linien-Imrnun-Assay (LIA) dar.
-
Tabelle
1 stellt die Antikörpererkennung
von unbiotinylierten HIV-1- und HIV-2-Peptiden (als TM-HIV-1 und
TM-HIV-2 bezeichnet) und biotinylierten HIV-1- und HIV-2-Peptiden
(hier oben als 1a.1 und 2a bezeichnet und auch als TM-HIV-1 Bio
und TM-HIV-2 Bio bezeichnet) in einem ELISA dar.
-
Tabelle
2 stellt den Vergleich der Antikörpererkennung
von unbiotinylierten und biotinylierten Peptiden aus der V3-Sequenz
des Isolats HIV-1 mit (auch als 1b.4 bezeichnet) in einem ELISA
dar.
-
Tabelle
3 stellt den Vergleich der Antikörpererkennung
des biotinylierten V3-mn-Peptids (als 1 b.4 bezeichnet), gebunden
an Streptavidin und Avidin, in einem ELISA dar.
-
Tabelle
4 stellt den Vergleich der Antikörpererkennung
von biotinylierten und unbiotinylierten HCV-Peptiden in einem ELISA
dar.
-
Konkreter:
- Tabelle 4A entspricht der Antikörperbindung an HCV-Peptid XI.
- Tabelle 4B entspricht der Antikörperbindung an HCV-Peptid XVI.
- Tabelle 4C entspricht der Antikörperbindung an HCV-Peptid II.
- Tabelle 4D entspricht der Antikörperbindung an HCV-Peptid III.
- Tabelle 4E entspricht der Antikörperbindung an HCV-Peptid V.
- Tabelle 4F entspricht der Antikörperbindung an HCV-Peptid IX.
- Tabelle 4G entspricht der Antikörperbindung an HCV-Peptid XVIII.
-
Tabelle
5 stellt einen Vergleich der Antikörperbindung an biotinylierte
und nicht-biotinylierte Peptide bei verschiedenen Peptid-Beschichtungskonzentrationen
in einem ELISA dar.
-
Tabelle
6 stellt den Vergleich von N- und C-terminal biotinyliertem TM-HIV-1-Peptid
(als 1a.1 bezeichnet) in einem ELISA dar.
-
Tabelle
7 stellt einen Vergleich der Antikörpererkennung von unbiotinyliertem
und carboxybiotinyliertem HCV-Peptid 1 dar.
-
Alle
Aminosäuresequenzen
sind in dem herkömmlichen
und allgemein anerkannten dreibuchstabigen Code wiedergegeben und,
soweit angegeben, in dem einbuchstabigen Code. Die Peptidsequenzen
sind von links nach rechts wiedergegeben, welches üblicherweise
die Richtung vom Aminoterminus zum Carboxyterminus ist.
-
Eine
Anzahl unüblicher
Codes wird ebenfalls verwendet, um chemische Gruppen oder Modifikationen darzustellen,
und diese sind wie folgt definiert:
-
BEISPIEL 1: PEPTIDSYNTHESE
-
Alle
beschriebenen Peptide wurden synthetisiert auf TentaGel S-RAM (Rapp
Polymere, Tübingen, Deutschland),
einem Polystyrol-Polyoxyethylen-Pfropf-Copolymer, funktionalisiert
mit dem säurelabilen
Linker 4-(α-Fmoc-Amino-2',4'-dimethoxybenzyl)phenoxyessigsäure (Rink,
Tetrahedron Lett. (1987) 28:3787), um nach Spaltungcarboxyterminale
Peptid-Amide zu bilden. Es wurde ein Seitengruppenschutz auf t-Butyl-Basis und
Fmoc-α-Aminoschutz
verwendet. Die Guanidingruppe von Arginin wurde mit der 2,2,5,7,8-Pentamethylchroman-6-Sulfonyl-Gruppierung
geschützt.
Die Imidazolgruppe von Histidin wurde entweder mit t-Boc oder Trityl
geschützt
und die Sulfhydrylgruppe von Cystein wurde mit einer Tritylgruppe
geschützt.
Die Kopplungen wurden unter Verwendung von vorgebildeten O-Pentafluorphenylestern
durchgeführt,
mit Ausnahme des Falles von Arginin, wo TBTU als Aktivierungsmittel
in Gegenwart von 1,5 Äquivalenten
der Base N-Methylmorpholin eingesetzt wurde. Gelegentlich wurden
Glutamin und Asparagin auch unter Einsatz von TBTU-Aktivierung gekoppelt.
In diesen Fällen
wurden die Trityl-geschützten
Derivate dieser Aminosäuren
eingesetzt. Biotin wurde unter Verwendung von entweder TBTU oder
HBTU gekoppelt. Alle Synthesen wurden mit einem Milligen 9050 PepSynthesizer
(Novato, Kalifornien) unter Anwendung von Durchlaufverfahren durchgeführt. Nach der
Spaltung mit Trifluoressigsäure
in Gegenwart von Radikalfängern
und Extraktion mit Diethylether wurden alle Peptide mittels C18-Umkehrphasenchromatographie
analysiert.
-
BEISPIEL 2: SYNTHESE VON
N-α-Fmoc-Lys(N-ε-Biotin)
-
A. Verfahren A
-
Im
Handel erhältliches
N-α-Fmoc-L-Lysin
(N-ε-tBoc)
(1,5 g) wurde mit 20 ml 95%iger Trifluoressigsäure, 5 % H2O,
2 h lang bei Raumtemperatur behandelt. Der größte Teil der Säure wurde
dann unter einem Stickstoffstrom verdampft. 10 ml Wasser wurden
zugegeben und die Lösung
wurde dreimal mit Diethylether extrahiert. Die wäßrige Phase wurde dann bis
zur Trocknung über
Phosphorpentoxid im Vakuum eingedampft. Das resultierende Pulver
(N-α-Fmoc-L-Lysin)
wurde mittels Umkehrphasenchromatographie analysiert und offenbarte
ein homogenes Produkt, welches erwartungsgemäß hydrophiler als das Ausgangsmaterial
war.
-
N-α-Fmoc-Lysin
(190 mg, 0,49 mMol) wurde in 8 ml 0,1 M Boratpuffer, pH 8,7, gelöst. N-Hydroxysuccinimidobiotin
(162 mg, 0,47 mMol) wurde in 4 ml Dimethylformamid gelöst und der
Lösung
von N-α-Fmoc-Lysin
zugegeben. Der pH-Wert wurde überwacht
und erforderlichenfalls mit NaOH titriert. Nach 2 h wurde die Lösung mit
HCl auf pH 2,0 angesäuert,
woraufhin ein weißer
Niederschlag erhalten wurde.
-
Nach
der Extraktion mit Ethylacetat und Zentrifugation wurde der weiße Niederschlag
an der H2O:Ethylacetat-Grenzfläche gefunden.
Beide Phasen wurden entfernt und der Niederschlag zweimal mit 10 mM
HCl, einmal mit Ethylacetat extrahiert, gefolgt von zwei Extraktionen
mit Diethylether: Der Niederschlag wurde in DMF gelöst und durch
Zugabe von Diethylether gefällt.
Das kristalline Pulver wurde dann im Vakuum über Phosphorpentoxid getrocknet.
Das resultierende Produkt wurde mittels Umkehrphasenchromatographie analysiert
und offenbarte einen Hauptpeak, welcher erwartungsgemäß später als
N-α-Fmoc-Lys
eluierte. Ein sehr kleiner Peak von N-α-Fmoc-Lys wurde ebenfalls beobachtet
(2a).
-
B. Verfahren B
-
Im
Handel erhältliches
N-ε-Biotinyllysin
(Biocytin, Sigma, 249 mg, 0,67 mMol) wurde in 8 ml 1 M Na2CO3 gelöst und auf
Eis gekühlt.
Fluorenylmethylsuccinimidylcarbonat (222 mg, 0,66 mMol) wurde in
2 ml Aceton gelöst
und der Biotinyllysin-Lösung über einen
Zeitraum von 30 Minuten unter heftigem Rühren zugegeben. Das Rühren wurde
5 h lang bei Raumtemperatur fortgesetzt. Der pH-Wert wurde erforderlichenfalls durch
die Zugabe von 1 M NaCO, zwischen 8 und 9 gehalten. Das Aceton wurde
dann im Vakuum verdampft und 1,0 M HCl zugegeben, bis der pH-Wert
der Lösung
etwa 2 betrug. Nach Ansäuern
der Lösung
trat ein weißer
Niederschlag auf, welcher zweimal mit 10 mM HCl, zweimal mit Ethylacetat
und zweimal mit Diethylether gewaschen wurde. Der Niederschlag wurde
in DMF gelöst
und durch Zugabe von Diethylether gefällt. Das kristalline Pulver
wurde dann sorgfältig
im Vakuum über Phosphorpentoxid
getrocknet. Das resultierende Produkt wurde mittels Umkehrphasenchromatographie
analysiert und offenbarte einen Hauptpeak, der mit derselben Retentionszeit
(30,5 Minuten) wie das unter Anwendung des Verfahrens 1 erhaltene
Produkteluierte ( 2b).
-
BEISPIEL 3: VERFAHREN
ZUR BESTIMMUNG VON PEPTIDEN, DIE IMMUNOLOGISCH BEDEUTSAMEN EPITOPEN
ENTSPRECHEN, IN EINEM ENZYM-VERKNÜPFTEN IMMUNOSORBENS-ASSAY (ELISA)
UNTER EINSATZ SPEZIFISCHER ANTIKÖRPER
-
Wenn
Peptide direkt als Beschichtung aufgebracht werden sollten, wurden
Stammlösungen
der Peptide in Natriumcarbonatpuffer, pH 9,6, verdünnt und
zur Beschichtung von Polystyrol-Mikrotiterplatten
in einer Peptidkonzentration von 2 bis 5 μg/ml für 1 h bei 37° C eingesetzt.
In Fällen,
in denen biotinylierte Peptide beurteilt werden sollten, wurden
die Platten zuerst mit Streptavidin in Natriumcarbonatpuffer, pH
9,6, in einer Konzentration von 3 μg/ml für 1 h bei 37° C beschichtet.
Die Platten wurden dann gewaschen, um überschüssiges ungebundenes Protein
zu entfernen. Eine Arbeitslösung
des biotinylierten Peptids mit 1 μg/ml
in Natriumcarbonatpuffer wurde dann den Vertiefungen der Mikrotiterplatte
zugegeben und 1 h lang bei 37° C
inkubiert.
-
Nachdem
die Platten mit Antigen beschichtet worden waren, wurden etwaige
verbleibende freie Bindungsstellen auf dem Kunststoff mit Casein
blockiert. Nach Waschen wurde eine Verdünnung der geeigneten Antiseren,
gewöhnlich
1:100, den Vertiefungen der Platten zugegeben und 1 h lang bei 37°C inkubiert.
-
Nach
Waschen zur Entfernung ungebundenen Materials wurde spezifische
Antikörper-bindung
durch Inkubation der Platten mit Anti-Human-Immunglobulin-Ziegenantikörper, konjugiert
an das Enzym Meerrettichperoxidase, nachgewiesen. Nach der Entfernung
von ungebundenem Konjugat durch Waschen wurde eine H2O2 und 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidin enthaltende Lösung zugegeben.
-
Die
Reaktionen wurden nach einer geeigneten Zeitspanne durch Zugabe
von Schwefelsäure
beendet. Positive Reaktionen führten
zu einer gelben Farbe, welche mit Hilfe einesherkömmlichen
Mikrotiterplattenlesegeräts
quantitativ bestimmt wurde. Extinktionsmessungen erfolgten bei einer
Wellenlänge
von 450 nm und alle Daten sind als Wert der optischen Dichte bei
dieser Wellenlänge
ausgedrückt.
-
BEISPIEL 4: VERWENDUNG
VON BIOTINYLIERTEN HIV-PEPTIDEN ZUM NACHWEIS VON HIV-SPEZIFISCHEN
ANTIKÖRPERN
-
Es
wurden Versuche durchgeführt,
um die Antikörpererkennung
von kurzen N-acetylierten Peptiden von 10 Aminosäuren Länge zu beurteilen, welche anderen,
in den Transmembranproteinen von HIV-1 und HIV-2 enthaltenen Peptiden
entsprachen. Eine direkte Beschichtung der Vertiefungen von Mikrotiterplatten
mit diesen Peptiden ergab sehr schlechte Ergebnisse, wenn die Antikörperbindung
in einem ELISA bewertet wurde. Da vermutet wurde, daß die Peptide
nicht gut an die Polystyrol-Festphase banden, wurden die Peptide
auf demselben Weg erneut synthetisiert, mit Ausnahme dessen, daß Biotin
mit dem Aminoterminus der Peptide verknüpft wurde, von der Decamer-Peptidsequenz
durch drei Glycinreste getrennt, deren Funktion darin bestand, als
Linkerarm zu dienen. Die für
den Vergleich eingesetzten Peptide waren wie folgt:
-
-
Die
biotinylierten Peptide wurden auf Mikrotiterplatten aufgetragen,
welche mit Streptavidin beschichtet worden waren. Die Antikörperbindung
an diese Peptide wurde verglichen mit der Antikörperbindung an die unbiotinylierten
Peptide, mit denen Mikrotiterplatten direkt beschichtet worden waren.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Es ist ersichtlich,
daß die
biotinylierten Peptide von den HIV-1- oder HIV-2-Transmembranproteinen,
gebunden an Streptavidin, sehr gut von Antiseren von HIV-1- bzw.
HIV-2-infizierten Personen erkannt werden. Dies steht in Gegensatz
zu den unbiotinylierten Versionen dieser Peptide, mit denen Polystyrolplatten
direkt beschichtet wurden. Weitere Kontrollexperimente zeigten,
daß die
Zunahme der Antikörperbindung
das Ergebnis der spezifischen Wechselwirkung zwischen dem biotinylierten
Peptid und Streptavidin war, da es keinen Unterschied in der Antikörpererkennung
der biotinylierten oder unbiotinylierten Peptide gab, wenn die Mikrotiterplatte
direkt mit beiden beschichtet wurde.
-
Einige
Peptide, insbesondere diejenigen, welche eine Länge von 15Aminosäuren oder
länger
aufweisen, binden ausreichend an die feste Phase, um den Nachweis
spezifischer Antikörper
zu erlauben, welche (ein) Epitop(e) erkennen, das/die in der Peptidsequenz
vorliegt bzw. vorliegen.
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Zur
Feststellung, ob die Biotinylierungng auch die Antikörpererkennung
längerer
Peptide verbessern würde,
wurden sowohl die biotinylierten als auch unbiotinylierten Versionen
der partiellen V3-Loop-Sequenz des Isolats HIV-1 mit synthetisiert.
Die Sequenz und das Syntheseverfahren beider Peptide wurde einfach
mit Ausnahme des Aminoterminus identisch. Das unbiotinylierte Peptid
wurde einfach acetyliert, wohingegen in der biotinylierten Version
zwei Glycinreste als Linkerarm hinzugefügt waren, um das Peptid von
der Biotinylgruppierung zu trennen.
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Die
Sequenzen der beiden eingesetzten Peptide sind wie folgt:
-
- – unbiotinyliertes
V3 mn-Peptid
- – biotinyliertes
V3 mn-Peptid (Peptid 1 b.4)
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Mit
dem unbiotinylierten Peptid wurden die Vertiefungen einer Polystyrol-Mikrotiterplatte
direkt beschichtet, während
das biotinylierte Peptid an Vertiefungen gebunden wurde, welche
vorher mit Streptavidin beschichtet worden waren. Die in Tabelle
2 gezeigten Ergebnissedemonstrieren, daß die Antikörperbindung an das biotinylierte
Peptid der Antikörperbindung
an Peptid, mit dem Kunststoff direkt beschichtet worden war, überlegen
ist.
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BEISPIEL 5: VERWENDUNG
VON BIOTINYLIERTE-PEPTIDE-AVIDIN-KOMPLEXEN ZUM ANTIKÖRPERNACHWEIS
-
Nach
der Demonstration, daß die
Antikörpererkennung
dieses Peptids verbessert ist, wenn das Peptid biotinyliert und
an Streptavidin gebunden ist, wurde ein zusätzliches Experiment durchgeführt, um
festzustellen, ob Streptavidin durch Avidin ersetzt werden konnte.
Die in Tabelle 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß dies der
Fall ist und daß an
Avidin gebundene biotinylierte Peptide sehr effizient von spezifischen
Antikörpern erkannt
werden.
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BEISPIEL 6: VERWENDUNG
VON BIOTINYLIERTEN HCV-PEPTIDEN ZUM NACHWEIS VON HCV-SPEZIFISCHEN
ANTIKÖRPERN
-
Zur
Feststellung, ob die erhöhte
Antikörpererkennung
von biotinylierten Peptiden ein allgemeines Phänomen war, wurde eine Reihe
von zusätzlichen
Peptiden von 20 Aminosäuren
Länge synthetisiert,
welche Sequenzen entsprachen, die von dem Hepatitis C-Virus (HCV)-Polyprotein abgeleitet
waren. Die bewertetenAminosäuresequenzen
waren wie folgt:
-
-
-
-
-
-
-
-
In
jedem Fall wurden zwei Versionen des Peptids synthetisiert. Bei
der unbiotinylierten Version war das Peptid am Aminoterminus acetyliert.
Die biotinylierten Versionen waren alle N-terminal biotinyliert.
Ein Linkerarm, bestehend aus zwei Glycinresten, trennte die Biotinylgruppe
von den Aminosäuren,
welche die HCV-Sequenz umfaßten.
-
Die
unbiotinylierten Peptide wurden an die Veriefungen von Polystyrol-Mikrotiterplatten
bei einer Konzentration von 3 μg/ml
adsorbiert.
-
Die
biotinylierten Peptide wurden bei einer Konzentration von 1 μg/ml an Streptavidinbeschich-tete
Mikrotiterplatten gebunden. Seren, von denen bekannt war, daß sie Antikörper gegen
diese Peptide enthielten, wurden zur Bewertung eingesetzt und bei
20facher Verdünnung
getestet. Die Ergebnisse dieser Vergleiche sind in Tabelle 4, a
bis g, dargestellt.
-
Diese
Ergebnisse zeigen eindeutig, daß die
Antikörpererkennung
von an Streptavidin gebundenen biotinylierten Peptiden im Verhältnis zu
derjenigen von Peptiden erhöht
ist, mit denen die Vertiefungen der Mikrotiterplatte direkt beschichtet
worden waren.
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BEISPIEL 7: EINFLUß DER BESCHICHTUNGSKONZENTRATION
AUF DIE ANTIKÖRPERERKENNUNG
-
Zur
weiteren Untersuchung der erhöhten
Antikörpererkennung
von biotinylierten HCV-Peptiden,
die an Streptavidin oder Avidin gebunden waren, im Vergleich zur
direkten Adsorption an Kunststoff, wurde der Einfluß der Beschichtungskonzentration
des Peptids untersucht. Drei Peptide (HCV-Peptide II, XI und XVI)
wurden in Konzentrationen im Bereich von 10 μg/ml bis 3 μg/ml in einem Volumen von 200 μl pro Mikrotiterplattenvertiefung
als Beschichtung aufgebracht. Für
die direkte Beschichtung wurden die unbiotinylierten Versionen dieser
Peptide eingesetzt. Die biotinylierten Versionen dieser Peptide
wurde eingesetzt, um Vertiefungen zu beschichten, an die zuvor Streptavidin
adsorbiert worden war. Seren, welche bekanntermaßen Antikörper gegen diese Peptide enthielten,
wurden in einer Verdünnung
von 1 bis 100 eingesetzt, um die Größenordnung der Antikörperbindung
zu beurteilen.
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Die
numerischen Ergebnisse dieses Experiments sind in Tabelle 5 dargestellt
und graphisch in 3, a-c,
dargestellt.
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Es
ist ersichtlich, daß mit
wenigen Ausnahmen das biotinylierte Peptid selbst bei der geringsten
getesteten Konzentration (10 ng/ml, 2 ng pro Vertiefung) sehr gut
erkannt wird. In vielen Fällen
werden Werte der optischen Dichte, welche nahe dem maximal erhältlichen
Wert liegen, bei einer Peptidkonzentration von nur 30 ng/ml (6 ng
pro Vertiefung) beobachtet. Im Gegensatz dazu werden jedoch die
direkt an den Kunststoff adsorbierten, unbiotinylierten Peptide
von Antikörper,
falls überhaupt,
schlecht gebunden.
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BEISPIEL 8: EINFLUß DER BIOTINYLIERUNG
VON PEPTIDEN AUF DIE BESCHICHTUNGSEFFIZIENZ DER PEPTIDE AUF EINER
FESTEN PHASE
-
Zur
Feststellung, ob die Abwesenheit eines Signals auf fehlende Peptidadsorption
zurückzuführen war,
wenn die Peptide direkt als Beschichtung aufgetragen wurden, wurde
ein zusätzliches
Experiment durchgeführt.
In diesem Fall wurde der Kunststoff direkt mit den biotinylierten
Versionen der Peptide in denselben Konzentrationen beschichtet,
wie sie im vorherigen Experiment für die unbiotinylierten Versionen
eingesetzt wurden. Zur Feststellung, ob Biotin-markiertes Peptid
gebunden war, wurden die Mikrotiterplatten mit einem Streptavidin:
Meerrettichperoxidase-Konjugat inkubiert. Weil jedes Peptid eine
einzige Biotinylgruppe enthält, sind
die resultierenden optischen Dichten ein Maß der Menge des gebundenen
Peptids, obwohl die absolute Menge an gebundenem Peptid nicht bekannt
ist. Die in 4 graphisch
dargestellten Ergebnisse demonstrieren, daß Kunststoff-gebundenes Peptid
nachgewiesen werden kann. Erwartungsgemäß unterscheiden sich die Kurven
für jedes
Peptid, was deren chemische Einzigartigkeit reflektiert. Zwei der
Peptide, die HCV-Peptide XI und XVI, scheinen nur schwach an die
Vertiefungen der Polystyrol-Mikrotiterplatte zu binden und diese schwache
Bindung wird reflektiert von den im ELISA erhaltenen niedrigen Werfen
der optischen Dichte. Nachdem die Bindung der biotinylierten Peptide
an Streptavidin-beschichtete Vertiefungen zu sehr guter Antikörpererkennung
führt,
ist offensichtlich, daß die
schlechte Bindung des Peptids an die feste Phase keine Beschränkung darstellt,
wenn die Wechselwirkung zwischen Biotin und Streptavidin ausgenützt wird.
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Auf
der anderen Seite zeigt eines der Peptide, HCV-Peptid II, eine sehr
signifikante Bindung an die feste Phase, insbesondere bei höheren Beschichtungskonzentrationen.
Jedoch kam das Signal, welches bei direkter Beschichtung des Peptids
erhalten wurde, bei keiner Beschichtungskonzentration jemals dem
Signal gleich, welches erhalten wurde, wenn das biotinylierte Peptid
an Streptavidin gebunden wurde. Nachdem die Streptavidin-gebundenen
biotinylierten Versionen dieses Peptids selbst bei der niedrigsten
getesteten Konzentration eindeutig ein positives Signal mit den
getesteten Antiseren ergeben, scheinen die Ergebnisse anzuzeigen,
daß entweder
die direkte Beschichtung dieses Peptids außerordentlich ineffizient ist
oder andere Faktoren neben der einfachen Bindung des Peptids an
die feste Phase von Bedeutung sind.
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Obwohl
schwierig zu quantifizieren, betrifft einer der Faktoren fast sicher
die Art und Weise, in der das Peptid gebunden ist und für die Antikörperbindung
zur Verfügung
steht. Im Falle von Peptiden, mit denen die feste Phase direkt beschichtet
ist, ist es praktisch unvermeidlich, daß ein gewisser Anteil der Peptidmoleküle mit der
festen Phase über
Aminoseitenketten Wechselwirken wird, welche auch für die Antikörpererkennung essentiell
sind. Diese Peptidmoleküle
werden deshalb nicht in der Lage sein, an der Bindungsreaktion mit
Antikörpern
teilzunehmen. Dieses Problem tritt mit den biotinylierten Peptiden,
welche alle an die feste Phase über
die Wechselwirkung zwischen Biotin und dem an die feste Phase gebundenen
Streptavidin gebunden sind, nicht auf.
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BEISPIEL 9: VERWENDUNG
VON C-TERMINAL BIOTINYLIERTEN HIV-PEPTIDEN ZUR SPEZIFISCHEN ANTIKÖRPERERKENNUNG
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Zur
Feststellung, ob die an ihrem Carboxyterminus biotinylierten Peptide
ebenfalls eine erhöhte
Antikörpererkennung
ergeben, wurde eine carboxybiotinylierte Version des TM-HIV-1-Peptids
synthetisiert. N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotin),
hergestellt nach Verfahren A wie beschrie-ben, wurde direkt mit
Harz gekoppelt, welches mit dem säurelabilen Linker 4-(α-Fmoc-Amino-2',4'-dimethoxybenzyl)phenoxyessigsäure nach
Entfernung der linkergebundenen Fmoc-Gruppe mit 20 % Piperidin funktionalisiert
worden war. Die Kopplung wurde durchgeführt unter Verwendung eines
dreifachen molaren Überschusses
an N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotin),
bezogen auf funktionelle Gruppen des Harzes. Die Carboxylgruppenaktivierung
wurde erzielt durch Verwendung eines Äquivalents HBTU, eines Äquivalents
1-Hydroxybenzotriazol und 1,5 Äquivalenten
N-Methylmorpholin. N-Methylmorpholin wurde als 0,6 M Lösung in
Dimethylformamid, enthaltend 40 % Dirnethylsulfoxid, welches zur
Erreichung einer vollständigen
Lösung
des N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotins)
erforderlich war, zugegeben. Die Überprüfung des Peaks der Fmoc-Entschützung, gefolgt
von Kopplung des N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotins)
zeigte an, daß die
Kopplung glatt und effizient erfolgt war. Zwei Glycinreste wurden
angekoppelt, um das Biotinyllysin von der TM-HIV-1-Aminosäuresequenz
zu trennen. Nach der Synthese des Peptids wurde der Aminoterminus mit
Essigsäureanhydrid
acetyliert. Die resultierende Struktur des carboxybiotinylierten
Peptids unterscheidet sich signifikant von dem Peptid, welches am
Aminoterminus biotinyliert ist. Ein Vergleich dieser Strukturen
ist in 5 dargestellt.
-
Zur
Bewertung der Antikörpererkennung
dieser beiden Peptide wurden die Peptide individuell an Streptavidin-beschichtete
Mikrotiterplatten gebunden und mit Hilfe einer Auswahl von Antiseren
von HIV-1-seropositiven Donoren getestet. Die Ergebnisse dieses
Vergleichs sind in Tabelle 6 dargestellt. Die Antikörpererkennung
des C-terminal biotinylierten Peptids stellt sich im Vergleich eindeutig
sehr günstig
gegenüber
derjenigen des N-terminal biotinylierten Peptids dar. Diese Ergebnisse
bestätigen
auch die Einsetzbarkeit des Reagens N-α-Fmoc-Lys (14-ε-Biotin) zur carboxyterminalen
Biotinylierung.
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BEISPIEL 10: VERGLEICH
DER ANTIKÖRPERERKENNUNG
VON HCV-PEPTID 1 ALS DIREKTE BESCHICHTUNG (UNBIOTINYLIERT) ODER
GEBUNDEN AN STREPTAVIDIN-BESCHICHTETE
PLATTEN (CARBOXYTERMINALE BIOTINYLIERUNG)
-
Ein ähnliches
Experiment wurde unter Verwendung eines Peptids durchgeführt, welches
relativ gut an Polystyrol-ELISA-Platten bindet, um festzustellen,
ob diecarboxybiotinylierte Form des Peptids zu einer überlegenen
Antikörpererkennung
im Vergleich zur unbiotinylierten Form des Peptids führen würde. Das
gewählte Peptid
war HCV-Peptid I, welches in den folgenden Versionen synthetisiert
wurde:
-
a.
unbiotinylierte Version:
-
b.
carboxybiotinylierte Version:
-
Ein
Spacer, bestehend aus zwei Glycinresten, wurde am Carboxyterminus
hinzugefügt,
um den HCV-Anteil des eigentlichen Peptids physisch von dem Lys
(N-ε-Bio)
zu trennen. Die Synthese wurde auf Harz durchgeführt, welches mit 4-(α-Fmoc-Amino-2',4'-dimethoxybenzyl)phenoxyessigsäure-Linker
funktionalisiert worden war, um nach Spaltung carboxyterminale Amide
zu bilden. Die Kopplung des N-α-Fmoc-Lys
(N-ε-Biotips)
mit dem Linker wurde durchgeführt
unter Verwendung eines dreifachen molaren Überschusses des Zwischenprodukts,
bezogen auf den Linker. Die Aktivierung des N-α-Fmoc-Lys (N-ε-Biotins)
wurde erzielt unter Verwendung von einem Äquivalent TBTU, einem Äquivalent
1-Hydroxybenzotriazol und 1,5 Äquivalenten N-Methylmorpholin.
Die Kopplung aller anderen Aminosäuren erfolgte nach üblichen
Protokollen. Nach der Spaltung der Peptide in Trifluoressigsäure in Gegenwart
der geeigneten Radikalfänger
wurden die Peptide gefällt
und mit Diethylether extrahiert.
-
Mit
dem unbiotinylierten HCV-Peptid I wurden Vertiefungen einer Polystyrol-ELISA-Platte
bei einer Konzentration von 3 μg/ml
in Natriumcarbonatpuffer, pH 9,6, direkt beschichtet. Biotinyliertes
HCV-Peptid I wurde an Streptavidin-beschichtete Vertiefungen gebunden
unter Verwendung einer Stammlösung,
welche das Peptid in einer Konzentration von 1 μg/ml enthielt. Die resultierenden
Platten wurden dann parallel mit einer Auswahl von Seren aus HCV-seropositiven
Donoren inkubiert. Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in Tabelle
7 dargestellt. Das biotinylierte Peptid ergibt im Vergleich zur
unbiotinylierten Version derselben Sequenz eindeutig bessere Ergebnisse.
Zwei der Seren (8326 und 8244) erkennen die biotinylierte Version
dieses Peptids wesentlich besser als die unbiotinylierte Version.
Die Spezifität
der Antikörperreaktion
wird auch reflektiert durch die niedrigen Werte der optischen Dichte,
welche für
5 Serumproben von uninfizierten Donoren (F88, F89, F76, F136 und
F6) erhalten wurden.
-
BEISPIEL 11: VERWENDUNG
VON TYPSPEZIFISCHEN HCV-NS4-PEPTIDEN FÜR DEN NACHWEIS VON ANTIKÖRPERN DURCH
LIA
-
Äquivalente
Peptide, enthaltend HCV-Typ-2- und -Typ-3-NS4-Sequenzen, die denjenigen
Typ-1-Peptiden entsprechen, für
die gefunden wurde, Epitope in NS4 zu enthalten, wurden synthetisiert.
Die Sequenzen dieser Peptide sind unten gezeigt. Zum Vergleich:
-
-
Unter
Verwendung dieser neun Peptide wurden LIA-Streifen hergestellt,
welche anschließend
mit verschiedenen Seren inkubiert wurden. Die Ergebnisse sind in 6 dargestellt. Zwei dieser
Seren, welche zuvor negativ mit Typ-1-NS4-Peptiden waren, ergaben
eine positive Reaktion mit den Typ-3- und Typ-2-Peptiden. Dies zeigt,
daß es
möglich
ist, die NS4-Nachweisrate
durch Verwendung dieser Peptide zu erhöhen.
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