ES2331909T3 - Factor viii estabilizado con enlaces disulfuro modificados geneticamente. - Google Patents

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Abstract

Un factor VIII mutante que comprende al menos un par de cisteínas localizadas en restos seleccionados del grupo que consiste en Met662-Asp1828 y Tyr664-Thr1826.

Description

Factor VIII estabilizado con enlaces disulfuro modificados genéticamente.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a métodos para introducir uno o más restos cisteína en un polipéptido que permite la estabilización del polipéptido mediante la formación de al menos un enlace, preferiblemente un enlace disulfuro, entre diferentes dominio del polipéptido. La invención también se refiere a un polipéptido que contiene dicho resto o restos cisteínas introducidos, a ácido nucleicos que codifican dichos polipéptidos, y a composiciones farmacéuticas que comprenden dichos polipéptidos o ácidos nucleicos. La invención también se refiere a vectores, partículas víricas y células hospedantes que contienen dichos ácidos nucleicos, y a métodos que los utilizan para producir los polipéptidos de la invención.
Antecedentes de la invención
Se conocen muchos polipéptidos que son el producto de la expresión de un único gen. Una serie de estos polipéptidos se han sintetizado en un principio como una única cadena polipeptídica, pero contienen múltiples dominios plegados de forma independiente que se someten a una proteolisis limitada (o a una o varias rupturas proteolíticas) in vivo que puede dar como resultado la separación de los dominios debido a la disociación de los productos de ruptura. Se ha demostrado que la proteolisis que produce la separación de los dominios altera la estabilidad y/o las actividades enzimáticas o funcionales de una diversidad de estas proteínas. Los ejemplos de estas proteínas incluyen proteínas plasmáticas, como las implicadas en la coagulación sanguínea.
Tal como se conoce en la técnica, la coagulación sanguínea comienza cuando las plaquetas se adhieren a la pared de un vaso sanguíneo dañado en un sitio de lesión. Posteriormente, en una cascada de reacciones reguladas enzimáticamente, las moléculas de fibrinógeno solubles son convertidas por la enzima trombina en cadenas insolubles de fibrina que mantienen juntas a las plaquetas en un trombo. En cada etapa de la cascada, un precursor de proteasa se convierte en una proteasa que rompe el siguiente precursor de proteína en la serie. Se requieren cofactores en la mayoría de las etapas. En su forma activa, la proteína del factor VIII es un cofactor que es necesario para la activación del factor X por la proteasa, el factor activado IX.
El factor VIII puede ser activado para formar el factor VIIIa (en el que "a" indica "activado") de manera proteolítica por la trombina o el factor Xa. En combinación con el calcio y fosfolípidos, el factor VIIIa hace que el factor IXa sea un activador más eficaz del factor X mediante un mecanismo que aún no se comprende por completo.
Las personas deficientes en el factor VIII o que tienen anticuerpos contra el factor VIII que no son tratadas con el factor VIII sufren sangrados internos incontrolados que pueden provocar una gama de síntomas graves, desde reacciones inflamatorias en las articulaciones a una muerte temprana. Los hemofílicos graves, que en EEUU son aproximadamente 10.000, pueden tratarse con una infusión del factor VIII, que restablece la capacidad de coagulación normal de la sangre si se administra con la frecuencia y la concentración suficientes.
Varias preparaciones de factor VIII derivado de plasma humano o recombinante de diversos grados de pureza están disponibles en el mercado para el tratamiento de la hemofilia A. Éstas incluyen un factor VIII parcialmente purificado derivado de sangre reunida de muchos donantes que está tratada con detergentes y con calor para destruir los virus pero que contiene un nivel significativo de proteínas antigénicas; un factor VIII purificado con anticuerpos monoclonales que tiene unos niveles menores de impurezas antigénicas y contaminación vírica; y el factor VIII humano recombinante.
Los hemofílicos requieren la reposición diaria del factor VIII para evitar la artropatía hemofílica deformante que se produce después de muchos años de hemorragias recurrentes en las articulaciones. Sin embargo, los suministros de concentrados del factor VIII nunca han sido suficientes para tratar a los hemofílicos de forma adecuada, debido a los problemas en la producción comercial y el uso terapéutico. Por ejemplo, el factor VIII derivado de plasma que se utiliza habitualmente es difícil de aislar y purificar, es inmunogénico, y requiere un tratamiento para eliminar el riesgo de infectividad por el virus del SIDA y de la hepatitis. El factor VIII porcino también puede ser una alternativa, pero una limitación en el factor VIII porcino es el desarrollo de anticuerpos inhibidores contra éste después de una o más infusiones.
El factor VIII activado (FVIIIa) es termodinámicamente inestable bajo condiciones fisiológicas debido a la tendencia del dominio A2 a disociarse del resto del complejo. En otras palabras, el FVIII activado se inactiva espontáneamente. Si esta disociación pudiese evitarse en las preparaciones farmacológicas de FVIII o FVIIIa, podría realizarse una administración menos frecuente y/o a menor concentración. Esto podría producir una serie de beneficios, como ahorro de costes, un menor uso de personal médico, y una mejor calidad de vida para los hemofílicos.
Otra proteína plasmática, además del factor VIII, es la protrombina. Como parte de la cascada de la coagulación, la protrombina se convierte en trombina por la acción del complejo de protrombinasa (FXa, FVa y Ca^{2+}). En la protrombina humana, esta conversión implica la ruptura en Arg271 y Arg284, entre el dominio F2 y la cadena A de trombina, y en Arg320, entre las cadenas A y B (sistema de numeración humano). In vivo, la protrombinasa rompe primero la protrombina en Arg320, produciendo la meizotrombina. La meizotrombina libre es un intermedio inestable, y la autolisis en el enlace Arg155-Ser156 elimina rápidamente el dominio F1 para generar meizotrombina (des F1), que lentamente se convierte en trombina mediante las rupturas en Arg271 y Arg284. En presencia de trombomodulina y vesículas de fosfolípidos de fosfatidilserina/fosfatidilcolina (PCPS), la meizotrombina y la meizotrombina (des F1) son mejores activadores de la proteína C que la trombina (41, 42).
Otra proteína plasmática es el factor V. El factor V de la coagulación humano (FV) es una proteína de PM 330.000, que está compuesta por seis dominios de tres tipos en el orden A1-A2-B-A3-C1-C2 (4). La trombina rompe el FV para eliminar la mayor parte del dominio B y producir FV activado (FVa). El FVa humano está compuesto por una cadena pesada (A1-A2, restos 1-709) y una cadena ligera (A3-C1-C2, restos 1546-2196), que forma un complejo no covalente (5). El FVa es un cofactor no enzimático para el factor Xa (FXa) en el complejo de protrombinasa, que convierte la protrombina en trombina, en presencia de fosfolípidos cargados negativamente (6). La inactivación del FVa es un proceso complejo que implica rupturas por APC (proteína C activada) del FVa en Arg506, Arg306 y Arg679. La ruptura en Arg506 es más rápida que la ruptura en Arg306 e inactiva sólo parcialmente el FVa, mientras que la ruptura en Arg306 inactiva completamente el FVa y provoca la disociación de los fragmentos del dominio A2 (7-10). El FVa totalmente inactivado pierde su capacidad para unirse a FXa (11).
Otra proteína plasmática es el factor XII. El FXII humano es una proteína monocatenaria con un PM de 76.000 y 596 aminoácidos. Contiene, en orden desde el N-terminal al C-terminal, un dominio fibronectina de tipo II, un dominio EGF, un dominio fibronectina de tipo I, un dominio EGF, un dominio Kringle, un dominio serina-proteasa de tipo tripsina. Existen al menos dos formas del factor XII activado (FXIIa). El \alphaFXIIa está formado por la ruptura del enlace tras Arg353, generando una molécula bicatenaria formada por una cadena pesada (353 restos) y una cadena ligera (243 restos) mantenidas juntas por un enlace disulfuro. Una posterior ruptura produce FXIIa (fragmento de FXIIa). Esto es el resultado de la ruptura en Arg334 y Arg343, que produce dos cadenas polipeptídicas (9 y 243 restos) que se mantienen juntas mediante un enlace disulfuro (43, 44). La mayor parte del fragmento de cadena pesada N-terminal ya no está asociado. La unión negativa a superficies/membranas es mediada a través de esta cadena pesada, de forma que el fragmento FXIIa resultante ya no se une a superficies pero aún es catalíticamente
activo.
La proteína HGFA (activador del factor del crecimiento de hepatocitos) tiene la misma estructura de dominios que el FXII (45) y también es activada por la ruptura proteolítica, pero en este caso sólo la trombina la rompe sólo en Arg407 (46), homóloga a la Arg353 en FXII. Pero la posterior ruptura por calicreína en Arg372 también produce la liberación de la cadena pesada N-terminal que, al igual que en FXII, está implicada en la unión a superficies (47). Como se sabe en la técnica, la HGFA activa el factor del crecimiento de hepatocitos (HGF) dentro de tejidos lesionados en los que el HGF desempeña un papel en la reparación de tejidos a través de una actividad mitógena hacia una diversidad de tipos celulares.
Se conoce otro polipéptido de tipo FXII con dos nombres: PHBP (proteína de unión de hialuronina plasmática) (48) y proteasa activadora de FVII (49). La PHBP es una serina-protesa y es homóloga a HGFA aunque la estructura de dominios no es exactamente la misma (49, 50). Esta proteína activa FVII, uPA y tPA en sistemas experimentales, pero el papel fisiológico no se ha establecido (49, 50).
Sumario de la invención
La patente de la invención describe cómo se puede introducir en un polipéptido uno o más restos cisteína para permitir la formación de un enlace, como un enlace disulfuro, entre dos o más dominios del polipéptido. La colocación de cada enlace o enlaces disulfuro permite conseguir resultados, como la estabilización del polipéptido. Esta estabilización pueden dar como resultado el mantenimiento prolongado de actividades deseadas del polipéptido no disociado o puede evitar actividades no deseadas del polipéptido disociado.
Los polipéptidos útiles en la invención son aquellos que son sintetizados en la naturaleza como una única cadena polipeptídica, en general como el producto de la expresión de un sólo gen, y que contienen múltiples dominios plegados de forma independiente que se someten a una proteolisis limitada que puede dar como resultado la separación de los dominios debido a la disociación. Los ejemplos de dichos polipéptidos incluyen proteínas plasmáticas, incluyendo el activador del factor del crecimiento de hepatocitos y la proteína de unión de hialuronina plasmática, así como factores de la coagulación sanguínea, como el factor VIII, el factor V, el factor XII y la protrombina.
Los polipéptidos mutantes de la invención (es decir, aquellos polipéptidos en los cuales se ha introducido una o más cisteínas) incluyen no sólo aquellos en que los dominios que están unidos se sintetizan a partir de una única secuencia de ácido nucleico (por ejemplo, a partir de un único gen, ADNc o secuencia codificadora sintética o semisintética), sino también aquellos en que los dominios que están unidos se sintetizan a partir de secuencias de ácidos nucleicos diferenciadas (o separadas) (por ejemplo, a partir de secuencias que codifican polipéptidos que comprenden cada uno de los dominios unidos, cuyas secuencias pueden o no estar presentes en una molécula de ácido nucleico contigua). En este último caso, los dominios pueden unirse entre sí después de la síntesis, tanto in vivo como in vitro.
Los polipéptidos mutantes preferidos de la invención son aquellos que tengan una mayor estabilidad y/o mantienen unas actividades enzimáticas o funcionales deseables durante un periodo de tiempo mayor, comparados con el correspondiente polipéptido no mutado. En un aspecto de la invención, se proporciona un factor VIII mutante que comprende al menos un par de cisteínas colocadas en restos seleccionados del grupo que consiste en Met662-Asp1828 y Tyr664-Thr1826.
La invención describe un método para estabilizar un polipéptido, que es el producto de un único gen en la naturaleza, mediante la introducción de una o más cisteínas que comprende las etapas de: (a) obtener o crear una estructura tridimensional del polipéptido; (b) predecir uno o más sitios para la introducción de una o más cisteínas basándose en la estructura tridimensional; y (c) crear uno o más mutantes de dicho polipéptido mediante la introducción de una o más cisteínas en uno o más de los sitios predichos; en el que la introducción de dicha una o más cisteínas permite la formación de al menos un puente disulfuro intramolecular, intradominio, que aumenta la estabilidad del polipéptido mutante, comparada con la del polipéptido que no contiene dicha uno o más cisteínas introducidas.
La invención también describe un polipéptido que es el producto de un único gen en la naturaleza que se ha mutado mediante la introducción de al menos una cisteína; en el que la introducción de dicha cisteína permite la formación de al menos un puente disulfuro intramolecular, intradominio, con otra cisteína que aumenta la estabilidad del polipéptido mutante, comparada con la del polipéptido que no contiene dicha cisteína introducida.
Otro aspecto de la invención se refiere a composiciones que comprenden los polipéptidos de la invención, incluyendo las composiciones farmacéuticas que comprenden los polipéptidos de la invención y un vehículo farmacéuticamente aceptable.
La invención también se refiere a ácidos nucleicos que codifican los polipéptidos de la invención, incluyendo los vectores que contienen dichos ácidos nucleicos. La invención también se refiere a partículas víricas que contienen dichos ácidos nucleicos y/o vectores. La invención también se refiere a células hospedantes que contienen dichos ácidos nucleicos, vectores y partículas víricas. La invención también se refiere a composiciones (incluyendo composiciones farmacéuticas) que contienen los ácidos nucleicos, los vectores, las partículas víricas y/o las células hospedantes de la invención.
La invención también se refiere a composiciones farmacéuticas o medicamentos para tratar individuos con los polipéptidos, ácidos nucleicos, vectores, partículas víricas o células hospedantes de la invención y/o sus composiciones farmacéuticas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una representación esquemática de moléculas FV con el dominio B recombinante delecionado. La figura 1A es una representación esquemática de la secuencia primaria de FV\DeltaB (factor V humano con el dominio B delecionado), indicándose las localizaciones de los diferentes dominios. La figura 1B es una representación esquemática que muestra el FV\DeltaB activado (FVa), un heterodímero de la cadena pesada N-terminal y la cadena ligera C-terminal asociado en presencia de iones de Ca^{2+}. Las flechas indican los sitios de ruptura en FVa por APC. La figura 1C es una representación esquemática que muestra los fragmentos de ruptura producidos tras la inactivación de FVa (FVaI) por APC, y también muestra los sitios de las mutaciones de cisteína que producen (His609-Glu1691) y no producen (Leu238-Gln590) la formación de enlaces disulfuro.
La figura 2 son inmunotransferencias de diversos mutantes de FVa y FVai. (A) Inmunotransferencias reveladas con un anticuerpo monoclonal anti-cadena ligera de FV. Las muestras en los carriles 1 a 6 no fueron reducidas, y las de los carriles 7 a 12 fueron reducidas. Carriles 1 y 7, 2183A-FVa; carriles 2 y 8, 2183A-FVai; carriles 3 y 9, A2-SS-A3-FVa; carriles 4 y 10, A2-SS-A3-FVai; carriles 5 y 11, Q506-A2-SS-A3-FVa; carriles 6 y 12, Q506-A2-SS-A3-FVai. (B) Inmunotransferencias reveladas con anticuerpos policlonales anti-cadena pesada de FV. Carril 1, A2-SS-A3-FVa no reducido; carril 2, A2-SS-A3-FVai no reducido; carril 3, A2-SS-A3-FVa reducido; carril 4, A2-SS-A3-FVai reducido; carril 5, Q506-A2-SS-A3-FVa no reducido; carril 6, Q506-A2-SS-A3-FVai no reducido; carril 7, Q506-A2-SS-A3-FVa reducido; carril 8, Q506-A2-SS-A3-FVai reducido. Las posiciones de las bandas para los fragmentos entrecruzados y no entrecruzados se indican a la derecha de cada transferencia. LC = cadena ligera, HC = cadena pesada, A1 = dominio A1, A2 = dominio A2, A2c = fragmento C-terminal del dominio A2 (restos 507-679). Las posiciones de los marcadores de peso molecular (kDa, patrones Novex SeeBlue) se indican a la izquierda.
La figura 3 es una representación esquemática que ilustra la prevención de la disociación del dominio A2 del factor VIIIa heterotrimérico mediante la introducción de un enlace disulfuro entre los dominios A2 y A3, o los dominios A2 y A1, de FVIIIa.
La figura 4 es una representación esquemática que muestra la acción esperada de APC sobre el FVIIIa mutante que contiene un enlace disulfuro entre restos cisteínas introducidos en las posiciones que corresponden a Met662-Asp1828 en un mutante, o Tyr664-Thr1826 en otro mutante, y que muestra los sitio de ruptura de APC en los restos Arg336 y Arg562.
La figura 5 muestra la estabilidad de mutantes de doble cisteína del factor VIIIa. Se ensayaron mutantes de tipo salvaje recombinantes y mutantes de doble cisteína de FVIIIa a lo largo del tiempo para la actividad en un ensayo APTT. Las especies FVIIIa se indican: tipo salvaje (+), C662-C1828 (\Delta), C664-C1826 (\circ). En el momento del inicio aproximadamente 500 mU/ml de FVIII se trataron con trombina 5,4 nM y después, tras un minuto, se añadió hirudina a 1 U/ml para inactivar la trombina. Entonces se retiraron muestras a los tiempos indicados y se ensayaron para el resto de actividad FVIIIa en el ensayo APTT.
La figura 6 es una representación esquemática que ilustra la introducción de un enlace disulfuro en la protrombina humana para estabilizar su forma de meizotrombina o meizotrombina (des F1), evitando la conversión de la meizotrombina o meizotrombina (des F1) en alfa-trombina (\alpha-IIa). Leyendas: GLA, dominio Gla; Kr.1, dominio Kringle 1; Kr.2, dominio Kringle 2; Meizo-IIa, meizotrombina. La protrombina y la Meizo-IIa se muestran con un enlace disulfuro introducido entre el dominio Kringle 2 y el dominio proteasa formado por la introducción de una cisteína en un resto N-terminal a su sitio de ruptura en el resto 271 del dominio Kringle 2, y la introducción de una cisteína en un resto C-terminal al sitio de ruptura en el resto 320 en el dominio proteasa. El enlace disulfuro entre los restos cisteína 293 y 439 está presente en la proteína natural.
La figura 7 es una descripción de los números de registro y las referencias bibliográficas relacionadas utilizadas como fuente para las secuencias de aminoácidos, con notas que conciernen al sistema de numeración para los mutantes del factor VIII, factor V, protrombina, factor XII, HGFA y PHBP descritos en los ejemplos en la presente.
La figura 8 son páginas web de SwissProt nº de registro P00451 que contienen la secuencia de aminoácidos del factor VIII humano e información relacionada.
La figura 9 son páginas web de SwissProt nº de registro P12259 que contienen la secuencia de aminoácidos del factor V humano e información relacionada.
La figura 10 son páginas web de SwissProt nº de registro P00734 que contienen la secuencia de aminoácidos de la protrombina humana e información relacionada.
La figura 11 son páginas web de SwissProt nº de registro P00748 que contienen la secuencia de aminoácidos del factor XII humano e información relacionada.
La figura 12 son páginas web de SwissProt nº de registro Q04756 que contienen la secuencia de aminoácidos de la HGFA humana e información relacionada.
La figura 13 son páginas web de PIR nº de registro JC4795 que contienen la secuencia de aminoácidos de la PHBP humana e información relacionada.
Descripción detallada de la invención
Debe entenderse que tanto la anterior descripción general como la siguiente descripción detallada son ejemplos y sólo son explicativas, y no son restrictivas de la invención, según se reivindica. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en la memoria descriptiva y constituyen una parte de ésta, ilustran una realización de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.
Procedimiento general
Según las realizaciones de la presente invención, se puede introducir en un polipéptido, tal como el producto polipeptídico de un único gen, uno o más restos cisteína que permiten la formación de un enlace disulfuro entre dos o más dominios del polipéptido. La colocación de dicha o dichas cisteínas, con sus enlaces disulfuro resultantes, permite lograr resultados, como la estabilización del polipéptido. Se hace notar que, en algunas realizaciones, la presente invención puede utilizarse también para colocar un enlace disulfuro dentro de un único dominio de un polipéptido, entre dos polipéptidos diferentes y similares.
Como primera etapa, se obtiene o se crea una estructura del polipéptido de interés. Ésta puede ser una estructura cristalina de rayos X, una estructura derivada de NMR, una estructura tridimensional basada en la formación de modelos de homología, difracción de neutrones o similares.
Después puede aplicarse a una estructura del polipéptido de interés un algoritmo que predice los sitios para la introducción de los puentes disulfuro mediante la colocación de las cisteínas. Esto puede realizarse, por ejemplo, utilizando el programa informático MODIP que emplea el algoritmo de Sowdhamini (19). El MODIP predice los sitios para la introducción de los puentes disulfuro y proporciona grados (A, B, C) para cada predicción. Los sitios de grado A son los que se predicen como más óptimos para el establecimiento de enlaces disulfuro, mientras que los sitios de grado B y C son progresivamente menos ideales. Dicho de otro modo, los puentes disulfuro de grado A satisfacen criterios estereoquímicos definidos, mientras que los puentes disulfuro de grado C satisfacen menos criterios estereoquímicos. Se hace notar específicamente que pueden utilizarse otros algoritmos y/o programas informáticos, como el algoritmo de Pabo (18) o Hazes (56). En otras realizaciones, las predicciones para la introducción de cisteínas para establecer enlaces disulfuro pueden realizarse mediante otros métodos, como mediante inspección visual.
De los sitios predichos se puede escoger una serie de los sitios más ideales para la posterior investigación.
La inspección visual de los sitios elegidos puede realizarse utilizando análisis de gráficos informáticos. Basándose en esta inspección visual pueden eliminarse ciertos sitios de posterior consideración. Para cada uno de los sitios elegidos que quedan en consideración después de la inspección visual puede crearse un modelo estructural modificado que incluya un enlace disulfuro en el sitio elegido. Esto puede realizarse utilizando programas informáticos, como el programa informático Xfit, por ejemplo, pudiendo obtenerse un mayor refinamiento con otro programa informático, por ejemplo el programa informático X-PLOR utilizando el campo de fuerza de todos los átomos Charm22.
Después del refinamiento, los modelos de enlaces disulfuro pueden analizarse para la geometría de disulfuros óptima. Aquellos sitios con la mejor geometría para la formación de enlaces disulfuro y, quizás, las menores energías de fase gaseosa de Van Der Waals, pueden elegirse para intentar introducir uno o más restos cisteína que permitan la formación de uno o más enlaces disulfuro. Los restos cisteína pueden introducirse en un polipéptido utilizando técnicas muy conocidas en la técnica como, por ejemplo, técnicas recombinantes como la mutagénesis dirigida específica de sitio de un ácido nucleico que codifica el polipéptido de interés. Los ácidos nucleicos que codifican los polipéptidos de la invención también pueden fabricarse mediante métodos sintéticos o semisintéticos. Por ejemplo, el ácido nucleico que codifica el polipéptido de la invención puede sintetizarse directamente utilizando desoxinucleótidos sintéticos solapantes (véase, por ejemplo, Edge et al., Nature, 292:756 (1981); Nambair et al., Science, 223:1299 (1984); Jay et al., J. Biol. Chem., 259:6311 (1984)); o utilizando una combinación de ADN o ADNc generados mediante una reacción en cadena con polimerasa y oligonucleótidos sintetizados. Los ácidos nucleicos de la invención pueden estar presentes en un vector de expresión, o pueden insertarse en un vector de expresión, que contenga una región promotora apropiada unida operablemente a la secuencia que codifica el polipéptido de la invención y una señal de terminación apropiada. Después puede realizarse la purificación del vector y procedimientos de transfección conocidos en la técnica. Después pueden seleccionar y recogerse los clones estables utilizando métodos conocidos en la técnica. Los polipéptidos producidos después pueden cuantificarse mediante actividad y mediante inmunotransferencias para confirmar la colocación apropiada del o de los enlaces disulfuro en el polipéptido de interés y sus rendimientos.
Los ácidos nucleicos que codifican los polipéptidos de la invención pueden expresarse en la célula hospedante u organismo nativos o en una célula u organismo diferente. Los ácidos nucleicos pueden introducirse en un vector, como un plásmido, un cósmido, un fago, un virus o un minicromosoma, e insertarse en una célula hospedante u organismo mediante métodos muy conocidos en la técnica. En general, los ácidos nucleicos o vectores que contienen estos ácidos nucleicos pueden utilizarse en cualquier célula, tanto eucariota como procariota, incluyendo células de mamífero (por ejemplo, células humanas (por ejemplo K293, HeLa), de mono (por ejemplo COS), de conejo (por ejemplo reticulocitos de conejo), de rata, de hámster (por ejemplo CHO y células renales de cría de hámster) o de ratón (por ejemplo células L), células vegetales, células de levadura, células de insecto o células bacterianas (por ejemplo E. coli). Los vectores que pueden utilizarse para clonar y/o expresar estos ácidos nucleicos que codifican el polipéptido son los vectores que son capaces de replicar y/o expresar los ácidos nucleicos en la célula hospedante en la que se desee que los ácidos nucleicos se repliquen y/o se expresen. Véase, por ejemplo, F. Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Associates and Wiley-Interscience (1992), y Sambrook et al. (1989) para ejemplos de vectores apropiados para diversos tipos de células hospedantes. Los promotores nativos para estos genes pueden ser sustituidos por promotores fuertes compatibles con el hospedante en el que cual se inserta el ácido nucleico que codifica el polipéptido de la invención. Estos promotores pueden ser inducibles. Las células hospedantes que contienen estos ácidos nucleicos pueden utilizarse para expresar cantidades grandes de los polipéptidos de la invención útiles en preparaciones enzimáticas, productos farmacéuticos, reactivos de diagnóstico y productos terapéuticos. Los polipéptidos de la invención también pueden fabricarse en plantas o animales transgénicos utilizando métodos conocidos en la técnica.
Si los genes que, en la naturaleza, codifican los polipéptidos de la invención contienen regiones inhibidoras/de inestabilidad (veáse, por ejemplo, el documento WO 93/20212), los codones menos preferidos pueden alterarse para conseguir codones más preferidos. Sin embargo, si se desea, por ejemplo, hacer que una región rica en AT sea más rica en GC, los codones más preferidos pueden alterarse para conseguir codones menos preferidos. Opcionalmente, sólo los codones que se utilizan muy raramente (identificados a partir de las tablas de utilización de codones publicadas, como en T. Maruyama et al., Nucl. Acids Res., 14(supl.):r151-197 (1986)) pueden ser sustituidos por codones preferidos o, como alternativa, la mayoría o todos los codones raros pueden sustituirse por codones preferidos. En general, la elección de los codones preferidos para usar dependerá de la utilización de codones de la célula hospedante en que se va a expresar el gen alterado. Nótese, sin embargo, que la sustitución de los codones más preferidos por codones menos preferidos también es funcional.
Como se indicó anteriormente, las secuencias codificadoras se eligen basándose en el código genético y, preferiblemente, en la utilización de codones preferida en la célula hospedante u organismo en que se va a expresar el ácido nucleico que codifica el polipéptido de esta invención. En una serie de casos, la utilización de codones preferidos de un hospedante o sistema de expresión concretos puede determinarse a partir de referencias disponibles (véase, por ejemplo, T. Maruyama et al., Nucl. Acids Res., 14(supl.):r151-197 (1986), en que el número de veces que aparece el codón en los genes por 1000 codones se lista en paréntesis junto al codón), o puede determinarse mediante otros métodos (véase, por ejemplo, la patente de EEUU nº 5.082.767, titulada "Codon Pair Utilization" (utilización de pares de codones), otorgada a G.W. Hatfield et al., el 21 de enero, 1992). Preferiblemente, las secuencias se elegirán para optimizar la transcripción y la traducción, así como la estabilidad del ARNm, para aumentar, en último término, la cantidad de polipéptido producido. Por tanto, la selección de codones será guiada, por ejemplo, por el uso preferido de codones por la célula hospedante y/o la necesidad de proporcionar sitios de endonucleasas de restricción deseados, y también puede ser guiada por el deseo de evitar potenciales restricciones de estructura secundaria en la transcripción del ARNm codificado. Las potenciales restricciones de estructura secundaria pueden identificarse mediante el uso de programas informáticos, como el descrito en M. Zucker et al., Nucl. Acids Res., 9:133 (1981). Puede elegirse más de una secuencia codificadora en situaciones en que la preferencia de codones es desconocida o ambigua para la utilización de codones óptima en la célula hospedante u organismo elegido. Sin embargo, cualquier conjunto correcto de codones codificará la proteína deseada, incluso si se traduce con una eficacia menor que la óptima. El ejemplo III de Seed et al., patente de EEUU nº 6.114.148, describe un gen del factor VIII sintético (que codifica el factor VIII con el dominio B delecionado), con una utilización de codones alterada que aumenta la expresión del polipéptido del factor VIII codificado.
También se anticipa que las secuencias inhibidoras/de inestabilidad puedan mutarse, de forma que los aminoácidos codificados cambian para contener uno o más aminoácidos conservativos o no conservativos y aún producir una proteína funcionalmente equivalente. Por ejemplo, uno o más restos aminoácidos dentro de la secuencia pueden sustituirse por otro aminoácido de polaridad similar que actúe como un equivalente funcional, dando como resultado una sustitución neutra en la secuencia de aminoácidos. Los sustitutos para un aminoácido dentro de una secuencia pueden seleccionarse de otros miembros de la clase a la cual pertenece el aminoácido. Por ejemplo, los aminoácidos no polares (hidrófobos) incluyen alanina, leucina, isoleucina, valina, prolina, fenilalanina, triptófano y metionina. Los aminoácidos neutros polares incluyen glicina, serina, treonina, cisteína, tirosina, asparagina y glutamina. Los aminoácidos cargados positivamente (básicos) incluyen arginina, lisina e histidina. Los aminoácidos cargados negativamente (ácidos) incluyen ácido aspártico y ácido glutámico.
Los ácidos nucleicos para los genes alterados mediante los métodos de la invención o las construcciones que contengan dichos ácidos nucleicos también pueden utilizarse para la sustitución de genes in vivo o in vitro. Por ejemplo, un ácido nucleico que produzca un polipéptido sin el resto o restos cisteína introducidos puede reemplazarse in situ por un ácido nucleico que se ha modificado mediante el método de la invención in situ para producir, en último término, un polipéptido con una mayor estabilidad, comparada con la del polipéptido codificado originariamente. Esta sustitución de genes puede ser útil, por ejemplo, para el desarrollo de una terapia genética.
Los vectores incluyen vectores retrovíricos y también incluyen la inyección directa de ADN en células musculares u otras células receptoras, dando como resultado la expresión eficaz del polipéptido de la invención, utilizando la tecnología descrita, por ejemplo, en Wolff et al., Science, 247:1465-1468 (1990), Wolff et al., Human Molecular Genetics, 1(6):363-369 (1992), y Ulmer et al., Science, 259:1745-1749 (1993). Véanse también, por ejemplo, los documentos WO 96/36366 y WO 98/34640.
Los polipéptidos, los ácidos nucleicos, los vectores, las partículas víricas y/o las células hospedantes de la invención pueden aislarse y purificarse mediante métodos conocidos en la técnica, y pueden utilizarse en composiciones farmacéuticas y/o terapias, como se describe más a fondo a continuación.
Composiciones farmacéuticas
Las composiciones farmacéuticas de esta invención contienen una cantidad farmacéutica y/o terapéuticamente aceptable de la menos un polipéptido, o un ácido nucleico que codifica un polipéptido, de esta invención. En una realización de la invención, la cantidad eficaz de polipéptido por dosis unitaria es una cantidad suficiente para prevenir, tratar o proteger contra los efectos de una deficiencia, o una deficiencia prevista, en el polipéptido natural correspondiente. La cantidad eficaz del polipéptido por dosis unitaria depende, entre otras cosas, de la especie de mamífero tratada, el peso corporal del mamífero, y el régimen de inoculación elegido, como se sabe en la técnica.
Preferiblemente, la vía de inoculación del péptido será subcutánea o intravenosa. La dosis se administra al menos una vez.
La expresión "dosis unitaria" se refiere a unidades físicamente discretas adecuadas como dosificaciones unitarias para mamíferos, conteniendo cada unidad una cantidad predeterminada de material activo (por ejemplo, polipéptido o ácido nucleico) calculada para producir el efecto deseado en asociación con cualquier diluyente acompañante.
Los polipéptidos o ácidos nucleicos de la invención se administran, en general, con un portador o vehículo fisiológicamente aceptable para ellos. Un vehículo fisiológicamente aceptable es aquel que no provoca una reacción física adversa tras su administración, y aquel en que los polipéptidos o ácidos nucleicos son suficientemente solubles y mantienen su actividad para administrar una cantidad terapéuticamente eficaz del compuesto. La cantidad terapéuticamente eficaz y el método de administración de un polipéptido o ácido nucleico de la invención puede variar basándose en el paciente individual, la indicación que se está tratando y otros criterios evidentes para los expertos en la técnica. Una cantidad terapéuticamente eficaz de un polipéptido o ácido nucleico de la invención es aquella suficiente para atenuar la disfunción sin provocar efectos secundarios adversos significativos. La vía o vías de administración útiles en una aplicación concreta serán evidentes para los expertos en la técnica.
Las vías de administración de los polipéptidos y ácidos nucleicos de la invención incluyen, pero no se limitan a la inyección parenteral y directa en un sitio afectado. Las vías de administración parenterales incluyen, pero no se limitan a la vía intravenosa, intramuscular, intraperitoneal y subcutánea. La vía de administración de los polipéptidos de la invención es, de forma típica, parenteral.
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La presente invención incluyen composiciones de los polipéptidos y ácidos nucleicos descritos anteriormente, adecuadas para la administración parenteral, que incluyen, pero no se limitan a disoluciones isotónicas estériles farmacéuticamente aceptables. Estas disoluciones incluyen, pero no se limitan a disolución salina y disolución salina tamponada con fosfato para la administración nasal, intravenosa, intramuscular, intraperitoneal, subcutánea o mediante inyección directa en una articulación u otra área.
También puede utilizarse un sistema para la administración sostenida del polipéptido o ácido nucleico de la invención. Por ejemplo, puede emplearse un sistema de administración basado en contener un polipéptido en una matriz polimérica de microesferas biodegradables (57). Una de estas matrices poliméricas incluye el polímero poli(lactida-co-glicólido) (PLG). El PLG es biocompatible y puede administrarse por vía intravenosa u oral. Tras la inyección de las microesferas en el cuerpo, el polipéptido encapsulado es liberado mediante un proceso complejo que implica la hidratación de las partículas y la disolución del fármaco. La duración de la liberación es dirigida, principalmente, por el tipo de polímero PLG utilizado y la liberación de los excipientes modificadores (44).
Se pretende que los polipéptidos y los ácidos nucleicos de la presente invención se proporcionen al sujeto receptor en una cantidad suficiente para prevenir o atenuar la gravedad, el grado o la duración de los efectos perjudiciales de una deficiencia, o una deficiencia prevista, en el polipéptido natural correspondiente.
La administración de los agentes, incluyendo las composiciones de polipéptidos y ácidos nucleicos de la invención, puede tener un objetivo "profiláctico" o "terapéutico". Cuando se proporcionan de manera profiláctica, los agentes se proporcionan por anticipado a cualquier síntoma. La administración profiláctica del agente actúa para prevenir o mejorar cualquier efecto perjudicial posterior de la deficiencia, o la deficiencia prevista, en el polipéptido natural correspondiente. Cuando se proporciona de forma terapéutica, el agente se proporciona cuando aparece el síntoma (o poco tiempo después) de la deficiencia o de la deficiencia prevista. Por tanto, el agente de la presente invención puede proporcionarse antes de la deficiencia prevista (para atenuar la gravedad, duración o grado previstos de los síntomas de la enfermedad) o después de la deficiencia, habiéndose manifestado sus síntomas resultantes.
También se preven terapias basadas en vectores y partículas víricas, como vectores víricos y partículas víricas que contienen secuencias de ácidos nucleicos que codifican los polipéptidos descritos en la presente. Estas molecular, desarrolladas de modo que no provoquen un efecto patológico, producirán los polipéptidos codificados de la invención.
Preparaciones del factor VIII
El aislamiento y la purificación del factor VIII derivado de plasma porcino y humano y del factor VIII recombinante humano se ha descrito en la bibliografía. Véase, por ejemplo, Flucher, C.A., y T.S. Zimmerman, 79, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA, 1648-1652 (1982); Toole, J.J., et al., 312, Nature, 342-347 (1984) (Genetics Institute); Gitschier, J., et al., 312, Nature, 326-330 (1984) (Genentech); Wood, W.I., et al., 312, Nature, 330-337 (1984) (Genentech); Vehar, G.A., et al., 312, Nature, 337-342 (1984) (Genentech); Fass, D.N., et al., 59, Blood, 594 (1982); Toole, J.J., et al., 83, Proc. Nat'l. Acad, Sci. USA, 5939-5942 (1986); Boedeker, B.G., Semin. Thromb. Hemost., 27(4):385-394 (agosto 2001). Dos preparaciones del factor VIII recombinante de longitud completa que han obtenido licencia para su uso en seres humanos a principios de los años 90 se describen, por ejemplo, en Schwartz, R.S., et al., N. Engl. J. Med., 323:1800-1805 (1990); Lusher, J.M., et al., N. Engl. J. Med., 328:453-459 (1993); Bray, G.L., et al., Blood, 83:2428-2435 (1994); y White, G.C. II, et al., Thromb. Haemost., 77:660-667 (1997).
El factor VIII con el dominio B delecionado, que carece del dominio B de la proteína de longitud completa pero mantiene la actividad coagulante, y que ha obtenido licencia para su uso en seres humanos se describe, por ejemplo, en Osterbert, T., et al., Pharm. Res., 14:892-898 (1997); Lusher, J.M., et al., Blood, 96:266a (2000) (resumen); y Almstedt, et al., patente de EEUU nº 5.661.008.
El factor VIII humano/porcino híbrido también se ha descrito en la bibliografía. Véase, por ejemplo, la patente de EEUU 6.180.371.
La definición clásica del factor VIII es una sustancia presente en el plasma sanguíneo normal que corrige el defecto de coagulación en plasma procedente de individuos con hemofilia A. Tal como se emplea en la presente, el factor VIII se refiere a una molécula que tiene las propiedades procoagulantes del factor VIII derivado del plasma o el factor VIII activado. Por tanto, la expresión factor VIII, tal como se emplea en la presente, incluye una forma modificada o truncada del factor VIII natural o recombinante que mantiene las propiedades procoagulantes del factor VIII o del factor VIII activado. Por tanto, el factor VIII, tal como se emplea en la presente, incluye la molécula del precursor del factor VIII sin romper, así como el factor VIII en diversas formas proteolíticamente procesadas o truncadas de otra manera conocidas por los expertos en la técnica, en las que las diversas formas del factor VIII poseen actividad procoagulante. Los ejemplos de polipéptidos del factor VIII son aquellos fragmentos del factor VIII activo y derivados del factor VIII descritos en Andersson et al., patente de EEUU nº 4.749.780; Andersson et al., patente de EEUU nº 4.877.614; Toole et al., patente de EEUU nº 4.757.006; Toole, patente de EEUU nº 4.868.112; Almstedt et al., patente de EEUU nº 5.661.008. El factor VIII descrito en Almstedt et al. está formado por los aminoácidos 1 a 743 y 1649 a 2332 del factor VIII humano. Esta secuencia polipeptídica se conoce en el mercado como rFVIII-SQ o REFACTO [r]. Véase, también, Lind et al., Euro. J. Biochem., 232:19-27 (1995). También pueden construirse otras formas del FVIII truncado en las que el dominio B está en general delecionado. En el factor VIII de Almstedt et al., los aminoácidos de la cadena pesada, que contiene los aminoácidos 1 a 740 del factor VIII humano y que tiene un peso molecular de aproximadamente 90 kD, se conectan a los aminoácidos de la cadena ligera, que contiene los aminoácidos 1649 a 2332 del factor VIII humano y que tiene un peso molecular de aproximadamente 80 kD. Las cadenas pesada y ligera están conectadas por un péptido conector de 2 a 15 aminoácidos, por ejemplo un conector que comprende restos lisina o arginina o, como alternativa, están conectadas mediante un enlace iónico metálico. Pueden utilizarse estos otros conectores y otros conectores con diferente tamaño. Véase, también, Pipe y Kaufmann (109) para otro variante del factor VIII que fue modificado mediante la deleción de los restos 794-1689, de forma que el dominio A2 está unido covalentemente a la cadena ligera. Mutaciones de aminoácido en los sitios de ruptura de inactivación de la trombina y la proteína C activada proporcionan resistencia a la proteolisis, dando como resultado una proteína monocatenaria que tiene una actividad máxima después de una única ruptura después de la arginina-372.
En la patente de EEUU nº 6.180.371 se muestran nucleótidos de ADNc del factor VIII humano y las secuencias de aminoácidos predichas. El factor VIII se sintetiza como una proteína monocatenaria de aproximadamente 300 kDa con una homología de secuencia interna que define la secuencia del "dominio" NH_{2}-A1-A2-B-A3-C1-C2-COOH. En la patente de EEUU nº 6.180.371, los dominios del factor VIII incluyen los siguientes restos aminoácidos, cuyas secuencias se alinean con la secuencia de aminoácidos indicada en la patente: A1, restos Ala1-Arg372; A2, restos Ser373-Arg740; B, restos Ser741-Arg1648; A3, restos Ser1690-Ile2032; C1, restos Arg2033-Asn2172; C2, restos Ser2173-Tyr2332. La secuencia A3-C1-C2 incluye los restos Ser1690-Tyr2332. El resto de la secuencia, los restos Glu1649-Arg1689, normalmente se denomina péptido de activación de cadena ligera del factor VIII. El factor VIII es activado proteolíticamente por la trombina o el factor Xa, que lo disocia del factor de von Willebrand, formando el factor VIIIa, que tiene función procoagulante. La función biológica del factor VIIIa es aumentar la eficacia catalítica del factor IXa hacia la activación del factor X en varios órdenes de magnitud. El factor VIIIa activado por trombina es un heterotrímero A1/A2/A3-C1-C2 de 160 kDa que forma un complejo con el factor IXa y el factor X sobre la superficie de plaquetas o monocitos o sobre otras superficies.
La cadena pesada del factor VIII contiene los dominios A1 y A2 y también puede contener parte o todo el dominio B (la cadena pesada del factor VIII con el dominio B delecionado contiene dos dominios, A1 y A2, y puede contener una pequeña parte del dominio B). La cadena ligera del factor VIII contiene tres dominios, A3, C1 y C2.
Composiciones farmacéuticas del factor VIII
Las composiciones farmacéuticas que contienen el factor VIII estabilizado con disulfuro, solo o en combinación con compuestos de estabilización farmacéuticos apropiados, vehículos de transporte y/o vehículos portadores, pueden prepararse según métodos conocidos, como los descritos en Remington's Pharmaceutical Sciences, por E.W. Martín, incorporado en la presente como referencia. Las composiciones farmacéuticas pueden contener el polipéptido del factor VIII, ácidos nucleicos que codifiquen el factor VIII, o similares.
En una realización preferida, los vehículos de transporte o portadores preferidos para la infusión intravenosa son disolución salina fisiológica o disolución salina tamponada con fosfato que puede incluir azúcares.
En otra realización preferida, los compuestos de estabilización, los vehículos de transporte y los vehículos portadores adecuados incluyen, pero no se limitan a otras proteínas humanas o animales, como albúmina.
También se prefieren vesículas de fosfolípidos o suspensiones liposómicas como vehículos de transporte o portadores farmacéuticamente aceptables. Pueden prepararse según métodos conocidos por los expertos en la técnica y pueden contener, por ejemplo, fosfatidilserina/fosfatidilcolina u otras composiciones de fosfolípidos o detergentes que juntos impartan una carga negativa a la superficie, puesto que el factor VIII se une a membranas de fosfolípidos cargadas negativamente. Los liposomas pueden prepararse disolviendo el o los lípidos apropiados (como estearoilfosfatidiletanolamina, estearoilfosfatidilcolina, aracadoilfosfatidilcolina y colesterol) en una disolvente inorgánico que después se evapora, dejando una película fina de lípidos secos sobre la superficie del recipiente. Entonces se introduce en el recipiente una disolución acuosa del factor VIII. La disolución se mezcla para liberar el material lipídico de los lados del recipiente y para dispersar los agregados lipídicos, formando, con ello, la suspensión liposómica.
El factor VIII puede combinarse con otros compuestos de estabilización adecuados, vehículos de transporte y/o vehículos portadores, incluyendo factores de coagulación dependientes de la vitamina K, factor tisular, factor de von Willebrand (vWf) o un fragmento de vWF que contenga el sitio de unión del factor VIII, y polisacáridos como la sacarosa.
El factor VIII puede conservarse unido a vWf para aumentar la semivida y la caducidad de la molécula. Además, la liofilización del factor VIII puede mejorar los rendimientos de las moléculas activas en presencia de vWf. Los métodos para conservar el factor VIII incluyen la liofilización del factor VIII en un estado parcialmente purificado (como un "concentrado" del factor VIII que se infusiona sin más purificación), y una purificación mediante inmunoafinidad del factor VIII y una liofilización en presencia de albúmina, que estabiliza el factor VIII. El factor VIII también puede prepararse mediante un proceso que emplea la sacarosa como estabilizante en el recipiente final, en lugar de albúmina. Se prefiere que el factor VIII se prepare mediante un proceso que no incluya plasma ni proteínas plasmáticas (véase, por ejemplo, Boedeker (111) y Cho et al., patente de EEUU nº 6.358.703 B1).
Además, el factor VIII ha resultado ser indefinidamente estable a 40ºC en NaCl 0,6 M, MES 20 mM, y CaCl_{2} 5 mM a pH 6,0, y también puede conservarse congelado en estos tampones y descongelarse con una pérdida mínima de actividad.
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Métodos de tratamiento
El factor VIII se utiliza para prevenir, tratar o mejorar el sangrado incontrolado debido a una deficiencia en el factor VIII (por ejemplo, una hemorragia intraarticular, intracraneal o gastrointestinal) en sujetos, como hemofílicos, con y sin anticuerpos inhibidores, y en pacientes con una deficiencia adquirida en el factor VIII debido al desarrollo de anticuerpos inhibidores (51). Los sujetos preferidos son mamíferos, más preferiblemente seres humanos. Los materiales activos se administran preferiblemente por vía intravenosa.
Una "deficiencia en el factor VIII", tal como se emplea en la presente, incluye una deficiencia en la actividad de coagulación provocada por la producción de un factor VIII defectuoso, por una producción inadecuada o no producción del factor VIII, o por la inhibición parcial o total del factor VIII por inhibidores. La hemofilia A es un tipo de deficiencia del factor VIII que se produce como resultado de un defecto en un gen ligado al cromosoma X y la ausencia o deficiencia de la proteína del factor VIII que codifica.
Además, el factor VIII puede administrarse mediante el transplante de células genéticamente modificadas para producir el factor VIII, o mediante el implante de un dispositivo que contenga dichas células, como se describió anteriormente.
En una realización preferida, las composiciones farmacéuticas del factor VIII sólo o en combinación con estabilizantes, vehículos de transporte y/o portadores se infusiona en pacientes por vía intravenosa.
Las dosificaciones de tratamiento de la composición del factor VIII que deben administrarse a un paciente que necesite dicho tratamiento varían dependiendo de la gravedad de la deficiencia en el factor VIII. En general, el nivel de dosificación se ajusta en frecuencia, duración y unidades con respecto a la gravedad y la duración de cada episodio de sangrado del paciente. Por consiguiente, el factor VIII se incluye en el vehículo de transporte, portador o estabilizante farmacéuticamente aceptables en una cantidad suficiente para administrar al paciente una cantidad terapéuticamente eficaz del factor VIII para detener el sangrado, según se mide mediante ensayos de coagulación convencionales.
El factor VIII se define de forma clásica como la sustancia presente en el plasma sanguíneo normal que corrige el defecto de coagulación en plasma procedente de individuos con hemofilia A. La actividad coagulante in vitro de las formas purificadas y parcialmente purificadas del factor VIII se emplea para calcular la dosis del factor VIII para infusiones en pacientes humanos y es un indicador fiable de la actividad recuperada de plasma de pacientes y de la corrección del defecto de sangrado in vivo. Véase, por ejemplo, Lusher, J.M., et al., New Engl. J. Med., 328:453-459 (1993);
Pittman, D.D., et al., Blood, 79:389-397 (1992), y Brinkhous et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82:8752-8755 (1985).
Normalmente, el nivel plasmático deseado del factor VIII que se quiere lograr en el paciente mediante la administración del factor VIII híbrido o un equivalente a un híbrido está en el intervalo de 30-100% del nivel plasmático normal. Las dosificaciones típicas para el tratamiento de las hemorragias de la hemofilia A con el factor VIII son de 25-50 unidades/kg de peso corporal. Una unidad = la cantidad normal de VIII en 1 ml de plasma humano normal citrado. Véase, por ejemplo, Roberts, H.R. y Hoffman, M., Hemophilia A and Hemophilia B, en Williams Hematology, 6ª edición, eds. E. Beutler, M.A. Lichtman, B.S. Coller, T.J. Kipps y U. Seligson, McGraw-Hill, NY, 2001. En un modo de administración preferido del factor VIII de la invención, que se espera que tenga una mayor estabilidad debido a la introducción de uno o más restos cisteína, la composición se administra por vía intravenosa a una dosificiación preferida en el intervalo de aproximadamente 0,1 a 80 unidades/kg de peso corporal, más preferiblemente en un intervalo de 0,5 a 50 unidades/kg de peso corporal, más preferiblemente en un intervalo de 1,0-50 unidades/kg de peso corporal, y lo más preferiblemente a una dosificación de 2,0-40 unidades/kg de peso corporal; la frecuencia de intervalo está en un intervalo de aproximadamente 8 a 24 horas (en hemofílicos gravemente afectados); y la duración del tratamiento en días está en el intervalo de 1 a 10 días o hasta que el episodio de sangrado se resuelva. Véase, por ejemplo, Roberts, H.R. y M.R. Jones, "Hemophilia and Related Conditions-Congenital -Deficiencies of Prothrombin (Factor II, Factor V, and Factors VII to XII)", cap. 153, 1453-1474, 1459-1460, en Hematology, Williams W.J. et al., ed. (1990). Los pacientes con inhibidores pueden requerir más factor VIII de la invención, o los pacientes pueden requerir menos factor VIII de la invención por su mayor estabilidad frente al factor VIII humano. En un tratamiento con el factor VIII, la cantidad del factor VIII infusionada es definida mediante un ensayo de coagulación de factor VIII en una etapa y, en casos seleccionados, la recuperación in vivo se determina midiendo el factor VIII en el plasma del paciente después de la infusión. Debe entenderse que, para cualquier sujeto concreto, los regímenes de dosificación específicos deben ajustarse a lo largo del tiempo según las necesidades del individuo y la consideración profesional de la persona que administra o supervisa la administración de las composiciones, y que la concentración y otros intervalos que se indican en la presente son sólo ejemplos y no pretenden limitar el alcance o la práctica de la invención reivindicada.
El tratamiento puede tomar la forma de una única administración intravenosa de la composición o la administración periódica o continua a lo largo de un periodo de tiempo extendido, según se requiera. Como alternativa, el factor VIII puede administrarse por vía subcutánea u oral con liposomas en una o varias dosis en intervalos de tiempo variables.
El factor VIII híbrido animal/humano de la invención puede utilizarse para tratar el sangrado incontrolado debido a una deficiencia en el factor VIII en hemofílicos que han desarrollado anticuerpos contra el factor VIII humano. En este caso, no es necesaria una actividad coagulante superior a las del factor VIII humano o animal natural solo. Una actividad coagulante que sea inferior a la del factor VIII humano natural (es decir, menor que 3.000 unidades/mg) será útil si la actividad no es neutralizada por anticuerpos en el plasma del paciente.
El factor VIII también puede administrarse mediante terapia génica. Los principios generales para este tipo de terapia son conocidos por los expertos en la técnica y se han publicado en la bibliografía (por ejemplo 52, 53, 57). Se han utilizado diversas estrategias para administrar los factores VIII y IX mediante terapia génica y muchas de éstas pueden resultar apropiadas para la administración del factor VIII que está modificado mediante la adición de enlaces disulfuros introducidos. A continuación se presenta un resumen de diversas estrategias que pueden utilizarse.
Con mucho, la mayor parte de la experiencia se ha realizado con vectores retrovíricos. Un ejemplo de los datos preclínicos publicados y revisados por iguales existentes que utilizan vectores retrovíricos para tratar la hemofilia provienen de Kay et al. (58), que han preparado un vector retrovírico que expresa el FIX canino y lo infusiona en la vena porta de perros hemofílicos que se han sometido a una hepactectomía parcial. Fueron capaces de demostrar la expresión a largo plazo de FIX canino (>2 años) pero a niveles que fueron demasiado bajos para ser terapéuticos en seres humanos.
Otra estrategia, también para la hemofilia B, utiliza un vector AAV. Los vectores AAV en el uso presente se modifican a partir de un parvovirus, AAV de serotipo 2, con un pequeño genoma de ADN monocatenario (4,7 kb). Muchos individuos se infectan con el virus de tipo salvaje siendo niños, pero la infección no está asociada con ninguna enfermedad conocida. El virus tiene una replicación defectuosa natural, y el vector modificado está completamente exento de secuencias codificadoras víricas. Los estudios preclínicos realizados por varios grupos han demostrados que los vectores AAV pueden dirigir una expresión sostenida de un transgén introducido en el músculo esquelético, el hígado o el sistema nervioso central (62-64). En el caso del FIX, experimentos con ratones han producido unos niveles de expresión de 250 a 350 ng/ml (5% al 7% de los niveles en circulación normales), mientras que experimentos similares en perros hemofílicos han producido unos niveles de 70 a 80 ng/ml (aproximadamente 1,5% de los niveles normales (65, 66)).
También están en marcha esfuerzos para extender el uso de una estrategia de AAV dirigida al hígado para el FVIII, pero el tamaño del transgén presenta un problema en este caso, porque los vectores AAV no alojan insertos por encima de 5 kb, y el ADNc de FVIII con el dominio B delecionado (sin promotor, intrón, o repeticiones terminales invertidas con virus) es 4,4 kb. Debido a estas restricciones de tamaño se han diseñado varias estrategias nuevas para permitir la expresión de FVIII desde un vector AAV (76, 77, 78).
Una estrategia diferente que se está evaluando en la actualidad para el tratamiento de la hemofilia A es la introducción ex vivo de un plásmido que exprese el FVIII con el dominio B delecionado (BDD) en fibroblastos autólogos, que entonces se reimplantan en el epiplón. En esta estrategia, una biopsia de la piel del paciente actúa como fuente de fibroblastos autólogos, que entonces se transfectan mediante electroporación con un plásmido que expresa FVIII BDD y un marcador seleccionable. Después de la transfección, las células que expresan FVIII se seleccionan, se expanden y se reimplantan en el epiplón con un procedimiento laparoscópico (utilizando del orden de 10^{8} a 10^{9} células) (107).
Los vectores adenovíricos tienen varias características atractivas como vehículos de transporte de gene, incluyendo la facilidad de preparación y la transducción eficaz al hígado después de la introducción del vector en la circulación periférica. Estas características fueron aprovechadas por Kay et al. (80) para obtener un alto nivel de expresión de FIX canino en perros hemofílicos como una prueba de principio temprana de esta estrategia. Se han comprendido mejor varias cosas importantes acerca de los vectores adenovíricos a través del trabajo de Connelly y colegas (83-87), que han explorado el uso de vectores adenovíricos de una generación más temprana como una estrategia para tratar la hemofilia A. Utilizando un vector adenovírico que expresa el FVIII con el dominio B deleccionado, estos investigadores han sido capaces de demostrar la corrección fenotíica de la diátesis del sangrado en ratones con hemofilia A (87). Los niveles de expresión fueron inicialmente de >2000 mU/ml y, según se esperaba, disminuyeron gradualmente a lo largo de 9 meses a aproximadamente 100 mU/ml.
Los vectores lentivíricos (101), un vehículo de transporte de genes más nuevo basado en el VIH, también han demostrado transducirse al hígado, músculo y células hematopoyéticas y, por tanto, podrían utilizarse potencialmente para la terapia génica de la hemofilia. El trabajo publicado por Kafri et al. (102) ha demostrado una expresión estable (22 semanas) de un GFP humanizado después de una inyección intraparenquimática directa al hígado de un vector lentivírico.
Okoli et al. (106) han presentando un informe preliminar en que un ADN plasmídico de FIX contenido dentro de una nanosfera de ADN de quitosano se sumerge en cubos de gelatina y se alimenta a ratones a una dosis de 25 g de plásmido en un único tratamiento. Los ratones tratados mostraron unos niveles de 45 ng/ml (aproximadamente 1% de los niveles plasmáticos normales), aunque los niveles descendieron gradualmente hasta ser indetectables a lo largo de un periodo de 14 días.
Están en marcha ensayos clínicos de fase I en seres humanos o en etapas de planificación tardías para vectores retrovíricos, vectores AAV, plásmidos transfectados y vectores adenovíricos.
Como será obvio para los expertos en la técnica, pueden utilizarse métodos similares para la administración de entidades diferentes del factor VIII, como el factor V, la protrombina, el factor XII, el HGFA (activador del factor de crecimiento de hepatocitos) y la PHBP (proteína de unión a hialuronina plasmática).
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Los siguientes ejemplos ilustran ciertas realizaciones de la presente invención, pero no deben considerarse limitantes de su alcance de ninguna manera. Ciertas modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de las indicaciones de la anterior descripción y los siguientes ejemplos.
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Ejemplo comparativo 1
Factor V
En una realización de la presente invención, se puede introducir en mutantes FV recombinantes un enlace disulfuro entre los dominios A2 y A1 o A3, de forma que se evita la disociación del dominio A2. No se conoce la estructura cristalina de rayos X ni la estructura de RMN del FVa. Sin embargo, como se indicó anteriormente, la presente invención no se limita al uso con dichas estructuras y puede aplicarse a modelos homólogos.
Por consiguiente, el programa informático MODIP (19), que emplea el algoritmo de Sowdhamini, se aplicó al modelo de homología de Pellequer de FVa (20). Como se indicó anteriormente, el MODIP predice los sitios para la introducción de puentes disulfuro y proporciona grados (A, B, C) para cada predicción. Los sitios de grado A son aquellos predichos como más óptimos para el establecimiento de puentes disulfuro, mientras que los sitios de grado B y grado C son progresivamente menos ideales.
Para el modelo de FVa de Pellequer no se predijeron sitios de grado A en las interfases A1-A2 ni A2-A3, se predijo un único sitio de grado B, y se predijeron varios sitios de grado C. De los sitios de grado C predichos, el MODIP indicó que cinco sitios eran los más ideales:
His609-Glu1691
(A2-A3)
Leu238-Gln590
(A1-A2)
His253-Asp469
(A1-A2)
Ala257-Met618
(A1-A2)
Leu283-Met618
(A1-A2)
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Se advierte que, de éstos, el par 609-1691 se alinea con los restos Tyr664-Thr1826 en el factor VIII.
La inspección visual de los sitios de grado B y C predichos utilizando un análisis gráfico informático mostró que el sitio de grado B no podía utilizarse. Después se construyó una versión del modelo de homología de FVa que incluía además un puente disulfuro para cada uno de los cinco mejores sitios de grado C. Esto se realizó utilizando el programa informático Xfit, proporcionando el programa informático X-PLOR un refinamiento utilizando el campo de fuerza de todos los átomos Charm22.
Después del refinamiento, los modelos de enlaces disulfuro se analizaron para la geometría de disulfuros óptima. Cys609-Cys169 proporcionó la mejor geometría potencial para un enlace disulfuro en FV con r_{ss} = 2,02 \ring{A}, \chi_{ss} = 80,9º, y la menor energía de fase gaseosa de Van Der Waals de los cinco sitios. El segundo mejor sitio era Leu238-Gln590, con r_{ss} = 2,03 \ring{A}, \chi_{ss} = -111,6º. Por tanto, estos dos sitios se eligieron para los intentos iniciales de crear enlaces disulfuro utilizando una mutagénesis dirigida específica de sitio.
Después se obtuvo un plásmido pED-FV que contenía el ADNc de FV de longitud completa. El ADNc de FV de longitud completa en el plásmido pED-FV entonces se retiró mediante digestión con SalI y se insertó en un plásmido pUC119 modificado. Después se creó un fragmento del ADNc de FV con PCR utilizando un cebador 5' que crea un sitio BamHI en nt4641 (numeración del ADNc de Fv; nt = nucleótido) y un cebador 3' que mantiene el sitio BamHI en nt6014 mientras que elimina el sitio BamHI en nt5975. Los cebadores utilizados se muestran a continuación, en los que el subrayado indica una mutación y la negrita indica un codón o un sitio de restricción de interés:
100
El pUC119-FV se digirió con BamHI (cortando en nt2601, 5975 y 6014 en la numeración del ADNc de FV). El nuevo fragmento de PCR se insertó entre los sitios BamHI en pUC119-FV entre nt2601 y 6014. Estas etapas dan como resultado la eliminación de nt2602 a 4641 (secuencia codificadora para los restos 812 a 1491) creando una construcción que codifica un FV sin dominio B denominado FV\DeltaB.
Esta construcción génica FV\DeltaB se insertó en el vector de expresión pcDNA3.1+ de Invitrogen (Carslbad, CA). Después, utilizando el kit de mutagénesis de PCR Stratagene Quikchange (La Jolla, CA) y FV\DeltaB, se mutó Ser2183 a Ala (cambiando el codón AGT a GCC) para evitar la glicosilación en Asn2181, produciendo el mutante 2183A-FV\DeltaB. Esta mutación se realizó para evitar la heterogeneidad de FV debido a la glicosilación incompleta en Asn2181 que produce dos especies de FV que se diferencian en ciertas propiedades funcionales (25, 26). Todas las mutaciones posteriores se realizaron utilizando este mutante Ser2183A sin dominio B. En ciertas realizaciones, esta etapa puede eliminarse.
Al mismo tiempo, se empleó el kit de mutagénesis de PCR Stratagene Quikchange para colocar una codificación para los restos cisteína mediante la adición de cuatro cebadores mutagénicos. Se formaron las siguientes parejas: Leu238Cys:Gln590Cys (Cys238/Cys590), e His609Cys:Glu1691Cys (A2-SS-A3). También se formaron variantes con otras mutaciones de Arg506 y Arg679 a Gln (Gln506 o Gln679) (Q506/Cys238/Cys590, Q506-A2-SS-A3 y Q506/Q679-A2-SS-A3). Los cebadores de mutagenesis utilizados se muestran a continuación, en los que el subrayado indica una mutación y la negrita indica un codón o un sitio de restricción de interés:
101
102
Los plásmidos que contienen cada mutante se purificaron con el kit midprep de plásmidos Qiafilter de Qiagen, se linealizaron y se transfectaron en células COS-1 utilizando el reactivo de transfección Superfect según las instrucciones del fabricante. De manera más específica, 1 \mug de ADN se incubó en un volumen de 60 \mul de medio DMEM/F12 con 5 \mul de reactivo Superfect durante diez minutos. Después se añadieron 350 \mul de DMEM/FBS al 10%/glutamina 1 mM y esta mezcla se transfirió a células COS-1 (aproximadamente 50% confluentes) en pocillos de una placa de 24 pocillos y se incubó durante 3 horas antes de lavar y reponer medio fresco. Se seleccionaron los clones estables utilizando Geneticin 0,8 mg/ml (Gibco BRL, Rockville, MD). Se recogió medio condicionado exento de suero que contenía BSA al 0,05% y CaCl_{2} 5 mM de células COS-1 que expresaban cada mutante de FV y se precipitó con PEG 6000 al 16%. Después el sedimento se redisolvió en HBS (HEPES 50 mM, NaCl 150 mM, pH 7,4) que contenía CaCl_{2} 5 mM, benzamidina 2 mM, PPACK 5 nM y PMSF 1 mM, se dializó contra el mismo tampón y se purificó utilizando una columna de anticuerpos anti-FV (24). Las fracciones que contenían FV se recogieron, se concentraron y se conservaron en HBS con BSA al 0,1% a -80ºC.
El FVa se cuantificó mediante actividad y mediante ensayo ELISA después de la activación con trombina. Los ensayos ELISA utilizaron placas Nunc Maxisorb revestidas con anti-FV de oveja 10 \mug/ml de Affinity Biological (Hamilton, Ontario, CA) y bloquearon con Superblock de Pierce (Rockford, IL) detectándose el antígeno con un anticuerpo monocloal anti-cadena ligera de FV de ratón (V59). El FV (40 nM) se activó con trombina (0,5 nM) en HBS con BSA al 0,1% y CaCl_{2} 5 mM a 37ºC durante 10 min y la activación se detuvo mediante la adición de 1,1 equivalente molar de hirudina. Los ensayos de inactivación de FVa se realizaron utilizando FVa a 4 nM y APC a 2,5 nM con la determinación del FVa residual mediante ensayos de protrombinasa según se describe (27). La inactivación de FVa se midió como sigue. Se preparó una mezcla de FVa 1 nM con vesículas de fosfolípidos 25 \muM en HEPES 50 mM, pH 7,4, NaCl 100 mM, BSA al 0,5%, CaCl_{2} 5 mM, MnCl_{2} 0,1 mM (denominado tampón Ptasa). La inactivación se inició mediante la adición de APC. Se retiraron partes alícuotas de 1 \mul en ciertos momentos y se añadieron a 40 \mul de factor Xa 1,25 nM con vesículas de fosfolípidos 25 \muM, seguido de 10 \mul de protrombina 3 \muM (concentraciones finales: FXa 1 nM, FVa 20 pM, vesículas de fosfolípidos 25 \muM, y protrombina 0,6 \muM). Después de 2,5 min se extinguió una parte alícuota de 15 \muM de esta mezcla mediante la adición de 55 \mul de TBS que contenía EDTA 10 mM, BSA al 0,5%, pH 8,2. Se añadió el sustrato cromogénico CBS 34-47 y se evaluó la cantidad de formación de trombina midiendo el cambio en la absorbancia a 405 nm.
Para algunos estudios, se varió el FXa o la protrombina. Para valoraciones de Xa, una mezcla de FVa/Fvai 3,34 pM y vesículas de fosfolípidos 41,7 \muM en tampón Ptasa se dividió en partes alícuotas de 30 \mul en pocillos de placas de 96 pocillos (polipropileno, pocillos en V). Se añadieron 10 \mul de Xa a cada pocillo en el mismo tampón a diversas concentraciones. En el momento del tiempo = 0, se añadieron 10 \mul de protrombina 1,5 \muM (FII) a todos los pocillos (concentraciones finales = FVa 2 pM, vesículas de PL 25 \muM, Xa 5-600 pM, FII 0,3 \muM). En el momento del tiempo = 12, la reacción de Ptasa se detuvo trasladando 15 \mul a una placa de 96 pocillos que contenía TBS 55 \mul que contenía BSA al 0,5%, EDTA 10 mM a pH 8,2. Después se midió la cantidad de trombina formada, con el sustrato cromogénico CBS 34-47. Para la protrombina, se formaron partes alícuotas de 20 \mul de la mezcla que contenía Xa 125 pM, FVa/FVai 1,25 mM, y vesículas de PL 31,25 \muM en tampón Ptasa, en pocillos de una placa con pocillos en V de 96 pocillos. En el momento del tiempo = 0, se añadieron 5 \mul de FII a diversas concentraciones (concentración final Xa 100 pM, FVa 1 nM, PL 25 \muM, FII 25-1500 nM). En el momento del tiempo = 2:30, la reacción se detuvo trasladando 15 \mul a 55 \mul de tampón EDTA como anteriormente. La trombina se midió como anteriormente.
Entonces se realizó una SDS-PAGE con geles de gradiente Bis-Tris al 4-12% Novex con tampón MOPS (Invitrogen, Carlsbad, CA). Se cargaron 50 ng de proteína por carril. Las proteínas entonces se trasladaron a membranas de PVDF Millipore y se revelaron las inmunotransferencias con anticuerpos monoclonales anti-cadena ligera de FV, AHV-5112 o V59, y anticuerpos policlonales anti-cadena pesada de FV de conejo (24). De manera más específica, las membranas se bloquearon con TBS, caseína al 1% y CaCl_{2} 2 mM. Los anticuerpos se diluyeron con el mismo tampón. El anticuerpo primario era el respectivo anticuerpo anti-FV, y el anticuerpo secundario era IgG anti-ratón de cabra biotinilada o IgG anti-conejo de burro biotinilado de Pierce. Entonces se realizó la visualización con fosfatasa alcalina conjugada con estreptavidina y sustrato NBT/BCIP de una etapa (también de Pierce). Para la especie FV que se produjo y purificó, los rendimientos del FV puro variaban de 5 a 25 \mug/l de medio condicionado. Basándose en una SDS-PAGE teñida con plata, se estimó que la pureza de los mutantes variaba de 70% a 90%.
Como se conoce en la técnica, la cadena ligera de FVa normalmente produce un doblete en una SDS-PAGE debido a la heterogeneidad creada por la glicosilación incompleta en Asn2181. La mutación de Ser2183 a Ala elimina este sitio de glicosilación (28). Las inmunotransferencias confirmaron que todas las moléculas de FV recombinante de la invención tenían un peso molecular aparente de 188 kDa, lo cual resulta coherente con la deleción de los restos 812 a 1491. Las inmunotransferencias también confirmaron que el FVa de tipo salvaje recombinante formaba un doblete de cadena ligera, mientras que todos los demás mutantes de Fva que portaban la mutación Z183A presentaban sólo una única banda de cadena ligera.
Para demostrar los enlaces disulfuro interdominio deseados en las proteínas FV mutantes que contenían dos restos cisteínas introducidos, se realizaron inmunotransferencias de FVa y de FVai tratado con APC ("i" indica inactivado''). La figura 1 muestra esquemas que representan las secuencias primarias de FV\DeltaB, FVa (formado tras la activación con trombina), y FVai (inactivado por rupturas con APC).
Las inmunotransferencias que utilizaban un anticuerpo policlonal anti-cadena pesada de FV demostraron que la introducción de mutaciones Cys238/Cys590 en FV o Q506-Fv no unían, de forma detectable, los dominios A1 y A2, aunque estas especies tenían una actividad FVa normal, lo cual condujo a los inventores a la conclusión de que no se había formado ningún enlace disulfuro entre estas cisteínas.
Si los mutantes FV que contenían Cys609 y Cys1691 generaban un nuevo enlace disulfuro entre los dominios A2 y A3, según se muestra en la figura 1C, éste conectaría las cadenas pesada y ligera de FVa. En este caso, en inmunotransferencias de FVa, la especie unida con disulfuro aparecería a un peso molecular que correspondería a la suma de pesos moleculares de las cadenas pesada y ligera y, después de las rupturas con APC en Arg506, Arg306 y Arg679 que normalmente provocan la inactivación completa de FVa, la cadena ligera de FVai permanecería entrecruzada al fragmento C-terminal del dominio A2 (A2c, restos 507 a 679).
En efecto, se obtuvieron estos resultados. En inmunotransferencias reveladas con anticuerpos anti-cadena ligera de FV (figura 2A), los carriles 1 y 2 que contienen 2183A-FVa y 2183A-FVai mostraron ambos una cadena ligera normal en el peso molecular esperado (69 kDa), mientras que el carril 3, el mutante que contenía Cys609/Cys1691-FVa mostró una banda predominante predicha para el entrecruzamiento de la cadena ligera y la cadena pesada (158 kDa). Por tanto, los mutantes de FV que contenían estos dos restos Cys se denominan justificadamente "A2-SS-A3".
El carril 4 demuestra que el A2-SS-A3-FVai tratado con APC produce una banda predominante que se corresponde con la movilidad predicha para la cadena ligera entrecruzada con el fragmento A2c (92 kDa). Una banda más débil ligeramente por encima de esta banda se correlaciona con una banda predicha para una cadena pesada rota en Arg506 pero no en Arg679, dando como resultado el fragmento 507 a 709 (101 kD). Los carriles 5 y 6 (figura 2A) contenían Q506-A2-SS-A3-FVa y Q506-A2-SS-A3-FVai. En estas especies la ruptura en Arg506 no puede producirse, de forma que en Q506-A2-SS-A3-FVais (carril 6) la cadena ligera permanece entrecruzada al dominio A2 entero (con o sin su pequeña cola C-terminal de los restos 680-709). En efecto, la banda de mayor peso molecular observada (carril 6) se corresponde con la cadena ligera entrecruzada con el dominio A2 (130 kDa). Los carriles 7 a 12 de la figura 2A contienen muestras paralelas a las de los carriles 1 a 6, que se redujeron utilizando DTT. Los carriles 7-12 demuestran que, tras la reducción, las diversas especies entrecruzadas de mayor peso molecular desaparecen y aparecen bandas de cadena ligera normal, lo cual prueba que las especies que contienen las cadenas ligeras de mayor peso molecular que se observan en los carriles 3-6 (figura 2A) son, en efecto, el resultado de entrecruzamientos mediante disulfuro entre las cadenas ligera y pesada.
Otras pruebas para los entrecruzamientos covalentes entre las cadenas pesada y ligera de FVa en los mutantes A2-SS-A3 que contienen Cys609/Cys1691 proceden de análisis de inmunotransferencias que emplean anticuerpos anti-cadena pesada de FV que muestran, bajo condiciones no reductoras, las mismas bandas nuevas visualizadas en inmunotransferencias reveladas utilizando anticuerpos anti-cadena ligera de FV. Por ejemplo, en la figura 2B estas inmunotransferencias de A2-SS-A3-FVa y A2-SS-A4-FVai, así como Q506-A2-SS-A3-FVa y Q506-A2-SS-A3-FVai bajo condiciones no reductoras, produjeron bandas predichas para representar las mismas especies entrecruzadas visualizadas en inmunotransferencias reveladas utilizando anticuerpos anti-cadena ligera de FV de la figura 2B. Los carriles 1 y 5 (figura 2B) muestran ambos bandas que se corresponden con una cadena ligera entrecruzada con una cadena pesada que comigra con la observada en la figura 2B, carril 3 (157 kDA). El carril 2 en la figura 2B muestra una banda que se corresponde con la cadena ligera entrecruzada con el fragmento A2c, que comigra con una banda que se observa en el carril 4 de la figura 2A (102 kDa). El carril 6 en la figura 2B muestra una banda que se corresponde con la cadena ligera entrecruzada con el dominio A2, equivalente a una banda que se observa en la carril 6 de la figura 2A (132 kDa).
Por último, el fragmento C-terminal de A2 libre (24 kDa) y el fragmento A2 (63 kDa) no fueron visibles en los carriles 2 y 6 no reducidos, respectivamente, pero fueron visibles en los carriles 4 y 8 reducidos, indicando que estos fragmentos fueron liberados desde las especies unidas mediante disulfuro tras la reducción.
Los análisis de inmunotransferencias de Q506-A2-SS-A3-FVa y Q506/Q679-A2-SS-A3-FVa mostraron que existía una pequeña cantidad de cadena ligera libre que no estaba entrecruzada con la cadena pesada (figura 2), indicando que el entrecruzamiento con disulfuro en los mutantes A2-SS-A3-FVa no era 100% completo. Los análisis de densitometría de estas inmunotransferencias no reducidas mostraron que, de media, aproximadamente 10% de las moléculas Q506-A2-SS-A3-FVa carecían de entrecruzamientos con disulfuro.
Como se aludió anteriormente, la figura 1A es una representación esquemática de la secuencia primaria de FV\DeltaB indicándose la localización de los diferentes dominios. La representación esquemática de la figura 1b muestra el FV\DeltaB activado (FVa), un heterodímero de la cadena pesada N-terminal y la cadena ligera C-terminal asociado en presencia de iones Ca^{2+}. Las flechas indican los sitios de ruptura en FVa por APC. La representación esquemática de la figura 1C muestra los fragmentos de ruptura producidos tras la inactivación del FVa (FVai) por APC, y también muestra los sitios de las mutaciones de cisteína que produjeron (His609-Glu1691) y no produjeron (Leu238-Gln590) la formación de enlaces disulfuro.
Ejemplo 2 Factor VIII
Tal como se conoce en la técnica, existe una serie de similitudes entre el factor V y el factor VIII. De forma más específica, los factores V y VIII tienen estructuras génicas similares, tienen secuencias de aminoácidos y estructuras de dominios muy homólogas, ambos son activados por rupturas muy específicas por la trombina, y ambos son inactivados mediante una proteolisis limitada por la proteína C activada (APC). Por consiguiente, se pueden introducir en FVIII recombinante enlaces disulfuro entre el dominio A2 y los dominios A1 o A3 utilizando un método similar al descrito anteriormente con respecto FV. Tal como se conoce en la técnica, FVIIIa es termodinámicamente inestable debido a que el dominio A2 puede disociarse de modo espontáneo. Como se muestra en la figura 3, la colocación de un enlace disulfuro entre el dominio A2 y los dominios A1 o A3 de FVIIIa tiene la ventaja de prevenir esta disociación.
Al igual que FVa, no se conoce ni la estructura cristalina de rayos X ni la estructura de RMN de FVIIIa. Sin embargo, como se indicó anteriormente, la presente invención no se limita al uso de dichas estructuras y puede aplicarse a modelos de homología.
Como primera etapa para introducir un enlace disulfuro entre el dominio A2 y los dominios A1 o A3 de FVIIIa, se aplica el programa informático MODIP, que emplea el algoritmo de Sowdhamini, al modelo de homología de Pemberton et al. (54) de los dominios A de FVIIIa. Como se indicó anteriormente, el MODIP predice sitios para la introducción de puentes disulfuro y proporciona grados (A, B, C) para cada predicción. Los sitios de grado A son los predichos como más óptimos para el establecimiento de puentes disulfuro, mientras que los sitios de grados B y C son progresivamente menos ideales. Para el modelo de FVIIIa de Pemberton se predijeron quince sitios:
Grado A:
Met 662-Asp1828
(A2-A3)
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Grado B:
Ser268-Phe673
(A1-A2)
Ile312-Pro672
(A1-A2)
Ser313-Ala644
(A1-A2)
Met662-Lys1827
(A2-A3)
Tyr664-Thr1826
(A2-A3)
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Grado C:
Pro264-Gln645
(A1-A2)
Arg282-Thr522
(A1-A2)
Ser285-Phe673
(A1-A2)
His311-Phe673
(A1-A2)
Ser314-Ala644
(A1-A2)
Ser314-Gln645
(A1-A2)
Val663-Glu1829
(A2-A3)
Asn694-Pro1980
(A2-A3)
Ser695-Glu1844
(A2-A3)
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De éstas, se advirtió que la pareja Tyr664-Thr1826 estaba en una posición homóloga a la pareja His609-Glu1691 en Fva. Como se indicó anteriormente, puede introducirse satisfactoriamente un puente disulfuro en FV colocando una codificación para los restos cisteínas en las posiciones 609 y 1691.
Similar al método descrito anteriormente para FV, la inspección visual de estas parejas se realizó utilizando un análisis gráfico informático. Como resultado de este análisis, se eligieron tres de las parejas propuestas para su posterior investigación: Met662-Asp1828, Tyr664-Thr1826 y Ser313-Ala644. Para cada uno de estos tres sitios se construyó una versión del modelo de FVIIIa que incluía también un puente disulfuro en la localización apropiada utilizando el programa informático Xfit, proporcionando el programa informático X-PLOR un refinamiento utilizando el campo de fuerza de todos los átomos Charm22. Después del refinamiento, los modelos de enlaces disulfuro se clasificaron en el orden indicado anteriormente con Cys662-Cys1828, proporcionando la mejor geometría potencial para un enlace disulfuro. Se eligió preparar este mutante y el mutante Cys664-Cys1826 en el factor VIII recombinante de una manera análoga a la descrita anteriormente con referencia a FV.
Se obtuvo un plásmido de expresión de FVIII (p25D) en Bayer Corporation. Este plásmido expresa el FVIII con el dominio B delecionado, en el que los restos 744 a 1637 del dominio B están delecionados.
Después se insertaron dos restos cisteína utilizando mutagénesis de PCR Stratagene Quikchange y el mutante FVIII, para permitir la creación de un enlace disulfuro mediante la adición de cuatro cebadores mutagénicos al mismo tiempo. Se produjeron las siguientes dos parejas: Met662Cys:Asp1828Cys y Tyr664Cys:Thr1826Cys. Los cebadores de mutagénesis utilizados se muestran a continuación, en los que el subrayado indica una mutación y la negrita indica un codón o un sitio de restricción de interés:
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El cebador inverso Tyr664-Cys mostrado anteriormente es la secuencia real utilizada pero la secuencia génica de FVIII real en los nucleótidos 22 y 23 debería ser CC en lugar de GG, pero el cebador directo tiene la secuencia correcta, y la secuencia correcta se seleccionó para el mutante C664 final mediante la secuenciación de ADN de los clones seleccionados.
La figura 4 es una representación esquemátia que muestra la acción esperada de la APC sobre el FVIII mutante que contiene un puente disulfuro entre los sitios Met662-Asp1828 o Tyr664-Thr1826.
En algunas realizaciones, pueden prepararse variantes que además contengan mutaciones y/o deleciones de los sitios de ruptura de APC Arg336 y/o Arg562 en FVIII. Estas otras mutaciones, como se describe en Kaufman y Pipe (109), y en las patentes de EEUU 5.422.260, 5.250.421, 5.198.349 (incorporadas en la presente como referencia), añaden más estabilidad al FVIII haciendo que sea más resistente a la inactivación.
Los ácidos nucleicos que codifican los mutantes del factor VIII también pueden modificarse para contener un mayor número de codones preferidos para genes humanos como se describe, por ejemplo, en Seed et al., patente de EEUU nº 6.114.148.
La expresión transitoria del plásmido p25D de tipo salvaje y mutante se ensayó en células COS-1, células K293 y células BHK-21 utilizando el reactivo Superfect y el reactivo Effectene, ambos de Qiagen. El reactivo Effectene en células K293 produjo los mejores resultados. Los rendimientos del FVIII recombinante varían de 10 a 100 mU/ml del medio condicionado según ensayos de actividad APTT y ELISA (ELISA de FVIII Immubind, American Diagnostica). El medio condicionado se recogió de las transfecciones transitorias en placas de 100 mm en medio DMEM/F12 con FBS al 2% y el medio se concentró 15 veces y se dializó en disolución salina tamponada con HEPES/CaCl_{2} 5 mM/MnCl_{2} 0,1 mM, pH 7,4. El medio de transfección falso se trató de la misma manera y se empleó como control negativo.
Se determinó la concentración de antígeno del FVIII recombinante utilizando el kit de ELISA de FVIII Immubind de American Diagnostica. La curva patrón utilizada fue un concentrado de FVIII purificado incluido en el kit (1 unidad = el FVIII contenido en 1 ml de plasma). Se determinó la actividad con un ensayo APTT con plasma deficiente en FVIII y el reactivo de APTT Platelin LS como sigue: se mezclaron 50 \mul de plasma deficiente en FVIII (FVIIIdP, George King Biomedical) con 50 \mul de Platelin LS (Organon Teknika) y se incubaron a 37ºC durante tres minutos. Entonces se añadieron 5 \mul de una muestra de FVIII, seguidos inmediatamente de 50 \mul de disolución salina tamponada con HEPES (NaCl 0,15 M) con BSA al 0,5% y CaCl_{2} 25 mM. Se midió el tiempo de coagulación en un coagulómetro Diagnostica Stago ST4. Se confeccionó una curva patrón de FVIII utilizando plasma humano normal reunido (George King Biomedical), el cual se dice que contiene 1,0 unidades/ml de FVIII. El ensayo APTT es muy sensible a niveles bajos de FVIII (<0,005 U/ml).
Utilizando estas medidas de antígeno y actividad se calculó la actividad específica relativa de las tres proteínas (unidades (U) de actividad/unidades (U) de antígeno). El FVIII de tipo salvaje (con dominio B delecionado) tiene una actividad específica relativa de 0,83, C662-C1828-FVIII tiene una actividad específica relativa de 3,53, y C664-C1826-FVIII tiene una actividad relativa específica de 3,40.
Se siguió la estabilidad del FVIIIa activado con trombina a lo largo del tiempo utilizando un protocolo descrito por Pipe et al. (110) con alguna modificación, en el que se generó FVIIIa a una concentración de aproximadamente 500 mU/ml mediante la adición de trombina, que entonces se inactivó con un ligero exceso de hirudina. Posteriormente se retiraron partes alícuotas de esta mezcla a lo largo del tiempo y se ensayaron inmediatamente para la actividad FVIIIa en el ensayo APTT como se describió anteriormente. La figura 5 muestra los resultados de este ensayo con FVIIIa de tipo salvaje recombinante y dos mutantes recombinantes. Los dos mutantes de cisteína doble son mucho más estables a lo largo del tiempo que el FVIIIa de tipo salvaje (como se refleja por un tiempo de coagulación más corto). El medio condicionado de control de la transfección falso no mostró esencialmente actividad de coagulación en este ensayo, y no hubo cambios en la actividad a lo largo del tiempo (los datos no se muestran).
El mutante de FVIII producido puede transfectarse de forma estable a células. Las células puede hacerse crecer (o cultivarse) para permitir la expresión de los mutantes de FVIII. El mutante de FVIII producido puede aislarse y purificarse. Pueden realizarse inmunotransferencias, de la manera descrita anteriormente con referencia a FV, para confirmar la pérdida de la mayoría del dominio B (si resulta apropiado) y la presencia de enlaces disulfuro introducidos.
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Ejemplo 3 Factor VIII híbrido porcino-humano
En la técnica existen moléculas del factor VIII híbridas cuya secuencia de aminoácidos deriva de las secuencias codificadoras del factor VIII humano y de un animal no humano ("no humano"). Pueden encontrarse ejemplos de estas moléculas, por ejemplo, en la patente de EEUU 6.180.371, incorporada en la presente como referencia. Según la presente invención, puede crearse un factor VIII híbrido no humano/humano que contenga un enlace disulfuro entre los dominios A2 y A1 o A3 del híbrido. Al igual que en el ejemplo anterior, este enlace disulfuro evita la disociación del dominio A2.
La creación de estas moléculas híbridas es, en gran medida, análoga al procedimiento descrito anteriormente para el FVIII no híbrido. En primer lugar puede obtenerse o crearse un modelo de homología del híbrido FVIIIa, por ejemplo, uno formado por un dominio A2 no humano y un heterodímero del factor VIIIa humano des-A2. Como alternativa, puede obtenerse o crearse una estructura cristalina de rayos X si esta estructura existe o se puede crear. Después puede utilizarse el programa informático MODIP con el modelo o estructura para recibir sugerencias del programa acerca de los sitios para la formación de un enlace disulfuro entre los dominios A2 y A1 o A3 del híbrido. Como alternativa, pueden utilizarse métodos predictivos como se describió anteriormente.
Después puede realizarse la inspección visual de uno o más de los sitios sugeridos utilizando un análisis gráfico informático. Como resultado de este análisis puede elegirse una serie de sitios propuestos para su posterior investigación. Para cada uno de estos sitios puede construirse una versión del modelo de FVIIIa híbrido que también incluya un puente disulfuro en la localización apropiada, utilizando el programa informático Xfit, proporcionando el programa informático X-PLOR un refinamiento utilizando el campo de fuerza de todos los átomos Charm22. Después del refinamiento, los modelos de enlaces disulfuro pueden clasificarse basándose en la calidad de la geometría potencial para un enlace disulfuro. Entonces puede elegirse una serie de sitios sugeridos para intentar crear un FVIII híbrido mutante de una manera análoga a la descrita con referencia al FV y al FVIII no híbrido anterior.
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Ejemplo comparativo 4
Protrombina
Como se indicó anteriormente, en presencia de trombomodulina y vesículas de fosfolípidos de fosfatidilserina/fosfatidilcolina (PCPS), la meizotrombina y la meizotrombina (des F1) son mejores activadores de la proteína C que la trombina.
Según la presente invención puede crearse un mutante de protrombina que incluya un enlace disulfuro para estabilizar la forma de meizotrombina (des F1) de la protrombina, y para evitar la conversión de meizotrombina (des F1) en trombina. Esta meizotrombina (des F1) estable tiene aplicación potencial, por ejemplo, como anticoagulante. Se decidió lograr esta estabilización mediante la colocación de un enlace disulfuro entre los dominios Kringle 2 y proteasa de la protrombina, como se muestra en la figura 5.
En primer lugar se aplicó el programa informático MODIP a la estructura cristalina de rayos X de un complejo de trombina humana de alfa-trombina y el fragmento 2 (55), y la estructura cristalina de rayos X de la meizotrombina (des F1) bovina (108), dando como resultado los siguientes sitios predichos en la protrombina humana:
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Grado B:
Asp261-Arg443
(KR2-proteasa)
His205-Lys572
(KR2-proteasa)
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Grado C:
Asp261-Lys567
(KR2-proteasa)
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Después puede realizarse una inspección visual de uno o más de los sitios sugeridos utilizando un análisis gráfico informático. Como resultado de este análisis puede elegirse una serie de sitios para su posterior investigación. Para cada uno de estos tres sitios puede construirse un modelo de homología de meizotrombina (des F1) que incluya un puente disulfuro en la localización apropiada utilizando el programa informático Xfit, proporcionando el programa informático X-PLOR un refinamiento utilizando el campo de fuerza de todos los átomos Charm22. Después del refinamiento, los modelos de enlaces disulfuro pueden clasificarse basándose en la calidad de la geometría potencial para un enlace disulfuro. Entonces puede elegirse una serie de sitios sugeridos, o sitios que aún no se hayan identificado, para intentar crear una protrombina mutante de una manera análoga a la descrita con referencia al FV y al FVIII no híbrido anterior.
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Ejemplo comparativo 5
Factor XII, HGFA y PHBP
Como se indicó anteriormente, existen al menos dos formas del factor XII activado (FXIIa): \alphaFXIIa y el fragmento FXIIa. Como también se indicó anteriormente, el fragmento FXIIa tiene la mayor parte de su fragmento de cadena pesada N-terminal sin asociar, de forma que ya no se une a superficies pero aún es catalíticamente activo. Según la presente invención, puede colocarse un enlace disulfuro que entrecruce este fragmento de cadena pesada N-terminal al resto de la molécula, provocando que mantenga sus características de unión a superficies. Se espera que este FXII estabilizado mutante tenga aplicaciones farmacéuticas como coagulante.
Un segundo polipéptido de tipo FXII es HGFA. El HGFA activa el factor del crecimiento de hepatocitos (HGF) en tejidos lesionados, en los que el HGF desempeña un papel en la reparación de tejidos. Como se indicó anteriormente, la ruptura del HGFA por la calicreína en Arg372 produce la liberación de la cadena pesada N-terminal que, al igual que en FXII, está implicada en la unión a superficies. Según la presente invención, puede colocarse un enlace disulfuro para evitar la liberación de la cadena pesada N-terminal. Se sospecha que un HGFA mutante estabilizado de esta manera podría utilizarse de modo farmacéutico para ayudar a la reparación de tejidos.
Un tercer polipéptido de tipo FXII es PHBP. Como se indicó anteriormente, el PHBP activa el FVII, uPA y tPA, y tiene una estructura homóloga al HGFA. Según la presente invención, puede colocarse un enlace disulfuro para evitar la liberación de la cadena pesada N-terminal en PHBP. Se sospecha que un PHBP mutante estabilizado de esta manera podría utilizarse de modo farmacéutico para estimular la coagulación a través de la activación de FVII, uPA y tPA.
No existen estructuras cristalinas de rayos X ni estructuras de RMN para el factor XII, HGFA o PHBP. Sin embargo, pueden crearse u obtenerse modelos de homología para estas moléculas, como aquellos basados en la estructura cristalina de rayos X de la uroquinasa. Utilizando estos modelos de homología pueden crearse mutantes de una manera análoga a la descrita anteriormente con referencia, por ejemplo, al FV y al FVIII.
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Ejemplo comparativo 6
Otros factores de coagulación
Como se conoce en la técnica, varios factores plasmáticos diferentes de los factores V y VIII son sintetizados como una única cadena polipeptídica, contienen múltiples dominios plegados independientemente, y son sometidos a una proteolisis limitada que puede producir la separación de los dominios debido a la disociación. Como se indicó anteriormente, los métodos descritos en la presente pueden utilizarse en todos los casos en que se desee colocar un enlace disulfuro entre dos dominios de un polipéptido. Por consiguiente, será evidente para los expertos en la técnica que los métodos descritos en la presente pueden aplicarse a una multitud de polipéptidos, incluyendo muchos de los factores de la coagulación humanos y no humanos.
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Claims (12)

1. Un factor VIII mutante que comprende al menos un par de cisteínas localizadas en restos seleccionados del grupo que consiste en Met662-Asp1828 y Tyr664-Thr1826.
2. Un ácido nucleico que codifica el factor VIII mutante según la reivindicación 1.
3. Un vector, una célula hospedante o una composición que comprende el ácido nucleico según la reivindicación 2.
4. Una composición que comprende el factor VIII mutante según la reivindicación 1.
5. Una composición farmacéutica que comprende el factor VIII mutante según la reivindicación 1, y un vehículo farmacéuticamente aceptable.
6. Una composición farmacéutica que comprende un ácido nucleico, un vector o un virión que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica el factor VIII mutante según la reivindicación 1, unida operablemente a elementos de control de la expresión.
7. Un primer ácido nucleico, vector o virión que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica la cadena ligera del factor VIII mutante según la reivindicación 1, unida operablemente a elementos de control de la expresión, y un segundo ácido nucleico, vector o virión que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica la cadena pesada del factor VIII mutante según la reivindicación 1, unida operablemente a elementos de control de la expresión, para su uso como medicamento.
8. Una célula hospedante que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica el factor VIII mutante según la reivindicación 1, unida operablemente a elementos de control de la expresión, para su uso como medicamento.
9. Una célula hospedante que comprende (i) una primera secuencia de nucleótidos que codifica la cadena ligera del factor VIII mutante según la reivindicación 1, unida operablemente a elementos de control de la expresión, y (ii) una segunda secuencia de nucleótidos que codifica la cadena pesada del factor VIII mutante según la reivindicación 1, unida operablemente a elementos de control de la expresión, para su uso como medicamento.
10. Una composición farmacéutica que comprende el factor VIII mutante según la reivindicación 1, para tratar un mayor riesgo de sangrado en un sujeto.
11. Una composición farmacéutica que comprende el factor VIII mutante según la reivindicación 1, para potenciar la coagulación sanguínea y/o para tratar la hemofilia en un sujeto.
12. Una composición farmacéutica según la reivindicación 10 u 11, o un medicamento según las reivindicaciones 7 a 9, para su uso para tratar la deficiencia del factor VIII en un mamífero.
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