EP1315760A2 - Endoglin-specific polypeptide, production and use thereof - Google Patents
Endoglin-specific polypeptide, production and use thereofInfo
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- EP1315760A2 EP1315760A2 EP01980336A EP01980336A EP1315760A2 EP 1315760 A2 EP1315760 A2 EP 1315760A2 EP 01980336 A EP01980336 A EP 01980336A EP 01980336 A EP01980336 A EP 01980336A EP 1315760 A2 EP1315760 A2 EP 1315760A2
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- EP
- European Patent Office
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- polypeptide
- endoglin
- polypeptide according
- seq
- nucleic acid
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- C07—ORGANIC CHEMISTRY
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- C07K16/00—Immunoglobulins [IGs], e.g. monoclonal or polyclonal antibodies
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- C07K16/28—Immunoglobulins [IGs], e.g. monoclonal or polyclonal antibodies against material from animals or humans against receptors, cell surface antigens or cell surface determinants
- C07K16/2896—Immunoglobulins [IGs], e.g. monoclonal or polyclonal antibodies against material from animals or humans against receptors, cell surface antigens or cell surface determinants against molecules with a "CD"-designation, not provided for elsewhere
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
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- C07K16/46—Hybrid immunoglobulins
- C07K16/468—Immunoglobulins having two or more different antigen binding sites, e.g. multifunctional antibodies
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- A—HUMAN NECESSITIES
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- C07K2317/50—Immunoglobulins specific features characterized by immunoglobulin fragments
- C07K2317/56—Immunoglobulins specific features characterized by immunoglobulin fragments variable (Fv) region, i.e. VH and/or VL
- C07K2317/565—Complementarity determining region [CDR]
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Definitions
- Endoglin specific polypeptide its production and use
- Vascular target control i.e. The selective recognition of cells or structures of the vascular bed represents a relatively new concept in medicine. This is intended to ensure that certain components that can be used diagnostically or therapeutically are specifically transported into the vascular bed.
- This approach is used among others in tumor therapy (Thorpe & Burrows, 1995, Breast Cancer Res. Treat. 36, 237-251).
- a cytotoxic component that specifically attacks and eliminates the tumor vascular bed. This leads to an interruption in the supply of oxygen to the tumor tissue (hypoxia) and nutrients. The result is necrotization of the tumor.
- gene therapy e.g. for the targeted transduction of endothelial cells with gene therapy vectors (e.g. viruses, liposomes, DNA-protein complexes) (Wickham et al., 1997, J.Virol. 71, 8221-8229).
- a requirement for vascular targeting is ligands that recognize specific structures in the vascular bed.
- Examples include peptides or proteins that bind to certain receptors or other surface molecules on the endothelial cells.
- receptors are, for example, the VEGF receptors or the ⁇ v integrins (Burrows & Thorpe, 1994, Pharmac. Ther. 64, 155-174).
- Antibody fragments that recognize specific structures in the vascular bed can also be used.
- endoglin (CD105) which is a member of the TGF-ß family, is significantly overexpressed by cells of the proliferating tumor endothelium (Miller et al., 1998, Int. J. Cancer 81, 568-572).
- the monoclonal antibody (MAb) SN6 was obtained by immunizing mice with cell membranes of human leukemia cells (Haruta & Seon, 1986, PNAS 83: 7898-7902).
- the MAb 44G4 was obtained by immunizing mice with human pre-B leukemia cells (Gougos & Letarte, 1988, J. Immunol. 141: 1925-1933).
- the MAb TEC4 and TECH were obtained by immunizing mice with human umbilical cord endothelial cells (HUVEC) (WO 96/01653).
- the MAb K4-2C10, D4-2G10, Y4-2F1 and P3-2G8 were obtained by immunizing mice with purified human endoglin (WO 97/45450). All previously known antibodies directed against human endoglin are thus derived from mice and, as a rule, lead to the formation of human anti-mouse antibodies (HAMA) in therapeutic applications in humans, which lead to the neutralization of the therapeutic antibodies.
- HAMA human anti-mouse antibodies
- An object of the present invention was therefore to provide a polypeptide which binds specifically to CD 105 and which does not lead to the formation of neutralizing HAMAs.
- Another object of the present invention was to provide a polypeptide which is suitable for recruiting, for example, cytotoxic substances, liposomes or viruses on tumor endothelium.
- the invention accordingly relates to a polypeptide which binds specifically to the extracellular region of human endoglin protein (CD 105), the Polypeptide contains one or more sequences according to SEQ ID No. 1.
- the extracellular region of the human endoglin protein comprises amino acids 1-559.
- Specific binding to human endoglin in the sense of the invention exists, for example, when the polypeptide is able to precipitate endoglin from a cell suspension or to detect endoglin in an ELISA.
- the N and C terminals are each attached to the sequence according to SEQ ID No. 1 and the sequences according to SEQ ID. Nos. 1 and 2 add one to three cysteine residues, preferably one cysteine residue. This residue serves to stabilize the polypeptide.
- a peptide linker is inserted between every two sequences. The peptide linker is preferably between about 12 and about 25 amino acids in length.
- the structure of the CDRs determines the binding specificity of the antibody.
- the polypeptide of the present invention contains, in addition to at least one sequence as shown in SEQ ID No. 1, FR-1 to FR-4, CDR-1 and CDR-2. These regions are particularly preferably selected from the V H.
- the polypeptide which contains one or more sequences according to SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 contains one or more amino acid domains of a human antibody, these amino acid domains from the framework region 1 (FR-1), FR-2, FR-3, FR-4, the complementarity-determining region-1 (CDR-1) and / or CDR-2 of the antibody are selected.
- the amino acid sequence according to SEQ ID No. 1 with the FR-1 to FR-4, CDR-1 and / or CDR-2 of the V H and the amino acid sequence according to SEQ ID No. 2 with the FR-1 to FR-4 , CDR-1 and / or CDR-2 of the V L the SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 taking the position of the CDR-3 in the VH and V L , respectively.
- human in the sense of the present invention relates to antibodies whose amino acid sequence has a high degree of homology to the variable regions of the human heavy (V H ) and / or light chains (VL) and which are therefore not immunogenic in humans or only to a small extent.
- a high homology means that at least 80%, preferably 90%, particularly preferably 95%, in particular 98% of the amino acid residues are homologous.
- the degree of homology mentioned preferably relates to FR-1, FR-2, FR-3 and / or FR-4 while CDR-1 and CDR-2 domains do not have high homology. Because of the low immunogenicity, the polypeptide according to the invention, especially for therapeutic applications, has clear advantages over the murine antibodies described so far, since no neutralizing antibodies are formed.
- the homology can be determined, for example, using a program such as ALIGN, which is accessible on the Internet (for example at http://www.hgsc.bcm.tmc.edu/SearchLauncher/).
- the mutations in the amino acid sequence are preferably so-called conservative changes, such as, for example, aspartic acid to glutamic acid or leucine to isoleucine.
- the specific binding can be demonstrated by standard tests, such as ELIS A.
- a polypeptide in the sense of the present invention contains, in addition to FR-1, FR-2, FR-3, FR-4, CDR-1 and / or CDR-2, further constituents of an immunoglobulin, these constituents being natural, partly synthetic or can be of fully synthetic origin. Examples are components of the immunoglobulin isotypes, as well as parts of these immunoglobins, such as the constant chain components (C H and / or QL) or parts thereof.
- the polypeptides according to the invention can form Fab, F (ab *) 2 , “single chain Fv” (scFv), Fv dAb or Fd fragments.
- polypeptide is used for amino acid chains according to the invention of 9 or more amino acids. Polypeptides that have two or more identical ones
- a preferred embodiment of the polypeptide of the present invention is a polypeptide which contains one or more amino acid domains with a sequence according to SEQ ID No. 3.
- An amino acid domain in the sense of the present invention preferably has a length between approximately 80 and approximately 150 amino acids, more preferably between approximately 100 and approximately 120 amino acids and contains, in addition to a sequence according to SEQ ID No. 1, sequences of the human V L region.
- polypeptide of the invention contains one or more amino acid domains with a sequence according to SEQ ID No. 4.
- polypeptide linker Preferably in the polypeptide according to the invention is between one or more amino acid domains according to SEQ ID No. 3 or SEQ ID No. 3 and SEQ ID No. 4 or between the one or more sequences according to SEQ ID No. 1 or SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 arranged a peptide linker.
- This peptide linker preferably has a length of approximately 12 to approximately 25 amino acids, in particular a length of 12 to 16 amino acids.
- the peptide linker is used for spatial separation of the domains and / or sequences and facilitates binding to Endoglin.
- a peptide linker with a sequence according to SEQ ID No. 5 is particularly suitable for the separation of the amino acid domains.
- the polypeptide contains one or more secretion signals in order to facilitate the production and isolation of the polypeptide, which is expressed recombinantly, for example, in a suitable cell.
- secretion signals By means of these secretion signals, the polypeptide according to the invention is excreted from the cell into the periplasm and can be obtained directly from the culture medium of the production cell line.
- the pelB secretion signal sequence (Lei et al., 1987, J. Bacteriol. 169, 4379-4383) with a sequence according to SEQ ID No. 6 is particularly suitable as the secretion signal.
- the secretion signal sequences can be split off. This can be done, for example, by inserting peptide sequences that are recognized and cleaved by endopeptidases, or by inserting, for example, intein.
- the cleavage of the secretion signal sequences can be advantageous if the secretion signal sequences are immunogenic in humans and the cleavage of the sequences reduces the immunogenicity of the amino acid sequence according to the invention.
- a particularly preferred polypeptide contains a sequence according to SEQ ID No. 7.
- the pelB secretion signal sequence is arranged N-terminal, with the amino acid domains according to SEQ ID No. 3, the peptide linker according to SEQ ID No. 5 and the direction of the C-terminus Amino acid domains are arranged according to SEQ ID No. 4.
- the polypeptide also contains a hexahistidyl sequence (6 x His day) (Hochuli et al., 1988, Bio / Technol. 6, 1321-1325, Hoffmann & Roeder, 1991, Nucl.
- amino acids with non-polar, aliphatic side chains (Gly, Ala, Val, Leu, He and Pro), with polar, uncharged side chains (Ser, Thr, Cys, Met, Asn and Gin), with aromatic side chains (Phe , Tyr and Trp), with positively charged side chains (Lys, Arg and His) and with negatively charged side chains (Asp and Glu).
- Substitutions in which an amino acid is replaced by an amino acid with similar steric requirements, for example Ser against Thr or Gly against Ala are particularly preferred within a class.
- variants of the amino acid sequence according to SEQ ID No. 1 in which only one amino acid has been deleted or mutated are even more preferred.
- This mutation in the sequence according to SEQ ID No. 1 is preferably a conservative mutation.
- the mutated and / or deleted polypeptides of the present invention are characterized in that they bind specifically to the extracellular domain of the enddoglin. This specific binding can be detected in ELISAs against immobilized endoglin or by precipitation of endoglin by the peptides according to the invention.
- the polypeptide according to the invention can also be fused to at least one peptide and / or a protein.
- Amino acid sequences of less than 50 amino acids are referred to as peptides and amino acid sequences of 50 or more amino acids are referred to as proteins.
- a fusion occurs when the amino acids of the polypeptide have a peptide bond with the peptide and / or are linked to the protein.
- the fusion protein is preferably translated contiguously and encoded by an mRNA. Suitable proteins and peptides are, for example, enzymes, growth factors, hormones, cytokines, chemokines, viral coat proteins, and / or antibodies.
- liposomes can be loaded with a wide variety of therapeutically active substances.
- Suitable liposomes are known for example from EP 0 555 333 or WO 00/74646.
- Preferred liposomes are anionic liposomes which contain an anionic phospholipid in addition to cholesterol.
- the ratio between cholesterol and phospholipid in the liposome is in the range between approximately 0.3 and approximately 1.2, preferably between approximately 0.4 and approximately 0.8.
- the polypeptide according to the invention is coupled to liposomes, for example via N-carboxylphosphatidylethanolamine or glutarylphosphatidylethanolamine.
- the liposomes preferably contain at least one antisense RNA, at least one chemotherapeutic agent, at least one nucleic acid coding for an active substance or at least one active substance. If the liposomes contain nucleic acids, in a preferred embodiment the liposome additionally contains phosphatidylethanolamine (PEI), the PEI preferably having low molecular weight PEI with a molecular weight in the range from about 500 to about 25,000 Da, more preferably in a range from about 5,000 to 10,000 there is.
- PEI phosphatidylethanolamine
- the antisense RNA can, for example, inhibit the translation of genes that are required for cell division.
- Chemotherapy drugs include substances such as for example doxirubicin, cyclophosphamide, 5-fluorouracil, cis-platinum or taxol.
- An active ingredient that is encoded by a nucleic acid contained in the liposome can, for example, be an inhibitor of cell proliferation.
- Suitable proteins are known to the person skilled in the art and include anioncogens, such as, for example, p53 or pRb, and cell cycle inhibitors, such as, for example, p21 w ⁇ 16 ⁇ , p57, p27 KIP or GADD45.
- nucleic acids can also code for cytostatic or cytotoxic proteins, such as for example perforin, granzyme, IL-2, IL-4, IL-12 or Oncostatin M.
- An active substance can be any pharmacologically active substance which is suitable, for example, for the therapy of diseases in which endothelial cells are involved.
- Another object of the present invention is a nucleic acid which codes for a polypeptide according to the invention. It is known that there may be small changes in the sequence of a nucleic acid, for example due to the degeneracy of the genetic code, or that untranslated sequences may be attached to the 5 'and / or 3' end of the nucleic acid, without changing the encoded polypeptide. This invention therefore also includes so-called “variants” of the nucleic acids described above.
- “Stringent hybridization conditions” are to be understood as those conditions in which hybridization takes place at 60 ° C. in 2.5 ⁇ SSC buffer, followed by several washing steps at 37 ° C. in a lower buffer concentration and remains stable.
- the nucleic acid can be present as a plasmid, as part of a viral or non-viral vector.
- the present invention furthermore relates to a cell which contains at least one nucleic acid according to the invention and / or at least one vector according to the invention.
- This cell expresses the polypeptide according to the invention under conditions known to the person skilled in the art which lead to the activation of the regulatable elements used in each case.
- the polypeptide can then be derived from the Cell are isolated or is secreted by the cell.
- Procaryotic and eukaryotic cells in particular bacterial cells such as E. coli, yeast cells such as S.
- insect cells such as Spodoptera frugiperda cells (Sf-9) or Trichoplusia ni cells are suitable for the genetic engineering production and subsequent purification of the expressed compounds according to the invention or mammalian cells such as COS cells or HeLa cells.
- Another object of the present invention is therefore a method for producing a polypeptide according to the invention, in which at least one nucleic acid according to the invention is expressed in a cell. If the polypeptide according to the invention contains a cleavable secretion signal sequence, this can be cleaved in a further step, for example by incubation with a suitable endopeptidase or, in the case of intein, by adding dithiothreitol (DTT) to the medium.
- DTT dithiothreitol
- this coupling can take place by incubation or chemical reaction with at least one component.
- Such a coupling can preferably already take place in the cell only after the polypeptide has been purified.
- the polypeptide according to the invention can be used as a diagnostic tool.
- Another object of the present invention is accordingly the use of at least one polypeptide for the detection of endoglin and / or endoglin-expressing cells or cell components in vitro and / or in vivo.
- Detection can be carried out directly by fusion or coupling of a detectable component (for example with an enzyme or a radioisotope) or indirectly by means of a labeled component which recognizes the polypeptide according to the invention. Detection methods used with preference are ELISA, RIA, immunofluorescence, immunoprecipitation or immunoscintillation.
- the polypeptide according to the invention directed against endoglin can also serve as a ligand in order to specifically recognize and bind endoglin-expressing cells (eg tumor endothelial cells).
- Another object of the present invention is accordingly the use of at least one polypeptide according to the invention for binding to endoglin-expressing cells.
- At least one peptide, at least one protein or at least one component can be recruited to endoglin-expressing cells.
- This second ligand can be an antibody molecule or fragment, a ligand for a cellular receptor, a peptide that recognizes a receptor on cells.
- the binding to the endoglin-expressing cell leads to infection, transduction or transfection of the cell with a virus, a Vims-like particle, a liposome and / or a nucleic acid.
- Another object of the present invention is the use of at least one polypeptide, at least one nucleic acid and / or at least one vector as described above for the therapy of diseases in which endothelial cells are involved.
- the polypeptides, nucleic acid and / or vectors according to the invention are used for the therapy of diseases which are characterized by the hyperproliferation of endoglin-expressing cells. Hyperproliferation of endo- For example, cell cells are observed in the neovascularization of tumor tissue, which is why the therapy of tumor diseases is a particularly preferred use of the polypeptides, nucleic acids and / or vectors according to the invention.
- Fig. 1 The DNA sequence and derived protein sequence of the anti-endoglin polypeptide C4 according to the invention in the form of an scFv fragment.
- the signal sequence, the connecting peptide and the C-terminal sequences for cleaning and detection are underlined.
- the individual nucleotide areas have the following meaning:
- Nucleotides 107-465 DNA coding for human VH domain (semisynthetic consists of germ line V gene and synthetic CDR3-
- nucleotides 466-505 DNA coding for artificial peptide sequence (Huston et al.,
- Nucleotides 506-828 DNA coding for human VL domain (semisynthetically consists of germ line V gene and synthetic CDR3-FR4 region) (Griffiths et al., 1994, EMBO J. 13, 3245-3260) coding nucleotides 829-837 DNA for artificial peptide sequence
- Nucleotides 838-855 DNA coding for hexahistidyl sequence (Hochuli et al.,
- Example 1 Detection of endoglin on primary endothelial cells
- IPTG isopropyl- ⁇ -D-galactopyranoside
- the purified polypeptide was used to detect endoglin.
- the bound polypeptide scFv C4 was detected indirectly with the help of monoclonal antibodies, which were either directed against the hexahistidyl sequence or against the Myc epitope. Binding to purified endoglin was demonstrated by means of ELISA.
- a polystyrene microtite latte was coated with human endoglin (conc. 10 ⁇ g / ml in PBS) overnight at 4 ° C. After a washing step in PBS, free binding sites were saturated by incubation with PBS, 2% skim milk powder.
- the anti-endoglin antibody was adjusted to a concentration of 50 ⁇ g / ml - 5 ng / ml in PBS, 2% skim milk powder, 100 ⁇ l / well each was added to the microtiter plate and incubated for 1 hour at room temperature. The plate was then washed with PBS for 5 min. Bound antibodies were detected with a peroxidase-labeled second antibody that recognizes the C-terminal Myc-tag of scFv C4. The second antibody was adjusted to a concentration of 1 ⁇ g / ml in PBS and 100 ⁇ l was added to each well of the microtiter plate. After incubation for 1 hour at room temperature, washing was again carried out for 5 minutes with PBS.
- Bound antibodies were detected by conversion of the peroxidase substrate tetrametylbenzidine / HO 2 . After adding 50 ⁇ l of 1 M sulfuric acid, the color change was determined in a photometer at a wavelength of 450 nm.
- Endoglin from primary human umbilical cord endothelial cells was detected by immunoprecipitation under non-denaturing conditions. rejected.
- the [S] -methionine-labeled endothelial cells were lysed with lysis buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.5, 150 mM NaCl, 1% sodium deoxycholate, 1% Nonidet P40) for 30 min at 4 ° C.
- the supernatant was mixed with 5 ⁇ g scFv C4, 5 ⁇ g of a negative control scFv or 5 ⁇ l of the murine anti-endoglin antibody SN6h (REF) and incubated for 1 hour at 4 ° C. This was followed by incubation with the anti-Myc antibody 9E10 (Munro & Pelham, 1986, Cell 46, 291-300) and then with Protein A-Sepharose, each for 30 min at 4 ° C. The complexes were washed several times with lysis buffer and finally resuspended in 20 ⁇ l SDS-PAGE loading buffer. After separation in the SDS polyacrylamide gel, the gel was fixed in 30% methanol and 10% acetic acid for 30 min and then amplification solution was added (Amersham-Buchler). The gel was dried and exposed to an X-ray film.
- polypeptide scFv C4 specifically precipitated a band which was identical to that of the murine anti-endoglin antibody SN6h, while this band was not detectable with the negative control antibody.
- scFv C4 specifically detected endoglin in extracts from primary endothelial cells.
- endoglin was detected on cells using immunofluorescence.
- various endothelial cells HMVEC, HDMEC, HMEC
- non-endothelial cells A549, HEK293
- scFv C4 a concentration of 5 - 25 ⁇ g / ml or with the negative and the positive control antibody for 30 min at 4 ° C
- the recombinant polypeptides were then incubated with the anti-Myc antibody 9E10 for 30 min at 4 ° C.
- all batches were incubated with a Cy3-labeled anti-mouse antibody.
- the bound polypeptides were detected either by means of fluorescence microscopy or flow cytometry. In these experiments, specific fluorescence from endoglin-expressing endothelial cells could be detected, while various enddoglin-negative cells showed no reaction. This showed a typical surface staining of the cells, as was to be expected for a membrane protein.
- Example 2 A bispecific single-chain, multi-antigen binding molecule for a targeted transduction of endothelial cells with adenoviruses
- a polymerase chain reaction was used to attach to the V L fragment of scFv Sl l sequences which at the 5 'end for a BstEII restriction endonuclease interface and a five amino acid connecting peptide and at the 3' end eight amino acids of the middle connecting peptide and an AscI Encode restriction endonuclease interface.
- sequences were attached to the V ⁇ fragment of scFv S1, those at the 5 'end for seven amino acids of the middle connecting peptide and an AscI-Res endonuMease interface and at the 3' end for a SacI restriction endonuclease interface and one five amino acid encode long connecting peptide.
- the resulting bispecific single-chain multi-antigen-binding molecule has the structure VHC4-PeptideA-VLS11-PeptideMNHSII-PeptideB-VLC4.
- Peptide A and B each have the sequence GGGGS and peptide M the sequence GGGGSGGRASGGGGGS.
- the monomeric molecule has a molecular weight of about 58 kDa and has a binding site for Endoglin and the knob domain.
- the bispecific single-chain, multi-antigen binding molecule was purified from the periplasm of induced bacteria as described in Example 1. Binding studies showed that this molecule was fully functional. It recognized the knob domain in ELISA and endoglin-expressing HUVEC in immunofluorescence.
- the cells were fixed after a PBS washing step with 0.1% glutaraldehyde, washed again with PBS and then with 0.8 mg / ml X-Gal, 3 mM K3Fe (CN) 6, and 3 mM K-4Fe ( CN) 6 incubated in PBS at 37 ° C.
- EDG-Ad-mediated transduction of endoglin-expressing cells is therefore independent of the presence of the adenoviral receptors.
- the EDG-Ad-mediated transduction takes place rather directly or indirectly via Endoglin.
- a polymerase chain reaction was used to attach to the V L fragment of scFv CD3 sequences which at the 5 'end for a BstEII restriction endonuclease interface and a five amino acid connecting peptide and at the 3' end eight amino acids of the middle connecting peptide and an AscI restriction endonuclease interface encode.
- sequences were attached to the V ⁇ fragment of scFv CD3, which at the 5 'end for seven amino acids of the middle connecting peptide and an AscI restriction endonuclease interface and at the 3' end for a Sacl restriction endonuclease interface and a five amino acids connecting compound coding peptide.
- the resulting bispecific single chain multi-antigen binding Molecule (EDG-CD3) has the structure VHC4-PeptideA-VLCD3-PeptideMNHCD3-PeptideB-VLC4.
- Peptide A and B each have the sequence GGGGS and peptide M the sequence GGGGSGGRASGGGGGS.
- the monomeric molecule has a binding site for endoglin and CD3.
- the bispecific single-chain, multi-antigen-binding molecule was purified from the periplasm of induced bacteria as described in Example 1. Binding studies showed that this molecule was fully functional. It recognized both Endoglin-expressing HU-VECs and CD3-expressing Jurkat cells in immunofluorescence.
- EDG-CD3-dependent cytolysis of the HUVECs This was strongest at EDG-CD3 concentrations between 1-10 ⁇ g / ml and an effector-target cell ratio of 100.
- EDG-Gal ß-galactosidase
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Abstract
Description
Endoglin spezifisches Polypeptid, seine Herstellung und Verwendung Endoglin specific polypeptide, its production and use
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polypeptid, das spezifisch an die extrazelluläre Domäne des humanen Endoglin (CD 105) Proteins bindet, sowie seine Herstellung und Verwendung.The present invention relates to a polypeptide which binds specifically to the extracellular domain of the human endoglin (CD 105) protein, and to its production and use.
Die vaskulare Zielsteuerung, d.h. die selektive Erkennung von Zellen oder Strukturen des Gefaßbettes stellt ein relativ neues Konzept in der Medizin dar. Hierdurch soll erreicht werden, dass bestimmte diagnostisch bzw. therapeutisch einsetzbare Komponenten gezielt in das Gefäßbett transportiert werden. Anwendun- gen findet dieser Ansatz u.a. in der Tumortherapie (Thorpe & Burrows, 1995, Breast Cancer Res. Treat. 36, 237-251). Hierbei wird, z.B. durch Verknüpfung mit einer zytotoxischen Komponente, das Tumorgefäßbett gezielt attackiert und eliminiert. Dies führt zu einer Unterbrechung der Versorgung des Tumorgewebes mit Sauerstoff (Hypoxie) und Nährstoffen. Die Folge ist eine Nekrotisierung des Tumors. Anwendungen findet dieser Ansatz auch in der Gentherapie, z.B. für die zielgerichtete Transduktion von Endothelzellen mit gentherapeutischen Vektoren (z.B. Viren, Liposomen, DNA-Protein-Komplexe) (Wickham et al., 1997, J. Vi- rol. 71, 8221-8229).Vascular target control, i.e. The selective recognition of cells or structures of the vascular bed represents a relatively new concept in medicine. This is intended to ensure that certain components that can be used diagnostically or therapeutically are specifically transported into the vascular bed. This approach is used among others in tumor therapy (Thorpe & Burrows, 1995, Breast Cancer Res. Treat. 36, 237-251). Here, e.g. by linking to a cytotoxic component that specifically attacks and eliminates the tumor vascular bed. This leads to an interruption in the supply of oxygen to the tumor tissue (hypoxia) and nutrients. The result is necrotization of the tumor. This approach is also used in gene therapy, e.g. for the targeted transduction of endothelial cells with gene therapy vectors (e.g. viruses, liposomes, DNA-protein complexes) (Wickham et al., 1997, J.Virol. 71, 8221-8229).
Voraussetzung für eine vaskulare Zielsteuerung sind Liganden, die spezifische Strukturen im Gefäßbett erkennen. Beispiele hierfür stellen Peptide oder Proteine dar, die an bestimmte Rezeptoren oder andere Oberflächenmoleküle auf den Endothelzellen binden. Solche Rezeptoren sind z.B. die VEGF-Rezeptoren oder die αv-Integrine (Burrows & Thorpe, 1994, Pharmac. Ther. 64, 155-174). Des weite- ren können Antikörperfragmente, die spezifische Strukturen im Gefaßbett erkennen, zum Einsatz kommen. Beispielsweise wird Endoglin (CD105), bei dem es sich um ein Mitglied der TGF-ß Familie handelt, von Zellen des proliferierenden Tumorendothels deutlich überexprimiert (Miller et al., 1998, Int. J. Cancer 81, 568-572). In der Literatur wurden gegen Endoglin gerichtete Antikörper beschrieben. Der monoklonale Antikörper (MAb) SN6 wurde durch die Immunisierung von Mäusen mit Zellmembranen menschlicher Leukämiezellen erhalten (Haruta & Seon, 1986, PNAS 83: 7898-7902). Der MAb 44G4 wurde durch die Immuni- sierung von Mäusen mit menschlichen prä-B-Leukämiezellen erhalten (Gougos & Letarte, 1988, J. Immunol. 141: 1925-1933). Die MAb TEC4 und TECH wurden durch die Immunisierung von Mäusen mit menschlichen Nabelschnurendothel- zellen (HUVEC) erhalten (WO 96/01653). Die MAb K4-2C10, D4-2G10, Y4-2F1 und P3-2G8 wurde durch die Immunisierung von Mäusen mit gereinigtem menschlichen Endoglin erhalten (WO 97/45450). Alle bisher bekannten gegen menschliches Endoglin gerichteten Antikörper sind somit von Mäusen abgeleitet und führen in der Regel in therapeutischen Anwendungen im Menschen zur Bildung von humanen anti-Maus Antikörpern (HAMA), die zur Neutralisierung der therapeutischen Antikörper führen. Die Anwendung von Antikörper aus der Maus oder auch anderen Organismen für therapeutische Zwecke ist deshalb stark limitiert.A requirement for vascular targeting is ligands that recognize specific structures in the vascular bed. Examples include peptides or proteins that bind to certain receptors or other surface molecules on the endothelial cells. Such receptors are, for example, the VEGF receptors or the α v integrins (Burrows & Thorpe, 1994, Pharmac. Ther. 64, 155-174). Antibody fragments that recognize specific structures in the vascular bed can also be used. For example, endoglin (CD105), which is a member of the TGF-ß family, is significantly overexpressed by cells of the proliferating tumor endothelium (Miller et al., 1998, Int. J. Cancer 81, 568-572). Antibodies directed against endoglin have been described in the literature. The monoclonal antibody (MAb) SN6 was obtained by immunizing mice with cell membranes of human leukemia cells (Haruta & Seon, 1986, PNAS 83: 7898-7902). The MAb 44G4 was obtained by immunizing mice with human pre-B leukemia cells (Gougos & Letarte, 1988, J. Immunol. 141: 1925-1933). The MAb TEC4 and TECH were obtained by immunizing mice with human umbilical cord endothelial cells (HUVEC) (WO 96/01653). The MAb K4-2C10, D4-2G10, Y4-2F1 and P3-2G8 were obtained by immunizing mice with purified human endoglin (WO 97/45450). All previously known antibodies directed against human endoglin are thus derived from mice and, as a rule, lead to the formation of human anti-mouse antibodies (HAMA) in therapeutic applications in humans, which lead to the neutralization of the therapeutic antibodies. The use of antibodies from the mouse or other organisms for therapeutic purposes is therefore very limited.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung war es deshalb ein Polypeptid bereitzustellen, das spezifisch an CD 105 bindet und das nicht zur Bildung von neutralisierenden HAMAs führt.An object of the present invention was therefore to provide a polypeptide which binds specifically to CD 105 and which does not lead to the formation of neutralizing HAMAs.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung war es ein Polypeptid bereitzustellen, das für die Rekrutierung von beispielsweise zytotoxischen Substanzen, Lipo- somen oder Viren an Tumorendothel geeignet ist.Another object of the present invention was to provide a polypeptide which is suitable for recruiting, for example, cytotoxic substances, liposomes or viruses on tumor endothelium.
Überraschend konnte in der vorliegenden Erfindung nun ein Polypeptid isoliert werden, das die Infektion humaner Endothelzellen mit einem Adenovirus deutlich verbessert.Surprisingly, a polypeptide has now been isolated in the present invention which significantly improves the infection of human endothelial cells with an adenovirus.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Polypeptid, das spezifisch an die extrazelluläre Region des humanen Endoglinproteins (CD 105) bindet, wobei das Polypeptid eine oder mehrere Sequenzen gemäß SEQ ID Nr. 1 enthält. Die extrazelluläre Region des humanen Endoglinproteins umfasst Aminosäuren 1-559. Eine spezifische Bindung an humanes Endoglin im Sinne der Erfindung liegt beispielsweise dann vor, wenn das Polypeptid dazu in der Lage ist Endoglin aus einer Zellsuspension zu präzipitieren oder Endoglin in einem ELISA nachzuweisen. Vorzugsweise wird die spezifische Bindung eines erfindungsgemäßen Polypeptids durch Inhibition (=Kompetition) der Bindung von scFv C4 festgestellt, d.h. man stellt die Bindung indirekt über die Inhibition eines Proteins mit gleicher Bindungseigenschaft dar. Ein erfindungsgemäßes Polypeptid bindet dann spezifisch an Endoglin, wenn ein 1000-facher molarer Überschuss des Polypeptids gegenüber scFv C4 zur im wesentlichen vollständigen Inhibition der Bindung von scFv an Endoglin führt. Vorzugsweise tritt eine im wesentlichen vollständige Inhibition der Bindung bereits bei einem 100-fachem molaren Überschuss, noch bevorzugter bei einem 50-fachem molaren Überschuss auf. In einem typischen Experiment zum Nachweis der Spezifität der Bindung eines erfindungsgemäßen Polypeptids wird scFv C4 in einer Konzentration von 1 μmol eingesetzt und das Polypeptid in verschiedenen Konzentrationen im Bereich von 1 μmol bis 1 mmol zugesetzt. Alternativ kann man markierte Polypeptide benutzenThe invention accordingly relates to a polypeptide which binds specifically to the extracellular region of human endoglin protein (CD 105), the Polypeptide contains one or more sequences according to SEQ ID No. 1. The extracellular region of the human endoglin protein comprises amino acids 1-559. Specific binding to human endoglin in the sense of the invention exists, for example, when the polypeptide is able to precipitate endoglin from a cell suspension or to detect endoglin in an ELISA. The specific binding of a polypeptide according to the invention is preferably determined by inhibiting (= competition) the binding of scFv C4, ie the binding is represented indirectly by inhibiting a protein with the same binding property. A polypeptide according to the invention then binds specifically to endoglin when a 1000- fold molar excess of the polypeptide compared to scFv C4 leads to essentially complete inhibition of the binding of scFv to endoglin. Preferably, essentially complete inhibition of binding occurs at a 100-fold molar excess, more preferably at a 50-fold molar excess. In a typical experiment to demonstrate the specificity of the binding of a polypeptide according to the invention, scFv C4 is used in a concentration of 1 μmol and the polypeptide is added in various concentrations in the range from 1 μmol to 1 mmol. Alternatively, one can use labeled polypeptides
In einer weiteren Ausführungsform enthält das Polypeptid zusätzlich eine oder mehrere Sequenzen gemäß SEQ ID Nr. 2.In a further embodiment, the polypeptide additionally contains one or more sequences according to SEQ ID No. 2.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polypeptids sind jeweils N- und C-Terminal an die Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 bzw. die Sequenzen gemäß SEQ ID. Nr. 1 und 2 ein bis drei Cysteinreste, vorzugsweise ein Cysteinrest angefügt. Dieser Rest dient der Stabilisierung des Polypeptids. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zwischen jeweils zwei Sequenzen ein Peptidlinker eingefügt. Der Peptidlinker hat vorzugsweise eine Länge zwischen ca. 12 bis ca. 25 Aminosäuren. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Polypeptid, das eine oder mehrer Sequenzen gemäß SEQ ID Nr. 1 enthält eine oder mehrere Aminosäuredomänen eines humanen Antikörpers, wobei diese Aminosäuredomänen aus der Frameworkregion- 1 (FR-1), FR-2, FR-3, FR-4, der komplementaritätsbestimmenden Region- 1 (CDR-1) und/oder CDR-2 des Antikörpers, vorzugsweise aus den FR-1 bis FR-4, CDR-1 und/oder CDR-2 der variablen schweren Kette (VH) ausgewählt sind. Die Frameworkregionen der variablen leichten (VL) bzw. schweren Ketten haben nur eine geringe Sequenzvariabilität und ihnen kommt im Antikörper eine Gerüstfunktion zu, durch die die räumliche Struktur bestimmt wird. Die komple- mentaritätsbestimmenden Regionen haben innerhalb der variablen Domäne der leichten bzw. schweren Ketten Regionen eine sehr hohe Sequenzvariabilität. Die Struktur der CDRs (CDR-1, CDR-2 und CDR-3) bestimmt die Bindungsspezifität des Antikörpers. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Polypeptid der vorliegenden Erfindung neben mindestens einer Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 noch FR-1 bis FR-4, CDR-1 und CDR-2. Besonders bevorzugt werden diese Regionen aus der VH ausgewählt.In one embodiment of the polypeptide according to the invention, the N and C terminals are each attached to the sequence according to SEQ ID No. 1 and the sequences according to SEQ ID. Nos. 1 and 2 add one to three cysteine residues, preferably one cysteine residue. This residue serves to stabilize the polypeptide. In a preferred embodiment, a peptide linker is inserted between every two sequences. The peptide linker is preferably between about 12 and about 25 amino acids in length. In a preferred embodiment, the polypeptide which contains one or more sequences as shown in SEQ ID No. 1 contains one or more amino acid domains of a human antibody, these amino acid domains from the framework region-1 (FR-1), FR-2, FR-3, FR-4, the complementarity-determining region-1 (CDR-1) and / or CDR-2 of the antibody, preferably from FR-1 to FR-4, CDR-1 and / or CDR-2 of the variable heavy chain (V H ) are selected. The framework regions of the variable light (V L ) or heavy chains have only a low sequence variability and they have a framework function in the antibody by which the spatial structure is determined. The complementarity-determining regions have a very high sequence variability within the variable domain of the light or heavy chain regions. The structure of the CDRs (CDR-1, CDR-2 and CDR-3) determines the binding specificity of the antibody. In a preferred embodiment, the polypeptide of the present invention contains, in addition to at least one sequence as shown in SEQ ID No. 1, FR-1 to FR-4, CDR-1 and CDR-2. These regions are particularly preferably selected from the V H.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das Polypeptid, das eine oder mehrer Sequenzen gemäß SEQ ID Nr. 1 und SEQ ID Nr. 2 enthält eine oder mehrere A- minosäuredomänen eines humanen Antikörpers, wobei diese Aminosäuredomänen aus der Frameworkregion- 1 (FR-1), FR-2, FR-3, FR-4, der komplementaritätsbestimmenden Region- 1 (CDR-1) und/oder CDR-2 des Antikörpers ausgewählt sind. Vorzugsweise wird die Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 mit der FR-1 bis FR-4, CDR-1 und/oder CDR-2 der VH und die Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID Nr. 2 mit der FR-1 bis FR-4, CDR-1 und/oder CDR-2 der VL verbunden, wobei die SEQ ID Nr. 1 bzw. SEQ ID Nr. 2 die Position der CDR-3 in der VH bzw. VL einnehmen.In a further embodiment, the polypeptide which contains one or more sequences according to SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 contains one or more amino acid domains of a human antibody, these amino acid domains from the framework region 1 (FR-1), FR-2, FR-3, FR-4, the complementarity-determining region-1 (CDR-1) and / or CDR-2 of the antibody are selected. Preferably, the amino acid sequence according to SEQ ID No. 1 with the FR-1 to FR-4, CDR-1 and / or CDR-2 of the V H and the amino acid sequence according to SEQ ID No. 2 with the FR-1 to FR-4 , CDR-1 and / or CDR-2 of the V L , the SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 taking the position of the CDR-3 in the VH and V L , respectively.
Der Begriff „human" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Anti- körper, deren Aminosäuresequenz eine hohe Homologie zu den variablen Regionen der humanen schweren (VH) und/oder leichten Ketten (VL) aufweisen und die deshalb im Menschen nicht oder nur im geringen Maße immunogen sind. Eine hohe Homologie bedeutet, dass mindestens 80%, vorzugsweise 90%, besonders bevorzugt 95%, insbesondere 98% der Aminosäurereste homolog sind. Der genannte Homologiegrad betrifft vorzugsweise FR-1, FR-2, FR-3 und/oder FR-4 während CDR-1 und CDR-2 Domänen keine hohe Homologie aufweisen. Aufgrund der geringen Immunogenität besitzt das erfindungsgemäße Polypeptid, gerade für therapeutische Anwendungen, gegenüber den bisher beschriebenen muri- nen Antikörpern deutliche Vorteile, da keine neutralisierenden Antikörper gebildet werden.The term “human” in the sense of the present invention relates to antibodies whose amino acid sequence has a high degree of homology to the variable regions of the human heavy (V H ) and / or light chains (VL) and which are therefore not immunogenic in humans or only to a small extent. A high homology means that at least 80%, preferably 90%, particularly preferably 95%, in particular 98% of the amino acid residues are homologous. The degree of homology mentioned preferably relates to FR-1, FR-2, FR-3 and / or FR-4 while CDR-1 and CDR-2 domains do not have high homology. Because of the low immunogenicity, the polypeptide according to the invention, especially for therapeutic applications, has clear advantages over the murine antibodies described so far, since no neutralizing antibodies are formed.
Die Bestimmung der Homologie kann beispielsweise mit einem Programm wie ALIGN, das im Internet zugänglich ist (beispielsweise unter http://www.hgsc.bcm.tmc.edu/SearchLauncher/) durchgeführt werden. Vorzugsweise sind die Mutationen der Aminosäuresequenz sogenannte konservative Än- derungen, wie beispielsweise Asparaginsäure zu Glutaminsäure oder Leucin zu Isoleucin. Die spezifische Bindung kann durch Standardtests, wie beispielsweise ELIS A nachgewiesen werden.The homology can be determined, for example, using a program such as ALIGN, which is accessible on the Internet (for example at http://www.hgsc.bcm.tmc.edu/SearchLauncher/). The mutations in the amino acid sequence are preferably so-called conservative changes, such as, for example, aspartic acid to glutamic acid or leucine to isoleucine. The specific binding can be demonstrated by standard tests, such as ELIS A.
Ein Polypeptid im Sinne der vorliegenden Erfindung enthält in einer weiteren Ausführungsform neben FR-1, FR-2, FR-3, FR-4, CDR-1 und/oder CDR-2 weitere Bestandteile eines Immunglobulins, wobei diese Bestandteile natürlichen, teilsynthetischen oder vollsynthetischen Ursprungs sein können. Beispiele sind Bestandteile der Immunglobulinisotypen, sowie Teile dieser Immunglobine, wie beispielsweise die konstanten Kettenanteile (CH und/oder QL) oder Teile davon. Die einfmdungsgemäßen Polypeptide können abhängig von den weiteren zugefügten Bestandteilen Fab, F(ab*)2, „Single chain Fv" (scFv), Fv dAb oder Fd- Fragmente bilden.In a further embodiment, a polypeptide in the sense of the present invention contains, in addition to FR-1, FR-2, FR-3, FR-4, CDR-1 and / or CDR-2, further constituents of an immunoglobulin, these constituents being natural, partly synthetic or can be of fully synthetic origin. Examples are components of the immunoglobulin isotypes, as well as parts of these immunoglobins, such as the constant chain components (C H and / or QL) or parts thereof. Depending on the further constituents added, the polypeptides according to the invention can form Fab, F (ab *) 2 , “single chain Fv” (scFv), Fv dAb or Fd fragments.
Der Begriffe Polypeptid wird für erfindungsgemäße Aminosäureketten von 9 oder mehr Aminosäuren verwendet. Polypeptide, die über zwei oder mehre identischeThe term polypeptide is used for amino acid chains according to the invention of 9 or more amino acids. Polypeptides that have two or more identical ones
Bindungsstellen verfügen, haben eine erhöhte funktionelle Affinität (= Bindungs- stärke) und sind deshalb bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Polypeptids. Polypeptide mit erhöhter Affinität zu Endoglin können beispielsweise in Form eines Diabodies (= scFv-Dimer) (Holliger et al., 1993, Proc. Natl. A- cad. Sei. USA 90, 6444-6448), als einzelkettiges mehrfachantigenbindendes Mo- lekül (Brüsselbach et al., 1999, Tumor Targeting 4, 115-123), als Tandem-scFv oder in Fusion mit dimerisierenden Regionen von Immunglobulinen, bzw. dimeri- sierenden Peptiden und Regionen anderer Proteine vorliegen (Plückthun & Pack, 1997, Immunotechnology 3, 83-105).Have binding sites, have an increased functional affinity (= binding starch) and are therefore preferred embodiments of the polypeptide according to the invention. Polypeptides with increased affinity for endoglin can, for example, in the form of a diabody (= scFv dimer) (Holliger et al., 1993, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 6444-6448), as a single-chain, multi-antigen-binding molecule (Brusselsbach et al., 1999, Tumor Targeting 4, 115-123), as tandem scFv or in fusion with dimerizing regions of immunoglobulins or dimerizing peptides and regions of other proteins (Plückthun & Pack, 1997, Immunotechnology 3 , 83-105).
Eine bevorzugte Ausführungsform des Polypeptids der vorliegenden Erfindung ist ein Polypeptid, das eine oder mehrere Aminosäuredomänen mit einer Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 3 enthält. Eine Aminosäuredomäne im Sinne der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise eine Länge zwischen ca. 80 und ca. 150 Aminosäuren, bevorzugter zwischen ca. 100 und ca. 120 Aminosäuren und enthält neben einer Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 Sequenzen der humanen VL-Region.A preferred embodiment of the polypeptide of the present invention is a polypeptide which contains one or more amino acid domains with a sequence according to SEQ ID No. 3. An amino acid domain in the sense of the present invention preferably has a length between approximately 80 and approximately 150 amino acids, more preferably between approximately 100 and approximately 120 amino acids and contains, in addition to a sequence according to SEQ ID No. 1, sequences of the human V L region.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das Polypeptid der Erfindung eine oder mehrere Aminosäuredomänen mit einer Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 4.In a further embodiment, the polypeptide of the invention contains one or more amino acid domains with a sequence according to SEQ ID No. 4.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Polypeptid jeweils mindestens eine Aminosäuredomäne gemäß SEQ ID Nr. 3 und mindestens eine gemäß SEQ ID Nr. 4.In a particularly preferred embodiment, the polypeptide in each case contains at least one amino acid domain according to SEQ ID No. 3 and at least one according to SEQ ID No. 4.
Vorzugsweise ist in dem erfmdungsgemäßen Polypeptid zwischen einer oder mehreren Aminosäuredomänen gemäß SEQ ID Nr. 3 bzw. SEQ ID Nr. 3 und SEQ ID Nr. 4 oder zwischen den einen oder mehreren Sequenzen gemäß SEQ ID Nr. 1 bzw. SEQ ID Nr. 1 und SEQ ID Nr. 2 ein Peptidlinker angeordnet. Dieser Peptidlinker hat vorzugsweise eine Länge von ca. 12 bis ca. 25 Aminosäuren, insbesondere eine Länge von 12 bis 16 Aminosäuren. Der Peptidlinker dient zur räumli- chen Separation der Domänen und/oder Sequenzen und erleichtert die Bindung an Endoglin. Für die Separation der Aminosäuredomänen ist insbesondere ein Peptidlinker mit einer Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 5 geeignet.Preferably in the polypeptide according to the invention is between one or more amino acid domains according to SEQ ID No. 3 or SEQ ID No. 3 and SEQ ID No. 4 or between the one or more sequences according to SEQ ID No. 1 or SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 arranged a peptide linker. This peptide linker preferably has a length of approximately 12 to approximately 25 amino acids, in particular a length of 12 to 16 amino acids. The peptide linker is used for spatial separation of the domains and / or sequences and facilitates binding to Endoglin. A peptide linker with a sequence according to SEQ ID No. 5 is particularly suitable for the separation of the amino acid domains.
Um die Herstellung und Isolation des Polypeptids zu erleichtern, das beispiels- weise in einer geeigneten Zelle rekombinant exprimiert wird, enthält das Polypeptid in einer bevorzugten Ausführungsform ein oder mehrere Sezernierungs- signale. Durch diese Sezernierungssignale wird das erfindungsgemäße Polypeptid von der Zelle ins Periplasma ausgeschieden und kann direkt aus dem Kulturmedium der Produktionszellinie gewonnen werden. Als Sezernierungssignal ist insbe- sondere die pelB Sezemierungssignalsequenz (Lei et al., 1987, J. Bacteriol. 169, 4379-4383) mit einer Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 6 geeignet.In a preferred embodiment, the polypeptide contains one or more secretion signals in order to facilitate the production and isolation of the polypeptide, which is expressed recombinantly, for example, in a suitable cell. By means of these secretion signals, the polypeptide according to the invention is excreted from the cell into the periplasm and can be obtained directly from the culture medium of the production cell line. The pelB secretion signal sequence (Lei et al., 1987, J. Bacteriol. 169, 4379-4383) with a sequence according to SEQ ID No. 6 is particularly suitable as the secretion signal.
In einer weiteren Ausführungsform können die Sezernierungssignalsequenzen abgespalten werden. Dieses kann beispielsweise durch das Einfügen von Peptid- Sequenzen, die von Endopeptidasen erkannt und gespalten werden oder durch das Einfügen von beispielsweise Intein erfolgen. Die Abspaltung der Sezernierungssignalsequenzen kann dann von Vorteil sein, wenn die Sezernierungssignalsequenzen im Menschen immunogen sind und durch die Abspaltung der Sequenzen die Immunogenität des erfindungsgemäßen Aminosäuresequenz verringert wird.In a further embodiment, the secretion signal sequences can be split off. This can be done, for example, by inserting peptide sequences that are recognized and cleaved by endopeptidases, or by inserting, for example, intein. The cleavage of the secretion signal sequences can be advantageous if the secretion signal sequences are immunogenic in humans and the cleavage of the sequences reduces the immunogenicity of the amino acid sequence according to the invention.
Ein besonders bevorzugtes Polypeptid enthält eine Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 7. Hierbei ist die pelB Sezemierungssignalsequenz N-terminal angeordnet, wobei in Richtung des C-Terminus die Aminosäuredömane gemäß SEQ ID Nr. 3, der Peptidlinker gemäß SEQ ID Nr. 5 und die Aminosäuredömane gemäß SEQ ID Nr. 4 angeordnet sind. Zusätzlich enthält das Polypeptid noch eine Hexahistidylsequenz (6 x His-Tag) (Hochuli et al., 1988, Bio/Technol. 6, 1321-1325, Hoffmann & Roeder, 1991, Nucl. Acids Res., 19, 6337-6338), die die Reinigung des Antikörpers über beispielsweise eine Ni2+-Affmitätssäule erlaubt, sowie ein Peptid, das von dem anti-Myc-Antikörper 9E10 (Munro & Pelham, 1986, Cell 46, 291-300) erkannt wird. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Polypeptid, das eine Variante der Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 enthält. Eine Variante der Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 sind Sequenzen bei der zwei Aminosäuren dele- tiert, eine Aminosäure deletiert und eine Aminosäure mutiert oder zwei Amino- säuren mutiert sind. Vorzugsweise ist dabei eine noch bevorzugter sind beide Mutationen sogenannte „konservative" Mutationen. Von „konservativen" Mutationen spricht man, wenn eine Aminosäure durch eine Aminosäure aus der selben Klasse ersetzt wird. Die verschiedenen Aminosäureklassen sind Aminosäuren mit unpolaren, aliphatischen Seitenkette (Gly, Ala, Val, Leu, He und Pro), mit pola- ren, ungeladenen Seitenketten (Ser, Thr, Cys, Met, Asn und Gin), mit aromatische Seitenketten (Phe, Tyr und Trp), mit positiv geladenen Seitenketten (Lys, Arg und His) und mit negativ geladenen Seitenketten (Asp und Glu). Innerhalb einer Klasse sind Substitutionen besonders bevorzugt bei denen eine Aminosäuren gegen eine Aminosäure mit ähnlichen sterischen Ansprüchen ersetzt wird, wie bei- spielsweise Ser gegen Thr oder Gly gegen Ala.A particularly preferred polypeptide contains a sequence according to SEQ ID No. 7. Here, the pelB secretion signal sequence is arranged N-terminal, with the amino acid domains according to SEQ ID No. 3, the peptide linker according to SEQ ID No. 5 and the direction of the C-terminus Amino acid domains are arranged according to SEQ ID No. 4. In addition, the polypeptide also contains a hexahistidyl sequence (6 x His day) (Hochuli et al., 1988, Bio / Technol. 6, 1321-1325, Hoffmann & Roeder, 1991, Nucl. Acids Res., 19, 6337-6338) , which allows the purification of the antibody via, for example, a Ni 2+ affinity column, and a peptide which is recognized by the anti-Myc antibody 9E10 (Munro & Pelham, 1986, Cell 46, 291-300). Another object of the present invention is a polypeptide which contains a variant of the amino acid sequence according to SEQ ID No. 1. A variant of the sequence according to SEQ ID No. 1 are sequences in which two amino acids are deleted, one amino acid is deleted and one amino acid is mutated or two amino acids are mutated. Preferably, a mutation is even more preferred. Both mutations are so-called "conservative" mutations. One speaks of "conservative" mutations when an amino acid is replaced by an amino acid from the same class. The different amino acid classes are amino acids with non-polar, aliphatic side chains (Gly, Ala, Val, Leu, He and Pro), with polar, uncharged side chains (Ser, Thr, Cys, Met, Asn and Gin), with aromatic side chains (Phe , Tyr and Trp), with positively charged side chains (Lys, Arg and His) and with negatively charged side chains (Asp and Glu). Substitutions in which an amino acid is replaced by an amino acid with similar steric requirements, for example Ser against Thr or Gly against Ala, are particularly preferred within a class.
Noch bevorzugter sind jedoch Varianten der Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 bei denen nur eine Aminosäure deletiert oder mutiert ist. Vorzugsweise ist diese Mutation in der Sequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 eine konservative Mutation.However, variants of the amino acid sequence according to SEQ ID No. 1 in which only one amino acid has been deleted or mutated are even more preferred. This mutation in the sequence according to SEQ ID No. 1 is preferably a conservative mutation.
Die mutierten und/oder deletierten Polypeptide der vorliegenden Erfindung sind dadurch charakterisiert, dass sie spezifisch an die extrazelluläre Domäne des En- doglins binden. Diese spezifische Bindung kann in ELISAs gegen immobilisiertes Endoglin oder durch Präzipitation von Endoglin durch die erfindungsgemäßen Peptide nachgewiesen werden.The mutated and / or deleted polypeptides of the present invention are characterized in that they bind specifically to the extracellular domain of the enddoglin. This specific binding can be detected in ELISAs against immobilized endoglin or by precipitation of endoglin by the peptides according to the invention.
Das erfindungsgemäße Polypeptide kann auch mit mindestens einem Peptid und/oder einem Protein fusioniert vorliegen. Als Peptid werden Aminosäuresequenzen von weniger als 50 Aminosäuren und als Proteine Aminosäuresequenzen von 50 oder mehr Aminosäuren bezeichnet. Eine Fusion liegt dann vor, wenn die Aminosäuren des Polypeptids über eine Peptidbindung mit dem Peptid und/oder dem Protein verknüpft sind. Vorzugsweise wird das Fusionsprotein zusammenhängend translatiert und von einer mRNA kodiert. Geeignete Proteine und Peptide sind beispielsweise Enzyme, Wachstumsfaktoren, Hormone, Zytokine, Chemoki- ne, virale Hüllproteine, und/oder Antikörper. Die Fusion mit einem Zytokin oder Chemokin erlaubt beispielsweise die Rekrutierung einer für die Zielzelle toxischen Substanz und ermöglicht damit die gezielte Abtötung von beispielsweise Tumorendothelzellen. Die Fusion mit einem viralen Hüllprotein erlaubt die Herstellung von rekombinanten Viren, die auf ihrer Oberfläche eine Polypeptide tragen, das für Endoglin spezifisch ist und damit die Rekrutierung des jeweiligen rekombinanten Virus zu Endothelzellen. Ein geeignetes Hüllprotein ist beispielsweise das Adenovirus Fiberprotein. Ein ähnliches Ziel kann auch durch die Fusion mit einem Antikörper, vorzugsweise mit einem scFv-Fragment erreicht werden, wenn dieser spezifisch an ein bestimmtes Virus bindet. Geeignet sind auch Peptide oder Protein, die von viralen Oberflächenmolekülen oder einem Antikörper erkannt werden.The polypeptide according to the invention can also be fused to at least one peptide and / or a protein. Amino acid sequences of less than 50 amino acids are referred to as peptides and amino acid sequences of 50 or more amino acids are referred to as proteins. A fusion occurs when the amino acids of the polypeptide have a peptide bond with the peptide and / or are linked to the protein. The fusion protein is preferably translated contiguously and encoded by an mRNA. Suitable proteins and peptides are, for example, enzymes, growth factors, hormones, cytokines, chemokines, viral coat proteins, and / or antibodies. The fusion with a cytokine or chemokine allows, for example, the recruitment of a substance that is toxic to the target cell and thus enables the targeted destruction of, for example, tumor endothelial cells. The fusion with a viral coat protein allows the production of recombinant viruses that carry a polypeptide on their surface that is specific for endoglin and thus the recruitment of the respective recombinant virus to endothelial cells. A suitable coat protein is, for example, the adenovirus fiber protein. A similar goal can also be achieved by fusion with an antibody, preferably with an scFv fragment, if this fragment specifically binds to a particular virus. Peptides or proteins that are recognized by viral surface molecules or an antibody are also suitable.
In einer bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polypeptids bindet das Protein oder Peptid spezifisch an einen Rezeptor. Eine spezifische Bindung kann beispielsweise an immobilisierten Rezeptoren mit markierten Polypeptiden nachgewiesen werden. Im Stand der Technik bekannte Markierung sind beispielsweise radioaktive Markierungen oder Fluoreszenzmarkierungen. Geeignete Rezeptoren sind beispielsweise Rezeptoren, die auf Zellen des Immunsystems vorhanden sind wie beispielsweise CD3, CD4, CD8 CD28, Fcα-1 Rezeptor, Fcγ-1, 2 oder 3 Rezeptor. Diese Zellen können durch die Interaktion zu Endothelzellen rekrutiert werden.In a preferred embodiment of the polypeptide according to the invention, the protein or peptide binds specifically to a receptor. Specific binding can be detected, for example, on immobilized receptors with labeled polypeptides. Markings known in the prior art are, for example, radioactive markings or fluorescent markings. Suitable receptors are, for example, receptors that are present on cells of the immune system such as CD3, CD4, CD8 CD28, F c α-1 receptor, F c γ-1, 2 or 3 receptor. These cells can be recruited through interaction with endothelial cells.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Polypeptid, das an mindestens eine Komponente gekoppelt ist. Unter Kopplung versteht man die kovalente oder nicht-kovalente Bindung einer Komponente an das Polypeptid, wobei das Polypeptid und die Komponente nicht zusammen translatiert und nicht von einer mRNA kodiert werden. Eine kovalente Kopplung zwischen dem erfin- dungsgemäßen Polypeptid und der Komponente kann beispielsweise durch Formaldehyd oder Glutaraldehyd erfolgen. Eine nicht-kovalente Kopplung wird beispielsweise durch Inkubation eines erfindungsgemäßen Polypeptids, das mit einem Peptid oder Protein fusioniert ist, das spezifisch an die Knobdomöne des a- denoviralen Fiberproteins bindet, mit Adenovirus erhalten. Bevorzugte Komponenten sind Peptide, Proteine, Enzyme, Wachstumsfaktoren, Hormone, Zytokine, Chemokine, virale Hüllproteine, Kohlenhydrate, Antikörper, Lipide, Isotope, Liposomen, Viren, Virasähnliche Partikel, Nukleinsäuren, und/oder Zellen. Die Nukleinsäuren, die an das erfindungsgemäße Polypeptid gekoppelt werden, kön- nen „nackt" vorliegen oder beispielsweise mit poly-Lysin kondensiert sein.Another object of the present invention is a polypeptide which is coupled to at least one component. Coupling means the covalent or non-covalent binding of a component to the polypeptide, the polypeptide and the component not being translated together and not being encoded by an mRNA. A covalent coupling between the invented polypeptide according to the invention and the component can be carried out, for example, by formaldehyde or glutaraldehyde. A non-covalent coupling is obtained, for example, by incubating a polypeptide according to the invention, which is fused with a peptide or protein which specifically binds to the knob domones of the adenoviral fiber protein, with adenovirus. Preferred components are peptides, proteins, enzymes, growth factors, hormones, cytokines, chemokines, viral coat proteins, carbohydrates, antibodies, lipids, isotopes, liposomes, viruses, virus-like particles, nucleic acids, and / or cells. The nucleic acids which are coupled to the polypeptide according to the invention can be “naked” or, for example, condensed with poly-lysine.
Die Kopplung des erfindungsgemäßen Polypeptids an Liposomen ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da Liposomen mit den verschiedensten therapeutisch wirksamen Substanzen beladen werden kön- nen. Geeignete Liposomen sind beispielsweise aus EP 0 555 333 oder WO 00/74646 bekannt. Bevorzugte Liposomen sind anionische Liposomen, die neben Cholesterol eine anionisches Phospholipid enthalten. Das Verhältnis zwischen Cholesterol und Phospholipid im Liposom liegt im Bereich zwischen ca. 0,3 und ca. 1,2, vorzugsweise zwischen ca. 0,4 und ca. 0,8. Die Kopplung des erfmdungs- gemäßen Polypeptids an Liposomen erfolgt beispielsweise über N-Carboxyl- Phosphatidylethanolamin oder Glutaryl-Phosphatidylethanolamin.The coupling of the polypeptide according to the invention to liposomes is a particularly preferred embodiment of the present invention, since liposomes can be loaded with a wide variety of therapeutically active substances. Suitable liposomes are known for example from EP 0 555 333 or WO 00/74646. Preferred liposomes are anionic liposomes which contain an anionic phospholipid in addition to cholesterol. The ratio between cholesterol and phospholipid in the liposome is in the range between approximately 0.3 and approximately 1.2, preferably between approximately 0.4 and approximately 0.8. The polypeptide according to the invention is coupled to liposomes, for example via N-carboxylphosphatidylethanolamine or glutarylphosphatidylethanolamine.
Die Liposomen enthalten bevorzugt mindestens eine antisense-RNA, mindestens ein Chemotherapeutikum, mindestens eine Nukleinsäure kodierend für einen Wirkstoff oder mindestens eine aktive Substanz. Wenn die Liposomen Nukleinsäuren enthalten, enthält das Liposom in einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich Phosphatidylethanolamin (PEI), wobei das PEI vorzugsweise niedermolekulares PEI mit einem Molekulargewicht im Bereich von ca. 500 bis ca. 25.000 Da, noch bevorzugter in einem Bereich von ca. 5.000 bis 10.000 Da ist. Die anti- sense-RNA kann zum Beispiel die Translation von Genen inhibieren, die für die Zellteilung benötigt werden. Chemotherapeutika umfassen Substanzen wie bei- spielsweise Doxirubicin, Cyclophosphamid, 5-Fluoruracil, cis-Platin oder Taxol. Dem Fachmann sind weitere Chemotherapeutika bekannt, die in der Tumortherapie eingesetzt werden und die von der vorliegenden Erfindung umfasst sind. Ein Wirkstoff, der von einer im Liposomen enthaltenden Nukleinsäure kodiert wird kann zum Beispiel ein Inhibitor der Zellproliferation sein. Geeignete Proteine sind dem Fachmann bekannt und umfassen Antionkogene, wie beispielsweise p53 oder pRb, sowie Zellzyklusinhibitoren, wie beispielsweise p21w ^16^ , p57 , p27KIP oder GADD45. Des weiteren können die Nukleinsäuren auch für zytostati- sche oder zytotoxische Proteine, wie zum Beispiel für Perforin, Granzym, IL-2, IL-4, IL-12 oder Oncostatin M kodieren. Eine aktive Substanz kann jede pharma- kologisch wirksame Substanz sein, die beispielsweise zur Therapie von Erkrankungen an denen Endothelzellen beteiligt sind, geeignet ist.The liposomes preferably contain at least one antisense RNA, at least one chemotherapeutic agent, at least one nucleic acid coding for an active substance or at least one active substance. If the liposomes contain nucleic acids, in a preferred embodiment the liposome additionally contains phosphatidylethanolamine (PEI), the PEI preferably having low molecular weight PEI with a molecular weight in the range from about 500 to about 25,000 Da, more preferably in a range from about 5,000 to 10,000 there is. The antisense RNA can, for example, inhibit the translation of genes that are required for cell division. Chemotherapy drugs include substances such as for example doxirubicin, cyclophosphamide, 5-fluorouracil, cis-platinum or taxol. The person skilled in the art is aware of further chemotherapeutic agents which are used in tumor therapy and which are encompassed by the present invention. An active ingredient that is encoded by a nucleic acid contained in the liposome can, for example, be an inhibitor of cell proliferation. Suitable proteins are known to the person skilled in the art and include anioncogens, such as, for example, p53 or pRb, and cell cycle inhibitors, such as, for example, p21 w ^ 16 ^, p57, p27 KIP or GADD45. Furthermore, the nucleic acids can also code for cytostatic or cytotoxic proteins, such as for example perforin, granzyme, IL-2, IL-4, IL-12 or Oncostatin M. An active substance can be any pharmacologically active substance which is suitable, for example, for the therapy of diseases in which endothelial cells are involved.
In einer bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polypeptids bindet die Komponente spezifisch an einen Rezeptor. Eine spezifische Bindung kann beispielsweise an immobilisierten Rezeptoren mit markierten Polypeptiden und/oder markierten Komponenten nachgewiesen werden. Im Stand der Technik bekannte Markierungen sind beispielsweise radioaktive Markierungen oder Fluoreszenzmarkierungen. Geeignete Rezeptoren sind beispielsweise Rezeptoren, die auf Zellen des Immunsystems vorhanden sind wie beispielsweise CD3, CD4, CD8 CD28, Fcα-1 Rezeptor, Fcγ-1, 2 oder 3 Rezeptor. Diese Zellen werden durch die Interaktion der Komponente mit einem der Zelloberflächenproteine und durch die Interaktion des erfindungsgemäßen Polypeptids mit Endoglin zu Endothelzellen rekrutiert.In a preferred embodiment of the polypeptide according to the invention, the component specifically binds to a receptor. A specific binding can be detected, for example, on immobilized receptors with labeled polypeptides and / or labeled components. Labels known in the prior art are, for example, radioactive labels or fluorescent labels. Suitable receptors are, for example, receptors that are present on cells of the immune system such as CD3, CD4, CD8 CD28, F c α-1 receptor, F c γ-1, 2 or 3 receptor. These cells are recruited by the interaction of the component with one of the cell surface proteins and by the interaction of the polypeptide according to the invention with endoglin to form endothelial cells.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Nukleinsäure, die für ein erfindungsgemäßes Polypeptid kodiert. Es ist bekannt, dass kleine Veränderungen in der Sequenz einer Nukleinsäuren vorhanden sein können, zum Beispiel durch die Degenerierung des genetischen Codes, oder dass nicht translatierte Se- quenzen an das 5' und/oder 3 '-Ende der Nukleinsäure angehängt sein können, ohne dass das kodierte Polypeptid verändert wird. Diese Erfindung umfaßt deshalb auch sogenannte „Varianten" der vorangehend beschriebenen Nukleinsäuren.Another object of the present invention is a nucleic acid which codes for a polypeptide according to the invention. It is known that there may be small changes in the sequence of a nucleic acid, for example due to the degeneracy of the genetic code, or that untranslated sequences may be attached to the 5 'and / or 3' end of the nucleic acid, without changing the encoded polypeptide. This invention therefore also includes so-called “variants” of the nucleic acids described above.
Unter Varianten der Nukleinsäuren sind alle Nukleinsäuresequenzen zu verstehen, die komplementär zu einer Nukleinsäuresequenz sind, die unter stringenten Bedingungen mit der Referenzsequenz hybridisieren und die für Proteine kodieren, die spezifisch an humanes Endoglin binden.Variants of the nucleic acids are understood to mean all nucleic acid sequences that are complementary to a nucleic acid sequence that hybridize under stringent conditions with the reference sequence and that code for proteins that bind specifically to human endoglin.
Unter "stringenten Hybridisierungsbedingungen" sind solche Bedingungen zu verstehen, bei denen eine Hybridisierung bei 60°C in 2,5 x SSC-Puffer, gefolgt von mehreren Waschschritten bei 37°C in einer geringeren Pufferkonzentration erfolgt und stabil bleibt.“Stringent hybridization conditions” are to be understood as those conditions in which hybridization takes place at 60 ° C. in 2.5 × SSC buffer, followed by several washing steps at 37 ° C. in a lower buffer concentration and remains stable.
Um die Einführung der genannten Nukleinsäure und damit die Expression des Polypeptids in einer eu- oder prokaryotischen Zelle durch Transfektion, Transformation oder Infektion zu ermöglichen, kann die Nukleinsäure als Plasmid, als Teil eines viralen, oder nicht viralen Vektors vorliegen.In order to enable the introduction of said nucleic acid and thus the expression of the polypeptide in a eu or prokaryotic cell by transfection, transformation or infection, the nucleic acid can be present as a plasmid, as part of a viral or non-viral vector.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Vektor, ins- besondere ein Expressionsvektor, der eine Nukleinsäure codierend für ein erfindungsgemäßes Polypeptid enthält. Als virale Vektoren eignen sich hierbei besonders Baculoviren, Vakziniaviren, Adenoviren, adenoassoziierte Viren und Her- pesviren. Als nicht virale Vektoren eignen sich hierbei besonders Virosomen, Liposomen, kationische Lipide, oder poly-Lysin konjugierte DNA.Another object of the present invention is therefore a vector, in particular an expression vector, which contains a nucleic acid coding for a polypeptide according to the invention. Baculoviruses, vaccinia viruses, adenoviruses, adeno-associated viruses and herpes viruses are particularly suitable as viral vectors. Virosomes, liposomes, cationic lipids or poly-lysine-conjugated DNA are particularly suitable as non-viral vectors.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Zelle, die mindestens eine erfindungsgemäße Nukleinsäure und/oder mindestens einen erfindungsgemäßen Vektor enthält. Diese Zelle exprimiert unter dem Fachmann bekannten Bedingungen, die zur Aktivierung der jeweils verwendeten regulierbaren Elemente führen, das erfindungsgemäße Polypeptid. Das Polypeptid kann dann aus der Zelle isoliert werden oder wird von der Zelle sezerniert. Zur gentechnischen Herstellung und anschließenden Aufreinigung der exprimierten, erfindungsgemäßen Verbindungen eignen sich prokaryotische und eukaryotische Zellen, insbesondere Bakterienzellen wie beispielsweise E. coli, Hefezellen wie beispielsweise S. cere- visiae, Insektenzellen wie beispielsweise Spodoptera frugiperda Zellen (Sf-9) oder Trichoplusia ni Zellen oder Säugerzellen wie beispielsweise COS-Zellen oder HeLa-Zellen.The present invention furthermore relates to a cell which contains at least one nucleic acid according to the invention and / or at least one vector according to the invention. This cell expresses the polypeptide according to the invention under conditions known to the person skilled in the art which lead to the activation of the regulatable elements used in each case. The polypeptide can then be derived from the Cell are isolated or is secreted by the cell. Procaryotic and eukaryotic cells, in particular bacterial cells such as E. coli, yeast cells such as S. cerevisiae, insect cells such as Spodoptera frugiperda cells (Sf-9) or Trichoplusia ni cells are suitable for the genetic engineering production and subsequent purification of the expressed compounds according to the invention or mammalian cells such as COS cells or HeLa cells.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Polypeptids, bei dem mindestens eine erfindungsgemäße Nukleinsäure in einer Zelle exprimiert wird. Wenn das erfindungsgemäße Polypeptid eine abspaltbare Sezemierungssignalsequenz enthält, kann diese in einem weiteren Schritt beispielsweise durch Inkubation mit einer geeigneten Endopeptidase oder im Falle von Intein, durch das Zufügen von Dithi- othreitol (DTT) zum Medium, abgespalten werden.Another object of the present invention is therefore a method for producing a polypeptide according to the invention, in which at least one nucleic acid according to the invention is expressed in a cell. If the polypeptide according to the invention contains a cleavable secretion signal sequence, this can be cleaved in a further step, for example by incubation with a suitable endopeptidase or, in the case of intein, by adding dithiothreitol (DTT) to the medium.
Wenn an das erfindungsgemäße Polypeptid eine Komponente gekoppelt werden soll, kann diese Kopplung durch Inkubation oder chemische Reaktion mit mindestens einer Komponente erfolgen. Eine solche Kopplung kann bereits in der Zelle vorzugsweise jedoch erst nach Reinigung des Polypeptids erfolgen.If a component is to be coupled to the polypeptide according to the invention, this coupling can take place by incubation or chemical reaction with at least one component. Such a coupling can preferably already take place in the cell only after the polypeptide has been purified.
Das erfindungsgemäße Polypeptid kann als diagnostisches Werkzeug eingesetzt werden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach die Verwendung mindestens eines Polypeptids zum Nachweis von Endoglin und/oder Endoglin-exprimierenden Zellen oder Zellbestandteilen in vitro und/oder in vivo.The polypeptide according to the invention can be used as a diagnostic tool. Another object of the present invention is accordingly the use of at least one polypeptide for the detection of endoglin and / or endoglin-expressing cells or cell components in vitro and / or in vivo.
Die Detektion kann direkt durch Fusion oder Kopplung einer nachweisbaren Komponente erfolgen (z.B. mit einem Enzym oder einem Radioisotop) oder indirekt durch eine markierte Komponente, die das erfindungsgemäße Polypeptid er- kennt. Bevorzugt verwendete Nachweisverfahren sind ELISA, RIA, Immunfluo- resenz, Immunpräzipitation oder Immunscintillation. Das gegen Endoglin gerichtete erfindungsgemäße Polypeptid kann ferner als Li- gand dienen, um gezielt Endoglin-exprimierende Zellen (z.B. Tumorendothelzel- len) zu erkennen und zu binden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfin- düng ist demnach die Verwendung mindestens eines erfindungsgemäßen Polypeptids zur Bindung an Endoglin-exprimierende Zellen.Detection can be carried out directly by fusion or coupling of a detectable component (for example with an enzyme or a radioisotope) or indirectly by means of a labeled component which recognizes the polypeptide according to the invention. Detection methods used with preference are ELISA, RIA, immunofluorescence, immunoprecipitation or immunoscintillation. The polypeptide according to the invention directed against endoglin can also serve as a ligand in order to specifically recognize and bind endoglin-expressing cells (eg tumor endothelial cells). Another object of the present invention is accordingly the use of at least one polypeptide according to the invention for binding to endoglin-expressing cells.
Durch die Verbindung mit einem zweiten Liganden durch Kopplung oder Fusion kann hierdurch mindestens ein Peptid, mindestens ein Protein oder mindestens eine Komponente zu Endoglin-exprimierenden Zellen rekrutiert werden. Dieser zweite Ligand kann ein Antikörpermolekül oder -fragment, ein Ligand für einen zellulären Rezeptor, ein Peptid das einen Rezeptor auf Zellen erkennt sein.By connecting to a second ligand by coupling or fusion, at least one peptide, at least one protein or at least one component can be recruited to endoglin-expressing cells. This second ligand can be an antibody molecule or fragment, a ligand for a cellular receptor, a peptide that recognizes a receptor on cells.
In einer bevorzugten Verwendung wirkt das erfindungsgemäße Polypeptid auf die Endoglin-exprimierende Zelle zytotoxisch. Dieser Effekt wird beispielsweise durch die Rekrutierung von zytotoxischen T-Zellen, die Fusion oder Kopplung mit Zytokinen oder Enzymen, wie beispielsweise „prodrug converting enzymes", erreicht.In a preferred use, the polypeptide according to the invention has a cytotoxic effect on the endoglin-expressing cell. This effect is achieved, for example, by recruiting cytotoxic T cells, fusing or coupling with cytokines or enzymes, such as “prodrug converting enzymes”.
In einer weiteren Verwendung des erfindungsgemäßen Polypeptids führt die Bindung an die Endoglin-exprimierenden Zelle zur Infektion, Transduktion bzw. Transfektion der Zelle mit einem Virus, einem vimsähnlichen Partikel, einem Liposom, und/oder einer Nukleinsäure.In a further use of the polypeptide according to the invention, the binding to the endoglin-expressing cell leads to infection, transduction or transfection of the cell with a virus, a Vims-like particle, a liposome and / or a nucleic acid.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung mindestens eines Polypeptids, mindestens einer Nukleinsäure und/oder mindestens eines Vektors wie vorangehend beschrieben zur Therapie von Erkrankungen an denen Endothelzellen beteiligt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Polypeptide, Nukleinsäure und/oder Vektoren zur Therapie von Erkrankungen verwendet, die durch die Hyperproliferation von Endoglin-exprimierenden Zellen charakterisiert sind. Hyperproliferation von Endo- thelzellen wird beispielsweise bei der Neovaskularisierung von Tumorgewebe beobachtet, deshalb ist die Therapie von Tumorerkrankungen eine besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Polypeptide, Nukleinsäuren und/oder Vektoren.Another object of the present invention is the use of at least one polypeptide, at least one nucleic acid and / or at least one vector as described above for the therapy of diseases in which endothelial cells are involved. In a preferred embodiment, the polypeptides, nucleic acid and / or vectors according to the invention are used for the therapy of diseases which are characterized by the hyperproliferation of endoglin-expressing cells. Hyperproliferation of endo- For example, cell cells are observed in the neovascularization of tumor tissue, which is why the therapy of tumor diseases is a particularly preferred use of the polypeptides, nucleic acids and / or vectors according to the invention.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Arzneimittel oder Diagnostikum, das mindestens ein Polypeptid, mindestens eine Nukleinsäure, und/oder mindestens einen Vektor wie vorangehend beschrieben und gegebenenfalls geeignete Hufs- und Zusatzstoffe enthält. Geeignete Hilfs- und Zusatzstoffe führen beispielsweise zur Verbesserung der Lagerfähigkeit sowie zur Verbesserung der Verträglichkeit oder Erhöhung der Verfügbarkeit des erfindungsgemäßen Arzneimittels oder Diagnostikums und sind dem Fachmann bekannt.Another object of the present invention is a medicament or diagnostic that contains at least one polypeptide, at least one nucleic acid, and / or at least one vector as described above and optionally suitable hoof and additives. Suitable auxiliaries and additives, for example, improve the shelf life and improve the tolerability or increase the availability of the medicament or diagnostic agent according to the invention and are known to the person skilled in the art.
Die folgende Abbildung und die folgenden Beispiele sollen die Erfindung ledig- lieh näher beschreiben ohne sie zu beschränken.The following figure and the following examples are only intended to describe the invention in more detail without restricting it.
Abb. 1 : Die DNA-Sequenz und davon abgeleitete Proteinsequenz des erfindungsgemäßen anti-Endoglin Polypeptids C4 in Form eines scFv-Fragments. Die Signalsequenz, das verbindende Peptid sowie die C-terminalen Sequenzen für Reini- gung und Detektion sind unterstrichen. Die einzelnen Nukleotidbereiche haben die folgende Bedeutung:Fig. 1: The DNA sequence and derived protein sequence of the anti-endoglin polypeptide C4 according to the invention in the form of an scFv fragment. The signal sequence, the connecting peptide and the C-terminal sequences for cleaning and detection are underlined. The individual nucleotide areas have the following meaning:
Nukleotide 1-42 5' untranslatierte RegionNucleotides 1-42 5 'untranslated region
Nukleotide 43-106 DNA kodierend für pelB Signalsequenz (Lei et al., 1987, J. Bacteriol. 169, 4379-4383)Nucleotides 43-106 DNA coding for pelB signal sequence (Lei et al., 1987, J. Bacteriol. 169, 4379-4383)
Nukleotide 107-465 DNA kodierend für humane VH-Domäne (semisynthetisch besteht aus Keimbahn V-Gen und synthetischer CDR3-Nucleotides 107-465 DNA coding for human VH domain (semisynthetic consists of germ line V gene and synthetic CDR3-
FR4-Region) (Griffiths et al., 1994, EMBO J. 13, 3245-FR4 region) (Griffiths et al., 1994, EMBO J. 13, 3245-
3260) Nukleotide 466-505 DNA kodierend für artifizielle Peptidsequenz (Huston et al.,3260) nucleotides 466-505 DNA coding for artificial peptide sequence (Huston et al.,
1988) Nukleotide 506-828 DNA kodierend für humane VL-Domäne (semisynthetisch besteht aus Keimbahn V-Gen und synthetischer CDR3- FR4-Region) (Griffiths et al., 1994, EMBO J. 13, 3245- 3260) Nukleotide 829-837 DNA kodierend für artifizielle Peptidsequenz1988) Nucleotides 506-828 DNA coding for human VL domain (semisynthetically consists of germ line V gene and synthetic CDR3-FR4 region) (Griffiths et al., 1994, EMBO J. 13, 3245-3260) coding nucleotides 829-837 DNA for artificial peptide sequence
Nukleotide 838-855 DNA kodierend für Hexahistidyl-Sequenz (Hochuli et al.,Nucleotides 838-855 DNA coding for hexahistidyl sequence (Hochuli et al.,
1988, Bio/Technol. 6, 1321-1325)1988, Bio / Technol. 6, 1321-1325)
Nukleotide 856-864 DNA kodierend für artifizielle PeptidsequenzNucleotides 856-864 DNA coding for artificial peptide sequence
Nukleotide 865-897 DNA kodierend für Epitop des anti-Myc- Antikörpers 9E10 (Munro & Pelham, 1986, Cell 46, 291-300)Nucleotides 865-897 DNA coding for epitope of the anti-Myc antibody 9E10 (Munro & Pelham, 1986, Cell 46, 291-300)
Nukleotide 898-906 DNA kodierend für artifizielle PeptidsequenzNucleotides 898-906 DNA coding for artificial peptide sequence
BeispieleExamples
Beispiel 1 : Nachweis von Endoglin auf primären EndothelzellenExample 1: Detection of endoglin on primary endothelial cells
Das in Abb. 1 dargestellte Polypeptid scFv C4, das durch Phage-Display i- soliert wurde (Kontermann & Dübel 2000, Antibody Engineering, Springer Ver- lag), das im Expressionsplasmid pHEN2 (MRC Centre for Protein Engineering, Cambridge, UK) vorlag, wurde nach Induktion der Proteinexpression durch Zugabe von Isopropyl-ß-D-Galaktopyranosid (IPTG) aus periplasmatischen Extrakten von TG1 -Bakterien mittels immobilisierter Metallaffinitätschromatographie aufgereinigt. Hierfür wurden pro Liter LB-Medium, das mit 100 μg/ml Ampicillin und 0,1% Glucose versetzt war, 10 ml einer Ubemachtkultur von scFv C4 zugegeben und bei 37°C geschüttelt. Beim Erreichen einer OD60o von 0,8 wurde in einer IPTG Endkonzentration von 1 mM zugegeben und die Bakterien bei Raumtemperatur für 3 Std. geschüttelt. Die Bakterien wurden abzentrifugiert und das Pellet mit Extraktionspuffer (30 mM Tris-HCl pH 8, 1 mM EDTA, 20% Saccha- rose) resuspendiert. Nach einer Inkubation von 15 min auf Eis wurde MgCl2 in einer Endkonzentration von 5 mM zugegeben und die Lösung erneut zentrifugiert. Der Überstand wurde gegen IMAC-Ladepuffer dialysiert (50 mM Natriumphosphatpuffer pH 7,5, 500 mM NaCl, 20 mM Imidazol). Das Dialysat wurde auf eine Ni-NTA-beladene Säule (Qiagen), die mit Ladepuffer äquilibriert war, geladen, mit Waschpuffer (50 mM Natriumphosphatpuffer pH 7,5, 500 mM NaCl, 35 mM Imidazol) gewaschen und das gebundene Antikörperfragment anschließend mit Elutionspuffer (50 mM Natriumphosphatpuffer pH 7,5, 500 mM NaCl, 100 mM Imidazol) eluiert.The polypeptide scFv C4 shown in Fig. 1, which was isolated by phage display (Kontermann & Dübel 2000, Antibody Engineering, Springer Verlag), which was present in the expression plasmid pHEN2 (MRC Center for Protein Engineering, Cambridge, UK) was purified after the induction of protein expression by adding isopropyl-β-D-galactopyranoside (IPTG) from periplasmic extracts of TG1 bacteria by means of immobilized metal affinity chromatography. For this, 10 ml of an overnight culture of scFv C4 were added per liter of LB medium which had been admixed with 100 μg / ml ampicillin and 0.1% glucose and shaken at 37 ° C. When an OD 60 o of 0.8 was reached, a final concentration of 1 mM was added and the bacteria were shaken at room temperature for 3 hours. The bacteria were centrifuged off and the pellet was resuspended with extraction buffer (30 mM Tris-HCl pH 8, 1 mM EDTA, 20% sucrose). After an incubation of 15 min on ice, MgCl 2 was added to a final concentration of 5 mM and the solution was centrifuged again. The supernatant was dialyzed against IMAC loading buffer (50 mM sodium phosphate buffer pH 7.5, 500 mM NaCl, 20 mM imidazole). The dialysate was loaded onto a Ni-NTA-loaded column (Qiagen), which was equilibrated with loading buffer, washed with washing buffer (50 mM sodium phosphate buffer pH 7.5, 500 mM NaCl, 35 mM imidazole) and the bound antibody fragment subsequently with elution buffer (50 mM sodium phosphate buffer pH 7.5, 500 mM NaCl, 100 mM imidazole) eluted.
Das gereinigte Polypeptid wurde zum Nachweis von Endoglin eingesetzt. Die Detektion des gebundenen Polypeptids scFv C4 erfolgte hierbei indirekt mit Hilfe monoklonaler Antikörper, die entweder gegen die Hexahistidylsequenz oder gegen das Myc-Epitop gerichtet waren. Der Nachweis der Bindung an gereinigtes Endoglin erfolgte mittels ELISA. Hierfür wurde eine Polystyren-Mikrotite latte mit humanem Endoglin (Konz. 10 μg/ml in PBS) über Nacht bei 4°C beschichtet. Nach einem Waschschritt in PBS wurden freie Bindestelle durch Inkubation mit PBS, 2% Magermilchpulver abgesättigt. Der Anti-Endoglin-Antikörper wurde in PBS, 2% Magermilchpulver auf eine Konzentration von 50 μg/ml - 5 ng/ml eingestellt, jeweils 100 μl/well in die Mikrotiterplatte gegeben und für 1 Std. bei Raumtemperatur inkubiert. Die Platte wurde anschließend für 5 min mit PBS ge- waschen. Der Nachweis gebundener Antikörper erfolgte mit einem Peroxidase- markierten Zweitantikörper, der das C-terminale Myc-tag von scFv C4 erkennt. Der Zweitantikörper wurde auf eine Konzentration von 1 μg/ml in PBS eingestellt und jeweils 100 μl in jedes well der Mikrotiterplatte gegeben. Nach einer Inkubation für 1 Std. bei Raumtemperatur wurde wiederum für 5 Minuten mit PBS ge- waschen. Gebundene Antikörper wurden durch Umsetzung des Peroxidase- substrats Tetrametylbenzidine/H O2 nachgewiesen. Nach Zugabe von 50 μl 1 M Schwefelsäure wurde der Farbumschlag in einem Photometer bei einer Wellenlänge von 450 nm bestimmt.The purified polypeptide was used to detect endoglin. The bound polypeptide scFv C4 was detected indirectly with the help of monoclonal antibodies, which were either directed against the hexahistidyl sequence or against the Myc epitope. Binding to purified endoglin was demonstrated by means of ELISA. For this purpose, a polystyrene microtite latte was coated with human endoglin (conc. 10 μg / ml in PBS) overnight at 4 ° C. After a washing step in PBS, free binding sites were saturated by incubation with PBS, 2% skim milk powder. The anti-endoglin antibody was adjusted to a concentration of 50 μg / ml - 5 ng / ml in PBS, 2% skim milk powder, 100 μl / well each was added to the microtiter plate and incubated for 1 hour at room temperature. The plate was then washed with PBS for 5 min. Bound antibodies were detected with a peroxidase-labeled second antibody that recognizes the C-terminal Myc-tag of scFv C4. The second antibody was adjusted to a concentration of 1 μg / ml in PBS and 100 μl was added to each well of the microtiter plate. After incubation for 1 hour at room temperature, washing was again carried out for 5 minutes with PBS. Bound antibodies were detected by conversion of the peroxidase substrate tetrametylbenzidine / HO 2 . After adding 50 μl of 1 M sulfuric acid, the color change was determined in a photometer at a wavelength of 450 nm.
Endoglin von primären humanen Nabelschnurendothelzellen (HUVEC) wurde mittels Immunpräzipation unter nichtdenaturierenden Bedingungen nach- gewiesen. Hierfür wurden die [ S]-Methionin-markierten Endothelzellen mit Ly- sepuffer (10 mM Tris-HCl pH 7,5, 150 mM NaCl, 1% Natriumdesoxycholat, 1% Nonidet P40) für 30 min bei 4°C lysiert. Nach einem Ultrazentrifugationsschritt bei 40 000 Upm für 20 min wurde der Überstand mit 5 μg scFv C4, 5 μg eines negativen Kontroll-scFv oder 5 μl des murinen anti-Endoglin Antikörper SN6h (REF) versetzt und 1 Std. bei 4°C inkubiert. Anschließend erfolgte eine Inkubation mit dem anti-Myc-Antikörper 9E10 (Munro & Pelham, 1986, Cell 46, 291- 300) und nachfolgend mit Protein A-Sepharose, jeweils für 30 min bei 4°C. Die Komplexe wurden mehrmals mit Lysepuffer gewaschen und abschließend in 20 μl SDS-PAGE Ladepuffer resuspendiert. Nach Auftrennung im SDS- Polyakrylamidgel wurde das Gel für 30 min in 30% Methanol und 10% Essigsäure fixiert und anschließend mit Amplifikationslösung versetzt (Amersham- Buchler). Das Gel wurde getrocknet und mit einem Röntgenfilm exponiert.Endoglin from primary human umbilical cord endothelial cells (HUVEC) was detected by immunoprecipitation under non-denaturing conditions. rejected. For this purpose, the [S] -methionine-labeled endothelial cells were lysed with lysis buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.5, 150 mM NaCl, 1% sodium deoxycholate, 1% Nonidet P40) for 30 min at 4 ° C. After an ultracentrifugation step at 40,000 rpm for 20 min, the supernatant was mixed with 5 μg scFv C4, 5 μg of a negative control scFv or 5 μl of the murine anti-endoglin antibody SN6h (REF) and incubated for 1 hour at 4 ° C. This was followed by incubation with the anti-Myc antibody 9E10 (Munro & Pelham, 1986, Cell 46, 291-300) and then with Protein A-Sepharose, each for 30 min at 4 ° C. The complexes were washed several times with lysis buffer and finally resuspended in 20 μl SDS-PAGE loading buffer. After separation in the SDS polyacrylamide gel, the gel was fixed in 30% methanol and 10% acetic acid for 30 min and then amplification solution was added (Amersham-Buchler). The gel was dried and exposed to an X-ray film.
Es zeigte sich, dass das Polypeptid scFv C4 spezifisch eine Bande präzipi- tierte, die identisch war mit der des murinen anti-Endoglin Antikörpers SN6h, während diese Bande mit dem negativen Kontroll-Antikörper nicht nachzuweisen war. Somit konnte mit scFv C4 spezifisch Endoglin in Extrakten von primären Endothelzellen nachgewiesen werden.It was shown that the polypeptide scFv C4 specifically precipitated a band which was identical to that of the murine anti-endoglin antibody SN6h, while this band was not detectable with the negative control antibody. Thus, scFv C4 specifically detected endoglin in extracts from primary endothelial cells.
In weiteren Experimenten erfolgte der Nachweis von Endoglin auf Zellen mittels Immunfluoreszenz. Hierfür wurden verschiedene Endothelzellen (HUVEC, HMVEC, HDMEC, HMEC) und Nichtendothelzellen (A549, HEK293) mit scFv C4 mit einer Konzentration von 5 - 25 μg/ml bzw. mit dem negativen sowie dem positiven Kontrollantikörper für 30 min bei 4°C inkubiert. Anschließend wurden die rekombinanten Polypeptide mit dem anti-Myc-Antikörper 9E10 für 30 min bei 4°C inkubiert. Abschließend wurden alle Ansätze mit einem Cy3- markierten anti-Maus Antikörper inkubiert. Der Nachweis der gebundenen Polypeptide erfolgte entweder mittels Fluoresenzmikroskopie oder Durchflußzyto- metrie. In diesen Experimenten konnte eine spezifische Fluoreszenz von Endoglin- exprimierenden Endothelzellen nachgewiesen werden, während verschiedene En- doglin-negative Zellen keine Reaktion zeigten. Dabei zeigte sich eine typische Oberflächenfärbung der Zellen, wie es für ein Membranprotein zu erwarten war.In further experiments, endoglin was detected on cells using immunofluorescence. For this purpose, various endothelial cells (HUVEC, HMVEC, HDMEC, HMEC) and non-endothelial cells (A549, HEK293) were incubated with scFv C4 with a concentration of 5 - 25 μg / ml or with the negative and the positive control antibody for 30 min at 4 ° C , The recombinant polypeptides were then incubated with the anti-Myc antibody 9E10 for 30 min at 4 ° C. Finally, all batches were incubated with a Cy3-labeled anti-mouse antibody. The bound polypeptides were detected either by means of fluorescence microscopy or flow cytometry. In these experiments, specific fluorescence from endoglin-expressing endothelial cells could be detected, while various enddoglin-negative cells showed no reaction. This showed a typical surface staining of the cells, as was to be expected for a membrane protein.
Beispiel 2: Ein bispezifisches einzelkettiges mehrfachantigenbindendes Molekül für eine zielgerichtete Transduktion von Endothelzellen mit AdenovirenExample 2: A bispecific single-chain, multi-antigen binding molecule for a targeted transduction of endothelial cells with adenoviruses
Die Konstruktion eines bispezifischen einzelkettigen mehrfachantigen- bindenden Moleküls (hierbei wird auch Bezug genommen auf die Patentanmeldung DE 198 16 141 und EP 0 952 218), das gegen Endoglin und die Knobdomäne des Fiberproteins von Adenoviren des Serotyps 5 gerichtet ist, erfolgte auf DNA-Ebene wie folgt. Hierfür wurde das scFv-Fragment Sl l verwendet (Watkins et al., 1996, Gene Ther. 4: 1004-1012). ScFv Sl l bindet an die Knobdomäne des Fiberproteins und neutralisiert durch diese Bindung die Wildtypinfektion. Mittels Polymerasekettenreaktion wurde an das VL-Fragment von scFv Sl l Sequenzen angehängt, die am 5'-Ende für eine BstEII-Restriktionsendonukleaseschnittstelle und einen fünf Aminosäuren langes Verbindungspeptid und am 3 '-Ende acht A- minosäuren des mittleren Verbindungspeptids sowie eine AscI- Restriktionsendonukleaseschnittstelle kodieren. Auf gleiche Weise wurde an das Vπ-Fragment von scFv Sl 1 Sequenzen angehängt, die am 5'-Ende für sieben A- minosäuren des mittleren Verbindungspeptids sowie eine AscI- ResMktionsendonuMeaseschnittstelle und am 3 '-Ende für eine Sacl- Restriktionsendonukleaseschnittstelle und ein fünf Aminosäure langes Verbindungspeptid kodieren. Diese Fragmente wurden in das Plasmid pABl-scFv C4 kloniert. Das resultierende bispezifische einzelkettige mehrfachantigen-bindende Molekül (EDG-Ad) hat die Struktur VHC4-PeptidA-VLSl l-PeptidMNHSll- PeptidB-VLC4. Peptid A und B haben jeweils die Sequenz GGGGS und Peptid M die Sequenz GGGGSGGRASGGGGGS. Das monomere Molekül besitzt ein Molekulargewicht von etwa 58 kDa und besitzt je eine Bindestelle für Endoglin und die Knobdomäne. Das bispezifische einzelkettige mehrfachantigenbindende Molekül wurde wie in Beispiel 1 beschrieben aus dem Periplasma von induzierten Bakterien gereinigt. Bindungsstudien zeigten, dass dieses Molekül voll funktionsfähig war. Es erkannte die Knobdomäne im ELISA und Endoglin-exprimierende HUVEC in der Immunfluoreszenz.The construction of a bispecific single-chain, multi-antigen-binding molecule (reference is also made to patent application DE 198 16 141 and EP 0 952 218), which is directed against endoglin and the knob domain of the fiber protein of adenoviruses of serotype 5, was carried out at the DNA level as follows. The scFv fragment S11 was used for this (Watkins et al., 1996, Gene Ther. 4: 1004-1012). ScFv Sl l binds to the knob domain of the fiber protein and neutralizes wild-type infection through this binding. A polymerase chain reaction was used to attach to the V L fragment of scFv Sl l sequences which at the 5 'end for a BstEII restriction endonuclease interface and a five amino acid connecting peptide and at the 3' end eight amino acids of the middle connecting peptide and an AscI Encode restriction endonuclease interface. In the same way, sequences were attached to the Vπ fragment of scFv S1, those at the 5 'end for seven amino acids of the middle connecting peptide and an AscI-Res endonuMease interface and at the 3' end for a SacI restriction endonuclease interface and one five amino acid encode long connecting peptide. These fragments were cloned into the plasmid pABl-scFv C4. The resulting bispecific single-chain multi-antigen-binding molecule (EDG-Ad) has the structure VHC4-PeptideA-VLS11-PeptideMNHSII-PeptideB-VLC4. Peptide A and B each have the sequence GGGGS and peptide M the sequence GGGGSGGRASGGGGGS. The monomeric molecule has a molecular weight of about 58 kDa and has a binding site for Endoglin and the knob domain. The bispecific single-chain, multi-antigen binding molecule was purified from the periplasm of induced bacteria as described in Example 1. Binding studies showed that this molecule was fully functional. It recognized the knob domain in ELISA and endoglin-expressing HUVEC in immunofluorescence.
Um die adenovirale Transduktion zu untersuchen wurden 2 x 10^ HUVECs oder 3,5 x 10^ A549-Zellen zwei Tage vor der Infektion mit Viren auf 96- Lochplatten ausplattiert. AdCMVLacZ, das das lacZ-Gen unter der Kontrolle des CMV-Promotors exprimiert, wurden mit dem bispezifischen einzelkettigen mehr- fachantigenbindenden Molekül EDG-Ad für 1 Std. bei 37°C inkubiert und anschließend für 1 Std. zu den Zellen gegeben. Als Kontrolle dienten Viren, die nicht mit EDG-Ad inkubiert wurden. Die Expression der ß-Galaktosidase erfolgte mittels X-Gal-Färbung. Hierfür wurden die Zellen nach einem PBS-Waschschritt mit 0,1% Glutaraldehyd fixiert, nochmals mit PBS gewaschen und anschließend mit in 0,8 mg/ml X-Gal, 3 mM K3Fe(CN)6, und 3 mM K-4Fe(CN)6 in PBS bei 37°C inkubiert.In order to investigate the adenoviral transduction, 2 x 10 ^ HUVECs or 3.5 x 10 ^ A549 cells were plated on 96-well plates two days before infection with viruses. AdCMVLacZ, which expresses the lacZ gene under the control of the CMV promoter, were incubated with the bispecific single-chain, multi-antigen-binding molecule EDG-Ad for 1 hour at 37 ° C. and then added to the cells for 1 hour. Viruses that were not incubated with EDG-Ad served as a control. The β-galactosidase was expressed by means of X-Gal staining. For this, the cells were fixed after a PBS washing step with 0.1% glutaraldehyde, washed again with PBS and then with 0.8 mg / ml X-Gal, 3 mM K3Fe (CN) 6, and 3 mM K-4Fe ( CN) 6 incubated in PBS at 37 ° C.
Diese Experimente ergaben, dass Adenoviren alleine nur eine sehr schwache Transduktion bei dem verwendeten Virustiter (8 x 105 pfu) zeigten. Durch Kom- plexierung mit EDG-Ad wurde diese jedoch deutlich erhöht. Diese erhöhte, durch EDG-Ad-vermittelte Transduktion war abhängig von der Anwesenheit von Endoglin auf den Zielzellen. So wurden Endoglin-negative Zellen (z.B. A549) nicht verstärkt transduziert. Femer wurde die EDG-Ad-vermittelte Transduktion von HUVEC durch Präinkubation mit scFv C4 inhibiert. Im Gegensatz dazu hatte die lösliche Knobdomäne, die die Wildtyptransduktion komplett durch Bindung an den primären Rezeptor (Coxsackie-Adenovirus-Rezeptor CAR) inhibiert, keinen Einfluß auf die EDG-Ad-vermittelte Transduktion. Auch die Präinkubation mit einem RGD-Peptid, das die Interaktion der adenoviralen Pentonbasis mit dem sekundären Rezeptor (αv-Integrin) inhibiert und hierdurch ebenfalls die Wild- typtransduktion verhindert, hatte ebenfalls keinen Einfluß auf die EDG-Ad- vermittelte Transduktion. Somit ist die EDG-Ad-vermittelte Transduktion von Endoglin-exprimierenden Zellen unabhängig von der Anwesenheit der adenovira- len Rezeptoren. Die EDG-Ad-vermittelte Transduktion erfolgt vielmehr direkt bzw. indirekt über Endoglin. Die Ergebnisse belegen, dass es möglich ist mit Hilfe eines bispezifischen Moleküls, das gegen Endoglin und ein Vimshüllprotein gerichtet ist, Viren gezielt zu Endoglin-exprimierenden Endothelzellen zu rekrutieren.These experiments showed that adenoviruses alone showed only a very weak transduction with the virus titer used (8 x 10 5 pfu). However, this was significantly increased by complexing with EDG-Ad. This increased transduction mediated by EDG-Ad was dependent on the presence of Endoglin on the target cells. Endoglin-negative cells (eg A549) were not transduced to an increased extent. EDG-Ad-mediated transduction of HUVEC was also inhibited by preincubation with scFv C4. In contrast, the soluble knob domain, which completely inhibits wild-type transduction by binding to the primary receptor (Coxsackie adenovirus receptor CAR), had no influence on EDG-Ad-mediated transduction. Pre-incubation with an RGD peptide, which inhibits the interaction of the adenoviral penton base with the secondary receptor (α v integrin) and thereby also the wild type transduction prevented, also had no influence on the EDG-Ad-mediated transduction. EDG-Ad-mediated transduction of endoglin-expressing cells is therefore independent of the presence of the adenoviral receptors. The EDG-Ad-mediated transduction takes place rather directly or indirectly via Endoglin. The results show that it is possible to use a bispecific molecule, which is directed against endoglin and a Vimshüllprotein, to specifically recruit viruses to endoglin-expressing endothelial cells.
Beispiel 3: Ein bispezifisches einzelkettiges mehrfachantigenbindendes Molekül für eine zielgerichtete Lvse von Endothelzellen durch zytotoxische T- LymphozytenExample 3: A bispecific single-chain, multi-antigen-binding molecule for a targeted solution of endothelial cells by cytotoxic T-lymphocytes
Die Konstruktion eines bispezifischen einzelkettigen mehrfachantigen- bindenden Moleküls (hierbei wird ebenfalls Bezug genommen auf die Patentanmeldung DE 198 16 141 und EP 0 952 218), das gegen Endoglin und die ε-Kette des T-Zell-Korezeptors CD3 gerichtet ist, erfolgte auf DNA-Ebene wie folgt. Hierfür wurde scFv CD3v9 verwendet, das an die ε-Kette des T-Zell-Korezeptors CD3 bindet. Bei scFv CD3v9 handelt es sich um ein humanisiertes Antikörper- fragment des monoklonalen Anitkörpers UCHT1 (Zhu & Carter, 1995, J. Immu- nol. 155: 1903-1910). Mittels Polymerasekettenreaktion wurde an das VL- Fragment von scFv CD3 Sequenzen angehängt, die am 5'-Ende für eine BstEII- Restriktionsendonukleaseschnittstelle und ein fünf Aminosäuren langes Verbin- dungspeptid und am 3 '-Ende acht Aminosäuren des mittleren Verbindungspeptids sowie eine AscI-Restriktionsendonukleaseschnittstelle kodieren. Auf gleiche Weise wurde an das Vπ-Fragment von scFv CD3 Sequenzen angehängt, die am 5'- Ende für sieben Aminosäuren des mittleren Verbindungspeptids sowie eine AscI- Restriktionsendonukleaseschnittstelle und am 3 '-Ende für eine Sacl- Resfriktionsendonukleaseschnittstelle und ein fünf Aminosäuren langes Verbin- dungspeptid kodieren. Diese Fragmente wurden in das Plasmid pABl-scFv C4 kloniert. Das resultierende bispezifische einzelkettige mehrfachantigen-bindende Molekül (EDG-CD3) hat die Struktur VHC4-PeptidA-VLCD3-PeptidMNHCD3- PeptidB-VLC4. Peptid A und B haben jeweils die Sequenz GGGGS und Peptid M die Sequenz GGGGSGGRASGGGGGS. Das monomere Molekül besitzt je eine Bindestelle für Endoglin und CD3. Das bispezifische einzelkettige mehrfachanti- genbindende Molekül wurde wie in Beispiel 1 beschrieben aus dem Periplasma von induzierten Bakterien gereinigt. Bindungsstudien zeigten, dass dieses Molekül voll funktionsfähig war. Es erkannte sowohl Endoglin-exprimierende HU- VECs als auch CD3-exprimierende Jurkatzellen in der Immuiifluoreszenz.The construction of a bispecific single-chain, multi-antigen-binding molecule (reference is also made here to patent application DE 198 16 141 and EP 0 952 218), which is directed against endoglin and the ε chain of the T-cell receptor CD3, was carried out on DNA Level as follows. For this purpose, scFv CD3v9 was used, which binds to the ε chain of the T cell coreceptor CD3. ScFv CD3v9 is a humanized antibody fragment of the monoclonal antibody UCHT1 (Zhu & Carter, 1995, J. Immunol. 155: 1903-1910). A polymerase chain reaction was used to attach to the V L fragment of scFv CD3 sequences which at the 5 'end for a BstEII restriction endonuclease interface and a five amino acid connecting peptide and at the 3' end eight amino acids of the middle connecting peptide and an AscI restriction endonuclease interface encode. In the same way, sequences were attached to the Vπ fragment of scFv CD3, which at the 5 'end for seven amino acids of the middle connecting peptide and an AscI restriction endonuclease interface and at the 3' end for a Sacl restriction endonuclease interface and a five amino acids connecting compound coding peptide. These fragments were cloned into the plasmid pABl-scFv C4. The resulting bispecific single chain multi-antigen binding Molecule (EDG-CD3) has the structure VHC4-PeptideA-VLCD3-PeptideMNHCD3-PeptideB-VLC4. Peptide A and B each have the sequence GGGGS and peptide M the sequence GGGGSGGRASGGGGGS. The monomeric molecule has a binding site for endoglin and CD3. The bispecific single-chain, multi-antigen-binding molecule was purified from the periplasm of induced bacteria as described in Example 1. Binding studies showed that this molecule was fully functional. It recognized both Endoglin-expressing HU-VECs and CD3-expressing Jurkat cells in immunofluorescence.
Für die Analyse einer EDG-CD3 -vermittelten Zytolyse von Endothelzellen durch zytotoxische T-Lymphozyten wurden Europium-markierte HUVECs und isolierte und mittels Phytohämagglutinin und IL-2 aktiverte humane T- Lymphozyten verwendet. Diese Zellen wurden in einem Verhältnis von HUVECs (Zielzelle) zu T-Lymphozyten (Effektor) von 1:3, 1 :10, 1:30 sowie 1:100 mit un- terschiedlichen Konzentration von EDG-CD3 (10 μg/ml bis 1 ng/ml) inkubiert. Nach einer Inkubation von 4 Stunden im Bmtschrank wurde die Lyse der Endothelzellen mittels zeitauflösender Fluoreszenz gemessen. Diese Ergebnisse zeigten eine EDG-CD3 -abhängige Zytolyse der HUVECs. Diese war am stärksten bei EDG-CD3-Konzentrationen zwischen 1-10 μg/ml und einem Effektor- Zielzellverhältnis von 100. Experimente mit Endoglin-negativen Kontrollzellen sowie die Verwendung eines bispezifischen einzelkettigen mehrfachantigenbind- nende Molekül, das gegen EDG und ß-Galaktosidase (EDG-Gal) gerichtet ist, zeigten keine Lyse der Endothelzellen. Diese Experimente belegen, dass EDG- CD3 in der Lage ist, T-Zellen zu Endoglin-exprimierenden Endothelzellen zu rek- rutieren und hierdurch eine Lyse der Zellen auszulösen. Europium-labeled HUVECs and isolated human T-lymphocytes activated by phytohemagglutinin and IL-2 were used for the analysis of an EDG-CD3 -mediated cytolysis of endothelial cells by cytotoxic T-lymphocytes. These cells were in a ratio of HUVECs (target cell) to T-lymphocytes (effector) of 1: 3, 1: 10, 1:30 and 1: 100 with different concentrations of EDG-CD3 (10 μg / ml to 1 ng / ml). After an incubation of 4 hours in the cabinet, the lysis of the endothelial cells was measured using time-resolving fluorescence. These results showed EDG-CD3-dependent cytolysis of the HUVECs. This was strongest at EDG-CD3 concentrations between 1-10 μg / ml and an effector-target cell ratio of 100. Experiments with endoglin-negative control cells as well as the use of a bispecific single-chain, multi-antigen-binding molecule that was effective against EDG and ß-galactosidase ( EDG-Gal) showed no lysis of the endothelial cells. These experiments demonstrate that EDG-CD3 is able to recruit T cells to endoglin-expressing endothelial cells and thereby trigger cell lysis.
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