-
Hintergrund
der Erfindung
-
Diese
Erfindung wurde mit Unterstützung
der Regierung unter dem National Science Foundation Grant Nr. MCB
9512655 gemacht. Die Regierung besitzt gewisse Rechte an der Erfindung.
-
(1) Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Untersuchungen der Enzymaktivität sowie
Enzym-Inhibitoren. Genauer gesagt betrifft die Erfindung Untersuchungen
zur Detektion von Methionin-Aminopeptidasen und Inhibitoren von
Methionin-Aminopeptidasen.
-
(2) Beschreibung des Standes
der Technik
-
In
allen lebenden Zellen wird die Proteinsynthese mit einem AUG-Codon
initiiert, wobei Methionin als N-terminale Aminosäure in naszierenden
Proteinen spezifiziert wird. Sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten
wird dieses N-terminale Methionin durch eine Methionin-Aminopeptidase
(MAP) (EC 3.4.11.18) entfernt, falls der vorletzte Aminosäurerest
klein und ungeladen ist, z.B. Gly, Ala, Ser, Cys, Thr, Pro und Val,
obwohl die Methionin-Spaltungsaktivität durch MAP verringert ist,
wenn die drei N-terminalen Aminosäuren Met-Thr-Pro oder Met-Val-Pro
sind (Moerschell et al., J. Biol. Chem. 265, 19638–19643 (1990);
Tsunasawa et al., J. Biol. Chem. 260, 5382–5391 (1985). Die Entfernung
des N-terminalen Methionins ist essentiell für eine normale Funktionsweise
gewisser Proteine in vivo. Beispielsweise ist Entfernung des Initiator-Methionins
oftmals für darauf
folgende N-terminale Modifikationen, wie z.B. N-Myristoylierung,
erforderlich, die für
die normale Funktion verschiedener Signalübertragungsproteine, Krebszellen,
auf Proteine abzielender Gruppierungen sowie Enzyme essentiell ist
(Gordon et al, J. Biol. Chem. 266, 8647–8650 (1991); Duronio et al.,
Science 243, 796–800
(1989).
-
Methionin-Aminopeptidasen
wurden aus mehreren Organismen isoliert und kloniert, unter anderem
E. coli und einigen anderen Eubakterien, Hefe, Ratten und verschiedenen
Archaea. Neu entdeckte MAPs wurden basierend auf Struktur- und Sequenzähnlichkeiten
in zwei Typen eingeteilt, Typ-1-MAP und Typ-2-MAP. Eubakterien weisen
Typ 1 auf, Archaea weisen Typ 2 auf, und Eukaryoten besitzen beide
Typen. In Eukaryoten sind Null-Mutanten in jedem der beiden Typen
lebensfähig,
sie vermehren sich jedoch langsam, Null-Mutanten beider MAP-Typen
sind jedoch nicht lebensfähig
(Li & Chang,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 12357–12361 (1995); Li & Chang, Biochem.
Biophys. Res. Commun. 227, 152–159
(1996); Bradshaw et al., Trends Biochem. Sci. 21, 285–286 (1998)).
In ähnlicher
Weise sind Zerstörungen
des bakteriellen MAP-1-Gens letal (Ben-Bassat et al., H. Bacteriol.
169, 751–757
(1987). Die MAP-Aktivität
ist daher essentiell für
die normale Funktion prokaryotischer und eukaryotischer Zellen.
-
Abgesehen
von ihrer Rolle bei der Spaltung des Initiator-Methionins von Proteinen
haben MAPs Auswirkungen auf andere Zellfunktionen. Menschliche Typ-2-MAP
etwa dient auch als eukaryotischer Initiationsfaktor 2, der die
Proteinsynthese reguliert (US-Patent Nr. 5.885.820). Der Wirkmodus
von Angiogenese-Inhibitoren vom Fumagillin-Typ ist ebenso die irreversible
Inhibierung von Typ-2-MAP (Griffith et al., Chem. Biol. 4, 461–471 (1997);
Liu et al., Science 282, 1324–1327
(1998); Lowther et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 12153–12157;
Sin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 6099–6103 (1997)), was auf eine
essentielle Rolle von Typ-2-MAP bei der Angiogenese hindeutet.
-
Aufgrund
der entscheidenden Rolle von MAPs bei prokaryotischen und eukaryotischen
Funktionen gibt es ein Interesse an der Entdeckung zusätzlicher
Inhibitoren dieser Enzyme, die als Antibiotika oder als Chemotherapeutika
dienen könnten,
die die Angiogenese in Tumoren inhibieren. Die zur Zeit verfügbaren Verfahren
zur Beobachtung der MAP-Aktivität
sind für
diese Aufgabe jedoch ungeeignet. Diese Verfahren umfassen das kolorimetrische
Ninhydrin-Verfahren (Doi et al., Anal. Biochem. 118, 173–184 (1981));
Behandlung mit Aminosäure-Oxidase,
gefolgt von einer Peroxidase-Reaktion und o-Dianisidin-Farbentwicklung
(Carter & Miller,
J. Bacteriol. 159, 453–459
(1984)); Aminosäure-Analyse
durch Ionenaustauschchromatographie, gefolgt von Derivatisierung
mit Ninhydrin (Moore et al., Anal. Biochem. 30, 1185–1190 (1958)),
Fluorescamin (Stein et al., Arch. Biochem. Biophys. 155, 202–212 (1973))
oder o-Phthalaldehyd/β-Mermercaptoethanol
(Roth, Anal. Chem. 43, 880–882
(1971)) nach dem Säulen;
Derivatisierung von Aminosäuren,
gefolgt von Umkehrphasen-HPLC-Chromatographie vor dem Säulen (Cohen & Strydom, Anal.
Biochem. 174, 1–16
(1988); Zuo et al., Anal. Biochem. 222, 514–516 (1994)); sowie Trennung
von Substratpeptiden und -produkten mittels Umkehrphasen-HPLC mit
Online-UV-Detektion
eines jeden getrennten Bestandteils (Larrabee et al., Anal. Biochem. 269,
194–198
(1999); Walker et al., Biotechnol. Appl. Biochem. 29, 157–163 (1999)).
Chang et al., J. Biol. Chem. 265 (32), 19892–19897 (1990), XP 002215299,
offenbaren die Isolierung einer MAP, die die Entfernung von NH2-terminalem Methionin aus Proteinen von
Saccharomyces cerevisiae katalysiert. Diese Hefe-MAP zeigte ähnliche
Substratspezifitäten
wie das entsprechende bakterielle Protein, war jedoch nicht in der
Lage, Methioninin-p-nitroanilid zu spalten, um die Detektionsgruppierung
freizusetzen.
-
Diese
Verfahren sind für
quantitative Untersuchungen entweder nicht empfindlich oder genau
genug, oder sie sind für
Screening-Verfahren mit hohem Durchsatz nicht schnell genug. Es
besteht daher die Notwendigkeit für neue Untersuchungen der MAP-Aktivität, die schnell
genug sind und ebenso den quantitativen Anforderungen gerecht werden,
um eine Verwendung in Verfahren zu ermöglichen, die eine MAP-Analyse mit hohem
Durchsatz, wie z.B. ein Screening auf MAP-Inhibitoren, erfordern.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Dementsprechend
ist dem Erfinder die Erfindung eines neuen MAP-Tests gelungen, der
schnell ist, den quantitativen Anforderungen gerecht wird und für automatisierte
Verfahren geeignet ist. Der Test verwendet eine zweite Peptidase
und ein Peptid, das ein N-terminates Methionin umfasst, das von
MAP abgespalten werden kann, zusammen mit einer C-terminalen Detektionsgruppierung,
die von der zweiten Peptida se nur dann aus dem Peptid freigesetzt
werden kann, wenn das N-terminate Methionin von dem Peptid abgespalten wurde.
-
Eine
Ausführungsform
der Erfindung betrifft daher Verfahren zur Detektion der Methionin-Aminopeptidase-(MAP-)Aktivität in einer
Zusammensetzung. Diese Verfahren umfassen (a) das Kombinieren der
Zusammensetzung mit einem Peptid, das ein N-terminales Methionin
umfasst, unter solchen Bedingungen, dass das N-terminate Methionin
durch eine MAP vom Peptid abgespalten werden kann, um ein gespaltenes
Peptid zu erzeugen, worin das Peptid eine C-terminale Detektionsgruppierung
enthält,
die von einer zweiten Peptidase nur freigesetzt wird, wenn das N-terminale
Methionin vom Peptid abgespalten wurde; (b) das Umsetzen von jeglichem
gespaltenem, unter (a) erzeugtem Peptid mit der zweiten Peptidase,
um die Detektionsgruppierung freizusetzen; und (c) das Nachweisen
jeglicher freigesetzter Detektionsgruppierung. Eine bevorzugte zweite Peptidase
ist Dipeptidyl-Peptidase IV. Wird Dipeptidyl-Peptidase IV verwendet,
so umfasst ein bevorzugtes Peptid Met-Xaa-Pro,
worin Xaa Ala, Cys, Gly oder Ser ist; ein
besonders bevorzugtes Peptid ist Met-Gly-Pro-p-nitroanilid.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft auch Verfahren zur Bestimmung, ob
eine Substanz eine MAP inhibiert. Die Verfahren umfassen (a) das
Kombinieren der Substanz, der MAP und eines Peptids, das ein N-terminates
Methionin umfasst, unter solchen Bedingungen, dass das N-terminale
Methionin durch die MAP vom Peptid abgespalten werden kann, um ein
gespaltenes Peptid zu produzieren, worin das Peptid eine C-terminale Detektionsgruppierung
enthält,
die von einer zweiten Peptidase nur freigesetzt wird, wenn das N-terminale
Methionin vom Peptid abgespalten wurde; (b) das Umsetzen von jeglichem
gespaltenem, unter (a) erzeugtem Peptid mit der zweiten Peptidase,
um die Detektionsgruppierung freizusetzen; und (c) das Nachweisen jeglicher
freigesetzter Detektionsgruppierung. Wie bei dem zuvor beschriebenen
Verfahren ist eine bevorzugte zweite Peptidase Dipeptidyl-Peptidase
IV, und ein bevorzugtes Peptid ist Met-Gly-Pro-p-nitroanilid. Dieses Verfahren
umfasst vorzugsweise auch das Quantifizieren der Menge der freigesetzten
Detektionsgruppierung, um die MAP-Inhibitoren genauer nachzuweisen.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung Reaktionsgemische, die zur Verwendung
in den oben beschriebenen Verfahren geeignet sind. Das Reaktionsgemisch
umfasst (a) ein Peptid, umfassend ein N-terminales Methionin, das
durch die Methionin-Aminopeptidase abgespalten werden kann, und
eine C-terminale Detektionsgruppierung, die durch eine zweite Peptidase
nur freigesetzt werden kann, wenn das N-terminale Methionin vom
Peptid abgespalten wurde; und (b) die zweite Peptidase. Eine MAP
kann ebenso in dem Gemisch enthalten sein.
-
In
einer zusätzlichen
Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung ein Set zur Durchführung der oben
beschriebenen Verfahren, umfassend die zweite Peptidase und das
in diesen Verfahren beschriebene Peptid, zusammen mit Anweisungen
zur Durchführung
der Verfahren. Vorzugsweise umfasst das Set auch eine MAP.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die in den oben erwähnten Ausführungsformen
beschriebenen Peptide.
-
Unter
den verschiedenen Vorteilen, die durch die vorliegende Erfindung
erzielt werden, kann daher die Bereitstellung von Verfahren und
Reagenzien zur schnellen Detektion und Quantifizierung der MAP-Aktivität und der
MAP-Inhibitor-Aktivität
genannt werden. Diese Verfahren sind zum schnellen Screening und
Quantifizieren der MAP- und
der MAP-Inhibitor-Aktivität
besser geeignet als zuvor bekannte Verfahren, da sie Geschwindigkeit,
quantitative Genauigkeit und die Möglichkeit der automatisierten
Durchführung
kombinieren, was bis jetzt noch nicht erreicht wurde.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
1 zeigt
durch MAP (A) und Dipeptidyl-Peptidase IV (B) katalysierte Reaktionen,
die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
-
2 ist
eine grafische Darstellung der Resultate eines MAP-Tests gemäß der Erfindung
unter Verwendung des Peptids Met-Gly-Pro-p-nitroanilid, wobei Dipeptidyl-Pep tidase
IV in der Lage ist, p-Nitroanilid in Gegenwart von Typ-1-MAP (•-•) und Typ-2-MAP (o-o) freizusetzen,
jedoch nicht mit Dipeptidyl-Peptidase IV alleine (∇-∇).
-
3 ist
eine grafische Darstellung der Resultate eines Tests zur Inhibierung
von MAP durch Fumagillin gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung von Dipeptidyl-Peptidase IV und des Peptids Met-Gly-Pro-p-nitroanilid,
wobei Fumagillin die Freisetzung von p-Nitroanilid stark inhibierte,
wenn Typ-2-MAP verwendet wurde (∇-∇), jedoch nicht, wenn Typ-1-MAP
verwendet wurde (o-o) oder wenn Dipeptidyl-Peptidase IV mit Gly-Pro-p-nitroanilid
(•-•) verwendet
wurde.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft schnelle und quantitative MAP-Tests.
Diese Tests verwenden eine zweite Peptidase und ein Peptid, worin
das Peptid ein N-terminales Met umfasst, das in der Lage ist, durch MAP
gespalten zu werden, und eine C-terminale Detektionsgruppierung,
die durch die zweite Peptidase nur dann vom Peptid freigesetzt werden
kann, wenn das N-terminale Met vom Peptid abgespalten wurde. Die
Detektionsgruppierung ist nicht nachweisbar, wenn sie kovalent an
das Peptid gebunden ist, sie wird jedoch nach ihrer Freisetzung
aus dem Peptid nachweisbar.
-
Es
ist bekannt, das Peptidanaloga, wie z.B. Leu-p-nitroanilid, als
Substrat für
Aminopeptidasen, wie z.B. Leucin-Aminopeptidase (EC 3.4.11.1) dienen.
An Leu gebunden, absorbiert p-Nitroanilid bei 405 nm viel weniger
Licht als nach Freisetzung aus der Aminosäure.
-
Die
Spaltung von Leu-p-nitroanilid durch Leucin-Aminopeptidase, um Leucin
+ p-Nitroanilid zu bilden, wird daher von einer quantitativen Zunahme
der A405 begleitet. MAP kann jedoch Met-p-nitroanilid
nicht spalten, um p-Nitroanilid freizusetzen.
-
Es
ist ebenso bekannt, dass andere Enzyme in der Lage sind, ein kurzes
Peptid, das an p-Nitroanilid konjugiert ist, oder andere solche
Detektionsgruppierungen als Sub strat zu verwenden, wobei p-Nitroanilid
freigesetzt wird. Ein nennenswertes Beispiel ist Dipeptidyl-Peptidase
IV (EC 3.4.14.5) (auch als Leukozyten-Differenzierungsantigen CD26
bekannt), das Xaa-Pro-p-nitroanilid spaltet,
wobei Xaa eine beliebige Aminosäure ist,
um p-Nitroanilid (z.B. Reaktion B in 1) freizusetzen.
Dipeptidyl-Peptidase IV kann auch Ala und Hydroxyprolin als vorletzte
Aminosäure
(anstelle von Pro) nutzen, wenn auch mit einer langsameren Freisetzung
der Detektionsgruppierung (Ikehara et al, Meth. Enzymol 244, 215–227 (1994)).
Es wurde ebenso vor kurzem entdeckt, dass Dipeptidyl-Peptidase IV
ein N-terminates Tyr-Gly als Substrat nutzen kann (Proost et al.,
J. Biol. Chem 274, 3988–3993
(1999)).
-
Es
wurde nun entdeckt, dass, wenn entweder Typ-1- oder Typ-2-MAP mit
Met-Gly-Pro-p-nitroanilid und
Dipeptidyl-Peptidase IV vermischt wird, p-Nitroanilid aus dem Peptid
freigesetzt wird, wohingegen kein p-Nitroanilid freigesetzt wird,
wenn MAP nicht enthalten ist (2). MAP
ist daher in der Lage, ein Tripeptid als Substrat zu nutzen, wodurch
z.B. Reaktion A in 1 vermittelt wird, um Gly-Pro-p-nitroanilid
zu bilden, das Dipeptidyl-Peptidase IV als Substrat nutzen kann,
um p-Nitroanilid freizusetzen.
-
Wie
hierin verwendet, bedeutet der Begriff "freisetzen", wenn er sich auf eine Detektionsgruppierung auf
einem Peptid bezieht, dass die kovalente Bindung zwischen der Detektionsgruppierung
und dem Peptid zerstört
wurde, normalerweise durch Enzymeinwirkung.
-
In
manchen Ausführungsformen
der Erfindung werden daher Verfahren zum Nachweisen von MAP-Aktivität in einer
Zusammensetzung bereitgestellt. Diese Verfahren umfassen das Kombinieren
der Zusammensetzung mit einem Peptid, das ein N-terminales Methionin
umfasst, unter solchen Bedingungen, dass das N-terminale Methionin
abgespalten werden kann, worin das Peptid ebenso eine C-terminale
Detektionsgruppierung umfasst, die durch eine zweite Peptidase nur
freigesetzt werden kann, wenn das N-terminale Methionin abgespalten
wurde. Jedes gespaltene Peptid, das nach der Reaktion mit der Zusammensetzung
erzeugt wurde, wird mit der zwei ten Peptidase umgesetzt, um die
Detektionsgruppierung freizusetzen, die danach detektiert wird.
-
Die
zweite Peptidase muss in der Lage sein, die Detektionsgruppierung
aus dem Peptid freizusetzen, wenn das N-terminale Methionin des
Peptids entfernt wurde. Zusätzlich
muss die zweite Peptidase nicht in der Lage sein, die Detektionsgruppierung
aus dem Peptid freizusetzen, wenn ein N-terminales Met vorhanden
ist. Da MAP das N-terminate Met von einem Peptid auch nur dann abspalten
kann, wenn bestimmte Aminosäuren (z.B.
Gly, Ala, Ser, Cys, Thr, Pro oder Val) an der vorletzten Stelle
des Peptids vorhanden sind, muss die Peptid-Detektionsgruppierung,
die von der zweiten Peptidase abgespalten werden kann, eine dieser
Aminosäuren an
der N-terminalen Position aufweisen. Die zweite Peptidase ist vorzugsweise
Dipeptidyl-Peptidase IV, die z.B. Gly-Pro-p-nitroanilid als Substrat
nutzen kann, um p-Nitroanilid freizusetzen. Es ist anzumerken, dass
die N-terminate Aminosäure
dieses Dipeptidyl-Peptidase-IV-Substrats
Gly ist, eine zulässige
vorletzte Aminosäure
für MAP.
Met-Gly-Pro-p-nitroanilid
kann daher durch MAP gespalten werden, um Gly-Pro-p-nitroanilid
freizusetzen, ein Dipeptidyl-Peptidase-IV-Substrat; Met-Gly-Pro-p-nitroanilid
selbst ist jedoch kein Dipeptidyl-Peptidase-IV-Substrat. Dipeptidyl-Peptidase-IV
ist daher eine geeignete zweite Peptidase für dieses Verfahren. Andere
Peptidasen können
als zweite Peptidase ebenso nützlich
sein, z.B. Triaminopeptidase, die die Gly-Pro-Leu-Detektionsgruppierung
als Substrat nutzen kann (Aoyagi et al., Biochem. Biophys. Res.
Commun. 80, 435 (1978)), und Cathepsin C, das die Gly-Phe-Detektionsgruppierung
als Substrat nutzen kann (Jadot et al., Biochem. J. 219, 965 (1984);
Doughty & Gruenstein,
Biochem. and Cell Biol. 64, 772 (1986)).
-
Vorzugsweise
ist die zweite Peptidase unter denselben Bedingungen wie MAP aktiv
(z.B. 10 mM Hepes, pH 7,35, 1,5 mM MgCl2,
150 mM KCl, 10% Glycerin, 0,1–0,5
mM Co2+ [Puffer H], [Zuo et al., s.o.], 30–35°C), um das
Auftreten beider Peptidase-Reaktionen
zu ermöglichen,
ohne die Bedingungen anzupassen. Solch eine zweite Peptidase würde es ermöglichen,
den Versuch in einem Schritt durchzuführen, in dem die Zusammensetzung,
das Peptid und die zweite Peptidase gleichzeitig inkubiert werden.
-
Wie
zuvor angesprochen, muss das im Test verwendete Peptid ein N-terminates
Methionin aufweisen, das von MAP abgespalten werden kann, d.h.,
es muss eine vorletzte Aminosäure
aufweisen, die es MAP ermöglicht,
das N-terminale Methionin abzuspalten (z.B. Gly, Ala, Ser, Cys,
Thr, Pro oder Val). Das Peptid muss ebenso eine C-terminale Detektionsgruppierung
aufweisen, die durch die zweite Peptidase vom Peptid nur dann abgespalten
werden kann, wenn das N-terminate Methionin nicht vorhanden ist.
Die Sequenz muss daher solch eine Spaltung erlauben. Ist die zweite
Peptidase Dipeptidyl-Peptidase-IV, so umfassen zulässige Peptide
die Met-Xaa1-Xaa2-Detektionsgruppierung,
worin Xaa1 Gly, Ala, Ser, Cys, Thr, Pro
oder Val, vorzugsweise Ala, Cys, Gly oder Ser, noch bevorzugter
Gly ist; und Xaa2 Pro, Hyp oder Ala, insbesondere
Pro ist. Das am meisten bevorzugte Peptid für Dipeptidyl-Peptidase IV ist
daher die Met-Gly-Pro-Detektionsgruppierung. Jedes Peptid, das jedoch
zu der Freisetzung der Detektionsgruppierung führt, wenn aktive MAP vorhanden
ist, jedoch nicht, wenn MAP nicht vorhanden ist, kann in diesen
Verfahren nützlich
sein. Es können
z.B. Wiederholungen des Peptids, das durch Dipeptidyl-Peptidase-IV
spaltbar ist, verwendet werden, z.B. eine Met-Gly-Pro-Gly-Pro-Detektionsgruppierung
oder Met-Gly-Pro-Gly-Pro-Gly-Pro-Detektionsgruppierung, da Dipeptidyl-Peptidase
IV in der Lage ist, jedes darauf folgende Dipeptid zu spalten (nach
N-terminaler Met-Abspaltung durch MAP), um die Detektionsgruppierung
freizusetzen. Die Peptide der vorliegenden Erfindung können durch
jedes nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren hergestellt
werden.
-
Diese
Verfahren können
auch ein drittes Enzym verwenden, das in Kombination mit MAP und
der zweiten Peptidase (jedoch nicht ohne MAP) eine Detektionsgruppierung
freisetzt oder aktiviert. Diesem Schema zufolge ist das Peptid so
beschaffen, dass das dritte Enzym eingesetzt werden kann. Die zweite
Pepitdase und das dritte Enzym können
z.B. Dipeptidyl-Peptidase IV und Cathepsin C sein, und das Peptid
kann die Met-Gly-Pro-Gly-Phe-Detektionsgruppierung oder die Met-Gly-Phe-Gly-Pro-Detektionsgruppierung
sein, worin die zweite Peptidase und das dritte Enzym nacheinander
einwirken. Alternativ dazu kann das dritte Enzym auf die Detektionsgruppierung
wirken, um ein nachweisbares Signal zu produzieren. In diesem Fall
ist die De tektionsgruppierung ein Substrat für das dritte Enzym, z.B. Luciferin
für Luciferase
als drittes Enzym.
-
Die
Erfindung ist durch die Wahl der Detektionsgruppierung nicht eng
eingeschränkt,
vorausgesetzt, die Detektionsgruppierung kann aus dem Peptid freigesetzt
werden, um ein nachweisbares Signal zu erzeugen. Die Detektionsgruppierung
kann eine Gruppierung sein, die durch einen Sekundärschritt
bestimmt werden kann, z.B. durch eine Trennung mittels Chromatographie,
Zentrifuge oder Elektrophorese, oder durch eine Enzymreaktion (wie
zuvor beschrieben). Diesbezüglich
kann die Detektionsgruppierung selbst ein Enzym sein, vorausgesetzt,
dass (1) das Enzym erhöhte
Aktivität
aufweist, wenn es durch die zweite Peptidase vom Peptid freigesetzt
wird, und (2) das Enzym Aktivität
für ein
Substrat besitzt, das detektiert werden kann, nachdem das Enzym
darauf eingewirkt hat. Die Detektionsgruppierung ist vorzugsweise
eine, die leicht detektiert werden kann, z.B. mittels visueller,
photometrischer, spektrometrischer oder Fluoreszenzverfahren. Nicht
einschränkende
Beispiele für
solche Gruppierungen sind Kresylviolett, das nach Freisetzung fluoresziert
(Van Norden et al., Anal. Biochem. 252, 71–77 (1997)); 7-Amino-3-trifluormethylcumarin,
das ebenso nach Freisetzung fluoresziert (Lojda, Acta Histochem
98, 215–218
(1996)); 4-Methoxy-2-naphthylamin (Scharpe et al., Clin. Chem. 34,
2299–2301
(1988)) oder 2-Naphthylamin (Ikehara et al., s.o.), die nach Freisetzung
ebenso fluoreszieren; 1-Hydroxy-4-naphthylamid,
das nach Freisetzung mit Tetrazoliumsalzen reagiert, um ein wasserunlösliches, intensiv
gefärbtes
Formazan zu bilden (was für
gewisse Festphasenformate des Verfahrens nützlich ist); 3,5-Dibrom-4-hydroxyanilid,
das nach Freisetzung 2,6-Dibromphenol-indo-p-xylenol bildet, eine
Verbindung mit einem Absorptionsmaximum bei 600 nm (Shibuya-Saruta
et al., J. Clin. Lab. Anal. 9, 113–118 (1995)); und p-Nitroanilid,
das nach Freisetzung ein Absorptionsmaximum bei 415 nm aufweist
(ebda.). Eine bevorzugte Detektionsgruppierung ist p-Nitroanilid,
da es z.B. als Detektionsgruppierung in Dipeptidyl-Peptidase-Tests (beispielsweise
unter Verwendung des Peptids Gly-Pro-p-nitroanilid) weit verbreitet
Verwendung fand. Es wurden mehrere verschiedene Detektionsverfahren
verwendet, um p-Nitroanilid zu detektieren (Ikehara, s.o.). Diese
Verbindung kann z.B. sichtbar gemacht werden oder z.B. bei 385 nm
direkt photometrisch oder spektrometrisch gemessen werden.
-
Ein
empfindlicheres p-Nitroanilid-Detektionsverfahren umfasst die Diazotierung
und Kuppeln mit N-(1-Naphthyl)ethylendiamin, um ein Produkt zu ergeben,
das bei 548 nm gemessen werden kann (ebda.).
-
Die
Erfindung umfasst verschiedene Testformate. Der Test kann z.B. in
einem Zwei-Stufen-Verfahren durchgeführt werden,
und zwar zuerst durch Vermischen der Zusammensetzung (in der MAP
vorhanden sein könnte)
mit dem Peptid, wodurch jeglicher vorhandener MAP ermöglicht wird,
das N-terminale Methionin vom Peptid abzuspalten, und anschließendes Hinzufügen der
zweiten Peptidase, wodurch die Freisetzung der Detektionsgruppierung
ermöglicht
wird. Dieses Format kann in Fällen
nützlich
sein, in denen die zweite Peptidase unterschiedliche Aktivitäts-Anforderungen
aufweist (z.B. unterschiedliche pH- oder Temperatur-Optima), bei denen
die Bedingungen vor dem Hinzufügen
der zweiten Peptidase geändert
werden können.
Vorzugsweise wird der Versuch jedoch in einer Stufe durchgeführt, in
dem die Zusammensetzung, das Peptid und die zweite Peptidase miteinander
vermischt und inkubiert werden, um die Freisetzung der Detektionsgruppierung
zu ermöglichen.
-
Auch
können
die Verfahren zur Gänze
in einer wässrigen
Lösung
(z.B. in Eprouvetten oder Mikrotiter-Wells) oder teilweise oder
zur Gänze
auf einer Festphase durchgeführt
werden. Eine Festphase kann beispielsweise verwendet werden, wenn
eine Peptidase an eine Perle, ein Teströhrchen oder einen Well adsorbiert
oder kovalent gebunden ist und sich die anderen Bestandteile in
einer Lösung
befinden, oder aber in Fällen,
in denen der gesamte Test auf einer festen Phase, wie z.B. einer
Nitrocellulosemembran, durchgeführt wird
und die Detektionsgruppierung nach der Freisetzung vom Peptid ein
unlösliches
detektierbares Produkt ergibt. Solch ein Festphasenformat kann auch
in histochemischen Anwendungen eingesetzt werden, um in Gewebe vorhandene
MAPs zu lokalisieren. In diesen Anwendungen wird das Peptid zusammen
mit der Dipeptidyl-Peptidase IV auf das Gewebe aufgetragen. Die
Detektionsgruppierung ist vorzugsweise unlöslich, wenn sie aus dem Peptid
freigesetzt wird, um eine Bewegung des MAP-"Signals" von der MAP-Stelle im Gewebe weg zu
verhindern.
-
Diese
Verfahren können
qualitativ oder quantitativ angewandt werden. Die Verfahren können z.B.
qualitativ durch einfaches Sichtbarmachen der freigesetzten Detektionsgruppierung
angewandt werden, um die MAP-Produktion oder -Reinigung zu verfolgen.
Das Verfahren kann ebenso verwendet werden, um diese Produktion
oder Reinigung quantitativ zu verfolgen oder um die MAP-Aktivität zu messen,
z.B in Gewebe- oder Flüssigkeitsproben;
dies erfolgt durch Quantifizieren der Detektionsgruppierung und
Vergleichen des Werts mit Vergleichswerten bekannter MAP-Aktivität.
-
In
anderen Ausführungsformen
der Erfindung werden Verfahren bereitgestellt, um zu bestimmen,
ob eine Substanz eine MAP inhibiert. Diese Verfahren werden wie
das oben offenbarte Verfahren der MAP-Aktivität durchgeführt, mit der Ausnahme, dass
eine konstante Menge MAP verwendet wird und die Substanz hinzugefügt wird,
bevor die MAP mit dem Peptid kombiniert wird. Das Verfahren umfasst
daher das Kombinieren der Substanz, der MAP und eines Peptids, das
ein N-terminales Methionin umfasst, unter solchen Bedingungen, dass
das N-terminale Methionin durch eine MAP vom Peptid abgespalten
werden kann, um ein gespaltenes Peptid zu erzeugen, worin das Peptid
eine C-terminale Detektionsgruppierung umfasst, die von einer zweiten
Peptidase nur freigesetzt wird, wenn das N-terminale Methionin vom
Peptid abgespalten wurde; das Umsetzen von jeglichem gespaltenem
Peptid, das mit der zweiten Peptidase erzeugt wurde, um die Detektionsgruppierung
freizusetzen; und das Nachweisen jeglicher freigesetzter Detektionsgruppierung.
Falls die Substanz die MAP inhibiert, so werden weniger (oder keine)
Detektionsgruppierungen aus dem Peptid freigesetzt, als wenn die
Substanz die MAP nicht inhibiert. Es wird daher die Verwendung eines
Vergleichs ohne Inhibitor bevorzugt, um bestimmen zu können, ob
weniger Detektionsgruppierung freigesetzt wird als ohne den Inhibitor.
Ebenso wird die Verwendung eines Vergleichs bevorzugt, um eine Inhibierung
der zweiten Peptidase statt der MAP auszuschließen. Ist die zweite Peptidase
z.B. Dipeptidyl-Peptidase
IV, so würde
ein solcher Vergleich die Verwendung des Peptids Gly-Pro-p-nitroanilid anstelle
von Met-Gly-Pro-p-nitroanlilid umfassen.
-
In
diesem Inhibitor-Detektionsverfahren kann eine MAP oder eine zweite
Peptidase aus beliebiger Quelle verwendet werden. Da jedoch einige
bekannte MAP-Inhibitoren nur einige Formen von MAP inhibieren (Fumagillin
inhibiert z.B. Typ-2-, jedoch nicht Typ-1-MAP), sollte die für diesen
Test ausgewählte
MAP dieselbe MAP sein, deren Inhibierung gewünscht wird, oder sie sollte
dieser ähneln.
-
Die
MAP und die zweite Peptidase können
in gereinigter Form oder in verunreinigter Form, wie z.B. als Zelllysat,
vorliegen, vorausgesetzt, die anderen Bestandteile des verunreinigten
Präparats
stören
die MAP/Peptid- oder die MAP/zweite-Peptidase-Reaktion nicht. In einer Variation können die
MAP und die zweite Peptidase in transgenen Zellen (erhalten durch
nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren) produziert werden,
denen das Peptid und der Inhibitor zugesetzt werden.
-
Diese
Verfahren können
für ein
qualitatives oder quantitatives Screening auf MAP-Inhibitoren verwendet
werden. Die Verfahren können
z.B. in Fällen,
in denen die Differenz der freigesetzten Detektionsgruppierung zwischen
Behandlungen mit einem gewünschten
Inhibitor und Behandlungen oder Vergleichen ohne solch einen Inhibitor
visuell leicht festzustellen ist, qualitativ angewandt werden, um
zu evaluieren, ob eine Substanz ein starker MAP-Inhibitor ist. Die
Verfahren können
auch für
eine quantitative Evaluierung der relativen Hemmaktivität einer
Substanz eingesetzt werden oder aber zur Quantifizierung der Menge
eines Inhibitors, z.B. in Gewebe- oder Flüssigkeitsproben, was durch
Quantifizierung der freigesetzten Detektionsgruppierung und Vergleichen
des Werts mit Vergleichswerten, die bekannte Mengen eines Inhibitors
aufweisen, erfolgt. So kann z.B. die Menge an Fumagillin im Gewebe
eines Krebspatienten, der mit diesem MAP-Inhibitor behandelt wurde,
um die Angiogenese zu unterbinden, nach diesem Verfahren verfolgt
werden.
-
Diese
Inhibitordetektions Verfahren können
ebenso zum gleichzeitigen Screening von Verbindungen auf Hemmaktivität bezüglich MAP
und zweiter Peptidase und/oder, falls dieses verwendet wurde, des
dritten Enzyms eingesetzt werden. In diesem Verfahren wird der Inhibitor
zu MAP, der zweiten Peptidase und, falls gewünscht, dem dritten Enzym hinzugefügt. Jede
Substanz, die die Freisetzung der Detektionsgruppierung inhibiert,
wird anschließend
auf Inhibierung der zweiten Peptidase und/oder des dritten Enzyms
untersucht. So können
z.B. MAP, Dipeptidyl-Peptidase IV, Cathepsin C und das Peptid Met-Gly-Pro-Gly-Phe-p-nitroanilid
verwendet werden, um die Hemmaktivität einer Substanz zu testen.
Falls die Substanz keines dieser Enzyme inhibiert, wird p-Nitroanilid
freigesetzt. Wird jedoch eine verringerte Menge an p-Nitroanilid
freigesetzt, so kann die Substanz anschließend unter Verwendung von Gly-Pro-p-nitroanilid
(ein Dipeptidyl-Peptidase-IV-Substrat) oder Gly-Phe-p-nitroanilid
(ein Cathepsin-C-Substrat) getestet werden. Falls der Inhibitor
die Freisetzung von p-Nitroanilid in keinem dieser Tests inhibiert,
so ist der Inhibitor für
MAP spezifisch. Ermöglicht
der Inhibitor die Freisetzung von p-Nitroanilid nicht, wenn Gly-Pro-p-nitroanilid
verwendet wurde, jedoch schon bei Verwendung von Gly-Phe-p-nitroanilid,
so ist der Inhibitor für
Dipeptidyl-Peptidase IV spezifisch; beim gegenteiligen Ergebnis
ist der Inhibitor für
Cathepsin C spezifisch.
-
In
zusätzlichen
Ausführungsformen
der Erfindung werden Reaktionsgemische bereitgestellt, die entweder
für das
Verfahren der Detektion der MAP oder für das Verfahren der Detektion
eines Inhibitors, der MAP, der zweiten Peptidase oder des dritten
Enzyms nützlich
sind. Die Reaktionsgemische umfassen ein Gemisch aus (a) einem Peptid,
das ein N-terminales Methionin, das von der MAP abgespalten werden
kann, und eine C-terminale Detektionsgruppierung umfasst, die von
einer zweiten Peptidase nur freigesetzt werden kann, wenn das N-terminale
Methionin vom Peptid abgespalten wurde, und (b) der zweiten Peptidase.
Zusätzlich müssen die
Reaktionsgemische dieser Ausführungsform
zur Verwendung als Reaktionsgemisch im oben beschriebenen Verfahren
zur Detektion von MAP geeignet sein, wobei Faktoren wie z.B. pH
und Ionenstärke
für die
Aktivität
der MAP und der zweiten Peptidase geeignet sein müssen. Eine
bevorzugte zweite Peptidase in diesem Reaktionsgemisch ist Dipeptidyl-Peptidase
IV. Ist die zweite Peptidase Dipeptidyl-Peptidase IV, so umfasst
ein bevorzugtes Peptid Met-Xaa-Pro, worin
Xaa Ala, Cys, Gly oder Ser ist, und das
am meisten bevorzugte Peptid ist Met-Gly-Pro-p-nitroanilid. Diese
Reaktionsgemische können
ebenso eine MAP umfassen, die für
die Verfahren zur Detektion von MAP-Inhibitoren nützlich ist.
-
In
weiteren Ausführungsformen
der Erfindung werden Sets bereitgestellt, die für die Durchführung des MAP-Detektionsverfahrens
oder des Verfahrens zur Detektion eines Inhibitors der MAP, der
zweiten Peptidase oder des dritten Enzyms nützlich sind. Die Sets umfassen
(a) ein Peptid, umfassend ein N-terminales Methionin, das von der
MAP abgespalten werden kann, und eine C-terminale Detektionsgruppierung,
die von einer zweiten Peptidase nur freigesetzt werden kann, wenn
das N-terminale Methionin vom Peptid abgespalten wurde, (b) die
zweite Peptidase und (c) Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens. Eine
bevorzugte zweite Peptidase in diesen Sets ist Dipeptidyl-Peptidase
IV. Ist die zweite Peptidase Dipeptidyl-Peptidase IV, so umfasst
ein bevorzugtes Peptid Met-Xaa-Pro, worin
Xaa Ala, Cys, Gly oder Ser ist, und das
am meisten bevorzugte Peptid ist Met-Gly-Pro-p-nitroanilid. Diese
Sets umfassen vorzugsweise auch eine MAP, die für die Verfahren zur Detektion
von MAP-Inhibitoren oder als Bestandteil eines Vergleichs für Verfahren
zur Detektion von MAPs nützlich
ist. Die Bestandteile dieser Sets können sich in einzelnen Behältern befinden,
oder einige oder alle der Bestandteile können miteinander vermischt
sein.
-
In
zusätzlichen
Ausführungsformen
der Erfindung werden Peptide bereitgestellt, die ein N-terminales Methionin,
das von einer Methionin-Aminopeptidase abgespalten werden kann,
und eine C-terminale Detektionsgruppierung umfassen, die von einer
zweiten Peptidase nur freigesetzt werden kann, wenn das N-terminate
Methionin vom Peptid abgespalten wurde, worin die zweite Peptidase
Dipeptidyl-Peptidase IV ist. Ein bevorzugtes Peptid für diese
Ausführungsformen
umfasst Met-Xaa-Pro, worin Xaa Ala,
Cys, Gly oder Ser ist, und das am meisten bevorzugte Peptid ist
Met-Gly-Pro-p-nitroanilid.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit:
-
Die
Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind
für die
schnelle und quantitative Detektion von MAPs oder MAP-Inhibitoren,
für die
Isolierung, Reinigung oder Quantifizierung neuer MAPs oder MAP-Inhibitoren
oder für
die Bestimmung oder Quantifizierung der MAP-Aktivität in einer
Probe nützlich.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im folgenden Beispiel beschrieben. Andere Ausführungsformen,
die im Schutzumfang der Ansprüche
liegen, ergeben sich für
den Fachmann unter Berücksichtigung
der Beschreibung oder der praktischen Umsetzung der hierin offenbarten
Erfindung. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich der
Veranschaulichung dienen, wobei der Schutzumfang und die Lehre der
Erfindung durch die auf die Beispiele folgenden Ansprüche definiert
werden.
-
Beispiel
-
Dieses
Beispiel veranschaulicht Ausführungsformen
des Verfahrens zur Quantifizierung von MAPs sowie des Verfahrens
zur Detektion eines MAP-Inhibitors gemäß der Erfindung.
-
Um
zu bestimmen, ob Met-Gly-Pro-p-nitroanilid ein Substrat für MAP ist
und ob die Gegenwart von Dipeptidyl-Peptidase die MAP-Aktivität beeinflussen
könnte,
wurde ein AccQ-Tag-Test verwendet, beschrieben von Zuo et al., s.o.
Tabelle 1 zeigt, dass dieses Peptid sowohl für Typ-1- als auch für Typ-2-MAP
ein Substrat ist.
-
Tabelle 1: Kinetische
Parameter für
Typ-1-Hefe-MAP und menschliche Typ-2-MAP.
-
- Die Daten sind als Mittelwerte ± SA angegeben.
-
-
Sowohl
die Aktivität
von Typ-1-MAP als auch von Typ-2-MAP wurde durch Zusatz von Dipeptidyl-Peptidase
IV nicht beeinflusst.
-
Die
MAP-Aktivität
wurde als nächstes
durch Beobachten der Freisetzung von p-Nitroanilid in einem Mikrotiter-Format
bestimmt. Gereinigte Typ-1-MAP oder Typ-2-MAP (0,6 μg) und/oder
0,001 Einheiten Dipeptidyl-Peptidase IV wurden in 47 μl Puffer
H (10 mM Hepes, pH 7,4, 10% Glycerin), enthaltend 0,1 M KCl und 0,1
mM Co2+, zu Wells einer 96-Well-Mikrotiterplatte
hinzugefügt.
Nach 5 Minuten Inkubationszeit bei 37°C wurden 2 mM Met-Gly-Pro-p-nitroanilid
zu dem Gemisch hinzugefügt,
um die Reaktion zu starten. Ein Mikrotiterplattenleser, eingestellt
auf 405 nm, um freigesetztes p-Nitroanilid nachzuweisen, wurde verwendet,
um den Reaktionsfortschritt zu verfolgen. Wie in 2 dargestellt
kam es nur zu bedeutenden Zunahmen an freigesetztem p-Nitroanilids,
wenn MAP (jeglichen Typs) zusammen mit Dipeptidyl-Peptidase IV vorhanden
ist. Diese Kurven sind hochgradig reproduzierbar und linear mit
Korrelationskoeffizienten (r2) > 0,98.
-
Um
die Verwendung dieses Verfahrens zur Detektion eines Typ-2-MAP-Inhibitors
zu demonstrieren, wurden zu jeder Reaktion verschiedene Mengen Fumagillin
hinzugefügt.
Nachdem der Inhibitor mit MAP-Lösungen
10 Minuten lang bei 37°C
inkubiert worden war, wurden 2 mM Met-Gly-Pro-p-nitroanilid hinzugefügt, um die
Reaktion zu starten, und die Freisetzung von p-Nitroanilid wurde
wie oben beschrieben mit einem Mikrotiterplattenleser bei 405 nm
verfolgt. Die Auswirkung von Fumagillin auf die Dipeptidyl-Peptidase-IV-Aktivität wurde
ebenso unter Verwendung von Gly-Pro-p-nitroanilid als Substrat getestet.
Während,
wie in 3 dargestellt, sowohl die Typ-1-MAP- als auch die
Dipeptidyl-Peptidase-IV-Aktivität
sogar in Gegenwart von 900 nM Fumagillin nicht beeinflusst wurden,
wurde die Typ-2-MAP-Aktivität
durch 500 nM Fumagillin vollständig
inhibiert. Diese Resultate sind jenen, die mit dem AccQ-Tag-Verfahren (Griffith
et al., s.o.) erzielt wurden, sehr ähnlich, was darauf hinweist,
dass es sich um ein verlässliches
Verfahren zur Identifikation neuer MAP-Inhibitoren handelt.
-
Die
hierin enthaltene Beschreibung der Verweise dient lediglich dazu,
die von den Autoren getätigten Erklärungen zusammenzufassen,
und ist nicht als Eingeständnis
zu werten, dass einer der Verweise einen Stand der Technik darstellt.
Die Anmelder behalten sich das Recht vor, die Genauigkeit und Relevanz
der zitierten Verweise in Frage zu stellen.
-
Angesichts
der obigen Ausführungen
ist klar ersichtlich, dass die vielen Vorteile der Erfindung sowie noch
weitere Vorteile erzielt werden.
-
Da
verschiedene Änderungen
an den obigen Verfahren und Zusammensetzungen vorgenommen werden
konnten, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu überschreiten, sind all die
in der obigen Beschreibung enthaltenen und in den begleitenden Zeichnungen
dargestellten Informationen als Veranschaulichung und nicht als
Einschränkung
zu verstehen.