Rekombinante Wirkstoffe. Prof. Dr. Theo Dingermann Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt

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1 Rekombinante Wirkstoffe Prof. Dr. Theo Dingermann Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt

2 Das Problem mit dem N-Terminus von rekombinanten Proteinen

3 Interferon gamma 1b Die Aminosäuresequenz von Interferon gamma-1b unterscheidet sich vom maturen humanen Interferon gamma durch ein zusätzliches N-terminales Methionin (rot) und einc-terminales Arginin (grün)

4 Interferon alfa 2a Interferon alfa-2a wird in Escherichia coli als 166 Aminosäuren langes, nichtglycosyliertes Protein gebildet. Das zusätzliche N-terminale Methionin wird überwiegend durch eine Methionylaminopeptidase (MAP) aus E. coli abgespalten und während der Produktion entfernt. Gly (G) 97 % Ala (A) 96 % Pro (P) 88 % Ser (S) 84 % Thr (T) 90 % Val (V) 84 % Cys (C) 71 % P H Hirel, M J Schmitter, P Dessen, G Fayat, and S Blanquet (1989). Extent of N-terminal methionine excision from Escherichia coli proteins is governed by the side-chain length of the penultimate amino acid. Proc Natl Acad Sci U S A 86,

5 Wachstumshormon Valtropin Expression in S. cerevisiae Methionin-Aminopeptidase MAP I spaltet N-terminale Methionin-Reste ab, wenn die nachfolgende Aminosäure klein und ungeladen ist. Das Enzym gehört zu der Familie der Metalloproteinasen und benötigt Cobald als Co-Faktor

6 Insulin

7 Wachstumshormone Genotropin In Escherichia coli wird die Expression der cdna für hgh vom Promotor des Gens der alkalischen Phosphatase (phoa) gesteuert. Zusätzlich enthält die Expressionscassette eine Shine-Dalgarno-Sequenz des trp-operons (trp-sd) sowie die 5 -Sequenz des Gens für das hitze-stabile Enterotoxin II (STII). Dieser Bereich umfasst eine weitere Shine-Dalgarno-Sequenz sowie das Signalpeptid des Enterotoxins. Nach der Transkription entsteht ein Fusionsprotein STII-rhGH, das an die Cytoplasmamembran geschleust wird und nach Abspaltung des Signalpeptids als humanes Somatropin im Periplasma des Bakteriums vorliegt.

8 Wachstumshormone Norditropin Dipepitidylaminopeptidase I DAP I spaltet vom N-Terminus her Dipeptide ab, kann allerdings keine Peptidbindungen hydrolysieren, in denen die Aminosäure Prolin involviert ist. Auch Dipeptide, die an ihrem N-Terminus die basischen Aminosäuren Arginin oder Lysin tragen, werden nicht abhydrolysiert.

9 Wachstumshormone Norditropin

10 Wachstumshormone Norditropin

11 Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden.

12 Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden. Insulin

13 Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden. Insulin Gerinnungsfaktor VIII

14 Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden. Insulin Gerinnungsfaktor VIII Somatropin

15 Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden. Insulin Gerinnungsfaktor VIII Somatropin ß-Interferon

16 Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden. Insulin Gerinnungsfaktor VIII Somatropin ß-Interferon α-interferon

17 Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden. Insulin Gerinnungsfaktor VIII Somatropin ß-Interferon α-interferon einige Antikörper

18 Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden. Insulin Gerinnungsfaktor VIII Somatropin ß-Interferon α-interferon einige Antikörper Heute gilt Authentizität nicht mehr als Wert an sich. Was zählt sind möglichst optimale Wirksamkeit und Verträglichkeit.

19 Rekombinante Wirkstoffe Pharmakokinetische Eigenschaften 3 schnell wirksam 101 normal wirksam 16 verzögert wirksam

20 Rekombinante Wirkstoffe Pharmakokinetische Eigenschaften 3 schnell wirksam 101 normal wirksam 16 verzögert wirksam

21 Insulin-Analoga

22 Insulin-Analoga

23 Insulin-Analoga

24 Insulin-Analoga schnell wirksam: Insulin lispro Insulin aspart Insulin glulisin

25 Insulin-Analoga schnell wirksam: Insulin lispro Insulin aspart Insulin glulisin lang wirksam: Insulin glargin Insulin detemir

26 schnell wirksame Insulin-Analoga

27 schnell wirksame Insulin-Analoga

28 schnell wirksame Insulin-Analoga

29 schnell wirksame Insulin-Analoga

30 Rekombinante Wirkstoffe Pharmakokinetische Eigenschaften 3 schnell wirksam 101 normal wirksam 16 verzögert wirksam

31 Rekombinante Wirkstoffe Pharmakokinetische Eigenschaften 3 schnell wirksam 101 normal wirksam 16 verzögert wirksam

32 lang wirksame Insulin-Analoga

33 lang wirksame Insulin-Analoga

34 lang wirksame Insulin-Analoga

35 lang wirksame Insulin-Analoga

36 Einschub: Insulin-Synthesen

37 Einschub: Insulin-Synthesen

38 Semisynthese von Human-Insulin

39 Semisynthese von Human-Insulin

40 Semisynthese von Human-Insulin

41 Semisynthese von Human-Insulin

42 Semisynthese von Human-Insulin

43 Insulin-Bedarf

44 Insulin-Bedarf 1 Diabetiker 50 Schweine pro Jahr

45 Insulin-Bedarf 1 Diabetiker 50 Schweine pro Jahr Insulinverbrauch (weltweit) 5-6 Tonnen pro Jahr

46 Insulin-Bedarf 1 Diabetiker 50 Schweine pro Jahr Insulinverbrauch (weltweit) 5-6 Tonnen pro Jahr Human-Insulin- Produktion bei Hoechst 11 Tonnen Schweine-Bauchspeicheldrüsen pro Tag = Schlachttiere pro Tag

47 Human-Insulin A-Kette = 21 Aminosäuren B-Kette = 30 Aminosäuren

48 Human-Insulin

49 Zweiketten -Expression Bakterien

50 Expression von Proinsulin Bakterien

51 Humanes Proinsulin

52 Humanes Proinsulin Trypsin

53 Humanes Proinsulin Trypsin Carboxypeptidase B

54 Expression von Proinsulin Hefen

55 Expression von Mini-Proinsulin Hefen

56 Expression von Mini-Proinsulin Hefen

57 Konzepte zur gentechnischen Herstellung von Human-Insulin Escherichia coli Hefen

58 lang wirksame Insulin-Analoga

59 Humanes Proinsulin Trypsin