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靶向性抗肿瘤融合蛋白质lpo的新型制备工艺的制作方法.docx


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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。靶向性抗肿瘤融合蛋白质lpo的新型制备工艺的制作方法靶向性抗肿瘤融合蛋白质lpo的新型制备工艺的制作方法本发明公开了靶向性抗肿瘤融合蛋白质LPO的新型制备工艺,构建以转硫酶A(TrxA)-组氨酸标签(His6-Tag)-SUMO蛋白酶识别底物为蛋白质可溶性表达的辅助片段,以LHRH-PEA转膜肽-ONC(简称为LPO)为目的片段的融合表达蛋白质,并使这两部分蛋白质以正确的阅读框架与载体正序相连并转化进入表达菌种,最终构建与表达六种物质串联的融合蛋白,粗提后,在咪唑存在下进行金属螯合介质纯化,SUMO蛋白酶酶切,制备的LPO蛋白质比常规方法制备的LPO蛋白对结肠癌HT-29细胞、卵巢癌OVCAR3细胞、子宫颈腺癌HeLa细胞及肝癌HepG-2细胞等肿瘤细胞系的抑制作用均有明显的提高。【专利说明】靶向性抗肿瘤融合蛋白质LPO的新型制备工艺【技术领域】[0001]本发明涉及基因工程领域,具体地说是靶向性抗肿瘤融合蛋白质LPO的新型制备工艺。【背景技术】[0002]恶性肿瘤(癌症)业已成为人类生命的最大杀手。世界卫生组织最新研究数据显示,到2020年全球癌症发病率将增加50%,即每年将新增1500万癌症患者。不仅如此,癌症的死亡人数也在全球迅猛上升。2007年全球有760万人死于癌症,预计2030年这个数字将会增加到1320万,据国家卫生部发布的权威报告称我国新发癌症和因癌症死亡病例数分别占全球的20%和24%。所以,恶性肿瘤的治疗成为当今医学的重要任务之一。[0003]核糖核酸酶(RNase)普遍存在于自然环境和人体内,它们可以通过降解细胞内的核糖核酸而杀死细胞。肝脏细胞内大约含20余种核酸内切酶和外切酶,它们参与RNA代谢、细胞成熟及凋亡、促进新生血管形成、主动防御RNA病毒等生物学作用。尽管核糖核酸酶大量存在,但由于核糖核酸酶抑制剂(RI)的抑制作用,体内的RNase并未对组织细胞造成伤害。[0004]RNaseA超家族主要成员有RNaseA、人胰脏核糖核酸酶、嗜曙红细胞衍生神经***、嗜曙红阳离子蛋白、血管生成因子、牛精液核糖核酸酶和两栖类核糖核酸酶(如豹蛙酶和牛蛙凝集素)等。RNaseA超家族通过降解RNA发挥作用,其家族成员具有相似的氨基酸序列和三级结构,一般含有4对二硫键(血管生成因子含有3对二硫键),并且都含有相同的催化三联体,包括2个组氨酸和I个赖氨酸。由于该家族的许多成员来源于人或哺乳动物,它们的免疫原性要比来源于植物或微生物的***复合物低。[0005]在十九世纪70年代时,Shogen和Yoon最先在北极豹蛙的胚胎内分离提出一些带有抗癌活性的提取物。于1987年,提取物的主要活性成分被AlfacellM分离并且纯化出来。那些活性物质是一种小的(大约12kDa)母性起源(目前大量存在于未受精的卵母细胞中)的碱性蛋白。被称为豹娃酶(ranpimase),后来正式命名为Onconase(简称0NC),它由104个氨基酸残基组成,相对分子质量为1183?a,,其序列与胰脏核糖核酸酶A(RNaseA,)和核糖核酸酶超A家族的其他成员十分的相似,与RNaseA有30%的碱基序列同源,并且三级结构相似,是已知的胰核糖核酸酶超家族成员中最小的单结构域蛋白。单就核糖核酸酶活性而言,RNaseA要高于豹蛙酶和牛精液核糖核酸酶(BS-RNase),但由于受到RI的抑制,RNaseA对肿瘤细胞没有杀伤效果;两栖类动物体内的RNaseA由于可以避开RI,故有杀伤肿瘤细胞作用。尤其是豹蛙酶,是首个进入III期临床研究的核糖核酸酶类药物,主要用于治疗恶性间皮瘤,目前治疗非小细胞肺癌的研究也已经进入了临床II期试验阶段。[0006]ONC与已知的RNaseA结构相似,由2个反向平行的β片层和3个α螺旋结构组成了的肾形核结构,其酶活性中心是一个保守的催化三联体。,这样可以保持它的有效活性形式。,ONC的晶体结构,在一个质量足够大的电子密度图中明显的显示出了几个非平面的肽键,可以非常容易确定其活性中心的大多数残基。[0007]为了确定ONC蛋白质中负责毒性的氨基酸残基,You-DiLiao等人从染色体组克隆豹娃的rpr基因,并在大肠杆菌BL21(DE3)中进行了多种形式的表达。表达方法一:将甲硫氨酸排列在ONC重组体的N-末端,结果发现该重组蛋白热稳定性减小且催化活性和抗原性降低。他们利用依赖内源性大肠杆菌甲硫氨酸氨基肽酶和apelB信号肽切割两种方式生产了没有甲硫氨酸的0NC,发现重组蛋白与天然来源的ONC的物理、化学、生物特性基本相符。同时证明在ONC的N-末端具有尿苷-鸟嘌呤底物偏爱性的焦谷氨酸,完整且外露的N-末端焦谷氨酸对豹蛙酶的细胞毒性有较大的帮助作用。[0008]与RNaseA相比,ONC特有的结构特征是它N端的内酰***和C端的二硫键。豹蛙酶N端Gln反向折叠紧靠N端螺旋,与侧链Lys9的氮基和C端β片层上Val96的羰基基团形成氢键网络。Didnato等证明将Met加到豹蛙酶N端后,突变体对所有RNA的催化作用和对肿瘤细胞的毒性都显著降低,说明该环化结构对豹蛙酶的核糖核酸酶活性和细胞毒性至关重要。整个蛋白分子含有4个二硫键,其中Cys87-Cysl04形成的C端二硫键只存在于两栖类的RNaseA中。ONC是一种结构稳定性很强的蛋白,°C,药物体内半衰期也可长达3h。除了N端内酰***和C端二硫键外,酶分子内部的疏水环境也起到了稳定构象的作用,这很有可能是导致它的低RNA酶活性和肾毒性的重要原因。突变体(M23L)-0NC完全保留了抗肿瘤活性,并且稳定性有所降低,有可能降低肾毒性。[0009]YouNengWu等人用I125标记0NC,并使ONC结合在人工培养的9L神经胶质瘤细胞的特殊结合位置。经Scatchard方法分析标记结果,证明ONC与9L神经胶质瘤细胞的结合位点有两个,其解离常数分别为Kd=—8和Kd=—7。每细胞可以结合3XIO5个ONC分子,低位结合位点的解离常数与IC50相似,ONC结合在细胞上扩大培养,温度从4°C升高到37°C,可以增加细胞对ONC毒性的敏感性。代谢抑制剂、叠氮钠和脱氧葡萄糖可以抑制ONC的细胞毒性,而莫能菌素可以使细胞毒性增大十倍。因为对于ONC毒性来说,ONC分子烷基化是核糖核酸酶活性的必要条件,可以增强抑制细胞内蛋白合成能力,且至少增强100倍。在9L细胞中ONC抑制蛋白质合成恰巧与细胞内的降解相符合,作用靶标均为28s和18sRNA亚基。与核糖核酸酶A相比,ONC能抵抗两种RNA酶的降解,一种是胎盘核糖核酸酶,另一种是ACETM抑制剂。[0010],它具有选择性细胞毒性。ONC的细胞毒性依赖于AP-2/网格蛋白介导的内吞作用,通过内吞小泡的内化作用进入细胞,降解细胞的RNA从而杀死细胞。IntaeLee等在A549人肺癌移植的裸鼠身上研究核糖核酸酶ONC的抗癌作用时发现ONC是通过分解t-RNA来阻止蛋白质合成作用方式来杀死肿瘤细胞,这也许可以作为一种替代顺钼治疗肺癌的新型方式。[0011]ONC能够明显地抑制A549肿瘤细胞的生长,且具有显著的剂量依赖性。在动物实验中,多次给予小剂量的ONC比一次性大剂量有效,而且副作用少。ONC与顺钼联合用药的方式能更加显著的减少肿瘤细胞生长,但对于相对较大的肿瘤体来讲,ONC可以抑制肿瘤细胞的生长,然而顺钼则不能。[0012]。他们将ONC加入到正在生长的哺乳动物细胞培养基中能产生诸如细胞抑制性、细胞毒性和抗病毒活性作用,ONC进入活的哺乳动物细胞中可以有选择性的并且不被察觉的分解tRNA。此外,ONC可以在体外专一性的利用网织红细胞裂解液和纯净RNA底物,而在体内显示出对tRNA降解的惊人专一丨生,而rRNA和mRNA却完好无损。[0013],表明其对细胞的毒性机制不同于蛋白质合成抑制作用。ONC作用的细胞出现凋亡,同时伴随细胞皱缩,细胞核固缩乃至破裂(核裂解),核内DNA发生裂解,同时激活半胱-天冬氨酸酶,现有证据证明ONC存在一种诱导细胞凋亡的机制,该凋亡机制可以独立抑制蛋白合成,使用半胱-天冬氨酸酶抑制剂节氧羰基-Val-Ala-Asp(OMe,奥美拉唑)******(zVADfmk),在一定的浓度时可以完全阻止ONC引起的细胞凋亡。由此可见,ONC对细胞的毒性作用只要表现在两方面:首要作用是降解细胞的tRNA抑制细胞蛋白质合成,引起细胞死亡,次要作用启动细胞的凋亡机制,引起细胞凋亡。因此,ONC可以作为强有力的抗癌药物候选蛋白。由于ONC通过内吞作用进入细胞,对细胞的选择性较差,在成药性研究方面不得不考虑其对人体正常细胞的杀伤而引起的较大副作用。[0014]基于上述原因,我们在药物设计方面进行了较大改进,为使ONC在体内发挥最大的肿瘤细胞杀伤作用,减小副作用,必须使ONC分子有效地选择肿瘤细胞,同时增加ONC进入细胞的效率。[0015]基于受体-配基的特异性结合理念,使用LHRH受体的配基LHRH(亦称为GnRH)或其类似物进行靶向抗肿瘤药物的导向组分加以利用成为当前抗肿瘤药物设计的热门。[0016]使用LHRH的激动剂和抑制剂进行性腺依赖性前列腺癌已经有30余年的历史,如1982年Schally等撰文说明应用合成LHRH激动剂类似物治疗前列腺癌获得了重大成就,一方面减轻了患者物理去势的精神负担,而且获得了满意的肿瘤抑制和治疗作用。[0017]在癌组织表面存在高亲和力的LHRH受体是通过一些未知的原因演变而来的。这种假设已经在鼠身上初步得到证实,在正常的仓鼠胰腺细胞膜上用RLA法测不到LHRH受体,经诱导产生胰腺肿瘤后,在相应的细胞膜上测到了高亲和力的LHRH受体,而且在成瘤初期即可检测到。通过RT-PCR法、免疫组化定位法和放射性配体分析法(RLA)等多种方法检测证明了LHRH受体是癌组织、细胞的新靶标。Kakar(1995)在乳腺癌和前列腺癌组织及子宫内膜癌和卵巢癌组织和细胞株中发现了与垂体相似的高亲和力LHRH受体,并提出86%的前列腺癌、50%的乳腺癌及80%的卵巢癌和子宫内膜癌有高亲和力LHRH受体分布。[0018]我们通过长期新药研究工作和国外众多文献证明促黄体激素释放激素受体(LHRHR,亦称为促性腺激素释放激素受体,GnRHR)在肿瘤组织细胞表面呈特异性分布,已确认为肿瘤的新靶标。[0019]以LHRH为靶向的抗肿瘤药物的设计是基于其受体的分布而决定的。[0020]人LHRHR是由328个氨基酸组成的单链蛋白质,它形成胞外和胞内环形结构相连的7个跨膜区,具有G蛋白偶联受体的结构特点。LHRH受体最早发现于垂体,承接下丘脑产生的促黄体激素释放激素(LHRH),促使垂体分泌促性腺激素LH和FSH,后两者作用于性腺,从而发挥对性腺功能的调节作用。近年来随着对LHRH及其受体研究的深入,越来越多的临床和实验证据表明LHRH受体在癌组织中呈现特异性广泛分布。[0021]Bono等(2002)研究了前列腺癌变及良性标本上LHRHR的分布及特征,同时测定并比较了多种组织中LHRH受体mRNA的表达,结果显示86%的癌变标本膜蛋白对[DTrp6]LHRH表现特异性高亲和力,同时有86%的前列腺癌细胞表面表达LHRH受体,在良性前列腺组织中亦可见LHRH受体基因表达,但其含量和亲和力显著低于癌变组。[0022](2005)用定量RT-PCR检测并分析了编码LHRH受体的cDNA在多种细胞、组织匀浆中的基因含量及表达。测定了人卵巢癌、乳腺癌和前列腺癌以及多种正常器官组织包括心、肝、脾、肺、肾、脑、胸腺和骨骼肌中(包括同一患者的卵巢癌组织和正常组织)LHRH受体的表达。结果表明在肿瘤细胞内LHRH受体的基因是超表达的,然而在心、肝、脾、肺、肾、脑、胸腺和骨骼肌等正常组织细胞中却没有检测到LHRH受体表达。[0023]Grundker(2002)、Schally(2005)利用合成的LHRH类似物[DLys6]作为导向物,以阿霉素或其衍生物为药物组分,偶联成3种LHRH-阿霉素(DOX)或其衍生物AN152、AN201、AN207,这些药物可以通过LHRH特异性结合肿瘤细胞,并通过阿霉素或阿霉素衍生物发挥细胞毒性作用,特异性杀灭肿瘤细胞,其抑瘤效果远远优于单纯LHRH类似物和阿霉素或其衍生物,并大大延长了荷瘤裸鼠的生存时间和存活数量。而且与单纯阿霉素使用相t匕,用药剂量可以提高到阿霉素的5倍以上(摩尔剂量比)。该项目作为德国、美国政府资助项目已经完成了一起临床试验,单日用药剂量达到267mg/m2,在乳腺癌、前列腺癌治疗方面获得了一致认可(参见美国专利5843903)。同时他们还进行了特异性RT-PCR和RLA检测LHRHR的分布表明:LHRH受体主要分布在多种肿瘤组织、细胞表面,正常的卵巢、子宫内膜、输卵管等生殖系统器官中仅含极痕量的受体,其它正常组织如心脏、肝脏、肺脏、肌肉和骨骼等均无LHRH受体的分布。[0024]我们在抗癌新药LHRH-PE40的研发过程中进行的靶标确认实验,确定了口腔癌、鼻咽癌、食管癌、肺癌、肠癌、胃癌、乳腺癌、胰腺癌、肝癌、前列腺癌、人黑色素瘤、子宫癌、卵巢癌、上皮癌等多种肿瘤细胞表面含有高亲和力LHRH受体()。[0025]接下来我们还进行了靶向性抗癌新药LHRH-PE40的药效学研究,并发现荷瘤裸鼠利用LHRH-PE40尾静脉给药治疗抑瘤率达到60%以上,合成的LHRH类似物+LHRH-PE40混合物治疗荷瘤裸鼠,抑瘤率下降为40%,单纯给与LHRH类似物,荷瘤裸鼠,抑瘤率23%,这个实验说明LHRH-PE40通过LHRH结合肿瘤细胞表面的LHRHR,将药物特异性作用于肿瘤组织,达到肿瘤治疗作用,LHRH类似物+LHRH-PE40混合物治疗荷瘤裸鼠,抑瘤率降低说明LHRH类似物可以竞争性的结合LHRH受体,阻止LHRH-PE40的抑瘤作用。单纯LHRH类似物也具有一定的抑瘤作用,只不过抑瘤效率相对较低。这些实验充分说明了

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