ES2235806T3 - Procedimiento de seleccion de moleculas ligando que se unen especificamente al sitio de union nep para el prentapeptido qhnpr. - Google Patents

Procedimiento de seleccion de moleculas ligando que se unen especificamente al sitio de union nep para el prentapeptido qhnpr.

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ES2235806T3 ES00403670T ES00403670T ES2235806T3 ES 2235806 T3 ES2235806 T3 ES 2235806T3 ES 00403670 T ES00403670 T ES 00403670T ES 00403670 T ES00403670 T ES 00403670T ES 2235806 T3 ES2235806 T3 ES 2235806T3
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Abstract

Un procedimiento para seleccionar moléculas ligando que se enlazan específicamente al centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR, comprendiendo los siguientes pasos: a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes, o preparación de una muestra de órgano diana o una muestra de tejido conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR; b) adición de la molécula candidata para probarla compitiendo con concentraciones medio saturadas del pentapéptido marcado; c) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) en presencia de la molécula candidata marcada durante un tiempo suficiente y bajo unas condiciones en las que se lleva a cabo el enlace específico; d) cuantificación del enlace específicamente marcado con la diana del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido en presencia de varias concentraciones de la molécula candidata.

Description

Procedimiento de selección de moléculas ligando que se unen específicamente al sitio de unión NEP para el pentapéptido QHNPR.
Los inventores han caracterizado previamente una nueva proteína glandular submandibular de la rata, llamada SMR1 (proteína 1 submandibular de la rata), que tiene la estructura de una prohormona y cuya síntesis se encuentra sometida a control por andrógenos (Rosinsky-Chupin et al., 1988 y PCT Patent Application Nº WO 90/03981). El gen que codifica la SMR1 pertenece a una nueva familia de multigenes, la familia VCS, que se ha localizado en el cromosoma 14 de la rata, bandas p21-p22 (Courty et al., 1996; Rosinsky-Chupin et al., 1995) y para la que se ha caracterizado el gen humano equivalente. El gen tiene una organización similar a varios genes precursores de hormonas (Rosinsky-Chupin et al., 1990). El ARNm de la SMR1 se expresa de forma determinada según el tejido, edad y sexo específicos en las células acinares de la glándula submaxilar (GSM) y en la próstata de la rata macho (Rosinsky-Chupin et al., 1993).
Se ha descrito que la SMR1, en vivo, se procesa selectivamente en zonas de pares de aminoácidos básicos de forma específica en tejidos y sexo para alcanzar la madurez de los productos peptídicos, de forma similar al camino de maduración de los precursores de los péptidos-hormona (Rougeot et al., 1994). La estructura asociada de los péptidos generada a partir de la SMR1 por escisión de pares de residuos de arginina, por ejemplo el undecapéptido: VRGPRRQHNPR; el hexapéptido: RQHNPR; y el pentapéptido: QHNPR se encuentran en vivo: selectivamente madurados a partir del precursor después de procesarse en pares de residuos de aminoácidos básicos por un par básico de aminoácido-enzima conversora, probablemente la furina convertasa, -acumulada de forma diferente según las características del tejido, edad y sexo- tanto la local como la liberada sistemáticamente por medio del control neuroendocrino multifactorial (Rougeot et al., 1994 y 1993).
En este contexto, el péptido maduro final generado a partir de la SMR1, llamado pentapéptido SMR1 (SMR1-QHNPR), se sintetiza predominantemente como respuesta a los esteroides andrógenos, se libera en el flujo sanguíneo en condiciones elementales y se libera en mayores cantidades como respuesta a las tensiones medioambientales, dependiendo del estado de activación de los adrenoreceptores que controlan la respuesta secretora de la GSM.
A su vez, el pentapéptido SMR1 que circula en vivo se ocupa selectivamente por parte de las dianas periféricas a través de centros de unión específicos, preferentemente en los tejidos renales, óseos o dentales.
El hecho de que las zonas diana del péptido se encuentren principalmente localizadas en los tejidos principales de transporte, regulación y captura de iones, es una evidencia de que el pentapéptido SMR1 puede jugar un papel local y sistemático en el proceso, en vivo, de la modulación de la homeostasis de iones minerales. Además, asociado con el hecho de que el pentapéptido SMR1 regulado por andrógenos se secreta debido a las tensiones medioambientales, los inventores postulan que este péptido señal, específico de la GSM, puede participar en el reestablecimiento integrador de las respuestas de la homeostasis dinámica a situaciones de estrés dentro de las características del comportamiento específico de la rata macho, como puede ser la agresividad y/o los actos sexuales, y en relación con las características fisiológicas específicas de las hembras, como son los periodos de gestación y lactancia.
El documento WO 98/37100 revela que la maduración de los productos de la proteína SMR1, específicamente el péptido de formula estructural XQHNPR, reconoce zonas diana específicas en órganos que se encuentran muy involucrados en la concentración de iones minerales. Este descubrimiento ha llevado a los inventores a asignar al péptido SMR1, específicamente al pentapéptido, hexapéptido o undecapéptido SMR1, un papel activo en la regulación de las concentraciones de iones metálicos en los fluidos y los tejidos del cuerpo, y de esta forma asignar a estos péptidos un papel terapéutico en todos los desórdenes metabólicos relacionados con el desequilibrio de iones minerales.
Particularmente, los péptidos terapéuticos que se exponen aquí son útiles para el tratamiento o la prevención de desórdenes de huesos, dientes, riñón, intestino, páncreas, estómago y glándula salivar causados por un desequilibrio de iones minerales en los fluidos del cuerpo o en los tejidos, principalmente debido a hiper o hipoparatiroidismo, osteoporosis, pancreatitis, litiasis de la glándula submandibular, nefrolitiasis o osteodistrofia.
Basándose en la hipótesis mencionada anteriormente se ha llevado a cabo un enfoque farmacológico. El péptido SMR1, especialmente el pentapéptido SMR1, se ha descubierto que ocasiona mejoras en función de las dosis administradas en el comportamiento sexual de las ratas macho adultas, con una pérdida de los impulsos agresivos en su comportamiento como se puede ver en ratas controladas (documento PCT/EP 00/06259 todavía no publicado).
Para elucidar los caminos que han tenido lugar en la acción del péptido SMR1, uno de los pasos esenciales a investigar son las características moleculares de las zonas péptido-receptoras. El aislamiento del centro de unión de la membrana accesible al pentapéptido SMR1, administrado internamente o radiomarcado, se ha logrado principalmente en la médula externa renal. La identificación de su secuencia de aminoácidos ha revelado que la molécula en la superficie celular que enlaza el péptido en vivo, es una metalopeptidasa de membrana y más específicamente es una endopeptidasa que contiene cinc de la membrana integral del tipo II de los mamíferos, es decir, la endopeptidasa neutra 24-11 o EPN, también llamada encefalinasa, que pertenece a la subfamilia de la neprilisina, la cual realiza un papel crítico en la potencia funcional de varias señales peptidérgicas. Además, la interacción en vivo de la EPN de riñón de rata y el pentapéptido SMR1 se confirmó in vitro utilizando EPN purificada de riñón de conejo.
Además, a nivel de todo el cuerpo de la rata, se ha encontrado que en vivo existe una buena correspondencia (topológica y cinética) entre la distribución de los órganos diana accesibles al pentapéptido SMR1 radiomarcado circulante y el inhibidor sintético de la EPN (3HHACBO-Gly) (Sales et al, 1991). Por otra parte, varias observaciones argumentan como hipótesis que el péptido SMR1 es un modulador natural derivado de la GSM de la actividad de la EPN, especialmente un inhibidor:
1- el pentapéptido SMR1 tomado del tejido se encontró que era estable en vivo farmacocinéticamente y bioquímicamente.
2- el péptido SMR1 no comparte los residuos requeridos para ser un sustrato de EPN, observando que la EPN rompe preferencialmente los péptidos entre el enlace X-Phe, y
3- el pentapéptido SMR1 tiene un fuerte grupo quelante de cinc que ha sido diseñado para los inhibidores de la EPN sintéticos potentes.
Teniendo en cuenta los numerosos sustratos de la EPN (particularmente las hormonas peptídicas: encefalinas, sustancia P, bradiquinina, angiotensina II y el péptido natriurético atrial), existen consecuencias fisiológicas de la interacción EPN/péptido SMR1 que se espera que impacten en el control de la percepción del dolor central y periférico, fenómenos inflamatorios y/o tono arterial.
La endopeptidasa neutra, EPN 24-11, se distribuye en los tejidos nerviosos y periféricos de los mamíferos, siendo especialmente abundante en los tejidos periféricos del riñón y la placenta. En estos tejidos, la metalopeptidasa EPN de superficie celular participa en el proceso de postsecreción y en el metabolismo de los neuropéptidos, péptidos del sistema inmunoregulatorio y hormonas peptídicas. Controlando los niveles de actividad de los péptidos reguladores en circulación o secretados, la EPN modula su acción receptora-mediadora fisiológica. Por lo tanto, la EPN anclada a la membrana se involucra en la regulación de la actividad de: los péptidos vasoactivos potentes como la sustancia P, bradiquinina (BK), el péptido natriurético atrial (PNA) y la angiotensina II (AII); péptidos inflamatorios/inmunoregulatorios potentes como la sustancia P y la BK y la fMet-Leu-Phe (fMLP); neuropéptidos opiáceos potentes como las encefalinas (Enk) de Met y Leu y cambiadores minerales potentes y péptidos reguladores de la homeostasis de fluidos como el PNA, el péptido natriurético del tipo C (PNC) y el péptido natriurético del tipo B (PNB). Sin embargo, los niveles de estos péptidos cambian a través de la formación/degradación de la inducción de la EPN sólo en las regiones donde se liberan tónicamente o donde se provoca su liberación por un estímulo.
Desde un punto de vista integrador, la actividad biológica de la EPN es controlar los niveles activos de señales peptídicas involucradas en la regulación de la tensión arterial, en fenómenos inflamatorios y en la homeostasis del agua mineral, así como en el control del proceso del dolor. Desde un punto de vista clínico, esto evidencia el hecho de que la EPN es una diana importante de los medicamentos en varias enfermedades. Por ejemplo, inhibiendo la EPN, y por lo tanto incrementando los niveles y la duración de la acción de los opiáceos endógenos centrales o periféricos, se puede obtener un analgésico o agente antidiarreico, o inhibiendo la formación de todos endógenos e inactivando la BK y el PNA, se pueden obtener agentes antihipertensivos, natriuréticos y diuréticos. La ventaja principal de modificar las concentraciones de péptidos endógenos con la utilización de los inhibidores de la EPN es que los efectos farmacológicos se inducen sólo al receptor, estimulado por los realizadores naturales, y son críticamente dependientes del tono o de la evocación de estímulos liberados de los realizadores naturales que ocurren bajo situaciones estresantes del entorno, del comportamiento y psicopatológicas (Roques et al, 1993). Es importante resaltar que, en este contexto estresante, el potencial natural del emulador de la EPN y del péptido SMR1, se liberaran también bruscamente y tónicamente, distribuidos y reunidos por sus tejidos diana internos, especialmente por las zonas de la EPN renal (Rougeot et al, 1997). Por esta razón, el péptido SMR1 estará biodisponible cinéticamente en vivo para modular la actividad de al EPN y de esta forma optimizar las respuestas al estrés debido a inflamaciones locales e internas, aumento de la tensión sanguínea y/o homeostasis de iones. El punto de vista de integración se encuentra en concordancia con la asunción de que la circulación de los factores derivados de la glándula submaxilar (GSM) podrían participar en el reestablecimiento integrador de las respuestas homeostáticas a "estados de estrés" psicológicos o patológicos (herida, trauma o infección), en vez de contribuir al estado estable homeostático de descanso (Rougeot et al,
2000).
Desde un punto de vista general, la evidencia de un significado fisiológico demuestra la existencia de un tronco simpático cervical (TSC)-GSM eje neuroendocrino que juega un papel integral en las adaptaciones fisiológicas y contribuye al mantenimiento de la homeostasis en los mamíferos, especialmente bajo las "condiciones de estrés" vistas en los roedores con daños en los tejidos, inflamación o comportamiento agresivo. Los datos obtenidos en el laboratorio proporcionan una clara evidencia de que el péptido SMR1 es un nuevo mediador de señales, adaptado al sexo, al entorno especifico de las especies, características psicológicas y de comportamiento, tónica y dinámicamente movilizados en situaciones urgentes, de forma que se optimicen las respuestas nociceptivas locales e internas, inflamatorias, de aumento de la tensión sanguínea y/o homeostáticas de iones, a través de la regulación de la actividad de la EPN enlazada a la membrana. Por otra parte, el péptido SMR1, que es hasta la fecha el primer regulador natural de la actividad periférica identificada de la EPN, parece estar diseñado como una nueva clase de moléculas terapéuticas como la metalopeptidasa, que se encuentra bien conservada, especialmente entre las ratas, conejos y la especie humana con una secuencia similar mayor o igual al 90%.
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La evidencia proporcionada por los inventores junto con la impactante similitud con la secuencia de la EPN sugiere además que el péptido SMR1 puede actuar como un modulador/inhibidor natural de las metalopeptidasas de membrana, principalmente las metalopeptidasas de cinc.
Ejemplos de metalopeptidasas de membrana de los mamíferos, además de la EPN, son las ECE (enzimas convertidotas de la endotelina), especialmente ECE1 y ECE2, el antígeno de superficie celular de eritrocita KELL y el producto del gen PEX asociado con el raquitismo hipofosfatémico X enlazado, así como la ECA (enzima convertidota de al angiotensina).
La inhibición de la ECE tiene una aplicación importante en el tratamiento de la hipertensión y en la prevención y el tratamiento de la arterosclerosis.
La inhibición de las metalopeptidasas de membrana tiene efectos terapéuticos en el tratamiento de tumores, principalmente en los cánceres de ovarios, colon y recto, cerebro, pulmón, páncreas, gástricos y melanomas, y reduce la incidencia de la metástasis, artritis, arterosclerosis, inflamación del intestino, hipertensión y control del dolor.
Además, la inhibición de la metalopertidasa bacteriana o viral se espera que tenga efectos antiinfecciosos.
Las mealopeptidasas, que juegan un importante papel en la infección bacteriana son, por ejemplo, las de los Streptococos parasanguis, P. aeruginosa, S. pyogenes.
Además, las metalopeptidasas bacterianas juegan un importante papel en las enfermedades causadas por toxinas proteolíticas como las toxinas del B. anthracis y C. botulinum.
Otra utilización de los inhibidores de la proteinasa es el tratamiento de infecciones generadas por Y. pestis.
Los inhibidores de la proteinasa también son activos contra infecciones causadas por virus, principalmente el HIV y el virus A de al gripe.
La importancia de los inhibidores de la proteinasa para el tratamiento de enfermedades virales o bacterianas se puede encontrar en J. Potempa, J. Travis, (Proteinases as virulence factors in bacterial diseases and as potencial targets for therapeutic interaction with proteinase inhibitors. In porteases as targets for therapy. 99, 159-188 -Eds K. Helm, B. D. Korant and J. C. Cheronis- Spinger Handbook Exp. Pharm. 140).
Tal como se utiliza en la presente especificación, péptido SMR1 significa proteína SMR1, un péptido generado a partir de la SMR1, también llamado un producto de maduración de la proteína SMR1, o uno de los derivados biológicamente activos de la mencionada proteína o del mencionado producto de maduración.
En una forma de realización preferencial, el péptido SMR1 es un compuesto de fórmula estructural (1):
X_{1}QHX_{2}X_{3}X_{4}
donde X_{1} denota un átomo de hidrógeno o X_{1} representa una cadena de aminoácido seleccionada de lo siguiente: X_{1} = R o G, X_{1} = RR, o X_{1} =PRR, o X_{1} = GPRR, o X_{1} = RGPRR, o X_{1} = VGPRR, X_{2} indica N, G o D, X_{3} indica P o L y X_{4} indica R o T.
Los péptidos preferenciales comprende péptidos de secuencia:
QHNPR, RQHNPR y VRGPRRQHNPR de Ratus norvegius,
QHRLR y RQHNLR de Ratus ratus,
GQHGPR y GQHDPT de ratón.
En las anteriores secuencias de aminoácidos:
Q representa glutamina,
H representa histidina,
N representa aspargina,
G representa glicina,
P representa prolina,
R representa arginina,
L representa leucina
T representa treonina y
D representa ácido aspártico.
Los sustratos de la EPN son principalmente las hormonas peptídicas: encefalinas, sustancia P, bradiquinina, angiotensina II y el péptido natriurético atrial, que juegan un papel clave en la percepción del dolor central y periférico, fenómenos inflamatorios y/o tono arterial.
Para los propósitos de la invención, un "péptido" es una molécula compuesta por una serie lineal de enlaces peptídicos. Esta serie lineal puede ser opcionalmente cíclica, es decir, las terminaciones del péptido lineal o las cadenas laterales de los aminoácidos a lo largo del péptido se pueden enlazar, por ejemplo, por un enlace químico. Estos péptidos, según la invención pueden incluir desde aproximadamente tres hasta aproximadamente 500 aminoácidos y además pueden incluir estructuras secundarias, terciarias o cuaternarias, así como asociaciones intermoleculares con otros péptidos u otras moléculas que no son péptidos. Estas asociaciones intermoleculares pueden ser por medio de enlaces covalentes (por ejemplo, enlaces bisulfuro), o a través de quelación, interacciones electrostáticas, interacciones hidrofóbicas, puentes de hidrógeno, interacciones ión-dipolo, interacciones dipolo-dipolo o cualquier combinación de estas interacciones.
Los péptidos preferenciales según la invención comprenden una secuencia de aminoácidos seleccionada del grupo que consiste en:
1
en los que las secuencias aparecen en configuración N a C y en las que Glp es piroglutamato, Gln es glutamina, His es histidina, Asn es asparagina, Pro es prolina, Arg es arginina, Gly es glicina, Val es valina, Leu es leucina y Thr es treonina.
En estos péptidos, debido a la ciclización/desciclización del N-terminal, Glp y Gln se interconvierten.
Además, ciertos péptidos preferenciales según la invención comprenden, consisten esencialmente de, o consisten en una variante del alélico de un péptido que aparece en cualquiera de las SEQ.ID.N^{os} 1-8. Tal como se utiliza aquí, una "variante alélica" es un péptido que tiene uno o dos aminoácidos sustituidos de un péptido madre, pero conserva la especificidad enlazante y/o la actividad fisiológica del péptido madre. Tal como se utiliza aquí, "retener la especificidad enlazante del péptido madre" significa el ser capaz de enlazarse a un anticuerpo monoclónico o policlónico que se enlaza a uno de los péptidos que aparecen con SEQ.ID.N^{os} 1-8 con una afinidad que es al menos una décima parte, preferiblemente al menos la mitad, y más preferentemente al menos tan grande como la de los péptidos que aparecen con los SEQ.ID.Nº^{s} 1-8. La determinación de esta afinidad se lleva a cabo, preferentemente, bajo condiciones estándar de inmunoensayos de competitividad enlazante. "Retener la actividad fisiológica del péptido madre" significa retener la habilidad de cualquiera de los péptidos que aparecen en los SEQ.ID.N^{os} 1-8 para enlazar y modular la actividad de la EPN y para optimizar las respuestas homeostáticas al estrés locales e internas, nociceptivas, inflamatorias, aumento de la tensión sanguínea y/o iónicas. La determinación de cuando esta actividad se modula se describe con más detalle más adelante en esta especificación. El término "variantes alélicas" indica la intención de incluir algunos análogos humanos de los péptidos indicados en los SEQ.ID.N^{os} 1-8 que no tienen la secuencia de aminoácidos idéntica a éstos.
Los péptidos según la invención se pueden sintetizar convenientemente utilizando técnicas conocidas (véase por ejemplo, Merrifield, J. Am. Chem. Soc. 85: 2149-2154).
Los peptidomiméticos preferenciales mantienen, como se ha descrito anteriormente, la especificidad enlazante y/o actividad del péptido madre. Tal como se utiliza aquí, un "peptidomimético" es una molécula orgánica que imita algunas propiedades de los péptidos, preferentemente su especificidad enlazante y su actividad fisiológica. Los peptidomiméticos preferenciales se obtienen por modificación estructural de los péptidos según la invención, preferentemente utilizando aminoácidos no naturales, aminoácidos D en vez de aminoácidos L, restricciones conformacionales, sustitución isostérica, ciclización u otras modificaciones. Otras modificaciones preferenciales incluyen, sin ninguna limitación, aquellas en las que uno o más enlaces amida se sustituyen por un enlace que no es de amida, y/o uno o más aminoácidos de cadena lateral se sustituyen por una mitad químicamente diferente, o uno o más de los N-terminales, de los C-terminales o uno o más de los laterales de las cadenas se protegen con un grupo protector, y/o los enlaces dobles y/o ciclización y/o la esteroespecificidad se introducen en la cadena de aminoácidos para incrementar la rigidez y/o afinidad enlazante.
Otras modificaciones preferenciales incluyen aquellas que intentan realzar la resistencia a la degradación enzimática, mejorar la biodisponibilidad de los tejidos nerviosos y de las gónadas y, más generalmente, las propiedades farmacocinéticas. Éstas especialmente comprenden:
- la protección de los grupos hidrofílicos NH_{2} y COOH por la esterificación del grupo COOH con alcoholes lipofílicos o por amidación del grupo COOH y/o acetilación del grupo NH_{2} o por adición de cadenas hidrofóbicas aromáticas o carboxialquilos en el término NH_{2};
- retroinversión de los isómeros de los enlaces amida CO-NH o metilación (o cetometileno, metilenoxi, hidroximetileno) de las funciones amida;
- sustitución de aminoácidos L por aminoácidos D.
Todas estas variaciones son muy bien conocidas en la técnica. De esta forma, a partir de las secuencias de péptidos descritas aquí, los expertos en la materia serán capaces de diseñar y producir peptidomiméticos con características enlazantes similares o superiores a tales péptidos (véase por ejemplo, Horwell et al., Bioorg. Med. Chem. 4: 1573 (1996); Liskamp et al., Recl. Trav. Chim. Pays-Bas 1: 113 (1994); Gante et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33: 1699 (1994); Seebach et al., Helv. Chim. Acta 79:913 (1996)).
Descripción breve de los dibujos
Figura 1-A: influencia de la concentración de proteína de membrana de medula espinal en hidrólisis de sustancia P (25 nM) en presencia o ausencia del inhibidor de la EPN, phosphoramidon, 10 \muM. Cada punto representa el porcentaje de 3H-sustancia P hidrolizada por la membrana de la médula espinal incubada 15 minutos a 30ºC en 250 \mul de volumen final de disolución reguladora de Tris-HCl.
Figura 1-B: transcurso del tiempo de la hidrólisis de la sustancia P (12,5 nM) por las preparaciones de membrana de la médula espinal de rata en presencia o ausencia de diferentes inhibidores de la peptidasa a concentración final de 10 \muM: -un inhibidor ACE, captopril,- los inhibidores del CPB y del DPPIV, los inhibidores GEMSA y DPPIV. Cada punto representa el porcentaje de 3H-sustancia P hidrolizada por 250 \mug de proteínas de membrana incubadas a 25ºC en 250 \mul de volumen final de disolución reguladora de Tris-HCl.
Figura 2: actividad de la met-encefalinasa en secciones de médula espinal, en presencia o ausencia de diferentes inhibidores de la peptidasa a 10 \muM de concentración final: -un inhibidor de la EPN, phosphoramidon,- un inhibidor de la EPN, thiorphan, -los inhibidores del CPB y del DPPIV, inhibidores del GEMSA y DPPIV,- el SMR1-QHNPR solo o combinado con los inhibidores del CPB y DPPIV. El control representa la reposición de la met-encefalina en ausencia de secciones de tejido.
2-A: los valores representan la concentración de la met-encefalina intacta e inmunoreactiva determinada por análisis con RIA (\muM) y recuperado después de 20 minutos. La incubación fue a 25ºC con 1 mg de secciones de tejido fresco en 1 ml de volumen final de disolución reguladora de KRBG.
2-B: los valores representan la cantidad de met-encefalina intacta (la media de dos determinaciones) determinada por análisis de RP-HPLC (altura máxima con un tiempo de retención de 18,9 minutos) recuperado después de 20 minutos de incubación a 25ºC con 1 mg de secciones de tejido fresco en 1 ml de volumen final de disolución reguladora de KRBG.
Figura 3-A: hidrólisis de la sustancia P (25 nM) de secciones de médula espinal de rata en presencia o ausencia de varios inhibidores de la peptidasa a 10 \muM de concentración final: -un inhibidor de la EPN, phosphoramidon,- un inhibidor de la EPN, thiorphan, - el inhibidor de CPB y DPPIV, el inhibidor de GEMSA y DPPIV, el SMR1-QHNPR solo o combinado con inhibidores de CPB y DPPIV. El control representa la hidrólisis de la 3H sustancia P hidrolizada con 1 mg de secciones de tejido fresco incubado a 25ºC en 1 ml de volumen final de disolución reguladora de KRBG.
Figura 3-B: inhibición dependiente de la concentración por SMR1-QHNPR del catabolismo de 3H-sustancia P (12,5 nM) en preparaciones de membrana de médula espinal de rata. Comparación con -un inhibidor de la EPN, phosphoramidon y,- inhibidores CPB y DPPIV, inhibidor GEMSA + DPPIV. Comparación entre la actividad inhibidora llevada a cabo por el péptido QHNPR solo o en combinación con los inhibidores CPB y DPPIV. Cada punto representa la recuperación media (en porcentaje) de 3H-sustancia P después de 10 minutos. La incubación se realizó a 25ºC con 250 \mug de proteína de membrana en 250 \mul de disolución reguladora Tris-HCl (la media se obtiene a partir de 2 determinaciones).
Los péptidos utilizados, según la presente invención, se pueden preparar de forma convencional a partir de la síntesis de péptidos en fase líquida o sólida por acoplamientos sucesivos de los diferentes residuos de aminoácidos que se van a incorporar (desde la terminación N-terminal hasta la terminación C-terminal en fase líquida, o desde la terminación C-terminal hasta la terminación N-terminal en fase sólida) en los que se termina en el N-terminal y donde las cadenas laterales reactivas se bloquean previamente por medio de grupos convencionales.
Para la síntesis en fase sólida se puede utilizar preferentemente la técnica descrita por Merrifield. Alternativamente, se puede utilizar también la técnica descrita por Houbenweyl en 1974.
Para más detalles se puede consultar el documento WO 98/37100.
Los péptidos utilizados por los procedimientos según la presente invención se pueden obtener utilizando procedimientos de ingeniería genética. La secuencia de ácidos nucleicos del ADNc que codifican la proteína SMR1 de 146 aminoácidos se ha descrito en la aplicación de la patente PCT número WO90/03891 (Rougeon et al.). Para los péptidos activos biológicamente derivados del péptido SMR1, por ejemplo un derivado de X1QHX2X3X4, los expertos en la materia se referirán a la documentación general para determinar que codones son apropiados y se pueden utilizar para sintetizar el péptido deseado.
Más adelante se describen los procedimientos que permiten a los expertos en la materia seleccionar y purificar los derivados activos biológicamente, que se enlazan a las mismas dianas y que tienen alguna actividad biológica agonista o antagonista similar al péptido SMR1 de la invención.
El derivado activo biológicamente del péptido SMR1 puede ser una proteína, un péptido, una hormona, un anticuerpo o un compuesto sintético, que bien es una molécula peptídica o no peptídica, así como algún compuesto que se pueda sintetizar por procedimientos convencionales de química orgánica.
La selección de los derivados biológicamente activos del péptido SMR1 de la invención se lleva a cabo evaluando el enlace de una molécula ligando candidata al centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR, y determinando los cambios metabólicos introducidos por la molécula candidata en su diana, como es la síntesis y/o liberación de los metabolitos mensajeros primario y secundario como consecuencia de la señal de transducción a través de las proteínas quinasas o ciclasa adenilata y de la activación de una proteína de la familia G, o la variación de la actividad enzimática de la EPN, especialmente en el metabolismo de los sustratos de la EPN natural.
Los ensayos enlazantes de las moléculas candidatas se llevan a cabo generalmente de 4ºC a 25ºC ó 37ºC. Con objeto de facilitar la lectura del protocolo descrito más adelante, el pentapéptido QHNPR se utiliza en lugar de o en competencia con un derivado activo biológicamente de la molécula candidata.
Según esto, un objeto de la presente invención es un proceso para seleccionar moléculas ligando que se enlazan específicamente al centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR y que comprende los siguientes pasos:
a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes, o preparación de una muestra de órgano diana o una muestra de tejido (criosecciones o secciones o preparaciones de membrana u homogenatos en bruto) conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR;
b) adición de la molécula candidata para probarla compitiendo con concentraciones medio saturadas del pentapéptido marcado;
c) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) en presencia de la molécula candidata durante un tiempo suficiente y bajo unas condiciones en las que ocurre el enlace específico;
d) cuantificación del enlace específicamente marcado con la diana del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido en presencia de varias concentraciones de la molécula candidata (de 10^{-10} a 10^{-5} M).
En el proceso anteriormente mencionado, una concentración medio saturada es la concentración del pentapéptido QHNPR marcado que se enlaza al 50% de los centros de unión de la EPN.
Este proceso también permite definir la afinidad relativa de la molécula candidata comparada con la afinidad del QHNPR.
Otro objeto de la presente invención es un proceso para determinar la afinidad relativa de las moléculas ligando, que se enlazan específicamente a los centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR comprendiendo los pasos a), b), c) y d) del proceso anterior para cada molécula candidata y además comprende el paso e), que compara la afinidad de cada molécula candidata cuantificada en el paso d) con la de las otras moléculas candidatas.
Otro objeto de la presente invención es un proceso para determinar la afinidad de las moléculas ligando, que se enlazan específicamente al centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR comprendiendo los siguientes pasos:
a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes o preparación de una muestra de órgano diana o una muestra de tejido (criosecciones o secciones o preparaciones de membrana u homogenatos en bruto) conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR;
b) adición de la molécula candidata, que previamente se ha marcado como radiactiva o no radiactiva;
c) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) en presencia de la molécula candidata marcada durante un tiempo suficiente y bajo unas condiciones en las que se lleva a cabo el enlace específico;
d) cuantificación del enlace específicamente marcado al cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido diana en presencia de varias concentraciones de la molécula candidata marcada (de 10^{-10} a 10^{-5} M).
La molécula ligando candidata se puede marcar radiactivamente (^{32}P, ^{35}S, ^{3}H, ^{125}I, etc.) o no radiactivamente (biotina, dioxigenina, fluoresceina, etc.).
De esta forma, la presente invención también se puede aplicar a un proceso para seleccionar moléculas ligando, que poseen actividad biológica agonista en el centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR, comprendiendo los siguientes pasos:
a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes o preparación de una muestra de órgano diana o una muestra de tejido (criosecciones o secciones o preparaciones de membrana u homogenatos en bruto) conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR;
b) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) en concentraciones que permitan la medida de la actividad enzimática de la EPN bajo condiciones de velocidad iniciales en presencia de la molécula candidata (10^{-10} a 10^{-5} M), una concentración medio saturada de QHNPR y un sustrato de EPN durante un tiempo suficiente para la hidrólisis del sustrato de EPN, que tiene lugar bajo las condiciones de velocidad iniciales;
c) cuantificación de la actividad de la EPN presente en el material del paso a) midiendo los niveles de la hidrólisis del sustrato de EPN, respectivamente en presencia o ausencia de la molécula ligando candidata y en presencia o ausencia de QHNPR.
En el proceso mencionado anteriormente, una concentración medio saturada es la concentración del pentapéptido QHNPR que reduce a la mitad la degradación del sustrato de la EPN.
Otro objeto de la presente invención comprende un proceso para seleccionar las moléculas ligando que poseen una actividad biológica antagonista en el centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR, comprendiendo los siguientes pasos:
a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes o preparación de una muestra de órgano diana o una muestra de tejido (criosecciones o secciones o preparaciones de membrana u homogenatos en bruto) conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR;
b) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) a concentraciones que permitan la medida de la actividad enzimática de la EPN bajo condiciones de velocidad iniciales en presencia de una concentración submáxima del péptido XQHNPR, especialmente del péptido QHNPR y un sustrato de la EPN, en presencia de la molécula candidata durante un tiempo suficiente para que se lleve a cabo la hidrólisis del sustrato de EPN bajo las condiciones de velocidad iniciales;
c) cuantificación de la actividad de la EPN presente en el material del paso a) midiendo los niveles de la hidrólisis del sustrato de EPN, respectivamente en presencia o ausencia de la molécula ligando candidata y en presencia o ausencia de QHNPR.
En una forma de realización preferencial del proceso anteriormente mencionado, una concentración submáxima es una concentración del pentapéptido que reduce la degradación del sustrato en al menos un 50% y preferentemente en al menos un 75%.
Como se ha mencionado anteriormente, otro ensayo metabólico, con el fin de evaluar la actividad agonista o antagonista de la molécula ligando candidata, comprende la incubación del candidato ligando en presencia de un cultivo de células primario o de una línea de células establecida o de una muestra de tejido de rata, ratón o de origen humano y un sustrato de la EPN endógeno o exógeno determinando, de forma cuantitativa y cualitativa, la hidrólisis del sustrato de la EPN.
Una muestra de tejido que se utiliza preferentemente en los procedimientos de selección, según la presente invención, es una preparación de membranas o secciones de médula espinal de ratas, un tejido conocido que es apropiado para medir la actividad de la EPN.
Otros ejemplos de tejidos preferentes que se pueden utilizar en los procedimientos de selección, según la presente invención, son todas las preparaciones de tejidos periféricos que se conoce que están enriquecidos en EPN-peptidasa y/o son dianas del péptido SMR1, por ejemplo, la médula externa renal de la rata, placenta, testículos, próstata y hueso. Adicionalmente, este procedimiento también se puede aplicar a tejidos y/o células de ratón o de origen humano o líneas de células transfectadas con el ADNc de la EPN humana.
Los derivados biológicamente activos preferentes del péptido SMR1, especialmente de X_{1}QHX_{2}X_{3}X_{4}, tienen mejores propiedades farmacodinámicas que los endrógenos naturales o sintéticos del péptido X_{1}QHX_{2}X_{3}X_{4}, y de esta forma poseen una vida media en vivo mayor, comparada con sus homólogos naturales, y una mejor biodisponibilidad en un espacio/tejido determinado, especialmente en los tejidos nerviosos y de las gónadas.
De esta manera, también se describen los productos de maduración de la SMR1 y los derivados biológicamente activos de la proteína SMR1 o de sus productos de maduración, que se han seleccionado según los procesos de selección descritos anteriormente, siempre que no tengan la estructura de la fórmula (1) anterior. De hecho, también se excluye el aminoácido 146 de la proteína que constituye la proteína SMR1 (PCT Patent Application Nº WO90/03981).
También se describe aquí un derivado biológicamente activo del péptido SMR1, caracterizado por su capacidad de incrementar o reducir la actividad de la metalopeptidasa o de prevenir la interacción normal entre el péptido SMR1 y dicha metalopeptidasa. La metalopeptidasa mencionada es preferentemente una metalopeptidasa de cinc de membrana. Con mayor preferencia la mencionada metalopeptidasa de cinc de membrana es la EPN.
Los derivados biológicamente activos del péptido SMR1, así caracterizados, también incluyen los productos de maduración de la proteína SMR1, siempre que no tengan la estructura de la fórmula (1) anterior.
Los productos de maduración de la SMR1 y los derivados biológicamente activos de la proteína SMR1 o de sus productos de maduración se han seleccionado según las siguiente forma de realización preferencial: primero según su habilidad para enlazarse a las mismas dianas que el péptido X_{1}QHX_{2}X_{3}X_{4},especialmente QHNPR, y segundo por su capacidad para modular la hidrólisis del sustrato de una metalopeptidasa, por ejemplo la EPN in vitro o en vivo.
Se entiende por "modular" que el péptido SMR1 mencionado tiene capacidad para aumentar o disminuir la actividad de la metalopeptidasa o para prevenir la interacción normal entre el péptido SMR1 y la mencionada metalopeptidasa.
Los péptidos o peptidomiméticos descritos aquí se pueden administrar por varios métodos. Según algunas formas de realización preferenciales, la administración puede ser parental, más preferentemente intravenosa. En otras formas de realización preferenciales la administración puede ser intranasal, oral, sublingual, transmucosal, intrarespiratoria o por medio de un parche inerte o iontoforético.
Las dosis del péptido o peptidomiméticas, cuando se administren, dependerán del paciente en si, de su condición y de la ruta de administración. Se pueden determinar empíricamente por la reducción o eliminación relacionada con los desórdenes patológicos mencionados anteriormente en respuesta a un aumento de las dosis. Las dosis preferenciales van desde aproximadamente 0,1 \mug/kg hasta aproximadamente 1 mg/kg, más preferentemente desde aproximadamente 1 \mug/kg hasta aproximadamente 100 \mug/kg, y aún más preferentemente desde aproximadamente 1 \mug/kg hasta aproximadamente 50 \mug/kg.
También se describe un complejo molecular que comprende:
- el receptor EPN o el centro de unión de la SMR1 del receptor EPN;
- el péptido SMR1
La presente invención se ilustra en detalle con los siguientes ejemplos sin que quede limitada de ningún modo en su alcance a estas formas de realización específicas.
Ejemplo
Exploración ex vivo de las consecuencias funcionales resultantes de la interacción del péptido SMR1-QHNPR con la EPN
Las consecuencias de la protección de los péptidos sensibles a la EPN exógena por medio del pentapéptido SMR1 se evaluaron utilizando preparaciones de membrana y secciones frescos de tejidos nerviosos de rata en los niveles extracelulares de la met-encefalina y la sustancia P.
1. Materiales y procesos 1.1. Preparaciones de animales y tejidos
Se utilizaron ratas macho de Wistar (Iffa Credo) maduras sexualmente (de 7 a 9 semanas). Hasta el día del experimento, las ratas se mantuvieron en condiciones de temperatura ambiente constante (24ºC) y sometidas a un ciclo de horas luminosas (encendido a las 8:00 horas/apagado a las 20:00 horas) sin restricción de comida ni agua. El día del experimento, los animales se sacrificaron por perforación cardiaca con calmantes (Sanofi, 45 mg/kg de peso del cuerpo) o ketamina (Imalgene 500, Rhone Merieux, 150 mg/kg de peso del cuerpo) anestesia o alternativamente asfixia por dióxido de carbono.
\bullet Secciones de tejido fresco
Los órganos se extirparon rápidamente, se diseccionaron en hielo, se quitaron los nervios y los tejidos adiposos y a continuación se lavaron con glucosa oxigenada fría y bicarbonato contenido en la solución de Krebs Ringer (KRBG), cuya composición es la siguiente: 120 mM de NaCl-5 mM de KCl-1,2 mM de KH_{2}PO_{4}-27,5 mM de NaHCO_{3}-2,6 mM de CaCl_{2}-0,67 mM de MgSO_{4}-5,9 mM de glucosa. Las secciones de los tejidos se prepararon bien manualmente con la ayuda de un bisturí (1-2 mm de espesor), bien mecánicamente con la ayuda de un "cortador de tejidos" (1 mm de espesor). A continuación las secciones se repartieron en tubos de reacción donde se lavaron tres veces consecutivas con la KRBG oxigenada fría con hielo. A continuación se mantuvieron a 4ºC en la misma disolución reguladora con un suplemento de 10 \muM de Bestatin (una aminopeptidasa de membrana, APN, inhibidor, Roche) y se oxigenaron en una atmósfera compuesta por un 95% de O2 y un 5% de CO2 hasta que se pudieron utilizar como fuente de enzimas.
\bullet Preparaciones de membrana
Los órganos diseccionados se lavaron con KRBG fría con hielo homogeneizado a 4ºC en 10 volúmenes (vol./wt.) de 50 mM de disolución reguladora Tris-HCl a pH 7,2, utilizando un homogeneizador de teflón-vidrio (3X5 sec.). Para eliminar los restos y el núcleo del aglomerado se realizó una primera centrifugación de 5 minutos a 1000 X g y 4ºC. Para concentrar la fracción de membrana en el aglomerado, que se lavará superficialmente tres veces con una disolución reguladora de Tris-HCl fría y se volverá a dejar en una nueva disolución reguladora utilizando el homogeneizador de Kontes, alicuotado y almacenado a -80ºC mientras se espera al menos durante tres meses que se utilice como fuente enzimática, se realizará una segunda centrifugación a 100.000 X g y 5ºC.
1.2. Determinación de las proteínas
Para la determinación de las concentraciones de las proteínas del tejido y la membrana se utilizó el ensayo de proteínas DC de Bio-Rad (Bio-Rad). Al igual que en el ensayo de Lowry, el kit Bio-Rad se basa en la reacción del contenido de una proteína de muestra con una solución alcalina de tartato de cobre y el reactivo de Folin. La absorbancia se lee a 750 nm a partir de los 15 minutos hasta 2 horas después de la adición del reactivo. La curva de calibración se prepara a partir de diluciones de una solución estándar de ASB (albúmina de suero bovino) que van desde 0,2 hasta 1,44 mg/ml de proteína.
1.3. Medida de al actividad enzimática de la EPN 1.3.1. Fuentes, sustratos e inhibidores de la EPN
Para los experimentos de análisis de la actividad de la peptidasa EPN se desarrolló un modelo ex vivo, utilizando incubaciones de preparaciones de membrana y secciones de tejido fresco a partir de tejidos nerviosos que se sabe que son apropiados para explorar la actividad de la peptidasa EPN, es decir, la zona dorsal de la medula espinal de la rata. La evaluación del metabolismo de los péptidos sensibles a la EPN se midió utilizando los sustratos de EPN implicados en la señalización de la respuesta nociceptiva: los neuropéptidos met-encefalina y la sustancia P. Se utilizó met-encefalina nativa (Peninsula, 10 \muM) y sustancia P tritiada modificada: [(3,4^{3}H) Pro^{2}-Sar^{9}-Met(O_{2})^{11}]-sustancia P con una radiactividad específica de 40 Ci/mmol. (NEN, 12,5-25 Nm).
El objetivo era medir la endoproteolisis específica de la EPN de estos sustratos. Para ello, en cada prueba se analizó la hidrólisis del sustrato en presencia y ausencia de inhibidores específicos de la EPN (10 \muM de phosphoramidon, Roche y/o 1-10 \muM de thiorphan, Sigma), y en todos casos en presencia de un inhibidor de APN, Bestatin (10 \muM). Además, para estudiar el papel funcional del SMR1-QHNPR, la reacción se llevó a cabo en presencia del péptido SMR1 solo o combinado con inhibidores específicos de peptidasas de membrana, que podrían inactivar el péptido QHNPR por ruptura de la terminación C-terminal: un inhibidor de la carboxipeptidasa B (GEMSA, 10 \muM, Sigma) y un inhibidor de la dipeptidilpeptidasa IV (DPPIV inhibitor, 10 \muM, Roche).
1.3.2. El ensayo de actividad enzimática \bullet Secciones de tejido fresco
En primer lugar, las secciones de tejido fresco se preincubaron en medio KRBG conteniendo 10 \muM de bestatin, a 25, 30 ó 37ºC en un baño de agua con agitación constante y bajo una atmósfera con el 95% O2 y el 5% de CO2, en presencia y en ausencia del inhibidor de la EPN. Al final del periodo de preincubación (15 minutos), el medio se reemplazó con un medio nuevo que contenía el sustrato solo o combinado con un inhibidor de la EPN o SMR1-QHNPR y la incubación se llevó a cabo con las mismas condiciones que la preincubación. Al final del periodo de incubación (de 5 a 30 minutos), el medio se transfirió a tubos enfriados con hielo conteniendo ácido clorhídrico, de tal forma que la concentración final de HCl fuera 0,1 N. Las muestras se mantuvieron a -30ºC hasta que se midió su sustrato intacto y su contenido de metabolitos.
La temperatura y el tiempo de incubación, así como la concentración de sustrato y de enzima de tejido, se definieron según los resultados, así como la actividad hidrolítica de la EPN se medirá bajo las condiciones de velocidad inicial.
\bullet Preparaciones de membrana
Las preparaciones de membrana se preincubaron en 50 mM de disolución reguladora de Tris-HCl a pH 7,2 y conteniendo 10 \muM de bestatin, a 25, 30 ó 37ºC en un baño de agua con agitación constante, en presencia y en ausencia del inhibidor de la EPN. Al final del periodo de preincubación (10 minutos), el sustrato se añadió solo o combinado con el inhibidor de la EPN o con SMR1-QHNPR y la incubación se llevó a cabo en las mismas condiciones de incubación que la preincubación. Al final del periodo de incubación, la reacción se paró por enfriamiento a 4ºC y se añadió ácido clorhídrico de tal forma que la concentración final del HCl fuera de 0,3 N. Las muestras se mantuvieron a -30ºC hasta que se midió su sustrato intacto y su contenido de metabolitos.
La temperatura y el tiempo de incubación, así como la concentración de sustrato y de enzima de membrana, se definieron según los resultados, así como la actividad hidrolítica de la EPN se medirá bajo las condiciones de velocidad inicial.
1.3.3. La detección del sustrato y sus metabolitos
Para separar, detectar y cuantificar el sustrato intacto y sus metabolitos se utilizaron varias técnicas, dependiendo de si el sustrato estaba radiomarcado o no: dos se basan en el principio de cromatografía en fase reversa para el aislamiento selectivo de los productos de reacción (C-18 Sep-Pak cartridges y RP-HPLC) y el tercero se basa en la detección específica del sustrato por radioinmunoensayo (RIA).
\bullet Los C-18 Sep-Pak cartridges
Los C-18 Sep-Pak cartridges (Waters) se utilizaron para analizar la hidrólisis de los péptidos radiomarcados: separan compuestos según sus diferencias en polaridad. Este procedimiento de extracción en fase sólida permite aislar el sustrato de sus metabolitos, ya que el carácter hidrofóbico de los metabolitos del péptido se reduce o incluso se pierde comparado con el del sustrato del péptido intacto.
Los 3H-metabolitos de la sustancia P radiomarcada se eluden en dos pasos: uno con H_{2}O-0,1% TFA y el segundo con metanol al 20%-0,1% TFA, mientras de la 3H-sustancia P intacta se elude en el tercer paso con metanol al 70-100%-0,1 TFA. La radiactividad de los compuestos extraídos y aislados se determina por espectrometría de centelleo líquido.
\bullet RP-HPCL (cromatografía líquida de alta eficiencia en fase reversa)
HPLC es un procedimiento de alta resolución que permite aislar y detectar por análisis del espectrofotómetro acoplado los péptidos no radiactivos cuya concentración es de al menos de 1 a 10 \muM. El C-18 RP-HPCL se basa en el mismo principio que el C-18 Sep-Pak cartridge. Los análisis cromatográficos se utilizaron para estudiar la hidrólisis de la met-encefalina, que se realizó en una columna analítica LUNA C-18 (150 X 4,6 mm de diámetro interno, AIT) empaquetado con esferas de diámetro de 5 \mum.
RP-HPLC se lleva a cabo con un gradiente linear de 30 minutos en un paso que va desde H_{2}O-0,1% TFA hasta 100% acetonitril-0,1% TFA, con un índice de flujo de 1 ml/min, que conduce a la separación resolutiva de los dos metabolitos de la met-encefalina y del sustrato intacto. Su identificación y cuantificación relativa (pico máximo) se chequean por monitorización continua de absorbancia UV a 254 nm del flujo saliente de la columna.
\bullet Ensayo RIA (radioinmunoensayo)
RIA es un buen procedimiento analítico, que permite cuantificar los compuestos cuya concentración se encuentra entre 1 y 100 nM o incluso menos. En este caso se utilizó un sistema RIA competitivo: la cantidad de antígeno radiactivo enlazado al anticuerpo disminuye de forma inversamente proporcional a la cantidad de antígeno contenida en la solución estándar o en la muestra. El antígeno radiactivo libre se separa del complejo antígeno radiactivo - anticuerpo por inmunoprecipitación.
La actividad de la encefalinasa EPN se monitoriza por cuantificación de la desaparición del sustrato inicial met-encefalina. El primer anticuerpo utilizado es un anticuerpo de conejo dirigido contra la terminación C-terminal de la met-encefalina (la reactividad cruzada con metabolitos u otros péptidos es \leq 1%) (Goros et al, J. Neurochem. (1978), 31; 29-39. Radio immunoassay of methionine and leucine enkephalins in regions of rat brain and comparison with endorphins estimated by a radioreceptor assay). El segundo anticuerpo es un anticuerpo de caballo dirigido contra las inmunoglobulinas del conejo. El antígeno radiomarcado met-encefalina yodada (^{125}I-met-enk encefalina) con una radiactividad específica estimada de 3000 Ci/mmol.
Brevemente, el RIA de la met-encefalina se lleva a cabo en 100 mM de disolución reguladora Tns/HCl a pH 8,6 conteniendo 0,1% BSA y 0,1% Triton X 100. La solución estándar (1-100 nM) o la muestra (100 \muM), diluidas en el anticuerpo anti-met-encefalina (100 \muM, 1/2000) y ^{125}I-met-enk (10000 cpm, 100 \mul) se incuban durante la noche a 4ºC. Las fracciones enlazadas y libres se separaron por inmunoprecipitación con una segunda inmunoglobulina anticonejo en presencia de polietileno glicol 6000 (6%). Después de la centrifugación, el precipitado enlazado radiactivo se cuantifica utilizando un espectrómetro de rayos gamma.
2. Resultados
Para especificar el papel inhibidor del SMR1-QHNPR en la actividad enzimática de la EPN, fue necesario desarrollar primero un protocolo experimental que permitiera llevar a cabo la hidrólisis de los péptidos de met-encefalina y de la sustancia P bajo condiciones de medida de la velocidad inicial.
2.1. Búsqueda de las condiciones experimentales de medida de la velocidad inicial de la actividad de la EPN 2.1.1. Hidrólisis de la met-encefalina nativa
En una primera serie del experimento, las secciones y las preparaciones de membrana de tejido de médula espinal se incubaron a 30ºC en un volumen final de 1 ml de KRBG y a 37ºC en un volumen final de 0,25 ml de Tris-HCl 50 mM y pH 7,2.
\bullet Análisis RP-HPLC
La calibración del sistema de cromatografía RP-HPLC revela que el marcador met-encefalina se elude con un tiempo de retención de 18,8 minutos. En el caso de las muestras, se identificó un pico cuya altura incrementa considerablemente en presencia de un inhibidor específico de la EPN: este pico, cuyo tiempo de retención es de 18,8 \pm 0,2 minutos, se corresponde con el sustrato de met-encefalina intacto. Inversamente, en ausencia de los inhibidores de la EPN aparecen dos picos con tiempos de retención de 5,8 \pm 0,2 minutos y 12,8 \pm 0,1 minutos que se corresponden con los metabolitos Tyr-Gly-Gly y Phe-Met respectivamente. Este resultado indica que una enzima de tejido espinal ha dividido el sustrato predominante en el enlace amida Gly3-Phe4 del péptido, que se corresponde con la actividad de la encefalinasa.
A nivel de preparaciones de membrana, así como de secciones de tejido fresco, se observa durante 10 minutos de incubación a 37ºC una hidrólisis altamente específica de la EPN de la met-encefalina exógena: la actividad de la encefalinasa de la médula espinal provoca la desaparición del pico de met-encefalina y que se invierta en presencia de 10 \muM de phosphoramidon o 1 \muM de thiorphan (80-90% de inhibición). Adicionalmente, bajo estas condiciones, ambos inhibidores específicos de la EPN aseguran la casi completa inhibición de la actividad de la encefalinasa sobre el tiempo de incubación a 37ºC, de 10 a 30 minutos.
Puesto que la hidrólisis máxima se alcanzó a 37ºC de temperatura en 10 minutos de incubación, en los siguientes experimentos se redujo la temperatura de incubación hasta 30ºC y después hasta 25ºC. En las secciones de tejido fresco que se incubaron a 30ºC, el nivel de hidrólisis de la met-encefalina incrementó con el tiempo (desde 0 a 30 minutos). De la misma manera, en las preparaciones de membrana incubadas a 30ºC, se apreció un incremento del nivel de hidrólisis en relación con la concentración de enzimas (de 0 a 2 mg/ml). A pesar de esto, no se puede establecer una relación linear clara.
De hecho, la cromatografía HPLC junto con el análisis del espectrofotómetro es una técnica semicuantitativa y la única medida posible de las alturas de las áreas de los picos que no es lo suficientemente precisa como para calcular las relaciones proporcionales cuantitativas. Por lo tanto, para cuantificar de forma precisa la met-encefalina se utilizó la detección específica cuantitativa por RIA.
2.1.2. Hidrólisis de la sustancia P tritiada modificada
Se han establecido los parámetros experimentales que permiten estudiar, bajo condiciones de medida de velocidad inicial, la hidrólisis de los sustratos met-encefalina y sustancia P de los tejidos nerviosos que contienen EPN.
A este respecto, primero se probó la influencia de las concentraciones de proteínas de membrana de la médula espinal de la rata (desde 0,03 hasta 1mg/ml de concentración final) sobre el nivel de hidrólisis de sustancia P (25 nM) después de 15 minutos de incubación a 30ºC. Tal como se ilustra en la figura 1-A, los niveles de la degradación de la 3H-sustancia P, expresados en porcentaje de la concentración de sustrato inicial, incrementan proporcionalmente desde el 2 hasta el 25% como función lineal relacionada con la concentración de proteína de membrana. En presencia de 10 \muM de phosphoramidon se encontró una correlación más cercana de r=0,98, n=7 y en su ausencia de r=0,99 y n=7. Además, en las mismas condiciones experimentales, la adición de phosphoramidon resulta en una clara reducción de la degradación de la sustancia P (del 50 al 65% de protección del péptido exógeno).
De forma similar, se estudió el nivel de hidrólisis de la sustancia P (12,5 nM) en función del tiempo de incubación a 25ºC (5-20 minutos). Se eligió una concentración de proteína de membrana de 1 mg/ml. El catabolismo de la sustancia P por membranas de médula espinal aumenta linealmente con el tiempo de incubación, con una relación cercana a r=0,97 y n=18 (figura 1-B). El captopril (10 \muM), un potente inhibidor de la enzima convertidora de la angiotensina (ECA) que también divide la sustancia P, no tiene efecto en la actividad de las preparaciones de enzima de membrana ni de los inhibidores potentes de las enzimas CPB y DPPIV (compuestos protectores del catabolismo potencial del C-terminal del SMR1-QHNPR). Por lo tanto, parece que se han establecido las condiciones de medida de la velocidad inicial de la hidrólisis de la sustancia P por parte del tejido de médula espinal que contiene EPN. De todas formas, la actividad de los inhibidores EPN (phosphoramidon y thiorphan), no parece que sean proporcionalmente estables en función de la duración de la incubación. Por lo tanto, el efecto del péptido SMR1-QHNPR en la actividad de la EPN se va a estudiar sistemáticamente en función del tiempo de incubación.
2.1.3 Registro
Las condiciones experimentales, que permiten estudiar bajo las medidas de velocidad inicial el catabolismo de la met-encefalina y la sustancia P por tejidos de la médula espinal ex vivo se exponen en la siguiente tabla:
2
2.2. Estudio de las consecuencias funcionales resultantes de la interacción del péptido SMR1-QHNPR con NEP 2.2.1. Degradación de la met-encefalina por la EPN de la médula espinal
Primero se probó el efecto de una concentración fija de SMR1-QHNPR (10 \muM) en la actividad de la met-encefalinasa de secciones de médula espinal bajo las condiciones experimentales definidas en el párrafo 3.1.3.
\bullet Análisis RP-HPLC
Tal como se ilustra en la figura 2-B, el análisis de HPLC muestra una fuerte hidrólisis específica de la EPN del sustrato met-encefalina por secciones de médula espinal con 20 minutos de incubación a 25ºC. El phosphoramidon, a una concentración de 10 \muM, asegura la inhibición completa de la actividad de la met-encefalinasa y la adición del thiorphan (10 \muM) resulta en una clara reducción, del orden del 80%, de la degradación de la met-encefalina.
En el mismo experimento, el péptido QHNPR a 10 \muM de concentración, solo o combinado con los inhibidores de las proteasas CPB y DPPIV, tiene una actividad inhibidora del 70 u 80%; de esta forma el pentapéptido SMR1 es capaz de entrar en competición con el pentapéptido de encefalina por los centros de unión de la EPN, ambos estando en la misma concentración. Como en el caso de la degradación de la sustancia P por preparaciones de membrana espinal, los inhibidores de CPB y DDPIV solos no tienen ninguna actividad inhibidora intrínseca en la degradación de la met-encefalina por secciones espinales frescas. Además, aparentemente no es necesario proteger el SMR1-QHNPR, especialmente en su terminación C-terminal, de la actividad de la peptidasa potencialmente presente en las secciones frescas del tejido espinal.
Con el fin de cuantificar la actividad de la EPN y su inhibición, se ha analizado el mismo experimento con ayuda del RIA específico de la met-encefalina.
\bullet Ensayo RIA
De manera general, los resultados obtenidos por la fase inversa de la técnica HPLC se confirman con los derivados del ensayo RIA (figura 2-A). Con un periodo de incubación de 20 minutos a 25ºC, el phosphoramidon, thiorphan, así como el SMR1-QHNPR aparecen como compuestos muy potentes para proteger la met-encefalina a partir de la actividad degradante de la EPN. De esta forma, a concentración de 10 \muM, se previene casi totalmente la degradación de 10 \muM de met-encefalina por el tejido de la médula espinal: 96%, 100% y 96% de protección respectivamente.
En conclusión, todos estos resultados muestran el papel regulador negativo ejercido por el péptido SMR1-QHNPR en la actividad de la met-encefalinasa de los tejidos de nervio de rata, ex vivo.
2.2.2. Degradación de la sustancia P por la EPN de la médula espinal \bullet SMR1-QHNPR, un inhibidor de la actividad de la EPN en el catabolismo de la sustancia P
En el primer caso, el efecto del péptido QHNPR en la hidrólisis de la sustancia P se investigó como se había hecho antes con la met-encefalina. Por eso, se utilizaron secciones de médula espinal y se llevó a cabo una cinética sobre un periodo de incubación de 30 minutos bajo las condiciones de medida de la velocidad inicial definida en 2.1.3.
Como se ilustra en la figura 3-A, la reacción de hidrólisis de la sustancia P ocurre bajo unas condiciones de velocidad iniciales: se encontró una estrecha relación de r=0,99 entre el porcentaje de hidrólisis de sustancia P y el tiempo de incubación a 25ºC. 10 \muM de phosphoramidon o 10 \muM de thiorphan exhiben relativamente la misma actividad inhibidora (60-65% de inhibición). Se encontró que el péptido QHNPR (10 \muM) es un inhibidor eficiente: 75% de inhibición de la degradación de la sustancia P cuando está solo, más del 90% cuando se combina con GEMBA (10 \muM) e inhibidor DPPIV (10 \muM). Este último parece que muestra una actividad inhibidora inherente de la degradación de la sustancia P por parte del tejido espinal fresco.
Por otra parte, en este experimento, el efecto de los inhibidores es proporcionalmente estable en función de la duración de la incubación sobre un periodo de incubación de 30 minutos (r=0-99).
\bullet Determinación del IC_{50}
La curva de dosis-respuesta del efecto inhibidor del SMR1-QHNPR en la degradación de la 3H-sustancia P por parte de preparaciones de membrana de médula espinal, aparece en el panel derecho de la figura 3-B, permite el cálculo de un valor IC50 (concentración del inhibidor reducido por la mitad de la degradación de la 3H-sustancia P) de aproximadamente 10^{-7} M. En el mismo experimento, la comparación con phosphoramidon revela que la protección de la sustancia P exógena por parte del SMR1-QHNPR es equivalente a la obtenida con phosphoramidon (panel izquierdo de la figura 3-B). Además, el péptido QHNPR combinado con los inhibidores de CPB y DPPIV muestra una alta actividad inhibidora de la EPN, mayor que la del phosphoramidon (panel izquierdo de la figura 3-B).
2.2.3. Registro
El índice de metabolismo de los péptidos sensibles a la EPN se midió utilizando un sustrato tritiado junto con análisis cromatográfico (sustancia P) o utilizando sustrato nativo junto con cuantificación específica por RIA (met-encefalina). Bajo condiciones de medida de velocidad inicial de la actividad enzimática de la EPN, se observó que de la adición del pentapéptido SMR1 resulto una inhibición casi completa del catabolismo de la sustancia P y la met-encefalina exógena: la concentración de SMR1-QHNPR que reduce a la mitad la degradación de la sustancia P por medio de tejidos de médula espinal se calculó que era 10^{-7} M y su potencia inhibidora es equivalente a la de los inhibidores específicos bien conocidos de la EPN, thiorphan y phosphoramidon. A partir de estos resultados parece que, ex vivo, la eficiencia del SMR1-pentapéptido previene la degradación espinal inducida por la EPN de los neuropéptidos implicados en el control de la percepción del dolor espinal, es decir, de la sustancia P y la met-encefalina.

Claims (5)

1. Un procedimiento para seleccionar moléculas ligando que se enlazan específicamente al centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR, comprendiendo los siguientes pasos:
a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes, o preparación de una muestra de órgano diana o una muestra de tejido conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR;
b) adición de la molécula candidata para probarla compitiendo con concentraciones medio saturadas del pentapéptido marcado;
c) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) en presencia de la molécula candidata marcada durante un tiempo suficiente y bajo unas condiciones en las que se lleva a cabo el enlace específico;
d) cuantificación del enlace específicamente marcado con la diana del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido en presencia de varias concentraciones de la molécula candidata.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que además comprende el paso e) de comparar la afinidad de cada molécula candidata cuantificada en el paso d) con una de las otras moléculas candidatas, de tal forma que se determine la afinidad relativa de las moléculas ligando que se enlazan específicamente al centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR.
3. Un procedimiento para determinar la afinidad de moléculas ligando que se enlazan específicamente al centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR, comprendiendo los siguientes pasos:
a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes, o preparación de una muestra de órgano diana o una muestra de tejido conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR;
b) adición de la molécula candidata, que previamente se ha marcado como radiactiva o no radiactiva;
c) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) en presencia de la molécula candidata marcada durante un tiempo suficiente y bajo unas condiciones en las que se lleva a cabo el enlace específico;
d) cuantificación del enlace específicamente marcado al cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido diana en presencia de varias concentraciones de la molécula candidata marcada.
4. Un procedimiento para seleccionar moléculas ligando por su actividad biológica agonista en el centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR, comprendiendo los pasos de:
a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes o preparación de una muestra de órgano o una muestra de tejido diana conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR;
b) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) en concentraciones que permitan la medida de la actividad enzimática de la EPN bajo condiciones de velocidad iniciales en presencia de la molécula candidata, el pentapéptido QHNPR y un sustrato de EPN durante un tiempo suficiente para que se lleve a cabo la actividad hidrolítica de la EPN bajo las condiciones de velocidad iniciales, en las que el pentapéptido QHNPR se encuentra en una concentración que reduce a la mitad la degradación del sustrato de la EPN;
c) cuantificación de la actividad hidrolítica de la EPN presente en el material biológico del paso a) midiendo los niveles de la hidrólisis del sustrato de la EPN, respectivamente en presencia o ausencia de la molécula ligando candidata y en presencia o ausencia de QHNPR.
5. Un procedimiento para seleccionar moléculas ligando por su actividad biológica antagonista en el centro de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR, comprendiendo los pasos de:
a) preparación de un cultivo monocapa de células diana confluentes o preparación de una muestra de órgano o una muestra de tejido diana conteniendo centros de unión de la EPN con el pentapéptido QHNPR;
b) incubación del cultivo de células, muestra de órgano o muestra de tejido del paso a) en concentraciones que permitan la medida de la actividad enzimática de la EPN bajo las condiciones de velocidad iniciales en presencia de la molécula candidata, del pentapéptido QHNPR y de un sustrato de la EPN durante un tiempo suficiente para que se lleve a cabo la actividad hidrolítica de la EPN bajo las condiciones de velocidad iniciales, en las que la concentración del pentapéptido QHNPR es submáxima;
c) cuantificación de la actividad hidrolítica de la EPN presente en el material del paso a) midiendo los niveles de la hidrólisis del sustrato de la EPN, respectivamente en presencia o ausencia de la molécula ligando candidata y en presencia o ausencia de QHNPR.
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