ES2336634T3 - Moleculas diana quimericas que tienen una actividad regulable. - Google Patents

Moleculas diana quimericas que tienen una actividad regulable. Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UNA MOLECULA DIANA QUMERICA QUE TIENE UNA ACTIVIDAD QUE SE PUEDE REGULAR O MODULAR MEDIANTE UNA MOLECULA DE UNION. LA INVENCION SE REFIERE ASIMISMO A PROCEDIMIENTOS DE UTILIZACION DE DICHA MOLECULA DIANA QUIMERICA PARA DETECTAR LA PRESENCIA Y/O CANTIDAD DE UN ANALITO DESEADO EN UNA MUESTRA. DICHO ANALITO ES UNA MOLECULA DE UNION, O UN COMPETIDOR DE UNA MOLECULA DE UNION, EL CUAL, TRAS LA UNION A LA MOLECULA DIANA, ALTERA LA ACTIVIDAD DE LA MISMA DE FORMA DETECTABLE. EN UN ASPECTO DE LA INVENCION, UNA MOLECULA DE UNION SE UNE A LA MOLECULA QUIMERICA, INACTIVANDOLA. UN ANALITO EN UNA MUESTRA DE ENSAYO, COMPITE Y/O DESPLAZA LA MOLECULA DE UNION DE LA QUIMERA, REACTIVANDOLA. LA REAPARICION DE ACTIVIDAD EN PRESENCIA DEL ANALITO, INDICA SU PRESENCIA EN LA MUESTRA DE ENSAYO, Y SU CANTIDAD. OTRO ASPECTO DE LA INVENCION SE REFIERE A UNA MOLECULA DE UNION QUE REGULA UNA MOLECULA DIANA QUIMERICA, Y A PROCEDIMIENTOS DE PRODUCCION DE LA MISMA.

Description

Moléculas diana quiméricas que tienen una actividad regulable.
El desarrollo de ensayos para medición de la presencia y cantidad de sustancias deseadas es sumamente deseable para una diversidad de propósitos, que incluyen usos médicos, veterinarios, de investigación, y ambientales. Adicionalmente, es deseable diseñar y aislar moléculas que tengan una actividad que sea regulable por una sustancia deseada. Estas moléculas regulables son útiles para detectar la cantidad y presencia de un analito deseado, utilizando la capacidad del analito para regular directa o indirectamente (v.g., por competición) la actividad de la molécula.
J. Biol. Chem. 271 (agosto 1996), páginas 21251-21256 describe la actividad de \beta-galactosidasa como sonda molecular para detectar anticuerpos específicos.
P.N.A.S. USA 92 (junio 1995), páginas 5783-5787 describe un sistema sensor molecular basado en fosfatasa alcalina manipulada genéticamente.
Prot. Eng. 7 (abril 1994), páginas 509-514, describe la modulación de la actividad enzimática por fijación de anticuerpos a una proteína híbrida fosfatasa alcalina-epítope.
WO 92/07090 describe métodos para modificar y detectar los efectos sobre la interacción de polipéptidos modificados y sustratos diana.
La presente invención proporciona un método para determinar la presencia o cantidad de un analito en una muestra de test, que comprende: Un método para determinar la presencia o cantidad de un analito en una muestra de test, que comprende: (a) preparar ácidos nucleicos que codifican una enzima quimérica, en donde la actividad de la enzima quimérica se modula por fijación de una molécula de fijación, en donde dichos ácidos nucleicos se preparan por un método que comprende: (i) proporcionar bibliotecas de oligonucleótidos sintéticos degenerados que codifican mimotopos; (ii) expresar una biblioteca de enzimas quiméricas candidato preparadas por inserción de dichos oligonucleótidos en secuencias de ácido nucleico que codifican una enzima de partida para producir enzimas quiméricas candidato; (iii) proporcionar una molécula de fijación; (iv) cribar las enzimas quiméricas candidato expresadas para determinar si la actividad de la enzima quimérica candidato se modula por fijación de dicha molécula de fijación a dicha enzima quimérica candidato e identificar al menos una enzima quimérica con actividad modulada; y (v) aislar ácidos nucleicos que codifican dicha enzima quimérica de dicha biblioteca; (b) expresar un ácido nucleico preparado de acuerdo con la parte (a) para producir una enzima quimérica; (c) poner en contacto la enzima quimérica con (1) la muestra de test, (2) una molécula de fijación que se fija a un mimotopo de la enzima quimérica, y (3) un sustrato sobre el cual actúa catalíticamente la enzima quimérica, para formar una mezcla de reacción; y (d) detectar la cantidad de catálisis del sustrato producida por la enzima quimérica, en donde la molécula de fijación modula la catálisis por la enzima quimérica en donde dicho analito actúa como competidor directo de la interacción de la enzima quimérica con la molécula de fijación.
La presente invención proporciona también un método para determinar la presencia o cantidad de un analito en una muestra de test, que comprende: (a) preparar una enzima quimérica por un método como se define en las partes (a) y (b) de la reivindicación 1; (b) poner en contacto la enzima quimérica con (1) la muestra de test y (2) un sustrato sobre el cual actúa catalíticamente la enzima quimérica, para formar una mezcla de reacción; y (c) detectar la cantidad de catálisis del sustrato producida por la enzima quimérica, en donde el analito modula la catálisis por la enzima quimérica.
La Solicitud describe una molécula diana quimérica que tiene una actividad que puede ser regulada o modulada por una molécula de fijación. La invención se refiere a métodos de utilización de la molécula diana quimérica para detectar la presencia y/o cantidad de un analito deseado en una muestra. El analito es una molécula de fijación, o un ligando de una molécula de fijación, molécula que, después de fijación a la molécula diana, altera la actividad de la molécula diana de una manera detectable. En un aspecto de la invención, una molécula de fijación se fija a la molécula quimérica, desactivándola. Un analito en una muestra de test compite y/o desplaza la molécula de fijación de la quimera, reactivándola. La reaparición de actividad en presencia del analito indica su existencia y cantidad en la muestra de test. Otro aspecto de la invención se refiere a una molécula de fijación que regula una molécula diana quimérica y métodos de producción de la misma.
De acuerdo con la presente invención, una molécula diana (TM) deseada puede modificarse para obtener al menos un resto de sitio de fijación (BSM) al cual puede fijarse una molécula de fijación (BM). Después de la fijación de la BM al BSM, una actividad asociada con la TM se altera de una manera detectable, v.g., aumentando o reduciendo la actividad de la TM. Así, el BSM puede actuar como conmutador de regulación, encendiendo o apagando (totalmente o en parte) una actividad de una TM deseada en respuesta a la fijación de una BM. El BSM puede seleccionarse también de tal manera que la fijación de la molécula de fijación regula la activación de la molécula diana. De acuerdo con la presente invención, un mimotopo es el BSM preferido. Un BSM puede manipularse genéticamente en una molécula diana por la inserción de secuencias, por el reemplazamiento de secuencias presentes en una molécula con nuevas secuencias, por mutagénesis de secuencias ya presentes en la molécula, etc. La manipulación genética puede realizarse de acuerdo con métodos disponibles para el operario experto.
El término molécula diana "quimérica", v.g., una "enzima quimérica" significa el producto resultante después que el resto del sitio de fijación ha sido insertado en la molécula diana o después que una porción de la molécula diana ha sido reemplazada por el resto del sitio de fijación. Para mayor claridad, se hace referencia a la molécula diana antes de la manipulación genética del BSM, como la molécula diana de partida. Así, si una enzima es el material de partida, se hace referencia a la misma como la "enzima de partida". Después de la manipulación del BSM por manipulación genética, la enzima de partida se identifica como una "enzima quimérica". En los ejemplos que siguen, se utiliza \beta-lactamasa como una enzima de partida en la cual se manipula genéticamente un resto de sitio de fijación que comprende aminoácidos, para producir una enzima quimérica. La misma es quimérica, dado que está constituida por aminoácidos de la enzima de partida y aminoácidos de un resto del sitio de fijación.
El término "molécula de fijación" significa una molécula que se fija o une específicamente a un resto del sitio de fijación. Por el término "específico", se entiende que la molécula de fijación reconoce la secuencia de aminoácidos definida dentro de o que incluye la secuencia de aminoácidos del resto del sitio de fijación. La especificidad puede ser una función de la secuencia lineal de aminoácidos del resto del sitio de fijación, sola, o en combinación con aminoácidos presentes originariamente en la molécula diana o en una inserción o reemplazamiento en otro sitio. Pueden emplearse diversas moléculas de fijación, que incluyen anticuerpos, polipéptidos, aptámeros, ácidos nucleicos, fármacos, y ligandos químicos. Los anticuerpos pueden ser monoclonales, policlonales, monocatenarios, anticuerpos manipulados genéticamente, etc., como es conocido en la técnica. Véase, v.g., Reiter et al., Nature Biotechnology, 14:1239-1245, 1996; Bird et al., Science, 242:423-426, 1988.
Una molécula de fijación puede fijarse a una porción específica de una macromolécula denominada un epítope o un determinante. El epítope puede ser un determinante lineal o un determinante estructural. Véase, v.g., Abbas et al., Cellular and Molecular Immunology, segunda edición, W.B. Saunders Co., 1991, especialmente las páginas 47-49. Un "mimotopo" es un determinante que es reconocido por la misma molécula de fijación como un "epítope" particular, pero que tiene una composición diferente del "epítope". Por ejemplo, una molécula de fijación puede ser un anticuerpo que reconoce (es decir, se fija a) un epítope que comprende una secuencia de aminoácidos lineal. Un "mimotopo" de este epítope comprende una secuencia lineal diferente de aminoácidos pero que es todavía reconocida por el mismo anticuerpo. El "mimotopo" difiere al menos en un aminoácido del "epítope". Un mimotopo puede mimetizar un hapteno y otras moléculas, con inclusión de moléculas o restos no proteínicos, v.g., carbohidrato, biotina, etc. Como se ha mencionado, el mimotopo puede ser también un determinante estructural formado por residuos de amino-ácidos u otros constituyentes de porciones separadas de la molécula quimérica. Adicionalmente, el mimotopo puede comprender constituyentes (v.g., aminoácidos) ya presentes en la TM de partida y que se mantenían (es decir, no habían sido reemplazados) en la TM quimérica. Un mimotopo puede seleccionarse como se expone más adelante, v.g. en los ejemplos, mediante manipulación genética de aminoácidos aleatorios en una diana y cribado o selección para reconocimiento por una molécula de fijación deseada.
Una ventaja del empleo de un mimotopo es que no se requiere conocimiento alguno de la estructura del epítope. Este conocimiento es en general difícil de adquirir, particularmente si el epítope es no lineal. En un aspecto de la invención, se crea una biblioteca de mimotopos y se manipula genéticamente, v.g. se inserta, en una molécula diana, preferiblemente en un bucle. La molécula quimérica resultante se criba o selecciona luego respecto a retención de actividad. El mimotopo puede extraerse de una secuencia aleatoria, v.g. que contenga cinco aminoácidos, preferiblemente seis aminoácidos (un hexapéptido aleatorio), o siete, ocho, nueve o diez, aminoácidos de longitud. En este aspecto de la invención, después de la identificación de las moléculas diana quiméricas que tienen actividad retenida, se criban las mismas en cuanto a reconocimiento por la molécula de fijación deseada. La molécula de fijación puede ser un anticuerpo para un carbohidrato u otro hapteno o no hapteno no proteínico, o una secuencia de aminoácidos. Especialmente en el último caso, no se requiere información alguna de secuencia para implementar la invención.
La molécula diana puede seleccionarse en cuanto a una actividad detectable deseada. Por ejemplo, la TM puede ser: \beta-lactamasa: P. Soumillion et al., J. Mol. Biol., 237:415-422, 1994; Plasmina: L. Jespers et al., comunicación de conferencia; Antígeno específico de próstata: R. Eerola et al., Biochem. Biophys. Res. Comm., 200:1346-1352, 1994; Subtilisina: P. Soumillion et al., Appl. Biochem. Biotechnol., 47:175-190, 1994; Tripsina: D.R. Corey et al., Gene, 128:129-134, 1993; Fosfatasa alcalina: J. McCafferty et al., Prot. Enging., 4:955-961; \beta-galactosidasa: I.N. Maruyama et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91:8273-8277, 1994; Nucleasa estafilocócica: J. Ku & P.G. Schultz, Bioorg. Med. Chem., 2:1413-5, 1994; y J. Light & R.A. Lerner, Bioorg. Med. Chem., 3:955-67, 1995; Glutation-transferasa: M. Widersten & B.Mannervick, J. Mol. Biol., 250:115-122, 1995; Lisozima: K. Maenaka et al., Biochem. Biophys. Res. Comm., 218:682-687, 1996; y Anticuerpos catalíticos: K.D. Janda et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91:2532-2536, 1994.
Las moléculas diana arriba mencionadas han sido presentadas en fago. Las mismas son directamente adecuadas para el método de selección de un BSM. Otras enzimas pueden presentarse también en fagos y son útiles para la presente invención, v.g. esterasas, piruvato-quinasa, glucosa-oxidasa, lactato-deshidrogenasa, glucosa-6-fosfato-deshidrogenasa, y luciferasa. La TM puede ser también una proteína que posea una actividad fluorescente (v.g., proteína fluorescente verde, GFP: Chalfie et al., 1994, Science, 263:802; Cheng et al., 1996, Nature Biotechnology, 14:606; Levy et al., 1996, Nature Biotechnology, 14:610) que está modulada por la fijación de una BM a un BSM contenido en la proteína fluorescente. La TM puede ser también una molécula reguladora que activa/desactiva una segunda molécula que tenga una actividad detectable. Por ejemplo, una proteína activadora de GTPasa (GAP) estimula una proteína G, tal como una ras. La aptitud de una GAP para activar una proteína G puede modularse por manipulación genética de un BSM en la GAP. Después de la fijación de una BM al BSM de una GAP modificada, la actividad estimulante de la GAP puede modularse. Su efecto aguas arriba en las proteínas G puede monitorizarse, v.g., por medición de una actividad de GTPasa de la proteína G. Véase, v.g. Trahey y McCormick, Science, 238: 542-545, 1987. La TM puede ser también una subunidad de otra proteína que posee a su vez actividad enzimática u otra actividad detectable. Adicionalmente, la TM puede ser una enzima de ácido nucleico, v.g. una ribozima, una enzima de cabeza de martillo, RNAsa P o una enzima en horquilla. Si se utiliza un ácido nucleico como la molécula diana, el resto del sitio de fijación manipulado genéticamente podría comprender usualmente nucleótidos, sea modificados o existentes naturalmente. La TM puede ser también un activador o represor de la transcripción implicado en sistemas de traducción y transcripción in vitro; la detección de actividad puede realizarse al nivel de la actividad de la enzima o molécula fluorescente expresada.
La fijación de la BM a la molécula quimérica, preferiblemente en el BSM, puede afectar a la actividad de diversas maneras. La molécula de fijación puede desactivar la TM quimérica. Por el término "desactivar", se entiende que la actividad de la TM quimérica se reduce o se debilita. La molécula de fijación puede desactivar la TM quimérica por completo de tal modo que la misma no posea actividad alguna o posea sólo una actividad insignificante, o aquélla puede desactivar sólo parte de su actividad, v.g., se reduce Kcat o se aumenta Km. Una TM quimérica puede existir en al menos dos conformaciones, una conformación activa y una inactiva. En el equilibrio, una población de TMs quiméricas contendrá una mezcla de moléculas, algunas en la conformación activa y algunas en la conformación inactiva de una TM. Una BM puede seleccionarse de tal manera que se fije a una conformación inactiva de una TM. Cuando se añade a la población de TM quiméricas, la fijación de la BM a las TMs inactivas puede desplazar el equilibrio de la mezcla a la conformación inactiva. Como consecuencia, la mezcla tendrá menos actividad en presencia de la BM que en su ausencia. Así pues, la molécula de fijación modula la actividad de la TM quimérica por desplazamiento de la población de TMs quiméricas a una conformación inactiva, reduciendo con ello la actividad de la población como un todo. Una enzima de partida seleccionada puede ser serina-proteasa que puede existir en dos conformaciones diferentes: una activa y una inactiva. La conformación inactiva es similar a la del zimógeno correspondiente. El equilibrio puede desplazarse de la conformación activa a la inactiva por rotura de un puente salino que mantiene la enzima en su conformación activa; esto puede hacerse por un aumento de pH que conduzca a la desprotonación del terminal amino de la cadena peptídica implicada en el puente salino o por modificación química de este terminal amino. La energética del puente salino es tal que la conformación activa no está estabilizada fuertemente (2,9 Kcal/mol, véase: A.R. Fersht, J. Mol. Biol., 64: 497-509, 1972) por lo que el equilibrio puede desplazarse de modo relativamente fácil a la forma inactiva. La fijación de una BM, v.g., un anticuerpo monoclonal, al aminoácido terminal puede desplazar el equilibrio en varios órdenes de magnitud.
La activación de una molécula quimérica puede ser regulada también por una BM. El ejemplo más simple de activación es la escisión proteolítica de un enlace peptídico en un zimógeno para transformarlo en una enzima. Un ejemplo clásico es la activación de una serina-proteasa, o más específicamente la activación de quimotripsinógeno en quimotripsina por escisión proteolítica del enlace peptídico Arg15-Ile16 por la tripsina. Un anticuerpo, u otra BM, que se fija a un epítope o un mimotopo manipulado genéticamente en la región del enlace peptídico escindido puede inhibir la activación. Otro ejemplo es la inhibición de la fosforilación o desfosforilación de una enzima cuya actividad está regulada por su estado de fosforilación. Un ejemplo es la glucogeno-fosforilasa: cuando la misma está fosforilada en Ser14, se encuentra esencialmente en su forma activa, en tanto que la desfosforilación desactiva la enzima. La fijación de un anticuerpo, u otra BM, a un epítope o mimotopo manipulado genéticamente en la proximidad del sitio de fosforilación podría interferir con el mecanismo de activación/desactivación por la fosforilasa-quinasa y fosfoprotein-fosfatasa, respectivamente.
De un modo más general, cualquier modificación posterior a la traducción de una enzima, que contribuye a modular su actividad, puede ser interferida por fijación de una molécula extraña a un BSM (v.g., un anticuerpo).
El resto del sitio de fijación puede manipularse genéticamente en cualquier posición deseada en la molécula diana, incluso como una fusión con los términos N y C. Uno o más, v.g., 2, 3, 4 ó 5, BSMs puede(n) manipularse genéticamente en el resto diana en regiones adyacentes o diferentes. Pueden hacerse manipulaciones genéticas múltiples, v.g. inserciones o reemplazamientos, de la molécula diana por una diversidad de razones, v.g., para contribuir al mimotopo (v.g. el mimotopo puede estar constituido por aminoácidos aportados por manipulación genética en dos sitios diferentes en la molécula diana), para proporcionar más de un sitio al cual pueda fijarse una molécula de fijación, para proporcionar un sitio en el cual una BM activa la enzima y otro sitio en el cual una segunda BM desactiva la enzima, etc. Una ventaja de la inserción o reemplazamiento de secuencias de aminoácidos con un mimotopo en dos sitios (o más) es que puede construirse un mimotopo discontinuo, proporcionando sitios de afinidad alta a los cuales puede fijarse una molécula de fijación. Preferiblemente, como se ha expuesto arriba, la TM quimérica resultante retiene al menos algo de su actividad después de la manipulación genética del BSM. Adicionalmente, la unión de una BM al BSM da como resultado la regulación de la actividad arriba mencionada de la molécula diana quimérica. Los dos últimos aspectos, retención de una actividad y regulación de la actividad retenida de la molécula quimérica resultante por una molécula de fijación, son aspectos preferidos de la invención. Así, un sitio preferido de modificación por manipulación genética, v.g., inserción, es una posición en la cual la actividad de la TM no se elimina sino que, cuando es reemplazada o modificada por la adición de residuos de aminoácidos, puede actuar como conmutador de regulación para la actividad de la TM.
El sitio en el que se manipula genéticamente un BSM, v.g., se inserta en y/o se reemplaza, en la TM puede seleccionarse de diversas maneras como reconocería el operario experto. Por ejemplo, si la estructura tridimensional (3D) de la TM es conocida, puede seleccionarse un sitio por identificación específica de una localización deseada en la molécula a manipular genética-mente. para algunos propósitos, puede ser deseable seleccionar un sitio expuesto en la superficie de la molécula diana, donde el sitio está disponible para unión de la molécula de fijación. La estructura 3D puede determinarse de acuerdo con medios empíricos, v.g., por cristalografía, y/o, puede deducirse de estructuras y datos de secuencias de aminoácidos conocidos. Véase, v.g., Holm y Sander, Science, 273: 595-602, 1995. Si la estructura 3D no se conoce, el sitio de manipulación genética puede seleccionarse sobre la base de otra información, v.g., cuando la estructura de la proteína no se conoce, sitios susceptibles de proteólisis limitada o sitios claramente predichos como bucles por predicción de la estructura secundaria o por análisis de patrones hidrófobos son adecuados para modificación por manipulación genética, v.g., inserción o reemplazamiento. Alternativamente, un BSM puede manipularse genéticamente en posiciones aleatorias dentro de la TM.
El sitio manipulado genéticamente no se encuentra preferiblemente en el sitio activo, estando situado más preferiblemente en una localización alejada de él, v.g., aproximadamente a 1, 5, 15, 20 ó 25 \check{A} del mismo. La actividad de la molécula quimérica tiene que ser regulable por fijación a la secuencia insertada o reemplazada, con indiferencia de si la modificación está próxima o alejada del sitio activo.
Moléculas diana y moléculas quiméricas pueden prepararse por métodos que están disponibles en la técnica. Por ejemplo, puede emplearse manipulación genética para preparar moléculas diana y quiméricas que comprenden residuos de aminoácidos o nucleótidos. En una realización, se emplea un gen clonado como el material de partida para la molécula diana de partida y la molécula diana quimérica resultante. En los ejemplos descritos más adelante, el gen clonado para la enzima de partida \beta-lactamasa sirve como el material inicial para producir la enzima quimérica. El BSM puede manipularse genéticamente en la TM de partida utilizando los diversos métodos disponibles para el operario experto, v.g., Kunkel, Proc. Natl. Acad. Sci., 82: 488-492, 1985; Sayers y Eckstein en "Directed Mutagenesis: A practical approach", McPherson, compilador IRL Press 1991, pp. 49-69; Munir et al., J. Biol. Chem., 267:6584-6589, 1992; Brennan et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 92:5783-5787, 1995. La manipulación genética puede realizarse también utilizando un vector de reemplazamiento por recombinación homóloga. Para los propósitos de la presente invención, cuando una secuencia dentro de un gen de partida ha sufrido mutagénesis en tal proporción que la secuencia de aminoácidos difiere la secuencia de partida, el polipéptido codificado para el gen resultante es quimérico. El mismo es quimérico dado que una secuencia de aminoácidos diferente, es decir, un resto de sitio de fijación, ha sido manipulado genéticamente en la molécula diana de partida. En el ejemplo específico en que el material de partida es una enzima, y la enzima sufre mutagénesis por cambio de su secuencia de nucleótidos, una enzima quimérica resultante comprenderá un resto de sitio de fijación de aminoácido que ha reemplazado las secuencias de aminoácidos existentes naturalmente. En una realización, la secuencia del gen que codifica una enzima de tipo salvaje (u otro polipéptido) se modifica por la mutagénesis orientada de acuerdo con los protocolos de Kunkel o Eckstein para introducir dos sitios de restricción aguas arriba y aguas abajo de la región del gen direccionada para manipulación genética; preferentemente, se introduce una mutación en la secuencia codificante al mismo tiempo de tal manera que la enzima codificada es inactiva; el plásmido, fagémido o fago que contiene el gen modificado se designará el "vector". Este vector se digiere en los nuevos sitios de restricción con las enzimas de restricción correspondientes y el pequeño fragmento que codifica la secuencia entre los sitios se descarta. En paralelo, se preparan bibliotecas sintéticas de oligonucleótidos degenerados de acuerdo con el método de Munir et al., J. Biol. Chem. 267: 6584-6589, 1992; los mismos contienen, intercalados entre los sitios de restricción adecuados, secuencias de nucleótidos degeneradas que codifican reemplazamientos aleatorios de los residuos correspondientes en la secuencia de la proteína. Alternativamente, la secuencia de tipo salvaje está reemplazada por una secuencia más larga de nucleótidos que codificará la inserción de un polipéptido aleatorio en la posición correspondiente en la secuencia de la proteína. Después de la restricción, los oligonucleótidos sintéticos se ligan con el fragmento grande purificado del vector digerido y la mezcla de ligación se utiliza para transformar células de E. coli. Típicamente, se producen bibliotecas que contienen aproximadamente 10^{6} y 10^{8} transformantes. Los clones que producen enzimas activas se seleccionan a partir de estas (véase más adelante). La recombinación de clones que producen enzimas activas en dos bibliotecas en las que se introducen mutaciones aleatorias en partes diferentes de la secuencia se realiza para producir enzimas con mimotopos discontinuos.
En una realización en la que se utiliza manipulación genética, un gen que codifica una molécula diana, v.g., una enzima, puede clonarse en un vector de expresión adecuado para la expresión de un polipéptido en un hospedador deseado. Se contemplan diversos hospedadores, que incluyen células de mamífero (v.g. humanas, de mono, o de roedor, tales como HeLa, COS, Ltk^{-}, o CHO), células de insecto (v.g., Sf9 o Drosophila), bacterias (v.g., E. coli, Streptococcus, o Bacillus), levaduras, hongos, o plantas. Véase también Methods in Enzymology, volumen 185, compilador D.V. Goeddel. La expresión en Sf9 puede realizarse análogamente a Graziani et al., Oncogene, 7: 229-235, 1992. Se han utilizado sistemas de fago filamentoso para expresar y seleccionar péptidos en bacterias que se unen a moléculas de fijación, con inclusión de anticuerpos (Scott y Smith, 249:386-390, 1990; Grihalde et al., Gene, 166:185-195, 1995), estreptavidina (Kay et al., Gene, 128:59-65, 1993; Devlin et al., Science, 249:404-406, 1990), DNA-ribonucleasa (Rebor y Pabo, Science, 263:671-673, 1994). Véase también Jespers et al., Biotechnology, 13:378-382, 1995. Véase también Parmley y Smith, Gene, 76:305-318, 1985; de la Cruz et al., J. Biol. Chem., 263:4318-4322, 1988; Bass et al., Proteins, 8:309-314, 1990; Cwirla et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87:6378-6382, 1990; McCafferty et al., Nature, 348:552-554, 1990; Clackson et al., Nature, 352:624-628, 1991; Lowman et al., Biochemistry, 30:10823-10838, 1991; J. McCafferty et al., Prot. Eng., pp. 955-961, 1991; Kang et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88:4363-4366, 1991; Barbas et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88: 7978-7982, 1991; Roberts et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 2449-2433, 1992. Polipéptidos preferidos para sistemas de expresión en fago filamentoso son aquéllos que están plegados adecuadamente en el fago, o al menos, que se presentan el fago en una forma totalmente activa. Para identificar si una molécula de partida deseada es adecuada, un ácido nucleico codificante de la molécula se clona en el fago de una manera adecuada para expresión. La molécula expresada se ensaya luego respecto a una actividad de acuerdo con métodos convencionales. La manipulación genética de un BSM en la molécula de partida puede realizarse luego de acuerdo con los procedimientos arriba mencionados. Véase, v.g., Grihalde et al. Secuencias de control de la expresión se seleccionan por su compatibilidad de hospedador y para un propósito deseado, v.g., alto número de copias, cantidades elevadas, inducción, amplificación, expresión controlada, etc. Otras secuencias que pueden emplearse incluyen intensificadores tales como los de SV40, CMV, promotores inducibles, u otros elementos que permiten expresión celular selectiva o específica.
La invención se refiere también a ácidos nucleicos que codifican una molécula diana quimérica. Un ácido nucleico de este tipo puede comprender adicionalmente diversas secuencias, v.g., una o más secuencias de control de la expresión enlazada(s) operativamente a una secuencia de nucleótidos que codifica la molécula diana quimérica. La frase "secuencia de control de la expresión" significa una secuencia de ácido nucleico que regula la expresión de un ácido nucleico al cual está enlazada operativamente. La expresión puede regularse al nivel del mRNA o de polipéptido. Así, la secuencia de control de la expresión incluye elementos relacionados con mRNA y elementos realizados con proteínas. Tales elementos incluyen promotores, intensificadores (virales o celulares), secuencias de fijación de ribosoma, terminadores de la transcripción, etc. Una secuencia de control de la expresión está enlazada operativamente a una secuencia codificante de nucleótidos cuando la secuencia de control de la expresión está posicionada de tal manera que efectúa o realiza la expresión de la secuencia codificante. Por ejemplo, cuando un promotor está enlazado operativamente en 5' a una secuencia codificante, la expresión de la secuencia codificante está impulsada por el promotor. Un ácido nucleico que codifica una molécula quimérica incluye también ácidos nucleicos que se hibridan a la misma, v.g., en condiciones severas, tales como condiciones que permiten la selección de al menos 95 a 99% de identidad de nucleótidos. Para una TM quimérica que es un polipéptido, una molécula de ácido nucleico que codifica la misma incluye, v.g., degeneración de nucleótidos. Los ácidos nucleicos incluyen DNA y RNA.
Pueden utilizarse también métodos químicos y/o sintéticos para crear la molécula quimérica, v.g., los métodos de construcción de compuestos por química combinatoria, como conocería el operario experto.
Como se ha mencionado arriba, un aspecto de la presente invención implica moléculas diana quiméricas que tienen una actividad que puede estar regulada o modulada por una molécula de fijación. Por la frase "con lo cual la actividad de la molécula diana quimérica se modula después de la fijación de una molécula de fijación", se entiende que la unión de la molécula de fijación a la TM quimérica, preferiblemente en el BSM, afecta a la actividad de la TM quimérica de una manera detectable. Si la TM quimérica es una enzima tal como una \beta-lactamasa, la molécula de fijación afectará a su actividad en la hidrólisis del enlace \beta-lactámico. El efecto de la molécula de fijación puede ser reducir o incluso eliminar la actividad, v.g., reducir o eliminar su capacidad para escindir el enlace \beta-lactámico. La molécula de fijación puede afectar también la actividad de otras maneras, v.g., aumentarla, cambiar su especificidad, activarla, etc.
En una realización preferida, se modifican por manipulación genética secuencias peptídicas aleatorias en un sitio seleccionado de una molécula diana, v.g., una enzima. Después de modificación de la molécula diana de partida para producir una biblioteca que contenga la molécula diana quimérica resultante con un BSM manipulado genéticamente por inserción o reemplazamiento, es deseable seleccionar aquellas moléculas quiméricas que han retenido una actividad de la molécula diana de partida. Por la frase, "la molécula diana quimérica tiene una actividad de la molécula diana de partida", se entiende que la TM de partida tiene una actividad y la TM quimérica resultante tiene asimismo una actividad. La actividad de la TM quimérica puede ser diferente cuantitativa o cualitativamente de la TM de partida. A modo de ilustración, en los ejemplos que siguen, la enzima de partida es una \beta-lactamasa. La \beta-lactamasa es una enzima que hidroliza un enlace \beta-lactámico. Diversos compuestos pueden utilizarse como sustratos, con inclusión de penicilinas, cefalosporinas, ampicilina, etc. Una \beta-lactamasa quimérica que tiene un resto de sitio de fijación, que reemplaza o está insertado además de los aminoácidos existentes naturalmente, poseerá la capacidad para hidrolizar un enlace \beta-lactámico. Esta actividad en la \beta-lactamasa quimérica puede ser, por ejemplo mayor o menor que la enzima de partida (v.g., contener una Kcat diferente o una Km diferente), y/o tener una especificidad de sustrato
diferente.
El primer paso consiste en seleccionar moléculas quiméricas resultantes que retienen la actividad deseada. Si la actividad deseada es una actividad enzimática, entonces puede diseñarse un ensayo de selección para la misma. La selección de la molécula deseada puede realizarse por diversos métodos como conocería el operario experto. Por ejemplo, la selección puede realizarse por color (v.g., en el caso en que la escisión por la enzima produce un producto final que tiene un color detectable), por conferir resistencia a clones que expresan una enzima activa (v.g. resistencia a fármacos), etc. En una realización, el cribado se realiza por extensión en placa de una biblioteca sobre un medio sólido, adición de un sustrato cromógeno o fluorógeno, y observación del desarrollo del producto en colonias individuales. La selección in vivo puede aplicarse cuando la molécula es necesaria para el crecimiento en presencia de antibióticos (resistencia a los antibióticos; esta técnica se utiliza con la \beta-lactamasa en los ejemplos), o cuando la actividad se utiliza para complementación de un gen esencial ausente en bacterias auxótrofas (v.g., auxotrofia para un amino-ácido). La selección in vitro puede utilizarse también cuando la enzima se presenta en fago; v.g., WO 93/11242.
Para medir la actividad de las enzimas seleccionadas, puede utilizarse cualquier técnica clásica espectrofotométrica, fluorométrica, potenciométrica (pHstato). En particular, puede utilizarse la tecnología ORIGEN^{TM} (IGEN Gaithersburg, MD) para detección de la formación de producto (Liang et al., J. Am. Chem. Soc., 118:9198-9199, 1996; Liang et al., Anal. Chem., 68:2426-2431, 1996). Un paso siguiente de selección consiste en identificar clones que se fijan a la molécula de fijación. En una realización, la molécula diana quimérica se expresa en un fago. La selección puede realizarse por técnica de lavado en batea de anticuerpos, cromatografía en columna, etc. Véase, v.g. Grihalde et al., Gene, 166:187-195 (1995); McNally et al., J. Bio. Chem., 270:19744-19751, 1995; O'Neil y Hoess, Curr. Opin. Struct. Biol., 5:443-449, 1995. En otro aspecto de la invención, se utiliza elución de sustrato para identificar una actividad de una molécula diana quimérica que es inhibida por fijación de anticuerpos. Por ejemplo, una enzima quimérica (v.g., presentada en un fago) que tenga un mimotopo deseado se selecciona por su capacidad para ser reconocida por un anticuerpo específico para el mimotopo. Para identificar una enzima quimérica cuya actividad es inhibida por el anticuerpo, la enzima quimérica se eluye del anticuerpo por la adición de un sustrato apropiado. En otra realización, la molécula diana quimérica se expresa en la superficie de la célula hospedadora (v.g. una bacteria, una célula de insecto, una célula de mamífero) y la selección puede realizarse sin lisis celular. La diana quimérica puede expresarse también en el interior de la célula hospedadora y realizarse posteriormente la selección, v.g., permeabilización o lisis de las células, o haciendo de algún otro modo el producto expresado accesible a la molécula de fijación.
Una molécula diana quimérica puede utilizarse para detectar la presencia o cantidad de un analito en la muestra de test. En una realización, una TM quimérica es una enzima quimérica. La enzima quimérica se pone en contacto con (1) una muestra de test que contiene un analito, y (2) un sustrato sobre el cual actúa catalíticamente la enzima TM quimérica, para formar una mezcla de reacción. La cantidad de analito presente en la mezcla de reacción se determina por monitorización o detección de la cantidad de catálisis sobre el sustrato realizada por la enzima quimérica, en donde el analito modula la catálisis por la enzima quimérica. Una muestra de test puede ser cualquier muestra que contenga un analito cuya presencia o cantidad se desea conocer, v.g., fluidos corporales tales como sangre, suero, orina, heces, o linfa, homogeneizados de tejido, biopsias, fluidos orgánicos, medio de cultivo de tejidos, etc. Por "analito" se entiende una molécula cuya presencia en una muestra de test está siendo detectada. En una realización, el analito es un anticuerpo, tal como un anticuerpo específico del antígeno específico de próstata (PSA), antígeno de carcinoma embrionario (CEA), c-erbB2, productos de oncogenes, virales (HIV o hepatitis), bacterianos (de estafilococos), y la TM quimérica es una enzima quimérica. La fijación o unión del anticuerpo o BM a la enzima quimérica puede modular la catálisis sobre el sustrato por la enzima quimérica. La modulación de la actividad se ha expuesto anteriormente. En un ejemplo preferido, la actividad enzimática de la enzima quimérica es reducida (desactivada) por el anticuerpo. Así, la presencia del anticuerpo analito en la muestra de test puede ser determinada por monitorización o detección de la reducción de actividad manifestada por la enzima quimérica, sea como moléculas individuales o como una población. Alternativamente, el analito es un polipéptido tal como cualquiera de las proteínas mencionadas anteriormente o fragmentos de las mismas. Cuando la molécula quimérica está combinada con una molécula de fijación apropiada, se modula su actividad.
En otro aspecto de la presente invención, la actividad de una mezcla de reacción, que comprende una enzima quimérica y una molécula de fijación (BM) que modula la actividad de la enzima quimérica, puede verse afectada ulteriormente por un analito (un ligando de la molécula de fijación). El analito puede actuar como un competidor directo de la interacción de la enzima quimérica con BM; la adición del analito compite o desplaza la molécula de fijación de la TM, invirtiendo su efecto modulador sobre la actividad detectable. En una realización, la molécula de fijación desactiva la TM quimérica; la adición del analito dará como resultado el restablecimiento de la actividad en la mezcla de reacción.
El ensayo enzimático puede realizarse de acuerdo con procedimientos conocidos. Por ejemplo, la actividad puede monitorizarse temporalmente, cinéticamente, o por punto final. La enzima quimérica puede encontrarse en solución o sobre un soporte sólido, v.g. acoplada directamente o por la vía de acoplamiento biotina-estreptavidina, a materiales tales como celulosa, Sephadex, plásticos, polipropileno, poliestireno, polivinilo, nitrato de celulosa, polietileno, nailon, poli(metacrilato de metilo), etc. El acoplamiento puede realizarse como conocería una persona con experiencia en la técnica. Véase, v.g. Methods in Enzymology, volumen 73, para diversas técnicas sobre sustratos, acoplamiento, y ensayos en general. Por el término "contacto", de la molécula quimérica con una muestra de test que contiene el analito o la molécula de fijación, se entiende que el analito o la molécula de fijación se pone en contacto con la molécula quimérica por un medio deseado. El contacto puede realizarse por: adición de una muestra de test a una solución que contiene la TM quimérica, inmersión de un soporte sólido que contiene la enzima quimérica en una solución que contiene el analito o BM, vertido por goteo de una solución que contiene un analito sobre un soporte sólido que contiene la TM quimérica, etc. Si se utiliza un sustrato, v.g., en el caso en que una TM quimérica es una enzima, el sustrato puede ponerse en contacto con la enzima quimérica al mismo tiempo que el analito, o antes o después, es decir simultánea o sucesivamente.
Como se ha mencionado, la TM quimérica puede ser cualquier molécula o analito que pueda adaptarse como conocería una persona con experiencia ordinaria en la técnica para monitorización o detección del cambio en la actividad de la TM quimérica seleccionada.
En otro aspecto de la presente invención, un analito es un competidor de una molécula de fijación. La presencia o cantidad de competición con la molécula de fijación se utiliza para averiguar su presencia. Un ejemplo de un proceso de este tipo se describe en el Ejemplo 2. Se prepara una molécula quimérica (en el ejemplo, es \beta-lactamasa) que tiene un mimotopo reconocido por un anticuerpo específico para una molécula deseada (en el ejemplo, la misma es el antígeno específico de próstata o "PSA"). La fijación del anticuerpo al mimotopo reduce la actividad de la molécula quimérica. El analito (en el Ejemplo, es PSA) compite con el anticuerpo para fijación al mimotopo. Así, si está presente el analito, se fija a la molécula quimérica una cantidad menor del anticuerpo. Con menos anticuerpo fijado a la molécula quimérica, la molécula quimérica es más activa que en ausencia del analito.
Los ensayos de la presente invención son útiles para usos médicos, veterinarios, ambientales, y diagnósticos de diversos tipos, v.g., para detección de enfermedades, trastornos patógenos, contaminación ambiental, contaminación de cultivos de tejidos, etc. Por ejemplo: la presencia de cáncer en un paciente puede determinarse por detección de la presencia de un antígeno o anticuerpo característico. Es sabido que los individuos con cáncer pueden tener niveles elevados de diversos antígenos, tales como antígeno específico de próstata (PSA) o el antígeno de carcinoma embrionario (CEA).
Para otros aspectos de los ácidos nucleicos, polipéptidos, anticuerpos, etc., se hace referencia a libros de texto estándar de biología molecular, ciencia de proteínas, e inmunología. Véase, v.g., Davis et al. (1986), Basic Methods in Molecular Biology, Elsevier Sciences Publishing, Inc., Nueva York; Hames et al. (1985), Nucleic Acid Hybridization, IL Press, Molecular Cloning, Sambrook et al.; Current Protocols in Molecular Biology, recopilado por F.M. Ausubel et al., John Wiley & Sons, Inc; Current Protocols in Human Genetics, recopilado por Nicholas C. Dracopoli et al., John Wiley & Sons, Inc.; Current Protocols in Protein Science; recopilado por John E. Coligan et al., John Wiley & Sons, Inc.; Current Protocols in Immunology; recopilado por John E. Coligan et al., John Wiley & Sons, Inc.
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Los dibujos
Figs. 1a, 1b y 1c muestran los sitios de inserción utilizados para generar las bibliotecas lib1 y lib3: lib1. V103, 2. E104 y 3. Y105; lib3: 4. T271 y 5. M272; sitio catalítico 6. S70.
Figs. 2 y Fig. 3 son curvas que muestran el efecto inhibidor del anticuerpo psa19 sobre una \beta-lactamasa mutante psa19A; 302. Fig. 3 es una curva que muestra un área expandida de Fig. 2, representando la actividad enzimática como una función de psa19, entre 0 y 50 nM.
Fig. 4 es una curva que muestra el efecto del anticuerpo psa19 sobre la actividad de p19Rb404 quimérico.
Figs. 5A y 5B son curvas que muestran el efecto del anticuerpo psa66 sobre la actividad de p66Rb330 quimérico utilizando dos sustratos diferentes, Centa y PADAC, respectivamente.
Fig. 6 es una curva que muestra un ensayo de antígeno psa realizado sobre PenG en presencia de fago-enzima P19L3-01 y psa 19mAb.
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Ejemplos Ejemplo 1
Construcción de las bibliotecas. El fago filamentoso fd que lleva el gen de \beta-lactamasa en fusión con la proteína de la cubierta pIII (fDb1A^{+}) se describió en Soumillion, P., Jespers, L., Bouchet, M., Marchand-Brynaert, J., Winter, G. y Fastrez, J. Selection of \beta-lactamase on Filamentous Bacteriophage by Catalytic Activity. J. Mol. Biol. 237, 415-422 (1994). El mapa de restricción del fago se da en la figura 1a; la secuencia del DNA del gen de \beta-lactamasa R-Tem insertada entre los sitios de restricción ApaLI y NotI manipulados genéticamente dentro del gen del fago 3 se representa en la figura 1b junto con la secuencia de aminoácidos codificada. Se construyeron tres bibliotecas, lib1, lib2 y lib3 por introducción en el plásmido fDb1a^{+} de sitios de restricción singulares a ambos lados de las regiones a aleatorizar (por mutagénesis orientada) y por clonación, entre estos sitios, de pequeños fragmentos de DNA parcialmente degenerados. Las inserciones se produjeron por síntesis de oligonucleótidos de las secuencias deseadas y por conversión de los mismos en DNA bicatenario mediante el alargamiento de un pequeño iniciador que se hibridaba a la parte 3' no degenerada de los oligonucleótidos. La biblioteca lib4 se construyó por el intercambio de un fragmento de restricción EcoRI-PvuI del plásmido fdB1a^{+} que abarcaba las mutaciones lib1 en lugar del fragmento no mutado correspondiente del plásmido fdB1a^{+} en la biblioteca lib3. Las bibliotecas de DNA se sometieron a electroporación en la cepa TG1 de E. coli. Detalles adicionales se proporcionan más adelante.
Preparaciones de stock fago-enzima. Las bibliotecas fago-enzima se produjeron por propagación de bacterias electrotransformadas en grandes placas de 530 cm^{2} que contenían medio LB sólido y tetraciclina a 7,5 \mug/ml. Los transformantes se dejaron crecer durante 20 h a 37ºC y se recuperaron luego por lavado de las placas con medio LB. Las bacterias se desecharon por centrifugación y los fagos se purificaron de los sobrenadantes por precipitaciones con PEG/NaCl. Para aumentar el número medio de \beta-lactamasas presentadas por fago, las bibliotecas de fago se reamplificaron en medio líquido a 23ºC inmediatamente antes de seleccionarlas sobre mAbs (1 \beta-lactamasa es presentado por fago a 23ºC comparado con 0,2 \beta-lactamasas por fago a 37ºC, datos no presentados). Las bibliotecas que se seleccionaron para actividad se produjeron en las mismas condiciones excepto que se extendieron en placas que contenían ampicilina (a 10 \mug/ml o a 30 \mug/ml). Los clones individuales se amplificaron en todos los casos a 23ºC en medio LB líquido.
Ensayos enzimáticos. La actividad de \beta-lactamasa en el fago se ensayó en solución a 20ºC en tampón de fosfato de Na 50 mM, a pH 7,5. Excepto en los casos en que se indica otra cosa, se utilizó como sustrato bencil-penicilina (PenG). La disminución de la absorbancia se midió a 232 nm en función del tiempo para proporcionar los valores de kcat expresados en s^{-1} por mol de fago-enzimas.
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Ejemplo 2 1. Construcción de una biblioteca en un bucle del borde del sitio activo de la proteína \beta-lactamasa (lib1)
Se han insertado secuencias aleatorias de péptidos en la región 103-105 de la secuencia de la \beta-lactamasa R-Tem (J.G. Sutcliffe, Proc. Natl. Acad. Sci., 75: 3737-3741, 1995). El bucle en el borde del sitio activo, en la región que abarcaba V103-V105, se seleccionó como sitio de inserción-reemplazamiento debido a que su posición está próxima a la bolsa catalítica y la secuencia está poco conservada en esta región entre las \beta-lactamasas de clase A. Véase Fig. 1c.
Se han construido dos bibliotecas lib1 diferentes, lib1A-B y lib1D sobre la base de un vector desactivado. Ambas contienen una inserción de 6 aminoácidos en sustitución de los residuos E104-Y105 y V103-Y105, respectivamente. El tamaño teórico de estas bibliotecas es 64.000.000 de secuencias diferentes. El vector desactivado (fdB1aI1) se produjo por mutagénesis orientada de fdB1a^{+} utilizando el método del fosforotioato (Nakamaye, K.C. y Eckstein, F. (1986) Nucl. Acid Res. 14, 9679-9688). Este vector presenta dos sitios de restricción nuevos, BbsI y SgrAI, y un codón de parada que desactiva la enzima (esquema 1a).
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Esquema 1a
Secuencia de fdB1aI1 entre los codones 100 y 109 del gen de \beta-lactamasa (los sitios de restricción están subrayados, la base insertada para introducir el codón de parada está escrita en negrilla, y los residuos codificados se muestran bajo la secuencia de DNA):
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1
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Se prepararon dos casetes de oligonucleótidos bicatenarios como se muestra en el esquema 1b y 1c por condensación de un pequeño iniciador en la parte 3' no degenerada del oligonucleótido sintético que contenía las secuencias aleatorias, alargamiento del iniciador catalizado por la polimerasa T4 y purificación en poliacrilamida al 15%.
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Esquema 1b
Secuencia del oligonucleótido que contiene la casete aleatoria y el iniciador:
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2
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Esquema 1c
Casete bicatenaria para la construcción de lib1A-B (los sitios de restricción están subrayados, los sitios de escisión para BbsI están indicados por flechas).
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3
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El vector se restringió con BbnsI y SgrAI y se purificó en agarosa. La casete se restringió con BbsI y NgoMI. Un exceso de 10 veces de la casete se ligó luego con el vector. El vector contaminante fdB1aI1 se eliminó por digestión con BbsI. El producto se resuspendió en 100 \mul de tampón en la preparación para electroporación. Dos veces, 4 \mul de esta mezcla de ligación se utilizaron para transformar células competentes TG1 a fin de producir las bibliotecas lib1A y lib1B. Muestras de estas bibliotecas se extendieron en placas sobre medio LB sólido que contenía 10 \mug/ml de tetraciclina, permitiendo la determinación del número de clones obtenidos por 4 \mul de electroporación, es decir: 1,8 x 10^{6} y 4,7 x 10^{6} clones para lib1A y lib1B respectivamente. Las actividades de las bibliotecas lib1A-B se evaluaron por extensión de muestras de bacterias sobre placas con concentraciones diferentes de ampicilina y recuento de los clones obtenidos después de incubación a 37ºC o 23ºC. Estas titulaciones permitieron la determinación de las condiciones para seleccionar inequívocamente clones con actividades mayores que 30-40 s^{-1} (es decir, la incubación a 37ºC durante 17 horas en las placas LB que contenían 10 \mug/ml de ampicilina recién disuelta). Las actividades de las bibliotecas son bajas, dado que solamente un 0,05% y 0,08% de sus clones son capaces de crecer en 10 \mug de ampicilina/ml a 37ºC. Las medidas de actividad realizadas sobre varios clones individuales seleccionados en dichas condiciones confirmaron esta actividad. Véase Tabla 1. Varios clones individuales han sido secuenciados. La variabilidad de secuencia es moderada y están presentes clones con secuencias acortadas. Esto se observó a pesar del hecho de que los oligonucleótidos degenerados utilizados para construir las inserciones se purificaron en acrilamida. El paso de purificación es eficiente, pero las inserciones no son probablemente bien toleradas en esta región, por lo que se seleccionan los escasos clones activos correspondiente en gran parte con secuencias acortadas.
Las fracciones activas de las bibliotecas lib1A-B han sido producidas en gran escala (= lib1C_{2} y lib1C_{4}). Lib1A-B deberían contener 6,4 x 10^{7} veces 0,05%-0,08% clones que crecen en placas que contienen 10 \mug/ml de ampicilina, es decir entre 32.000 y 51.000 clones. El propósito de los autores de la invención es producir las bibliotecas completas de fago y DNA. Lo último se utilizará para crear la biblioteca de recombinación lib4. A fin de producir material suficiente para aislamiento de la biblioteca de DNA, fueron necesarias dos tandas de tensión en placas sobre cápsulas grandes. En la primera tanda, el producto de catorce electroporaciones de 4 \mul se extendió en placa después de dilución en 52 ml de medio Soc sobre dos cápsulas de 23 x 23 cm (medio sólido que contenía 10 \mug/ml de tetraciclina y 10 \mug/ml de ampicilina.) Después de 18 horas de crecimiento a 37ºC, se recogieron las bacterias en 120 ml de medio LB líquido. Una dilución de 60 veces de la solución de células diluida hasta una densidad óptica a 600 nm de 0,5 se extendió en 10 cápsulas grandes para producir 79.000 clones (libC2). El experimento se repitió y se obtuvieron 150.000 clones (libC4). A partir de éstos, se prepararon bibliotecas de fago y de DNA, respectivamente, como se describe en el Ejemplo 1 y por métodos convencionales (Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2ª edición, Cold Spring Harbor Laboratory). Un pequeño número de clones individuales se produjeron en cantidad para medir su actividad y determinar su secuencia. Véase la Tabla 2.
Se utilizaron los mismos protocolos para producir la biblioteca Lib1D. Se construyó una casete por conversión del oligonucleótido auto-hibridante representado en el esquema 1d en su forma bicatenaria (esquema 1e).
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Esquema 1d
Secuencia del oligonucleótido auto-hibridante que contiene la casete aleatoria.
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Esquema 1e
Casete bicatenaria para la construcción de lib1A-B: los sitios de restricción están subrayados, y los sitios de escisión para BbsI y NgoM1 se indican por flechas.
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Después de purificación y restricción por BbsI y NgoM1, esta casete se ligó al vector restringido y purificado con agarosa fdB1aI1. El vector de clonación contaminante se eliminó por digestión con BbsI y la mezcla de ligación se utilizó para la transformación de células TG1 por electroporación. 3 \mul proporcionaron 9,2 x 10^{6} transformantes entre los cuales 0,11% producían una enzima suficientemente activa para crecer en un medio que contenía 10 \mug/ml de Amp. La biblioteca completa (lib1D2) se produjo como se ha descrito para lib1C2 y lib1C4. La actividad y secuencia de unos cuantos clones se determinaron. Véase la Tabla 3.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 1 Secuencias y actividades de los clones de lib1A seleccionados en 10 \mug ampicilina/ml a 37ºC
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TABLA 2 Secuencias y actividades de los clones de lib1C_{4}
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TABLA 3 Secuencias y actividades de los clones de lib1D_{2}
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2. Construcción de una biblioteca en el bucle que precede a la hélice \alpha11 de \beta-lactamasa (lib3)
El bucle que precede a la hélice \alpha11 (residuos 271-272) de \beta-lactamasa se seleccionó como sitio de inserción debido a su posición relativamente próxima a la bolsa catalítica y su pobre conservación de secuencia entre las \beta-lactamasas conocidas. Esta región está también bien localizada con relación al sitio de inserción de la biblioteca lib1 (residuos 103-106) para la construcción de un epítope no lineal. De hecho, estas dos regiones se encuentran en los bordes opuestos del sitio activo. Véase Fig. 1c.
En un experimento, los aminoácidos T_{271} y M_{272} de la \beta-lactamasa se intercambiaron por una secuencia degenerada de 5 residuos que se intercambiaron para dar la biblioteca lib3d. Esta biblioteca se construyó siguiendo la estrategia utilizada para construir las bibliotecas lib1. El vector desactivado (fdB1aI2) se produjo por mutagénesis orientada de fdB1a^{+} utilizando el método del fosforotioato (Nakamaye, K.C. y Eckstein, F. (1986), Nucl. Acid Res. 14, 9679-9688). Este vector presenta dos nuevos sitios de restricción por BbsI y un codón de parada que desactiva la enzima (esquema 2a).
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Esquema 2a
Secuencia de fdB1aI2 entre los codones 267 y 278 del gen de \beta-lactamasa (sitios de restricción subrayados con los sitios de escisión indicados, base insertada para introducir un codón de parada en negrita, residuos codificados bajo la secuencia de DNA):
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Se prepararon dos casetes oligonucleotídicas bicatenarias como se muestra en el esquema 2b y 2c por condensación de un pequeño iniciador en la parte 3' no degenerada del oligonucleótido sintético que contenía las secuencias aleatorias, alargamiento del iniciador catalizado por polimerasa T4 y purificación en poliacrilamida al 15%.
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Esquema 2b
Secuencia del oligonucleótido que contiene la casete aleatoria y del iniciador.
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Esquema 2c
Casete bicatenaria para la construcción de lib3d: los sitios de restricción por Bbs1 están subrayados, y los sitios de escisión se indican por flechas.
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El vector y la casete se restringieron con BbsI. Un exceso de 10 veces de la casete se ligó luego con el vector. El vector contaminante fdB1aI2 se eliminó por digestión con BbnsI. El producto se resuspendió en 100 \mul. 4 \mul de esta mezcla de ligación se utilizaron para transformar células competentes TG1 y producir las bibliotecas lib3d. Muestras de estas bibliotecas se extendieron en placa sobre medio LB sólido que contenía 10 \mug/ml de tetraciclina para determinar el número de clones obtenidos por 4 \mul de electroporación, es decir: 4,5 x 10^{5} clones. Las actividades de la biblioteca se evaluaron por extensión de muestras de bacterias transformadas sobre placas con concentraciones diferentes de ampicilina y recuento de los clones obtenidos después de incubación a 37ºC o 20ºC. De 2 a 3% de los clones demostraron ser activos, es decir aproximadamente 8 x 10^{4} clones diferentes. La metionina en la posición 272 está fuertemente conservada en los clones activos. Véase la Tabla 4. Aproximadamente 1/3 de los clones seleccionados sobre 10 \mug de ampicilina contenían secuencias más cortas que 5 residuos. Esto es resultado de la presencia durante la clonación de la inserción degenerada en el vector de \beta-lactamasa de un pequeño porcentaje de oligonucleótido bicatenario acortado; los clones de inserción más cortos se seleccionan firmemente después de ello, dado que son más activos.
Aunque la biblioteca lib3d era suficientemente grande y activa para recombinarse con lib1, su variabilidad sugirió la construcción de una segunda biblioteca en la misma región pero reemplazando únicamente el residuo T_{271}. El tamaño de la inserción se aumentó a 6 aminoácidos, en lugar de 5, para tener en cuenta la posición más alejada del nuevo sitio de inserción. La biblioteca lib3f se construyó análogamente a lib3d por clonación de una casete en el vector fdB1aI2, representándose la casete en el esquema 2d.
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Esquema 2d
Casete bicatenaria para la construcción de lib3f: los sitios de restricción con BbsI están subrayados, y los sitios de escisión se indican por flechas.
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La transformación de TG1 con 4 \mul de mezcla de ligación proporcionó 7,0 x 10^{6} clones.
La biblioteca producida, lib3f, era muy activa dado que aproximadamente el 7% de los clones eran capaces de crecer sobre 10 \mug de ampicilina/ml a 37ºC. La secuenciación de varios clones seleccionados en dichas condiciones indicó que los clones activos tienen una gran variabilidad de secuencia y no contienen secuencias de inserción acortadas. Véase la Tabla 5. Esto es resultado del hecho de que los oligonucleótidos degenerados se purificaron en gel de acrilamida.
Las fracciones activas de la biblioteca lib3f se prepararon sometiendo tres veces a electroporación 100 \mul de células TG1 con 6 \mul de mezcla de litigación (sic) y diluyendo en primer lugar hasta 12 ml de medio Soc, y luego hasta 48 ml de medio LB. Las bacterias se extendieron en 10 cápsulas grandes (23 x 23 cm) y se dejaron crecer durante 18 horas a 37ºC. Las bibliotecas se recuperaron luego de las placas con tres veces 20 ml de medio LB a 4ºC. Las bacterias se centrifugaron y el DNA bicatenario se extrajo por métodos usuales y se purificó en gradientes de CsCl para proporcionar grandes stocks de DNA; los fagos se purificaron del sobrenadante (= lib3G). El tamaño de las bibliotecas, aproximadamente 4 x 10^{6} clones activos diferentes, y la actividad de la biblioteca lib3G deberían permitir selecciones directas por afinidad con anticuerpos psa (véase más adelante). Lib3B se manipuló análogamente para producir la biblioteca activa lib3E.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 4 Secuencias y actividades de varios clones de la biblioteca lib3d seleccionados de entre el 3% de clones más activos
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TABLA 5 Secuencias y actividades de los clones lib3f seleccionados sobre 10 \mug de ampicilina/ml a 37ºC
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3. Recombinación de las bibliotecas lib1 y lib3
Las bibliotecas (lib1C2, 1C4 y 1D2 en la región 103-105, y lib3E y 3G en la región 271-272) se seleccionaron sobre ampicilina y contienen esencialmente clones cuyas kcats son mayores que 40 s^{-1} (es decir \geq4% de actividad de tipo salvaje). Los tamaños de las bibliotecas lib1 y lib3 son aproximadamente 1 x 10^{4} y 4 x 10^{6} clones, respectivamente.
Se realizó una selección ulterior de la biblioteca lib3G sobre ampicilina antes de la recombinación de la misma con la biblioteca lib1. La lib3G es muy grande y tiene una gran diversidad de secuencias de tal modo que sólo se seleccionaron los clones más activos. Es de esperar que esto aumente las probabilidades de obtener una biblioteca recombinante activa. La biblioteca lib3G se seleccionó en 30 \mug de ampicilina/ml a 37ºC, lo que permitió la selección del 10% de sus clones. De este modo, la actividad de la biblioteca se incrementó por un factor de 1,5.
Para construir la biblioteca recombinante, las bibliotecas lib1C2, 1C4 y 1D2 se agruparon y se recombinaron con la biblioteca lib3H. Las bibliotecas lib1 agrupadas anteriores y la biblioteca lib3H se digirieron con EcoRI y PvuI. La biblioteca de fragmentos grandes derivada de lib1 y la biblioteca de fragmentos pequeños derivada de lib3H se purificaron en gel, se ligaron, y se utilizaron para transformaciones. La biblioteca (rec1) era muy activa, dado que aproximadamente el 20% de sus clones eran capaces de crecer sobre 10 \mug ampicilina/ml a 37ºC. Esto significa que el 20% de sus clones tienen actividades mayores que 40 s^{-1}. La secuenciación de estos clones demostró que únicamente 2 clones/13 contenían simultáneamente una inserción completa en ambas localizaciones. Véase la Tabla 6. Esta frecuencia es resultado de la presencia en la biblioteca lib1 de aproximadamente 50% de inserciones acortadas. Para determinar las actividades de los clones construidos correctamente, se midieron las kcats de varios clones no seleccionados sobre ampicilina. Entre 12 clones analizados, únicamente 2 tenían actividades menores que 10 s^{-1}. Véase la Tabla 7. Se deduce que los clones bien construidos poseen actividades relevantes aun cuando la mayoría de ellos son probablemente incapaces de crecer sobre 10 \mug ampicilina/ml.
Se adoptaron varios enfoques diferentes de clonación para obtener una biblioteca recombinante de gran tamaño. La biblioteca óptima se produjo en gran escala (= lib rec4b) y contiene aproximadamente 5 x 10^{7} clones diferentes. Esta biblioteca no se sometió a ningún tratamiento ulterior antes de selección sobre anticuerpos psa. La selección sobre ampicilina puede utilizarse para amplificar la proporción de clones bien construidos.
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TABLA 7 Actividades de los clones rec1 no seleccionados sobre ampicilina
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Ejemplo 3 1. Selección para fijación por los anticuerpos monoclonales psa10 y psa66
Se realizaron tres tandas de selección sobre las bibliotecas lib3j (preparada por reunión de las bibliotecas lib3E, lib3G(a) y lib3G(b)) y rec4b por lavado en batea sobre cuentas magnéticas recubiertas con estreptavidina (Dynabeads M280 de Dynal AS, Oslo, Noruega) saturadas con los anticuerpos biotinilados psa10 y psa66 como agentes de selección (de CanAg Diagnostics AB, Gothenburg, Suecia). Los fagos que exhibían \beta-lactamasas mutantes con afinidad alta para los anticuerpos se extrajeron de estas bibliotecas. En cada caso se obtuvo un factor de amplificación mayor que 1000 veces entre la primera tanda de selección y la tercera (relación del número de fagos eluidos entre las tandas de selección tercera y primera-elución a pH bajo o por adición de sustrato). Esto indica que se consiguió una selección eficiente.
El efecto de los mAbs sobre la actividad de las enzimas se determinó después de incubación de los fago-enzimas con diversas concentraciones de mAb durante al menos 10 minutos antes de añadir el sustrato. Las tasas de hidrólisis se determinaron siempre en condiciones en las que la concentración de sustrato es al menos tres veces mayor que la K_{m} de las enzimas modificadas, fijadas o no a su mAb respectivo. Las constantes de disociación entre las enzimas y los mAbs
se determinaron a partir de las curvas de inhibición presentadas en Fig. 2 sobre la base de las ecuaciones siguientes:
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donde [E]_{t} y [mAb]_{t} son las concentraciones totales de enzima y anticuerpo respectivamente, [E.mAb] es la concentración del complejo enzima-mAb, kd es la constante de disociación del complejo enzima-mAb, kcat E y kcat E.mAb son las constantes catalíticas de la enzima libre y el complejo.
Después de la tercera tanda de selección, se determinó el efecto de la fijación del anticuerpo psa sobre la actividad de PenG como sustrato en las bibliotecas seleccionadas; se observó una ligera inhibición en el caso de la biblioteca rec4b seleccionada con psa66 (\sim20% a 3,3 x 10^{-7}M de psa66). Este efecto inhibidor alcanzaba 40-45% cuando se utilizaron sustratos mayores (PADAC o Centa).
La caracterización de los fagos eluidos de la tercera tanda de selección indicó que se ejercía una selección fuerte sobre la región lib3 de las bibliotecas. Únicamente se observó en esta localización una pequeña variabilidad de secuencia. Véanse las tablas 8 y 9. No pudo encontrarse conservación de secuencia alguna en la región lib1. Esta región podía contribuir sin embargo a la fijación del anticuerpo, dado que los residuos de tipo salvaje están reemplazados en estos clones. Sin embargo, se cree que los epítopes psa10 y psa66 son probablemente lineales. En el caso de los fagos seleccionados sobre psa66, pudo derivarse un motivo de consenso SX_{(1-0)}L/IQ. Este motivo estaba presente también en los clones aislados previamente de una biblioteca creada en el bucle \omega (lib2) después de selección sobre el mismo anticuerpo. Este motivo no se encuentra en la secuencia de psa. Con psa66, se ha seleccionado un mimotopo. Se encontró una secuencia HPQ en varios clones seleccionados sobre psa10. Esto sugiere que la selección se llevó a cabo, al menos parcialmente, sobre estreptavidina en lugar de hacerlo sobre el anticuerpo. Dado que era visible un ligero precipitado en la preparación biotinilada de psa10, es posible que el anticuerpo estuviera desnaturalizado y no recubriera las cuentas de estreptavidina. Se testó si la actividad de las bibliotecas lib3j y rec4b, seleccionadas sobre psa10, podría estar regulada por fijación de estreptavidina, pero no se obtuvo resultado positivo alguno. Se observó una tenue estimulación en el caso de la biblioteca rec4b.
Se han analizado varios clones individuales seleccionados en psa66 de las bibliotecas lib3j y rec4b. Todos ellos poseen altas actividades. Véase la Tabla 9. En cambio, no se encontró regulación alguna en el caso de los clones aislados de la biblioteca lib3j. Los clones seleccionados eran muy diversos, dado que la secuencia en la región lib1 es variable y el nivel de modulación dependía de los clones pero estaba comprendido principalmente entre 30 y 60% de inhibición en PADAC (R.N. Jones et al., Clin. Microbiol., 15:677-683, 1982) o Centa (R.N. Jones et al., Clin. Microbiol, 15:954-958, 1982) (a 3,3 x 10^{-7} M de psa66). Este porcentaje puede ser tan alto como 70% o más cuando la concentración de psa66 se incrementa a 1,7 x 10^{-6}M. La inhibición es menos importante cuando se utiliza como sustrato PenG. Se cree que la diferencia de comportamiento es en gran parte resultado probablemente de la diferencia en el tamaño de los sustratos, hidrolizándose menos rápidamente los sustratos mayores en presencia del anticuerpo fijado. La inhibición máxima (a [psa66] = \infty) se ha calculado para uno de los clones mejor regulados (p66Rb316) y alcanza 68% en PADAC y 75% en Centa (kd = 1,2 x 10^{-7}M). Dado que la biblioteca rec4b seleccionada con psa66 parece contener muchos individuos diferentes, no puede excluirse que estén presentes en ella clones mejor regulados.
En el clon p66Rb316, los residuos de tipo salvaje E_{104}-Y_{105} están reemplazados por T_{104}G_{105} y el residuo de tipo salvaje T_{271} está reemplazado por DGSRQ. Inesperadamente, R_{275} está mutado a Q_{275}. Estas secuencias no están presentes en el antígeno específico de próstata (psa). Por consiguiente, el anticuerpo monoclonal reconoce un mimotopo.
TABLA 8 Clones seleccionados en psa10
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TABLA 9 Clones seleccionados sobre psa66
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TABLA 9
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2. Selección para fijación sobre el anticuerpo monoclonal psa19
Se llevaron a cabo tres tandas de selección sobre la biblioteca lib3j por lavado en batea utilizando el anticuerpo psa19 (CanAg Diagnostics AB, Gothenburg, Suecia). Se analizaron varios clones para regulación de la actividad por fijación de psa19. Para realizar tales ensayos de actividad, la enzima del fago se diluyó en tampón de fosfato 50 mM a pH 7, a una concentración de 2,4 x 10^{-9}M. El anticuerpo monoclonal PSA19 se añadió a una concentración final que varía entre cero y 2,6 \muM. Después de 10 minutos, el sustrato (bencil-penicilina) se añadió a una concentración final de 5 x 10^{-4}M. La actividad se midió por determinación de la tasa de disminución de la absorbancia a 232 nm. Una gráfica del efecto inhibidor del anticuerpo monoclonal psa19 sobre la actividad catalítica de la \beta-lactamasa mutante en el fago identificado como psa19Aj302 y extraída de la biblioteca lib3j se muestra en Figs. 2 y 3. Fig. 3 es una versión expandida de Fig. 2. La misma representa las actividades como función de [psa19] entre 0 y 50 nM. La actividad se reduce a 60% para una concentración del anticuerpo psa19 de 4 x 10^{-9}M y a 17% para saturación. Esto permite la detección del analito psa a una concentración de nM por observación de un aumento en la actividad.
En el clon psa19Aj302, el residuo de tipo salvaje T_{271} estaba reemplazado por SWPVKS. Inesperadamente, R_{275} estaba también mutado a Q_{275}. Estas secuencias no están presentes en PSA. Por consiguiente, el anticuerpo monoclonal reconoce un mimotopo.
Se aplicaron también tres tandas de selección a la biblioteca rec4b utilizando el anticuerpo psa19. Se encontró un clon cuya actividad estaba regulada por fijación del anticuerpo psa (psa1919Rb404). El fago-enzima se diluyó en tampón de fosfato 50 mM a pH 7, a una concentración de 2,4 x 10^{-9}M. El anticuerpo psa se añadió a una concentración final que varía entre cero y 2,6 \muM. Después de 10 minutos, se añadió el sustrato (bencil-penicilina) a una concentración final de 5 x 10^{-4}M. Se midió la actividad por determinación de la tasa de disminución de la absorbancia a 232 nm. Se encontró una kcat de 134 s^{-1} en ausencia de psa19. La fijación de psa19 inhibe la actividad al 8% de la encontrada en ausencia de anticuerpo. La mitad del efecto se observa a una concentración de psa19 de 50 nM (Kd = 5 x 10^{-8}M para el complejo entre psa19 y el mutante de \beta-lactamasa). Véase Fig. 4. La secuenciación de este clon reveló que los residuos de tipo salvaje E_{104}-Y_{105} estaban reemplazados por Q_{104}-G_{105} y el residuo de tipo salvaje T_{271} estaba reemplazado por la secuencia GPWPRQ. Esta secuencia no está presente en psa.
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3. Sumario
Se han construido dos grandes bibliotecas, a saber, lib3j y rec4b. Estas bibliotecas son muy activas y permitían la selección de anticuerpos de clones cuyos valores kcat oscilan entre 3 y 13% del correspondiente al clon Fdb1a de tipo salvaje. La construcción de una biblioteca activa se supuso que era un requisito previo en el descubrimiento de mutantes regulables de \beta-lactamasa. La Tabla 10 recopila los resultados del cribado de lib3 y lib4.
Una selección simple y satisfactoria por afinidad de la biblioteca rec4b ha permitido clones que están fuertemente regulados por su pareja de fijación, es decir, por el anticuerpo psa66.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 10 Características de los clones lib3 y lib4 seleccionados sobre mAbs de psa
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Se llevó a cabo la identificación de varios clones bien regulados aislados en mAbs de psa a partir de las bibliotecas lib3 y lib4. La mayoría de los clones contienen una inserción completa en el bucle C (clones lib3 y lib4) pero únicamente mutaciones puntuales en el bucle A (clones lib4). La falta de una inserción completa en el bucle A es resultado del hecho de que aproximadamente el 50% de los clones lib1 activos utilizados para la construcción de la biblioteca lib4 no contenían un inserción completa. Estos clones proceden de la selección in vivo para actividad de las bibliotecas lib1 debido a que tienen una ventaja de crecimiento sobre la mayoría de los clones lib1, correcta pero deficientemente activos (los clones que contienen selecciones incorrectas representan menos del 0,1% de los clones lib1 no seleccionados). En el bucle C, se encuentran varias mutaciones "extra" fuera de la región mutagenizada, pero dentro del fragmento sintetizado in vitro utilizado para clonar las bibliotecas. Estos clones parecen haber sido también amplificados preferentemente durante la selección in vivo para actividad. Todos los clones se testaron sobre el sustrato de penicilina bencilpenicilina (PenG) y sobre el sustrato de cefalosporina PADAC. Únicamente se ilustran los resultados obtenidos con el sustrato que daba las inhibiciones más importantes. Los valores de inhibición (actividades relativas) se determinaron en presencia de una concentración saturante de mAb.
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Ejemplo 4
Se analizó la biblioteca lib1 por lavado en batea directamente sobre las Dynabeads M280 para extraer enzimas de fago reguladas por fijación a estreptavidina. Se encontró un clon con una kcat de 20 s^{-1}, una constante de fijación de estreptavidina Kd = 1,2 x 10^{-7} y un factor de inhibición de 1,3. La adición de biotina a una concentración de 5 x 10^{-7} restablecía la actividad a la observada en ausencia de estreptavidina. La secuencia del péptido insertado entre L_{102} y S_{106} en sustitución de V_{103}-Y_{105} era YHPQNS.
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Ejemplo 5
Se llevaron a cabo tres tandas de selección sobre la biblioteca Rec4B por lavado en batea utilizando el anticuerpo psa66 (CanAg Diagnostics AB, Gothenburg, Suecia). El clon p66Rb330 se seleccionó y se analizó en cuanto a regulación de la actividad por fijación de psa66. Se utilizaron dos sustratos. El efecto observado dependía del sustrato. Véanse Figs. 5A y 5B. Con Centa como sustrato, se observó una activación de 1,72 veces. Con PADAC, se observó una inhibición de 2,6 veces. Ambas curvas activación/inhibición pueden ajustarse con la misma constante de fijación entre el anticuerpo monoclonal psa66 y la enzima: Kd = 360 nM. Este clon se ha secuenciado: los residuos de tipo salvaje V_{103}-Y_{105} estaban reemplazados por LLAGY, y los residuos de tipo salvaje T_{271}-R_{275} estaban reemplazados por DLGAV. Estas secuencias no están presentes en PSA y por tanto el anticuerpo monoclonal reconoce un mimotopo.
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Ejemplo 6
La biblioteca 3 se cribó y se seleccionó de ella el clon P19L3-01. Véanse el Ejemplo 3 y la Tabla 10. Este clon exhibía la inhibición óptima con el mAb psa19 (kd = 5 nM). Este clon se dejó crecer y se utilizó en un estudio de su respuesta a la competición con el antígeno psa y el mAb psa10. Se utilizó como sustrato PenG en tampón de fosfato 50 mM de pH 7,5, en presencia de 1 nM del fago-enzima P19L3-01, 5 nM de mAb psa19, 200 ng/ml de BSA con diversas concentraciones de antígeno psa. Los niveles de antígeno psa se hicieron variar desde 0,1 nM a 150 nM. Se utilizó la kcat (s^{-1}) como medida de la actividad. Véase Fig. 6.

Claims (11)

1. Un método para determinar la presencia o cantidad de un analito en una muestra de test, que comprende:
(a) preparar ácidos nucleicos que codifican una enzima quimérica, en donde la actividad de la enzima quimérica se modula por fijación de una molécula de fijación, en donde dichos ácidos nucleicos se preparan por un método que comprende:
(i)
proporcionar bibliotecas de oligonucleótidos sintéticos degenerados que codifican mimotopos;
(ii)
expresar una biblioteca de enzimas quiméricas candidato preparadas por inserción de dichos oligonucleótidos en secuencias de ácido nucleico que codifican una enzima de partida para producir enzimas quiméricas candidato;
(iii)
proporcionar una molécula de fijación;
(iv)
cribar las enzimas quiméricas candidato expresadas para determinar si la actividad de la enzima quimérica candidato se modula por fijación de dicha molécula de fijación a dicha enzima quimérica candidato e identificar al menos una enzima quimérica con actividad modulada; y
(v)
aislar ácidos nucleicos que codifican dicha enzima quimérica de dicha biblioteca;
(b) expresar un ácido nucleico preparado de acuerdo con la parte (a) para producir una enzima quimérica;
(c) poner en contacto la enzima quimérica con (1) la muestra de test, (2) una molécula de fijación que se fija a un mimotopo de la enzima quimérica, y (3) un sustrato sobre el cual actúa catalíticamente la enzima quimérica, para formar una mezcla de reacción; y
(d) detectar la cantidad de catálisis del sustrato producida por la enzima quimérica, en donde la molécula de fijación modula la catálisis por la enzima quimérica en donde dicho analito actúa como competidor directo de la interacción de la enzima quimérica con la molécula de fijación.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la molécula de fijación es un anticuerpo.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Un método para determinar la presencia o cantidad de un analito en una muestra de test, que comprende:
(a) preparar una enzima quimérica por un método como se define en las partes (a) y (b) de la reivindicación 1;
(b) poner en contacto la enzima quimérica con (1) la muestra de test y (2) un sustrato sobre el cual actúa catalíticamente la enzima quimérica, para formar una mezcla de reacción; y
(c) detectar la cantidad de catálisis del sustrato alcanzada por la enzima quimérica, en donde el analito modula la catálisis por la enzima quimérica.
\vskip1.000000\baselineskip
4. En método de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el analito y el sustrato se ponen en contacto con la enzima quimérica simultáneamente.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el analito se pone en contacto con la enzima quimérica antes del contacto del sustrato con la enzima quimérica.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el analito es un anticuerpo.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual la enzima de partida es \beta-lactamasa.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 3, en el cual la muestra de test contiene el analito.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el analito es antígeno específico de próstata.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 3, en el cual la muestra de test es suero.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el analito es un anticuerpo específico para el antígeno específico de próstata.
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