1. Interferone - Goethe
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Rekombinante Wirkstoffe! 5. Vorlesung! Prof. Dr. Theo Dingermann Ins2tut für Pharmazeu2sche Biologie Goethe-­‐Universität Frankfurt [email protected]­‐frankfurt.de Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen? • Einige Modifikationen sind Konzessionen an die technische Machbarkeit – durchaus u.U. mit einem signifikanten Zusatzgewinn (Wirkstoffe der 1. Generation).! • Einige Moleküle sind in der Tat naturidentisch (Wirkstoffe der 2. Generation).! • Einige Modifikationen machen die Moleküle besser als die natürlichen Vorbilder, auch weil sie den signifikanten Unterschieden eines physiologischen und eines therapeutischen Deliveryʻs Rechnung tragen (Wirkstoffe der 3a. Generation).! • Einige Moleküle wurden ganz einfach „neu erfunden“ (Wirkstoffe der 3b. Generation).! Protropin® H H G Arzneimittel derI 1.EGeneration K D K R M Wachstumshormon Somatropin H H G Arzneimittel derI 2.EGeneration K D K R Wachstumshormon Pegyliertes Somatropin H H G Arzneimittel derI 3aE Generation K D K R modifiziertes Wachstumshormon längere Halbwertszeit Pegvisomant Somavert® H D D H G K Arzneimittel derTI 3b K D SE Generation R S A K R N Wachstumshormon GH-RezeptorAntagonist Authentizität hielt man lange dann für besonders wichtig, wenn Präparate zur Substitutions- bzw. Dauertherapie eingesetzt wurden. • • • • • • Insulin Gerinnungsfaktor VIII Somatropin ß-Interferon α-Interferon einige Antikörper Heute gilt Authentizität nicht mehr als Wert an sich. Was zählt sind möglichst optimale Wirksamkeit und Verträglichkeit. Die zugelassenen rekombinanten Wirkstoffe" 1. Antianämika" 2. Antiasthmatika" 3. Antiadiabetika! (Wirkstoffe zur Aufrechterhaltung der Glukose-Homöostase)" 4. Antiinfektiva! Antiinfektiva! Als Antiinfektiva werden Arzneimittel bezeichnet, die gegen Infektionskrankheiten eingesetzt werden und dabei gezielt Mikroorganismen schädigen, ohne auf den menschlichen Körper zu wirken. • Die zugelassenen Interferone • Der monoklonalen Antikörper Palivizumab. • Interferone = wichtige Komponenten des unspezifischen Immunsystems • Palivizumab = monoklonaler Antikörper = Komponente des spezifischen Immunsystem. 1. Interferone! Der Name: Interferone „interferieren“ mit der viralen Replikation. Die Funktion: Induktion einer „antiviralen Aktivität“ gegen ein breites Spektrum ganz unterschiedlicher Viren. 1. Interferone! Humane Interferone werden heute in die sieben Gruppen eingeteilt: • IFN-α, • IFN-β, • IFN-ε, • IFN-ω, • IFN-κ, • IFN-ν, • IFN-γ Sieben Gruppen —> drei Klassen: • Typ-I-Interferone (IFN-α, IFN-β, IFN-ω, IFN-ν und IFN-κ) • Typ-II-Interferone (IFN-γ) • Typ-III-Interferone (IL-28A = IFN-λ2, IL-28B = IFN-λ3, IL-29 = IFN-λ1) 1. Interferone! Interferon– Name klasse Genort Rezeptor Kette 1 Rezeptor Kette 2 Signaltransduktionswege Typ I 9p21+3 9p21+3 9p21+3 9p21+1 9p21+3 9p21+3 IFN-αR1 (syn.: IFN-αRα, IFNAR1) IFN-αR2 (syn.: IFN-αRβ, IFNAR2) Jak1, Tyk2 Stat1, Stat2, Stat3, Stat4, Stat5 PI3K Akt NFκB MAPK p53 PRMT1 IFN-α IFN-β IFN-ε IFN-κ IFN-ω IFN-ν 1. Interferone! Rezeptor Kette 1 Rezeptor Kette 2 Signaltransduktionswege IFN-αR1 (syn.: IFN-αRα, IFNAR1) IFN-αR2 (syn.: IFN-αRβ, IFNAR2) Jak1, Tyk2 Stat1, Stat2, Stat3, Stat4, Stat5 PI3K Akt NFκB MAPK p53 PRMT1 1. Interferone! Interferon– Name klasse Genort Rezeptor Kette 1 Rezeptor Kette 2 Signaltransduktionswege Typ II 12q14+3 IFN-γR1 (syn.: IFN-γRα, IFNGR1) IFN-γR2 (syn.: IFN-γRβ, IFNGR2) Jak1, Jak2 Stat1, Stat3, Stat5 PI3K Akt NFκB MAPK IFN-γ 1. Interferone! Rezeptor Kette 1 Rezeptor Kette 2 Signaltransduktionswege IFN-γR1 (syn.: IFN-γRα, IFNGR1) IFN-γR2 (syn.: IFN-γRβ, IFNGR2) Jak1, Jak2 Stat1, Stat3, Stat5 PI3K Akt NFκB MAPK 1. Interferone! Interferon– Name klasse Genort Rezeptor Kette 1 Rezeptor Kette 2 Signaltransduktionswege Typ III (IFNähnliche Proteine) 19q13+2 IL28RA (syn.: IFNLR1, LICR2) IL-10R2 (syn.: IL10RB, CRFB4) Jak1, Tyk2 Stat1,Stat2, Stat3, Stat5 IL-28A (IFN-λ2) IL-28B (IFN-λ3) IL-29 (IFN-λ1) 19q13+2 19q13+2 1. Interferone! Alpha-Interferone (IFN-α), die früher auch als Leukozyten-Interferone (LeIF) bezeichnet wurden, werden von einer Gruppe von 13 Genen und einem Pseudogen (IFNAP22) codiert 1. Interferone! Sehr konservierte AS-Sequenz zwischen den Positionen 115 und 151. Der Bereich zwischen den AS 81 und 95, und hier vor allem Tyr-86 und Tyr-90, scheint besonders relevant für die antiproliferative Wirkung der AlphaInterferone zu sein. 1. Interferone! Alpha-Interferone (IFN-α), die früher auch als Leukozyten-Interferone (LeIF) bezeichnet wurden, werden von einer Gruppe von 13 Genen und einem Pseudogen (IFNAP22) codiert. Jedes Alpha-Interferon scheint ein etwas anderes Aktivitätsprofil aufzuweisen hinsichtlich der antiviralen und antiproliferativen Wirkung und hinsichtlich der Stimulation von Natürlichen Killerzellen bzw. zytotoxischen T-Zellen. Biochemisch lassen sich die Alpha-Interferone nicht trennen, so dass "natürliche Alpha-Interferon-Präparate" immer Mischungen all dieser Proteine sind. Nur die rekombinanten Präparate enthalten jeweils nur eine einzelne Molekülspezies. 1. Interferone! Beta-Interferon (IFN-β), das früher auch Fibroblasten-Interferon (FIF) genannt wurde, wird von einem einzelnen Gen codiert. Das Protein enthält 166 Aminosäuren. Die Sequenzhomologie zwischen IFN-alpha- und IFN-betaProteinen beträgt etwa 30 % 1. Interferone! Die Sequenzhomologie zwischen IFN-alpha- und IFN-beta-Proteinen beträgt etwa 30 %. 1. Interferone! Omega-Interferon (IFN-ω) wird auch als Interferon alpha-II-1 bezeichnet. In der Aminosäuresequenz sind IFN-α und IFN-ω zu 75 % identisch. Bei einer Virusinfektion werden zunächst die Interferon IFN-α, IFN-β und IFN-ω exprimiert und entfalten ihre Wirkung. IFN-ω wird von einem Gen codiert und umfasst entweder 172 oder 174 Aminosäuren, je nachdem ob bei der Expression am Endoplasmatischen Retikulum ein Signalpeptid von 21 oder 23 Aminosäuren Länge abgespalten wird. 1. Interferone! Epsilon-Interferon (IFN-ε) ist noch relativ wenig erforscht und wird offensichtlich in einigen Krebszelllinien exprimiert. Kappa-Interferon (IFN-κ) ist ebenfalls noch recht wenig erforscht. Es wurde aus Keratinozyten isoliert. Mit 180 Aminosäuren ist dieses Interferon das größte Protein der Klasse und weist 30 % Sequenzhomologie zu den anderen Typ-I-Interferonen auf. • Im Gegensatz zu den anderen Interferon-Genen, enthält das IFN-κ-Gen ein Intron in der 3’-nicht-translatierten Region. • Anders als die anderen Typ-I-Interferone, wird IFN-k konstitutiv von den Keratinozyten exprimiert, allerdings wird die mRNA-Expression durch Virusinfektion und durch die anderen Typ-I-Interferone sowie auch durch IFN-γ hochreguliert. Funktionell ähnelt IFN-κ mehr IFN-β als IFN-α2a, stimuliert die Freisetzung von IL-10 und inhibiert die Bildung von IL-12 und könnte deshalb für einen therapeutischen Einsatz bei einigen Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose interessant sein. 1. Interferone! Ein von dieser Gruppe deutlich zu unterscheidendes Interferon wurde 1982 kloniert. Es wurde zunächst als "Immun-IFN" bezeichnet, da man es aus T-Lymphozyten isoliert hatte. Heute kennen wir dieses wichtige Interferon als Gamma-Interferon (IFN-γ), das wegen seiner Säurelabilität (instabil bei pH 2) auch als Typ-II-Interferon klassifiziert wird. Die biologische Wirkung von IFN-gamma kann man eher als antizellulär als antiviral bezeichnen. Es weist auch keine signifikante Sequenzhomologie mit IFN-alpha und IFN-beta auf, aber es codiert ein Protein ähnlicher Größe, in dem bestimmte einzelne Aminosäurereste dieselben Positionen wie im Interferon-alpha und -beta besetzen. Anders als die Typ-I-Interferone ist IFN-γ ein Homodimer. Es bindet an Zelloberflächenrezeptoren, die sich deutlich von denen unterscheiden, an die Typ-I-Interferone binden. 1. Interferone! Interferon-Rezeptoren: Typ-I-Interferone binden jeweils als Monomere an den gleichen Rezeptor, der auf sensitiven Zellen in Kopienzahlen von 200 bis 10 000 exprimiert wird und aus zwei Proteinketten besteht: IFNAR1 und IFNAR2. • Wahrscheinlich nur eine Isoform von IFNAR1. • Aber drei unterschiedliche Isoformen von IFNAR2. Diese entstehen durch alternatives Spleißen, überspringen von Exons und die Wahl unterschiedlicher Polyadenylierungsstellen. Letztendlich resultieren daraus eine lange und eine kurze transmembranäre Version, die als IFNAR2c beziehungsweise IFNAR2b bezeichnet werden. Die dritte Isoform ist eine lösliche IFNAR2a-Kette. 1. Interferone! Interferon-Rezeptoren: Die Signaltransduktion von Typ-I-Interferonen moduliert die Expression von mehr als 150 Genen, über die z.B. die Reifung dendritischer Zellen, das Überleben von T-Zellen oder die Antigenpräsentation mittels MHC-I-Proteinen gesteuert werden. Polymorphismen der IFNAR stehen im klaren Zusammenhang mit der Anfälligkeit gegenüber Multiple Sklerose, Trypanosomiasis, HIV, und Hepatitis-B- und -C-Viren. Während einer chronischen Hepatitis-C-Infektion werden mehr als 10-fach mehr IFNAR2-Transkripte gebildet und die erhöhte Serumkonzentration von sIFNAR2a korreliert mit der erhöhten 2-5-Oligoadenylat-Synthetase-Aktivität.
