-
Technisches Gebiet der
Erfindung
-
Durch
die vorliegende Erfindung erfolgt die Bereitstellung eine pharmazeutischen
Zusammensetzung und eines Verfahrens zur Behandlung von Erkrankungen,
die durch eine Aktivierung einer Entzündungscytokinkaskade gekennzeichnet
sind, insbesondere Sepsis, die septischen Schock und ARDS (akutes
Atemnotsyndrom) umfasst, das die Verabreichung einer wirksamen Menge
eines Antagonisten des High Mobility Group 1-Proteins (HMG1) umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein diagnostisches Verfahren
zur Überwachung
der Schwere einer Sepsis und verwandter Zustände bereit, das das Messen
der Serumkonzentration von HMG1 bei einem Patienten, der Symptome
einer Erkrankung, die durch die Aktivierung einer Entzündungscytokinkaskade
gekennzeichnet ist, zeigt, umfasst. Schließlich stellt die vorliegende
Erfindung eine pharmazeutische Zusammensetzung und ein Verfahren
zum Bewirken einer Gewichtsabnahme oder zur Behandlung von Fettsucht
bereit, das die Verabreichung einer wirksamen Menge eines HMG1-Proteins
oder eines therapeutisch aktiven Fragments des Genprodukts eines
HMG1-Gens umfasst.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Sepsis
ist häufig
ein lebensbedrohliches klinisches Syndrom, das sich nach einer Infektion
oder Verletzung entwickelt. Sepsis ist die häufigste Todesursache bei hospitalisierten
Patienten. Experimentelle Modelle gramnegativer Sepsis auf der Basis
einer Verabreichung eines bakteriellen Endotoxins (Lipopolysaccharid, LPS)
führten
zu einem verbesserten Verständnis
der pathogenen Mechanismen von letaler Sepsis und mit Sepsis verwandten
Zuständen
aufgrund der Aktivierung einer häufigen
zugrunde liegenden Entzündungs cytokinkaskade.
Diese Kaskade von Wirt-Antwort-Vermittlern umfasst TNF, IL-1, PAF
und andere von Makrophagen abgeleitete Faktoren, die in weitem Umfang
als akute frühe
Vermittler von schließlich
erfolgender Letalität bei
schwerer Endotoxämie
untersucht wurden (Zhang und Tracey in "The Cytokine Handbook", 3. Auflage, Hrsg.
Thompson (Academic Press Limited, USA), 515–547, 1998).
-
Unglücklicherweise
waren therapeutische Ansätze
auf der Basis der Hemmung dieser individuellen "frühen" Vermittler einer
Endotoxämie
bei großen
prospektiven klinischen Versuchen gegen Sepsis bei humanen Patienten
nur beschränkt
erfolgreich. Aus diesen enttäuschenden
Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass später auftretende Faktoren in
der Wirtsantwort entscheidend die Pathogenese und/oder Letalität bei Sepsis
und verwandten Störungen
bestimmen könnten.
Daher besteht Bedarf an der Entdeckung derartiger vermutlicher "später" Vermittler, die
für einen
Teil der oder die gesamte umfangreiche(n) Multisystempathogenese
oder für
die Letalität
schwerer Endotoxämie
notwendig und/oder ausreichend sind, insbesondere da Endotoxämie für klinische
Sepsis und verwandte klinische Störungen repräsentativ ist.
-
HMG1
ist ein chromosomales Nucleoprotein von 30 kDa, das zur knospenden
High Mobility Group (HMG) von Nicht-Histon-Chromatin-assoziierten-Proteinen
gehört.
Als Gruppe erkennen die HMG-Proteine singuläre DNA-Strukturen und sie sind
an verschiedenen zellulären
Funktionen, die die Bestimmung der Nucleosomstruktur und -stabilität umfassen,
sowie an der Transkription und/oder Replikation beteiligt. Die HMG-Proteine
wurden zum ersten Mal durch Johns und Goodwin als Chromatinkomponenten
mit hoher elektrophoretischer Mobilität in Polyacrylamidgelen charakterisiert
(siehe in "The HMG
Chromosomal Proteins",
E. W. Johns, Academic Press, London, 1982). Höhere Eukaryoten zeigen drei
Familien von HMG-Proteinen: die HMG-1/-2-Familie, die HMG-14/-17-Familie und die HMG-1/-Y-Familie.
Obwohl die Familien durch Größe und DNA-Bindungseigenschaften
unterscheidbar sind, sind sie im Hinblick auf ihre physikalischen
Eigenschaften ähnlich.
HMG-Proteine sind über
die Arten hoch konserviert, ubiquitär verteilt und in hohem Maße vorhanden und
von Chromatin in 0,35 M NaCl extrahierbar und in 5%iger Per chlor-
oder Trichloressigsäure
löslich.
Allgemein wird angenommen, dass HMG-Proteine DNA biegen und die
Bindung verschiedener Transkriptionsfaktoren an deren verwandte
Sequenzen, die beispielsweise den Progesteronrezeptor, Östrogenrezeptor, HOX-Proteine
und Oct1, Oct2 und Oct6 umfassen, erleichtern. Vor kurzem wurde
offensichtlich, dass eine große,
stark unterschiedliche Gruppe von Proteinen, die mehrere Transkriptionsfaktoren
und andere mit DNA wechselwirkende Proteine umfassen, eine oder
mehrere Regionen ähnlich
HMG1 enthalten und dieses Merkmal wurde als HMG1-Box oder HMG1-Domäne bekannt.
cDNAs mit Codierung für
HMG1 wurden von humanen, Ratten-, Forellen-, Hamster-, Schweine- und Kälberzellen
kloniert und es wird angenommen, dass HMG1 in allen Wirbeltierzellkernen
in großem
Maße vorhanden
ist. Das Protein ist hoch konserviert mit Sequenzidentitäten zwischen
den Arten im Bereich von 80%. In Chromatin bindet HMG1 an Linker-DNA
zwischen Nucleosomen und an eine Vielzahl von Nicht-β-DNA-Strukturen,
wie Palindrome, kreuzförmige
Strukturen und Stamm-Schleife-Strukturen sowie Cisplatin-modifizierte
DNA. Es wird allgemein angenommen, dass die DNA-Bindung durch HMG1
sequenzunempfindlich ist. HMG1 wird sehr häufig aus gewaschenen Kernen
oder Chromatin hergestellt, doch wurde das Protein auch in Cytoplasma
detektiert. (Übersicht
in Landsman und Bustin, BioEssays, 15: 539–546, 1993; Baxevanis und Landsman,
Nucleic Acids Research, 23: 514–523, 1995).
Bisher wurde keine Verknüpfung
zwischen den HMG-Proteinen und einem klinischen Zustand oder einer
Erkrankung festgestellt.
-
HMG1
wurde alternativ als Heparin-Bindungsprotein, das in sich entwickelndem
Hirn in großem
Maße exprimiert
wird, und zugerichtetes "Amphoterin" wegen dessen stark
dipolarer Sequenz, die zwei innere Repeats einer positiv geladenen
Domäne
von etwa 80 Aminosäuren
(die HMG1-Box) und einer sauren C-terminalen Domäne, die eine Strecke von etwa
30 fortlaufenden Glutamin- oder Asparginsäureresten umfasst, identifiziert.
Amphoterin/HMG1 ist an der äußeren Oberfläche der
Plasmamembranen von Epithel- und insbesondere neuronalen Zellen
lokalisiert, wo es speziell an den Filipodien von Nervenzellen lokalisiert
ist. Hemmungsstudien legten nahe, dass Amphoterin/HMG1 zur Durchführung von
(Neu rit)verlängerung
erforderlich ist und Amphoterin/HMG1 auch an Neuron-Glia-Interaktionen
beteiligt sein kann (Merenmies et al., J. Biol. Chem. 266: 16722–16729,
1991; Merenmies et al., J. Biol. Chem. 266: 16722–16729,
1991; Milev et al., J. Biol. Chem. 273: 6998–7005, 1998; und Salmivirta
et al. Exp. Cell. Res. 200: 444–451,
1992). Amphoterin/HMG1 kann aus murinen Erythroleukämiezellen
nach Stimulation mit dem chemischen Induktor Hexamethylenbisacetamid
freigesetzt werden (Melloni et al., Biochem. Biophys. Res. Commun.
210: 82–89,
1995). Eine frühere
Untersuchung legte nahe, dass das Genprodukt des HMG1-Gens als Differenzierungsverstärkungsfaktor
durch Stimulierung von α-PKC
fungiert (Melloni et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 210: 82–89, 1995;
und Melloni et al., FEBS Lett. 368: 466–470, 1995).
-
Es
wurde gezeigt, dass das HMG1-Genprodukt mit Plasminogen und Gewebetyp-Plasminogenaktivator
(t-PA) interagiert und wirksam die Plasminerzeugung an der Zelloberfläche verstärkt, ein
System, von dem bekannt ist, dass es eine Rolle bei der extrazellulären Proteolyse
während
der Zellinvasion und Gewebeneubildung spielt. Es wurde auch gezeigt,
dass Amphoterin/HMG1 mit dem Rezeptor von Endprodukten fortgeschrittener
Glykosylierung (RAGE) interagiert (Mohan et al., Biochem. Biophys.
Res. Commun. 182: 689–696, 1992;
Yamawaki et al., J. Neurosci. Res. 44: 586–593, 1996; Salmivirta et al.,
Exp. Cell Res. 200: 444–451, 1992;
und Vassalli et al., J. Clin. Invest. 88: 1067–1072, 1991), (Redlitz und
Plow, Baillieres Clin. Haematol. 8: 313–327, 1995; und Parkkinen et
al., J. Bio. Chem. 266-16730-16735, 1991).
-
Biochem.
J., 1996, Band 320, S. 253–256
offenbart einen Anti-HMG1-monoklonalen-Antikörper und dessen Fähigkeit
zur Hemmung von Differenzierungsverfahren und dessen Verwendung
zur Untersuchung muriner Erythroleukämiezelldifferenzierung. Biophys.
Res. Commun., 1992, Band 186, S. 129–134 offenbart die Coverkapselung
von HMG1-Protein mit Plasmid-DNA in Liposomen und schlägt dies
als verwendbares Mittel zur potentiellen Gentherapie von mehreren
Erkrankungen vor.
-
Es
besteht einschlägig
ein lange bestehender Bedarf an der Entdeckung verbesserter Mittel,
die die Cytokin-vermit telte Entzündungskaskade
verhindern können
und therapeutische Aktivität
bei einer großen Vielzahl
Cytokin-vermittelter entzündlicher
Erkrankungen aufweisen. Die vorliegende Erfindung wurde im Laufe
der untersuchenden Forschung zur Identifizierung von Mitteln, die
Toxizität,
Pathogenese und/oder Letalität bei
Sepsis und anderen Störungen,
die durch eine allgemeine Aktivierung der Entzündungscytokinkaskade in Verbindung
stehen, vermitteln, gemacht.
-
Erkrankungen
und Zustände,
die durch die Entzündungscytokinkaskade
vermittelt werden, sind zahlreich. Derartige Zustände umfassen
die folgenden, die in Krankheitskategorien gruppiert sind:
Systemisches
Entzündungsreaktionssyndrom,
das umfasst:
Sepsissyndrom
grampositive Sepsis
gramnegative
Sepsis
kulturnegative Sepsis
Pilzsepsis
neutropenisches
Fieber
Urosepsis
Meningokokkämie
posttraumatische Hämorrhagie
Hums
ionisierende
Strahlungseinwirkung
akute Pankreatitis
Schocklunge (ARDS)
Eine
Reperfusionsläsion,
die umfasst:
Post-pump-Syndrom
Ischämie-Reperfusionsläsion
Eine
kardiovaskuläre
Erkrankung, die umfasst:
Cardiac-Stun-Syndrom
Myokardinfarkt
dekompensierte
Herzinsuffizenz
Eine Infektiöse Erkrankung die umfasst:
HIV-Infektion/HIV-Neuropathie
Meningitis
Heptatitis
septische
Arthritis
Peritonitis
Pneumonie
Epiglottitis
E.
coli 0157:H7
Hämolytisch-urämisches
Syndrom/thrombolytische thrombozytopenische Purpura
Malaria
Dengue-hämorrhagisches
Fieber
Leishmaniase
Lepra
toxisches Schocksyndrom
Streptokokkenmyositis
Gangrän
Mykobakterientuberkulose
Mycobacterium
aviun intracellulare
Pneumocystis carinii-Pneumonie
entzündliche
Beckenerkrankung
Orchitis/Epidydimitis
Legionella
Lyme-Krankheit
Influenza
A
Epstein-Barr-Virus
Viren-assoziiertes hemiaphagozytisches
Syndrom
virale Encephalitis/aseptische Meningitis
Obstetrik/Gynäkologie,
umfassend:
vorzeitige Wehen
Spontanabort
Infertilität
Entzündliche
Erkrankung/Autoimmunität,
die umfasst:
rheumatoide Arthritis/sereonegative Arthropathien
Osteoarthritis
entzündliche
Darmerkrankung
systemischen Lupus erythematodes
Iridocyclitis/Uveitis/Optikusneuritis
Idiopathische
Lungenfibrose
systemische Vaskulitis/Wegener-Gramilomatose
Sarkoidose
Orchitis/Vasektomie-Aufhebungsverfahren
Allergische/atopische
Erkrankungen, die umfassen:
Asthma
allergische Rhinitis
Ekzem
allergische
Kontaktdermatitis
allergische Konjunktivitis
Hypersensitivitätspneumonitis
Maligne
Erkrankungen, die umfassen:
ALL
AML
CML
CLL
Hodgkin-Krankheit,
Nicht-Hodgkin-Lymphom
Kaposi-Sarkom
Kolorektales Karzinom
nasopharyngeales
Karzinom
maligne Histiocytose
paraneoplastisches Syndrom/Hyperkalziämie einer
bösartigen
Erkrankung
Transplantate, umfassend:
Organtransplantatabstoßung
Transplantat-Wirt-Krankheit
Kachexie
Erbkrankheiten,
die umfassen:
Mukoviszidose
familiäre hämatophagozytische Lymphohistiocytose
Sichelzellanämie
Hauterkrankungen,
die umfassen:
Psoriasis
Alopezie
Neurologische Erkrankungen,
die umfassen:
Multiple Sklerose
Migränekopfschmerz
Nierenerkrankungenm,
die umfassen:
nephrotisches Syndrom
Hämodialyse
Urämie
Toxizität, die umfasst:
OKT3-Therapie
Anti-CD3-Therapie
Cytokintherapie
Chemotherapie
Strahlentherapie
chronische
Salicylatintoxikation
Metabolische/idiopathische Erkrankungen,
die umfassen:
Wilson-Krankheit
Hämochromatose
Alpha-1-Antitrypsinmangel
Diabetes
Hashimoto-Thyroiditis
Osteoporose
Beurteilung
der Hypothalamus/Hypophysen-Nebennierenachse
primäre biliäre Zirrhose.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
Erfindung stellt eine pharmazeutische Zusammensetzung bereit, die
einen Antikörper
umfasst, der spezifisch an ein HMG1-Protein und ein Fragment desselben
bindet und die HMG1-vermittelte Aktivierung der Entzündungscytokinkaskade
hemmt. Die Erfindung ist auf die Verwendung eines Antikörpers, der
spezifisch an ein HMG1-Protein und Fragment desselben bindet und
die HMG1-vermittelte Aktivierung der Entzündungscytokinkaskade hemmt,
zur Herstellung eines Medikaments zur Behandlung eines Zustands,
der durch die Aktivierung der Entzündungscytokinkaskade gekennzeichnet
ist, ebenfalls gerichtet.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
ferner die Verabreichung eines zweiten Mittels in Kombination mit
dem HMG1-Antagonisten, wobei das zweite Mittel ein Antagonist eines
frühen
Sepsis-Vermittlers,
wie TNF, IL-1α,
Il-1β, MIF
oder IL-6, ist. Noch besser ist das zweite Mittel ein Antikörper gegenüber TNF
oder ein IL-1-Rezeptorantagonist (IL-1ra).
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ferner ein diagnostisches und prognostisches
Verfahren zur Überwachung
der Schwere und Vorhersage des wahrscheinlichen klinischen Verlauf
einer Sepsis und verwandter Zustände
für einen
Patienten, der schockähnliche
Symptome zeigt oder mit dem Risiko behaftet ist, Symptome zu zeigen,
die mit durch die Entzündungskaskade
vermittelten Zuständen
in Verbindung stehen, bereit. Das erfindungsgemäße diagnostische und prognostische
Verfahren umfasst die Messung der Konzentration von HMG1 in einer
Probe, vorzugsweise einer Serumprobe, und den Vergleich dieser Konzentration
mit einem Standard für
HMG1, der für
einen normalen Konzentrationsbereich von HMG1 in einer ähnlichen
Probe repräsentativ
ist, wobei höhere
Konzentrationen von HMG1 Anzeichen für eine schlechte Prognose oder
die Wahrscheinlichkeit toxischer Reaktionen sind. Das diagnostische
Verfahren kann auch für
andere Gewebe- oder flüssigkeitskompartimente,
wie cerebrospinale Flüssigkeit
oder Urin, verwendet werden. Schließlich stellt die vorliegende
Erfindung eine pharmazeutische Zusammensetzung und ein Verfahren
zum Bewirken einer Gewichtsabnahme oder zur Behandlung von Fettsucht
bereit, das die Verabreichung einer wirksamen Menge von HMG1 oder
eines therapeutisch aktiven Fragments desselben umfasst.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
1 zeigt zwei Graphen, die die Induktion
der HMG1-Freisetzung durch LPS in vitro (1A) und in
vivo (1B) als Profil angeben. Insbesondere
zeigt 1A die Ansammlung von HMG1 in
Kulturüberständen von
Makrophagen-RAW 264.7-Zellen nach Stimulation mit LPS (100 mg/ml).
Der Einsatz ist ein Western-Blot (unter Verwendung von gegen rekombinantes
HMG1 gebildeten Antikörpern),
der die Induktion der HMG1-Freisetzung von RAW 264.7-Zellen nach
In duktion mit TNF zeigt. 1B zeigt
die Ansammlung von HMG1 im Serum von LPS-behandelten Mäusen. Serum
von Balb/C-Mäusen
wurde zu verschiedenen Zeitpunkten nach LPS-Verabreichung gewonnen
und auf HMG1 durch Western-Blotting unter Verwendung von gegen rekombinantes
HMG1 gebildeten Antikörpern
getestet.
-
2 erläutert,
dass HMG1 ein Vermittler der Pathogenese und Letalität bei Endotoxämie ist. 2A zeigt
die Schutzwirkung von Anti-HMG1-Antikörpern vor LPS-Letalität, die an
Mäusen
getestet wurde. Die Verabreichung von Anti-HMG1-Antiserum in den
angegebenen Mengen bei –0,5
(falls eine Dosis), –0,5
und 12 (falls zwei Dosen) oder –0,5,
12 und 36 (falls drei Dosen) Stunden in Bezug auf die LPS-Infektion
(zum Zeitpunkt 0) war schützend
vor LPS-induzierter
Letalität
und wiederholte Dosierungsprogramme ergaben besseren Schutz. 2B erläutert, dass
rHMG1 dosisabhängige
Letalität
bei endotoxischen Mäusen
verursachte. Männliche
Balb/C-Mäuse
(20–23
g) wurden willkürlich
in Gruppen von 10 Mäusen
aufgeteilt, die LPS (3,15 mg/kg, eine nichtletale Dosis) allein
oder in Kombination mit gereinigtem rekombinantem HMG1-Protein erhielten.
Die Verabreichung von HMG1 mit den angegebenen Dosen 2, 16, 28 und
40 h nach LPS-Infektion erhöhte die
Letalität
der zugrunde liegenden Endotoxämie
signifikant. 2C erläutert die unabhängige letale
Toxizität von
HMG1 als Funktion der Dosis. Gereinigtes rHMG1 wurde männlichen
Balb/C-Mäusen
(fünf Mäuse pro
Behandlungsgruppe) als einzelner i.p. Bolus mit der angegebenen
Dosierung verabreicht. Die Mäuse
wurden mindestens 48 h beobachtet und 60% der Mäuse, die mit rHMG1 mit einer
Dosis von 500 μg/Maus
behandelt wurden, verstarben innerhalb von 24 h der rHMG1-Infektion,
was einen Einzeldosis-LD50-Wert von weniger
als 500 μg/Maus
anzeigt.
-
3 zeigt, dass HMG1 die TNF-Freisetzung
sowohl in vitro (3A) als auch in vivo (3B)
induzierte. Insbesondere zeigt 3A, dass
HMG1 die TNF-Freisetzung von huPPBMCs in dosisabhängiger Weise
induziert. Frisch isolierte huPBMC-Kulturen wurden mit gereinigtem
rekombinantem HMG1-Protein mit den angegebenen Dosen stimuliert
und von den Kulturmedien wurden 4 h später Proben zum Test auf TNF
nach bekannten immunologischen Verfahren (ELISA) genommen. 3A zeigt
den Mittelwert ± Standardabweichung
der induzierten TNF-Antwort in zwei Experimenten (in dreifacher
Ausführung). 3B zeigt,
dass die Verabreichung von HMG1 die Ansammlung von TNF in Serum
behandelter Mäuse
induzierte. Balb/C-Mäuse (20–23 g) wurden
intraperitoneal mit gereinigtem rekombinantem HMG1 mit den angegebenen
Dosen behandelt und Blutproben wurden 2 h später zum Test auf TNF durch
einen L929-Bioassay genommen und die TNF-Konzentrationen sind als
Mittelwert ± Standardabweichung,
N = 3, ausgedrückt.
-
4 zeigt,
dass HMG1 eine Körpergewichtsabnahme
bei Mäusen
verursachte. Gereinigtes HMG1 wurde intraperitoneal Mäusen mit
100 μg/Maus/Tag
drei Tage verabreicht und das Körpergewicht
wurde überwacht. 4 zeigt
den Mittelwert ± Standardabweichung
der Nettokörpergewichtsänderung
von drei Mäusen pro
Gruppe.
-
5 zeigt
die Gewebeverteilung von HMG1-mRNA. Humane RNA-Masterblots, die
Poly(A)+ RNA verschiedener Gewebe enthielten,
(Clontech, Palo Alto, CA, USA) wurden mit einer Digoxigenin-11-dUTP-markierten
HMG1-cDNA-Sonde von 0,6 kb, die durch PCR unter Verwendung eines
rekombinanten Plasmids, das das HMG1-cDNA-Insert enthielt, synthetisiert
wurde, alle gemäß einschlägig bekannten
Verfahren hybridisiert. Kurz gesagt, wurde die Hybridisierung in
einem Hybridisierungspuffer (5 × SSC/2%
Blockierungsreagens/0,1% SDS/50% Formamid, Boehringer Mannheim,
Indianapolis, IN) mit einer Sondenkonzentration von 10 ng/ml 16
h bei 65°C
durchgeführt.
Nach der Hybridisierung wurde das Filter zwei Waschvorgängen mit
0,2 × SSC/0,1%
SDS 5 min und zwei Waschvorgängen
mit 0,2 × SSC/0,1%
SDS 10 min bei Raumtemperatur unterzogen. Ein Signal wurde unter
Verwendung von mit Phosphatase konjugierten Anti-Digoxigenin-Antikörpern und
den Detektionsreagenzien 4-Nitrobluetetrazoliumchlorid (NBT) und
5-Brom-4-chlor-3-indolylphosphat (BCIP) (Boehringer-Mannheim) gemäß Standardverfahren
detektiert. Die Blots wurden mit einem Silberbildscanner (Silverscanner
II, Lacie Limited, Beaverton, OR) gescannt und die relative optische Dichte
(in willkürlichen
Einheiten, AU) wurde unter Verwendung von NIH 1.59-Bildsoftware
quantitativ bestimmt. Es ist anzumerken, dass die höchsten Konzentrationen
in makrophagenreichen Geweben beobachtet wurden.
-
6 zeigt
im Vergleich zu einer Gruppe normaler Kontrollsubjekte erhöhte HMG1-Spiegel
von humanem Serum, die bei hospitalisierten humanen Subjekten mit
Sepsis detektiert wurden, wobei die septischen Patienten des weiteren
danach kategorisiert wurden, ob der Patient starb oder überlebte.
-
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung und Isolierung
eines hoch induzierbaren 30-kDa-Proteins, das durch kultivierte
murine makrophagenähnliche
Zellen (RAW 264.7) nach einer Stimulation mit LPS, TNF oder IL-1
freigesetzt wird und sich in durch diese konditionierten Medien
ansammelt. Eine partielle Aminosäuresequenz
dieses isolierten Polypeptids war mit der Sequenz des HMG1-Proteins,
das auch als Amphoterin bekannt ist, ein Protein, das zuvor nicht
mit der Pathogenese einer Erkrankung verknüpft war, identisch. Diese Information
wurde zur Klonierung einer cDNA mit Codierung für HMG1 verwendet, wobei diese
Sequenz zur Bildung eines rekombinanten Proteins exprimiert wurde,
wobei das Protein zur Erzeugung spezifischer Anti-HMG1-Antikörper verwendet
wurde.
-
Die
therapeutische und diagnostische Wirksamkeit wurde in einer Reihe
zukunftsweisender In-vitro- und In-vivo-Experimente bestimmt. Die
Experimente sind detailliert im Abschnitt Beispiele angegeben. Beispielsweise
stiegen nach der Verabreichung von Endotoxin (LD100)
an Mäuse
Serum-HMG1-Spiegel
später (nach
16 h) als bekannte "frühe" Vermittler einer
Sepsis (wie TNF und IL-1) und die Plateauspiegel von HMG1 wurden
16 bis 32 h gehalten. Patienten mit letaler Sepsis wiesen hohe Serum-HMG1-Spiegel
auf, die bei normalen gesunden Freiwilligen nicht detektiert wurden.
Darüber
hinaus verursachte eine akute experimentelle Verabreichung von HMG1
an Testtiere – ob
allein oder in Kombination mit subletalen Mengen von LPS – deutliche
pathologische Reaktionen und sogar Tod. Stärker verteilte Dosierungsprogramme
niedrigerer Mengen von rHMG1 führten
zu signifikanter Gewichts abnahme bei behandelten Tieren. Diese Ergebnisse
ergeben Beweisanzeichen, dass HMG1 Vermittler von Endotoxämie und
insbesondere ein später
Vermittler im Gegensatz zu bekannten "frühen" Vermittlern, wie
TNF und IL-1, ist. Diese Daten zeigen ferner die Bedeutung von Serum-HMG1
als Marker für
die Schwere oder potentielle Letalität einer Sepsis und verwandter
Zustände.
-
Zusätzlich ergab
eine Behandlung mit Anti-HMG1-Antikörpern vollen Schutz vor LD100-Dosen von LPS bei Mäusen. HMG1 ist durch TNF und
IL-1β induzierbar
und stimuliert dosisabhängig
die TNF-Freisetzung von huPBMCs. TNF ist ein Marker der Makrophagenaktivierung,
weshalb es wahrscheinlich ist (ohne Beschränkung in Bezug auf beteiligte
Mechanismen oder durch eine Theorie gebunden zu sein), dass HMG1
die stromabwärtige
Reaktivierung von Cytokinkaskaden fördert, was wiederum späte Pathogenese
und Letalität
bei Sepsis und verwandten Bedingungen, die die Aktivierung von proinflammatorischen
Cytokinantworten umfassen, vermittelt. Daher besitzt HMG1 wahrscheinlich
eine zentrale Rolle bei der Vermittlung der Entzündungsreaktion auf eine Infektion
und Verletzung und Antagonisten von HMG1 sind von therapeutischem
Nutzen bei Sepsis und verwandten Zuständen mit Entzündungskaskadenaktivierung.
Das Auftreten von HMG1 in der Entzündungscytokinkaskade ist geeignet,
spätere
Phasen der Wirtsantwort zu verbreiten und zu Toxizität und Letalität beizutragen.
Die hier angegebenen zukunftsweisenden Daten stützen die therapeutische Wirksamkeit von
HMG1-Antagonisten und liefern Beweisanzeichen zur Unterstützung der
im Vorhergehenden genannten Theorie im Hinblick auf den Wirkmechanismus.
Die In-vivo-Behandlungsdaten zeigten die Wirksamkeit von HMG1-Antagonisten
im allgemeinen und insbesondere Anti-HMG1-Antikörpern zur Behandlung von Zuständen, die
durch die Entzündungscytokinkaskade
allgemein vermittelt werden, und insbesondere Sepsiszuständen, die
beispielsweise septischen Schock, ein Sepsissyndrom oder andere "sepsisähnliche" Zustände, die durch
Entzündungscytokine
vermittelt werden, umfassen. Ferner zeigt die unabhängige Pathogenität und Toxizität/Letalität von HMG1,
dass HMG1-Antagonisten
besonders wirksam sind, wenn sie mit Antago nisten von "frühen" Entzündungsvermittlern,
wie TNF, MIF, IL-1 und IL-6, coverabreicht werden.
-
Zusammenfassend
gesagt, ist HMG1 ein Cytokinvermittler von Entzündungsreaktionen, da
- 1) HMG1 von Makrophagen und Pituicyten nach
Stimulation mit Bakterientoxinen oder mit proinflammatorischen Cytokinen
(TNF oder IL-1β)
freigesetzt wird,
- 2) HMG1 sich im Serum von LPS ausgesetzten Tieren und bei Patienten
mit Sepsis ansammelt, und
- 3) HMG1-spezifische Antikörper
vor Mortalität
in einem zukunftsweisenden letalen Endotoxämietiermodell klinischer Sepsis
und verwandter Zustände
schützen.
-
Pharmazeutische Zusammensetzung
und Verabreichungsverfahren
-
Die
erfindungsgemäß pharmazeutische
Zusammensetzung oder erfindungsgemäße pharmazeutische Kombination
kann einem Patienten entweder als solche (Komplex oder Kombination)
oder in pharmazeutischen Zusammensetzungen, in denen sie mit geeigneten
Trägern
und Streckmitteln gemischt ist, verabreicht werden. Die erfindungsgemäß pharmazeutische
Zusammensetzung oder erfindungsgemäße pharmazeutische Kombination
kann parenteral, beispielsweise durch intravenöse Injektion oder Infusion,
intraperitoneale Injektion, subkutane Injektion oder intramuskuläre Injektion
verabreicht werden. Die erfindungsgemäße pharmazeutische Zusammensetzung
oder erfindungsgemäße pharmazeutische
Kombination kann oral oder rektal durch passende Formulierung mit
Trägern
und Streckmitteln unter Bildung von Tabletten, Pillen, Kapseln,
Flüssigkeiten,
Gelen, Sirupen, Aufschlämmungen,
Suspensionen und dergleichen verabreicht werden. Die erfindungsgemäße pharmazeutische
Zusammensetzung oder erfindungsgemäß pharmazeutische Kombination kann
topisch, beispielsweise durch ein Hautpflaster, zum Erreichen konsistenter
systemischer Konzentrationen des Wirkstoffs verabreicht werden.
Die erfindungsgemäße pharmazeutische
Zusammensetzung oder erfindungsgemäße pharmazeutische Kombination
kann zu topischen Cremes, Haut- oder Schleimhautpflastern, Flüssigkeiten
oder Gelen, die zur topischen Applikation an Haut oder Schleimhautoberflächen geeignet
sind, formuliert werden. Die erfindungsgemäße pharmazeutische Zu sammensetzung
oder erfindungsgemäße pharmazeutische
Kombination kann durch eine Inhaliervorrichtung dem Atmungstrakt
zur lokalen oder systemischen Behandlung verabreicht werden.
-
Die
Dosierung der erfindungsgemäßen pharmazeutischen
Zusammensetzung oder erfindungsgemäßen pharmazeutischen Kombination
der vorliegenden Erfindung kann durch den Fachmann aufgrund dieser Offenbarung
bestimmt werden. Die pharmazeutische Zusammensetzung oder erfindungsgemäße pharmazeutische
Kombination enthält
eine wirksame Dosierung (in Abhängigkeit
vom Verabreichungsweg und der Pharmakokinetik des Wirkstoffs) der
erfindungsgemäßen pharmazeutischen
Zusammensetzung oder erfindungsgemäßen pharmazeutischen Kombination
und geeignete pharmazeutische Träger
und Streckmitteln, die für den
speziellen Verabreichungsweg der Formulierung (d.h. oral, parenteral,
topisch oder durch Inhalation) geeignet sind, enthalten. Der Wirkstoff
wird in die pharmazeutische Formulierung durch Misch-, Auflöse-, Granulier-,
Drageeherstellungs-, Emulgier-, Verkapselungs-, Einfang- oder Lyophilisierverfahren
gemischt. Die pharmazeutischen Formulierungen zur parenteralen Verabreichung
umfassen wässrige
Lösungen
des Wirkstoffs oder eine Kombination in wasserlöslicher Form. Ferner können Suspensionen
des Wirkstoffs als ölige
Injektionssuspensionen hergestellt werden. Geeignete lipophile Lösemittel
oder Vehikel umfassen Fettöle,
wie Sesamöl,
oder synthetische Fettsäureester,
wie Ethyloleat oder Triglyceride, oder Liposome. Wässrige Injektionssuspensionen
können
Substanzen enthalten, die die Viskosität der Suspension erhöhen, wie
Natriumcarboxymethylcellulose, Sorbit oder Dextran. Die Suspension
kann optional Stabilisierungsmittel oder Mittel zum Erhöhen der
Löslichkeit
des Wirkstoffs oder eine Kombination zum Ermöglichen stärker konzentrierter Lösungen enthalten.
-
Pharmazeutische
Formulierungen zur oralen Verabreichung können durch Kombination des
Wirkstoffs mit festen Streckmitteln, wie Zuckern (beispielsweise
Lactose, Saccharose, Mannit oder Sorbit), Cellulosezubereitungen
(beispielsweise Stärke,
Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose und Natriumcarboxymethylcellulose),
Gelatine, Gummis oder Polyvinylpyrrolidon, erhalten werden. Ferner kann
ein Disintegrationsmittel und ein Stabilisierungsmittel zugegeben
werden.
-
Antisenseoligomere
-
Die
vorliegende Erfindung stellt Antisenseoligomere mit einer zur Hemmung
der Blockierung der Expression des HMG1-Gens oder der mRNA-Sequenz
wirksamen Sequenz bereit. Antisensetechnologie, die spezifische
Oligonucleotide zur Hemmung der Expression von Zielgenprodukten
verwendet, entwickelt sich als therapeutische Modalität für humane
Erkrankungen. Mehrere Auswahlkriterien sind als Beitrag zur Optimierung
von Antisense-Oligonucleotidantagonisten verfügbar. Beispielsweise ist es
ratsam, Sequenzen mit einem GC-Gehalt von 50% oder mehr zu wählen. Bevorzugte
Sequenzen überspannen
den AUG-Initiationscodon des Zielproteins, doch können Stellen
in der codierenden Region und 5'-UTR
in gleicher Weise gut funktionieren. Derartige Sequenzen sind allgemein
etwa 18–30
Nucleotide lang und derart gewählt,
dass sie den ATG-Initiationscodon von der HMG1-cDNA-Sequenz zur
Hemmung der Proteinexpression überlappen.
Häufig
wird ermittelt, dass längere
Oligomere das Ziel in größerem Ausmaß hemmen,
was anzeigt, dass eine bevorzugte Länge ein etwa 25-mer für die ersten
Oligonucleotide, die als Antisense-Reagenzien gewählt werden,
ist. Typischerweise werden drei Oligonucleotidsequenzen im Hinblick
auf diese Kriterien gewählt
und bezüglich
Antagonistenaktivität
verglichen, um Oligonucleotidsequenzen zu steuern, beispielsweise "reverse" Oligonucleotide
oder solche, in denen etwa jede vierte Base der Antisensesequenz
willkürlich
gewählt
ist. Daher ist eine bevorzugte Sequenz zur Herstellung von Antisenseoligomersequenzen
für HMG1
eine 25-mer-Sequenz, die so gewählt
ist, dass sie den (unterstrichenen) ATG-Initiationscodon von der
HMG1-cDNA-Sequenz überlappt:
GAGGAAAAATAACTAAACATGGGCAAAGGAGATCCTAAGAAG [SEQ
ID NO. 5]
und derartige bevorzugte Antisensesequenzen werden
zur Konstruktion von Antisense-Oligonucleotidmitteln (und geeigneten
Kontrollen) für
einen In-vitro-Vergleich als Antagonisten von HMG1 verwendet. Diese
In-vitro-Daten sind zukunftsweisend für die humane klinische Verwendbarkeit
unter Verwendung von Antisense-Mitteln vergleichbarer Gestalt.
-
Gegen HMG1 gerichtete
Antikörper
-
Die
hier offenbarten Antikörper
können
polyklonal oder monoklonal sein, von einer beliebigen einer Zahl
humaner, nichthumaner eukaryotischer, zellulärer, fungaler oder bakterieller
Quellen stammen. Die Antikörper
können
durch Genom- oder von Vektoren stammende Codierungssequenzen codiert
sein und gegen natives oder rekombinantes HMG1 oder Fragmente desselben
mit oder ohne die Verwendung von Adjuvanzien ausgelöst werden.
Die Verfahren zur Herstellung von Antikörpern sind Verfahren und Verfahrensmaßnahmen,
die auf dem Gebiet zur Erzeugung und Herstellung von Antikörpern bekannt
sind. Allgemein sind neutralisierende Antikörper gegen HMG1 (d.h. solche,
die biologische Aktivitäten
von HMG1 insbesondere im Hinblick auf dessen proinflammatorische
Cytokin-ähnliche
Rolle hemmen) für
therapeutische Anwendungen bevorzugt, während nicht-neutralisierende
Antikörper
für diagnostische
Anwendungen ebenso geeignet sein können. Beispiele für derartige
verwendbare Antikörper
umfassen, ohne hierauf beschränkt
zu sein, polyklonale, monoklonale, chimäre, einkettige und verschiedene
humane oder humanisierte Arten von Antikörpern sowie verschiedene Fragmente
derselben, wie Fab-Fragmente und von spezialisierten Expressionssystemen
produzierte Fragmente.
-
Diagnostischer Test
-
Der
hier bereitgestellte diagnostische Test verwendet Anti-HMG1-Antikörper, die
entweder polyklonal oder monklonal oder beides sein können. Das
diagnostische Verfahren kann Standardtechniken auf Antikörperbasis
zur Ermittlung von Konzentrationen des Genprodukts von HMG1-Genen
in einer biologischen Flüssigkeit
verwenden. Bevorzugte Standarddiagnoseverfahren sind ELISA-Assays
und Western-Techniken.
-
Beispiel 1
-
Identifizierung von HMG1
als "später" Vermittler von Endotoxämie
-
Dieses
Beispiel liefert die Ergebnisse eines Experiments zur Identifizierung
und Isolierung von später freigesetzten,
von Makrophagen stammenden Faktoren, die eine Rolle bei Sepsis und
verwandten Zuständen, die
durch Entzündungscytokinaktivität gekennzeichnet
sind, eine Rolle spielen. Das in dem Beispiel berichtete Experiment
untersuchte mit murinen Makrophagen-RAW 264.7-Zellen konditionierte
Medien nach Stimulation der Kulturen mit TNF. Murine Makrophagen-RAW
264.7-Zellen wurden von American Type Culture Collections (ATCC,
Rockville, MD, USA) erhalten und in Kultur unter DMEM, das mit 10%
fetalem Rinderserum und 1% Glutamin ergänzt war, vermehrt. Wenn die
Konfluenz 70–80%
erreichte, wurden das Medium durch serumfreies OPTI-MEM I-Medium
ersetzt und die Kulturen mit proinflammatorischen Cytokinen (beispielsweise
TNFα oder
IL-1) oder bakteriellem Endotoxin (LPS) stimuliert.
-
Die
von den oben stimulierten Makrophagenkulturen freigesetzten Proteine
wurden überwacht.
Speziell wurden zu verschiedenen Zeitpunkten Zellen und zellkonditionierte
Medien getrennt durch Zentrifugation (3000 rpm, 10 min) gewonnen.
Proteine in dem konditionierten Medium wurden durch Ultrafiltration über Amicon-Membranen
mit der Mr-Grenze 10 kDa (Amicon Inc., Beverly, MA, USA) konzentriert,
anschließend
durch SDS-PAGE fraktioniert und mit Coomassieblau (1,25% Coomassie
Blue R250 in 30% Methanol/10% Essigsäure) angefärbt. Nach Entfärben mit
30% Methanol/7% Essigsäure
wurden interessierendes Protein bzw. interessierende Proteine (d.h.
diejenigen, die sich vorzugsweise im konditionierten Medium stimulierter
Kulturen ansammelten) durch Ausschneiden aus dem SDS-PAGE-Gel isoliert
und einer N-terminalen Sequenzierungsanalyse unterzogen (Commonwealth
Biotechnologies, Inc., Richmond, VA, USA).
-
Ein
Vergleich durch SDS-PAGE-Gelanalyse der Profile von Proteinen, die
sich bei einer Kontrolle (ohne TNFα-Stimulierung) ansammelten, gegenüber denen,
die sich bei TNF-stimulierten RAW 264.7-Zellen ansammelten, ergab
ein stark induzierbares 30-kDa-Protein, dessen Konzentration in
dem zellkonditionierten Medium nach Stimulation während 16
h signifikant erhöht
war. Die Aminosäuresequenzanalyse
dieses isolierten Proteins ergab dessen N-terminale Sequenz als Gly-Lys-Gly-Asp-Pro-Lys-Lys-Pro-Arg-Gly-Lys-Met-Ser-Ser
[SEQ ID NO: 1]. Die Durchsicht relevanter Gendatenbanken ermittelte
100%ige Identität
mit der N-terminalen Aminosäuresequenz
von HMG1.
-
Diese
Daten identifizierten HMG1 als "spät auftretendes" Produkt von LPS-stimulierten
Makrophagenkulturen und daher als Kandidat eines proinflammatorischen
Vermittlers. Diese Aktivität
wurde durch die Verabreichung von rekombinant produziertem HMG1
und/oder Anti-HMG1-Antikörpern
in zellulären
und Tiermodellsystemen, die für
humane chemische Zustände
zukunftsweisend sind, bestätigt.
-
Beispiel 2
-
Zelluläre Quellen von HMG1
-
Dieses
Beispiel zeigt, welche Zellquellen zur Freisetzung von HMG1 als
Antwort auf TNF, IL-1 und/oder LPS fähig sind. Die untersuchten
Zellen umfassen GH3-Pituicyten, murine Makrophagen-RAW 264.7-Zellen,
humane primäre
periphere mononukleäre
Blutzellen (huPBMCs), humane primäre T-Zellen, Rattennebennieren-PC-12-Zellen
und primäre
Rattennierenzellen (Tabelle 1). Die Rattenhypophysen-GH3-Zelllinie
wurde von der American Type Culture Collection (ATCC, Rockville,
MD, USA) erhalten und in DEME, das mit 10% fetalem Rinderserum und
1% Glutamin ergänzt
war, kultiviert. Humane PBMCs und T-Zellen wurden aus Vollblut von
gesunden Spendern frisch isoliert und in RPMI 1640, das mit 10%
humanem Serum ergänzt war,
gemäß einer
früheren
Beschreibung isoliert (Zhang et al., J. Exp. Med. 185: 1759–1768, 1997).
Wenn die Konfluenz 70–80%
erreichte, wurde das Medium durch serumfreies OPTI-MEM I-Medium
ersetzt und die Kulturen mit proinflammatorischen Cytokinen (beispielsweise
TNFα oder
IL-1) oder bakteriellem Endotoxin (LPS) stimuliert.
-
Obwohl
humane T-Zellen, Rattennebennieren (PC-12)-Zellen und primäre Rattennierenzellen zellassoziiertes
HMG1 enthielten, was durch Western Blotting-Analyse von Vollzelllysaten
unter Verwendung HMG1-spezifischer Antikörper aufgezeigt wurde (s. das
folgende Beispiel 4), sammelte sich HMG1 im Medium dieser Kulturen
nach Stimulation mit entweder TNF, IL-1β oder LPS nicht signifikant
an (Tabelle 1). TABELLE
1. Induzierte Freisetzung von HMG1 von verschiedenen Zellarten
Anmerkung: PBMCs, periphere mononukleäre Blutzellen
-
TNF,
IL-1β (minimale
wirksame Konzentration = jeweils 5 ng/ml) und bakterielles Endotoxin
(LPS, minimale wirksame Konzentration = 10 ng/ml) induzierten die
Freisetzung von HMG1 aus humanen PBMCs in einer zeit- und dosisabhängigen Weise
(Tabelle 1). IFN-γ allein
(0–200
U/ml) induzierte die HMG1-Freisetzung aus einer der obigen Zellen
nicht, es verstärkte
jedoch bei Zugabe in Kombination mit entweder TNF oder IL-1β in von der
IFN-γ-Dosis
abhängiger
Weise die HMG1-Freisetzung aus Makrophagen mit einer maximalen dreifachen
Verstärkung
durch IFN-γ bei
einer Konzentration von 100 U/ml. Die Freisetzung von HMG1 beruhte nicht
auf Zelltod, da die Zelllebensfähigkeit
durch TNF, IL-1β oder
LPS unbeeiflusst war, was durch Trypanblauausschluss beurteilt wurde
(90–92 ± 5% lebensfähig für die Kontrolle
gegenüber
88–95 ± 4% in
Gegenwart von 100 ng/ml TNF, IL-1β oder
LPS). Die HMG1-Menge, die von Pituicyten und Makrophagen freigesetzt
wurde, korrelierte invers mit der intrazellulären Konzentration von HMG1,
was durch Western-Blotting-Analyse
bestimmt wurde, was anzeigt, dass das freigesetzte Material teilweise
von zuvor gebildetem zellassoziiertem HMG1-Protein stammte.
-
Potentielle
Quellen von zirkulierendem HMG1 in vivo wurden durch Hybridisierung
einer HMG1-spezifischen Sonde mit mRNA, die von verschiedenen normalen
humanen Geweben hergestellt wurde (Blotsubstrat von Handelslieferanten
erhältlich),
getestet, wobei die Ergebnisse in 5 zusammengefasst
sind. Mehrere Makrophagen-reiche Gewebe (Lunge, Leber, Niere, Bauchspeicheldrüse und Milz)
zeigten eine sehr große
Menge von HMG1-mRNA-Expression; weniger wurde in Hypophyse, Knochenmark,
Thymus, Lymphknoten und Nebenniere beobachtet. Zusätzlich zur
Lieferung von Information bezüglich
der relativen Gewebeverteilung der HMG1-Expression zeigt diese Untersuchung
die Durchführbarkeit
und die Verwendbarkeit der Tests für HMG1-spezifische Nucleinsäuresequenzen
in Gewebeproben.
-
Beispiel 3
-
Rekombinante HMG1-Verabreichung
in vitro und in vivo
-
Dieses
Beispiel gibt detailliert Verfahren zur Produktion von HMG1 durch
bekannte gentechnische Verfahren an. Das offene Leseraster von HMG1
wurde durch PCR amplifiziert und in einen Expressionsvektor (pCAL-n)
subkloniert. Kurz gesagt, wurde das offene Leseraster von 648-bp
von HMG1-cDNA ausgehend
von 5ng Rat Brain Quick-Clone cDNA (Katalog Nr. 7150-1, Clontech,
Palo Alto, CA, USA) unter Verwendung von Primern, die die folgenden
Sequenzen, 5'-CCC
GCG GAT CCA TCG AGG GAA GGA TGG GCA AAG GAG ATC
CTA-3' [SEQ ID NO:
2] und
5'-CCC
GCA AGC TTA TTC ATC ATC ATC
ATC TTC T-3' [SEQ
ID NO: 3], enthielten, durch PCR amplifiziert (94°C, 1', 56°C 2', 72°C 45'', 30 Zyklen). Das 680-bp-PCR-Produkt
(4 μg) wurde
mit BamHI und HindIII verdaut und in die BamHI/HindIII-Klonierungsstellen
des pCAL-n-Vektors (Stratagene, La Jolla, CA, USA) kloniert. Das rekombinante
Plasmid wurde in E. coli BL21(DE3)pLysS (Novagen, Madison, Wl, USA)
transformiert und positive Klone wurden gescreent und durch DNA-Sequenzierung an
beiden Strängen
unter Verwendung eines Tag DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing
Kit auf dem ABI 373A Automated Fluorescent Sequencer (Applied Biosystems,
Forster City, CA, USA) bestätigt.
-
Zur
Expression von rekombinantem HMG1 wurden positive Klone bei 37°C unter kräftigem Schütteln (250
rpm) kultiviert, bis OD600 0,6 erreichte,
und dann IPTG (1 mM) zugegeben. 12 h nach der IPTG-Induktion wurden
Bakterienzellen durch Zentrifugation (6500 rpm, 15 min) geerntet
und durch Gefrieren/Auftauen-Zyklen lysiert. Die wasserlösliche Fraktion
wurde nach Zentrifugation (30 min, 12000 rpm) gewonnen und rekombinantes
HMG1 wurde aus einer Calmodulin-Bindungsharzsäule nach der Anleitung durch
den Hersteller (Stratagene) gereinigt. Bakterielles Endotoxin wurde
von dem rekombinanten HMG1 unter Verwendung von Detoxi-Gel Endotoxin-Removing Gel (Pierce,
Rockford, IL, USA, Katalog Nr. 20344) entfernt und verbliebener LPS-Gehalt
wurde durch den Limulus Amebocyte Lysate Test (LAL-Test, Katalog
Nr. 50-648U, QCL-1000 Chromogenic
LAL, Bio-Whittaker, Inc., Walkersville, MD, USA) bestimmt. Gereinigtes
rekombinantes HMG1 wurde zu Kulturen von humanen peripheren mononukleären Blutzellen
(HuPBMCs) gegeben und Überstände wurden
auf TNF durch ELISA 4 h nach Stimulation getestet. Das LPS-Neutralisierungsmittel
Polymyxin B (10 μg/ml)
wurde gleichzeitig mit rekombinantem HMG1 zur Beseitigung der Wirkung
von etwaigem kontaminierendem LPS auf die TNF-Freisetzung zugegeben.
Zusätzlich
wurde rekombinant abgeleitetes HMG1 an Testtiere mit der oder ohne
die zusätzliche
endotoxämische
Stimulation von exogenem LPS verabreicht, um das pathogene Potential
hoher Konzentrationen von HMG1 in vivo zu untersuchen (siehe 2B und 2C). Bei
einigen Experimenten wurden Serumproben von HMG1-behandelten Tieren
sichergestellt, um sie auf TNF zu testen, wie hier detailliert angegeben
ist (siehe 1B).
-
Das
obige Verfahren liefert rekombinantes HMG1 als Fusionspeptid, das
eine 3,0-kDa-Calmodulin-Bindungsdomäne und eine Thrombinspaltungsstelle
als aminoterminale Verlängerung
im Register mit der HMG1-Peptidsequenz umfasst. Bei einigen Experimenten
wurde das Fusions-Tag von einem Aliquot des rekombinanten Proteins
entfernt und die biologische Aktivität des vollen Fusionsproteins
mit dem gespaltenen HMG1-Peptid verglichen; kein signifikanter Unterschied der
biologischen Aktivität
wurde festgestellt und zusätzliche
Experimente (insbesondere diejenigen, die die Verabreichung von
rekombinant produziertem HMG1 an Tiere umfassen) wurden typischerweise
mit dem (nicht gespaltenen) Fusionsprotein durchgeführt.
-
Wie
in 3A und 3B aufgezeigt
ist, induzierte die In-vitro- oder In-vivo-Verabreichung von rekombinant
abgeleitetem HMG1 eine brüske
TNF-Antwort, was die Identifizierung von HMG1 als spät auftretender
LPS-induzierter, von Makrophagen abgeleiteter endogener Vermittler
mit proinflammatorischer Aktivität bestätigt.
-
Beispiel 4
-
Anti-HMG1-Antikörper und
Immundetektion
-
Dieses
Beispiel gibt die Ergebnisse von Experimenten zur Erzeugung und
Verwendung polyklonaler Antikörper
gegen HMG1 an. Kurz gesagt, wurden polyklonale Antikörper gegen
ein Oligopeptid, das der N-terminalen Aminosäuresequenz von HMG1 entspricht,
oder gegen gereinigtes rekombinantes HMG1 in Kaninchen nach einschlägig bekannten
Standardverfahren erzeugt. Kurz gesagt wurden 8 Kopien eines Oligopeptids
mit der Sequenz GKGDPKKPRGKMSSC [SEQ ID NO: 4] an sich radial verzweigenden
Lysindendriten (kleiner immunogen inerter Kern) verankert. Diese
großen
Makromoleküle
wurden dreimal sowohl subkutan als auch intradermal (0,5–1,0 mg
pro Injektion) in Kaninchen 1, 2 und 4 Wochen nach einer vorherigen
Blutentnahme am Tag 0 injiziert. Zwei Wochen nach der letzten Immunisierung
wurde den Kaninchen Blut entnommen und sie wurden intramuskulär mit 1,0
mg Antigen einer Auffrischimpfung unterzogen, worauf 2 Wochen später eine
zweite Blutentnahme folgte. Alternativ wurden zur Produktion polyklonaler
Antikörper
gegen rekombinantes HMG1 Kaninchen mit rekombinantem HMG1-Fusionspeptid
(100 μg
pro Injektion) nach einem ähnlichen Protokoll
immunisiert. Monoklonale Antikörper,
die gegen HMG1 reaktiv sind (d.h. die binden und in einigen Fällen die
biologische Aktivität
von HMG1 neutralisieren oder antagonistisch auf diese wirken), werden
günstigerweise
nach einschlägig
bekannten Verfahren unter Verwendung der hier beschriebenen HMG1-Antigene oder
anderer HMG1-Peptidfragmente als Immunogene hergestellt. Derar tige
monoklonale Antikörper
und/oder die Hybridome, die diese produzieren, sind zur Produktion
verschiedener "humanisierter" Antikörper, die
gegen HMG1 reaktiv sind (alles gemäß einschlägig bekannten Verfahren), verwendbar,
wobei humanisierte Antikörper
wie hier gelehrt verwendbar sind.
-
HMG1-spezifische
Antikörper
wurden verwendet, um durch Western-Blotting-Analyse die induzierbare Freisetzung
von HMG1 aus RAW 264.7-Zellen nach Behandlung mit TNF oder LPS zu
messen (1). Kurz gesagt, wurden Proteine
durch SDS-PAGE auf einem 4–20%
Gradientengel fraktioniert, auf eine PVDF-Membran überführt und
mit Kaninchenantiserum, das gegen entweder das N-terminale synthetische
HMG1-Antigen oder gegen rekombinantes HMG1 gebildet wurde, geblottet.
Das Signal wurde unter Verwendung eines ECL-Kits nach den Vorschriften
des Herstellers (Amersham Life Science Inc., Arlington Heights,
IL, USA) detektiert und die Konzentrationen von HMG1 wurden durch
Messen der optischen Dichte von Banden auf Western-Blots, die zur
Analyse unter Verwendung von NIH 1.5-Bildsoftware digitalisiert
wurden, unter Bezug auf eine Standardkurve von gereinigtem rekombinantem
HMG1 bestimmt.
-
Kein
HMG1-Protein wurde in mit RAW 264.7-Zellen konditioniertem Medium
in Abwesenheit einer TNF- oder LPS-Behandlung detektiert, doch sammelte
sich HMG1 in konditioniertem Medium auf hohe Konzentrationen nach
einer derartigen Stimulierung an, wobei eine Plateau bei 8–28 h nach
der Stimulierung erreicht wurde (1A). Zusammenfassend
gesagt, zeigen die in den Beispielen 1, 3 und in 1A gegebenen Daten,
dass die Freisetzung von HMG1 aus Makrophagen stimulus-spezifisch
und zeit- und dosisabhängig
ist, wobei die maximale Ansammlung innerhalb von 8 h nach Stimulation
mit TNF mit Konzentrationen von nur 5 ng/ml beobachtet wurde. Es
ist klar, dass Sepsis, septischer Schock und verwandte Zustände bei
Menschen als Antwort auf Reize, die qualitativ oder quantitativ
von dem einzelnen großen
letalen LPS-Bolus, der in diesem zukunftsweisenden Modell verwendet
wird, verschieden sind, auftreten können. Dennoch ist eine experimentelle
Endotoxämie
ein wertvolles und zukunftsweisendes Modellsystem, durch das kritische
Komponenten der Entzündungscytokinkaskade
identifiziert werden kön nen
und durch das spezifische Antagonisten mit vorhergesagter klinischer
Verwendbarkeit identifiziert werden können. Im Hinblick darauf sind
HMG1-Antagonisten vielleicht therapeutisch attraktiver als TNF-Antagonisten
im Hinblick auf das späte
Auftreten von HMG1 gegenüber
TNF bei der Reaktion auf Endotoxin.
-
Beispiel 5
-
Detektion von HMG1 bei
In-vivo-Tiermodellen
-
Dieses
Beispiel erläutert
ein In-vivo-Experiment bei Nagetieren, wobei Serum-HMG1-Spiegel
nach Verabreichung einer subletalen Dosis von LPS (LD50)
gemessen werden. Mäuse
oder Ratten wurden mit LPS behandelt und Seren wurden zu verschiedenen
Zeitpunkten gewonnen und auf die Konzentrationen von HMG1 durch
Western-Blotting-Analyse getestet. Die Serumkonzentrationen von
HMG1 wurden durch Messung der optischen Bandintensität in Bezug
auf eine Standardkurve von gereinigtem HMG1 festgestellt. Die Serumkonzentrationen
nahmen während
16 h nach LPS signifikant zu und blieben mindestens 32 h hoch (1B)
und waren in vehikelbehandelten Kontrolltieren nicht detektierbar.
Diese Daten zeigen, dass HMG1 ein besonders attraktives Ziel für die Diagnose
von und pharmazeutische Intervention gegen Sepsis und verwandte
Störungen
von Cytokintoxizität
darstellt, da HMG1 ein spät
auftretender Vermittler in der Entzündungscytokinkaskade ist.
-
Beispiel 6
-
Vorteile eines Schutzes
vor HMG1
-
Dieses
Beispiel gibt die Ergebnisse eines zukunftsweisenden In-vivo-Tests
zur Messung der therapeutischen Aktivität von Antagonisten von HMG1
in Bezug auf die Behandlung von Sepsis und verwandten Zuständen cytokinvermittelter
Toxizität
an. Bei diesem Beispiel war der HMG1-Antagonist eine Anti-HMG1-Antikörperzubereitung.
Kontrollen, die mit Präimmunserum
behandelt wurden, entwickelten Letargie, Piloerektion, Diarrhoe
und erlitten innerhalb von 48 h Tod. Diese klinischen Zeichen einer
Endotoxämie
wurden durch die Verabreichung von Anti-HMG1-Antikörpern signifikant
verhindert. Männliche
Bulb/C-Mäuse
(6–7 Wochen, 20–23 g) wur den
willkürlich
gruppiert (10 Tiere pro Gruppe) und entweder mit Kontroll (Präimmun)-
oder Anti-HMG1-Serum (das in Beispiel 4 hergestellt wurde) 30 min
vor der (intraperitonalen) Verabreichung einer letalen Dosis von
LPS (50 mg/kg in 1 × PBS)
vorbehandelt. Andere Versuchsgruppen erhielten zusätzliche
Dosen von Anti-HMG1-Serum bei +12 oder +12 und +36 h nach LPS-Verabreichung.
Die Tiere wurden bezüglich Aussehen
und Überleben
mindestens zwei Wochen beobachtet.
-
Polyklonale
Antikörper
gegen rekombinantes HMG1 wurde in Kaninchen erzeugt und Antiserum
wurde auf Spezifität
und Titer durch ELISA und Western-Blotting-Verfahren getestet. Das
polyklonale Antiserum erkannte (band an) rekombinantes HMG1 bei
beispielsweise Western-Blot-Analyse immunspezifisch und unterschied
rHMG1 von anderen Proteinen in sowohl rohen Bakterienlysaten als
auch einem gereinigtem Protein, das in Mausserum verdünnt worden
war. Unter Verwendung von Chemilumineszenz-amplifizierten Detektionsverfahren
bei Western-Blotting-Analyse war polyklonales Anti-HMG1-Antiserum
mit Verdünnungen
von bis zu 1:1000 zur Detektion von nur 50 pg rHMG1-Protein verwendbar.
Die Verabreichung von Anti-HMG1-Antiserum in den angegebenen (2A)
Mengen bei –0,5
(falls eine Dosis), –0,5
und 12 (falls zwei Dosen) oder –0,5, 12
und 36 (falls drei Dosen) Stunden in Bezug auf die LPS-Stimulation
(zum Zeitpunkt 0) war schützend
vor LPS-induzierter Letalität
und wiederholte Dosierungsprogramme ergaben besseren Schutz.
-
2B erläutert, dass
rHMG1 dosisabhängige
Letalität
bei endotoxischen Mäusen
verursacht. Männliche
Bulb/C-Mäuse (20–23 g) wurden
willkürlich
in Gruppen von 10 zur Aufnahme von LPS (3,15 mg/kg, eine nicht-letale
Dosis) allein oder in Kombination mit gereinigtem rekombinantem
HMG1-Protein aufgeteilt. Die Verabreichung von HMG1 mit den angegebenen
Dosen 2, 16, 28 und 40 h nach LPS-Stimulation erhöhte signifikant
die Letalität
der darunterliegenden Endotoxämie.
-
2C erläutert die
unabhängige
Letaltoxizität
von HMG1 als Funktion der Dosis. Gereinigtes rHMG1 wurde männlichen
Balb/C-Mäusen
(5 Mäuse
pro Behandlungsgruppe) als einziger i.p. Bolus mit der angegebenen
Dosierung verabreicht. Die Mäuse
wurden mindestens 48 h beobachtet und 60% der Mäuse, die mit rHMG1 mit einer
Dosis von 500 μg/Maus
behandelt wurden, starben innerhalb von 24 h nach der rHMG1-Stimulation,
was einen Einzeldosis-LD50-Wert von weniger
als 500 μg/Maus
anzeigt.
-
Der
durch Anti-HMG1-Antikörper
verliehene Schutz war spezifisch, da die Verabreichung von Präimmunserum,
das keine immunspezifische Reaktivität gegenüber HMG1 auf Western-Blots
zeigte, Subjekte nicht vor LPS-vermittelter Mortalität schützte (2A).
Darüber
hinaus ergaben HMG1-spezifische Antikörper keine Kreuzreaktion mit
anderen, von Makrophagen abgeleiteten Cytokinen (beispielsweise
IL-1 und TNF), was die Möglichkeit
beseitigt, dass Antikörper
Schutz durch Bindung und dadurch Neutralisation dieser Vermittler
verliehen. Schutz gegen Sepsis, mit Sepsis in Verbindung stehende
Pathogenese und Sepsis-bedingte Erkrankungen, die die Aktivierung
proinflammatorischer Cytokinkaskaden umfassen, können durch eine Kombinationstherapie,
die gegen mehr als eine Komponente der Cytokinkaskade zielgerichtet
ist, verbessert werden. Antagonisten von HMG1 können im Hinblick darauf mit
spezifischen Antagonisten von TNF, IL-1, MIF und anderen Entzündungsvermittlern
oder mit breit aktiven Antagonisten von Entzündungsreaktionen, die mehrere Komponenten
der Entzündungskaskade
hemmen (beispielsweise Aspirin, NSAIDS, entzündungshemmende Steroide und
dergleichen) kombiniert werden, um noch wirksamere therapeutische
Modalitäten
zu erhalten. Der Schutz gegen LPS-Toxizität war antikörperdosisabhängig und
eine häufigere
Dosierung mit höheren
Mengen Antikörpern
verringerte die Mortalität
um bis zu 70% (2A). Mäuse wurden mindestens 2 Wochen
in allen Experimenten beobachtet und es trat keine späte Mortalität auf, was
anzeigt, dass eine Anti-HMG1-Antikörperbehandlung
lang andauernden Schutz gegen LPS-Letalität verleiht und nicht nur den
Todeszeitpunkt verzögert.
-
Beispiel 7
-
HMG1 bei humaner Erkrankung
-
Dieses
Beispiel gibt Daten an, die einen Zusammenhang zwischen HMG1 und
humaner Sepsis belegen und dadurch eine Indikation zur Verwendung
von HMG1-Antagonisten allgemein und Anti-HMG1-Antikörpern insbesondere
bei humaner Sepsis und verwandten Zuständen von Cytokintoxizität stützen. Serum-HMG1-Spiegel
bei normalen gesunden Individuen und kritisch kranken Patienten
wurden unter Verwendung der wie in Beispiel 4 erzeugten polyklonalen
Antikörper
in einem Western-Blotformat unter Bezug auf eine Standardkurve von
rHMG1 gemessen. Das HMG1 war in normalen Kontrollen nicht detektierbar,
jedoch zu hohen Konzentrationen bei kritisch kranken Patienten mit
Sepsis angesammelt (Tabelle 2). TABELLE
2. Serumauftreten von HMG1 bei Sepsispatienten
Anmerkung: <d.l. – unter
Nachweisgrenze;
MOF – Multiples
Organversagen
-
Diese
Daten zeigen, dass erhöhte
Serum-HMG1-Spiegel bei Patienten mit Sepsis beobachtet werden und
die höchsten
Spiegel von Serum-HMG1 in letalen Fällen beobachtet werden (Tabelle
2). Diese Daten zeigen ferner die therapeutische Bedeutung von HMG1-Antagonisten
bei Sepsis und sie liefern auch Beweisanzeichen für die diagnostische
Verwendbarkeit eines Tests auf Sepsis und Schwere (d.h. potentielle
Letalität) von
Sepsis durch Ermittlung von Serumkonzentrationen von HMG1. Dieser
diagnostische Test ist auch zur Diagnose der Schwere verwandter
Zustände,
die die Aktivierung der Entzündungscytokinkaskade
umfassen, verwendbar.
-
Zusätzliche
Subjekte wurden auf Serum-HMG1-Spiegel in Verbindung mit letaler
gegenüber
nichtletaler Sepsis gecreent, wobei die Ergebnisse (kumulativ mit
Tabelle 2) wie in 6 beschrieben sind. Die in 6 zusammengefassten
Daten repräsentieren
Serumproben, die von 8 gesunden Objekten und 25 septischen Patienten,
die mit grampositiven [Bacillus fragilis (1 Patient), Enterococcus
facecalis (1 Patient), Streptococcus pneumonia (4 Patienten), Listeria
monocytogenes (1 Patient) oder Staphylococcus aureus (2 Patienten)], gramnegativen
[Escherichia coli (7 Patienten), Klebsiella pneumonia (1 Patient),
Acinetobacter calcoaceticus (1 Patient), Pseudomonas aeruginosa
(1 Patient), Fusobacterium nucleatum (1 Patient), Citrobacter freundii
(1 Patient)] oder nichtidentifizierten Pathogenen (5 Patienten)
infiziert waren, erhalten wurden. Serum wurde durch SDS-PAGE-Gelelektrophorese
fraktioniert und HMG1-Spiegel wurden durch Western-Blotting-Analyse unter Bezug
auf Standardkurven von gereinigtem HMG1, das in normalem humanem
Serum verdünnt
war, bestimmt. Die Nachweisgrenze durch Western-Blotting-Analyse
beträgt
50 pg. Es ist anzumerken, dass HMG1 bei normalen Kontrollen nicht
detektierbar ist, jedoch bei septischen Patienten signifikant erhöht ist.
Die durchschnittliche Konzentration von HMG1 in Serum von nicht überlebenden
septischen Patienten (N = 13 Patienten, mittlere HMG1-Konzentration
= 83,7 ± 22,3
ng/ml) ist signifikant höher
als bei Überlebenden
(N = 12, mittlere HMG1-Konzentration = 25,2 ± 15,1 ng/ml, P < 0,05). Diese Daten
ergeben einen direkten Nachweis für die Verwendbarkeit des Screening
von Gewebe (einschließlich,
ohne Beschränkung
Blut oder Serum) Proben auf HMG1-Sequenzen
(Protein oder Nucleinsäure)
als diagnostischer und prognostischer Indikator des Vorhandenseins
von Sepsis und verwandten Störungen
von Cytokinaktivierung und der Schwere und des wahrscheinlichen
klinischen Verlaufs derartiger Erkrankungen und Zustände.
-
Beispiel 8
-
HMG1-induzierte proinflammatorische
Vermittler und Gewichtsabnahme
-
Die
vorliegenden Ergebnisse liefern den Nachweis, dass HMG1 ein spät freigesetztes
Vermittlerelement der Entzündungscytokinkaskade
ist. Die Zugabe von rekombinantem HMG1 zu primären humanen peripheren mononukleären Blutzellen
führte
zu dosisabhängiger
Induktion von TNF innerhalb von 4 h nach Stimulation (3A).
Diese Stimulation der TNF-Freisetzung
durch HuPBMcs durch rekombinantes HMG1 beruhte nicht auf einer LPS-Kontamination,
da
- (i) gereinigtes rekombinantes HMG1 nicht
durch LPS kontaminiert war, was durch einen LAL-Endotoxintest beurteilt
wurde;
- (ii) die Zugabe des LPS-Neutralisationsmittels Polymyxin B die
HMG1-induzierte TNF-Freisetzung nicht beeinflusste, und
- (iii) die proteolytische Spaltung von rekombinanten HMG1-Zubereitungen mit
Trypsin die TNF-Freisetzungaktivität für die PBMC-Kulturen vollständig aufhob.
-
Eine
HMG1-Stimulation induzierte auch die Freisetzung von Stickoxid (NO)
durch Makrophagen.
-
Zur
Bestätigung,
dass HMG1 die Serum-TNF-Freisetzung in vivo induzierte, wurde gereinigtes
rekombinantes HMG1 intraperitoneal an Balb/C-Mäuse verabreicht und Blutproben
zum Test auf TNF durch den L929-Assay gewonnen. Wie in 3B gezeigt
ist, war TNF im Serum von Kontrolltieren nicht detektierbar, jedoch
2 h nach Verabreichung des rekombinanten HMG1-Proteins signifikant
erhöht.
-
Die
wiederholte Verabreichung des rekombinanten Genprodukts des HMG1-Gens
(100 μg/Maus/Tag) verursachte
eine signifikante Körpergewichtsabnahme
(4) bei Mäusen.
Ohne Beschränkung
im Hinblick auf den Mechanismus und ohne an eine Theorie gebunden
zu sein, sind diese Daten mit der Hypothese konsistent, dass HMG1
als Vorwärtsstimulator
der proinflammatorischen Kaskade unter sowohl In-vitro- als auch In-vivo-Bedingungen
fungiert. Diese In-vivo-Daten in einem zukunftsträchtigen
Modell der Gewichtsabnahme ergibt auch den zukunftsweisenden Nachweis,
dass eine pharmazeutische Formulierung, die HMG1 oder ein therapeutisch
aktives Fragment desselben umfasst, eine wirksame Gewichtsabnahmetherapie
ist.
-
Beispiel 9
-
In-vivo-Quellen von HMG1
-
Serum-HMG1-Spiegel
bei Ratten mit entfernter Hypophyse gegenüber Kontrollratten wurden ebenfalls
durch quantitative Bestimmung der Western-Blot-Intensitäten gemäß der obigen
Beschreibung gemessen. Es bestanden signifikant höhere HMG1-Spiegel
innerhalb von 12 h nach endotoxischer Stimulation (LPS mit 1,0 mg/kg)
bei Ratten mit entfernter Hypophyse (etwa 75 ng/ml) beim Vergleich
zu Kontrollen (etwa 25 ng/ml). Diese Ergebnisse zeigen, dass Pituicyten
nicht die Hauptquelle der Serum-HMG1-Spiegel sind und dass Makrophagen
eine quantitativ wichtigere Rolle spielen können.
-
-
-