Rekombinante Wirkstoffe
Prof. Dr. Theo Dingermann
Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt Dingermann@em.uni-frankfurt.de
Der zweite Blick zeigt:
– eine erhebliche Zahl dieser Wirkstoffe entspricht nicht einem natürlichen,
humanen Vorbild
Auf den ersten Blick liegt es nahe:
– diese Wirkstoffe entsprechen einem natürlichen, humanen Vorbild
Rekombinante Wirkstoffe
Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen?
Einige Modifikationen sind Konzessionen an die technische Machbarkeit – durchaus u.U. mit einem signifikanten Zusatzgewinn (Kasse-1 Biotechs) Einige Modifikationen sind in der Tat naturidentische Wirkstoffe
(Kasse-2 Biotechs)
Einige Modifikationen machen die Moleküle besser als die natürlichen Vorbilder, auch weil sie den signifikanten Unterschieden eines
physiologischen und eines therapeutischen Delivery‘s Rechnung tragen (Kasse-3a Biotechs)
Einige Modifikationen sind ganz einfach „neu erfunden“
(Kasse-3b Biotechs)
Authentisch vs. modifiziert:
•40 „authentisch“
•48 modifiziert
•4 Maus-Antikörper
•1 Ratte-Antikörper
•6 chimerisierte Antikörper
•12 humanisierte Antikörper
•5 „humane“ Antikörper
•1 humanisiertes Fab-Fragment
•4 „Kunstprotein“
Rekombinante Wirkstoffe
Pharmakokinetische Eigenschaften
• 3 schnell wirksam
• 101 normal wirksam
• 16 verzögert wirksam
Rekombinante Wirkstoffe
H H
G
I E K D K R
M
Met-Somatropin (Protropin®)
Wachstumshormon
H H
G
I E K D K R
M
Klasse-1 Biotech
Met-Somatropin (Protropin®)
Wachstumshormon
H H
G
I E K D K R
Wachstumshormon
Somatropin
H H
G
I E K D K R
Wachstumshormon
Somatropin
Klasse-2 Biotech
H H
G
I E K D K R
längere Halbwertszeit modifiziertes Wachstumshormon
Pegyliertes Somatropin
H H
G
I E K D K R
längere Halbwertszeit modifiziertes Wachstumshormon
Pegyliertes Somatropin
Klasse-3a Biotech
H H
G
I E K D K R
D D
A N R
T S
K
S
GH-Rezeptor-Antagonist Wachstumshormon
Pegvisomant (Somavert®)
H H
G
I E K D K R
D D
A N R
T S
K
S
GH-Rezeptor-Antagonist Wachstumshormon
Pegvisomant (Somavert®)
Klasse-3b Biotech
Wachstumshormone
Protropin
®Met-Somatropin E. coli
Genotropin
®Somatropin E. coli
Humatrope
®Somatropin E. coli
Norditropin
®Somatropin E. coli
Zomacton
®Somatropin E. coli
Saizen
®C 127 Somatropin Mäusezelllinie Nutropin AQ
®Somatropin E. coli
Valtropin
®Somatropin (Biosimilar) S. cerevisiae Omnitrope
®Somatropin (Biosimilar) E. coli
• „Anti“-Wachstumshormon
Somavert
®Pegvisomant E. coli
Wachstumshormone
Arzneimittel der
Historie Klasse-2 Klasse-1 Klasse-3
Protropin
®Met-Somatropin E. coli
Genotropin
®Somatropin E. coli
Humatrope
®Somatropin E. coli
Norditropin
®Somatropin E. coli
Zomacton
®Somatropin E. coli
Saizen
®C 127 Somatropin Mäusezelllinie Nutropin AQ
®Somatropin E. coli
Valtropin
®Somatropin (Biosimilar) S. cerevisiae Omnitrope
®Somatropin (Biosimilar) E. coli
• „Anti“-Wachstumshormon
Somavert
®Pegvisomant E. coli
Wachstumshormone
Das Problem mit dem N-Terminus
von rekombinanten Proteinen
Interferon gamma 1b
Interferon gamma 1b
Die Aminosäuresequenz von Interferon gamma-1b unterscheidet sich vom maturen humanen Interferon gamma durch das N-terminale Methionin (rot) und das C-terminale Arginin (grün)
Interferon alfa 2a
Interferon alfa-2a wird in Escherichia coli als 166 Aminosäuren langes, nicht- glycosyliertes Protein gebildet.
Das zusätzliche N-terminale Methionin wird überwiegend durch eine
Methionylaminopeptidase (MAP) aus E. coli abgespalten und während der Produktion entfernt.
Interferon alfa 2a
Interferon alfa-2a wird in Escherichia coli als 166 Aminosäuren langes, nicht- glycosyliertes Protein gebildet.
Das zusätzliche N-terminale Methionin wird überwiegend durch eine
Methionylaminopeptidase (MAP) aus E. coli abgespalten und während der Produktion entfernt.
Gly (G) 97 % Ala (A) 96 % Pro (P) 88 % Ser (S) 84 % Thr (T) 90 % Val (V) 84 % Cys (C) 71 %
P H Hirel, M J Schmitter, P Dessen, G Fayat, and S Blanquet (1989). Extent of N-terminal methionine excision from Escherichia coli proteins is governed by the side-chain length of the penultimate amino acid. Proc Natl Acad Sci U S A 86, 8247–8251.
Wachstumshormon Valtropin ®
Expression in S. cerevisiae
Wachstumshormon Valtropin ®
Methionin-Aminopeptidase
MAP I spaltet N-terminale Methionin-Reste ab, wenn die nachfolgende Aminosäure klein und ungeladen ist. Das Enzym gehört zu der Familie der Metalloproteinasen und benötigt Cobald als Co-Faktor
Expression in S. cerevisiae
Insulin
Wachstumshormone Genotropin ®
In Escherichia coli wird die Expression der cDNA für hGH vom Promotor des Gens der alkalischen Phosphatase (phoA) gesteuert. Zusätzlich enthält die
Expressionscassette eine Shine-Dalgarno-Sequenz des trp-Operons (trp-SD) sowie die 5’-Sequenz des Gens für das hitze-stabile Enterotoxin II (STII). Dieser Bereich umfasst eine weitere Shine-Dalgarno-Sequenz sowie das Signalpeptid des
Enterotoxins. Nach der Transkription entsteht ein Fusionsprotein STII-rhGH, das an die Cytoplasmamembran geschleust wird und nach Abspaltung des Signalpeptids als humanes Somatropin im Periplasma des Bakteriums vorliegt.
TNF α -Antagonist
Cimzia ®
Wachstumshormone
Norditropin ®
Wachstumshormone Norditropin ®
Dipepitidylaminopeptidase I
DAP I spaltet vom N-Terminus her Dipeptide ab, kann allerdings keine
Peptidbindungen hydrolysieren, in denen die Aminosäure Prolin involviert ist. Auch Dipeptide, die an ihrem N-Terminus die basischen Aminosäuren Arginin oder Lysin tragen, werden nicht abhydrolysiert.
