DE4325317C2

DE4325317C2 - Verfahren zur radioaktiven Markierung von Immunglobulinen

Info

Publication number: DE4325317C2
Application number: DE19934325317
Authority: DE
Inventors: Reinhard Prof Dr Dr Brossmer; Uwe Dipl Chem Schwarz; Gerd Dr Rer Nat Wunderlich
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: WO1995004278A1; DE4325317A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung von Immunglobulinen, insbesondere von monoklonalen Antikörpern, oder deren Fragmenten mit radioaktiven Nukliden, die in der Medizin, vorzugsweise in der nuklearmedizinischen Diagnostik und Therapie, und in der Biochemie einsetzbar sind.

Radioaktiv markierte Immunglobuline besitzen in der Medizin und in der Biochemie eine wachsende Bedeutung, da sie durch die gute Detektierbarkeit von Radionukliden und die hohe Spezifität der Immunglobuline den Nachweis von sehr kleinen Stoffmengen, z. B. in Radioimmunoassays oder in bildgebenden Verfahren, gestatten. Weiterhin können sie in der nuklearmedizinischen Therapie für innere Bestrahlungen, z. B. von Tumoren, eingesetzt werden. Für den Erfolg der Untersuchungen ist ein Markierungsverfahren erforderlich, das durch eine schonende Reaktion eine feste Bindung der radioaktiven Nuklide an den Immunglobulinen ermöglicht, ohne die Immunreaktivität der Immunglobuline zu beeinträchtigen.

Es sind verschiedene Markierungsverfahren bekannt, die auf Kopplungsreaktionen an funktionellen Gruppen der Peptidketten von Immunglobulinen beruhen. Dabei erfolgt die Umsetzung z. B. von Aminogruppen des Immunglobulines mit bifunktionellen Substanzen. Diese Substanzen enthalten das radioaktive Nuklid oder nehmen es, z. B. durch Komplexierung, bei späterer Zugabe auf [1-4]. Aufgrund der weitgehend statistischen Verteilung der Kopplungsstellen über das Immunglobulin-Molekül wird jedoch auch in den antigenbindenden Regionen der Immunglobuline modifiziert und dabei die Immunreaktivität verändert.

Bei Verfahren, die auf der Kopplung an Sulfid-Gruppen beruhen, erfolgt eine Markierung außerhalb der antigenbindenden Regionen. Für diesen Reaktionsweg müssen jedoch Disulfid-Brücken des Immunglobulin-Moleküls durch Reduktion gespalten werden (z. B. DE-PS 29 53 674, [5]), wodurch die Tertiärstruktur des Moleküls verändert wird. In EP 0397213 wird z. B. die Umsetzung der dann erhaltenen SH-Gruppen mit Maleimiden beschrieben, del Rosario et al. [6, 7] beschreiben ein Markierungsverfahren mit Iodacetyl- Verbindungen nach Spaltung der Disulfidbrücken mit Dithiothreitol.

Kopplungsverfahren an den Oligosaccharidketten sind für Markierungen gut geeignet, da bei diesen Verfahren die Bindungsstelle Immunglobulin/Radionuklid definiert ist und bekanntermaßen die Oligosaccharide für die Immunreaktivität des Moleküls geringe Bedeutung besitzen. Bisher bekannte Verfahren beruhen auf einer Oxidation des Immunglobulins, bei denen OH- Gruppen der Oligosaccharide zu Aldehydgruppen umgesetzt werden. Unerwünschte Nebenreaktionen aufgrund der Oxidation sind jedoch dabei nicht auszuschließen. Van Lenten [8] beschreibt z. B. ein allgemeines Verfahren zur Oxidation von Glykoproteinen mit Natriumperiodat, die DE-OS 41 15 038 die Herstellung von Konjugaten auf diesem Wege. Da Aldehyd-Gruppen in natürlichen Immunglobulinen nicht vorkommen, lassen sich hier spezifisch bifunktionelle Komplexbildner anlagern, z. B. Hydrazide (EP 0247792), [9], [10].

Sialyltransferasen sind in der Lage modifizierte Sialinsäuren auf Glykoproteine zu übertragen. Zum Studium der Aktivität dieser Enzyme werden fluoreszeinylierte Sialinsäuren beschrieben [11-13]. Praktische Bedeutung im Sinne einer Markierung von Glykoproteinen haben diese Reaktionen bisher nicht erlangt.

Literatur

[1] Kozak, R. W. et al., (1986) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83, S. 474-478

[2] Hnatowich, D. J. et al., (1983) Science 235, S. 613-615

[3] Hnatowich, D. J. et al., (1985) J. Nucl. Med 26, S. 503-509

[4] Brechbiel, M. W. et al., (1986) Inorg. Chem. 25, S. 2772-2781

[5] Srivastava, P. C. et al., (1989) NucCompact 20, S. 145-149

[6] del Rosario, R. B. et al., (1990) Cancer Research (Suppl.) 50, S. 804s-808s

[7] del Rosario, R. B. et al., (1991) J. Nucl. Med. 32, S. 915

[8] Van Lenten, L. et al., (1971) J. Biol. Chem. 246, S. 1889-1894

[9] Saccavini, J. C. et al., (1986) Nucl. Med. Biol. 13, S. 191-194

[10] Simonsen, R. B. et al., (1990) Cancer Research (Suppl.) 50, S. 985s-988s

[11] Brossmer, R., Gross, H. J. WO 91/14697 A1

[12] McCoy, R. D. et al., (1985) J. Biol. Chem. 260, S. 12695-9

[13] Gross, H.-J. et al., (1988) Eur. J. Biochem. 177, S. 583-589

Aufgabe der Erfindung ist es, Immunglobulin schonend und selektiv zu markieren.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Oberbegriff und im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst.

Es sind verschiedene modifizierte CMP-NeuNAc-Derivate genannt, die sich für das Verfahren eignen. Sie sind entweder bereits radioaktiv markiert oder in der Lage, Nuklide durch Komplexierung aufzunehmen.

Durch die Selektivität der Enzyme erfolgt die Bindung an Oligosaccharidresten mit der Endstruktur βGal-(1-4)-βGlcNAc-, βGal-(1-3)-βGlcNAc-, βGal-(1-3)-αGlcNAc-, βGal-(1-3)-βGalNAc- oder αNeuNAc-(2-3)-βGal-(1-3)-αGlcNAc-, so daß eine Veränderung der antigenbindenden Regionen ausgeschlossen werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren die Markierung von Immunglobulinen unter besonders schonenden Reaktionsbedingungen, da der Transfer in wäßrigen Pufferlösungen stattfindet und der Zusatz von schädigenden Chemikalien wie z. B. Oxidations- oder Reduktionsmitteln vermieden wird.

Sind die erforderlichen Saccharidstrukturen im Immunglobulin nicht oder in nicht genügender Menge enthalten, kann entweder durch Abspaltung von endständig gebundener NeuNAc durch eine Neuraminidase oder durch Anlagerung von Galaktose aus UDP- Galaktose mittels Galaktosyltransferase oder durch Kombination dieser Verfahren die Menge der für die Anlagerung der NeuNAc- Derivate erforderlichen Saccharidstrukturen erhöht und dadurch die Markierbarkeit des Immunglobulins verbessert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

Eine Lösung von 2 µg human-Immunglobulin (IgG) in 2 µl 50 mM Acetatpuffer pH5,5 wurde mit 0,42 Einheiten immobilisierter Neuraminidase für 1 h versetzt. Nach 1 h erfolgte die Abtrennung der Neuraminidase durch Zentrifugation. 1 µg CMP-9- salizoylamido-NeuNAc wurde mit ¹³¹I unter Verwendung von Iodogen markiert und über High Performance Liquid Chromatography (HPLC) auf einer Ionenaustauschersäule abgetrennt. 400 µl der Fraktion, die das CMP-9-¹³¹I-monoiodsalizoylamido-NeuNAc enthält, wurden mit 400 µl der vorbereiteten human-IgG-Lösung und mit 40 mU α-2,6-Sialyltransferase (EC 3.2.1.18) versetzt. Nach verschiedenen Reaktionszeiten wurden Proben einer Gelfiltration unterworfen und die Radioaktivität der Fraktionen gemessen. Dabei wurden nach etwa zweistündiger Reaktionszeit Ausbeuten bis zu 56,4% für den Transfer der radioaktiven Substanz auf human- IgG ermittelt.

Beispiel 2

Human-IgG wurde analog Beispiel 1 vorbereitet. Für die Umsetzung mit Iodogen wurde inaktive KI-Lösung zugesetzt und das dann entstehende CMP-9-¹³¹I-diiodsalizoylamido-NeuNAc mit HPLC wie im Beispiel 1 abgetrennt. 100 µl der Fraktion, die das CMP-9-¹³¹I- diiodsalizoylamido-NeuNAc enthält, wurden mit 50 µl der vorbereiteten human-IgG-Lösung und mit 20 mU α-2,6- Sialyltransferase (EC 3.2.1.18) versetzt. Nach verschiedenen Reaktionszeiten wurden Proben einer Gelfiltration unterworfen und die Radioaktivität der Fraktionen gemessen. Dabei wurden nach etwa zweistündiger Reaktionszeit Ausbeuten bis zu 41,3% ermittelt.

Beispiel 3

4 µg human-IgG wurden mit 0,04 mU Galaktosyltransferase und 50 µg UDP-Galaktose in 2,3 µl Phosphatpuffer pH 8.5 umgesetzt. Nach 1 h erfolgte die Abtrennung des galaktosylierten Human-IgG durch HPLC über eine Ionenaustauschersäule mit NaCl-Gradienten. 5,4 µg galaktosyliertes human-IgG in 10 µl reagierten mit 5 µl einer Lösung, die CMP-9-¹³¹I-diiodsalizoylamido-NeuNAc enthielt, und 10 mU α-2,6-Sialyltransferase für 2 h. Nach einer Gelfiltration wurde eine Markierungsausbeute von 35% ermittelt. Eine Vergleichsmessung mit nativem human-IgG ergab keine Markierung.

Beispiel 4

Eine human-IgG-Lösung wurde erst wie in Beispiel 3 galakto syliert und dann wie in Beispiel 1 desialyliert. Von diesem vorbehandelten human-IgG reagierten 1,1 µg in 10 µl 50 mM Phophatpuffer pH 7,0 mit 5 µl einer CMP-9-¹³¹I- diiodsalizoylamido-NeuNAc-Lösung sowie mit 10 mU α-2,3- Sialyltransferase für 2 h. Nach Auftrennung des Reaktions gemisches ergab sich eine Markierungsausbeute von 41,4%.

Claims

1. Verfahren zur Markierung von Immunglobulinen oder deren Fragmenten mit radioaktiven Nukliden, bei dem das Immunglobulin mit Cytidin-5'-monophospho-N-Acetylneuraminsäure-Derivaten (CMP- NeuNAc-Derivate), die an den Positionen 5 und/oder 9 der NeuNAc modifiziert wurden, durch eine Sialyltransferase umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß CMP-NeuNAc-Derivate verwendet werden, bei denen ausgehend von der Struktur
einer oder beide der natürlichen Reste
durch einen oder zwei der folgenden Reste
mit
oder
mit
oder
ersetzt wurden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Immunglobulin zuvor mit Neuraminidase versetzt und das nach der Reaktionszeit abgetrennte Immunglobulin markiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Immunglobulin zuvor mit Uridindiphosphogalaktose und Galaktosyltransferase versetzt und das nach der Reaktionszeit abgetrennte Immunglobulin markiert wird.