Protein-Engineering at TU München

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Nennen Sie Beispiele für "klassische" therapeutische Proteine und geben Sie dafür jeweils ein medizinisches Einsatzgebiet an:

3 Proteine aus natürlichen Quellen 

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3 gentechnisch hergestellte Humanproteine

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Was ist die physiologische Hauptfunktion von Insulin?


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Nennen Sie dessen natürlichen Syntheseort (Insulin)

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Aus wie vielen Polypeptidketten besteht Insulin und wie viele Disulfidbindungen trägt es?

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Nennen Sie zwei modifizierte Formen des Insulins. Geben Sie die quasi gegensätzlichen pharmakologischen Eigenschaften dieser Arzneimittel an. Beschreiben Sie in einem Satz, welche biophysikalische Eigenschaft des Insulins dabei ursächlich manipuliert wurde.



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Grundsätzlich bieten sich dabei zwei verschiedene Typen von Templatesequenz an: welchen potentiellen Nachteil hat die in diesem Fall verwendete Sequenz aus heutiger Sicht?

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Geben Sie das Indikationsgebiet dieses Biopharmazeutikums an und beschreiben Sie kurz dessen wichtigstes Wirkprinzip, soweit bis heute bekannt

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Erläutern Sie kurz die drei in der Pharmaindustrie gebräuchlichen Strategien, um menschliches Wachstumshormon (hGH) in Escherichia coli zu produzieren.


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Beschreiben Sie die Vorgehensweise beim Protein-Engineering des hGH-Antagonisten Pegvisomant und erläutern Sie dessen Wirkung im Vergleich zum natürlichen hGH.

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Wie hat man dessen Plasma-Halbwertszeit effektiv verlängern? hGH

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Welche Erkrankung hat den Ersatz des klassisch aus Humangewebe extrahierten Proteins durch das rekombinante hGH beschleunigt und welche Erkrankung wird mit Pegvisomant behandelt?

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Exemplary flashcards for Protein-Engineering at the TU München on StudySmarter:

Protein-Engineering

Nennen Sie Beispiele für "klassische" therapeutische Proteine und geben Sie dafür jeweils ein medizinisches Einsatzgebiet an:

3 Proteine aus natürlichen Quellen 

  • Insulin aus Schweinepankreas (Diabetes mellitus Typ 1)
  • Wachstumshormon (Somatotropin) aus menschlicher Hypophyse (Zwergwuchs)
  • Antitoxine aus Pferdeserum (Diphterie, Tetanus)

Protein-Engineering

3 gentechnisch hergestellte Humanproteine

  • Insulin Humulin aus E.coli (Diabetes mellitus Typ 1)
  • Protropin rhGH Wachstumsfaktor aus E.Coli (Zwergwuchs)
  • Erythropoetin aus Zellkultur (Niereninsuffizienz)

Protein-Engineering

Was ist die physiologische Hauptfunktion von Insulin?


Kontrolle des Blutzuckerspiegels ≤ 100 mg Glucose / 100 ml

Protein-Engineering

Nennen Sie dessen natürlichen Syntheseort (Insulin)

β-Zellen der Langerhans´schen Inseln in der Bauchspeicheldrüse (Glucose-abhängige Genexpression)

Protein-Engineering

Aus wie vielen Polypeptidketten besteht Insulin und wie viele Disulfidbindungen trägt es?

2 Polypeptidketten, 3 Disulfidbindungen

Protein-Engineering

Nennen Sie zwei modifizierte Formen des Insulins. Geben Sie die quasi gegensätzlichen pharmakologischen Eigenschaften dieser Arzneimittel an. Beschreiben Sie in einem Satz, welche biophysikalische Eigenschaft des Insulins dabei ursächlich manipuliert wurde.



  • Insulin Lispro (Permutation ProB28 – LysB29) beschleunigte Wirkung (nach 15 min, Abfall nach 2-4 h, Maximum bei 1 h)
  • Insulin Glargine (Austausch des C-terminalen Asp durch Gly)
    Insulin Glargine: verzögerte Wirkung (extrem verlangsamte Auflösung des Insulins)


Stabilisierung des Insulinmonomers bei Insulin Lispro bzw. Stabilisierung der Kristallpackung und Hexamerbildung bei Insulin Glargine

Protein-Engineering

Grundsätzlich bieten sich dabei zwei verschiedene Typen von Templatesequenz an: welchen potentiellen Nachteil hat die in diesem Fall verwendete Sequenz aus heutiger Sicht?

Templatesequenzen: human und murin

Nachteil: Verwendung von Konsensussequenzen des AK à kommen im Menschen so nicht vor

heute: Sequenz eines tatsächlich genetisch codierenden AKs (mit hoher Verwandtschaft)


Protein-Engineering

Geben Sie das Indikationsgebiet dieses Biopharmazeutikums an und beschreiben Sie kurz dessen wichtigstes Wirkprinzip, soweit bis heute bekannt

Indikationsgebiet: 

Metastasierender Brustkrebs in Kombination mit Chemotherapie

 

Wirkprinzip: 

Störung der aktiven Dimerisierung durch unphysiologische Komplexbildung des therapeutischen AKs mit dem Rezeptor; Clustering der Plasmamembran führt zur beschleunigten Internalisierung von HER2 durch Endocytose (Verringerung der Konzentration an der Zellmembran, damit erniedrigte Signaltransduktion); Inhibition der HER2-Proteolyse (Shedding der extrazellulären Domäne)

Protein-Engineering

Erläutern Sie kurz die drei in der Pharmaindustrie gebräuchlichen Strategien, um menschliches Wachstumshormon (hGH) in Escherichia coli zu produzieren.


Cytosolische Produktion in E.coli:

  • Ersatz des Signalpeptids durch n-terminalen Met-Rest (-> Immunogenität)
  • Extraktion aus Einschlusskörpern und oxidative Rückfaltung 

à Protropin/Methionyl-hGH/Met-Somatotropin von Genentech

 

Cytosolische Produktion von Met-Ala-Glu-GH

  • Met wird von der Methionin-Aminopeptidase in vivo abgespalten
  • Nach Isolierung des rekombinanten Proteins wird das Ala-Glu-Dipeptid enzymatisch prozessiert

àGenotonorm bzw. Genotropin von Pharmacia&Upjohn

 

Biosynthese

  • Biosynthese des Präproteins in E.coli führt zur Sekretion in das bakterielle Periplasma
  • das prozessierte und gefaltete Protein wird nach osmotischem Schock in aktiver Form isoliert. Humatrope von Elli Lilly

Protein-Engineering

Beschreiben Sie die Vorgehensweise beim Protein-Engineering des hGH-Antagonisten Pegvisomant und erläutern Sie dessen Wirkung im Vergleich zum natürlichen hGH.

  • Gezielte Veränderung anhand der Kristallstruktur des hGH-Komplexes mit dem dimerisierten Rezeptor (GHR)
  • 8 kombinatorisch generierte Mutationen an der ersten Bindungsstelle führen zu erhöhter Affinität für den hGHR
  • Eine Punktmutation in der zweiten, von sich aus schon schwächeren Bindungsstelle verhindert die Rezeptordimerisierung und unterbindet damit die Signalauslösung

Protein-Engineering

Wie hat man dessen Plasma-Halbwertszeit effektiv verlängern? hGH

Derivatisierung mit 4-6 PEG-Ketten zur Verlängerung der Serumhalbwertszeit

Protein-Engineering

Welche Erkrankung hat den Ersatz des klassisch aus Humangewebe extrahierten Proteins durch das rekombinante hGH beschleunigt und welche Erkrankung wird mit Pegvisomant behandelt?

Übertragung der Creutzfeld-Jakob Krankheit aus human gewonnenem GH

Pegvisomant: Behandlung von Akromegalie

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