Deel 1: peptiden, proteïnes en enzymen
1. Hoe werken GM?
- Activeren of deactiveren van een enzym
o Agonist = stimuleren werking van enzym
o Antagonist = uitschakelen of remmen van enzym
o Bindingswijze: direct binden op actieve zijde of via een allosterische binding
- Aanwezigheid van specifieke moleculen in lichaam beïnvloeden
o Metabolieten: toevoegen of verwijderen van een metaboliet
o Eiwitten: toevoegen of verwijderen van een specifiek eiwit
- Kunnen een biologische respons activeren, veranderen of deactiveren
o Cytokines
o Steroïden
o Peptiden
o Gassen
- Uiteindelijke doel biologisch systeem tijdelijk of permanent veranderen
2. Waar werken GM?
- Spijsverteringsstelsel
o Mond en slokdarm: 1ste weg
naar binnen
o Maag: pH laag bepaalde
eiwitmoleculen ontvouwen of
breken af hierdoor
o Dunne darm: belangrijkste plek
voor opname van
voedingsstoffen en medicijnen
in bloedbaan
o Lever: controlecentrum (metabolisme)
- Bloedsomloop
o Circulatie: bloed transporteert medicijn naar organen, kan wel
barrières tegenkomen
o Nieren: essentieel voor verwijderen van medicijnen uit lichaam via urine
o BBB: veel moleculen kunnen hier niet door
3. Biologie op schaal
4. Schaal van therapieën
,- Verschillende soorten behandeling van klein en eenvoudig naar groot en complex
5. Verschillen tussen chemische en biologische medicijnen
- Biological = een actieve geneesmiddelstof die gemaakt is door levend
organisme of afkomstig is van chemische reactie waarbij biologische
onderdelen betrokken zijn
o Moeilijker te maken dan die kleine moleculen, want VOUWING is cruciaal
6. Biologicals en nieuwe modaliteiten in de therapie
- Sector richt zich razendsnel op grotere en complexere moleculen
7. Humaan groeihormoon (somatotrofine)
7.1. hGH basisprincipes
- Productie en afgifte: aangemaakt in
hypofyse en afgegeven in bloedbaan
o Heeft direct effect op veel verschillende
celtypen, zet andere cascades aan
o Activeert synthese van IGF-1
- Gevolgen en afwijkingen: een tekort of
overproductie kan leiden tot ziekte
o Aandoeningen: dwerggroei,
reuzengroei en acromegalie
- Tekort oplossen: het toevoegen!
,7.2. hGH sequentie en structuur
- Bestaat uit 4 alfa-helices
- In vivo meerdere versies gesynthetiseerd ondanks er
slechts 1 gen is zijn er 5 varianten
o Omdat ze allen verschillende functie hebben ene
heeft hogere affiniteit voor een receptor dan
andere
o Hoofdvariant: bestaat uit 191 AZ
- Grafiek geeft affiniteit weer, rode lijn is overal reactie dus
resultaat van alle varianten zoals het lichaam ervaart
- Bepalen welke variant je moet maken kijken naar
biologische activiteit en welke variant meest voorkomt
in menselijk lichaam
7.3. Hoe het begon…
- Extractie: voor ontwikkeling van de moleculaire biologie was extractie
van hormonen uit weefsel een gebruikelijke strategie voor productie van
biotherapeutica
- Probleem met groeihormoon vertoont hoge mate van soortspecifiekheid
o Voor effectieve behandeling moet groeihormoon dus
afkomstig zijn van mensen of nauw verwante primaten
o Beperkte bronnen want geen andere zoogdieren die
groeihormoon zelfde produceren
o Vroeger: alleen uit mensen geëxtraheerd
- Hypofyse is heel klein heel veel menselijk materiaal nodig om kleine
hoeveelheid bruikbaar hormoon te verkrijgen voor injectie
- Berekening
o Hypofyse weegt ongeveer 0,5g
o Uit 100g klieren kan 300mg hGH gezuiverd worden
o Kind heeft 4,5mg per maand nodig gedurende 3 jaar
o Totale behoefte: 4,5mg/maand x 36 maanden = 162mg hGH
o Voorbeeld
Voor 162mg hGH 54g klierweefsel nodig
Aantal lichamen: 1 hypofyse 0,5g weegt voor 54g weefsel
precies 108 lichamen nodig
- Probleem
o Opzuiveren nooit 100%
o Bepaalde batches van het geëxtraheerde hormoon bleken
besmet met prionen leidde tot verspreiding van ziekte van
Creutzfeldt-Jakob
7.4. Waarom zijn interacties zo specifiek?
- Groeihormoon moet een extreem hoge mate van
precisie bereiken bij het binden aan hun doelwit
- Grote eiwitten gebruiken een uitgestrekt
contactoppervlak om te binden
- Energie die vrijkomt bij de binding en veranderingen in
wanorde van het systeem bepalen hoe sterk en
specifiek de binding is
- Groene deel is groeihormoon
- Paarse deel is receptor
, - Binaire limiet: hoge specificiteit bereikt omdat geen enkel individueel
contactpunt 90% van de binaire limiet kan geven wil zeggen dat binding
niet afhankelijk is van een sterke verbinding maar van de optelsom van
vele kleintjes
- Bindingsaffiniteit ontstaat door grote oppervlak waar meerdere nauwe
contacten tegelijk kunnen plaatsvinden verzameling van contacten
levert enthalpische en entropische bijdragen
Het enorme, exact passende oppervlak dat zorgt voor de hoge affiniteit en specificiteit
Verklaart waarom groeihormoon van koe of aap niet werkt in menselijk lichaam
Als vorm van het oppervlak ook maar klein beetje verschilt, passen de vele
contactpunten niet meer perfect op elkaar
7.5. Centrale dogma
- DNA RNA proteïnen: standaard route voor vertalen van genetische code
naar functionele bouwstenen
- Bacteriën: proces kan ingezet worden om proteïnen te maken en die dan
vervolgens gemodificeerd kunnen worden
- Metabolisme: die proteïnen sturen het metabolisme aan of maken ze er deel van uit
- Om eiwit in vivo te maken genetische info nodig
- Verschillen tussen organismen: verschillende organismen verwerken
genetische info verschillend
o Reverse transcriptie RNA terug naar DNA
o Belang van cDNA belangrijke stap in biotechnologie is reverse
transcriptie van mRNA naar cDNA
- In eukaryoten
o DNA RNA mRNA proteïnen gemodificeerde proteïnen
o Proces leidt uiteindelijk tot aansturing van het metabolisme
- Nagemaakt DNA kan vervolgens in ander systeem (bv in bacterie of
gistcel) worden geplaatst om daar het gewenste proteïne te produceren
7.6. Realiteit van hGH
- Locatie: verantwoordelijke gen gh1 zit in chromosoom 17
- Samenstelling: gen bevat 5 exonen en meerdere introns
- Variatie: uit dit ene gen ontstaan ten minste 4 verschillende isovormen
- Precursor proteïne
o Eiwit gesynthetiseerd als voorloper (precursor) met signaalpeptide
o Signaal is nodig om eiwit de cel uit te loodsen
o Achteraf geknipt om actieve keten te vormen
- Post-translationele modificaties: groeihormoon ondergaat veel modificaties
o Disulfidebruggen: cruciaal voor 3D-vouw van het eiwit
o Fosforylatie: op specifieke serine-residuen
o Deamidering: chemische veranderingen aan glutamine en asparagine
- Uitdaging voor therapeutisch gebruik
o Export is essentieel: je kan eiwit niet in cel laten zitten moet
juist geëxporteerd worden om juiste vouwing en
disulfidebindingen te krijgen
o Modificaties
Groeihormoon kan na zuivering geïntroduceerd worden
Modificaties vaak niet nodig voor therapeutische werking
7.7. Hoe kwamen ze daar?
1. Hoe werken GM?
- Activeren of deactiveren van een enzym
o Agonist = stimuleren werking van enzym
o Antagonist = uitschakelen of remmen van enzym
o Bindingswijze: direct binden op actieve zijde of via een allosterische binding
- Aanwezigheid van specifieke moleculen in lichaam beïnvloeden
o Metabolieten: toevoegen of verwijderen van een metaboliet
o Eiwitten: toevoegen of verwijderen van een specifiek eiwit
- Kunnen een biologische respons activeren, veranderen of deactiveren
o Cytokines
o Steroïden
o Peptiden
o Gassen
- Uiteindelijke doel biologisch systeem tijdelijk of permanent veranderen
2. Waar werken GM?
- Spijsverteringsstelsel
o Mond en slokdarm: 1ste weg
naar binnen
o Maag: pH laag bepaalde
eiwitmoleculen ontvouwen of
breken af hierdoor
o Dunne darm: belangrijkste plek
voor opname van
voedingsstoffen en medicijnen
in bloedbaan
o Lever: controlecentrum (metabolisme)
- Bloedsomloop
o Circulatie: bloed transporteert medicijn naar organen, kan wel
barrières tegenkomen
o Nieren: essentieel voor verwijderen van medicijnen uit lichaam via urine
o BBB: veel moleculen kunnen hier niet door
3. Biologie op schaal
4. Schaal van therapieën
,- Verschillende soorten behandeling van klein en eenvoudig naar groot en complex
5. Verschillen tussen chemische en biologische medicijnen
- Biological = een actieve geneesmiddelstof die gemaakt is door levend
organisme of afkomstig is van chemische reactie waarbij biologische
onderdelen betrokken zijn
o Moeilijker te maken dan die kleine moleculen, want VOUWING is cruciaal
6. Biologicals en nieuwe modaliteiten in de therapie
- Sector richt zich razendsnel op grotere en complexere moleculen
7. Humaan groeihormoon (somatotrofine)
7.1. hGH basisprincipes
- Productie en afgifte: aangemaakt in
hypofyse en afgegeven in bloedbaan
o Heeft direct effect op veel verschillende
celtypen, zet andere cascades aan
o Activeert synthese van IGF-1
- Gevolgen en afwijkingen: een tekort of
overproductie kan leiden tot ziekte
o Aandoeningen: dwerggroei,
reuzengroei en acromegalie
- Tekort oplossen: het toevoegen!
,7.2. hGH sequentie en structuur
- Bestaat uit 4 alfa-helices
- In vivo meerdere versies gesynthetiseerd ondanks er
slechts 1 gen is zijn er 5 varianten
o Omdat ze allen verschillende functie hebben ene
heeft hogere affiniteit voor een receptor dan
andere
o Hoofdvariant: bestaat uit 191 AZ
- Grafiek geeft affiniteit weer, rode lijn is overal reactie dus
resultaat van alle varianten zoals het lichaam ervaart
- Bepalen welke variant je moet maken kijken naar
biologische activiteit en welke variant meest voorkomt
in menselijk lichaam
7.3. Hoe het begon…
- Extractie: voor ontwikkeling van de moleculaire biologie was extractie
van hormonen uit weefsel een gebruikelijke strategie voor productie van
biotherapeutica
- Probleem met groeihormoon vertoont hoge mate van soortspecifiekheid
o Voor effectieve behandeling moet groeihormoon dus
afkomstig zijn van mensen of nauw verwante primaten
o Beperkte bronnen want geen andere zoogdieren die
groeihormoon zelfde produceren
o Vroeger: alleen uit mensen geëxtraheerd
- Hypofyse is heel klein heel veel menselijk materiaal nodig om kleine
hoeveelheid bruikbaar hormoon te verkrijgen voor injectie
- Berekening
o Hypofyse weegt ongeveer 0,5g
o Uit 100g klieren kan 300mg hGH gezuiverd worden
o Kind heeft 4,5mg per maand nodig gedurende 3 jaar
o Totale behoefte: 4,5mg/maand x 36 maanden = 162mg hGH
o Voorbeeld
Voor 162mg hGH 54g klierweefsel nodig
Aantal lichamen: 1 hypofyse 0,5g weegt voor 54g weefsel
precies 108 lichamen nodig
- Probleem
o Opzuiveren nooit 100%
o Bepaalde batches van het geëxtraheerde hormoon bleken
besmet met prionen leidde tot verspreiding van ziekte van
Creutzfeldt-Jakob
7.4. Waarom zijn interacties zo specifiek?
- Groeihormoon moet een extreem hoge mate van
precisie bereiken bij het binden aan hun doelwit
- Grote eiwitten gebruiken een uitgestrekt
contactoppervlak om te binden
- Energie die vrijkomt bij de binding en veranderingen in
wanorde van het systeem bepalen hoe sterk en
specifiek de binding is
- Groene deel is groeihormoon
- Paarse deel is receptor
, - Binaire limiet: hoge specificiteit bereikt omdat geen enkel individueel
contactpunt 90% van de binaire limiet kan geven wil zeggen dat binding
niet afhankelijk is van een sterke verbinding maar van de optelsom van
vele kleintjes
- Bindingsaffiniteit ontstaat door grote oppervlak waar meerdere nauwe
contacten tegelijk kunnen plaatsvinden verzameling van contacten
levert enthalpische en entropische bijdragen
Het enorme, exact passende oppervlak dat zorgt voor de hoge affiniteit en specificiteit
Verklaart waarom groeihormoon van koe of aap niet werkt in menselijk lichaam
Als vorm van het oppervlak ook maar klein beetje verschilt, passen de vele
contactpunten niet meer perfect op elkaar
7.5. Centrale dogma
- DNA RNA proteïnen: standaard route voor vertalen van genetische code
naar functionele bouwstenen
- Bacteriën: proces kan ingezet worden om proteïnen te maken en die dan
vervolgens gemodificeerd kunnen worden
- Metabolisme: die proteïnen sturen het metabolisme aan of maken ze er deel van uit
- Om eiwit in vivo te maken genetische info nodig
- Verschillen tussen organismen: verschillende organismen verwerken
genetische info verschillend
o Reverse transcriptie RNA terug naar DNA
o Belang van cDNA belangrijke stap in biotechnologie is reverse
transcriptie van mRNA naar cDNA
- In eukaryoten
o DNA RNA mRNA proteïnen gemodificeerde proteïnen
o Proces leidt uiteindelijk tot aansturing van het metabolisme
- Nagemaakt DNA kan vervolgens in ander systeem (bv in bacterie of
gistcel) worden geplaatst om daar het gewenste proteïne te produceren
7.6. Realiteit van hGH
- Locatie: verantwoordelijke gen gh1 zit in chromosoom 17
- Samenstelling: gen bevat 5 exonen en meerdere introns
- Variatie: uit dit ene gen ontstaan ten minste 4 verschillende isovormen
- Precursor proteïne
o Eiwit gesynthetiseerd als voorloper (precursor) met signaalpeptide
o Signaal is nodig om eiwit de cel uit te loodsen
o Achteraf geknipt om actieve keten te vormen
- Post-translationele modificaties: groeihormoon ondergaat veel modificaties
o Disulfidebruggen: cruciaal voor 3D-vouw van het eiwit
o Fosforylatie: op specifieke serine-residuen
o Deamidering: chemische veranderingen aan glutamine en asparagine
- Uitdaging voor therapeutisch gebruik
o Export is essentieel: je kan eiwit niet in cel laten zitten moet
juist geëxporteerd worden om juiste vouwing en
disulfidebindingen te krijgen
o Modificaties
Groeihormoon kan na zuivering geïntroduceerd worden
Modificaties vaak niet nodig voor therapeutische werking
7.7. Hoe kwamen ze daar?
