Microbial production of thioether-stabilized peptides

Promotie: mw. A. Kuipers, 16.15 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Microbial production of thioether-stabilized peptides

Promotor(s): prof.dr. O.P. Kuipers

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

 

Succesvolle methode voor patiëntvriendelijke stabilisatie peptidenmedicijnen

 

Het gebruik van peptiden als medicijn is de laatste jaren enorm toegenomen en is ook economisch gezien een veelbelovende ontwikkeling in de farmaceutische sector. Een grote beperking van het gebruik van peptiden is vooral hun instabiliteit in het menselijk lichaam. Anneke Kuipers beschrijft in haar proefschrift de succesvolle microbiële productie van thioether-gestabiliseerde peptiden door Lactococcus lactis. De resultaten van haar onderzoek zijn interessant omdat honderden belangrijke therapeutische peptiden met deze thioetherringmethode te stabiliseren zijn, waardoor een peptidemedicijn niet langer geïnjecteerd hoeft te worden maar oraal of met een inhalator toegediend kan worden, wat veel patiëntvriendelijker is. Kuipers is inmiddels al door verschillende farmaceutische bedrijven benaderd die interesse getoond hebben in de door haar ontwikkelde technologie.

Lantibiotica, peptiden met antimicrobiële werking, zijn van nature zeer stabiel. Deze stabiliteit wordt veroorzaakt door cyclisatie van het peptide door middel van thioetherverbindingen. Deze thioetherbruggen, (methyl)lanthionines, worden post-translationeel in het peptide geïntroduceerd. Kuipers toont aan dat enzymen die betrokken zijn bij de synthese van de lantibiotica nisine en lacticine 3147 succesvol kunnen worden toegepast voor stabilisatie van verschillende zeer belangrijke therapeutische peptiden. Het grote voordeel van enzymatische cyclisatie is dat er maar één stereospecifiek eindproduct ontstaat. Met gebruik van de nisinesynthetase enzymen NisB en NisC en het transport eiwit NisT is door L. lactis een thioether-gestabiliseerde variant van angiotensine-(1-7) geproduceerd. NisB katalyseert dehydratatie van de serine in een angiotensin-(1-7) variant en NisC koppelt deze gedehydrateerde serine aan een cysteine zodat een lanthionine en dus een thioether gestabiliseerd angiotensin-(1-7) variant ontstaat. Deze cyclische variant is stabieler dan de natuurlijke lineaire variant en stimuleert effectief de Ang-(1-7) receptor. Extra stabiliteit betekent dat het medicijn minder vaak of in lagere dosis toegediend kan worden. Een ander groot voordeel is dat orale en pulmonaire toediening mogelijk wordt, hetgeen patient-vriendelijker is dan injectie. Het cyclische Ang-(1-7) lijkt een belangrijk kandidaat-medicijn met onder meer cardiovasculaire toepassing.

Anneke Kuipers (Groningen, 1967) studeerde biotechnologie en deed haar promotieonderzoek aan de Rijksuniversiteit Groningen bij de Biomade Technology Foundation, waar zij werkzaam blijft als onderzoeker.

 

 

The thesis of Anneke Kuipers describes the successful biological production and secretion of thioether-stabilized therapeutic peptides. The lantibiotic modification- and transport enzymes NisBTC and LtnM2T involved in the synthesis of the lantibiotics nisin and lacticin 3147, respectively, were exploited for the introduction of thioether bridges in nonlantibiotic peptides. Importantly, thioether peptides produced via lantibiotic enzymes contain only one isomer(DL), whereas chemically induced thioether formation can lead to several stereo isomers (i.e. DL, LL, LD and DD). Exploiting the nisin modification enzymes NisB and NisC, we were able to demonstrate for the first time the posttranslational introduction of a thioether bridge in a therapeutic peptide, an analog of angiotensin-(1-7). This therapeutic peptide variant has a significantly improved stability and the effectivity of its interaction with the angiotensin-(1-7) receptor is even enhanced. This cyclized analog of angiotensin-(1-7) is therefore a promising therapeutic peptide candidate for treatment of cardiovascular diseases. Moreover, other therapeutic peptides may be thioether-stabilized, using lantibiotic synthesis enzymes. By stabilization, these therapeutic peptides are less sensitive to proteolytic breakdown and accordingly need less frequent administration and/or in a lower dose. In addition, stabilization may allow oral and pulmonary delivery. These delivery ways are more patient-friendly than injection. While there are hundreds of medically highly important therapeutic peptides, the pharmaceutical market of already a single therapeutic peptide can have a size of over a billion dollar. Consequently, stabilization of already FDA-approved therapeutic peptide hormones and development of new effective stabilized peptides has a tremendous potential.