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DE102011121238A1 - SINGLE DOMAIN ANTIBODY AGAINST CLOSTRIDIUM DIFFICILE TOXINE - Google Patents

SINGLE DOMAIN ANTIBODY AGAINST CLOSTRIDIUM DIFFICILE TOXINE Download PDF

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DE102011121238A1
DE102011121238A1 DE201110121238 DE102011121238A DE102011121238A1 DE 102011121238 A1 DE102011121238 A1 DE 102011121238A1 DE 201110121238 DE201110121238 DE 201110121238 DE 102011121238 A DE102011121238 A DE 102011121238A DE 102011121238 A1 DE102011121238 A1 DE 102011121238A1
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Friedrich Nolte
Mandy Unger
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Universitatsklinikum Hamburg Eppendorf
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Abstract

Die Erfindung betrifft Antigen-bindende Polypeptide, die die CDR1-, CDR2-, und CDR3-Region einer VHH-Domäne eines Kamelid-Schwereketten-Antikörpers umfassen. Die Polypeptide binden spezifisch im Bereich der Aminosäuren 1-800 eines Glykosyltransferase-Aktivität aufweisenden Toxins von Clostridium difficile. Die Antigen-bindenden Polypeptide eignen sich insbesondere für die therapeutische Behandlung einer Erkrankung, die durch ein Glykosyltransferase-Aktivität aufweisendes Toxin von Clostridium difficile verursacht wird, sowie für die Diagnose einer solchen Erkrankung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung solcher Antigen-bindenden Polypeptide in Verfahren zum Nachweis eines Glykosyltransferase-Aktivität aufweisenden Toxins von Clostridium difficile in einer biologischen Probe. Verfahren zur Aufreinigung und/oder Aufkonzentrierung eines Glykosyltransferase-Aktivität aufweisenden Toxins von Clostridium difficile, bei denen die Antigenbindenden Polypeptide zur Anwendung kommen, werden ebenfalls bereitgestellt.The invention relates to antigen-binding polypeptides comprising the CDR1, CDR2, and CDR3 region of a VHH domain of a camelid heavy chain antibody. The polypeptides specifically bind in the region of amino acids 1-800 of a glycosyltransferase activity-bearing toxin of Clostridium difficile. The antigen-binding polypeptides are particularly useful for the therapeutic treatment of a disease caused by a glycosyltransferase activity-bearing toxin of Clostridium difficile and for the diagnosis of such a disease. Moreover, the invention relates to the use of such antigen-binding polypeptides in methods for detecting a toxin of Clostridium difficile having a glycosyltransferase activity in a biological sample. Methods for purifying and / or concentrating a Clostridium difficile toxin having glycosyltransferase activity using the antigen-binding polypeptides are also provided.

Description

Die Erfindung betrifft Antigen-bindende Polypeptide, die die CDR1-, CDR2-, und CDR3-Region einer VHH-Domäne eines Kamelid-Schwereketten-Antikörpers umfassen. Die Polypeptide binden spezifisch im Bereich der Aminosäuren 1-800 eines Glykosyltransferase-Aktivität aufweisenden Toxins von Clostridium difficile und eignen sich daher insbesondere für die therapeutische und prophylaktische Behandlung einer Erkrankung, die durch ein Glykosyltransferase-Aktivität aufweisendes Toxin von Clostridium difficile verursacht wird, sowie auch für die Diagnose einer solchen Erkrankung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung solcher Antigen-bindenden Polypeptide in Verfahren zum Nachweis eines Glykosyltransferase-Aktivität aufweisenden Toxins von Clostridium difficile in einer biologischen Probe. Verfahren zur Aufreinigung und/oder Aufkonzentrierung eines Glykosyltransferase-Aktivität aufweisenden Toxins von Clostridium difficile, bei denen die Antigenbindenden Polypeptide zur Anwendung kommen, werden ebenfalls bereitgestellt.The invention relates to antigen-binding polypeptides comprising the CDR1, CDR2, and CDR3 region of a VHH domain of a camelid heavy chain antibody. Specifically, the polypeptides bind in the region of amino acids 1-800 of a glycosyltransferase activity-bearing toxin of Clostridium difficile and are thus particularly useful for the therapeutic and prophylactic treatment of a disease caused by a glycosyltransferase activity-bearing toxin of Clostridium difficile for the diagnosis of such a disease. Moreover, the invention relates to the use of such antigen-binding polypeptides in methods for detecting a toxin of Clostridium difficile having a glycosyltransferase activity in a biological sample. Methods for purifying and / or concentrating a Clostridium difficile toxin having glycosyltransferase activity using the antigen-binding polypeptides are also provided.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Der Einsatz von Antibiotika hat sich bei der Bekämpfung zahlreicher bakterieller Infektionskrankheiten bewährt und ist auf dem Gebiet der Humanmedizin unverzichtbar geworden. Andererseits trägt die massive Verwendung von Antibiotika auch zur Verbreitung anderer potentiell lebensbedrohlicher Krankheiten bei. So sind beispielsweise durch Clostridium difficile verursachte Erkrankungen eine weitverbreitete Folge von Antibiotikatherapien, die oftmals zu einer beträchtlichen Schädigung der normalen Darmflora führen ( Kyne (2010), New Engl. J. Med. 362(3):264–5 ). C. difficile ist ein anaerobes Grampositives Bakterium, das beim gesunden Menschen Teil der normalen Darmflora ist. Im Rahmen einer Antibiotikatherapie kommt es zu Veränderungen in der Zusammensetzung der Normalflora, da einzelne Bakterien stärker durch die bakterizide Wirkung des Antibiotikums beeinflusst werden als andere. Auf diese Weise kann es zu einer ungewöhnlich starken Vermehrung von C. difficile kommen, die mit verschiedenen Erkrankungen einhergeht, welche zusammenfassend als ”CDAD” (Clostridium difficile associated diseases) bezeichnet werden. Eine besonders schwerwiegende und potentiell lebensbedrohliche Erkrankung aus der Gruppe der CDAD ist die pseudomembranöse Kolitis.The use of antibiotics has been proven in the control of many bacterial infectious diseases and has become indispensable in the field of human medicine. On the other hand, the massive use of antibiotics also contributes to the spread of other potentially life-threatening diseases. For example, diseases caused by Clostridium difficile are a widespread consequence of antibiotic therapies, which often lead to significant damage to the normal intestinal flora ( Kyne (2010), New Engl. J. Med. 362 (3): 264-5 ). C. difficile is an anaerobic Gram-positive bacterium that is part of normal intestinal flora in healthy people. In the context of antibiotic therapy, there are changes in the composition of the normal flora, as individual bacteria are more influenced by the bactericidal effect of the antibiotic than others. In this way, there may be an unusually high multiplication of C. difficile associated with various diseases, collectively referred to as "CDAD" (Clostridium difficile associated diseases). A particularly serious and potentially life-threatening disease from the CDAD group is pseudomembranous colitis.

Durch den in den vergangenen Jahrzehnten stetig zunehmenden Einsatz von Antibiotika hat die Inzidenz von Erkrankungen, die durch C. difficile verursacht werden, stark zugenommen. Schätzungen gehen davon aus, dass die Behandlung dieser Erkrankungen Kosten im Gesundheitswesen verursachen, die sich allein in Europa auf bis zu 3 Mrd. Euro pro Jahr belaufen ( Kuijper et al. (2006), Netherlands. Emerg. Infect. Dis. 12:827–30 ). In jüngster Zeit wurde ein hypervirulenter Stamm von C. difficile nachgewiesen, der als BI/NAP1/027 bezeichnet wird ( Goorhuis et al. (2008), Clin Infect Dis. 47(9):1162–70 ). Einige Isolate dieses Stamms zeigen eine erhöhte Produktion von Virulenzfaktoren sowie eine Resistenz gegen Fluorquinolon-Antibiotika. Die Bekämpfung dieser Stämme hat sich als besonders schwierig erwiesen.Due to the steadily increasing use of antibiotics in recent decades, the incidence of diseases caused by C. difficile has increased significantly. It is estimated that the treatment of these diseases causes healthcare costs of up to € 3 billion a year in Europe alone ( Kuijper et al. (2006), Netherlands. Emerg. Infect. Dis. 12: 827-30 ). Recently, a hypervirulent strain of C. difficile has been detected, designated BI / NAP1 / 027 ( Goorhuis et al. (2008), Clin Infect Dis. 47 (9): 1162-70 ). Some isolates of this strain show increased production of virulence factors as well as resistance to fluoroquinolone antibiotics. The control of these strains has proven to be particularly difficult.

Die Pathogenität von C. difficile wird durch verschiedene enzymatisch wirksame Toxine hervorgerufen. Das Bakterium produziert zwei Exotoxine mit hohem Molekulargewicht, die als Toxin A (ToxA) und Toxin B (ToxB) bezeichnet werden ( Just & Gerhard (2004), Rev Physiol Biochem Pharmacol 152: 23–47 ). Diese Toxine bestehen jeweils aus einer Glykosyltransferase(GT)-Domäne, einer Cysteinprotease(CP)-Domäne, einer Translokationsdomäne, und einer Rezeptorbindungsdomäne (RBD). Der allgemeine Aufbau von ToxA und ToxB ist in Jank & Aktories (2008), Trends Microbiology, 16, 222–229 , beschrieben. Die toxische Aktivität dieser Multidomänenproteine ist auf die durch die Glykosyltransferase(GT)-Domäne katalysierte Glykosylierung der humanen Rho-GTPase an der Position Thr-37 zurückzuführen ( Koch-Nolte et al. (2001), J. Biotechnol. 92, 81–87 ). Durch die Glykosylierung kann die Rho-GTPase ihre native Konformation nicht mehr einnehmen, was zur Umverteilung des Aktin-Zytokeletts, zur Desintegration der Zell-Zellkontakte des Darmepithels und damit zum Verlust der Schrankenfunktion führt ( Aktories & Barbieri, (2005) Nat Rev Microbiol., 3(5):397–410 ).The pathogenicity of C. difficile is caused by various enzymatically active toxins. The bacterium produces two high molecular weight exotoxins called toxin A (ToxA) and toxin B (ToxB) ( Just & Gerhard (2004), Rev Physiol Biochem Pharmacol 152: 23-47 ). These toxins each consist of a glycosyltransferase (GT) domain, a cysteine protease (CP) domain, a translocation domain, and a receptor binding domain (RBD). The general structure of ToxA and ToxB is in Jank & Aktories (2008), Trends Microbiology, 16, 222-229 , described. The toxic activity of these multidomain proteins is due to the glycosyltransferase (GT) domain catalyzed glycosylation of human Rho GTPase at position Thr-37 ( Koch-Nolte et al. (2001), J. Biotechnol. 92, 81-87 ). Glycosylation prevents Rho-GTPase from adopting its native conformation, resulting in redistribution of the actin cytokelette, disintegration of the cell-cell contacts of the intestinal epithelium, and loss of barrier function ( Aktories & Barbieri, (2005) Nat Rev Microbiol., 3 (5): 397-410 ).

20–35% der Stämme von C. difficile enthalten zusätzlich das binäre Toxin CDT ( Perelle et al. (1197), Immun 65(4):1402–1407 ). Das CDT-Toxin besteht aus zwei separaten Untereinheiten, die CDTa und CDTb genannt werden. CDTb hat ein Molekulargewicht von 99 kDa und bindet an den Zellrezeptor LSR (Lipolysis-stimulated lipoprotein receptor), der zur Internalisierung von CDTa ins Zytosol führt ( Papatheodorou et al. (2011), Proc Natl Acad Sci USA 108(39):16422–27 ). CDTa weist ein Molekulargewicht von 48 kDa auf und stellt die enzymatisch aktive Untereinheit des Toxins dar. CDTa katalysiert die ADP-Ribosylierung von Aktin im Zytosol, was letztlich zum vollständigen Zusammenbruch des Zytoskeletts der Gewebezelle führt.In addition, 20-35% of the strains of C. difficile contain the binary toxin CDT ( Perelle et al. (1197), Immun. 65 (4): 1402-1407 ). The CDT toxin consists of two separate subunits called CDTa and CDTb. CDTb has a molecular weight of 99 kDa and binds to the cell receptor LSR (Lipolysis-stimulated lipoprotein receptor), which leads to the internalization of CDTa into the cytosol ( Papatheodorou et al. (2011), Proc Natl Acad Sci USA 108 (39): 16422-27 ). CDTa has a molecular weight of 48 kDa and is the enzymatically active subunit of the toxin. CDTa catalyzes the ADP-ribosylation of actin in the cytosol, which ultimately leads to complete collapse of the tissue cell cytoskeleton.

Es wurde gezeigt, dass die Verabreichung von monoklonalen Antikörpern gegen ToxA und ToxB ein Rezidiv bezüglich einer Infektion mit C. difficile verhindern kann. So wurde die Rezidivrate durch eine einmalige Infusion der Antikörper um mehr als 70% gesenkt ( Lowy et al. (2010), New Engl J Med. 362(3):197–205 ). Ein Vorteil bei der Verwendung von Antikörpern gegenüber anderen therapeutischen Ansätzen, wie z. B. Verwendung von Impfstoffen, besteht darin, dass ein aktives Immunsystem keine zwingende Voraussetzung für eine erfolgreiche Therapie ist. Daher ermöglicht die Gabe von Antikörpern auch bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem einen Therapieerfolg.It has been shown that administration of monoclonal antibodies to ToxA and ToxB can prevent recurrence of infection with C. difficile. For example, the recurrence rate was reduced by more than 70% through a single infusion of antibodies ( Lowy et al. (2010) New Engl J Med. 362 (3): 197-205 ). One Advantage in the use of antibodies over other therapeutic approaches, such as. B. Use of vaccines, is that an active immune system is not a mandatory requirement for successful therapy. Therefore, the administration of antibodies also in people with weakened immune system therapy success.

Nachteile bei der Verwendung von polyklonalen und/oder monoklonalen Antikörpern auf dem Gebiet der Humanmedizin ergeben sich aus der oftmals unzureichenden Stabilität nach Verabreichung. Außerdem sind die Kosten, die bei der Herstellung von monoklonalen Antikörpern anfallen, sehr hoch. Insbesondere die Herstellung von humanisierten Antikörpern, die eine geringere Immunogenität aufweisen und daher für den Einsatz beim Menschen besonders geeignet sind, ist arbeits- und kostenintensiv. Hinzu kommt, dass vollständige Antikörper aufgrund ihrer Größe eine beschränkte Gewebsdurchgängigkeit aufweisen. Eine deutliche Verbesserung dieser für die Therapie nachteiligen Eigenschaften ist daher für eine effiziente und trotzdem finanziell tragbare Therapie erforderlich.Disadvantages in the use of polyclonal and / or monoclonal antibodies in the field of human medicine arise from the often insufficient stability after administration. In addition, the costs incurred in the production of monoclonal antibodies are very high. In particular, the production of humanized antibodies, which have a lower immunogenicity and are therefore particularly suitable for use in humans, is labor-intensive and cost-intensive. In addition, complete antibodies have limited tissue permeability due to their size. A significant improvement of these properties which are disadvantageous for the therapy is therefore necessary for an efficient, yet financially acceptable therapy.

Im Stand der Technik wurden verschiedene Strategien entwickelt, um die mit der Verabreichung von Antikörpern einhergehenden Probleme zu lösen. So wurden Fragmente von vollständigen IgG-Antikörpern, wie z. B. Fv, Fab, F(ab') und F(ab')2, zu therapeutischen Zwecken eingesetzt. Diese Fragmente weisen jedoch oftmals im Vergleich zum vollständigen Antikörper eine verringerte Spezifität und/oder Affinität in Bezug auf das Antigen auf. Ferner zeigen diese Fragmente oftmals nur eine geringe Löslichkeit in wässrigen Lösungen.Various strategies have been developed in the art to solve the problems associated with the administration of antibodies. Thus, fragments of complete IgG antibodies, such as. B. Fv, Fab, F (ab ') and F (ab') 2 , used for therapeutic purposes. However, these fragments often have reduced specificity and / or affinity for the antigen compared to the complete antibody. Furthermore, these fragments often show only a low solubility in aqueous solutions.

Es ist bekannt, dass Fragmente von bestimmten Kamelid-Antikörpern Eigenschaften aufweisen, die sie in besonderer Weise für die therapeutische Verwendung am Menschen geeignet erscheinen lassen. Neben herkömmlichen Antikörpern, die über jeweils zwei schwere und zwei leichte Ketten verfügen, produzieren die Kameliden auch Antikörper, die ausschließlich aus schweren Ketten bestehen ( Hamers-Casterman et al. (1993), Nature 363:446–448 ; Wesolowski et al. (2009), Med Microbiol Immunol. 198(3):157–74 ). Bei diesen sogenannten Schwereketten-Antikörpern handelt es sich um Homodimere aus zwei identischen schweren Ketten, die mit dem Antigen über eine einzige variable Domäne interagieren, welche als VHH (variable domain of the heavy chain of heavy chain antibodies) bezeichnet wird. Die VHH-Domäne verfügt über drei komplementaritätsbestimmende Regionen (complementary determining regions, CDRs) und vier Gerüstregionen (framework regions, FR), die mit den CDRs in der Primärsequenz der VHH-Domäne alternieren. Die VHH-Domäne eines Schwereketten-Antikörpers bildet eine kleine Polypeptideinheit mit hohem Antigenbindungsvermögen. Aufgrund einer außergewöhnlich langen CDR3-Region mit einer Länge von etwa 7 bis 25 Aminosäuren kann die VHH-Domäne anders als konventionelle Antikörper in Kavitäten von Protein-Antigenen binden, und so z. B. das aktive Zentrum eines Enzyms blockieren ( De Genst et al. (2006), Proc Natl Acad Sci USA 103(12):4586–4591 ). VHH-Domänen können rekombinant als lösliche Proteine in Bakterien oder Säugerzellen produziert werden. Solche rekombinant hergestellten VHH-Domänen werden auch Einzeldomänenantikörper (single-domain antibodies, sdABs) oder nanobodies® genannt. Derzeit wird ein gegen ein humanes Serumprotein (von Willebrand Faktor) gerichteter nanobody® in einer klinischen Phase II Studie gestestet ( von Loon et al. (2011), Thromb Haemost 106(1):165–71, Ulrichts et al. (2011), Blood 118(3):757–65 ).It is known that fragments of certain camelid antibodies have properties which make them particularly suitable for therapeutic use in humans. In addition to conventional antibodies, which each have two heavy and two light chains, the camelids also produce antibodies that consist exclusively of heavy chains ( Hamers-Casterman et al. (1993), Nature 363: 446-448 ; Wesolowski et al. (2009), Med Microbiol Immunol. 198 (3): 157-74 ). These so-called heavy chain antibodies are homodimers of two identical heavy chains that interact with the antigen through a single variable domain called VHH (variable domain of the heavy chain of heavy chain antibodies). The VHH domain has three complementarity determining regions (CDRs) and four framework regions (FR) that alternate with the CDRs in the primary sequence of the VHH domain. The VHH domain of a heavy chain antibody forms a small polypeptide moiety with high antigen binding capacity. Due to an exceptionally long CDR3 region about 7 to 25 amino acids in length, unlike conventional antibodies, the VHH domain can bind in cavities of protein antigens. B. block the active site of an enzyme ( De Genst et al. (2006), Proc Natl Acad Sci USA 103 (12): 4586-4591 ). VHH domains can be produced recombinantly as soluble proteins in bacteria or mammalian cells. Such recombinantly produced VHH domains are also called single domain antibodies (single-domain antibodies, sdAbs) or nano-bodies ®. Nanobody ®, which targets a human serum protein (von Willebrand factor), is currently being tested in a Phase II clinical trial ( by Loon et al. (2011), Thromb Haemost 106 (1): 165-71, Ulrichs et al. (2011), Blood 118 (3): 757-65 ).

VHH-Einzeldomänenantikörper sind nicht nur stabiler sondern auch etwa zehnmal kleiner als herkömmliche Antikörper und weisen neben einer hohen Löslichkeit deutlich bessere Eigenschaften bei der Gewebepenetration auf. Aus diesem Grund sind VHH-Einzeldomänenantikörper für die Behandlung verschiedener Erkrankungen vorgeschlagen worden. In der internationalen Anmeldung WO 2006/122825 werden VHH-Einzeldomänenantikörper gegen von Willebrand-Faktor zur Behandlung von arteriellen Verschlusskrankheiten verwendet. Die internationale Anmeldung WO 2010/042815 offenbart VHH-Einzeldomänenantikörper, die zur Behandlung von Krebserkrankungen eingesetzt werden können.VHH single domain antibodies are not only more stable but also about ten times smaller than conventional antibodies and, in addition to high solubility, have significantly better tissue penetration properties. For this reason, VHH single domain antibodies have been proposed for the treatment of various diseases. In the international application WO 2006/122825 For example, VHH single domain antibodies against von Willebrand factor are used to treat arterial occlusive diseases. The international application WO 2010/042815 discloses VHH single domain antibodies that can be used to treat cancers.

Die vorliegende Erfindung stellt VHH-Einzeldomänenantikörper bereit, die in der Lage sind, spezifisch an ein Toxin zu binden, das von C. difficile erzeugt wird, und dieses zu neutralisieren. Die Antikörper eignen sich daher in besonderer Weise für eine Verwendung bei der Diagnose und/oder bei der therapeutischen Behandlung von Erkrankungen, die durch die Toxine ToxA und ToxB von C. difficile verursacht werden.The present invention provides VHH single domain antibodies capable of specifically binding to and neutralizing a toxin produced by C. difficile. The antibodies are therefore particularly suitable for use in the diagnosis and / or therapeutic treatment of diseases caused by the toxa ToxB and ToxB of C. difficile.

Gegen ToxA und ToxB gerichtete VHH-Einzeldomänenantikörper zur Verwendung bei der Neutralisierung der Toxine wurden im Stand der Technik bereits beschrieben ( Hussack et al. (2011), J Biol Chem., 286(11):8961–76 ). Allerdings richten sich diese Toxine gegen die Rezeptorbindungsdomäne der Toxine, um somit deren Anbindung an die Zielzellen zu unterbinden. Es wurde nunmehr allerdings im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschenderweise festgestellt, dass VHH-Einzeldomänenantikörper, die gegen die Glykosyltransferase-Domäne oder die Cysteinprotease-Domäne von Toxin A oder Toxin B von C. difficile gerichtet sind, besonders vorteilhafte Eigenschaften bei der Neutralisierung der Toxin-vermittelten Gewebeschädigung aufweisen.VHH single domain antibodies directed against ToxA and ToxB for use in neutralizing the toxins have already been described in the prior art ( Hussack et al. (2011) J Biol Chem., 286 (11): 8961-76 ). However, these toxins are directed against the receptor binding domain of the toxins, thus preventing their binding to the target cells. However, it has now surprisingly been found within the scope of the present invention that VHH single domain antibodies directed against the glycosyltransferase domain or the cysteine protease domain of toxin A or toxin B of C. difficile have particularly advantageous properties in the neutralization of toxin-mediated tissue damage.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden zunächst durch Immunisierung von Lamas mit Peptiden aus der Cysteinprotease-Domäne von Toxin A und aus der Glykosyltransferase-Domäne von Toxin B Schwereketten-Antikörper erzeugt. Anschließend wurde aus den peripheren Blutlymphozyten der Lamas RNA isoliert und mittels reverser Transkription in cDNA überführt. Ausgehend von der isolierten RNA wurden die variablen Domänen der Schwereketten-Antikörper mittels PCR amplifiziert. Durch Klonierung der VHH-Fragmente in einen Phagemid-Vektor wurden Phagen-Display-Bibliotheken hergestellt. Diese Bibliotheken wurden unter Verwendung von rekombinantem ToxA bzw. ToxB in einem Panning-Verfahren selektioniert. Die Sequenzen der selektierten Einzeldomänenantikörper wurden anschließend durch Sequenzierung bestimmt und rekombinant in Bakterien-Wirtszellen exprimiert. Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung VHH-Einzeldomänenantikörper bereit, die sich für eine Verwendung in therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren eignen. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung CDR-Regionen aus VHH-Einzeldomänenantikörpern gegen ToxA bzw. ToxB bereit, die im Rahmen der Konstruktion von rekombinanten, Antigen-bindenden Polypeptiden verwendet werden können.In the context of the present invention, firstly, by immunizing llamas with peptides from the toxin A cysteine protease domain and toxin B glycosyltransferase domain, heavy chain antibodies were generated. Subsequently, RNA was isolated from the peripheral blood lymphocytes of the llamas and converted into cDNA by means of reverse transcription. Starting from the isolated RNA, the variable domains of the heavy chain antibodies were amplified by PCR. By cloning the VHH fragments into a phagemid vector, phage display libraries were prepared. These libraries were selected using recombinant ToxA and ToxB, respectively, in a panning procedure. The sequences of the selected single domain antibodies were subsequently determined by sequencing and expressed recombinantly in bacterial host cells. In this way, the present invention provides single domain VHH antibodies suitable for use in therapeutic and / or diagnostic procedures. In addition, the present invention provides CDR regions from VHH single domain antibodies against ToxA and ToxB, respectively, which can be used in the construction of recombinant, antigen-binding polypeptides.

Die Erfindung stellt folglich in einem ersten Aspekt ein Antigen-bindendes Polypeptid bereit, das die für die Bindung eines VHH-Einzeldomänenantikörpers notwendigen komplementaritätsbestimmenden Regionen CDR1, CDR2 und CDR3 einer VHH-Domäne eines Kamlid-Schwereketten-Antikörpers umfasst, wobei das Polypeptid spezifisch im Bereich der Aminosäuren 1-800 eines Toxins mit Glykosyltransferase-Aktivität von C. difficile bindet. Toxine dieses Erregers, die über eine Glykosyltransferase-Aktivität verfügen, sind die Toxine A und B (ToxA und ToxB), wie in SEQ ID NO: 69 bzw. 70 dargestellt. Das binäre Toxin CDT von C. difficile weist keine Glykosyltransferase-Aktivität auf. Sowohl bei ToxA als auch bei ToxB umfassen die N-terminal lokalisierten 800 Aminosäuren des unprozessierten Toxins die GT- und die CP-Domäne.The invention thus provides, in a first aspect, an antigen-binding polypeptide comprising the complementarity-determining regions CDR1, CDR2 and CDR3 of a VHH domain of a camelid heavy chain antibody necessary for the binding of a VHH single domain antibody, which polypeptide is specific in the art of amino acids 1-800 of a toxin with glycosyltransferase activity of C. difficile. Toxins of this pathogen having glycosyltransferase activity are toxins A and B (ToxA and ToxB) as shown in SEQ ID NOs: 69 and 70, respectively. The binary toxin CDT of C. difficile has no glycosyltransferase activity. In both ToxA and ToxB, the N-terminally located 800 amino acids of the unprocessed toxin comprise the GT and CP domains.

Die Erfindung offenbart somit spezifisch an ToxA bindende Polypeptide, welche die für eine Bindung an ToxA erforderlichen Regionen CDR1, CDR2 und CDR3 einer VHH-Domäne eines Kamlid-Schwereketten-Antikörpers umfassen. Die Bindung an ToxA erfolgt im Bereich der Aminosäuren 1-800 der nativen, unprozessierten Sequenz von ToxA, d. h. das Epitop für die Bindung des ToxA-bindenden Polypeptids liegt innerhalb der Aminosäuren 1-800 von ToxA. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Epitop im Bereich der Cysteinprotease-Domäne von ToxA. Diese erstreckt sich im unprozessierten ToxA von Aminosäure 547 bis Aminosäure 779.Thus, the invention specifically discloses toxA binding polypeptides which comprise the CDR1, CDR2 and CDR3 regions of a VHH domain of a camlide heavy chain antibody required for binding to ToxA. Binding to ToxA occurs in the region of amino acids 1-800 of the native, unprocessed sequence of ToxA, d. H. the epitope for binding of the ToxA-binding polypeptide is within amino acids 1-800 of ToxA. In a preferred embodiment, the epitope is in the cysteine protease domain region of ToxA. This extends in unprocessed ToxA from amino acid 547 to amino acid 779.

Des Weiteren offenbart die Erfindung auch Polypeptide, die spezifisch an ToxB binden. Diese Polypeptide umfassen die für eine Bindung an ToxB erforderlichen Regionen CDR1, CDR2 und CDR3 einer VHH-Domäne eines Kamlid-Schwereketten-Antikörpers. Die Bindung an ToxB erfolgt im Bereich der Aminosäuren 1-800 der nativen, unprozessierten Sequenz von ToxB, d. h. das Epitop für die Bindung des ToxB-bindenden Polypeptids liegt innerhalb der Aminosäuren 1-800 von ToxB. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Epitop im Bereich der Glykosyltransferase-Domäne von ToxB. Diese erstreckt sich im unprozessierten ToxB von Aminosäure 1 bis Aminosäure 546.Furthermore, the invention also discloses polypeptides that specifically bind to ToxB. These polypeptides include the CDR1, CDR2 and CDR3 regions of a VHH domain of a camelid heavy chain antibody, which regions are required for binding to ToxB. Binding to ToxB occurs in the region of amino acids 1-800 of the native, unprocessed sequence of ToxB, d. H. the epitope for binding of the ToxB binding polypeptide is within the amino acids 1-800 of ToxB. In a preferred embodiment, the epitope is in the region of the glycosyltransferase domain of ToxB. This extends in the unprocessed ToxB from amino acid 1 to amino acid 546.

Die erfindungsgemäßen Polypeptide sind somit durch CDR-Regionen charakterisiert, die aus Schwereketten-Antikörpern von Kameliden abgeleitet sind. Bei den Schwereketten-Antikörpern handelt es sich um eine besondere Gruppe von Immunglobulinen, die ausschließlich aus schweren Ketten bestehen. Eine schwere Kette eines solchen Antikörpers enthält neben zwei konstanten Domänen eine einzelne variable Domäne, die wiederum aus drei CDR-Regionen und vier FR-Regionen besteht. Die Interaktion mit dem Antigen erfolgt ausschließlich über diese variable Domäne, die auch als VHH-Domäne bezeichnet wird. Durch ausgeprägte Schleifen-Strukturen in der CDR3 ist eine VHH-Domäne in der Lage, auch kryptische Epitope zu erkennen. Schwereketten-Antikörper werden in nur wenigen Spezies produziert, z. B. in Kameliden. Bei der Gruppe der Kameliden handelt es sich um eine Säugetierfamilie aus der Ordnung der Artiodactyla (Paarhufer). Zur Familie der Kameliden zählen Kamele, Dromedare, Lamas, Alpakas und Vikunjas. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Antigen-bindende Polypeptid CDR-Regionen, die von einer VHH-Domäne eines Lamas abgeleitet sind.The polypeptides of the invention are thus characterized by CDR regions derived from camelid heavy chain antibodies. The heavy chain antibodies are a special group of immunoglobulins consisting exclusively of heavy chains. A heavy chain of such an antibody contains two constant domains and a single variable domain, which in turn consists of three CDR regions and four FR regions. The interaction with the antigen occurs exclusively via this variable domain, which is also referred to as VHH domain. Due to pronounced loop structures in the CDR3, a VHH domain is able to recognize cryptic epitopes. Heavy chain antibodies are produced in only a few species, e.g. In camelids. The group of camelids is a mammal family of the order Artiodactyla (Cloven hoofed animals). The camelid family includes camels, dromedaries, llamas, alpacas and vicunas. In a particularly preferred embodiment of the invention, the antigen-binding polypeptide comprises CDR regions derived from a VHH domain of a lamase.

Das erfindungsgemäße Polypeptid weist eine spezifische Affinität für die Cysteinprotease(CP)-Domäne oder die Glykosyltransferase(GT)-Domäne von ToxA von C. difficile auf. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Polypeptid auch eine spezifische Affinität für die Cysteinprotease(CP)-Domäne oder die Glykosyltransferase(GT)-Domäne von ToxB von C. difficile aufweisen.The polypeptide of the invention has a specific affinity for the cysteine protease (CP) domain or the glycosyltransferase (GT) domain of ToxA of C. difficile. In addition, that can polypeptide of the invention also have a specific affinity for the cysteine protease (CP) domain or the glycosyltransferase (GT) domain of ToxB of C. difficile.

Dies bedeutet, dass ein erfindungsgemäßes Polypeptid mit einer Bindungsaffinität an die entsprechende Domäne von ToxA bzw. ToxB bindet, die signifikant höher ist als die Bindungsaffinität für die Bindung an ein anderes Protein, welches zur Sequenz dieser Toxine nicht homolog ist.This means that a polypeptide of the invention having a binding affinity binds to the corresponding domain of ToxA or ToxB, which is significantly higher than the binding affinity for binding to another protein, which is not homologous to the sequence of these toxins.

Vorzugsweise ist die Bindungsaffinität des erfindungsgemäßen Polypeptids mindestens 2-fach, 5-fach, 10-fach, 20-fach, 50-fach, 75-fach, 100-fach, 150-fach, 200-fach, 250-fach, 500-fach, 600-fach, 700-fach, 800-fach, 900-fach, 1000-fach, 2000-fach, 5000-fach, oder 10000-fach höher als die Bindungsaffinität für ein nicht zu ToxA oder ToxB homologes Protein. Die Bindungsaffinität liegt vorzugsweise im Bereich von mindestens 10–6 M. Besonders bevorzugte Antigen-bindende Polypeptide der vorliegenden Erfindung weisen eine Bindungsaffinität mit Dissoziationskonstanten (Kd) im Bereich von mindestens 10–6 M, und vorzugsweise im Bereich von mindestens 10–7 M, 10–8 M, 10–9 M, 10–10 M, 10–11 M, oder 10–12 M auf. Verfahren zur Messung der Bindungsaffinitäten von Antikörpern sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt und umfassen z. B. die Bestimmung der Kd-Werte mittels Durchflußzytometrie.Preferably, the binding affinity of the polypeptide of the invention is at least 2-fold, 5-fold, 10-fold, 20-fold, 50-fold, 75-fold, 100-fold, 150-fold, 200-fold, 250-fold, 500-fold. tray, 600-fold, 700-fold, 800-fold, 900-fold, 1000-fold, 2000-fold, 5000-fold, or 10000-fold higher than the binding affinity for a protein not homologous to ToxA or ToxB. The binding affinity is preferably in the range of at least 10 -6 M. Particularly preferred antigen-binding polypeptides of the present invention have a binding affinity with dissociation constants (K d ) in the range of at least 10 -6 M, and preferably in the range of at least 10 -7 M , 10 -8 M, 10 -9 M, 10 -10 M, 10 -11 M, or 10 -12 M. Methods for measuring the binding affinities of antibodies are well known in the art and include e.g. As the determination of K d values by flow cytometry.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Antigen-bindende Polypeptid die CDR-Regionen CDR1, CDR2 und CDR3 einer VHH-Domäne eines Kamelid-Schwereketten-Antikörpers, wobei diese CDR-Regionen:

  • (a) die in SEQ ID NO: 18-20 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (b) die in SEQ ID NO: 21-23 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (c) die in SEQ ID NO: 24-26 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (d) die in SEQ ID NO: 27-29 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (e) die in SEQ ID NO: 30-32 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (f) die in SEQ ID NO: 33-35 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (g) die in SEQ ID NO: 36-38 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (h) die in SEQ ID NO: 39-41 dargestellten CDR-Sequenzen; aufweisen.
In a particularly preferred embodiment of the invention, the antigen-binding polypeptide comprises the CDR regions CDR1, CDR2 and CDR3 of a VHH domain of a camelid heavy chain antibody, said CDR regions being:
  • (a) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 18-20;
  • (b) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 21-23;
  • (c) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 24-26;
  • (d) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 27-29;
  • (e) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 30-32;
  • (f) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 33-35;
  • (g) the CDR sequences shown in SEQ ID NOS: 36-38;
  • (h) the CDR sequences shown in SEQ ID NOS: 39-41; exhibit.

In einer weiteren, ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Antigen-bindende Polypeptid die CDR-Regionen CDR1, CDR2 und CDR3 einer VHH-Domäne eines Kamelid-Schwereketten-Antikörpers, wobei diese CDR-Regionen:

  • (a) die in SEQ ID NO: 42-44 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (b) die in SEQ ID NO: 45-47 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (c) die in SEQ ID NO: 48-50 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (d) die in SEQ ID NO: 51-53 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (e) die in SEQ ID NO: 54-56 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (f) die in SEQ ID NO: 57-59 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (g) die in SEQ ID NO: 60-62 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (h) die in SEQ ID NO: 63-65 dargestellten CDR-Sequenzen;
  • (i) die in SEQ ID NO: 66-68 dargestellten CDR-Sequenzen; aufweisen.
In yet another particularly preferred embodiment of the invention, the antigen-binding polypeptide comprises the CDR regions CDR1, CDR2 and CDR3 of a VHH domain of a camelid heavy chain antibody, which CDR regions:
  • (a) the CDR sequences shown in SEQ ID NO: 42-44;
  • (b) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 45-47;
  • (c) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 48-50;
  • (d) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 51-53;
  • (e) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 54-56;
  • (f) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 57-59;
  • (g) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 60-62;
  • (h) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 63-65;
  • (i) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 66-68; exhibit.

Dem Fachmann ist ersichtlich, dass innerhalb der vorliegend offenbarten CDRs eine gewisse Modifikation der Aminosäuresequenz möglich ist, ohne die Bindungsfähigkeit des VHH-Einzeldomänenantikörpers zu beeinträchtigen. So kann es beispielsweise möglich sein, eine CDR des Einzeldomänenantikörpers durch den Austausch von 1, 2 oder 3 Aminosäuren zu verändern. Im Allgemeinen kann jeder der Aminosäure-Reste innerhalb der in den SEQ ID NO: 18-68 dargestellten CDRs durch einen anderen Rest ersetzt werden, solange das resultierende CDR noch in der Lage ist (gemeinsam mit den anderen beiden CDRs) spezifisch an das entsprechende Toxin (d. h. ToxA oder ToxB) zu binden. Ferner können auch 1, 2 oder 3 Aminosäuren innerhalb einer der in SEQ ID NO: 18-68 dargestellten Sequenzen deletiert oder mittels Addition zugefügt worden sein, solange die Bindungsfähigkeit an das entsprechende Toxin (d. h. ToxA oder ToxB) nicht vollständig beseitigt wird.It will be apparent to those skilled in the art that within the presently disclosed CDRs, some modification of the amino acid sequence is possible without affecting the binding ability of the VHH single domain antibody. For example, it may be possible to alter a CDR of the single domain antibody by exchanging 1, 2 or 3 amino acids. In general, any of the amino acid residues within the CDRs depicted in SEQ ID NOs: 18-68 may be replaced with another residue as long as the resulting CDR is still capable (along with the other two CDRs) of the specific toxin (ie ToxA or ToxB). Further, 1, 2 or 3 amino acids within any of the sequences shown in SEQ ID NO: 18-68 may also have been deleted or added by addition, as long as the binding ability to the corresponding toxin (i.e., ToxA or ToxB) is not completely eliminated.

Ebenfalls von der Erfindung umfasst sind somit Antigenbindende Polypeptide, die CDRs aufweisen, welche sich von den in SEQ ID NO: 18-68 dargestellten Sequenzen in einzelnen Aminosäurepositionen unterscheiden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Antigen-bindende Polypeptide mit CDR-Sequenzen, die sich von den in SEQ ID NO: 18-68 dargestellten CDR-Sequenzen in höchstens einer Aminosäure pro CDR unterscheiden.Also encompassed by the invention are thus antigen-binding polypeptides having CDRs which differ from the sequences shown in SEQ ID NO: 18-68 in individual amino acid positions. More particularly, the invention relates to antigen-binding polypeptides having CDR sequences that differ from the CDR sequences depicted in SEQ ID NOs: 18-68 in at most one amino acid per CDR.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Antigen-bindende Polypeptid eine vollständige VHH-Domäne eines Kamlid-Schwereketten-Antikörpers. Eine solche VHH-Domäne ist bei alleiniger Verwendung in der Lage, an das entsprechende Antigen zu binden und wird vorliegend daher auch als ”VHH-Einzeldomänen-Antikörper” bezeichnet. Die VHH-Domäne umfasst neben den drei für die Antigenbindung verantwortlichen CDR-Regionen auch die vier Gerüstregionen FR1–FR4, die zwischen den CDR-Regionen angeordnet sind. Die Gerüstregionen können in der erfindungsgemäßen VHH-Domäne vollständig erhalten sein, oder sie können in Form von Fragmenten der ursprünglichen Gerüstsequenzen vorliegen. So können z. B. die Gerüstsequenzen, welche die VHH-Domäne C-terminal und N-terminal begrenzen, um eine oder mehrere Aminosäuren verkürzt vorliegen. Solche modifizierten VHH-Domänen sind ausdrücklich von der Erfindung umfasst. Wie vorliegend verwendet bezeichnet ”VHH-Einzeldomänen-Antikörper” ein Antigen-bindendes Polypeptid, dem im Vergleich zu einem vollständigen Schwereketten-Antikörper die konstanten Domänen CH2 oder CH3 fehlen. In a further preferred embodiment, the antigen-binding polypeptide of the invention comprises a complete VHH domain of a camelid heavy chain antibody. Such a VHH domain, when used alone, is capable of binding to the corresponding antigen and is therefore also referred to herein as "VHH single domain antibody". The VHH domain, besides the three CDR regions responsible for antigen binding, also includes the four framework FR1-FR4 regions located between the CDR regions. The framework regions may be fully conserved in the VHH domain of the invention, or they may be in the form of fragments of the original framework sequences. So z. B. the framework sequences which limit the VHH domain C-terminal and N-terminal, one or more amino acids are shortened. Such modified VHH domains are expressly encompassed by the invention. As used herein, "VHH single domain antibody" refers to an antigen-binding polypeptide that lacks the constant domains CH2 or CH3 as compared to a complete heavy chain antibody.

Bevorzugte Antigen-bindende Polypeptide, die eine VHH-Domäne eines Kamlid-Schwereketten-Antikörpers umfassen und spezifisch an ToxA von C. difficile binden, sind in SEQ ID NO: 1-8 dargestellt. Bevorzugte Antigen-bindende Polypeptide, die eine VHH-Domäne eines Kamlid-Schwereketten-Antikörpers umfassen und spezifisch an ToxB von C. difficile binden, sind in SEQ ID NO: 9-17 dargestellt. Die Erfindung erstreckt sich darüber hinaus auch auf Varianten der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptide, die zu den in den SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptiden homolog sind und ebenfalls die Fähigkeit zur Bindung der des entsprechenden Toxins von C. difficile aufweisen. Wie vorliegend verwendet bezeichnet der Begriff ”Variante” eine Aminosäuresequenz, die durch Deletion, Substitution oder Addition von Aminosäuren so modifiziert wurde, dass sie mindestens 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% Sequenzidentität zu einer der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Sequenzen aufweist, wenn diese Sequenzen optimal angeordnet sind, z. B. mit den Programmen GAP oder BESTFIT unter Verwendung des default gap Verfahrens. Computerprogramme zur Bestimmung der Aminosäuresequenzidentität sind im Stand der Technik hinreichend bekannt.Preferred antigen-binding polypeptides comprising a VHH domain of a camelid heavy chain antibody and specifically binding to C. difficile ToxA are shown in SEQ ID NOs: 1-8. Preferred antigen-binding polypeptides comprising a VHH domain of a camelid heavy chain antibody which specifically bind to C. difficile ToxB are shown in SEQ ID NOs: 9-17. The invention also extends to variants of the polypeptides shown in SEQ ID NO: 1-17 that are homologous to the polypeptides shown in SEQ ID NOs: 1-17 and also have the ability to bind the corresponding toxin of C. have difficile. As used herein, the term "variant" refers to an amino acid sequence that has been modified by deletion, substitution or addition of amino acids to be at least 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95% %, 96%, 97%, 98%, 99% sequence identity to any of the sequences shown in SEQ ID NO: 1-17 when these sequences are optimally aligned, e.g. B. with the programs GAP or BESTFIT using the default gap method. Computer programs for determining amino acid sequence identity are well known in the art.

So können Varianten insbesondere in den Gerüstregionen (FR1–FR4) von den in SEQ ID NO: 1-17 dargestellten VHH-Regionen abweichen, ohne die Bindungsaffinität der Polypeptide nachteilig zu beeinflussen. Vorzugsweise unterscheiden sich die Varianten von den in den SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptiden lediglich durch den Austausch von wenigen Aminosäuren. Besonders bevorzugt ist es, dass sich Varianten der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptide von diesen in weniger als 20, in weniger als 15, in weniger als 10, in weniger als 5, z. B. in 4, 3, 2 oder in 1 Aminosäureposition(en), unterscheiden.Thus, variants, in particular in the framework regions (FR1-FR4), can deviate from the VHH regions shown in SEQ ID NO: 1-17 without adversely affecting the binding affinity of the polypeptides. Preferably, the variants differ from the polypeptides shown in SEQ ID NOs: 1-17 only by the replacement of a few amino acids. It is particularly preferred that variants of the polypeptides shown in SEQ ID NO: 1-17 of these in less than 20, in less than 15, in less than 10, in less than 5, z. In 4, 3, 2 or 1 amino acid position (s).

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung somit ein Antigen-bindendes Polypeptid, das eine Aminosäuresequenz umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

  • (a) den Aminosäuresequenzen von SEQ ID NO: 1-8; und
  • (b) einer Aminosäuresequenz, die mindestens 80% oder mehr Sequenzidentität zu einer der Aminosäuresequenzen von SEQ ID NO: 1-8 aufweist.
In a further aspect, the invention thus relates to an antigen-binding polypeptide comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of:
  • (a) the amino acid sequences of SEQ ID NO: 1-8; and
  • (b) an amino acid sequence having at least 80% or more sequence identity to any of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1-8.

Die Erfindung betrifft ferner ein Antigen-bindendes Polypeptid, das eine Aminosäuresequenz umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

  • (a) den Aminosäuresequenzen von SEQ ID NO: 9-17; und
  • (b) einer Aminosäuresequenz, die mindestens 80% oder mehr Sequenzidentität zu einer der Aminosäuresequenzen von SEQ ID NO: 9-17 aufweist.
The invention further relates to an antigen-binding polypeptide comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of:
  • (a) the amino acid sequences of SEQ ID NO: 9-17; and
  • (b) an amino acid sequence having at least 80% or more sequence identity to any of the amino acid sequences of SEQ ID NOS: 9-17.

Vorzugsweise sind die Substitutionen, durch die sich die Varianten von den in SEQ ID NO: 1-17 dargestellten VHH-Regionen unterscheiden, konservative Substitutionen, d. h. Substitutionen von einer oder mehreren Aminosäure-Resten durch eine Aminosäure mit ähnlichen Polarität, die als funktionales Äquivalent agiert. Vorzugsweise ist der als Austausch dienende Aminosäure-Rest aus der gleichen Gruppe von Aminosäuren ausgewählt wie der zu ersetzende Aminosäure-Rest. Beispielsweise kann ein hydrophober Rest durch einen anderen hydrophoben Rest ersetzt werden oder ein polarer Rest mit einem anderen polaren Rest, der die gleiche Ladung hat. Funktional homologe Aminasäuren, welche für die konservative Substitution verwendet werden können, umfassen z. B. nicht-polare Aminosäuren wie z. B. Glycin, Valin, Alanin, Isoleucin, Leucin, Methionin, Prolin, Phenylalanin, und Tryptophan. Beispiele von ungeladenen polaren Aminosäuren umfassen Serin, Threonin, Glutamin, Asparagin, Tyrosin, und Cystein. Beispiele von geladenen polaren (sauren) Aminosäuren umfassen Histidin, Arginin und Lysin. Beispiele von geladenen polaren (basischen) Aminosäuren umfassen Asparaginsäure und Glutaminsäure.Preferably, the substitutions by which the variants differ from the VHH regions depicted in SEQ ID NOs: 1-17 are conservative substitutions, i. H. Substitutions of one or more amino acid residues by an amino acid of similar polarity that acts as a functional equivalent. Preferably, the replacement amino acid residue is selected from the same group of amino acids as the amino acid residue to be replaced. For example, one hydrophobic residue may be replaced by another hydrophobic residue or a polar residue with another polar residue having the same charge. Functionally homologous amino acids which can be used for conservative substitution include e.g. B. non-polar amino acids such. Glycine, valine, alanine, isoleucine, leucine, methionine, proline, phenylalanine, and tryptophan. Examples of uncharged polar amino acids include serine, threonine, glutamine, asparagine, tyrosine, and cysteine. Examples of charged polar (acidic) amino acids include histidine, arginine and lysine. Examples of charged polar (basic) amino acids include aspartic acid and glutamic acid.

Als Varianten der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Sequenzen gelten ferner auch solche Polypeptide, bei denen eine oder mehrere Aminosäuren in die Aminosäuresequenz eines der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptide eingefügt wurden. Solche Insertionen können prinzipiell an jeder Position der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptide erfolgen, solange die resultierende Variante des Polypeptids ihre immunologische Aktivität (d. h. die Fähigkeit zur Bindung und Hemmung von ToxA oder ToxB) beibehält. Ferner gelten vorliegend auch solche Proteine als Varianten eines der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptide, bei denen eine oder mehrere Aminosäuren innerhalb der Sequenz im Vergleich zum Referenzpolypeptid fehlen. Solche Deletionen können beliebige Aminosäure-Positionen innerhalb der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Sequenzen betreffen. Es kann sich bei den Deletionen insbesondere um solche handeln, die zwei oder mehrere (z. B. 3, 4 oder 5) aufeinanderfolgende Aminosäuren aus einer der Sequenzen von SEQ ID NO: 1-17 umfassen.Further variants of the sequences shown in SEQ ID NO: 1-17 also include those polypeptides in which one or more amino acids in the amino acid sequence of one of the sequences shown in SEQ ID NO: 1-17 Polypeptides were inserted. Such insertions may in principle be made at any position of the polypeptides shown in SEQ ID NOs: 1-17 as long as the resulting variant of the polypeptide retains its immunological activity (ie, the ability to bind and inhibit ToxA or ToxB). Furthermore, in the present case, such proteins also count as variants of one of the polypeptides shown in SEQ ID NO: 1-17, in which one or more amino acids are missing within the sequence in comparison to the reference polypeptide. Such deletions may involve any amino acid positions within the sequences shown in SEQ ID NO: 1-17. In particular, the deletions may be those comprising two or more (eg 3, 4 or 5) contiguous amino acids from any of the sequences of SEQ ID NOS: 1-17.

Ebenfalls von der Erfindung umfasst sind immunologisch aktive Fragmente der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptide (oder deren Varianten). Unter immunologisch aktiven Fragmenten werden vorliegend solche Sequenzen verstanden, die sich von den in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Aminosäuresequenzen oder von deren Varianten durch das Fehlen einer oder mehrerer Aminosäuren am N-Terminus und/oder am C-Terminus des Proteins unterscheiden, und die weiterhin zur spezifischen Bindung von ToxA bzw. ToxB in der Lage sind. So können beispielsweise immunologisch aktive Fragmente der in SEQ ID NO: 1 gezeigten Sequenz Fragmente sein, bei denen die ersten beiden N-terminalen und/oder C-terminalen Aminosäuren des in SEQ ID NO: 1 gezeigten Polypeptids fehlen. Der Fachmann wird problemlos in der Lage sein, die Fähigkeit von Fragmenten zur Bindung an ToxA bzw. ToxB zu bestimmen, z. B. durch kompetitive Antikörper-Assays.Also encompassed by the invention are immunologically active fragments of the polypeptides shown in SEQ ID NO: 1-17 (or variants thereof). In the present case, immunologically active fragments are understood as meaning those sequences which differ from the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 1-17 or from their variants by the absence of one or more amino acids at the N-terminus and / or at the C-terminus of the protein, and which are further capable of specifically binding ToxA and ToxB, respectively. Thus, for example, immunologically active fragments of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 may be fragments lacking the first two N-terminal and / or C-terminal amino acids of the polypeptide shown in SEQ ID NO: 1. One skilled in the art will readily be able to determine the ability of fragments to bind to ToxA or ToxB, e.g. By competitive antibody assays.

Die in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptide und deren Varianten oder Fragmente können ferner an einer oder mehreren Positionen der Aminosäuresequenz strukturell modifiziert werden, wie beispielsweise durch Einführen einer modifizierten Aminosäure. Bei diesen modifizierten Aminosäuren kann es sich erfindungsgemäß um Aminosäuren handeln, die durch Biotinylierung, Phosphorylierung, Glykosylierung, Acetylierung, Verzweigung und/oder Zyklisierung verändert wurden.The polypeptides shown in SEQ ID NO: 1-17 and their variants or fragments may be further structurally modified at one or more positions of the amino acid sequence, such as by introducing a modified amino acid. According to the invention, these modified amino acids may be amino acids which have been modified by biotinylation, phosphorylation, glycosylation, acetylation, branching and / or cyclization.

Es ist bevorzugt, dass die Varianten oder Fragmente der erfindungsgemäßen Antigen-bindenden Polypeptide mehr als 50% der ursprünglichen Bindungsaffinität für ToxA bzw. ToxB von C. difficile beibehalten. Noch stärker bevorzugt ist es, dass die Varianten oder Fragmente mehr als 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% oder 99% der ursprünglichen Bindungsaffinität der erfindungsgemäßen Antigen-bindenden Polypeptide, z. B. der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Polypeptide, beibehalten. Die Bindungsaffinität für ToxA bzw. ToxB von C. difficile kann mit Hilfe von in vitro-Assays routinemäßig gemessen werden.It is preferred that the variants or fragments of the antigen-binding polypeptides of the invention retain greater than 50% of the original binding affinity for ToxA or ToxB of C. difficile. Even more preferred is that the variants or fragments contain more than 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% of the original binding affinity of the antigen-binding polypeptides of the invention, e.g. , The polypeptides shown in SEQ ID NO: 1-17. The binding affinity for ToxA or ToxB of C. difficile can be routinely measured by in vitro assays.

Das Antigen-bindende Polypeptid wird vorzugsweise eine Größe aufweisen, die zu physikochemischen Eigenschaften führt, welche für therapeutische und/oder diagnostische Applikationen besonders geeignet sind, z. B. eine gute Löslichkeit und Gewebepenetration, thermische Stabilität und ähnlichen Eigenschaften. Vorzugsweise wird das Antigen-bindende Polypeptid der vorliegenden Erfindung eine Größe von 80-250 Aminosäuren aufweisen, wobei eine Größe von 90-200, 90-180, 90-150, 100-140, 100-130, 100-120 besonders bevorzugt wird.The antigen-binding polypeptide will preferably have a size which results in physicochemical properties which are particularly suitable for therapeutic and / or diagnostic applications, e.g. As a good solubility and tissue penetration, thermal stability and similar properties. Preferably, the antigen-binding polypeptide of the present invention will have a size of 80-250 amino acids, with a size of 90-200, 90-180, 90-150, 100-140, 100-130, 100-120 being particularly preferred.

In einer bevorzugten Ausführungsform führt die Bindung des Antigen-bindenden Polypeptids an ToxA bzw. ToxB zur Hemmung oder Reduktion der Enzymaktivität des Toxins. Die Enzymaktivität, insbesondere die Glykosyltransferase-Aktivität wird z. B. auf ungefähr 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% oder weniger der Aktivität des ungebundenen Enzyms reduziert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Enzymaktivität der gebundenen Domäne und/oder des gesamten Toxins durch Bindung des erfindungsgemäßen Polypeptids vollständig neutralisiert.In a preferred embodiment, binding of the antigen-binding polypeptide to ToxA or ToxB results in the inhibition or reduction of the enzyme activity of the toxin. The enzyme activity, in particular the glycosyltransferase activity is z. B. reduced to about 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% or less of the activity of the unbound enzyme. In a preferred embodiment, the enzyme activity of the bound domain and / or the entire toxin is completely neutralized by binding the polypeptide of the invention.

VHH-Einzeldomänen-Antikörper zeichnen sich gegenüber herkömmlichen Antikörpern von Säugetieren insbesondere dadurch aus, dass lediglich drei CDRs für die Bindung des Antigens erforderlich sind. Die Erfindung betrifft daher auch solche Antigen-bindenden Polypeptide, die lediglich die zur Bindung des Toxins erforderlichen Regionen CDR1, CDR2 und CDR3 eines der in SEQ ID NO: 1-17 exemplarisch dargestellten Polypeptide umfassen, wobei die zwischen den CDR-Regionen lokalisierten Regionen nur geringfügige oder sogar im Wesentlichen keine Ähnlichkeit zu den entsprechenden Regionen eines der in SEQ ID NO: 1-17 dargestellten Polypeptide zeigen. Die jeweiligen Sequenzen der CDR-Regionen der in SEQ ID NO: 1-17 gezeigten Einzeldomänenantikörper sind in 2 und in SEQ ID NO: 18-68 gezeigt.VHH single domain antibodies are distinguished from conventional mammalian antibodies in particular by the fact that only three CDRs are required for the binding of the antigen. The invention therefore also relates to those antigen-binding polypeptides which comprise only the regions CDR1, CDR2 and CDR3 required for binding of the toxin of one of the polypeptides exemplified in SEQ ID NO: 1-17, the regions located between the CDR regions only show minor or even substantially no similarity to the corresponding regions of any of the polypeptides shown in SEQ ID NO: 1-17. The respective sequences of the CDR regions of the single domain antibodies shown in SEQ ID NOs: 1-17 are shown in U.S. Pat 2 and shown in SEQ ID NO: 18-68.

Die Erfindung stellt in einem weiteren Aspekt ein Nukleinsäuremolekül bereit, das für ein wie oben definiertes Antigenbindendes Polypeptid kodiert. Bei dem Nukleinsäuremolekül kann es sich um DNA oder RNA handeln. Vorzugsweise handelt es sich um einzelsträngige oder doppelsträngige DNA, wie beispielsweise genomische DNA oder cDNA. Vorzugsweise kodiert das Polynukleotid für ein Polypeptid, welches eine der in SEQ ID NO: 1–17 gezeigten Aminosäuresequenzen umfasst.The invention provides, in another aspect, a nucleic acid molecule that encodes an antigen-binding polypeptide as defined above. The nucleic acid molecule may be DNA or RNA. Preferably, it is single-stranded or double-stranded DNA, such as genomic DNA or cDNA. Preferably, the polynucleotide encodes a polypeptide comprising one of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 1-17.

Die Erfindung umfasst ferner einen Expressionsvektor, der ein Nukleinsäuremolekül umfasst, welches für ein Antigen-bindendes Polypeptid der vorliegenden Erfindung kodiert. Expressionsvektoren sind üblicherweise DNA-Konstrukte, die über einen Replikationsursprung verfügen, der es dem Vektor ermöglicht, sich unabhängig von der Wirtszelle zu replizieren. Expressionsvektoren umfassen darüber hinaus regulatorische Kontrollelemente, die in funktioneller Verknüpfung mit den zu exprimierenden Nukleotidsequenzen stehen und deren Transkription und/oder Translation steuern. Geeignete Kontrollelemente können prokaryontische Promotoren (konstitutiv oder regulierbar, wie z. B. lac-, trp-, T3-, T7- oder gpt-Promotor), eukaryontische Promotoren (konstitutiv oder regulierbar, wie z. B. Thymidinkinase-Promotor, SV40-Promotor oder CMV-Promotor), Operatoren, Transkriptions- bzw. Translationsenhancer, Transkriptions- bzw. Translationsterminatoren, Ribosomenbindungsstellen, Polyadenylierungssignale, Selektionsmarker, Silencer und Repressorsequenzen umfassen. Dem Fachmann sind zahlreiche prokaryontische und eukaryontische Expressionsvektoren bekannt, die sich für die Ausführung der vorliegenden Erfindung eignen. Beispiele sind die prokaryontischen Vektoren pHEN2, pGEM, pBluescript und pUC, die regelmäßig für die heterologe Expression in E. coli verwendet werden. Beispiele für eukaryontische Expressionsvektoren umfassen pcDNA3.1, pOG44, pSV2CAT Rc/CMV, Rc/RSV, GEM1 und ähnliche. The invention further includes an expression vector comprising a nucleic acid molecule encoding an antigen-binding polypeptide of the present invention. Expression vectors are usually DNA constructs that have an origin of replication that allows the vector to replicate independently of the host cell. In addition, expression vectors comprise regulatory control elements which are functionally linked to the nucleotide sequences to be expressed and control their transcription and / or translation. Suitable control elements can be prokaryotic promoters (constitutive or regulatable, such as, for example, lac, trp, T3, T7 or gpt promoter), eukaryotic promoters (constitutive or regulatable, such as, for example, thymidine kinase promoter, SV40). Promoter or CMV promoter), operators, transcriptional or translational enhancers, transcription terminators, ribosome binding sites, polyadenylation signals, selection markers, silencers, and repressor sequences. Numerous prokaryotic and eukaryotic expression vectors suitable for the practice of the present invention are known to those skilled in the art. Examples are the prokaryotic vectors pHEN2, pGEM, pBluescript and pUC, which are regularly used for heterologous expression in E. coli. Examples of eukaryotic expression vectors include pcDNA3.1, pOG44, pSV2CAT Rc / CMV, Rc / RSV, GEM1 and the like.

Die Erfindung betrifft auch eine Wirtszelle, die ein Nukleinsäuremolekül umfasst, welches für ein Antigen-bindendes Polypeptid der vorliegenden Erfindung kodiert, oder einen Expressionsvektor, der ein solches Nukleinsäuremolekül umfasst. Es kann sich insbesondere um eine prokaryontische oder eine eukaryontische Wirtszelle handeln. Beispiele von Wirtszellen, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, umfassen prokaryontische Wirtszellen, wie beispielsweise bakterielle Stämme von Escherichia coli, Bacillus subtilis und Ähnlichem. Geeignete eukaryontische Zellen umfassen Hefezellen, Insektenzellen, Säugetierzellen, Pflanzenzellen und Ähnliches. Das Antigen-bindende Polypeptid der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise in bakteriellen Zellen exprimiert, z. B. in E. coli. Das Verfahren zur Transformation oder Transfektion der Wirtszelle mit einem Expressionsvektor, der ein Nukleinsäuremolekül umfasst, welches für das Antigen-bindende Polypeptid kodiert, wird von dem Typ des Expressionsvektors und der verwendeten Wirtszelle abhängen. Dem Fachmann wird es problemlos möglich sein, geeignete Vektoren und Wirtszellen für die rekombinante Expression auszuwählen.The invention also relates to a host cell comprising a nucleic acid molecule encoding an antigen-binding polypeptide of the present invention, or an expression vector comprising such a nucleic acid molecule. In particular, it may be a prokaryotic or a eukaryotic host cell. Examples of host cells which can be used in the invention include prokaryotic host cells such as bacterial strains of Escherichia coli, Bacillus subtilis and the like. Suitable eukaryotic cells include yeast cells, insect cells, mammalian cells, plant cells, and the like. The antigen-binding polypeptide of the present invention is preferably expressed in bacterial cells, e.g. In E. coli. The method of transforming or transfecting the host cell with an expression vector comprising a nucleic acid molecule encoding the antigen-binding polypeptide will depend on the type of expression vector and the host cell used. The person skilled in the art will readily be able to select suitable vectors and host cells for recombinant expression.

Die Erfindung stellt zudem ein Verfahren zur rekombinanten Herstellung eines Antigen-bindenden Polypeptids bereit, bei dem man (a) eine wie oben beschriebene Wirtszelle unter Bedingungen kultiviert, die die Expression eines Nukleinsäuremoleküls erlauben, welches für ein Antigen-bindendes Polypeptid der vorliegenden Erfindung kodiert; und (b) das Antigenbindende Polypeptid aus der Kultur isoliert.The invention also provides a method for the recombinant production of an antigen-binding polypeptide comprising: (a) cultivating a host cell as described above under conditions permitting the expression of a nucleic acid molecule encoding an antigen-binding polypeptide of the present invention; and (b) isolating the antigen-binding polypeptide from the culture.

Die Antigen-bindenden Polypeptide der vorliegenden Erfindung eignen sich insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren zur therapeutischen Behandlung einer Erkrankung, die durch ToxA bzw. ToxB von C. difficile verursacht wird. Eine solche therapeutische Behandlung schließt sowohl die Behandlung eines akuten Krankheitszustands als auch die prophylaktische Behandlung zur Vermeidung einer Erkrankung ein.The antigen-binding polypeptides of the present invention are particularly suitable for use in a method for the therapeutic treatment of a disease caused by ToxA or ToxB of C. difficile. Such a therapeutic treatment includes both the treatment of an acute disease state and the prophylactic treatment for the prevention of a disease.

Die Polypeptide der vorliegenden Erfindung eignen sich ferner auch zur Diagnose einer Erkrankung, die durch ToxA bzw. ToxB von C. difficile verursacht wird. Erkrankungen die durch diese Toxine verursacht werden, umfassen Diarrhöe, insbesondere eine Antibiotika-assoziierte Diarrhöe (ADD), eine Kolitis, insbesondere eine pseudomembranöse Kolitis, eine Enterokolitis oder ein toxisches Megakolon. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Antigen-bindenden Polypeptide der vorliegenden Erfindung zur therapeutischen Behandlung der pseudomembranösen Kolitis eingesetzt. Die Behandlung umfasst die Verabreichung eines erfindungsgemäßen Polypeptids an einen Patienten, bei dem eine Infektion mit einem ToxA- und/oder ToxB-exprimierenden Stamm von C. difficile nachgewiesen wurde, der in Verdacht steht, mit dem Erreger infiziert zu sein, oder der einem Risiko ausgesetzt ist, sich mit dem bakteriellen Erreger zu infizieren.The polypeptides of the present invention are also useful in the diagnosis of a disease caused by ToxA or ToxB of C. difficile. Diseases caused by these toxins include diarrhea, especially antibiotic-associated diarrhea (ADD), colitis, especially pseudomembranous colitis, enterocolitis or toxic megacolon. In a preferred embodiment, the antigen-binding polypeptides of the present invention are used for the therapeutic treatment of pseudomembranous colitis. The treatment comprises administering to a subject a polypeptide of the invention which has been detected to be infected with a ToxA and / or ToxB-expressing strain of C. difficile suspected of being infected with the causative agent or at risk is exposed to infect with the bacterial pathogen.

Die Erfindung stellt demgemäß auch pharmazeutische Zusammensetzungen bereit, die Antigen-bindende Polypeptide der vorliegenden Erfindung umfassen. Das Antigen-bindende Polypeptid der vorliegenden Erfindung wird dabei in einer therapeutisch wirksamen Menge an den Patienten verabreicht, d. h. in einer Menge, die ausreicht, um das Toxin, gegen das sich das Antigenbindende Polypeptid richtet, zu einem erheblichen Teil zu hemmen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Verabreichung des Antigen-bindenden Polypeptids in einer Menge, die zu einer im Wesentlichen vollständigen Inaktivierung des Toxins führt. Die Inaktivierung des Toxins kann anhand der Verbesserung eines oder mehrerer Symptome der Erkrankung verfolgt werden.The invention accordingly also provides pharmaceutical compositions comprising antigen-binding polypeptides of the present invention. The antigen-binding polypeptide of the present invention is administered to the patient in a therapeutically effective amount, i. H. in an amount sufficient to substantially inhibit the toxin to which the antigen-binding polypeptide is directed. In a preferred embodiment of the invention, the administration of the antigen-binding polypeptide is in an amount that results in substantially complete inactivation of the toxin. Inactivation of the toxin can be monitored by improving one or more symptoms of the disease.

Die genaue Menge an Polypeptid, die verabreicht werden muss, um einen therapeutischen Effekt zu erzielen, hängt von mehreren Parametern ab. Faktoren, die relevant für die Menge des zu verabreichenden Polypeptids sind, umfassen z. B. die Art der Verabreichung des Polypeptids, die Größe des jeweiligen Polypeptids, der Art und Schwere der Erkrankung, die Krankheitsgeschichte des zu behandelnden Patienten sowie Alter, Gewicht, Größe und Gesundheitszustand des zu behandelnden Patienten. Eine therapeutisch wirksame Menge des Antigen-bindenden Polypeptids kann von einem Fachmann ohne weiteres anhand des allgemeinen Fachwissens und der vorliegenden Offenbarung bestimmt werden.The exact amount of polypeptide that must be administered to achieve a therapeutic effect depends on several parameters. Factors relevant to the amount of the administered Polypeptides are, for. The type of administration of the polypeptide, the size of the particular polypeptide, the nature and severity of the disease, the history of the disease of the patient to be treated, and the age, weight, size and health of the patient to be treated. A therapeutically effective amount of the antigen-binding polypeptide may be readily determined by one skilled in the art from the general knowledge and disclosure.

Das Polypeptid wird vorzugsweise in einer Menge an ein Subjekt verabreicht, die ausreicht, um eine Plasmakonzentration von etwa 0,05 μg/ml bis etwa 150 μg/ml zu erreichen, vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 50 μg/ml, stärker bevorzugt von etwa 1 μg/ml bis etwa 20 μg/ml und normalerweise von etwa 1 μg/ml bis etwa 10 μg/ml, z. B. 5 μg/ml. Die wöchentliche Dosis kann dabei von etwa 1 mg bis etwa 500 mg Polypeptid pro m2 Körperoberfläche des Patienten betragen. Die wöchentliche Dosis des Polypeptids kann von etwa 10–300 mg/m2 reichen, vorzugsweise von etwa 100–200 mg/m2, wie beispielsweise 150 mg/m2. Abhängig von der Größe des Polypeptids kann die zu verabreichende Menge des Polypeptids angepasst werden.The polypeptide is preferably administered in an amount to a subject sufficient to achieve a plasma concentration of from about 0.05 μg / ml to about 150 μg / ml, preferably from about 0.1 to about 50 μg / ml, more preferably from about 1 μg / ml to about 20 μg / ml and normally from about 1 μg / ml to about 10 μg / ml, e.g. 5 μg / ml. The weekly dose may be from about 1 mg to about 500 mg polypeptide per m 2 body surface area of the patient. The weekly dose of the polypeptide may / m 2 range from about 10-300 mg, preferably from about 100-200 mg / m 2, such as 150 mg / m 2. Depending on the size of the polypeptide, the amount of polypeptide to be administered may be adjusted.

Das Antigen-bindende Polypeptid der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene Arten der Verabreichung formuliert werden, z. B. für die orale Verabreichung als Tablette, Kapsel, Puder, Flüssigkeit oder Ähnliches. Es ist jedoch bevorzugt, dass das Antigen-bindende Polypeptid parental mittels intravenöser Injektion oder intravenöser Infusion verabreicht wird. Die Verabreichung kann beispielsweise mittels intravenöser Infusion, z. B. innerhalb von 60 Minuten, innerhalb von 30 Minuten, oder innerhalb von 15 Minuten erfolgen. Zusammensetzungen, die für die Verabreichung mittels Injektion und/oder Infusion geeignet sind, umfassen in der Regel Lösungen und Dispersionen sowie Pulver, aus denen entsprechende Lösungen und Dispersionen hergestellt werden können. Derartige Zusammensetzungen werden das immunologisch aktive Polypeptid und mindestens einen geeigneten pharmazeutisch akzeptablen Träger enthalten. Geeignete pharmazeutisch akzeptable Träger für die intravenöse Verabreichung umfassen bakteriostatisches Wasser, Ringer-Lösung, physiologische Salzlösung, Phosphat-gepufferte Salzlösung (PBS) und Cremophor ELTM. Sterile Zusammensetzungen für die Injektion und/oder Infusion können hergestellt werden, indem das Polypeptid in der erforderlichen Menge in einem geeigneten Träger eingebracht und anschließend mittels eines Filters sterilfiltriert wird. Zusammensetzungen für die Verabreichung mittels Injektion oder Infusion sollten nach ihrer Herstellung unter Lagerungsbedingungen über einen längeren Zeitraum stabil bleiben. Die Zusammensetzungen können zu diesem Zweck ein Konservierungsmittel enthalten. Geeignete Konservierungsmittel umfassen Chlorbutanol, Phenol, Ascorbinsäure und Thiomersal.The antigen-binding polypeptide of the present invention may be formulated for various modes of administration, e.g. For oral administration as a tablet, capsule, powder, liquid or the like. However, it is preferred that the antigen-binding polypeptide be administered parentally by intravenous injection or intravenous infusion. The administration may be, for example, by intravenous infusion, e.g. Within 60 minutes, within 30 minutes, or within 15 minutes. Compositions suitable for administration by injection and / or infusion typically include solutions and dispersions as well as powders from which appropriate solutions and dispersions can be made. Such compositions will contain the immunologically active polypeptide and at least one suitable pharmaceutically acceptable carrier. Suitable pharmaceutically acceptable carriers for intravenous administration include bacteriostatic water, Ringer's solution, physiological saline, phosphate buffered saline (PBS) and Cremophor EL . Sterile compositions for injection and / or infusion can be prepared by introducing the polypeptide in the required amount into a suitable carrier and then filter sterilizing by means of a filter. Compositions for administration by injection or infusion should remain stable for a prolonged period after their preparation under storage conditions. The compositions may contain a preservative for this purpose. Suitable preservatives include chlorobutanol, phenol, ascorbic acid and thiomersal.

In einer Ausführungsform wird das Antigen-bindende Polypeptid der vorliegenden Erfindung mit Trägern formuliert, die das Polypeptid vor einer zu schnellen Ausscheidung aus dem Körper schützen (Retardformulierungen). Solche Formulierungen können biokompatible Polymere, wie Ethylenvinylacetat, Polyanhydride, Polyglycolsäuren, Kollagen, Polyorthoester und Polymilchsäuren enthalten. Verfahren zur Herstellung von Retardformulierungen sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Retardformulierungen können als semipermeable Filme aus festem, hydrophobem Polymer vorliegen, z. B. in Form von Mikrokapseln. Die Herstellung von entsprechenden Darreichungsformen sowie geeignete Hilfsstoffe sind beispielsweise in ”Remington: The Science and Practice of Pharmacy”, Lippincott Williams & Wilkins; 21. Auflage (2005) beschrieben.In one embodiment, the antigen-binding polypeptide of the present invention is formulated with carriers that protect the polypeptide from excretion too rapidly from the body (sustained-release formulations). Such formulations may contain biocompatible polymers such as ethylene vinyl acetate, polyanhydrides, polyglycolic acids, collagen, polyorthoesters and polylactic acids. Methods for the preparation of sustained release formulations are well known in the art. Sustained-release formulations may be present as semipermeable films of solid, hydrophobic polymer, e.g. In the form of microcapsules. The preparation of appropriate dosage forms and suitable auxiliaries are, for example, in "Remington: The Science and Practice of Pharmacy", Lippincott Williams &Wilkins; 21st edition (2005) described.

Die erfindungsgemäßen Polypeptide eignen sich ferner für den Nachweis von ToxA und/oder ToxB in biologischen Proben, insbesondere in Proben, die von einem Individuum erhalten wurden, bei dem das Vorliegen einer Infektion mit einem Stamm von C. difficile nachgewiesen werden soll, der ToxA und/oder ToxB produziert, wie z. B. Stuhlproben, Gewebeproben, usw. Es können allerdings auch andere Proben, wie z. B. Wasserproben auf eine Belastung mit Toxin untersucht werden.The polypeptides of the invention are further useful in the detection of ToxA and / or ToxB in biological samples, particularly in samples obtained from an individual who is to detect the presence of an infection with a strain of C. difficile, the ToxA and / or ToxB produces, such. As stool samples, tissue samples, etc. However, there may be other samples such. B. Water samples are tested for exposure to toxin.

Daher betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Nachweis von Toxin A und/oder Toxin B von C. difficile in einer biologischen Probe, bei dem man

  • (a) ein wie oben beschriebenes und in den Ansprüchen definiertes Antigen-bindendes Polypeptid mit der biologischen Probe unter Bedingungen in Kontakt bringt, welche die Bildung von Komplexen aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin ermöglichen; und
  • (b) Komplexe aus dem Polypeptid und dem Toxin nachweist.
Therefore, the invention relates to a method for the detection of toxin A and / or toxin B of C. difficile in a biological sample in which
  • (a) contacting an antigen-binding polypeptide as described above and defined in the claims with the biological sample under conditions which allow the formation of complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin; and
  • (b) detecting complexes of the polypeptide and the toxin.

Das Verfahren umfasst zunächst einen Schritt, bei dem das erfindungsgemäße Antigen-bindende Polypeptid mit der biologischen Probe in Kontakt gebracht wird. Dieser Schritt wird unter Bedingungen ausgeführt, die für die Bildung von Bindungskomplexen, die aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem nachzuweisenden Toxin bestehen, geeignet sind. Bedingungen, die die Bildung von Bindungskomplexen aus Antigen-bindenden Polypeptiden (insbesondere Antikörpern) und Toxin erlauben, sind im Stand der Technik bekannt. Solche Bedingungen können eine Temperatur im Bereich von 4–37°C, einen pH-Wert im Bereich von 6–8 und eine Inkubationszeit im Bereich von mehreren Minuten bis zu mehreren Stunden einschließen. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass geeignete Bindungsbedingungen für ein bestimmtes Paar aus Antigen-bindendem Polypeptid und Toxin von verschiedenen Faktoren abhängen, wie z. B. der Konzentration des Antigen-bindenden Polypeptids, der voraussichtlichen Konzentration des Toxins in der Probe und Ähnlichem. Der Fachmann wird in der Lage sein, geeignete Bedingungen für eine Bindung zwischen Polypeptid und Toxin anhand von Routineversuchen zu ermitteln, um die Bildung der Bindungskomplexe zu optimieren.The method first comprises a step of contacting the antigen-binding polypeptide of the invention with the biological sample. This step is carried out under conditions suitable for the formation of binding complexes consisting of the antigen-binding polypeptide and the toxin to be detected. Conditions permitting the formation of binding complexes of antigen-binding polypeptides (particularly antibodies) and toxin are known in the art. Such conditions may be a temperature in the range of 4-37 ° C, a pH in the range of 6-8 and include an incubation period in the range of several minutes to several hours. It will be apparent to those skilled in the art that suitable binding conditions for a particular pair of antigen-binding polypeptide and toxin will depend on various factors, such as: The concentration of the antigen-binding polypeptide, the anticipated concentration of the toxin in the sample, and the like. The skilled artisan will be able to determine suitable conditions for binding between polypeptide and toxin by routine experimentation to optimize the formation of the binding complexes.

Nachdem man dem Antigen-bindenden Polypeptid ausreichend Gelegenheit gegeben hat, an das Toxin (ToxA oder ToxB) zu binden, werden die aus Toxin und dem spezifisch daran gebundenen Polypeptid bestehenden Immunkomplexe nachgewiesen. Dabei können im Stand der Technik übliche Verfahren eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Antigen-bindende Polypeptid kann beispielsweise vor dem Inkontaktbringen mit der Probe, von der vermutet wird, dass sie ToxA und/oder ToxB enthält, mit einer nachweisbaren Markierung versehen werden. Bei der Markierung kann es sich z. B. um eine floureszente, chemilumineszente oder radioaktive Markierung handeln. Eine Markierung mit Enzymen, wie z. B. mit Meerrettichperoxidase oder alkalischer Phosphatase, ist ebenfalls möglich. Eine weitere Methode, die einen Nachweis der Komplexe ermöglicht, besteht in der rekombinanten Expression der Antigen-bindenden Polypeptide als Fusionsproteine, die über ein oder mehrere Peptidepitope verfügen, die sich mittels markierter Antikörper sichtbar machen lassen.Having given the antigen-binding polypeptide ample opportunity to bind to the toxin (ToxA or ToxB), the immune complexes consisting of toxin and the specific polypeptide bound thereto are detected. In this case, conventional methods can be used in the prior art. For example, the antigen-binding polypeptide of the invention may be provided with a detectable label prior to contacting the sample suspected of containing ToxA and / or ToxB. When marking it may be z. B. be a fluorescent acid, chemiluminescent or radioactive label. A label with enzymes, such as. As with horseradish peroxidase or alkaline phosphatase, is also possible. Another method that allows detection of the complexes is by recombinant expression of the antigen-binding polypeptides as fusion proteins that have one or more peptide epitopes that can be visualized using labeled antibodies.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufreinigung und/oder zur Aufkonzentrierung von ToxA oder ToxB von C. difficile, bei dem man

  • (a) ein wie oben beschriebenes und in den Ansprüchen definiertes Antigen-bindendes Polypeptid mit der biologischen Probe unter Bedingungen in Kontakt bringt, welche die Bildung von Komplexen aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin ermöglichen; und
  • (b) die Komplexe aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin von der Probe abtrennt.
In a further aspect, the invention relates to a process for the purification and / or concentration of ToxA or ToxB of C. difficile, in which
  • (a) contacting an antigen-binding polypeptide as described above and defined in the claims with the biological sample under conditions which allow the formation of complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin; and
  • (b) separating the complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin from the sample.

Die Aufreinigung und/oder Konzentrierung des Toxins wird vorzugsweise mit Antigen-bindenden Polypeptiden durchgeführt, die auf einem festen Träger immobilisiert sind, wie z. B. auf einem Material, das für die Verwendung in chromatographischen Trennverfahren geeignet ist. Geeignete Säulenmaterialien umfassen Sepharose (z. B. Q-Sepharose, DEAE-Sepharose, SP-Sepharose) und Ähnliches. Die Toxin-bindenden Polypeptide können darüber hinaus auf Beads immobilisiert werden, z. B. auf Agarose- oder Glas-Beads. Vorzugsweise sind die Beads magnetisierbar, wodurch die Trennung der Bindungskomplexe, die an den Beads nach Inkubation in Toxin-haltigen Proben anhaften, erleichtert wird. Verfahren zur Kopplung von Polypeptiden an einen festen Träger sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Ein für die Kopplung geeignetes Verfahren kann beispielsweise eine Immobilisierung von Polypeptiden, die mit Biotin oder Derivaten von Biotin gekoppelt wurden, an ein Trägermaterial, das zuvor mit Streptavidin oder Derivaten davon beschichtet wurde, vorsehen. Solche Verbindungen sind kommerziell von verschiedenen Anbietern erhältlich. Alternativ dazu kann das Protein mittels chemischer Reaktion direkt an den Träger gebunden werden. Die Probe, in der das Toxin enthalten ist, wird durch die entsprechend vorbereitete Säule geleitet, so dass das Toxin durch die immobilisierten Antigen-bindenden Polypeptide spezifisch adsorbiert wird. Durch Verwendung eines geeigneten Waschpuffers werden alle unspezifisch gebundenen Moleküle von der Säule gewaschen, während das Toxin in der Säule zurückgehalten wird. In einem abschließenden Schritt kann das Toxin mit einem geeigneten Elutionspuffer (z. B. einem Puffer mit hohem Salzgehalt) von der Säule eluiert werden, um somit das gereinigte und/oder aufkonzentrierte Toxin zu erhalten. Alternativ kann das an die Matrix bzw. Säule gebundene Toxin durch ein immunologisches Nachweisverfahren nachgewiesen werden.The purification and / or concentration of the toxin is preferably carried out with antigen-binding polypeptides immobilized on a solid support, such as e.g. On a material suitable for use in chromatographic separation processes. Suitable columnar materials include Sepharose (e.g., Q-Sepharose, DEAE-Sepharose, SP-Sepharose) and the like. The toxin-binding polypeptides may also be immobilized on beads, e.g. B. on agarose or glass beads. Preferably, the beads are magnetizable, thereby facilitating the separation of the binding complexes that adhere to the beads after incubation in toxin-containing samples. Methods of coupling polypeptides to a solid support are well known in the art. For example, a method suitable for coupling may include immobilization of polypeptides coupled with biotin or derivatives of biotin to a support material previously coated with streptavidin or derivatives thereof. Such compounds are commercially available from various suppliers. Alternatively, the protein can be bound directly to the carrier by chemical reaction. The sample containing the toxin is passed through the appropriately prepared column so that the toxin is specifically adsorbed by the immobilized antigen-binding polypeptides. By using a suitable wash buffer, all non-specifically bound molecules are washed off the column while the toxin is retained in the column. In a final step, the toxin can be eluted from the column with a suitable elution buffer (eg, a high salt buffer) to obtain the purified and / or concentrated toxin. Alternatively, the toxin bound to the matrix or column can be detected by an immunological detection method.

In Ausführungsformen, bei denen die Antigen-bindenden Polypeptide nicht an einen Träger gekoppelt werden, kann die Trennung aus der Probe unter Verwendung von Fusionspolypeptiden erfolgen, die neben einem erfindungsgemäßen Antigen-bindenden Polypeptid einen Affinitätstag besitzen. Solche Fusionspolypeptide lassen sich mit Hilfe eines Materials, welches eine besonders hohe Affinität zu dem verwendeten Affinitätstag besitzt, effizient aufreinigen. Beispielsweise kann der Affinitätstag 6–12 Histidin-Reste aufweisen, die spezifisch mit einer chelatierenden Nickelionen-Matrix interagieren. Alternativ dazu kann der Affinitätstag auch aus einer Glutathion-S-Transferase bestehen, die sich unter Verwendung einer Glutathion-Matrix aufreinigen lässt. Im Stand der Technik sind zahlreiche weitere Affinitätstags bekannt, die in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Antigen-bindenden Polypeptiden verwendet werden können. Beispiele für Paare aus Affinitätstag und Affinitätsligand umfassen Maltose-bindendes Protein (MBP) und Maltose; Avidin und Biotin; Streptag und Streptavin oder Neutravidin.In embodiments where the antigen-binding polypeptides are not coupled to a carrier, separation from the sample may be accomplished using fusion polypeptides having an affinity tag in addition to an antigen-binding polypeptide of the invention. Such fusion polypeptides can be purified efficiently with the aid of a material which has a particularly high affinity for the affinity tag used. For example, the affinity tag may have 6-12 histidine residues that specifically interact with a chelating nickel ion matrix. Alternatively, the affinity tag may also consist of a glutathione S-transferase which can be purified using a glutathione matrix. Numerous other affinity tags are known in the art which can be used in conjunction with the antigen-binding polypeptides of the invention. Examples of Affinity Tag and affinity ligand pairs include maltose binding protein (MBP) and maltose; Avidin and biotin; Streptag and streptavin or neutravidin.

Affinitätstags können z. B. mittels Ligation einer DNA, die für ein erfindungsgemäßes Antigen-bindendes Polypeptid kodiert, mit einer für den Affinitätstag kodierenden Sequenz hergestellt werden. In Fallen, bei denen der Affinitätstag kein Peptid ist, kann der Affinitätstag mittels chemischer Kopplungsreaktionen an das Antigen-bindende Polypeptid konjugiert werden. Beispielsweise kann das Antigen-bindende Polypeptid chemisch mit Biotin gekoppelt werden. Eine Markierung mit Biotin kann auch erreicht werden, indem man an dem Antigenbindenden Polypeptid ein Peptid anbringt, welches von einer Biotin-Protein-Ligase (EC 6.3.4.15) erkannt wird, wie z. B. von BirA aus E. coli (siehe beispielsweise Smith et al. (1998) Nucleic Acids Research 26:1414–1420 ; Recket et al. (1999) Protein Science 8:921–929 ). Geeignete Peptide sind beispielsweise die 13 Aminosäuren lange, minimale Biotinylierungssequenz des Biotin Carboxy Carrier Proteins (BCCP) ( Beckett et al. (1999), Protein Sci., 8, 921–929 ), die 15 Aminosäuren lange Variante hiervon, die AviTagTM genannt wird ( Tirat et al. (2006), Int. J. Biol. Macromol., 39(1–3):66–76 ), und die 76 Aminosäuren lange BioEaseTM Sequenz ( Tirat et al. (2006) , s. o.), die alle durch die Biotin-Protein-Ligase BirA an einem zentralen Lysinrest biotinyliert werden. Ebenfalls geeignet sind Strep-tags, wie Streptag II (SA-WSHPQFEK) und One-STrEP-tag (SA-WSHPQFEK(GGGS)2GGSAWSHPQFEK) (IBA BioTAGnology, IBA GmbH, Germany).Affinity tags can, for. B. by ligation of a DNA coding for an antigen-binding polypeptide according to the invention, be prepared with a coding for the affinity tag sequence. In cases where the affinity tag is not a peptide, the affinity tag can be linked to the protein by chemical coupling reactions Antigen-binding polypeptide can be conjugated. For example, the antigen-binding polypeptide can be chemically coupled with biotin. Labeling with biotin can also be achieved by attaching to the antigen-binding polypeptide a peptide recognized by a biotin-protein ligase (EC 6.3.4.15), such as. B. BirA from E. coli (see, for example Smith et al. (1998) Nucleic Acids Research 26: 1414-1420 ; Recket et al. (1999) Protein Science 8: 921-929 ). Suitable peptides include, for example, the 13 amino acid minimum biotinylation sequence of the biotin carboxy carrier protein (BCCP) ( Beckett et al. (1999), Protein Sci., 8, 921-929 ), the 15 amino acid variant of which is called AviTag ( Tirat et al. (2006), Int. J. Biol. Macromol., 39 (1-3): 66-76 ) and the 76 amino acid BioEase sequence ( Tirat et al. (2006) , supra), all of which are biotinylated by the biotin protein ligase BirA on a central lysine residue. Also suitable are strep tags such as Streptag II (SA-WSHPQFEK) and One-STrEP-tag (SA-WSHPQFEK (GGGS) 2GGSAWSHPQFEK) (IBA BioTAGnology, IBA GmbH, Germany).

Darüber hinaus können die Antigen-bindenden Polypeptide der vorliegenden Erfindung auch mit Enzymen (wie z. B. alkalischer Phosphatase) oder mit Erkennungssequenzen für Enzyme (wie z. B. den obigen BirA Biotinylierungssequenzen) gekoppelt werden. Auch eine Kopplung von verschiedenen Antigen-bindenden Polypeptiden, wie z. B. VHHs, die sich gegen verschiedene Epitope desselben Zielantigens (ToxA oder ToxB) richten, ist möglich, um auf diese Weise die Effizienz der Bindung an das Zielantigen zu verstärken. Zu diesem Zweck können beispielsweise zwei oder mehr der oben beschriebenen VHH-Einzeldomänenantikörper über eine BirA-Erkennungssequenz mit Biotin gekoppelt werden und anschließend über die hochaffine Bindung von Biotin an Avidin oder Streptavidin, oder an modifiziertes Streptavidin, wie Neutravidin oder Strep-Tactin, gebunden werden. Avidin und Streptavidin sind tetramere Moleküle, die vier Moleküle von D-Biotin binden können. Derartig multimerisierte, tetravalente VHH-Einzeldomänenantikörper haben eine erhöhte Affinität für die Toxine. Zur Multimerisierung können mit Streptavidinüberzogene Beads, z. B. magnetische oder Sepharose-Beads, verwendet werden. Geeignete Beads sind z. B. Strep-Tactin Magnetic Nanobeads (IBA BioTAGnology, IBA GmbH, Germany). Darüber hinaus ist auch eine Kopplung von gegen ToxA oder ToxB gerichteten VHH-Domänen an VHH-Domänen, die gegen Albumin oder gegen einen Transzytose-Rezeptor gerichtet sind, nützlich. Die VHH-Einzeldomänenantikörper der vorliegenden Erfindung können selbstverständlich auch an Immunglobuline gekoppelt werden, z. B. an die Fc-Region eines Immunglobulins.In addition, the antigen-binding polypeptides of the present invention may also be coupled with enzymes (such as alkaline phosphatase) or with recognition sequences for enzymes (such as the above BirA biotinylation sequences). Also, a coupling of various antigen-binding polypeptides, such as. VHHs directed against different epitopes of the same target antigen (ToxA or ToxB) is possible to enhance the efficiency of binding to the target antigen in this way. For this purpose, for example, two or more of the VHH single domain antibodies described above can be coupled to biotin via a BirA recognition sequence and subsequently linked via the high affinity binding of biotin to avidin or streptavidin, or to modified streptavidin such as neutravidin or Strep-Tactin , Avidin and streptavidin are tetrameric molecules that can bind four molecules of D-biotin. Such multimerized, single-domain VHH tetravalent antibodies have an increased affinity for the toxins. For multimerization streptavidin-coated beads, z. As magnetic or Sepharose beads used. Suitable beads are z. B. Strep-Tactin Magnetic Nanobeads (IBA BioTAGnology, IBA GmbH, Germany). In addition, coupling of ToxA or ToxB directed VHH domains to VHH domains directed against albumin or against a transcytotic receptor is also useful. Of course, the VHH single domain antibodies of the present invention may also be coupled to immunoglobulins, e.g. To the Fc region of an immunoglobulin.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Diagnose einer Erkrankung, die durch ToxA und/oder ToxB von Clostridium difficile verursacht wird, bereitgestellt, bei dem man

  • (a) ein wie oben beschriebenes und in den Ansprüchen definiertes Antigen-bindendes Polypeptid mit der biologischen Probe eines Patienten unter Bedingungen in Kontakt bringt, die die Bildung von Komplexen aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin ermöglichen; und
  • (b) Komplexe aus dem Polypeptid und dem Toxin nachweist; wobei der Nachweis der Komplexe in Schritt (b) darauf hinweist, dass der Patient an einer durch C. difficile vermittelten Erkrankung leidet.
In a preferred embodiment of the present invention there is provided a method of diagnosing a disease caused by ToxA and / or ToxB of Clostridium difficile, comprising:
  • (a) contacting an antigen-binding polypeptide as described above and defined in the claims with the biological sample of a patient under conditions which allow the formation of complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin; and
  • (b) detecting complexes of the polypeptide and the toxin; wherein the detection of the complexes in step (b) indicates that the patient is suffering from a C. difficile mediated disease.

Bei der Erkrankung kann es sich um eine Diarrhöe, insbesondere eine Antibiotika-assoziierte Diarrhöe (ADD), eine Kolitis, insbesondere eine pseudomembranöse Kolitis, eine Enterokolitis oder um ein toxisches Megakolon handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Antigen-bindenden Polypeptide der vorliegenden Erfindung zur therapeutischen Behandlung der pseudomembranösen Kolitis eingesetzt.The disease may be diarrhea, especially antibiotic-associated diarrhea (ADD), colitis, especially pseudomembranous colitis, enterocolitis, or a toxic megacolon. In a preferred embodiment, the antigen-binding polypeptides of the present invention are used for the therapeutic treatment of pseudomembranous colitis.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die durch C. difficile verursachte Erkrankung pseudomembranöse Kolitis. Durch die Verwendung von, wie oben beschriebenen, magnetischen, mit Streptavidin-Biotin-VHH Komplexen überzogenen Beads ist eine besonders effektive Anreicherung von Toxinen aus biologischen Proben möglich.In a particularly preferred embodiment, the disease caused by C. difficile is pseudomembranous colitis. By using magnetic beads coated with streptavidin-biotin-VHH complexes, as described above, particularly effective accumulation of toxins from biological samples is possible.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines wie oben beschriebenen und in den Ansprüchen definierten Antigenbindenden Polypeptids zur therapeutischen Behandlung oder zur Diagnose einer Erkrankung, die durch Clostridium difficile verursacht wird.The invention further relates to the use of an antigen-binding polypeptide as described above and defined in the claims for the therapeutic treatment or diagnosis of a disease caused by Clostridium difficile.

Schließlich stellt die vorliegende Erfindung auch ein Kit für den Nachweis von C. difficile bereit, wobei das Kit ein wie oben beschriebenes Antigen-bindendes Polypeptid umfasst. Das Kit kann darüber hinaus weitere Reagenzien und Mittel umfassen, die für den Nachweis erforderlich sind, z. B. Reagenzien für die Visualisierung einer Markierung.Finally, the present invention also provides a kit for the detection of C. difficile, which kit comprises an antigen-binding polypeptide as described above. The kit may further comprise other reagents and means necessary for detection, e.g. B. Reagents for the visualization of a marker.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt die schematische Darstellung der Klonierungsstrategie für das VHH-Repertoire im Phagen-Display-Vektor pHEN2. L: Signalpeptid (Leader); VHH: variable Region des Schwereketten-Antikörpers; h: Hinge-Region; CH2: konstante Region 2 des Schwereketten-Antikörpers; CH3: konstante Region 3 des Schwereketten-Antikörpers; amber stop: Stopcodon UAG; H6x: His-tag; g3p: Phagenprotein g3p. 1 shows the schematic representation of the cloning strategy for the VHH repertoire in the phage display vector pHEN2. L: signal peptide (leader); VHH: variable region of the heavy chain antibody; h: Hinge region; CH2: constant region 2 of the heavy chain antibody; CH3: constant region 3 of the heavy chain antibody; amber stop: stop codon UAG; H6x: His-tag; g3p: phage protein g3p.

2 zeigt die Aminosäuresequenzen der mittels ToxA-CP und ToxB-GT selektionierten VHHs. Die drei CDR Regionen sind hervorgehoben (CDR1: einfach unterstrichen, CDR2: doppelt unterstrichen, und CDR3: fett unterstrichen). Alle Unterstreichungen gelten auch für die Aminosäurepositionen in den anderen Sequenzen desselben Blocks. In Fettschrift markiert sind in den VHHs vorkommende Cystein-Reste. 2 shows the amino acid sequences of VHHs selected by ToxA-CP and ToxB-GT. The three CDR regions are highlighted (CDR1: just underlined, CDR2: underlined twice, and CDR3: underlined in bold). All underlines also apply to the amino acid positions in the other sequences of the same block. Marked in bold letters are cysteine residues found in the VHHs.

3A zeigt die Spezifität der selektierten VHHs in einer ELISA-Analyse in bivalentem Format gegen die CP-Domäne von ToxA (ToxA-CPD), ToxA 1-809, ToxA-Holotoxin, ToxB 1-807, ToxB-Holotoxin, die katalytische Domäne des CDT (CDTa) und Milchpulver (MPBS). 3B zeigt die Spezifität der selektionierten VHHs in einer ELISA-Analyse in bivalentem Format gegen ToxB-GT, ToxB 1-807, ToxA 1-809, die katalytische Domän e des CDT (CDTa) und Milchpulver (MPBS). coVHH: Kontroll-VHH. 3A shows the specificity of the selected VHHs in an ELISA analysis in bivalent format against the CP domain of ToxA (ToxA-CPD), ToxA 1-809, ToxA holotoxin, ToxB 1-807, ToxB holotoxin, the catalytic domain of CDT (CDTa) and milk powder (MPBS). 3B shows the specificity of the selected VHHs in an ELISA analysis in bivalent format against ToxB-GT, ToxB 1-807, ToxA 1-809, the catalytic domain of CDT (CDTa) and milk powder (MPBS). coVHH: Control VHH.

4A zeigt die Dosis-abhängige Bindung der selektionierten anti-ToxA VHHs in einer ELISA-Analyse im monovalenten Format gegen ToxA 1-809. 4B zeigt die Dosis-abhängige Bindung der selektionierten anti-ToxB VHHs in einer ELISA-Analyse im monovalenten Format gegen ToxB-GT. 4C zeigt die Dosisabhängige Bindung der selektionierten VHH S + 12 in einer ELISA-Analyse im monovalenten Format gegen ToxA 1-809 und ToxB 1-507. coVHH: Kontroll-VHH. 4A Figure 10 shows the dose-dependent binding of the selected anti-ToxA VHHs in an ELISA analysis in monovalent format against ToxA 1-809. 4B Figure 10 shows the dose-dependent binding of the selected anti-ToxB VHHs in an ELISA analysis in monovalent format against ToxB-GT. 4C Figure 10 shows the dose-dependent binding of the selected VHH S + 12 in an ELISA analysis in monovalent format against ToxA 1-809 and ToxB 1-507. coVHH: Control VHH.

5 zeigt das Ergebnis der in vitro-Spaltungsanalyse. Die gegen Toxin A gerichteten VHHs L-10 und L-11 inhibieren dosisabhängig die Cysteinprotease-Aktivität, d. h. die autokatalytische Spaltung von ToxA. 5 shows the result of in vitro cleavage analysis. The toxin A directed VHHs L-10 and L-11 dose-dependently inhibit the cysteine protease activity, ie the autocatalytic cleavage of ToxA.

BEISPIELEEXAMPLES

Beispiel 1: Induktion von ToxA- und ToxB-spezifischen Schwereketten-Antikörpern durch ImmunisierungExample 1 Induction of ToxA- and ToxB-Specific Heavy Chain Antibodies by Immunization

Für die Induktion von Schwereketten-Antikörpern, die gegen ToxA und ToxB gerichtet sind, wurden drei Lamas (die als Lamas Nr. 5, Nr. 5026 und 5037 bezeichnet wurden) mit Polypeptiden immunisiert, die von den Toxinen ToxA, ToxE und CDT von C. difficile abgeleitet sind. Lama Nr. 5 erhielt ein von ToxA abgeleitetes Polypeptid, Lama Nr. 5026 erhielt ein von ToxB abgeleitetes Polypeptid, und Lama Nr. 5037 erhielt jeweils ein von ToxA, ToxB und CDT abgeleitetes Polypeptid. Für die Immunisierung mit ToxA wurde die Cysteinprotease-Domäne von ToxA (SEQ ID NO: 71 = Aminosäuren 547-779 von SEQ ID NO: 69, 25 kDa) und für die Immunisierung mit ToxB die Glykosyltransferase-Domäne von ToxB (SEQ ID NO: 72 = Aminosäuren 1-546 von SEQ ID NO: 70, 60 kDa) verwendet. Für die Grundimmunisierung wurden jeweils 400 μg der ToxA bzw. ToxB Fragmente bzw. 50 μg der CDT Untereinheit CDTa verwendet.For the induction of heavy chain antibodies directed against ToxA and ToxB, three llamas (designated Lamas # 5, #s 5026 and 5037) were immunized with polypeptides derived from the ToxA, ToxE and CDT toxins of C Difficile are derived. Lama # 5 received a ToxA-derived polypeptide, Lama # 5026 received a ToxB-derived polypeptide, and Lama # 5037 each received a polypeptide derived from ToxA, ToxB, and CDT. For the immunization with ToxA, the cysteine protease domain of ToxA (SEQ ID NO: 71 = amino acids 547-779 of SEQ ID NO: 69, 25 kDa) and for the immunization with ToxB the glycosyltransferase domain of ToxB (SEQ ID NO: 72 = amino acids 1-546 of SEQ ID NO: 70, 60 kDa). In each case, 400 μg of the ToxA or ToxB fragments or 50 μg of the CDT subunit CDTa were used for the primary immunization.

Die Toxinfragmente wurden in 400 μl PBS zu 500 μl des Specol Adjuvans (Cedi Diagnostics, Lelystad, The Netherlands) gegeben und bei 4°C dreimal kurz mit Ultraschall behandelt. Die Injektionen erfolgten subkutan in den Hals der Lamas. Die Immunisierung der Lamas wurde durch mehrere aufeinander folgende Injektionen der Antigene verstärkt. Den Lamas Nr. 5 und Nr. 5026 wurden weitere zwei Male, dem Lama Nr. 5037 weitere drei Male die betreffenden Antigene injiziert. Schließlich wurde Lamas Nr. 5 und 5026 elf Tage nach der 3. Injektion, dem Lama Nr. 5037 zehn Tage nach der 4. Injektion 20–100 ml Blut für die Herstellung einer Phagen-Display-Bibliothek abgenommen (vergleiche Beispiel 2).The toxin fragments were added to 500 μl of the Specol adjuvant (Cedi Diagnostics, Lelystad, The Netherlands) in 400 μl PBS and sonicated three times at 4 ° C. The injections were made subcutaneously in the larynx. Immunization of the llamas was enhanced by several consecutive injections of the antigens. Llamas # 5 and # 5026 were injected twice more, and Lama # 5037 was injected with the antigens three more times. Finally, Llamas # 5 and 5026, 11 days after the 3rd injection, Lama # 5037 ten days after the 4th injection, was bled 20-100 ml of blood for phage display library preparation (See Example 2).

Die erfolgreiche Induktion der humoralen Immunantwort wurde mittels eines Serum-Titer-ELISAs bestätigt. Über Nacht wurden die Vertiefungen einer ELISA-Platte bei 4°C mit 100 ng Antigen pro Vertiefung beschichtet und anschließend 2 h bei Raumtemperatur (RT) mit 5% Milchpulver in PBS blockiert. Als Antigene wurden die Fragmente verwendet, die bereits für die Immunisierung eingesetzt wurden. Die Seren wurde in einer Verdünnung von 1:1000 in PBS verwendet. Zur Detektion der gebundenen Antikörper wurde ein polyklonales Kaninchen-Anti-Lama-IgG-Serum verwendet (1:1000). Als sekundärer Antikörper wurde ein Schaf-Anti-Kaninchen-Peroxidase (PO) Konjugat (1:5000) verwendet. Die Detektion erfolgte mit 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine (TMB) und wurde durch die Zugabe von 0.5 M Schwefelsäure gestoppt. Am ELISA-Reader wurde bei 450 nm der Substratumsatz quantifiziert. Verglichen wurden die Präimmunseren mit den Immunseren der Lamas nach der dritten (Lamas Nr. 5, 5026) bzw. vierten Injektion (Lama Nr. 5037). Die Präimmunseren zeigten keine Reaktivität gegen die getesteten Antigene. Das Immunserum des Lamas 5026 zeigte nach den Immunisierungen keine starke Reaktivität gegen ToxB. Das Lama, welches mit drei Antigenen immunisiert wurde, zeigte eine hohe Reaktivität für alle Toxinantigene.The successful induction of the humoral immune response was confirmed by a serum titer ELISA. Overnight, the wells of an ELISA plate were coated at 4 ° C with 100 ng of antigen per well and then blocked for 2 h at room temperature (RT) with 5% milk powder in PBS. As antigens, the fragments were used, which were already used for immunization. The sera was used at a 1: 1000 dilution in PBS. To detect the bound antibodies, a polyclonal rabbit anti-llama IgG serum was used (1: 1000). As a secondary antibody, a sheep anti-rabbit peroxidase (PO) conjugate (1: 5000) was used. The detection was carried out with 3,3 ', 5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) and was stopped by the addition of 0.5 M sulfuric acid. The substrate turnover was quantified at 450 nm on the ELISA reader. The preimmune sera were compared with the llamas' immune sera after the third (Lamas No. 5, 5026) and fourth injection (Lama No. 5037). The preimmune sera showed no reactivity against the antigens tested. The immune serum of the lama 5026 showed after the Immunizations no strong reactivity against ToxB. The llama immunized with three antigens showed high reactivity for all toxin antigens.

Beispiel 2: Selektion und Sequenzanalyse von ToxA- und ToxB-spezifischen VHHs aus Phagen-Display-Bibliotheken der immunisierten LamasExample 2: Selection and sequence analysis of ToxA and ToxB specific VHHs from phage display libraries of the immunized llamas

Zur Herstellung einer Phagen-Display-Bibliothek wurde aus den peripheren Blutlymphozyten der Lamas nach der 3. bzw. 4. Injektion zunächst RNA isoliert und mittels reverser Transkription in cDNA umgeschrieben. Für die reverse Transkription wurden Random-Hexamere (RH6) verwendet, die an unterschiedlichen Positionen an die RNA binden. Aus dieser cDNA wurde die für die VHHs der Schwereketten-Antikörper kodierende Region mittels PCR mit den spezifischen und teilweise degenerierten Oligonukleotiden SHFmu/SHRmu und LHFmu/LHRmu amplifiziert:

Figure 00300001
Figure 00310001
(r, m, s und w bezeichnen Positionen mit variablen Nukleotiden: r = a oder g; m = a oder c; s = c oder g; w = a oder t.)For the preparation of a phage display library, RNA was first isolated from the peripheral blood lymphocytes of the llamas after the 3rd or 4th injection and transcribed into cDNA by means of reverse transcription. For reverse transcription, random hexamers (RH6) were used, which bind to the RNA at different positions. From this cDNA, the region encoding the VHHs of the heavy chain antibodies was amplified by PCR with the specific and partially degenerate oligonucleotides SHFmu / SHRmu and LHFmu / LHRmu:
Figure 00300001
Figure 00310001
(r, m, s and w denote positions with variable nucleotides: r = a or g, m = a or c, s = c or g, w = a or t.)

Die amplifizierten VHH-Fragmente wurden nach Verdau mit den Restriktionsendonukleasen SfiI und NotI in den Phagemid-Vektor pHEN2 kloniert (1). Die Ligationsprodukte wurden in E. coli transformiert, so dass eine VHH-Fragment exprimierende Phagen-Bibliothek entstand.The amplified VHH fragments were cloned into the phagemid vector pHEN2 after digestion with the restriction endonucleases SfiI and NotI ( 1 ). The ligation products were transformed into E. coli to give a VHH fragment-expressing phage library.

Spezifische Einzeldomänen-Antikörper wurden aus den Phagen-Display Bibliotheken mittels Panning selektiert, wobei die Einzeldomänen-Antikörper über ihre VHHs an die immobilisierten Antigene (ToxA, ToxB) banden, die zuvor in den Vertiefungen einer ELISA-Platte immobilisiert worden waren. Für ein Biotin-Panning wurden die oben beschriebenen ToxA bzw. ToxB Fragmente mit dem EZ-Link-Sulfo-NHS-Biotinylation Kit Thermo Scientific (Fisher Scientific, Schwerte Germany) biotinyliert. Das Biotin ist in der Lage, an Streptavidin-Agarose zu binden. 20 μl Streptavidin-Agarose wurden mit 2 μg der biotinylierten Antigene inkubiert und im Anschluss mit 10 μl der Phagenbibliothek inkubiert. Nach dem Waschen wurden die Phagen kompetitiv mit 2 μg des unkonjugierten Antigens eluiert, und der Überstand wurde für eine Reinfektion von E. coli mit den Phagen verwendet. Die Bibliotheken wurden 2 bis 3 derartigen Selektionszyklen unterzogen. Nach jeder Runde wurden 12 Klone sequenziert, um den Erfolg der Selektion zu überprüfen. Die Sequenz der final selektierten Klone ist in 2 aufgeführt.Single domain specific antibodies were selected from the phage display libraries by panning, whereby the single domain antibodies bound via their VHHs to the immobilized antigens (ToxA, ToxB) which had previously been immobilized in the wells of an ELISA plate. For biotin panning, the ToxA and ToxB fragments described above were biotinylated with the EZ-Link sulfo-NHS biotinylation kit Thermo Scientific (Fisher Scientific, Schwerte Germany). The biotin is able to bind to streptavidin-agarose. 20 μl of streptavidin agarose were incubated with 2 μg of the biotinylated antigens and then incubated with 10 μl of the phage library. After washing, the phages were competitively eluted with 2 μg of the unconjugated antigen, and the supernatant was used for reinfection of E. coli with the phage. The libraries were subjected to 2 to 3 such selection cycles. After each round, 12 clones were sequenced to verify the success of the selection. The sequence of the final selected clones is in 2 listed.

DNA-Sequenz-Analysen aus den zufällig gewählten Klonen bestätigten die erfolgreiche Klonierung eines breiten VHH-Repertoires der Bibliotheken. Die Sequenzierungen zeigten ferner, dass die CDR3 der VHHs eine Länge von 6-21 Aminosäuren aufweist. Alle Klone verfügen über das kanonische Cysteinpaar, das sich zwischen der FR1 und der FR3 ausbildet (siehe 2). Einige der sequenzierten Klone wiesen außerdem ein zusätzliches Cysteinpaar zwischen CDR2 und CDR3 auf.DNA sequence analysis from the randomly selected clones confirmed the successful cloning of a broad library VHH repertoire. The sequencing also showed that the CDR3 of VHHs is 6-21 amino acids in length. All clones have the canonical cysteine pair that forms between the FR1 and the FR3 (see 2 ). Some of the sequenced clones also had an additional cysteine pair between CDR2 and CDR3.

Beispiel 3: Rekombinante Herstellung von VHH-Einzeldomänen-Antikörpern in E. coliExample 3: Recombinant Production of VHH Single Domain Antibodies in E. coli

Die wie oben beschrieben identifizierten VHHs wurden rekombinant in E. coli produziert. Lösliche Einzeldomänen-Antikärger wurden durch Transformation des Vektorkonstrukts von Beispiel 2 in E. coli HB2151 (Genotyp: K12 D(lac-pro), ara, nalr, thi/F' [proAB, lacIq, lacZDM15]) erzeugt. Dieser Stamm ist in der Lage, das Stopcodon zwischen der für VHH kodierenden Sequenz und der für das g3-Kapsidprotein des M13-Phagen kodierenden Sequenz zu erkennen. Die transformierten Zellen von E. coli wurden in 100 ml 2 × YT (BD Difco, Heidelberg, 16 g/l Trypton, 5 g/l NaCl, 10 g/l Hefeextrakt) mit 100 μg/ml Carbenicillin bis zu einer optischen Dichte von 0.5 kultiviert. Die Proteinexpression wurde durch Isopropyl-β-D-thiogalactopyranosid (IPTG) induziert und nach drei Stunden durch Zentrifugation beendet. Mittels osmotischem Schock wurde die äußere Zellwand aufgebrochen. Die VHHs wurden über ihren Histidin-Tag durch Metallionen-Affinitätschromatographie mit einer Ausbeute zwischen 0.5 mg/l bis 1 mg/l aufgereinigt. Die VHHs wurden anschließend gegen PBS dialysiert und nach Bestimmung der Proteinkonzentration bei 4°C gelagert. Der Erfolg der Produktion und Aufreinigung wurde mittels SDS-PAGE Analyse bestätigt.The VHHs identified as described above were produced recombinantly in E. coli. Soluble single-domain antibodies were generated by transformation of the vector construct of Example 2 into E. coli HB2151 (genotype: K12 D (lac-pro), ara, nalr, thi / F '[proAB, lacIq, lacZDM15]). This strain is capable of recognizing the stop codon between the VHH coding sequence and the M13 phage coding sequence for the g3 capsid protein. The transformed cells of E. coli were dissolved in 100 ml 2 × YT (BD Difco, Heidelberg, 16 g / l tryptone, 5 g / l NaCl, 10 g / l yeast extract) were cultured with 100 μg / ml carbenicillin to an optical density of 0.5. Protein expression was induced by isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) and terminated by centrifugation after three hours. By osmotic shock, the outer cell wall was broken. The VHHs were purified via their histidine tag by metal ion affinity chromatography at a yield of between 0.5 mg / L to 1 mg / L. The VHHs were then dialysed against PBS and stored after determination of the protein concentration at 4 ° C. The success of the production and purification was confirmed by SDS-PAGE analysis.

Beispiel 4: Affinitätsanalyse der selektierten VHHsExample 4: Affinity analysis of the selected VHHs

Die Bindung der in Beispiel 3 rekombinant hergestellten VHHs an ToxA und ToxB wurde mittels ELISA getestet (3). Einzeldomänen-Antikörper wurden dabei durch Peroxidasekonjugierte Antikörper gegen ihren C-terminalen myc-Tag nachgewiesen. Als Antigene wurden 500 ng ToxA-CPD (die Cysteinprotease-Domäne von ToxA), ToxB-GT (die Glucosyltransferase-Domäne von ToxB), ToxA 1-809 (ein Fragment von Toxin A, das die Glucosyltransferase-Domäne und die Cysteinprotease-Domäne von ToxA umfasst), ToxB 1-807 (ein Fragment von Toxin B, das die Glucosyltransferase-Domäne und die Cysteinprotease-Domäne von ToxB umfasst), CDTa (der katalytischen Domäne von CDT) oder Milchpulver (MPBS) über Nacht bei 4°C in den Vertiefungen einer Mikrotiter/ELISA-Platte immobilisiert. Nach Blockierung der freien Bindungsstellen mit 5% Milchpulver/PBS für 2 h bei Raumtemperatur wurden VHH-Anti-Myc-Antikörper-Komplexe (vergleiche Beispiel 3) für 1 Stunde in den Vertiefungen inkubiert. Dazu wurden die VHHs (100 ng) zunächst mit einem Maus-Anti-c-Myc Antikörper (700 ng) für 10 min bei RT vorinkubiert, so dass VHH-Anti-Myc-Komplexe mit bivalenten Eigenschaften entstanden, und anschließend in die ELISA Platte gegeben. Als tertiärer Antikörper wurde ein Schaf-Anti-Maus-Peroxidase-Konjugat (1:5000) verwendet. Die Detektion erfolgte mit 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) und wurde durch die Zugabe von 0.5 M Schwefelsäure gestoppt. Am ELISA-Reader wurde bei 450 nm der Substratumsatz quantifiziert. Als Kontrollen wurden Milchpulver (MPBS), CDTa und der CDTa-spezifische VHH-Einzeldomänenantikörper (1 + 8) verwendet. Die VHHs L-10a (#2150, SEQ ID NO: 1), L-11a (#2147, SEQ ID NO: 6), und L-14 (#2145, SEQ ID NO: 8) zeigten spezifische Reaktionen mit ToxA-CPD und mit ToxA 1-809 (3A). Die VHHs L-7.II (#2971, SEQ ID NO: 15), S + 12 (#2967, SEQ ID NO: 16), L-14 (#2966, SEQ ID NO: 17) und L-7c.I (#2954, SEQ ID NO: 11) zeigen eine spezifische Bindung an ToxB-GT und an ToxB 1-807 (3B). Die VHH 5 + 12 kreuzreagierte mit ToxA 1-809, nicht aber mit CDTa oder MBPS (3B).The binding of the recombinantly produced VHHs to ToxA and ToxB was tested by ELISA ( 3 ). Single-domain antibodies were detected by peroxidase-conjugated antibodies against their C-terminal myc-tag. As antigens, 500 ng of ToxA-CPD (the toxA cysteine protease domain), ToxB-GT (ToxB's glucosyltransferase domain), ToxA 1-809 (a fragment of toxin A, the glucosyltransferase domain and the cysteine protease domain from ToxA), ToxB 1-807 (a fragment of toxin B comprising the Glucosyltransferase domain and the cysteine protease domain of ToxB), CDTa (the catalytic domain of CDT) or milk powder (MPBS) overnight at 4 ° C immobilized in the wells of a microtiter / ELISA plate. After blocking the free binding sites with 5% milk powder / PBS for 2 h at room temperature, VHH anti-Myc antibody complexes (compare Example 3) were incubated in the wells for 1 hour. For this purpose, the VHHs (100 ng) were first preincubated with a mouse anti-c-Myc antibody (700 ng) for 10 min at RT, resulting in VHH-anti-Myc complexes with bivalent properties, and then in the ELISA plate given. As a tertiary antibody, a sheep anti-mouse peroxidase conjugate (1: 5000) was used. The detection was carried out with 3,3 ', 5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) and was stopped by the addition of 0.5 M sulfuric acid. The substrate turnover was quantified at 450 nm on the ELISA reader. As controls milk powder (MPBS), CDTa and the CDTa specific VHH single domain antibody (1 + 8) were used. The VHHs L-10a (# 2150, SEQ ID NO: 1), L-11a (# 2147, SEQ ID NO: 6), and L-14 (# 2145, SEQ ID NO: 8) showed specific reactions with ToxA- CPD and with ToxA 1-809 ( 3A ). VHHs L-7.II (# 2971, SEQ ID NO: 15), S + 12 (# 2967, SEQ ID NO: 16), L-14 (# 2966, SEQ ID NO: 17), and L-7c. I (# 2954, SEQ ID NO: 11) show specific binding to ToxB-GT and to ToxB 1-807 ( 3B ). VHH 5 + 12 cross-reacted with ToxA 1-809, but not with CDTa or MBPS ( 3B ).

Die konzentrationsabhängige Bindung der VHHs an ToxA 1–809 (300 ng/Napf) und an ToxB 1-546 (230 ng/Napf) wurde analog mit monovalenten VHHs getestet (4). Dazu wurde oben beschriebener ELISA durchgeführt, wobei die VHHs nicht mit Anti-Myc-Antikärpern vorinkubiert wurden. Die VHHs (1 μg bis 3 ng) wurden in 1:3,3 Verdünnungsschritten für eine Stunde in den Vertiefungen der ELISA Platte inkubiert. Die Näpfe wurden 2 mal gewaschen. Zur Detektion der gebundenen VHHs wurde ein Maus-Anti-c-Myc Antikörper verwendet (700 ng/Napf). Als teritärer Antikörper wurde ein Schaf-Anti-MausIgG-Peroxidase (PO)-Konjugat (1:5000) verwendet. Die Detektion erfolgte wie oben beschrieben. Die VHHs L-10a (#2150, SEQ ID NO: 1), L-11a (#2147, SEQ ID NO: 6), und L-14 (#2145, SEQ ID NO: 8) banden konzentrationsabhängig an ToxA 1-809 (4A). Die VHHs L-7.II (#2971, SEQ ID NO: 15), S + 12 (#2967, SEQ ID NO: 16), L-14 (#2966, SEQ ID NO: 17) und L-7c.I (#2954, SEQ ID NO: 11) banden konzentrationsabhängig an ToxB-GT (4B). Darüber hinaus banden die VHHs L-7.II und S + 12 konzentrationsabhängig auch an ToxA-1-800 (4C). Im bivalenten ELISA Testformat, wie in 3B gezeigt, reagierte S + 12 deutlich stärker mit ToxA 1-809 als im monovalenten Testformat.The concentration-dependent binding of VHHs to ToxA 1-809 (300 ng / well) and to ToxB 1-546 (230 ng / well) was analogously tested with monovalent VHHs ( 4 ). For this purpose, the above-described ELISA was carried out, wherein the VHHs were not pre-incubated with anti-Myc antibodies. The VHHs (1 μg to 3 ng) were incubated in 1: 3,3 dilution steps for one hour in the wells of the ELISA plate. The wells were washed 2 times. To detect the bound VHHs, a mouse anti-c-Myc antibody was used (700 ng / well). The animal antibody used was a sheep anti-mouse IgG peroxidase (PO) conjugate (1: 5000). Detection was as described above. The VHHs L-10a (# 2150, SEQ ID NO: 1), L-11a (# 2147, SEQ ID NO: 6), and L-14 (# 2145, SEQ ID NO: 8) bound to ToxA 1 concentration-dependently. 809 ( 4A ). VHHs L-7.II (# 2971, SEQ ID NO: 15), S + 12 (# 2967, SEQ ID NO: 16), L-14 (# 2966, SEQ ID NO: 17), and L-7c. I (# 2954, SEQ ID NO: 11) bound to ToxB-GT (depending on concentration) ( 4B ). In addition, VHHs L-7.II and S + 12 also bound to ToxA-1-800 (depending on the concentration). 4C ). In the bivalent ELISA test format, as in 3B shown, S + 12 reacted significantly more strongly with ToxA 1-809 than in the monovalent assay format.

Beispiel 5: Hemmung der Cysteinprotease-Aktivität durch ToxA-spezifische VHHsExample 5: Inhibition of Cysteine Protease Activity by ToxA-Specific VHHs

Die Immunisierung der Lamas wurde mit der Cysteinprotease-Domäne (CPD) von ToxA durchgeführt. Die CPD von ToxA wird durch Inositol-Hexakisphosphat (InsP6) aktiviert. InsP6 ist ausschließlich in Eukaryonten vorhanden, so dass ToxA erst bei Kontakt mit Eukaryonten gespalten wird. In der Anwesenheit von InsP6, das nur in der Wirtszelle vorkommt, wird eine autokatalytische Prozessierung des Toxins eingeleitet. Durch die CPD wird der enzymatisch aktive N-Terminus vom C-terminalen Teil abgespalten und ins Zytosol entlassen ( Reineke et al. (2007), Nature, 446(7134):415–419 ).Immunization of the llamas was performed with the Cysteine Protease Domain (CPD) of ToxA. ToxA CPD is activated by inositol hexakisphosphate (InsP6). InsP6 is only present in eukaryotes, so that ToxA is cleaved only on contact with eukaryotes. In the presence of InsP6, which occurs only in the host cell, an autocatalytic processing of the toxin is initiated. By CPD, the enzymatically active N-terminus is cleaved from the C-terminal part and released into the cytosol ( Reineke et al. (2007) Nature, 446 (7134): 415-419 ).

Die Toxine ToxA 1-809 oder ToxB 1-807 (1 μg) wurden mit den anti-ToxA-spezifischen VHHs (von 0,08 μg bis 1,25 μg) für 1 h bei RT vorinkubiert. Die autoproteolytische Prozessierung der Toxine wurde durch Zugabe von 100 μM InsP6 induziert und der Ansatz in der Ab- bzw. Anwesenheit der VHHs für 1 h bei 37°C induziert. Die Proteaseaktivität wurde anschließend mittels SDS-PAGE visualisiert (5). Bei der Kontrolle ohne Zugabe von InsP6 (”–”) kam es zu keiner autokatalytischen Spaltung, bei Zugabe von InsP6 sind zwei Fragmente im Gel zu erkennen (”+”).The toxins ToxA 1-809 or ToxB 1-807 (1 μg) were preincubated with the anti-ToxA specific VHHs (from 0.08 μg to 1.25 μg) for 1 h at RT. The autoproteolytic processing of the toxins was induced by addition of 100 μM InsP6 and the batch was induced in the absence or presence of the VHHs for 1 h at 37 ° C. The protease activity was then visualized by SDS-PAGE ( 5 ). There was no autocatalytic cleavage in the control without the addition of InsP6 ("-"), and two fragments in the gel when added to InsP6 ("+").

Die Anti-ToxA-VHHs L-10a und L-11a blockierten Dosis-abhängig die autokatalytische Spaltung von ToxA. Kontroll VHHs (coVHH) zeigten selbst in hoher Dosis keine Hemmung der autokatlytischen Spaltung von ToxA. Keine der anti-ToxA VHHs blockierte die autokatalytische Spaltung von ToxB. The anti-ToxA VHHs L-10a and L-11a dose-dependently blocked the autocatalytic cleavage of ToxA. Control VHHs (coVHH) showed no inhibition of the autocatalytic cleavage of ToxA even at high dose. None of the anti-ToxA VHHs blocked the autocatalytic cleavage of ToxB.

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Claims (20)

Antigen-bindendes Polypeptid, das die CDR1-, CDR2-, und CDR3-Region einer VHH-Domäne eines Kamelid-Schwereketten-Antikörpers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid spezifisch im Bereich der Aminosäuren 1-800 eines Toxins mit Glykosyltransferase-Aktivität von Clostridium difficile bindet.An antigen-binding polypeptide comprising the CDR1, CDR2, and CDR3 region of a VHH domain of a camelid heavy chain antibody, characterized in that the polypeptide is specifically in the region of amino acids 1-800 of a toxin having glycosyltransferase activity of Clostridium difficile binds. Antigen-bindendes Polypeptid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die CDR-Regionen von einer VHH-Domäne eines Lamas abgeleitet sindAn antigen-binding polypeptide according to claim 1, characterized in that the CDR regions are derived from a VHH domain of a lamase Antigen-bindendes Polypeptid nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid spezifisch im Bereich der Aminosäuren 543-800 von Toxin A von Clostridium difficile bindet.The antigen-binding polypeptide according to claim 1 or 2, characterized in that the polypeptide binds specifically in the region of amino acids 543-800 of toxin A of Clostridium difficile. Antigen-bindendes Polypeptid nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid spezifisch im Bereich der Aminosäuren 1-544 von Toxin B von Clostridium difficile bindet.An antigen-binding polypeptide according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the polypeptide binds specifically to the region of amino acids 1-544 of toxin B of Clostridium difficile. Antigen-bindendes Polypeptid nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid: (a) die in SEQ ID NO: 18-20 dargestellten CDR-Sequenzen; (b) die in SEQ ID NO: 21-23 dargestellten CDR-Sequenzen; (c) die in SEQ ID NO: 24-26 dargestellten CDR-Sequenzen; (d) die in SEQ ID NO: 27-29 dargestellten CDR-Sequenzen; (e) die in SEQ ID NO: 30-32 dargestellten CDR-Sequenzen; (f) die in SEQ ID NO: 33-35 dargestellten CDR-Sequenzen; (g) die in SEQ ID NO: 36-38 dargestellten CDR-Sequenzen; (h) die in SEQ ID NO: 39-41 dargestellten CDR-Sequenzen; oder CDR-Sequenzen, die sich von den in (a)–(h) dargestellten CDR-Sequenzen in höchstens einer Aminosäure pro CDR unterscheiden, umfasst.An antigen-binding polypeptide according to claim 3, characterized in that the polypeptide: (a) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 18-20; (b) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 21-23; (c) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 24-26; (d) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 27-29; (e) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 30-32; (f) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 33-35; (g) the CDR sequences shown in SEQ ID NOS: 36-38; (h) the CDR sequences shown in SEQ ID NOS: 39-41; or CDR sequences other than the CDR sequences depicted in (a) - (h) in at most one amino acid per CDR. Antigen-bindendes Polypeptid nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid: (a) die in SEQ ID NO: 42-44 dargestellten CDR-Sequenzen; (b) die in SEQ ID NO: 45-47 dargestellten CDR-Sequenzen; (c) die in SEQ ID NO: 48-50 dargestellten CDR-Sequenzen; (d) die in SEQ ID NO: 51-53 dargestellten CDR-Sequenzen; (e) die in SEQ ID NO: 54-56 dargestellten CDR-Sequenzen; (f) die in SEQ ID NO: 57-59 dargestellten CDR-Sequenzen; (g) die in SEQ ID NO: 60-62 dargestellten CDR-Sequenzen; (h) die in SEQ ID NO: 63-65 dargestellten CDR-Sequenzen; (i) die in SEQ ID NO: 66-68 dargestellten CDR-Sequenzen; oder CDR-Sequenzen, die sich von den in (a)–(i) dargestellten CDR-Sequenzen in höchstens einer Aminosäure pro CDR unterscheiden, umfasst.An antigen-binding polypeptide according to claim 4, characterized in that the polypeptide: (a) the CDR sequences shown in SEQ ID NO: 42-44; (b) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 45-47; (c) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 48-50; (d) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 51-53; (e) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 54-56; (f) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 57-59; (g) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 60-62; (h) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 63-65; (i) the CDR sequences shown in SEQ ID NOs: 66-68; or CDR sequences which differ from the CDR sequences depicted in (a) - (i) in at most one amino acid per CDR. Antigen-bindendes Polypeptid nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid eine Aminosäuresequenz umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: (a) den Aminosäuresequenzen von SEQ ID NO: 1-8; und (b) einer Aminosäuresequenz, die mindestens 80% oder mehr Sequenzidentität zu einer der Aminosäuresequenzen von SEQ ID NO: 1-8 aufweist.The antigen-binding polypeptide of claim 3, characterized in that the polypeptide comprises an amino acid sequence selected from the group consisting of: (a) the amino acid sequences of SEQ ID NO: 1-8; and (b) an amino acid sequence having at least 80% or more sequence identity to any of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1-8. Antigen-bindendes Polypeptid nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid eine Aminosäuresequenz umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: (a) den Aminosäuresequenzen von SEQ ID NO: 9-17; und (b) einer Aminosäuresequenz, die mindestens 80% oder mehr Sequenzidentität zu einer der Aminosäuresequenzen von SEQ ID NO: 9-17 aufweist.The antigen-binding polypeptide of claim 4, characterized in that the polypeptide comprises an amino acid sequence selected from the group consisting of: (a) the amino acid sequences of SEQ ID NO: 9-17; and (b) an amino acid sequence having at least 80% or more sequence identity to any of the amino acid sequences of SEQ ID NOS: 9-17. Antigen-bindendes Polypeptid nach einem der Ansprüche 1–8 zur Verwendung in einem Verfahren zur therapeutischen Behandlung oder zur Diagnose einer Erkrankung, die durch Clostridium difficile verursacht wird.An antigen-binding polypeptide according to any one of claims 1-8 for use in a method for the therapeutic treatment or diagnosis of a disease caused by Clostridium difficile. Nukleinsäuremolekül, das für ein Antigen-bindendes Polypeptid nach einem der Ansprüche 1–8 kodiert.Nucleic acid molecule encoding an antigen-binding polypeptide according to any one of claims 1-8. Expressionsvektor, der ein Nukleinsäuremolekül nach Anspruch 10 umfasst.An expression vector comprising a nucleic acid molecule according to claim 10. Wirtszelle dadurch gekennzeichnet, dass die Wirtszelle ein Nukleinsäuremolekül nach Anspruch 10 oder einen Expressionsvektor nach Anspruch 11 umfasst. A host cell, characterized in that the host cell comprises a nucleic acid molecule according to claim 10 or an expression vector according to claim 11. Verfahren zur rekombinanten Herstellung eines Antigenbindenden Polypeptids nach einem der Ansprüche 1–8, bei dem man (a) eine Wirtszelle nach Anspruch 12 unter Bedingungen kultiviert, welche die Expression eines Nukleinsäuremoleküls nach Anspruch 10 erlauben; und (b) das Antigenbindende Polypeptid aus der Kultur isoliert.A process for the recombinant production of an antigen binding polypeptide according to any one of claims 1-8 comprising: (a) cultivating a host cell according to claim 12 under conditions permitting the expression of a nucleic acid molecule according to claim 10; and (b) isolating the antigen-binding polypeptide from the culture. Pharmazeutische Zusammensetzung, die ein Antigen-bindendes Polypeptid nach einem der Ansprüche 1–8 umfasst.A pharmaceutical composition comprising an antigen-binding polypeptide according to any one of claims 1-8. Verfahren zum Nachweis eines Glykosyltransferase-Aktivität aufweisenden Toxins von Clostridium difficile in einer biologischen Probe, bei dem man (a) ein Antigen-bindendes Polypeptid nach einem der Ansprüche 1–8 mit der biologischen Probe unter Bedingungen in Kontakt bringt, die. die Bildung von Komplexen aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin ermöglichen; und (b) die Komplexe aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin nachweist.A method of detecting a glycosyltransferase activity-containing toxin of Clostridium difficile in a biological sample comprising: (a) contacting an antigen-binding polypeptide according to any one of claims 1-8 with the biological sample under conditions which. allow the formation of complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin; and (b) detecting the complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin. Verfahren zur Aufreinigung und/oder Aufkonzentrierung eines Glykosyltransferase-Aktivität aufweisenden Toxins von Clostridium difficile, bei dem man (a) ein Antigen-bindendes Polypeptid nach einem der Ansprüche 1–8 mit der biologischen Probe unter Bedingungen in Kontakt bringt, die die Bildung von Komplexen aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin ermöglichen; und (b) die Komplexe aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin von der Probe abtrennt.A process for the purification and / or concentration of a glycosyltransferase activity-containing toxin of Clostridium difficile, in which (a) contacting an antigen-binding polypeptide of any one of claims 1-8 with the biological sample under conditions which allow the formation of complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin; and (b) separating the complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin from the sample. Verfahren zur Diagnose einer durch Clostridium difficile vermittelten Erkrankung, bei dem man (a) ein Antigen-bindendes Polypeptid nach einem der Ansprüche 1–8 mit der biologischen Probe eines Patienten unter Bedingungen in Kontakt bringt, die die Bildung von Komplexen aus dem Antigen-bindenden Polypeptid und dem Toxin ermöglichen; und (b) Komplexe aus dem Polypeptid und dem Toxin nachweist; wobei der Nachweis der Komplexe in Schritt (b) darauf hinweist, dass der Patient an einer durch Clostridium difficile verursachten Erkrankung leidet.A method for the diagnosis of a Clostridium difficile-mediated disease in which (a) contacting an antigen-binding polypeptide of any one of claims 1-8 with the biological sample of a patient under conditions which permit the formation of complexes of the antigen-binding polypeptide and the toxin; and (b) detecting complexes of the polypeptide and the toxin; wherein the detection of the complexes in step (b) indicates that the patient is suffering from a disease caused by Clostridium difficile. Verwendung eines Antigen-bindenden Polypeptids nach einem der Ansprüche 1–8 zur therapeutischen Behandlung oder zur Diagnose einer Erkrankung, die Clostridium difficile verursacht wird.Use of an antigen-binding polypeptide according to any one of claims 1-8 for the therapeutic treatment or diagnosis of a disease caused by Clostridium difficile. Verfahren nach Anspruch 17 oder Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkrankung eine Kolitis ist.A method according to claim 17 or a use according to claim 18, characterized in that the disease is colitis. Kit zum Nachweis von Clostridium difficile, dadurch gekennzeichnet, dass das Kit ein Antigen-bindendes Polypeptid nach einem der Ansprüche 1–8 umfasst.A kit for the detection of Clostridium difficile, characterized in that the kit comprises an antigen-binding polypeptide according to any one of claims 1-8.
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