Dans les leucémies aiguës myéloïdes (LAM), l’activation anormale de nombreuses voies de signalisation intracellulaires favorise la croissance et la survie des cellules tumorales. L’amélioration des connaissances biologiques de ces pathologies hétérogènes, dont le pronostic est réservé, devrait permettre le développement de thérapies ciblées. La kinase oncogénique mTOR est présente au sein de deux complexes, parmi lesquels mTORC1, activé constitutivement dans la majorité des blastes primaires de patients porteurs de LAM, qui contrôle la synthèse protéique, et mTORC2 activé constitutivement dans 50% des LAM. Les inhibiteurs allostériques de mTORC1 (la rapamycine et ses dérivés) n’inhibent pas la phosphorylation du répresseur traductionnel 4E-BP1, ne diminuent pas la traduction et induisent peu d’apoptose in vitro dans les LAM. Utilisés en monothérapie, leur effet est décevant. De plus ces inhibiteurs n’agissent pas sur le complexe mTORC2. J’ai étudié l’effet d’un inhibiteur catalytique de mTOR, l’AZD8055, actif sur les deux complexes. In vitro, l’AZD8055 inhibe efficacement la signalisation en aval de mTORC1 et de mTORC2, dont les sites de phosphorylation de 4E-BP1 résistants à la rapamycine, ainsi que la synthèse protéique. Il diminue la prolifération, bloque le cycle cellulaire en phase G0G1 et induit une apoptose caspase-dépendante dans les blastes primaires de LAM. Il diminue également la clonogénicité des progéniteurs leucémiques, sans affecter celle des cellules CD34+ normales. Dans un modèle murin de xéno-transplantation, l’AZD8055 inhibe la croissance tumorale et améliore la survie des souris traitées. Je me suis également intéressée à la régulation de l’activité de mTORC1 par les acides aminés. Dans les cellules de mammifères, l’activation de mTORC1 nécessite la présence de glutamine et de leucine qui agissent en coopération via deux transporteurs membranaires, SLC1A5 et SLC7A5/SLC3A2. J’ai montré que la privation en glutamine, obtenue par l’activité glutaminase de la drogue L-asparaginase ou par l’utilisation de milieux de culture spécifiques dépourvus sélectivement en acides aminés, inhibe l’activation de mTORC1 et induit de l’apoptose dans diverses lignées leucémiques et dans les blastes primaires de LAM. La L-asparaginase inhibe la synthèse protéique et ses effets fonctionnels sont liés à son activité glutaminase. J’ai pu également constater une augmentation de l’expression protéique de la glutamine synthase induite par la Lasparaginase, dont l’inhibition majore l’apoptose induite par la L-asparaginase dans certaines lignées leucémiques. J’ai également étudié l’effet de l’inhibition spécifique par un shARN inductible du transporteur SLC1A5, qui permet l’import de glutamine. L’inhibition de SLC1A5 bloque la réactivation de mTORC1 par l’association leucine/glutamine après privation et induit de l’apoptose dans la lignée leucémique MOLM14. Cette inhibition diminue la croissance tumorale dans un modèle de xénogreffe / Acute myeloid leukaemias (AML) are heterogeneous diseases associated with poor prognosis. In AML, aberrant activation of many signaling pathways enhances proliferation and survival of leukemic blast cells. Understanding the mechanisms underlying survival of tumoral cells should allow the development of targeted therapies. The oncogenic kinase mTOR belongs to two distinct multimeric complexes. MTORC1 that controls protein translation, is constitutively activated in most of primary blast cells at AML diagnosis, while mTORC2 is constitutively activated in about half of AML samples. In AML, some phosphorylation events of the translational repressor 4E-BP1, are resistant to allosteric inhibitors of mTORC1 including rapamycin and its analogs. These first generation inhibitors of mTORC1 have only few effects on AML and do not induce significant apoptosis in vitro. I have tested a second generation mTOR kinase inhibitor active on both mTORC1 and mTORC2 complexes. In vitro, AZD8055 blocked mTORC1 and mTORC2 signaling, including 4E-BP1 rapamycin resistant phosphorylation events and protein synthesis. This compound decreased AML blast cells proliferation and cell cycle progression, reduced the clonogenic growth of leukemic progenitors and induced caspase-dependant apoptosis in leukemic cells but not in normal immature CD34+ cells. Finally, AZD8055 reduced tumor growth and improved survival in xenografted mouse model. In the second part of this work, I have studied the regulation of mTORC1 by amino acids in AML. In mammalian cells, activation of mTORC1 requires the presence of glutamine and leucine acting together via two membrane transporters, SLC1A5 and SLC7A5/SLC3A2. I showed that glutamine deprivation, obtained by L-asparaginase glutaminase activity or specific alpha-MEM use, inhibited mTORC1 and induced apoptosis in AML cell lines and primary AML blasts. L-asparaginase also inhibited protein synthesis and I have observed a correlation between the functional effects of L-asparaginase and its glutaminase activity. L-asparaginase induced an up-regulation of glutamine synthase (GS) protein and shRNA-induced GS inhibition increased L-asparaginase-dependant apoptosis in the MV4-11 AML cell line. I have also studied the effects of SLC1A5 inhibition with an inducible shRNA expressed in MOLM14 cells. Inhibition of this high afffinity transporter for glutamine blocked mTORC1 stimulation by leucine and glutamine after deprivation and induced apoptosis in MOLM-14 cell line. SLC1A5 inhibition reduced tumor growth and improved survival in transplanted mice

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-05-03T15:15:54Z No. of bitstreams: 1 Sheylla Araujo da Silva.pdf: 1281249 bytes, checksum: 35ab93d3a30418140a86454d6ccdb6cd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-03T15:15:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sheylla Araujo da Silva.pdf: 1281249 bytes, checksum: 35ab93d3a30418140a86454d6ccdb6cd (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Because biodiversity of the Amazon region and the enzyme potential of yeasts, this study aimed to select a producing yeast L-asparaginase, identify and assess the production parameters. In addition to analyzing the isolated influence of glucose in the biomass and L-asparaginase, biochemically characterize the enzymatic activity, perform pre-purification and to assess the degree of purity of the enzyme and its potential as an agent antiacrilamida. There were used 21 strains of yeasts and yeast with increased L-asparaginase activity was identified by DNA sequencing using NL-1 and NL-4 primers and used for evaluation of production parameters using two statistical planning, Plackett-Burman (PB) and Composite Central (CCD) . Glucose was evaluated by varying the concentration in the medium (0.5%, 1.0% and 5.0%) and through a factorial design 22 having as variables glucose (%) and aeration (%). A pre- purification was performed with ammonium sulfate evaluated on SDS-PAGE 12.5%. The test agent was aintiacrilamida as by inhibiting the formation of a polyacrylamide of 30% acrylamide solution. The selected yeast was identified as Tilletiopsis minor and the significant variables were presented by PB L- asparagine, yeast extract and MgSO4 , presenting 1975.67 U.mL-1 through L- aspraginase CCD 25 g.L-1 of L-asparagine, 40 g.L-1 yeast extract, 0.35 g.L-1 MgSO4 with medium adjusted to pH 5.0 at 28 °C for 72 hours. The results on the influence of glucose alone revealed that high levels of glucose decrease the production of L-asparaginase obtained with maximal activity at 1.0% glucose and aeration of 40%. The pH and optimum temperature of the enzyme was 7.0 and 50 °C respectively, and the Na+ ion with higher inhibitory effect on the L-asparaginase activity. The L-asparaginase produced showed a 7.8 purification factor in the fraction of 20-40% ammonium sulfate and 100% inhibited the formation of polyacrylamide . The electrophoretic profile showed a sharper band 80.5 kDa . The results show the Tilletiopsis minor studied as new producer of L-asparaginase source with potential for applications in the food industry. / Devido a biodiversidade da Região Amazônica e ao potencial enzimático das leveduras, o presente trabalho visou O presente trabalho buscou selecionar uma levedura produtora de L-asparaginase, identificar e avaliar os parâmetros de produção. Além de analisar a influência isolada da glicose na produção de biomassa e de L-asparaginase, caracterizar bioquimicamente a atividade enzimática, realizar pré-purificação e avaliar o grau de pureza da enzima e seu potencial como agente antiacrilamida Foram utilizadas 21 linhagens de leveduras e a levedura com maior atividade de L-asparaginase foi identificada por sequenciamento de DNA utilizando os primers NL-1 e NL-4 e utilizada para a avaliação dos parâmetros de produção através de dois planejamentos estatísticos, Plackett-Burman (PB) e Central Composto (CCD). A glicose foi avaliada variando a concentração no meio (0,5%, 1,0% e 5,0%) e através de planejamento fatorial 22 tendo como variáveis glicose (%) e aeração (%). A pré-purificação foi realizada com sulfato de amônia avaliada em SDS-PAGE 12,5%. O Teste como agente aintiacrilamida foi mediante a inibição da formação de poliacrilamida de uma solução de acrilamida a 30%. A levedura selecionada foi identificada como Tilletiopsis minor e as variáveis significativas apresentadas pelo PB foram L-asparagina, extrato de levedura e MgSO4, apresentando 1975,67 U.mL-1 de L-aspraginase através do CCD com 25 g.L-1 de L-asparagina, 40 g.L-1 de extrato de levedura, 0,35 g.L-1 de MgSO4 com meio ajustado para pH 5,0, a 28°C, durante 72 horas. Os resultados obtidos sobre a influência isolada da glicose revelaram que altos níveis de glicose diminuem a produção de L-asparaginase obtendo atividade máxima com glicose a 1,0% e aeração de 40%. O pH e temperatura ótima da enzima foi 7,0 e 50°C, respectivamente, sendo o Na+ o íon com maior efeito inibitório na atividade de L-asparaginase. A L-asparaginase produzida apresentou um fator de purificação de 7,8 na fração de 20-40% de sulfato de amônio e inibiu 100% a formação de poliacrilamida. O perfil eletroforético demonstrou uma banda mais acentuada de 80,5kDa. Os resultados obtidos evidenciam a Tilletiopsis minor estudada como nova fonte produtora de L-asparaginase.com potencial para aplicações na indústria de alimentos.

Growth of Escherichia coli A-l under aerobic conditions in an enriched medium with a total amount of 0.2 per cent glucose was biphasic and asparaginase II activity was detected after depletion of ammonia from the growth medium in the second phase of growth. Glucose was exhausted two hours before ammonia and three hours before asparaginase II activity was detected. The concentration of 3',5'-cyclic adenosine monophosphate was found to fluctuate when the dissolved oxygen in the medium reached a low level, when glucose and ammonia were exhausted, and when the cells entered the second stationary phase of growth. Culture tube studies of the growth of E_j_ coli A-l in three per cent nutrient broth with varied concentrations of ammonium chloride and potassium nitrate gave lower specific activity of asparaginase II when this was compared to that seen in three per cent nutrient broth alone. The addition of glucose to the same medium before asparaginase II activity was detected resulted in the production of acid by E. coli A-l with cessation of growth; however, addition after L-asparaginase synthesis had started did not affect the specific activity of the enzyme. The addition of ammonium chloride suppressed L-asparaginase synthesis, but addition after enzyme synthesis started had no affect. These findings suggest that asparaginase II is produced by E. coli A-l in response to low concentrations of ammonia and that exogenously supplied nitrogen compounds may play a major role in the regulation of this enzyme. It is suggested that E. coli A-l produced L-asparaginase in order to obtain ammonia for the synthesis of glutamine from glutamate. The synthesis of glutamine from glutamate is the first step of a highly branched pathway which ultimately leads to the synthesis of many of the important macromolecules of the cell.

The diploma thesis deals with the Influence of the Enzyme L-asparagine and the Inorganic salts (NaCl, CaCl2, NaHCO3 and NH4HCO3) on the elimination of the acrylamide in food-stuffs and a simulated model cereal matrix. The acrylamide belongs to the probable carcinogenic compounds which is incipient in the course of thermal processing of food, which are rich in the reducing sugars and amino acids as L-asparagine. Because of L-asparagine is the natural component of cereals and simultaneously is dominant antecedent incipient acrylamide, the way of the elimination by enzyme L-asparaginase (or the combination of L-asparaginase and salt) leads to the reduced level of acrylamide in a final product. The L- asparagine and salts were used on food-stuffs and a simulated model cereal matrix. It was found that individual used substances (except for NH4HCO3) cause the reduction of acrylamide production even about 90 % without change in the sensory properties of final product.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23608号 / 医博第4795号 / 新制||医||1055(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 妹尾 浩, 教授 中島 貴子, 教授 戸井 雅和 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Utilizada amplamente como agente terapêutico no tratamento da leucemia linfoblástica aguda (LLA), a L-Asparaginase II (ASNase) é uma enzima que atua diminuindo a concentração de asparagina livre no plasma. Dessa forma, impede o fornecimento de asparagina para a proliferação de células malignas, as quais ao contrário das células saudáveis, não conseguem sintetizar a asparagina. A ASNase utilizada atualmente no Brasil é importada, o que gera problemas com custo e abastecimento. Sendo assim, é notavelmente atrativa a procura por sistemas que apresentem níveis elevados de expressão de asparaginase e o encontro de formas de produzir tal enzima para um fácil acesso e, se possível, com menor potencial alérgico. Isso nos incentiva a estudar a produção biotecnológica de ASNase produzida em Escherichia coli BL21 (DE3) recombinante que super expressa esta enzima. O objetivo deste trabalho foi estabelecer, em agitador orbital e sistema descontínuo, os parâmetros do cultivo e indução da bactéria Escherichia coli BL21 visando à produção de ASNase, os quais serão úteis para futuros estudos em sistema descontínuo-alimentado. Nosso trabalho avaliou fatores que influenciam a fase de crescimento e/ou a fase de indução da E. coli BL21 (DE3): meio de cultivo baseado na composição elementar, controle do pH, uso de glicose ou glicerol como fonte de carbono, formação de acetato, tempo inicial e final da indução, permeabilização celular para secreção da ASNase, concentração de indutor, temperatura de pós-indução. Nós apresentamos uma estratégia para produção extracelular de ASNase em E. coli BL21 (DE3) pelo crescimento em meio Luria Bertani (LB) modificado para permeabilização celular. A produtividade volumétrica de ASNase extracelular foi 484 IU L h-1 em agitador orbital, correspondendo a 89 % de secreção após 24h de pós-indução com IPTG a 37 ºC. Isto representou rendimento 50 % maior para a ASNase total e 15,5 vezes mais secreção de ASNase em relação ao uso do meio LB modificado. Entretanto no cultivo em biorreator de 3 L nas mesmas condições (exceto a forma de aeração: 500 rpm de agitação e 1 vvm de vazão de ar, kLa = 88 h-1) operado em regime descontínuo foram obtidos resultados semelhantes aos cultivos em agitador orbital, sendo a produtividade volumétrica da ASNase extracelular igual a 525 IU L h-1 após 20 h de pós-indução. A biomassa obtida para agitador orbital e biorreator foi 3,26 e 2,63 g L-1, respetivamente. Por esse motivo, esses resultados foram considerados promissores para aumentar a produtividade nos futuros ensaios em biorreator operado em regime descontinuo-alimentado. / Widely used as a therapeutic agent in the treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL), L-Asparaginase II (ASNase) is an enzyme that works by reducing the concentration of free asparagine in plasma. Thus, it prevents the delivery of asparagine to the proliferation of malignant cells, which unlike healthy cell, cannot synthesize asparagine. ASNase currently used in Brazil is imported, which causes problems with cost and supply. Thus, the search for systems with high levels of asparaginase expression and the finding of ways to produce this enzyme for easy access and, if possible, with a lower allergic potential, are strikingly attractive. This encourages us to study the biotechnological production of ASNase in recombinant Escherichia coli BL21 (DE3) which super expresses this enzyme. The objective of this work was to establish, in shaker and batch bioreactor system, growth and induction parameters of the Escherichia coli BL21 aiming the production of ASNase, which will be useful for future studies in a fed-batch system. Our work evaluated factors that influenced the growth and induction phase of E. coli BL21 (DE3): culture medium based on elemental composition, pH control, use of glucose or glycerol as carbon source, formation of acetate, initial and final induction time, cellular permeabilization for ASNase secretion, inducer concentration, post-induction temperature. We performed a strategy for extracellular production of ASNase in E. coli BL21 (DE3) by growing in modified Luria Bertani (LB) medium for cell permeabilization. The volumetric productivity of extracellular ASNase was 484 IU L h-1 on shaker, which reached 89% secretion at 24 h of post-induction with IPTG at 37°C. This represented an increase yield of 50 % regarding to the total ASNase formed and 15.5 times the ASNase secretion as compared to that attained with LB modified. While in batch 2L-bioreactor cultivation under the same conditions (except for the aeration employed: 500 rpm of stirring and 1 vvm of air flow, kLa = 88 h-1) it was obtained similar results in relation to shaker cultures. The volumetric productivity of extracellular ASNase was 525 IU L h-1 at 20 h of post-induction. The biomass obtained for shaker and bioreactor were 3.26 and 2.63 g L-1, respectively. For this reason, we consider these promising results to increase productivity in future studies in bioreactor operated as fed-batch regimen.

A L- asparaginase é uma enzima aplicada no tratamento de Leucemia Linfoide Aguda, que atua na hidrólise da L- asparagina, privando a célula tumoral de um aminoácido essencial para o seu crescimento. A L- asparaginase, como outros biofármacos, deve ser estável, manter sua atividade específica e formar poucos agregados. A fim de manter a integridade do biofármaco, são utilizados adjuvantes nas formulações farmacêuticas, e dentre os mais importantes estão os osmólitos. Essas moléculas protegem a estrutura nativa da proteína, sendo capazes de interferir na formação de agregados e garantir a estabilidade proteica. O presente trabalho teve o objetivo de estudar o efeito dos osmólitos sacarose, sorbitol, arginina e glicina na atividade específica, estabilidade, cinética e caracterização de agregados na solução de L- asparaginase II de Erwinia chrysanthemi. Os resultados mostraram que a maioria dos osmólitos testados aumentou a atividade específica e a estabilidade da enzima, o que pode estar relacionado com o aumento da velocidade máxima e do kcat observados no ensaio cinético realizado com sacarose e sorbitol. Um perfil diferente de agregados foi encontrado para cada tipo de osmólito. A presença de sacarose ou sorbitol resultou na menor quantidade de agregados na faixa de, respectivamente, 100 a 200 e 200 a 300 nm em relação a enzima sem osmólito. Por outro lado, aumento no número total de agregados e presença de moléculas de alto peso molecular (300 a 500 nm) foram observados nas soluções enzimáticas contendo, respectivamente, glicina e arginina. Dessa forma, os resultados obtidos neste trabalho poderão auxiliar na produção e escolha da formulação de biofármacos, e, consequentemente, melhorar o tratamento medicamentoso de pacientes. / L L-Asparaginase is an enzyme applied in the treatment of Acute Lymphoblastic Leukemia, which acts on the hydrolysis of L- asparagine, depriving the tumor cell of an essential amino acid for its growth. L-asparaginase, as other biopharmaceuticals, must be stable, maintain its specific activity and form few aggregates. In order to maintain the integrity of the biopharmaceutical, adjuvants are used in the pharmaceutical formulations, and among the most importants adjuvants are the osmolytes. These molecules protect the native structure of the protein, being able of interfering in the formation of aggregates and guarantee protein stability. The present work had the objective of studying the effect of the osmolytes sucrose, sorbitol, arginine and glycine in the specific activity, stability, kinetic and aggregates characterization, in L- asparaginase II solution of Erwinia chrysanthemi. The results showed that the majority of the tested osmolytes increased the specific activity of the enzyme and its stability, which may be related to the augment of maximum velocity and kcat observed in the kinetic assay performed with sucrose and sorbitol. A different profile of aggregates was found for each type of osmolyte. The presence of sucrose or sorbitol resulted in the least amount of aggregates in the range of, respectively, 100-200 and 200-300nm in relation to the enzyme without osmolyte. On the other hand, increase in the total number of aggregates and the presence of high molecular weight molecules (300 to 500 nm) were observed in the enzymatic solutions containing, respectively, glycine and arginine. Thus, the results obtained in this work may help in the production and choice of the formulation of biopharmaceuticals and, consequently, improve the drug treatment of patients.

A leucemia linfóide aguda (LLA) é considerada uma doença grave dos glóbulos brancos, sendo mais comum e mais agressiva em crianças e adolescentes. O tratamento para a LLA tem avançado devido aos estudos para a otimização de drogas já utilizadas em quimioterapias. Entre essas drogas estão as enzimas L- asparaginases (ASPases) que atuam reduzindo a concentração de L-asparagina (Asn) na corrente sanguínea, impedindo a proliferação das células cancerosas, visto que essas não conseguem sintetizar quantidades apropriadas desse aminoácido. No entanto, o medicamento por ser oriundo de um procarioto causa severas reações alérgicas aos usuário, afim de diminuir a imunogenicidade deste quimioterápico, é importante gerar um biofármaco oriundo de um eucarioto. Neste âmbito, obtivemos a Pichia pastoris recombinante responsável pela produção da enzima ASPase intermembranar, oriunda do gene ASP3 de Saccharomyces cerevisiae. Através do planejamento experimental, foi possível ter um aumento de 5 vezes na atividade obtida na condição inicial. O clone Mut+ alcançou sua melhor atividade de 8,6 U/g de célula nas seguintes condições: 20°C, pH inicial 6 e 1,5% de concentração de indutor. / Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is considered a serious disease of white blood cells, is more common and more aggressive in children and adolescents. Treatment for ALL has advanced due to studies for drug optimization already used in chemotherapy. Among these drugs are the enzymes L-asparaginases (ASPases) which act by reducing the concentration of L-asparagine (Asn) in the bloodstream, preventing the proliferation of cancer cells, since these can not synthesize appropriate amounts of this amino acid. However, the drug to be derived from a prokaryote causes severe allergic reactions to the user, in order to decrease the immunogenicity of the chemotherapy, it is important to generate a biopharmaceutical derived from a eukaryote. In this context, we obtained the recombinant Pichia pastoris responsible for producing the enzyme ASPase intermembrane, coming from the ASP3 gene of Saccharomyces cerevisiae. Through the experimental design, it was possible to have a 5-fold increase in activity obtained at the initial condition. The Mut + clone achieved their best activity of 8.6 U/g cell under the following conditions: 20 °C, initial pH 6 and 1.5% of inducer concentration.

A enzima L-asparaginase (ASNase) de Escherichia coli é amplamente utilizada para tratar a leucemia linfoblástica aguda (LLA). No entanto, a enzima nativa pode ativar o sistema imune do hospedeiro causando reações alérgicas. A forma peguilada da enzima (PEG-ASNase) não só reduz o efeito imunológico, mas também possui a vantagem de aumentar sua meia-vida plasmática devido à menor degradação por proteases. Não obstante, a conjugação de PEG à ASNase é de forma aleatória e resulta em elevado grau de polidispersão. Nesse trabalho, um protocolo de peguilação N-terminal sítio-específica para a enzima ASNase foi desenvolvido, empregando-se metoxi-polietilenoglicol carboximetil N-hidroxisuccinimidil ester (mPEG-NHS, MW = 10 kDa). Os parâmetros de reação investigados foram a força iônica do tampão, o pH e o tempo de reação para otimizar o rendimento e minimizar a polidispersão. Os resultados confirmaram a ocorrência da reação de peguilação e baixa polidispersão. A força iônica do tampão favoreceu a conjugação N-terminal em 100 mM de tampão fosfato salino (PBS). Também observamos que o aumento do pH e tempo de reação estão diretamente relacionados com o aumento de formas polipeguiladas. O maior rendimento de monoPEG-ASNase, 42%, correspondeu à condição de reação de pH 7,5, tempo de reação de 30 min e razão PEG:enzima de 25:1. A monoPEG-ASNase foi purificada em coluna aniônica forte com gradiente linear de NaCl até 170 mM e a fração monopeguilada foi eluída em NaCl 78 mM com grau de pureza de 70% (rendimento de 55%). A cromatografia de exclusão por tamanho aumentou a pureza da monoPEG-ASNase para 99% (rendimento final de 45%). A monoPEG-ASNase, 190 ± 10 kDa, manteve sua atividade específica por 21 dias à 4ºC, enquanto que a enzima não peguilada (controle), 146 ± 6 kDa, teve uma queda de aproximadamente 52% na atividade específica em 7 dias à 4ºC. Um estudo de cinética enzimática foi realizado e obtivemos valores de kM semelhantes para as formas da enzima nativa e monopeguilada, 20 µM e 35 µM respectivamente. A monoPEG-ASNase apresentou-se mais resistente às proteases plasmáticas asparagina endopeptidase e catepsina B, por 84 h à 37 °C e apresentou ser citotóxica para células leucêmicas (MOLT-4 e Reh). Portanto, a peguilação N-terminal sítio-específica resultou em uma nova variante da ASNase que reteve grande parte de seu poder catalítico e pode ser considerada promissora para o emprego no tratamento da LLA. / The enzyme L-asparaginase (ASNase) from Escherichia coli is widely used to treat acute lymphoblastic leukemia (LLA). However, it can activate the host causing allergic reactions. Hence, the pegylated form of the enzyme (PEG-ASNase) not only reduces the immune effect but also increases plasma half-life. Nonetheless, the available PEG-ASNase is randomly pegylated and, consequently, with high degree of polydispersity. In this work we developed a site-specific N-terminus pegylation protocol for ASNase using methoxy-polyethylene glycol carboxymethyl N-hydroxysuccinimidyl ester (mPEG-NHS, MW = 10 kDa). Reaction parameters investigated were ionic strength, pH and reaction time to optimize yield and minimize polydispersity. Results confirmed pegylation and low polydispersity. Buffer ionic strength favored N-terminal conjugation at 100 mM phosphate buffer saline (PBS). Additionally, pH and reaction time were found to increase polyPEGylated species. The highest yield of monoPEG-ASNase, 42%, corresponded to reaction conditions of pH 7.5, reaction time of 30 min and PEG:ASNase ratio of 25:1. The monoPEG-ASNase was purified in a strong anionic column with NaCl linear gradient up to 170 mM and monoPEG-ASNase was eluted with 78 mM NaCl, 70% pure (55% yield). Size exclusion chromatography was further performed and increased monoPEG-ASNase purity to 99% (45% final yield). The monoPEG-ASNase, 190 ± 10 kDa was stable for 21 days at 4ºC while nonpegylated ASNase (control), 146 ± 6 kDa, lost 52% of its activity within 7 days at 4ºC. Enzyme kinetics were studied and similar kM values were obtained for both native and monoPEG-ASNase, 20 µM and 35 µM respectively. The monoPEG-ASNase demonstrated to be resistant to the plasma proteases asparaginyl endopeptidase and cathepsin B, 84 h at 37 °C and also was cytotoxic to leukemic cells (MOLT-4 and Reh). Therefore, site-specific N-terminus pegylation of ASNase resulted in a novel enzyme variant with preserved catalytic activity and, therefore, promising for the treatment of LLA.

A enzima L-asparaginase (ASNase) de Escherichia coli é amplamente utilizada para tratar a leucemia linfoblástica aguda (LLA). No entanto, a enzima nativa pode ativar o sistema imune do hospedeiro causando reações alérgicas. A forma peguilada da enzima (PEG-ASNase) não só reduz o efeito imunológico, mas também possui a vantagem de aumentar sua meia-vida plasmática devido à menor degradação por proteases. Não obstante, a conjugação de PEG à ASNase é de forma aleatória e resulta em elevado grau de polidispersão. Nesse trabalho, um protocolo de peguilação N-terminal sítio-específica para a enzima ASNase foi desenvolvido, empregando-se metoxi-polietilenoglicol carboximetil N-hidroxisuccinimidil ester (mPEG-NHS, MW = 10 kDa). Os parâmetros de reação investigados foram a força iônica do tampão, o pH e o tempo de reação para otimizar o rendimento e minimizar a polidispersão. Os resultados confirmaram a ocorrência da reação de peguilação e baixa polidispersão. A força iônica do tampão favoreceu a conjugação N-terminal em 100 mM de tampão fosfato salino (PBS). Também observamos que o aumento do pH e tempo de reação estão diretamente relacionados com o aumento de formas polipeguiladas. O maior rendimento de monoPEG-ASNase, 42%, correspondeu à condição de reação de pH 7,5, tempo de reação de 30 min e razão PEG:enzima de 25:1. A monoPEG-ASNase foi purificada em coluna aniônica forte com gradiente linear de NaCl até 170 mM e a fração monopeguilada foi eluída em NaCl 78 mM com grau de pureza de 70% (rendimento de 55%). A cromatografia de exclusão por tamanho aumentou a pureza da monoPEG-ASNase para 99% (rendimento final de 45%). A monoPEG-ASNase, 190 ± 10 kDa, manteve sua atividade específica por 21 dias à 4ºC, enquanto que a enzima não peguilada (controle), 146 ± 6 kDa, teve uma queda de aproximadamente 52% na atividade específica em 7 dias à 4ºC. Um estudo de cinética enzimática foi realizado e obtivemos valores de kM semelhantes para as formas da enzima nativa e monopeguilada, 20 µM e 35 µM respectivamente. A monoPEG-ASNase apresentou-se mais resistente às proteases plasmáticas asparagina endopeptidase e catepsina B, por 84 h à 37 °C e apresentou ser citotóxica para células leucêmicas (MOLT-4 e Reh). Portanto, a peguilação N-terminal sítio-específica resultou em uma nova variante da ASNase que reteve grande parte de seu poder catalítico e pode ser considerada promissora para o emprego no tratamento da LLA. / The enzyme L-asparaginase (ASNase) from Escherichia coli is widely used to treat acute lymphoblastic leukemia (LLA). However, it can activate the host causing allergic reactions. Hence, the pegylated form of the enzyme (PEG-ASNase) not only reduces the immune effect but also increases plasma half-life. Nonetheless, the available PEG-ASNase is randomly pegylated and, consequently, with high degree of polydispersity. In this work we developed a site-specific N-terminus pegylation protocol for ASNase using methoxy-polyethylene glycol carboxymethyl N-hydroxysuccinimidyl ester (mPEG-NHS, MW = 10 kDa). Reaction parameters investigated were ionic strength, pH and reaction time to optimize yield and minimize polydispersity. Results confirmed pegylation and low polydispersity. Buffer ionic strength favored N-terminal conjugation at 100 mM phosphate buffer saline (PBS). Additionally, pH and reaction time were found to increase polyPEGylated species. The highest yield of monoPEG-ASNase, 42%, corresponded to reaction conditions of pH 7.5, reaction time of 30 min and PEG:ASNase ratio of 25:1. The monoPEG-ASNase was purified in a strong anionic column with NaCl linear gradient up to 170 mM and monoPEG-ASNase was eluted with 78 mM NaCl, 70% pure (55% yield). Size exclusion chromatography was further performed and increased monoPEG-ASNase purity to 99% (45% final yield). The monoPEG-ASNase, 190 ± 10 kDa was stable for 21 days at 4ºC while nonpegylated ASNase (control), 146 ± 6 kDa, lost 52% of its activity within 7 days at 4ºC. Enzyme kinetics were studied and similar kM values were obtained for both native and monoPEG-ASNase, 20 µM and 35 µM respectively. The monoPEG-ASNase demonstrated to be resistant to the plasma proteases asparaginyl endopeptidase and cathepsin B, 84 h at 37 °C and also was cytotoxic to leukemic cells (MOLT-4 and Reh). Therefore, site-specific N-terminus pegylation of ASNase resulted in a novel enzyme variant with preserved catalytic activity and, therefore, promising for the treatment of LLA.