Large Molecules

Question 1

Nennen Sie die Beonderheiten großer Moleküle.

Answer 1

• Primärstruktur
• Sekundärstruktur
• Tertiärstruktur
• Quartärstruktur
• posttranslationale und chemische Modifikationen
• Begleitproteine und Kontaminationen
• uneinheitliche Produktqualität

Question 2

Treffen Sie Aussagen zu intra- und interzellulärem Proteintransport in vivo.

Answer 2

Fertig gefaltete Proteine:

• sind nicht membranpermeabel
• können Ionenkanäle nicht passieren
• können nicht mittels Carrier durch Membranen transportiert werden
• exogene Proteine gelangen nicht ins Cytosol

Question 3

Sind extrazelluläre Proteine (ER-Ursprung) meist glykosyliert?

Answer 3

Ja!

Question 4

Wie werden Proteine transportiert?

Answer 4

Vesikeltransport!

Question 5

Sind Proteine mit Cytosol-Ursprung (Mitochondrien, Plastide) glykosyliert?

Answer 5

Meist nicht!

Question 6

Nennen Sie Gründe für die Instabilität von Proteinen.

Answer 6

• chemische Stabilität
• Denaturierung
• Proteolytischer Abbau
• Deglykosylierung

Question 7

Wie werden Proteine gelagert?

Answer 7

Kristallin oder als gefriertrocknetes Pulver, Lichtgeschützt

Question 8

Wie können Proteine stabilisiert werden?

Answer 8

1. Nanopartikel mit Polymeren, z.B. Polystyrol
2. Mikroemulsionen Wasser in Öl, z.B.mittelkettige Triglyeride
3. Mizell-Formulierungen, z.B. Laurylsulfat
4. Liposomen
5. chemische Modifikation (Punktmutationen, PEGylierung, Acylierung)

Question 9

Warum ist die orale Applikation von therapeutischen Proteinen generell nicht möglich und welche Ausnahme gibt es? Was sind die Alternativen?

Answer 9

Grund: Keine intakte Resorption

Ausnahme: orale Impfstoffe

Alternativen: intravenös (i.v.) oder subkutan (s.c.)

Question 10

Nennen Sie Vorteile und Nachteile der intravenösen und subkutanen Applikation.

Answer 10

Question 11

Wie gelangen subkutan injizierte Proteine in den Blutkreislauf?

Answer 11

Proteine werden aus der extrazellulären Bindegewebsflüssigkeit in die Lymphgefäße aufgenommen, mit dem Lymphsystem transportiert und gelangen über die linke Hohlvene des Herzens in den Blutkreislauf.

(Im Gegensatz dazu werden kleine Moleküle und Peptide von peripheren Blutgefäßen resorbiert.)

Question 12

Welche Formen der endothelialen Transcytose (Blutkapillarwand) gibt es?

Answer 12

Unspezifisch: Caveoli

Spezifisch: Clathrin-coated pit / vesicle (selektive Aufnahme von Makromolekülen, Rezeptorvermittelt, z.B. FC-Teil von Antikörpern)

(v.a. in Endothelzellen, Lungenepithel, Peripherie - kaum in Endothelzellen, Gehirn)

Question 13

Wie funktioniert der Transport in clathrin-coated vesicles?

Answer 13

1. Interaktion von Cargo-Molekül oder SNARE-Protein mit Hüllkomponenten
2. Bildung der Clathrin-Hülle, Membrandeformation
3. Vesikelbildung
4. Destabilisierung und Abbau der Hülle
5. Andocken an die Zielmembran
6. Fusion mit der Zielmembran

Question 14

Nennen Sie die Transportmechanismen für Proteine.

Answer 14

1. Parazellulärer Weg (passiv)
   - Diffusion, größenabhängig
2. Transcytose (aktiv)
   - unspezifische fluid phase Aufnahme (Caveoli)
   - unspezifisch adsorption-vermittelt (Caveoli)
   - Rezeptor-vermittelt (Clathrin-coated pits)

Question 15

Was benötigt man für eine intranasale Applikation?

Answer 15

Enhancer

Question 16

Wo ist eine parazelluläre Resorption ohne Enhancer möglich?

Answer 16

Nur in der Lunge, Inhalation

Question 17

Was sind die Vorteile der Resorption in der Lunge (parazellulärer Weg)?

Answer 17

• riesige Oberfläche
• enorm viele Aerosolpartikel per Dosis
• Alveoli mit extrem dünnen Epithelzellen, kein Mucus
• gute epitheliale Permeabilität
• sehr gute Gefäßendothelpermeabilität
• geringes Wasservolumen (hohe Konzentration)
• geringe Degradation (Proteasen)

Question 18

Resorption in der Lunge: Wann dominiert die parazelluläre Aufnahme, wann die Transcytose?

Answer 18

Parazellulär:
MW < 22 kDA

Transcytose:
MW > 22 kDa

Question 19

Wofür eignet sich die Resorption in der Lunge besonders gut?

Answer 19

Kleine Proteine und Peptide (aber auch große)

Question 20

die Aerosolpartikel haben mit einer Größe von 2 µm die optimale Größe für pulmonale Resorption. Welches problem besteht trotzdem und wie lässt es sich lösen?

Answer 20

Problem: Optimale Fressgröße für Makrophagen, Makrophagen patroullieren auf Alveoli, Phagocytose von Partikeln, Lysosomaler Abbau von Proteinen

Lösung: Schnelle Lösung von Partikeln / Proteinen, Schnelle Resorption um extrazellulären Protease zu entgehen

Question 21

Wie erfolgt die Überwindung der Epithelbarriere (Lunge) bei pulmonaler Resorption?

Answer 21

• Größenabhängig: Peptide schneller als Proteine
• Problem besonders bei Peptiden: Abbau durch Peptidasen

1. Parazelluläre Route: Diffusion durch Tight Junctions
   (angenommene Hauptroute, besonders bei hohen Proteinkonzentrationen)
2. Transcytose mittels Caveoli (Caveolin-1 dependent vesicles)
   (Nebenroute, evtl. Hauptroute bei niedrigen Konzentrationen)
3. Rezeptor-vermittelte Endocytose (Clathrin-coated vesicles)
   (wichtig für Antikörper-Komplexe)

Question 22

Welche Probleme gibt es bei inhalativer (pulmonal) und intranasaler (nasal) Applikation?

Answer 22

• geringe Bioverfügbarkeit
• Veträglichkeit von Enhancern
• große individuelle Schwankung der Resorption

Question 23

Welche drei Schicksale gibt es bei der Endocytose?

Answer 23

Question 24

Welche Mechanismen der Endocytose gibt es?

Answer 24

Question 25

Zu welcher Klasse gehören alle therapeutischen Antikörper?

Answer 25

IgG

Question 26

Was wäre ein Beispiel für Rezeptor-vermittelte Transcytose?

Answer 26

Monoclonale Antikörper

Question 27

Rezeptor-vermittelte Endocytose und Transcytose

Answer 27

Question 28

Wie werden Proteine eliminiert? Welche Proteine sind besonders vor Endocytose geschützt?

Answer 28

- Metabolismus in Leber, Phagocyten, vielen Geweben - Fast keine Ausscheidung über die Niere, der größte Teil der filtrierten Proteine und Peptide wird rückresorbiert Geschützt: Glykosylierte Proteine, IgG, Albumin, viele Plasmaproteine