Flashcards deel 1 - kennisscan 2

Wat zijn therapeutische eiwitproducten?

Eiwitten die als geneesmiddel worden gebruikt om ziekte te behandelen of te voorkomen. Voorbeelden zijn monoklonale antilichamen, hormonen, cytokinen, enzymen en stollingsfactoren

Waarom worden veel therapeutische eiwitten recombinant geproduceerd?

Omdat natuurlijke bronnen vaak onvoldoende eiwit opleveren. Met recombinant-DNA-technologie kan het gen voor het therapeutische eiwit in productiecellen worden ingebracht, zodat het eiwit in grote hoeveelheden, reproduceerbaar en met constante kwaliteit geproduceerd kan worden

Wat is een monoklonaal antilichaam (mAb)?

Een antilichaam met 1 gedefinieerde bindingsspecificiteit voor een bepaald antigeen/epitoop. Therapeutische mAbs kunnen bijvoorbeeld receptoren of liganden blokkeren of immuuncellen tegen tumorcellen activeren

Wat is een immune checkpoint?

Een regulerend mechanisme dat de activiteit van immuuncellen, vooral T-cellen, kan remmen of stimuleren. Remmende checkpoints voorkomen normaal overmatige immuunreacties en schade aan gezond weefsel. Tumoren kunnen zulke remmende mechanismen misbruiken om aan het immuunsysteem te ontsnappen

Wat is een checkpoint inhibitor?

Een geneesmiddel dat een remmend immuuncheckpoint blokkeert, waardoor de remming van T-cellen vermindert en de antitumorrespons kan worden hersteld of versterkt. Veel checkpoint inhibitors zijn monoklonale antilichamen

Wat is PD-1?

PD-1 is een remmende receptor die onder andere op geactiveerde T-cellen voorkomt

Wat is PD-L1?

PD-L1 is een ligand dat onder andere door bepaalde tumorcellen tot expressie kan worden gebracht. Binding van PD-L1 aan PD-1 veroorzaakt een remmend signaal in de T-cel

Wat gebeurt er wanneer PD-L1 op een tumorcel aan PD-1 op een T-cel bindt?

Het remt de activatie en effectorfunctie van de T-cel. Daardoor kan de T-cel de tumorcel minder effectief aanvallen. Een tumor kan zo de PD-1/PD-L1-route gebruiken voor immune escape

Hoe werkt een anti-PD-1-antilichaam?

Het bindt aan PD-1 op T-cellen en verhindert de remmende interactie met PD-L1/PD-L2. Daardoor wordt de checkpoint-rem verminderd en kunnen T-cellen hun antitumoractiviteit beter uitvoere

Wat is Keytruda en wat is het target?

Een therapeutisch monoklonaal antilichaam tegen PD-1. Het blokkeert PD-1 en vermindert daarmee de remming van antitumor-T-cellen. Het behoort tot de immune checkpoint inhibitors

Waarom kan blokkade van PD-1 tot afname van een tumor of metastasen leiden?

Door PD-1 te blokkeren wordt een remmend signaal voor T-cellen verminderd. Aanwezige tumorreactieve T-cellen kunnen daardoor weer effectiever functioneren en tumorcellen aanvallen. Bij patiënten die goed reageren kunnen daardoor primaire tumoren en/of metastasen afnemen/verdwijnen

Waarom kunnen checkpoint inhibitors bijwerkingen veroorzaken?

Omdat een natuurlijke rem van het immuunsysteem wordt opgeheven, kan het geactiveerde immuunsysteem ook gezond weefsel aanvallen. Hierdoor kunnen immune-related adverse events (irAEs) ontstaan, zoals ontstekingen van huid, darm, lever, longen of endocriene organen

Waarom zijn monoklonale antilichamen geschikt als therapeutische eiwitten?

Ze kunnen met hoge specificiteit aan een bepaald moleculair target binden. Daardoor kunnen ze bijvoorbeeld een receptor/ligand blokkeren, een signaalroute beïnvloeden of immuuneffectorfuncties activeren. Hun grote complexiteit maakt correcte productie en kwaliteitscontrole wel essentieel

Waar bevinden PD-1 en PD-L1 zich in het vereenvoudigde tumormodel?

PD-1 bevindt zich op de receptor van de T-cel en PD-L1 bevindt zich op het ligand dat onder andere op tumorcellen kan voorkomen

Wat is het mechanisme van PD-1-checkpointblokkade in één keten?

Tumorcel met PD-L1 —> PD-L1 bindt PD-1 op de T-cel —> inhibitoir signaal —> T-celfunctie neemt af —> anti-PD-1 blokkeert interactie —> remming vermindert —> T-cel kan tumor effectiever aanvallen

Is PD-L1 alleen aanwezig op tumorcellen?

Nee, PD-L1 kan ook op normale lichaamscellen en verschillende immuuncellen tot expressie komen

Wat is het principe van Keytruda?

Keytruda is een pembrolizumab en dat is een monoklonaal antilichaam, oftewel een anti-PD1 checkpoint inhibitor. Het blokkeert een remmend signaal naar T-cellen en kan daardoor de antitumorimmuunrespons versterken

Wat is een bispecifiek antilichaam?

Een bispecifiek antilichaam kan twee verschillende targets/epitopen tegelijk herkennen en binden, doordat de bindingsplaatsen verschillende specificiteiten hebben

Wat is het voordeel van een bispecifiek antilichaam?

Het kan twee targets tegelijk binden, waardoor de therapie gerichter kan werken of twee verschillende cellen/moleculen bij elkaar kan brengen

Waarom zijn therapeutische eiwitten moeilijker te produceren dan small molecules?

Ze zijn groter en structureel complexer en worden biologisch geproduceerd. Hierdoor kunnen variaties ontstaan die de structuur, werking en kwaliteit beïnvloeden

Waarom bestaat er meer variabiliteit bij biologische eiwitten dan bij small molecules?

Eiwitten worden door levende cellen geproduceerd. Het productieproces kan daardoor variaties veroorzaken, bijvoorbeeld in vouwing en posttranslationele modificaties

Wat zijn de vijf belangrijke klassen van therapeutische eiwitten?

1. Antilichamen

2. Enzymen

3. Stollingsfactoren

4. Hormonen

5. Cytokinen

Waarvoor kunnen therapeutische antilichamen worden gebruikt?

Voor het specifiek binden en beïnvloeden van een target, bijvoorbeeld bij kanker of reuma

Wat is het principe van enzymtherapie?

Een ontbrekend/defect enzym wordt toegediend —> de ontbrekende reactie wordt hersteld —> ophoping van substraat neemt af

Waarom kan een enzymdefect ziekte veroorzaken?

Als een enzym ontbreekt of niet werkt, wordt het substraat onvoldoende omgezet en kan het zich ophopen, waardoor cellen/weefsels beschadigd raken

Wat is het principe van behandeling met stollingsfactoren?

De ontbrekende stollingsfactor wordt toegediend, waardoor de stollingscascade en bloedstolling worden hersteld

Welke stollingsfactor ontbreekt bij hemofilie A?

Stollingsfactor VIII (FVIII)

Hoe wordt hemofilie A behandeld met eiwittherapie?

Toediening van factor VIII vervangt de ontbrekende/deficiënte factor en verbetert zo de bloedstolling

Wat zijn cytokinen?

Signaaleiwitten waarmee cellen, vooral immuuncellen, met elkaar communiceren en onder andere immuunreacties reguleren

Wat is een belangrijk voordeel van eiwitten t.o.v. small molecules qua functie?

Eiwitten kunnen specifieke en complexe biologische functies uitvoeren die moeilijk met eenvoudige kleine chemische moleculen zijn na te bootsen

Waarom hebben therapeutische eiwitten vaak een hoge specificiteit?

Door hun complexe 3D-structuur kunnen ze zeer specifiek een bepaald molecuul/target herkennen en binden

Waarom kan hoge specificiteit leiden tot minder bijwerkingen?

Een specifiek eiwit beïnvloedt vooral het gewenste target, waardoor minder ongewenste interacties met andere biologische processen optreden

Kunnen therapeutische eiwitten een immuunreactie veroorzaken?

Ja, ondanks de goede verdraagbaarheid kunnen therapeutische eiwitten als lichaamsvreemd worden herkend en anti-drug antibodies opwekken

Wat is het verschil tussen eiwitvervanging en gentherapie?

Eiwittherapie dient het functionele eiwit toe. Gentherapie probeert genetisch materiaal toe te voegen/veranderen zodat cellen zelf de functie herstellen

Wat gebeurt er bij enzymvervanging nadat het functionele enzym is toegediend?

Het toegediende enzym neemt de ontbrekende enzymfunctie over, waardoor het substraat weer kan worden omgezet en ophoping vermindert

Noem de belangrijkste voordelen van eiwittherapieën t.o.v. small molecules.

Complexe functies, hoge specificiteit, vaak minder off-targeteffecten, vaak goede verdraagbaarheid en mogelijkheid tot vervanging van ontbrekende eiwitten

Waarom zijn therapeutische eiwitten geschikt voor de behandeling van genetische defecten?

Een genetisch defect kan ervoor zorgen dat een functioneel eiwit niet of onvoldoende wordt geproduceerd. Door dit eiwit als geneesmiddel toe te dienen, wordt het eiwittekort aangevuld en de ontbrekende biologische functie hersteld, zonder het defecte gen zelf te veranderen

Uit welke bouwstenen zijn eiwitten opgebouwd?

Ze zijn opgebouwd uit aminozuren die via peptidebindingen aan elkaar zijn gekoppeld tot een polypeptideketen

Wat is de algemene structuur van een α-aminozuur?

Een centraal α-koolstofatoom (Cα) met daaraan vier groepen, namelijk een aminogroep, carboxylgroep, H-atoom en R-groep (zijketen)

Waarom heet het een α-aminozuur?

Omdat de aminogroep en carboxylgroep aan hetzelfde α-koolstofatoom zijn verbonden

Welk onderdeel verschilt tussen de verschillende aminozuren?

De R-groep (zijketen)

Wat bepaalt de karakteristieke eigenschappen van een aminozuur?

De R-groep/zijketen bepaalt eigenschappen zoals lading, polariteit, hydrofobiciteit, grootte en chemische reactiviteit

Waarom zijn de verschillende R-groepen belangrijk voor de functie van een eiwit?

De R-groepen bepalen de interacties tussen aminozuren en hun omgeving

Hoe kunnen aminozuren worden ingedeeld op basis van hun zijketen?

Onder andere in positief geladen, negatief geladen, polair ongeladen en apolair/hydrofoob

Welke aminozuren hebben bij fysiologische pH meestal een positief geladen zijketen?

Vooral lysine en arginine. Histidine kan afhankelijk van de omgeving geprotoneerd en positief geladen zijn

Welke aminozuren hebben bij fysiologische pH een negatief geladen zijketen?

Asparaat/asparaginezuur en glutamaat/gutaminezuur

Wat is het verschil tussen polaire en apolaire aminozuren?

Polaire zijketens kunnen gunstig met water interageren. Apolaire zijketens zijn hydrofoob en vermijden contact met water

Waarom is cysteïne belangrijk voor de eiwitstructuur?

Cysteine bevat een -SH-groep. Twee cysteines kunnen via hun -SH-groepen een covalente disulfidebrug (S-S) vormen, die de 3D-structuur van het eiwit stabiliseert

Wat is de functie van disulfidebruggen in eiwitten?

Ze vormen covalente verbindingen tussen cysteïneresiduen en stabiliseren zo vooral de tertiaire/quaternaire structuur van een eiwit

Uit welke onderdelen bestaat de backbone van een polypeptide?

Uit een herhalende keten van N–Cα–C(=O). De verschillende R-groepen steken vanuit deze backbone naar buiten

Wat is de N-terminus van een polypeptide?

Het uiteinde van de polypeptideketen met de vrije aminogroep

Wat is de C-terminus van een polypeptide?

Het uiteinde van de polypeptideketen met de vrije carboxylgroep.

In welke richting wordt een aminozuursequentie weergegeven?

Van de N-terminus —> C-terminus

Wat is een peptidebinding?

Een covalente amidebinding tussen de carboxylgroep van het ene aminozuur en de aminogroep van het volgende aminozuur

Hoe ontstaat een peptidebinding?

Door een condensatiereactie tussen een carboxylgroep en een aminogroep, waarbij een peptidebinding ontstaat en water vrijkomt

Wat gebeurt er met water bij de vorming van een peptidebinding?

Er komt 1 H2O-molecuul vrij. Dit is een condensatiereactie

Wat gebeurt er bij hydrolyse van een peptidebinding?

Er wordt water toegevoegd/gebruikt om de peptidebinding te verbreken, waardoor de gekoppelde aminozuurresiduen van elkaar worden gescheiden

Wat is het verschil tussen condensatie en hydrolyse van een peptidebinding?

1. Condensatie: peptidebinding vormen, waardoor H2O vrijkomt

2. Hydrolyse: peptidebinding verbreken, waardoor H2O wordt gebruikt

Wat gebeurt er met de carboxylgroep van een aminozuur bij fysiologische pH?

Hij is gedeprotoneerd (COO-) en draagt dus een negatieve lading

Wat gebeurt er met de aminogroep van een aminozuur bij fysiologische pH?

Hij is geprotoneerd (NH3+) en draagt dus een positieve lading

In welke vorm komt een vrij aminozuur meestal voor bij fysiologische pH?

Als zwitterion. De aminogroep is NH3+ en de carboxylgroep COO-, waardoor het molecuul zowel een positieve als negatieve lading bevat

Heeft een aminozuur als zwitterion altijd een nettolading van 0?

Nee, want de R-groep kan ook geladen zijn. De nettolading hangt af van de zijketen en de pH

Waarom heeft de pH invloed op de lading van aminozuren en eiwitten?

Het bepaalt welke ioniseerbare groepen geprotoneerd of gedeprotoneerd zijn en daarmee de nettolading van het aminozuur of eiwit

Wat is een aminozuurresidu?

Een aminozuur dat onderdeel is geworden van een polypeptideketen wordt een aminozuurresidu genoemd

Wat blijft aan de uiteinden over nadat veel aminozuren tot een polypeptide zijn gekoppeld?

1 vrije N-terminus aan het begin en 1 vrije C-terminus aan het einde van de keten

Hoe leidt de aminozuurvolgorde uiteindelijk tot een specifieke eiwitfunctie?

Aminozuursequentie —> interacties tussen R-groepen —> specifieke 3D-vouwing —> specifieke eiwitfunctie

Wat is een zwitterion?

Een molecuul dat tegelijk een positieve en een negatieve lading bevat, maar als geheel netto neutraal kan zijn

Waarom kan een aminozuur als zwitterion voorkomen?

De aminogroep kan H+ opnemen —> NH3+, terwijl de carboxylgroep H+ kan afstaan —> COO-. Het aminozuur bevat dan tegelijk een positieve en negatieve groep

Wat gebeurt er met de carboxylgroep bij deprotonering?

De carboxylgroep staat een proton af (COOH —> COO- + H+) en er ontstaat een negatief geladen carboxylaatgroep

Wat gebeurt er met de aminogroep bij protonering?

De aminogroep neemt een proton op (NH2 + H+ —> NH3+) en krijgt de groep een positieve lading

Wat is het effect van een lage pH op een aminozuur?

Veel H⁺ aanwezig —> groepen worden meer geprotoneerd —> het aminozuur krijgt een positievere nettolading

Wat is het effect van een hoge pH op een aminozuur?

Weinig H+ aanwezig —> groepen worden meer gedeprotoneerd —> het aminozuur krijgt een negatievere nettolading

Wat is het iso-elektrisch punt (pI) van een eiwit?

De pH waarbij het eiwit netto geen elektrische lading heeft (nettolading = 0)

Betekent pI dat er helemaal geen geladen groepen in het eiwit aanwezig zijn?

Nee, de totale positieve en negatieve lading kunnen ook aan elkaar gelijk zijn zodat de nettolading alsnog 0 is

Wat is de nettolading van een eiwit wanneer pH < pI?

Netto positief, bij lagere pH zijn meer groepen geprotoneerd en heeft het eiwit relatief meer positieve lading

Wat is de nettolading van een eiwit wanneer pH > pI?

Netto negatief, bij hogere pH zijn meer groepen gedeprotoneerd en heeft het eiwit relatief meer negatieve lading

Bij welke pH is de oplosbaarheid van een eiwit meestal het laagst en waarom?

Rond het iso-elektrisch punt (pI), waar de nettolading van het eiwit 0 is. Dit komt doordat er weinig elektrostatische afstoting tussen eiwitmoleculen is, waardoor eiwit-eiwitinteracties en aggregatie worden bevorderd en de oplosbaarheid daalt

Waarom neemt de oplosbaarheid meestal toe wanneer de pH verder van het pI ligt?

Eiwitten krijgen een netto positieve of negatieve lading, waardoor onderlinge elektrostatische afstoting en interacties met water toenemen en de oplosbaarheid stijgt

Waarom is het pI belangrijk bij de formulering van therapeutische eiwitten?

De formulatie-pH wordt meestal gekozen zodat het eiwit voldoende oplosbaar en stabiel blijft. Een pH rond het pl kan aggregatie/precipitatie bevorderen en is daarom ongunstig

Wat zegt een lage pKa over het afstaan van H⁺?

Een groep met een lagere pKa staat H+ gemakkelijker af en is dus gemakkelijker te deprotoneren

Wat zegt een hoge pKa over het afstaan van H⁺?

Een groep met een hogere pKa houdt H+ sterker vast en wordt dus minder gemakkelijk gedeprotoneerd

Wat gebeurt er met een ioniseerbare groep als pH < pKa?

De geprotoneerde vorm overheerst

Wat gebeurt er met een ioniseerbare groep als pH > pKa?

De gedeprotoneerde vorm overheerst

Waarom hebben verschillende ioniseerbare groepen verschillende pKa-waarden?

Omdat de chemische structuur en lokale moleculaire omgeving bepalen hoe gemakkelijk een groep H⁺ kan afstaan of opnemen

Waarom is de oplosbaarheid van een eiwit het laagst bij het iso-elektrisch punt (pI)?

Bij pH = pI heeft het eiwit nettolading 0. Daardoor is er weinig elektrostatische afstoting tussen eiwitmoleculen —> eiwit-eiwitinteracties en aggregatie worden bevorderd —> de oplosbaarheid is minimaal

Waarom neemt de oplosbaarheid van een eiwit toe wanneer de pH verder van het pI af ligt?

Verder van het pI krijgt het eiwit een grotere netto positieve of negatieve lading —> eiwitten stoten elkaar sterker af en interacties met water worden bevorderd —> minder aggregatie —> hogere oplosbaarheid

Wat is de primaire structuur van een eiwit?

De lineaire volgorde van aminozuren in een polypeptideketen, van N-terminus naar C-terminus

Welke binding verbindt aminozuren in de primaire structuur?

Peptidebindingen (covalente bindingen tussen carboxylgroep van het ene aminozuur en de aminogroep van het volgende)

Wat is de secundaire structuur van een eiwit?

De lokale, regelmatige vouwing van de polypeptidebackbone, voornamelijk in α-helices en β-sheets

Wat zijn de twee belangrijkste secundaire structuren van eiwitten?

De α-helix en de β-sheet

Wat is het verschil tussen een α-helix en een β-sheet?

Bij een α-helix draait de backbone spiraalvormig. Bij een β-sheet liggen uitgestrekte delen van de polypeptideketen naast elkaar

Wat is de tertiaire structuur van een eiwit?

De totale 3D-vouwing van 1 polypeptideketen, ontstaan door interacties tussen verschillende delen en vooral de zijketens van aminozuren

Welke interacties stabiliseren de tertiaire structuur?

Disulfidebruggen, waterstofbruggen, ionische interacties, hydrofobe interacties en van der Waalskrachten

Welke van deze interacties is een covalente binding?

De disulfidebrug (S–S) tussen twee cysteïneresiduen. De genoemde waterstof-, ionische, hydrofobe en van der Waalsinteracties zijn niet-covalent

Hoe ontstaat een disulfidebrug?

Twee cysteïne-zijketens vormen via hun zwavelatomen een covalente S–S-binding, waardoor delen van het eiwit aan elkaar worden gekoppeld

Wat zijn ionische interacties in een eiwit?

Elektrostatische aantrekking tussen tegengesteld geladen zijketens, bijvoorbeeld een positief en een negatief geladen aminozuur

Wat zijn hydrofobe interacties in een eiwit?

Apolaire zijketens clusteren bij elkaar, weg van water, waardoor ze vaak in het binnenste van een oplosbaar eiwit terechtkomen

Wat zijn waterstofbruggen in de tertiaire structuur?

Niet-covalente interacties tussen polaire groepen, bijvoorbeeld tussen verschillende aminozuurzijketens of tussen zijketen en backbone

Wat is het verschil tussen secundaire en tertiaire structuur?

1. Secundair: lokale α-helices/β-sheets van de backbone

2. Tertiair: volledige 3D-vouwing van 1 polypeptideketen

Wat zijn van der Waalskrachten?

Zwakke, kort-afstandsinteracties tussen dicht bij elkaar gelegen atomen. Veel van deze zwakke interacties samen dragen bij aan de stabiliteit van een eiwit