CN1711281A - Edg2受体在心力衰竭动物模型中的用途 - Google Patents

Edg2受体在心力衰竭动物模型中的用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可用作为心力衰竭动物模型的瞬时转化的哺乳动物。

Description

EDG2受体在心力衰竭动物模型中的用途
发明领域
本发明涉及可用于作为心力衰竭动物模型的瞬时转化的哺乳动物。
背景技术
G蛋白偶联受体(GPCRs)在多种生理过程中扮演着中心角色。据推测,在人类基因组中,约有1000个基因编码该受体家族。目前约有60%的可经处方获得的药物作为GPCR兴奋剂或拮抗剂起作用。这强调了该受体种类对于药物研究工业的重要性。由于该蛋白质家族的大小及重要性,考虑到许多GPCRs(孤儿GPCRs)的生理配体依然未知,可以想到,未来该受体种类将成为新药物质研究中适宜靶蛋白的最重要的贮藏库之一。
GPCRs是定位于细胞表面的膜内在蛋白家族。它们接受来自细胞外信号物质(例如激素、神经递质、肽、脂类)的信号,并通过鸟嘌呤核苷酸结合蛋白(即“G蛋白”)家族将信号传递进入细胞内部。依赖受体特异性、激活的G蛋白、以及细胞类型,这些受体诱导多种信号传导途径。
所有GPCR多肽链折叠成为七个跨越细胞膜磷脂双层的α-螺旋。这七次跨膜导致细胞外和细胞内环的形成,这些环允许细胞外配体结合以及胞内G蛋白的偶联。因此,GPCRs也表示为七跨膜区受体。
所有G蛋白偶联受体按照共同的基础模式起作用:细胞外配体的结合导致受体蛋白构象改变,从而使受体蛋白能够与G蛋白接触。G蛋白介导的细胞内信号转导级联最终引起该细胞的生物反应。
G蛋白是由α、β、和γ亚基组成的异源三聚体蛋白质。它们通过脂锚(lipid anchors)定位于细胞膜内侧。活化的GPCRs与G蛋白的偶联诱导Gα亚基处GDP/GTP交换以及异源三聚体G蛋白解离为α和βγ亚基。活化的α亚基和βγ复合体都可以与细胞内效应器蛋白质相互作用。
例如,由Gαs型G蛋白活化的膜结合腺苷酸环化酶(AC)引起细胞内cAMP水平的升高,或者,在由Gαi型G蛋白活化的情况下,引起细胞内cAMP水平的降低。Gq型G蛋白活化磷脂酶C(PLC),该酶催化1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)以及二酰甘油(DAG)的形成。这些分子引起Ca2+从细胞内贮存细胞器的释放,或者引起蛋白激酶C(PKC)的活化。
人EDG2(Endothelial Difierentiation Gene 2,内皮分化基因2)的多核苷酸序列和氨基酸序列已为公众可获得。该序列可以从例如NCBI(Accession:NM-001401)获得。该蛋白质序列可以从Swiss Prot(Accession:Q 92633)获得。来自人肺cDNA文库的该受体的克隆发表于“An等人,Biochem.Biophys.Res.Commun.24,231(1997)”中。
全长序列编码359个氨基酸的蛋白质,该蛋白质属于鸟嘌呤核苷酸结合蛋白偶联受体(GPCR)超家族。人EDG2 mRNA广泛分布于人类组织中,在脑中丰度最高。在血清效应元件报告基因试验中,表达人EDG2蛋白质的HEK293细胞表现出对溶血磷脂酸(LPA)反应的增高,该反应是LPA浓度依赖性的并且特异于LPA。
EDG2蛋白质的小鼠等价物也被确定为LPA的受体。
溶血磷脂酸(LPA)和鞘氨醇1-磷酸酯(S1P)是具有多种生物活性的有效的磷脂介质。它们的出现及功能特性提示其在发育、创伤愈合和组织再生当中的可能角色。LPA及S1P的生长刺激和其他复杂的生物活性,部分归结于多种G蛋白介导的细胞内信号通路的激活。在对LPA和S1P的细胞反应中,一些异源三聚体G蛋白以及Ras和Rho依赖的通路扮演着中心角色。
在本发明范围内和使用的所有案例中,毫无例外,哺乳动物不应包括人类(Homosapiens)或者人类个体或人体部分。
发明内容
本发明涉及哺乳动物心肌细胞,该细胞含有用于同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP(绿色荧光蛋白)的腺病毒载体序列。
该腺病毒载体序列优选由E1/E3缺陷的重组腺病毒组成,该病毒在两个独立启动子的控制之下表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP。这类启动子可以是两个CMV启动子。
含有前述腺病毒载体序列的哺乳动物心肌细胞,表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP,并因此含有G蛋白偶联受体EDG2蛋白质和GFP蛋白质。
含有腺病毒载体序列的心肌细胞优选兔、小鼠或大鼠细胞。
本发明也涉及含有腺病毒载体序列的心肌细胞的产生,所述腺病毒载体序列用于G蛋白偶联受体EDG2和GFP的同时表达,其中
a]通过现有技术兽医手术技术摘除哺乳动物心脏,
b]使用胶原酶灌注和消化心脏,
c]使用由E1/E3缺陷的重组腺病毒组成的腺病毒载体感染分离的心肌细胞,该重组病毒允许在两个独立启动子的控制下表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP。这类启动子优选两个CMV启动子。
另外,本发明涉及其心肌含有用于同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP的腺病毒载体的哺乳动物。该哺乳动物的腺病毒载体序列优选由E1/E3缺陷的重组腺病毒组成,该病毒允许在两个独立启动子的控制下表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP。这样的两个独立启动子优选两个CMV启动子。
本发明还涉及,其心肌含有G蛋白偶联受体EDG2蛋白质和GFP蛋白质的哺乳动物。这类具有含同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP的腺病毒载体的心肌和/或具有含G蛋白偶联受体EDG2蛋白质和GFP蛋白质的心肌的哺乳动物,优选兔、小鼠或大鼠。另外,本发明涉及哺乳动物的产生,所述哺乳动物具有含同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP的腺病毒载体的心肌、和/或具有含G蛋白偶联受体EDG2蛋白质和GFP蛋白质的心肌,其中
a]提供用于同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP的腺病毒载体序列,
b]提供哺乳动物,
c]使用导管将来自a]的腺病毒载体系统转移进入来自b]的哺乳动物的心肌。
本发明也涉及哺乳动物在制备心肌细胞中的用途,其中,所述哺乳动物具有含用于同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP的腺病毒载体的心肌、和/或具有含G蛋白偶联受体EDG2蛋白质和GFP蛋白质的心肌,所述心肌细胞可以用于鉴定修饰G蛋白偶联受体EDG2活性的化合物的方法。
本发明涉及鉴定修饰G蛋白偶联受体EDG2活性的化合物的方法,其中
a]提供来自心肌的转化细胞,该细胞表达受体EDG2或包含受体EDG2的融合蛋白,
b]可能地,使用异丙基肾上腺素和/或溶血磷脂酸处理来自a]的细胞,
c]提供化学化合物,
d]将来自a]或b]的细胞与来自c]的化学化合物接触,
e]测定来自d]的细胞的收缩性,并且将其与和来自a]的细胞具有相同特征、但未与来自c]的化学化合物接触的细胞的收缩性比较;其中对于依照d]与化学化合物接触的细胞,由该化合物导致的收缩性的相对增加或减少,说明该化合物能够修饰受体EDG2活性。
本发明另外涉及鉴定修饰受体EDG2活性的化合物的方法,其中
a]提供来自心肌的转化细胞,该细胞表达受体EDG2或包含受体EDG2的融合蛋白,
b]可能地,使用proterenol和/或溶血磷脂酸处理来自a]的细胞,
c]提供化学化合物,
d]将来自a]或b]的细胞与来自c]的化学化合物接触,
e]测定来自d]的细胞的收缩性,并且将其与和依照a]的细胞具有相同的细胞类型,但是不表达受体EDG2或包含受体EDG2的融合蛋白的细胞的收缩性比较;其中对于表达受体EDG2或包含受体EDG2的融合蛋白的细胞,由化合物导致的收缩性的相对增加或减少,说明该化合物能够修饰受体EDG2活性。
本发明另外涉及由下组的一个多核苷酸组成的腺病毒载体:
a]具有SEQ ID NO.5所示序列的多核苷酸,
b]与SEQ ID NO.5的多核苷酸95%一致的多核苷酸,
c]长度至少与SEQ ID NO.5的多核苷酸的长度一致、并且在施以高严紧性杂交条件时与SEQ ID NO.5的多核苷酸杂交的多核苷酸。
腺病毒载体序列优选包括编码SEQ ID NO.2蛋白质的多核苷酸序列。
杂交指具有互补序列的两个多核苷酸单链组装为双链。杂交可以发生在两条DNA链、一条DNA和一条RNA链及两条RNA链之间。杂交多核苷酸链的形成可以从含有双链多核苷酸分子的溶液中开始,通过加热此溶液,将双链分离为单链多核苷酸。加热步骤可以由在水浴中煮沸10至20分钟组成。当该溶液在加热后缓慢冷却至室温时,将发生形成双链分子的杂交。在实验条件下,通常使用已通过印迹或电泳将多核苷酸固定于其上的杂交滤膜(hybridization filters)进行杂交。杂交可以使用携带放射性或荧光标记的互补多核苷酸分子来显像。严紧性描述在一定条件下的一致程度。在高严紧性条件下,对一致性的要求较高。在核酸杂交环境下,依据参与的核酸以及用途和目的调节严紧性条件。用于高严紧性杂交的条件,是仅使匹配得非常好的互补分子可以杂交的条件。匹配得非常好的互补多核苷酸与互补配偶体分子表现出例如90、91、92、93、94、95、96、97、98、99%的一致性。在低严紧性下,杂交也发生在仅在分子某些区段之内互补的多核苷酸分子之间,或者具有大段的错配部分或不成对碱基对的多核苷酸分子之间。
高严紧性杂交条件可以是这样的杂交,在其中,存在标记探针的杂交步骤将在2×SSC水溶液中于68℃进行至少2小时;随后的洗涤步骤组成为:第一次洗涤于室温在2×SSC/0.1%SDS中进行5分钟,第二次洗涤于68℃在1×SSC/0.1%SDS中进行1小时,第三次洗涤于68℃在0.2×SSC/0.1%SDS中再进行1小时。
2×SSC、1×SSC、或0.2×SSC溶液由20×SSC溶液稀释获得。20×SSC溶液由3mol/L氯化钠及0.3mol/L柠檬酸钠组成。技术人员熟知其他用于在严紧条件下杂交多核苷酸的标准方法。教科书如“CurrentProtocols in Molecular Biology(Wiley Interscience;ISBN:0-471-50338-X;编辑:F.M.Ansubel,R.Brant,R.R.Kingston,D.J.Moore,J.G.Seidmann,K.Struhl)”特别对其给以建议。
本发明进一步包括腺病毒载体的用途,该腺病毒载体由选自如下之一的多核苷酸组成:
a)具有SEQ ID NO.5所示序列的多核苷酸,
b)与SEQ ID NO.5多核苷酸95%一致的多核苷酸,
c)长度至少与SEQ ID NO.5多核苷酸的长度一致、并且在施以高严紧性杂交条件时与SEQ ID NO.5多核苷酸杂交的多核苷酸,
所述用途为构建至少在一个组织中暂时或持久表达G蛋白偶联受体EDG2的转基因哺乳动物。这类组织优选哺乳动物心脏的一部分。组织也可以由哺乳动物的脑、肌肉、脂肪、肝、肾或其他器官的部分组成。
本发明的一般性技术方面将在下面章节中得到进一步解释。
腺病毒可以感染许多细胞类型和组织的分裂和非分裂细胞。这一特点,加上其制备和纯化的相对容易,使其作为基因载体被广泛使用。
该病毒仅能整合约2kb的外源DNA而不对其稳定性或感染性具有显著影响。因此,引入更长的序列需要去除部分或全部病毒基因。有一系列用于构建重组腺病毒的技术。
载体可用于(例如):(i)癌症治疗,用来递送将导致肿瘤抑制和消除的基因;(ii)基因治疗,即向组织递送基因来弥补缺陷基因;(iii)辅助治疗,用来传递基因,该基因的表达将抗击疾病进程。
在第一代载体中,E1和/或E3基因盒被去除,允许引入多达6.5kb的外源DNA,该外源DNA常常处于异源启动子的控制之下。在E1缺失的情况下,注意确保ITR和包装序列的保留。E1区的去除具有额外的明显优点,即削弱E2基因(该基因为E1依赖的)转录,从而削弱病毒DNA复制以及病毒衣壳蛋白的产生。
E1缺陷的病毒可以通过感染293细胞而繁殖,293细胞反式提供E1基因产物。尽管许多体外初始研究带来了许多希望,很快变得清楚的是,转基因的体内表达仅仅是瞬时的和受到抑制的,因为存在压倒性的免疫反应,该免疫反应主要攻击病毒衣壳抗原和表达的转基因。对此的原因之一是观察到许多细胞具有E1样蛋白质,其允许E2基因起作用,尽管是在降低的水平。而这又利于病毒DNA的复制、晚期结构抗原的合成以及可复制腺病毒(RCA)的产生。同样变得清楚的是,在较高的感染复数(m.o.i),E2基因转录的E1依赖性可以被消除。
下一个途径是构建载体(使用合适的互补细胞系),该载体部分或全部去除E2基因,从而去除了复制病毒DNA和产生RCA的能力。也可以通过构建不合有与载体相重叠的腺病毒序列的细胞系来防止RCA的产生。然而,宿主免疫反应仍然是实现持久转基因表达的一个主要障碍,当尝试重复感染时,这一点格外明显。大量研究证实,感染重组病毒本身足以诱导免疫反应,鉴于前面提到的信号级联的早期激活以及衣壳组分的有效抗原性,这一点也许并不令人惊讶。
另外,通过缺失其它病毒基因,已构建了更为成熟的载体(第三代)(Amalfitano等,1988),最新的载体中去除了所有或几乎所有病毒基因。这些所谓的“无生气”载体(“gutless vectors”)(Hardy等,1997)最初仅保留了ITR和包装序列,并需要辅助病毒和适宜的互补细胞以繁殖,及随后进行仔细的纯化。然而,出现了与这些技术相关的问题,这些问题主要由污染辅助病毒和载体的不稳定性所致。防止辅助病毒包装的进一步发展,包括使用Cre-lox辅助-依赖性系统(cre-lox helper-dependent system)。
用于产生重组腺病毒的AdEasyTM系统由Qbiogene商业提供。重组腺病毒的构建一般为两步过程,其中,目的表达盒首先装配到转移载体中,随后通过同源重组转移到腺病毒基因组中。通过同源重组的DNA插入是引导基因进入腺病毒载体的最有效的途径,这是由于两个原因:1)腺病毒DNA为大的线性分子,含有几乎所有限制酶的位点,以及2)基因组过于庞大(36kb)不易操作。
对于AdEasyTM载体系统,以超螺旋质粒形式而非线性DNA使用含有大部分腺病毒基因组的骨架载体。同源重组步骤在大肠杆菌(Escherichiacoli.)中进行。在AdEasyTM系统中,首先将目的cDNA克隆到转移载体中。然后使用Pme I将得到的质粒线性化,并且与病毒DNA质粒pAdEasy-1共转化到大肠杆菌菌株BJ5183中。pAdEasy-1是E1和E3缺失的;其E1功能可以在293A细胞中得到弥补。使用卡那霉素选择重组,并使用限制酶分析进行筛选。然后使用Pac I剪切重组腺病毒构建体以暴露其ITR(末端反向重复)并转染到QBI-293A细胞中产生病毒颗粒。
同源重组步骤介于线性化转移载体和完整超螺旋腺病毒质粒之间。存在于转移载体中的卡那霉素抗性基因允许重组子的选择。由于剪切的AdEasyTM转移载体仅产生低背景的卡那霉素抗性菌落,该同源重组系统具有高信噪比。大肠杆菌菌株BJ5183并非recA,但是其他介导细菌内重组的酶缺陷,其因为较高的转化效率和重组能力而被选择。实现并证实一个重组,腺病毒重组DNA可以简单地转移到常规recA、endA菌株(例如DH5α)中以得到更高DNA产量。由于其recA状态,DH5α不能用于通过同源重组产生腺病毒重组子。
来自维多利亚水母(Aequora victoria)的绿色荧光蛋白(GFP)已迅速成为许多生物系统的标准报道分子。GFP因其不需要用于产光的辅因子或底物的存在而在发光蛋白质中独一无二。在维多利亚水母体内,GFP以钙依赖的方式起作用。当Ca+2与另一个生物发光蛋白质一水母发光蛋白一结合时,水母发光蛋白将能量间接转移给GFP,触发绿光的释放。这种能量转移可以通过将GFP暴露于标准长波紫外光而加以实验模拟。可以获得GFP同种型,它们发射蓝或红光,并且在升高的温度下稳定。GFP首先用于使用荧光显微镜观察活细胞,以监测蛋白质定位及将动态的细胞事件可视化。可以使用亚克隆技术产生任何克隆的目的基因与GFP之间的融合,并且可以通过瞬时或稳定表达将其引入目的生物。然后,可以使用常规荧光显微镜追踪活细胞内所产生的蛋白质的命运。检测不需要细胞的固定或透化。同样,可以通过同时表达某蛋白质和GFP,在动物组织中追踪该蛋白质。
提供细胞包括其制备、培养和进一步处理。例如,通过从器官或组织制备适宜的细胞材料,或者通过繁殖适宜的细胞系或微生物提供细胞。可以使用多种合适的培养基用于培养。将细胞维持于对该生物最佳的温度。适当时,将防腐剂、抗生素、pH指示剂、血清组分、血清、辅助物或其他物质添加到在各个情况下使用的生长培养基中。在标准教科书中(例:Basic Cell Culture;J.M.Davis编;IRL Press;1994)描述了制备、培养和进一步处理的方法。
重组技术的应用可以以多核苷酸序列的形式提供将在细胞中表达的构建体,该多核苷酸可以由技术人员借助其专业知识通过常规方式制备。分子生物学/生物化学技术人员可以在例如F.M.Ausubel等;《CurrentProtocols in Molecular Biology》John Wiley & Sons;New York中找到针对这些技术的专业知识。通过将编码例如GPCR氨基酸序列的多核苷酸整合到表达载体中制备载体构建体。表达载体是其中的多核苷酸序列能够在宿主细胞内被表达为蛋白质的载体。载体可以得自质粒、病毒或粘粒,并且必须能够自主复制。它们一般含有复制起点、限制性酶切位点和标记基因(例如抗生素抗性基因)。在表达载体中,将被扩增或已从外部引入的多核苷酸序列处于启动子的功能控制之下。启动子是用来控制转录(即从紧邻所述启动子3’端的多核苷酸序列合成mRNA)的不同长度的功能多核苷酸序列。有些启动子仅在原核生物中具有活性,例如lac、tac和trc启动子之类,还有一些启动子仅在真核细胞中具有活性,例如CMV或ADH启动子之类。在一个优选的实施方案中,重组载体构建体包括可以在真核生物和/或原核生物中使用的表达载体。表达载体含有可以功能性连接于多核苷酸序列的启动子,由此可以在生物(例如细菌、真菌或真核细胞系的细胞)中合成由该多核苷酸序列编码的蛋白质。该启动子可以是可诱导的,例如通过色氨酸;或者可以是具有组成性活性的。表达载体的实例为pUC18、pUC19、pBluescript、pcDNA3.1等。
转染是通过载体将外源多核苷酸序列引入宿主细胞、以及随后所述多核苷酸序列扩增产生任意数量的相同拷贝。
通过常规方法使用重组构建体瞬时转染细胞系,技术人员可以在上述《Current Protocols in Molecular Biology》,published by John Wiley &Sons,New York”或在“Sambrook等,《A Laboratory Manual》,Cold SpringHarbor Laboratory,ISBN 0-87969-309-6”中找到这些方法。这些常规方法的实例为电穿孔、磷酸钙共沉淀以及脂质体转染。转染的基因在宿主细胞中的表达可以通过对转染细胞的细胞裂解物的Western印迹分析结合免疫检测方法确定。对于此,技术人员也可以在上述手册中找到所需的实验室程序。适用于本发明方法的免疫检测GPCR受体的特异性抗体可商业获得。
特别可以通过化学合成或从生物材料中分离化学物质来提供化学化合物。
技术人员可以使用化学合成化合物或从细胞分离物质的常规方法。技术人员可以在教科书(例如《Organic Synthesis Workbook》;1995;John Wiley & Sons;ISBN 3-527-30187-9,《The Organic Chemistry of DrugSynthesis》;1998;John Wiley & Sons;ISBN0-471-24510-0或《BioactiveCompounds from Natural Sources》;2001;Taylor & Francis;ISBN0-7484-0890-8)中得到这些方法。
通过合成或分离得到的化合物可以溶解于合适的溶剂。合适的溶剂可以含有水、缓冲物质(例如Tris、HEPES、MOPS等)、一价和/或二价离子(例如K+、Na+、Mg2+、Ca2+等)、酸(例如HCl、H2SO4、甲酸、乙酸等)、碱(例如NaOH等)、醇(例如甲醇、乙醇、甘油)、去污剂(例如十二烷基硫酸钠等)、有机溶剂(例如甲酰胺、丙酮、二甲亚砜等)以及其他成分,特别是增溶剂和稳定剂。
技术人员可以使用实验室常规方法将化学化合物与所述细胞系接触。接触可以发生在例如Erlenmeyer vessels、试管、Eppendorf容器中或微量滴定板上。能设定恒定温度(例如30℃或37℃)和固定CO2或湿度条件的控温培养箱可以用于所述接触。特别还可以在为此提供的实验室自动装置(FLIPR)中进行接触。接触可能是从几秒至几分钟至多达数小时不等的时间。在各个情况中将选用的条件取决于受体、细胞系和化学化合物。
药物的最终形式涉及最终剂型,例如,作为片剂、颗粒剂、喷雾剂、溶液剂、软膏剂、酊剂或其他剂型形式。
最终形式的加工涉及特定剂型的制备。通常,日剂量在每日每公斤体重0.3mg至100mg范围(一般从3mg到50mg)内,例如3-10mg/kg/日。静脉内给药剂量可以在例如0.3mg至1.0mg/kg范围内,并且可能最适宜以每公斤每分钟10ng至100ng输注液给药。对这些目的,适宜的输注溶液可以含有,例如,每毫升0.1ng至10mg、一般1ng至10mg。单剂量可以含有例如1mg至10g活性物质。因此用于注射的安瓿可以含有例如1mg至100mg,对于可以口服给药的单剂量剂型,例如片剂或胶囊之类,可以含有例如1.0到1000mg、一般为10至600mg。
实施例
下述实施例公开本发明,但不将其限制于该实施例范围内。
实验动物说明
本研究所使用的动物为Asamhof,Kissing(Germany)提供的十周龄雌性新西兰白兔。实验开始时动物体重在2.7至3.3kg之间。
实验动物饲养及居住条件
崽兔于30天断奶。为了将断奶应激降至最低,将母兔与仔兔分离,使一窝幼崽最初仍保持在一起。约10至14天后,将仔兔成对放于育肥笼(长×宽×高=28.5×60×34cm)中,然后约两周后单独笼养。育肥兔依照“全进全出”(“All in-All out”)系统引入和迁出,以方便清洁和消毒。
饲料生产于内部农厂,供兔任意获取,饮用水亦如此。
气候:通风率为夏季10000m3/h、冬季3000m3/h。特别注意避免小股气流。在寒冷天气,温度保持在约15℃;尽可能防止夏季动物房过热。断奶幼崽保持于约19℃。动物房内氨保持在30ppm以下,相对湿度低于70%。育种房(breeding house)以强度约20lux照明16小时。
研究动物居住
将兔在空调车内直接送往公司,允许它们在那里有2至3天的适应期以使其适应新的饮食和环境。
将兔置于常规笼中。笼材料由不锈钢组成,具有PVC插入物;笼基底面积为4040cm2,为凿孔的底板形式。每日清洁便盆,每周对笼子进行清洗和热空气消毒。将其置于室温18至21℃、相对湿度55±5%的恒定条件下。由于动物房有窗户,照明为至少100lux的强度,与自然日夜周期相应。
麻醉及外科准备
在研究第一天,饲料和水供兔随意获取直至麻醉开始。然后指定动物被称重并经受临床检查,特别是心血管系统和呼吸道检查。通过在左右侧耳静脉内的留置导管(VenfionTM 08.×25mm),为动物提供双静脉通路,之后经导管使用1%异丙酚(propofol)(Disoprivan,Fresenius AG,BadHomburg),以7毫克/公斤体重的剂量静脉内给药诱导麻醉。诱导麻醉后立即为角膜施以眼药膏(Vitamin A Dispersa,Ciba Vision;Grossostheim)。翻正反射消失后,在颈和肘与最后肋骨之间的胸部给兔剃去腹侧兔毛,然后通过将带套的Magill管(内径2.5至3.5mm,Riisch AG,Waiblingen)在吸气过程中推进到气管中,进行插管。
为了在手术过程中保持麻醉,以12至14ml/h剂量经灌流装置(Perfusor;EDl-300,B.Braun,Melsungen AG)静脉给以动物2%异丙酚(Disoprivan 2%,Zeneca,Italy)。插管后立即以0.01mg/kg剂量静脉对兔给以芬太尼(Fentanyl-Janssen 0.5mg,Janssen-Cilag GmbH,Neuss)作为止痛剂,然后在手术过程中按需(粗略为每30分钟)给予,以维持手术耐受期(surgical tolerance stage)。
使用小动物呼吸机(Anesthesia Workstation,Hallowell EMC,VlkerGmbH,Kaltenkirchen),以约10mm Hg呼吸压、8至12ml/kg体重的呼吸体积以及每分钟29至32次呼吸的呼吸速率,给兔通以100%氧气,从而在呼出气中给出CO2分压为约35mm Hg。通过ECG(Medtronic,9790Programmer,Vitatron Medical B.V.,Dieren,Netherlands)于手术中监测心血管功能。使用脉冲血氧测量法和二氧化碳测定法监测呼吸和循环。主动脉交叉钳夹(Aortic cross-clamping)
右颈总动脉准备。将聚氨基甲酸乙酯导管(Cavafix;1.1*1.7mm/16G,ref.4173589,B.Braun Melsungen AG,Melsungen,Germany)引入动脉。右颈总动脉插管后,经第三肋间隙打开胸腔。使用Sigscreen方法将病毒引入心肌,特别要保证灌注的载体保留在此位置。然后使用结扎线(Nylon,2-0USP)闭合胸腔并缝合(Vicryl(3-0)及Nylon(3-0))。止痛:动物术后接受卡洛芬(carprofen)(Rimadyl,Pfizer,每12小时4mg/kg)和丁丙诺啡(buprenorphine)(Temgesic,Boehringer,每12小时0.01mg/kg)72小时。
动物安乐死
在研究的最后一天,动物如第四节所述经受全身麻醉。安乐死发生于由0.48g/kg静脉注射戊巴比妥(Narcoren;Rhone-Merieux GmbH,Laupheim)诱导的深度麻醉中。
死后宏观病理学诊断和取样
死亡后立即在肋骨缘水平两侧分开胸壁并完全断离胸骨,尽快摘取心脏。将心脏与输入和输出血管分离,使用含有5000IU肝素的冷无菌盐水(等渗氯化钠溶液,Delta-Pharm,Boehringer,Ingelheim)洗除血液。经总的病理学检查和称重之后,将心脏完整保存,用于进一步研究。拟用于单细胞分离的心脏暂时于约4℃在一消毒管中于肝素化冷盐水中保存,之后随即进行处理。制备冰冻切片用于GFP荧光检测。拟用于细胞显微术的新鲜摘取心脏,类似地使用无菌盐水清洗,使用纤维素干燥,然后在一试管液氮(-196℃)中超低温冷冻并保存于-80℃直至进一步处理。按照兽医学院指导方案对动物进行尸体解剖,尤其注意评价典型心力衰竭症状的程度:腹水、胸腔积液、心脏重量、心脏形状、肝充血和肝脏重量。
尸体处置
于-20℃收集在超低温柜中之后,尸体由尸体处理单位取走进行处置。
重组腺病毒的构建及纯化:
在人EDG2受体编码序列的基础上,使用基于PCR的策略克隆人EDG2受体。产生用于该受体的带有Flag标签的重组(E1/E3缺陷的)腺病毒(Ad-EDG2-GFP),在两个独立的CMV启动子的控制下表达该转基因和绿色荧光蛋白(GFP)。使用不含另外的转基因的Ad-GFP作为对照。制备大病毒储液,在非E1表达细胞中,使用噬斑滴定和GFP表达滴定测定腺病毒滴度。
EDG2的克隆
使用正向引物5′-gcggggggtaccaccatggctgccatctctacttccatcc-3′(SEQ IDNO.5)和反向引物
5′-gcggggctcgagtcacttgtcgtcgtcgtccttatagtcaaccacagagtgatcattgct-3′(SEQ ID NO.6),通过PCR从人脑cDNA扩增EDG2受体的DNA。
使用Expand High Fidelity PCR System(Roche MolecularBiochemicals,Mannheim,Germany),以58℃退火1分钟,72℃扩增1分钟,经20个循环进行PCR。在PCR反应中,在基因3′末端产生符合阅读框的HA标签(来自人流感病毒A血凝素的9个氨基酸的表位)。
使用Kpnl和Xhol限制位点将PCR片段克隆到pAd-Shuttle(QBiogene,Heidelberg,Germany)中,并通过测序(MediGenomix,Martinsried,Germany)检测所产生的pAd Track-CMV-EDG2序列。
SEQ ID NO.1公开了包括3’末端30个核苷酸以内的HA标签编码区的EDG2多核苷酸序列。
SEQ ID NO.2涉及包括C端9个氨基酸的HA标签的EDG2氨基酸序列。
在SEQ ID NO.8中,公开了具有5′-Hindlll和3′Xhol位点的EDG2多核苷酸序列。该EDG2基因已被克隆到peDNA 3.1(invitrogen)的Hindlll/Xbal位点。这样的载体构建体也适用于扩增EDG2基因。
构建带有Flag标签的重组腺病毒(pAD easy 1-EDG2-HA-GFP)
使用Pmel(New England Biolabs,Beverly,MA)过夜将质粒pADTrackCMV-EDG2 c-HA线性化,之后脱磷酸并纯化(GFX DNA和GelPurification Kit;Amersham Pharmacia Biotech,Uppsala,Sweden)。对于同源重组,使用1μg线性化质粒pADTrack CMV EDG2 c-HA和0.1μg pAdeasyl于2500V、200W和25μFD(E.coli-pulser;Biorad,Heidelberg,Germany)共转化电感受态大肠杆菌BJ5183(Stratagene,La Jolla,California),涂盘并于37℃孵育过夜。产生的载体(pAdEasyl-edg2-cHA-GFP)含有用于转染的完整重组腺病毒DNA。该完整DNA序列显示于SEQ ID NO.5中。
使用PacI小量制备质粒DNA后,检查菌落,将阳性克隆再转化到大肠杆菌DH5α中。为了转染(Effectene Transfection reagent;Qiagen,Hilden,Germany)293细胞,使用PacI消化质粒DNA。细胞培养7天,刮取收获并离心。沉淀重悬于Dulbecco′s PBS,经过四个反复冰冻(-80℃)和融解(37℃)循环裂解细胞。离心去除细胞碎片,裂解液保存于-80℃。
对于重组病毒的噬斑选择,使用来自转染的裂解液的不同连续稀释物,在Dulbecco′s PBS中,在温和搅拌下于室温将293细胞感染1小时。感染后,使用含有0.5%琼脂糖的生长培养基(添加有20%血清、2×青霉素/链霉素和2×L-谷胺酰胺的2×改良Eagles培养基(Gibco Lifetechnologies#21935)和1%琼脂糖水溶液(Seacam)的1∶1混合物)覆盖细胞。感染后5-14天,检测细胞层的噬斑形成,使用巴氏滴管挑取噬斑,重悬于0.5ml Dulbecco’s PBS中,保存于-80℃。噬斑用于在293细胞上进行另外的扩增循环。
心力衰竭模型
植入起搏器后,以360搏/分钟快速起搏处理新西兰白兔。在本方案下,经两周可以重复地形成心动过速引起的心力衰竭(HF)。衰竭心脏中平均+dp/dt max值为2200±320mmHg/秒(对比健康对照中的3200±390mmHg/秒;p<0.05),LVEDP从3.6±0.4mmHg升高到13±3.4(p<0.05)。
腺病毒基因转移至兔心肌
快速起搏开始之前,所有兔的心肌接受以导管为基础的腺病毒基因转移(4×1010pfu)。对于此介入,使用芬太尼和异丙酚对兔进行麻醉。在实验结束后,通过使用荧光显微镜研究冰冻横切片的GFP表达,评价所有心脏的基因转移效率。使用4%多聚甲醛固定后评价形态学改变。基因转移在约50%的心肌细胞中引起可重复的转基因表达。
分离的心肌细胞的缩短测量
使用光电监测系统测量感染的心肌细胞的收缩性,该系统连接有对缩短和舒张的幅度及速率的在线数字化评价。在荧光下通过GFP的共表达鉴定转基因阳性心肌细胞。收缩幅度达到稳定后,在恒定溶血磷脂酸浓度(LPA;10-5mol/l)下施于递增浓度的异丙肾上腺素;或者将递增浓度的LPA加入恒定浓度的异丙肾上腺素(10-8mol/l)。
单细胞收缩
为了研究EDG2对心肌细胞收缩性的影响,在离体基因转移后从衰竭心脏中分离心肌单细胞,测量其缩短率(fractional shortening,FS)和缩短速度(velocity of shortening)。在不改变基础收缩性的10-5mol/l溶血磷脂酸浓度下,递增浓度的异丙肾上腺素对EDG2过表达的心肌细胞具有显著较低的正性收缩能效应(图1)。使用低浓度异丙肾上腺素(10-8mnl/l)预刺激之后,递增浓度的LPA对EDG2过表达的心肌细胞显示显著的负性收缩能效应,然而在对照GFP组没有观察到作用(图2)。没有异丙肾上腺素预刺激时,LPA对心肌细胞收缩性没有影响。
感染的心肌细胞的蛋白质印迹
腺病毒感染后48小时收获心肌细胞。匀浆细胞,细胞质提取物用于使用抗HA标签的抗体或抗EDG2的抗体的蛋白质印迹。使用辣根过氧化物酶偶联的山羊抗兔抗体(Dianova,Germany)作为第二抗体。
转基因向衰竭心脏的体内腺病毒递送
由于所有转基因与GFP一起表达,在体内基因转移之后,通过研究心脏中GFP的共表达来研究所有转基因的过表达。通过抗GFP抗体染色测定,Ad-EDG 2-GFP感染的兔心脏的宏观切片显示GFP共表达发生在整个左心室中。
使用蛋白质印迹评估转基因表达
使用抗HA标签抗体或抗EDG2特异性抗体,通过蛋白质印迹证明了EDG2在心肌细胞中的表达。
成年心室心肌细胞的制备和培养,以及腺病毒感染
从衰竭的新西兰白兔心脏分离单个的钙耐受心室心肌细胞。简单而言,灌注并使用胶原酶消化心脏。分离的心肌细胞在层粘连蛋白预包被(5-10μg/cm2)的皿中,以1.5×105细胞/cm2的密度培养于改良的M199中(于5%CO2和37℃)。对于收缩实验,接种后5小时使用腺病毒感染细胞(感染复数(moi)1pfu/细胞)。在此滴度,50-60%的感染心肌细胞表达转基因。
使用超声波心动描记法和心室内Tip导管测量心肌收缩性
在快速起搏开始之前、起搏开始后一周后、两周后,使用超声波心动描记法检测左心室收缩性。起搏两周之后进行Tip导管测量。兔被麻醉;连续监测ECG。
对于超声波心动描记法,将7.5MHz探针固定在三角架上。记录能够良好重复的标准断面。对于Tip导管测量,将连接到辨别装置上的Millar 3FTip导管,通过置于颈动脉中的护套,放置于左心室。确定基础收缩性和左心室压之后,注射200μL NaCl(0.9%)作为阴性对照。以递增的剂量静脉输注异丙肾上腺素和溶血磷脂酸(LPA)。在20分钟的平衡期之后,进行Tip导管测量。
在起搏诱导的心力衰竭中左心室功能失常的恶化
图3显示了快速起搏两周之后在严重心力衰竭(NYHA IV)的兔中进行的Tip导管插入术测量。在EDG2表达组中,在基础条件和递增的LPA剂量下,LV压的一阶导数(dp/dt max)显著低于Ad-GFP感染的对照组。对于收缩LV压的增加而言,这一点也属实(图4)。
在EDG2过表达的心脏中,超声波心动描记法显示两周后心肌的明显肥大,这一点也通过心脏收缩和心脏舒张直径的降低得到证实。与GFP对照相比,在EDG2过表达的心脏中,LV隔膜和后壁的平均厚度显著更大。在两周观察期内通过连续超声波心动描记法评定LV缩短率(Fractionalshortening,FS)的时程。在两组中,在快速起博的时期内,FS逐渐降低。
附图描述
图1:
分离自衰竭心脏的单个心肌细胞的收缩幅度。使用Ad-GFP或Ad-EDG2-GFP离体感染心肌细胞。使用10μM LPA预刺激之后,测定响应于递增浓度的异丙肾上腺素的缩短率(FS)。数据表示为平均值±SEM。
图2:
分离自衰竭心脏的单个心肌细胞的收缩幅度。与显示于图1的实验相似,在Ad-GFP或Ad-EDG2-GFP的体外基因转移之后,在心肌细胞内比较FS。使用l0μM异丙肾上腺素预刺激之后,测定响应于递增浓度的LPA的缩短率。数据表示为平均值±SEM。
图3:
通过Tip导管插入法测定的、基线以及响应于递增剂量的LPA的左心室压的最大一阶导数(LV dp/dt max)。在由于快速起搏导致的晚期心力衰竭(terminal heart failure)兔中于基因转移GFP或EDG2之后两周后进行。数据表示为平均值±SEM。所有测量在8只动物中一式三份进行。对照GFP,*p<0.05。
图4:
在由于快速起搏导致晚期心力衰竭的兔中、在GFP或EDG2基因转移后两周后,通过Tip导管插入法测定基线以及响应于递增剂量的LPA的左心室收缩压。数据表示为平均值±SEM。所有测量在8个动物中一式三份地进行。对照GFP,*p<0.05。
                        序  列  表
<110>安万特医药德国有限公司(Aventis Pharma Deutschland GmbH)
<120>EDG2受体在心力衰竭动物模型中的用途
<130>DEAV2002/0083
<140>
<141>
<160>8
<170>PatentIn Ver.2.1
<210>1
<211>1122
<212>DNA
<213>人(Homo sapiens)
<400>1
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<213>Aequorea victoria
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<213>腺相关病毒2
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agggggaaac gcctggtatc tttatagtcc tgtcgggttt cgccacctct gacttgagcg 36360
tcgatttttg tgatgctcgt caggggggcg gagcctatgg aaaaacgcca gcaacgcggc 36420
ctttttacgg ttcctggcct tttgctggcc ttttgctcac atgttctttc ctgcgttatc 36480
ccctgattct gtggataacc gtattaccgc ctttgagtga gctgataccg ctcgccgcag 36540
ccgaacgacc gagcgcagcg agtcagtgag cgaggaagcg gaagagcgcc tgatgcggta 36600
ttttctcctt acgcatctgt gcggtatttc acaccgcata tggtgcactc tcagtacaat 36660
ctgctctgat gccgcatagt taagccagta tacactccgc tatcgctacg tgactgggtc 36720
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tcaccgtcat caccgaaacg cgcgaggcag ctgcggtaaa gctcatcagc gtggtcgtga 36900
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ccatgccaac ccgttccatg tgctcgccga ggcggcataa atcgccgtga cgatcagcgg 37800
tccagtgatc gaagttaggc tggtaagagc cgcgagcgat ccttgaagct gtccctgatg 37860
gtcgtcatct acctgcctgg acagcatggc ctgcaacgcg ggcatcccga tgccgccgga 37920
agcgagaaga atcataatgg ggaaggccat ccagcctcgc gtcgcgaacg ccagcaagac 37980
gtagcccagc gcgtcggccg ccatgccggc gataatggcc tgcttctcgc cgaaacgttt 38040
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cgacaggccg atcatcgtcg cgctccagcg aaagcggtcc tcgccgaaaa tgacccagag 38160
cgctgccggc acctgtccta cgagttgcat gataaagaag acagtcataa gtgcggcgac 38220
gatagtcatg ccccgcgccc accggaagga gctgactggg ttgaaggctc tcaagggcat 38280
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cattttccta tttattacct aatggctaat ctggctgctg cagacttctt tgctgggttg 300
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gctattgcaa tcgagaggca cattacggtt ttccgcatgc agctccacac acggatgagc 480
aaccggcggg tagtggtggt cattgtggtc atctggacta tggccatcgt tatgggtgct 540
atacccagtg tgggctggaa ctgtatctgt gatattgaaa attgttccaa catggcaccc 600
ctctacagtg actcttactt agtcttctgg gccattttca acttggtgac ctttgtggta 660
atggtggttc tctatgctca catctttggc tatgttcgcc agaggactat gagaatgtct 720
cggcatagtt ctggaccccg gcggaatcgg gataccatga tgagtcttct gaagactgtg 780
gtcattgtgc ttggggcctt tatcatctgc tggactcctg gattggtttt gttacttcta 840
gacgtgtgct gtccacagtg cgacgtgctg gcctatgaga aattcttcct tctccttgct 900
gaattcaact ctgccatgaa ccccatcatt tactcctacc gcgacaaaga aatgagcgcc 960
acctttaggc agatcctctg ctgccagcgc agtgagaacc ccaccggccc cacagaaggc 1020
tcagaccgct cggcttcctc cctcaaccac accatcttgg ctggagttca cagcaatgac 1080
cactctgtgg tttag                                                  1095

Claims (19)

1.哺乳动物心肌细胞,该细胞含有用于同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP的腺病毒载体序列。
2.如权利要求1的哺乳动物心肌细胞,其中腺病毒载体序列由E1/E3缺陷的重组腺病毒组成,该重组腺病毒在两个独立启动子的控制下表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP。
3.如权利要求2的哺乳动物心肌细胞,其中两个独立的启动子为两个CMV启动子
4.如权利要求1至3中之一的哺乳动物心肌细胞,该细胞含有G蛋白偶联受体EDG2蛋白质和GFP蛋白质。
5.如权利要求1至4中之一的哺乳动物心肌细胞,其中的哺乳动物为兔、小鼠或大鼠。
6.制备如权利要求1至5中之一的心肌细胞的方法,其中
a]通过兽医手术技术摘出哺乳动物心脏,
b]灌注并使用胶原酶消化心脏,
c]使用由重组E1/E3缺陷腺病毒组成的腺病毒载体感染分离的心肌细胞,该重组E1/E3缺陷腺病毒在两个独立启动子的控制下表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP。
7.具有含腺病毒载体的心肌的哺乳动物,其中腺病毒载体用于同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP。
8.如权利要求7的哺乳动物,其中腺病毒载体序列由重组E1/E3缺陷腺病毒组成,该重组E1/E3缺陷腺病毒在两个独立启动子的控制下表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP。
9.如权利要求8的哺乳动物,其中两个独立的启动子为两个CMV启动子。
10.如权利要求7至9中之一的哺乳动物,其心肌含有G蛋白偶联受体EDG2蛋白质和GFP蛋白质。
11.如权利要求7至10中之一的哺乳动物,其为兔、小鼠或大鼠。
12.制备如权利要求7至11中之一的哺乳动物的方法,其中
a]提供用于同时表达G蛋白偶联受体EDG2和GFP的腺病毒载体序列,
b]提供哺乳动物,
c]使用导管将来自a]的腺病毒载体序列转移到来自b]的哺乳动物心肌中。
13.权利要求的哺乳动物在制备权利要求1至6之一的心肌细胞中的用途,其中所述心肌细胞用于权利要求14和15的实施。
14.鉴定修饰G蛋白偶联受体EDG2活性的化合物的方法,其中
a]提供来自心肌的、表达受体EDG2或包含受体EDG2的融合蛋白的转化细胞,
b]可能地,使用异丙肾上腺素和/或溶血磷脂酸对来自a]的细胞进行处理,
c]提供化学化合物,
d]将来自a]或b]的细胞与来自c]的化学化合物接触,
e]测定来自d]的细胞的收缩性,并将其与和来自a]的细胞具有相同特征、但是未与来自c]的化学化合物接触的细胞的收缩性进行比较,其中,对于根据d]与化学化合物接触的细胞而言,由此化合物造成的收缩性的相对增加或减少,说明这类化合物修饰受体EDG2活性的能力。
15.鉴定修饰G蛋白偶联受体EDG2活性的化合物的方法,其中
a]提供来自心肌的、表达受体EDG2或包含受体EDG2的融合蛋白的转化细胞,
b]可能地,使用异丙肾上腺素和/或溶血磷脂酸对来自a]的细胞进行处理,
c]提供化学化合物,
d]将来自a]或b]的细胞与来自c]的化学化合物接触,
e]测定来自d]的细胞的收缩性,并将其与和来自a]的细胞为相同细胞类型、但是不表达受体EDG2或包含受体EDG2的融合蛋白的细胞的收缩性进行比较,其中,对于表达受体EDG2或包含受体EDG2的融合蛋白的细胞,由此化合物造成的收缩性的相对增加或减少,说明该化合物修饰受体EDG2活性的能力。
16.重组腺病毒载体,其由选自下组的一种多核苷酸组成:
a]具有SEQ ID NO.5中所示序列的多核苷酸,
b]与SEQ ID NO.5的多核苷酸具有95%一致性的多核苷酸,
c]长度至少与SEQ ID NO.5的多核苷酸的长度相同并可以在施以高严紧性杂交条件时与SEQ ID NO.5的多核苷酸杂交的多核苷酸。
17.如权利要求16的重组腺病毒载体,该载体包含编码SEQ ID NO.2的蛋白质的多核苷酸序列。
18.权利要求16或17的腺病毒载体在构建转基因哺乳动物中的用途,其中,G蛋白偶联受体EDG2在至少一个组织中瞬时或持久表达。
19.权利要求18的腺病毒载体的用途,其中组织为心脏的部分。
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