DD297838A5 - METHOD FOR INTRODUCING GENETIC UNITS IN THE CELL - Google Patents
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Abstract
Description
RNA-Enzyme können nach diesem Modell konstruiert wurden und haben sich in vitro bereits als für die effiziente und spezifische Spaltung von RNA-Sequenzen als geeignet erwiesen (Haseloff et al., 1988).RNA enzymes can be constructed according to this model and have already been shown to be useful in vitro for the efficient and specific cleavage of RNA sequences (Haseloff et al., 1988).
In jüngster Zeit wurden weitere Typen von autokatalytischer RNA-Spaltaktivität, die für die zielgerichtete RNA-Inhibierung in Betracht kommen, entdeckt. Eines dieser Modelle ist das sog. „hairpin"-Ribozym, dessen aktive Stelle vom Minus-Strang der Satelliten RNA des Tabak-Ringspotvirus abgeleitet ist (Hampel und Tritz, 1989). Weitere selbst-spaltende RNA-Aktivitäten sind mit dem Hepatitis Delta Virus (Kuo et al., 1988; Sharmeen et al., 1988; Wu et al., 1989) und m't RNAseP (Altmann et al., 1988) assoziiert. Die den Arbeiten zur vorliegenden Erfindung vorangegangenen Versuche dienten zum Vergleich der Wirkung von Antisense-RNA, Antisense-DNA und Ribozymen. Diese Versuche wurden mit Hilfe der snRNP U 7-abhängigen Histon-premRNA-Prozessierungsreaktion durchgeführt, und zwar in einem in vitro System, das U7-abhängig Histon-premRNA prozessiert (Mowry et al., 1987, Soldati et al., 1988). Dabei wurde gefunden, daß Antisense-RNA den stärksten Inhibitor darstellt, wobei die Inhibierung reversibel ist. Die Hemmwirkungen von Antisense-DNA und von Ribozymen vom „hammerhead"-Typ, beide irreversibel, lagen innerhalb derselben GröSenanordnung, wobei für die vollständige Hemmung jeweils ein ca. 10OOfacher Überschuß gegenüber der Substrat-RNA benötigt wurde.More recently, other types of autocatalytic RNA cleavage activity that may be considered for targeted RNA inhibition have been discovered. One of these models is the so-called "hairpin" ribozyme, whose active site is derived from the minus strand of the tobacco-ringpotvirus satellite RNA (Hampel and Tritz, 1989). Further self-cleaving RNA activities are with the hepatitis delta virus Wu et al., 1989) and mRNA RNAseP (Altmann et al., 1988). The experiments preceding the work of the present invention served to compare the effect antisense RNA, antisense DNA, and ribozymes were performed using the snRNP U 7-dependent histone-premRNA processing reaction in an in vitro system that processes U7-dependent histone premRNA (Mowry et al. , 1987, Soldati et al., 1988). Antisense RNA was found to be the most potent inhibitor, with inhibition being reversible The inhibitory effects of antisense DNA and hammerhead-type ribozymes were both irreversible within the same size In each case, an approximate 10OOfacher excess compared to the substrate RNA was required for the complete inhibition.
Während die bisherigen Versuche mit Ribozymen mit nackter RNA in proteinfreien Systemen durchgeführt worden waren, waren dio Vorversuche zur vorliegenden Erfindung die ersten Experimente, die gezeigt haben, daß synthetisch hergestellte, auf eine spezifische Sequenz gerichte Ribozyme auch in proteinhaltigem Milieu Spaltwirkung zeigen. Diese Tatsache lieferte einen ersten Hinweis für eine potentielle in vivo Anwendung.While previous experiments on ribozymes with naked RNA were carried out in protein-free systems, preliminary experiments on the present invention were the first experiments which showed that synthetically produced ribozymes directed to a specific sequence also show a cleavage effect in a protein-containing environment. This fact provided a first indication of a potential in vivo application.
Einer der limitierenden Faktoren bei der Anwendung von Ribozymen zur Inhibierung der Expression von spezifischen Genen dürfte im Aufbau einer Ribozymkonzentration gelegen sein, die ausreicht, die effiziente Ausschaltung einer bestimmten biologischen Reaktion zu bewirken; die Ursachen dafür dürften, ähnlich wie bei der Anwendung von Antisense-RNA, u. a. in der zu geringeri Stabilität der RNA gelegen sein.One of the limiting factors in the use of ribozymes to inhibit the expression of specific genes is believed to be in the build-up of a ribozyme concentration sufficient to effect the efficient elimination of a particular biological response; the causes for this are likely, similar to the use of antisense RNA, u. a. be located in the too low stability of the RNA.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden genetische Einheiten in die Zelle eingeführt, wobei eine erhöhte Stabilität der inhibierenden RNA erzielt werden kann, ohne daß eine Beeinträchtigung ihrer Wirksamkeit im Hinblick auf Aktivität in Kauf genommen werden muß.By the method according to the invention, genetic units are introduced into the cell, whereby an increased stability of the inhibiting RNA can be achieved without having to accept an impairment of their activity in terms of activity.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein System für die Anwendung von mRNA als in vivo Inhibitor von mRNA bereitzustellen, das die bisher bestehenden Beschränkungen bei der Anwendung von RNA beseitigt, indem eine wirksame Konzentration an inhibierender RNA in der Zelle zur Verfügung gestellt wird sowie ein Verfahren zum Einführen von genetischenThe present invention has for its object to provide a system for the application of mRNA as an in vivo inhibitor of mRNA, which eliminates the existing limitations in the application of RNA by providing an effective concentration of inhibitory RNA in the cell, and a method of introducing genetic
Einheiten in die Zelle bereitzustellen.To provide units to the cell.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch eine Verfahren zur Einführung einer genetischen Einheit in die Zelle gelöst, die die für die Transkription durch Polymerase III erforderlichen Transkriptionsoinheiten und eine für die RNA-Funktion inhibierende RNA kodierende DNA enthält, die innerhalb der genetischen Einheit derart ungeordnet ist, daß die inhibierende RNA Teil desThis object has been achieved according to the invention by a method for introducing a genetic unit into the cell which contains the transcription units required for the transcription by polymerase III and a RNA coding for RNA function-encoding DNA which is so disordered within the genetic unit that the inhibiting RNA part of the
Polymerase-Ill-Transkripts ist.Polymerase III transcript.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wurde von der Überlegung ausgegangen, daß durch Einführung eines die inhibierende RNA produzierenden Gens gegenüber dem Import der RNA als solchen eine beträchtliche Amplifikation der RNA und damit ein zurIn the solution of this problem was based on the consideration that by introducing a gene producing the inhibiting RNA to the import of the RNA as such, a considerable amplification of the RNA and thus a to
Hemmung der biologischen Reaktion ausreichender RNA-Vorrat gewährleistet würde.Inhibiting the biological response would ensure sufficient RNA supply.
Die inhibierende RNA kann ein beliebiges Ribozym oder eine andere mRNA inhibierende RNA, ζ. B. eine Antisense-RNA, sein.The inhibiting RNA can be any ribozyme or other mRNA-inhibiting RNA, ζ. An antisense RNA.
Grundsätzlich wäre es denkbar, einen effizienten Transport von RNA bzw. der dafür kodierenden DNA-Sequenz über Viren oderIn principle, it would be conceivable to efficiently transport RNA or the DNA sequence coding for it via viruses or
virale Vektoren, z. B. Retroviren, durchzuführen.viral vectors, e.g. B. retroviruses perform.
Dieses System weist allerdings einige entscheidende Nachteile auf, die Mobilisierung von endogenen Viren, Rekombination mit endogenen Retroviren, Aktivierung von endogenen Genen durch Integration, Beschränkung hinsichtlich Wirtsorganismus undHowever, this system has some major drawbacks, the mobilization of endogenous viruses, recombination with endogenous retroviruses, activation of endogenous genes by integration, restriction of host organism and
Gewebsart.Tissue type.
Im Gegensatz dazu wurden daher erfindungsgemäß Carriergene bereitgestellt, die diese Nachteile nicht aufweisen.In contrast, therefore, according to the invention carrier genes were provided which do not have these disadvantages.
Die als Carriergene für RNA-Gene im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Gene haben folgende Vorteile: sie weisen eine kompakte Struktur auf, können auf Grund ihrer geringen Größe leichter in die Zelle transportiert werden, weisen eine hohe Transkriptionsrate auf und sind in ihrer Expression nicht auf bestimmte Gewebe beschränkt, sondern werden ubiquitär,The genes proposed as carrier genes for RNA genes in the context of the present invention have the following advantages: they have a compact structure, can be transported more easily into the cell because of their small size, have a high transcription rate and are not in their expression limited to certain tissues but become ubiquitous,
d.h. in beinahe allen Zelltypen exprimiert.i.e. expressed in almost all cell types.
Ein weiterer Vorteil der Polymerase Ill-Gene liegt im Vorhandensein eines sehr starken Transkriptions-Terminationssignals.Another advantage of the polymerase III genes is the presence of a very strong transcription termination signal.
Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, daß ein in der Nähe gelegenes zelluläres Gen in unerwünschter Weise aktiviert wird,This will increase the likelihood that a nearby cellular gene will be undesirably activated.
wesentlich reduziert.significantly reduced.
Die von der Polymerase III transkribierten Gene haben folgende Eigenarten: es handelt sich dabei um Gene, deren Promotor sich nicht stromaufwärts vor dem Gen, sondern Innerhalb des Gens befindet (Geiduschek et al., 1988). Diese für die Bindung der Polymerase III wesentlichen internen Kontrollregionen weisen eine diskontinuierliche Struktur auf; sie bestehen aus zwei sog.The genes transcribed by the polymerase III have the following characteristics: these are genes whose promoter is not upstream of the gene but internal to the gene (Geiduschek et al., 1988). These internal control regions essential for the binding of polymerase III have a discontinuous structure; they consist of two so-called
,Boxen" (der Α-Box und der B-Box), die für die Erkennung durch die Transkriptionsfaktoren wesentlich sind, sowie einem dazwischenliegenden Genabschnitt, der hinsichtlich seiner Länge kritisch ist (Hofstetter et al., 1981). Die Länge dieser Sequenz"Boxes" (the Α-box and the B-box) that are essential for recognition by the transcription factors, as well as an intermediate gene segment that is critical in length (Hofstetter et al., 1981)
beträgt bei tRNA-Genen 31-74 Basenpaare (Clarkson).is 31-74 base pairs (Clarkson) in tRNA genes.
Vertreter dieser von Polymerase III transkribierten Gene sind die tRNA-Gene, 5S-RNA und eine Reihe von anderen kleinen Kern- und Zytoplasma-RNA-Genen: 7SK, 7SL, M, U6 und 4,5S RNA, sowie die Adenovirus-Gene VA1 und VA2 (Geiduschek et al., 1988). Gemeinsam ist diesen Genen ihre geringere Größe, ihre kompakte Struktur, ihre hohe Transkriptionsrate und ihreRepresentative of these genes transcribed by polymerase III are the tRNA genes, 5S RNA and a number of other small nuclear and cytoplasmic RNA genes: 7SK, 7SL, M, U6 and 4,5S RNA, as well as the adenovirus genes VA1 and VA2 (Geiduschek et al., 1988). Common to these genes is their smaller size, their compact structure, their high transcription rate and their
ubiquitäre Transkription.ubiquitous transcription.
Es wurde überraschend festgestellt, daß mit Hilfe der ei findungsgemäßen genetischen Einheiten eine erhöhte Stabilität der inhibierenden RNA erzielt werden kann, ohne daß eine Beeinträchtigung ihrer Wirksamkeit im Hinblick auf Aktivität in KaufIt has surprisingly been found that with the aid of the genetic units according to the invention, an increased stability of the inhibiting RNA can be achieved without compromising their effectiveness with regard to activity
genommen werden muß.must be taken.
Es wurde bereits von Jennings und Molloy, 1987, gezeigt, daß ein spezifischer von Polymerase III erkannter Promotor geeignet ist, die Synthese von Antisense-RNA zu lenken. Dazu wurde das Xbal/BamH 1 Fragment des VA1 -Gens, enthaltend den Promotor, in 5' Richtung vor die Antisense-DNA Moniert, was dem herkömmlichen Prinzip bei der Verwendung von Polymerase !!-Promotoren entspricht. Es wurde angestrebt, ein im Vergleich zu Polymerase Il-Transkripten kurzes Transkript zu erhalten. Das Transkript weist nureine geringfügige Modifikation auf, die eine Basenpaarung der Enden ermöglicht, um die Enden vor VerdauIt has already been demonstrated by Jennings and Molloy, 1987, that a specific promoter recognized by polymerase III is suitable for directing the synthesis of antisense RNA. For this purpose, the XbaI / BamH 1 fragment of the VA1 gene, containing the promoter, was cloned in 5 'direction in front of the antisense DNA, which corresponds to the conventional principle when polymerase I1 promoters are used. The aim was to obtain a short transcript compared to polymerase II transcripts. The transcript has only a minor modification that allows base-pairing of the ends to the ends before digestion
durch Einzelstrang-Exonukleasen zu schützen.by single-stranded exonucleases.
Im Gegensatz zu diesem Vorschlag, in dem nur die Promotorsequenz eines spezifischen Polymerase HI-Gens verwendet wird, (der Bereich zwischen F.os.-30 bis 73, während das Wildtyp VA1 Gen sich bis zur Terminatorsequenz bei Pos. +160-+200 erstreckt), werden gemäß der vorliegenden Erfindung gezielt zusätzlich diejenigen Sequenzen des Polymerase Ill-Gens verwendet, die für die Sekundärstruktur des Transkripts maßgeblich sind, um diese für die Stabilisierung der inhibierenden RNA-Sequenzen auszunutzen. Im Gegensatz zum vorbeschriebenen Vorschlag ist die für die inhibierende RNA kodierende Gensequenz innerhalb des von Polymerase III transkribierten Gens so angeordnet, daß erfindungsgemäß eine „Genkassette"In contrast to this proposal, where only the promoter sequence of a specific polymerase HI gene is used (the range between F.os.-30 to 73, while the wild-type VA1 gene extends to the terminator sequence at pos. + 160- + 200 extends), according to the present invention, additionally those sequences of the polymerase III gene are used which are relevant for the secondary structure of the transcript in order to exploit them for the stabilization of the inhibitory RNA sequences. In contrast to the above-described proposal, the gene sequence coding for the inhibiting RNA is arranged within the gene transcribed by polymerase III such that according to the invention a "gene cassette"
vorliegt. Darüber hinaus sind die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Carrier-Gene im Gegensatz zum viralen VA1 -Gen nicht toxisch.is present. Moreover, unlike the viral VA1 gene, the carrier genes used in the present invention are non-toxic.
Die von Polymerase III transkribierten Genn sind im Rahmen der Erfindung flexibel einsetzbar. Im Hinblick auf ihre Funktion als Carriergene für RNA-inhibisierende Sequenzen sind bei der Auswahl bzw. Modifikation natürlicher bzw. bei der Konstruktion künstlicher Gene folgende Kriterien zu berücksichtigen:The transcribed from polymerase III Genn are flexible in the context of the invention. With regard to their function as carrier genes for RNA-inhibiting sequences, the following criteria must be taken into account in the selection or modification of natural or in the construction of artificial genes:
1) Die A- und die B-Box sind hoch konserviert.1) The A and B boxes are highly conserved.
2) Ein Abschnit von 5 bis 7 T-Resten stromabwärts der B-Box ist für die Termination der Transkription verantwortlich.2) A section of 5 to 7 T residues downstream of the B box is responsible for the termination of transcription.
3) Der Abstand zwischen A- und B-Box kann nicht beliebig vergrößert werden, wobei das Maximum derzeit bei etwa 90 bp angenommen wird.3) The distance between A and B box can not be increased arbitrarily, the maximum is currently assumed to be about 90 bp.
4) In einigen Systemen hat die 5'-flankierende Sequenz einen Einfluß auf die Transkription.4) In some systems, the 5 'flanking sequence has an influence on transcription.
5) Es gibt Hinweise dafür, daß eine intakte Anticodon-Stammregion wesentlich für die Stabilität des Transkripts ist.5) There is evidence that an intact anticodon stem region is essential to the stability of the transcript.
diesen Genen kodierten RNAs sind darüber hinaus auf Grund ihrer Kleeblattstruktur als besonders geeignet anzusehen, derinhibierenden RNA Stabilität zu geben. Mit ihrer Hilfe lassen sich kompakte RNA produzierende Geneinheiten herstellen, indemdie für die inhibierende RNA kodierende Sequenz zwischen den A- und Γ Block eingeführt wird (Fig. 1 zeigt ein6 schematischeIn addition, due to their trefoil structure, RNAs encoded by these genes are to be regarded as particularly suitable for providing stability to the inhibiting RNA. With their help, compact RNA-producing gene units can be prepared by introducing the sequence coding for the inhibiting RNA between the A and Γ blocks (FIG. 1 shows a schematic diagram of FIG
(tRNA-Gene oder andere Polymerase HI-Gene) möglich, solange gewährleistet ist, daß Transkriptionsaktivität der Polymerse III(tRNA genes or other polymerase HI genes) possible as long as it is ensured that transcriptional activity of the polymer III
und die Stabilität des Transkripts erhalten bleiben.and preserve the stability of the transcript.
erforderlichenfalls kann eine geeignete Restriktionsstelle konstruiert werden, in die dann die für die inhibierende RNAkodierende Sequenz inseriert wird. Bei der Insertion muß lediglich beachtet werden, daß in der Anticodon-Stammregion keinif necessary, a suitable restriction site can be constructed into which the inhibitory RNA coding sequence is then inserted. In the insertion, it only needs to be considered that no anticodon stem region exists
beeinträchtigt (Folk et al., 1983). Außerdem muß dem Umstand Rechnung getragen werden, daß Inserts größer als 60 bp dieimpaired (Folk et al., 1983). In addition, the fact must be taken into account that Inserts greater than 60 bp the
eingeführt wurden. Wenn das tRNA-Ribozym, das von diesem Gen transkribiert wird, vorwiegend im Zytoplasma lokalisiert ist,es jedoch für bestimmte Anwendungen, z. B. um kernspezifische RNAs, z. B. solche von snRNP-Partikeln zu inhibieren,wünschenswert ist, das tRNA-Ribozym bzw. die tRNA-Ribozym bzw. die tRNA-Antisense-RNA im Kern zu lokalisieren, könnenwere introduced. When the tRNA ribozyme transcribed from this gene is predominantly located in the cytoplasm, however, it is useful for certain applications, e.g. B. nucleus-specific RNAs, eg. For example, to inhibit those of snRNP particles, it is desirable to be able to localize the tRNA ribozyme or the tRNA ribozyme or the tRNA antisense RNA in the nucleus
beschriebene met i tRNA-Gen, das einen einzigen Basenaustausch aufweist.described met i tRNA gene having a single base exchange.
wird mit einem geeigneten Restriktionsenzym an der für die Insertion vorgesehenen Stelle, z. B. zwischen dem A- und demis incubated with a suitable restriction enzyme at the site intended for insertion, e.g. B. between the A and the
hineinllgiert. Damit werden geeignete Wirtsorganismen transformiert, selektioniert, vermehrt und die amplifizierte Plasmid-DNAgewonnen. Die Plasmide werden auf das Vorhandensein der erfindungsgemäßen genetischen Einheit überprüft; dies kanndurch Restriktionsverdau, Sequenzanalyse oder durch den Nachweis eines funktioneilen in vitro Transkripts der Plasmid-DNAhineinllgiert. Thus, suitable host organisms are transformed, selected, propagated and recovered the amplified plasmid DNA. The plasmids are checked for the presence of the genetic unit according to the invention; this may be by restriction digestion, sequence analysis or by detection of a functional in vitro transcript of the plasmid DNA
erfolgen.respectively.
herausgeschnittenen Geneinheit, die sämtliche für die Transkription durch Polymerase III erforderlichen Informationen enthält,excised gene unit containing all the information required for transcription by polymerase III,
zur Anwendung gelangen.to apply.
solcher Tandems wird von Plasmiden ausgegangen, die multimere Kopien der für die inhibierenden Einheiten kodierendensuch tandems are based on plasmids encoding multimeric copies of those coding for the inhibitory units
der im Beispiel 1 beschriebenen erbBschnitt-Serie, die Einzelfragmente unter Verwendung von T4 DNA-Ligase zu Polymerenligiert und die polymeren Gene in eine entsprechende Restriktionsstelle eines geeigneten Plasmidvektors rekloniert werden. Diethe erbBschnitt series described in Example 1, the individual fragments are ligated to polymer using T4 DNA ligase and the polymeric genes are recloned into a corresponding restriction site of a suitable plasmid vector. The
beträgt, ermöglicht. Mit Hilfe eines solchen »Tandem-Inhibitors" kann nach Herstellung eines heteromeren Komplexes vonis possible. With the help of such a "tandem inhibitor" can after preparation of a heteromeric complex of
liihibierung durch die Mischung erfolgt ist, können die einzelnen Ribozyme auf ihre Wirksamkeit untersucht werden. Dies istinsbesondere auf Grund der Tatsache von Vorteil, daß die Kriterien für die Auswahl von zu inhibierenden Ziel-RNA-SequenzenSince the inhibition has been made by the mixture, the individual ribozymes can be tested for their effectiveness. This is particularly advantageous due to the fact that the criteria for the selection of target RNA sequences to be inhibited
noch nicht sämtlich erforscht sind.not all researched yet.
snRNA-Molekülen) anzusehen. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei Anwendung in Tandem-Form, wirdsnRNA molecules). With the aid of the present invention, in particular when used in tandem, is
ermöglicht, Aufschluß über solche Zielsequenzen zu erhalten und sie in der Folge effizient zu inhibieren.allows to obtain information about such target sequences and to inhibit them efficiently in the sequence.
erforderlich ist, die RNA, ζ. B. virale RNA, an mehreren Stellen zu spalten. Eine Mehrfachspaltung kann z. B. erzielt werden, indemeine größere Anzahl verschiedener Ribozyme konstruiert und ein Vektor, enthaltend die genetischen Einheiten mit den jeweilsdafür kodierenden DNA-Sequenzen, in Zellen eingeführt wird. Bei Transkription dieser Sequenzen lagern sich dieis required, the RNA, ζ. As viral RNA, to split in several places. A multiple split can z. B. can be achieved by constructing a larger number of different ribozymes and introducing a vector containing the genetic units with the respective DNA sequences coding therefor into cells. Upon transcription of these sequences, the
der Anwendung des Transferrin-Polykation-Transportsystem, größere Mengen eines niedrigmolekularen Ribozyms erforderlichsind. Plasmide, die multimere Kopien der genetischen Einheit tragen, die die für dieses Ribozym kodierende DNA-Sequenzthe use of the transferrin-polycation transport system, larger amounts of a low molecular weight ribozyme are required. Plasmids carrying multimeric copies of the genetic unit encoding the DNA sequence encoding that ribozyme
enthalten, verbessern die Produktion des Fragments durch Erhöhung der Ausbeute um ein Mehrfaches.contain, improve the production of the fragment by increasing the yield by a multiple.
sollen, die gegen verschiedene RNA-Arten gerichtet sind.which are directed against different types of RNA.
eine größere Kapazität aufweisen, in Betracht zu ziehen sein.have a larger capacity to be considered.
Die im Rahmen der Erfindung verwendbaren Carriergene können auch synthetisch hergestellt werden, sofern sie die Bedingung erfüllen, die für die Transkription durch Polymerase III erforderlichen Transkriptionseinheiten aufzuweisen. Die Altwendung solcher synthetischen Gene kann folgende Vorteile mit sich bringen:The carrier genes which can be used in the context of the invention can also be produced synthetically, provided they fulfill the condition of having the transcription units required for transcription by polymerase III. The use of such synthetic genes can have the following advantages:
a) Solchd Gene werden von AminoacylsyntheMsen und von Ribosomen nicht erkannt, wodurch ein Eingriff in die Translationsmaschinerie der Zelle verhindert wird.a) Such genes are not recognized by aminoacylsynesms and ribosomes, thereby preventing interference with the translational machinery of the cell.
b) Es besteht die Möglichkeit, durch die Schaffung synthetischer Konstrukte inhibierende RNAs mit größerer Stabilität und höherer Transkriptionsrate herzustellen als mit einem natürlichen Gen.b) It is possible to produce inhibiting RNAs with greater stability and higher transcription rate than with a natural gene by creating synthetic constructs.
c) Der Klonierungsprozeß kann durch Schaffung synthetischer Sequenzen flexibler gestaltet werden.c) The cloning process can be made more flexible by creating synthetic sequences.
Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß die Stabilität der Ribozym-tRNA-Moleküle erhöht werden kann, indem die Anticodon-Stammregion des Carrier-tDNA-Moleküls verlängert wird. Es konnte gezeigt werden, daß durch Verlängerung der 5 Basenpaare aufweisenden Anticodon-Stamm-Region des Wildtyp-tRNA-Gens auf 9 Basenpaare eine gegenüber dem verkürzten Wildtyp tRNA-Gen um das 6fache erhöhte Menge an Transkript erzielbar ist, was auf eine Erhöhung der Stabilität und die damit erzielbare Prozessierbarkeit zurückgeführt werden kann.It has been found within the scope of the present invention that the stability of ribozyme tRNA molecules can be increased by extending the anticodon stem region of the carrier tDNA molecule. It has been shown that extension of the 5 base pairs anticodon stem region of the wild-type tRNA gene to 9 base pairs results in a 6-fold increased transcript over the truncated wild-type tRNA gene, indicating an increase in stability and the achievable processability can be traced back.
Es wurde weiter festgestellt, daß eine Erhöhung der Stabilität der erfindungsgemäßen genetischen Einheiten in Form voi. tRNA-Ribozym-Genen oder tRNA-Antisense-Genen auch erreicht werden kann, wenn die für die inhibierende RNA-Funktion kodierenden DNA-Sequenzen als Teil von Introns vorliegon (im Fall von Ribozymen als „Ribintrons" bezeichnet). Dabei wurde von der Überlegung ausgegangen, daß natürlich vorkommende Introns die Sekundärstruktur von tRNA-Precursormolekülen nicht verändern und die tRNA-lntrons keine Sequenzkonservierung zeigen, wodurch dutch Klonierung von Ribozym- oder Antisense-Sequenzen als Teil von Introns die Strukturveränderung des resultierenden tRNA-Precursors minimiert und dessen Stabilität damit maximiert werden können. An Hand des im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten tyrtRNA-Gens, bei dem das Spleißen der tRNA-Precursormoleküle nur langsam erfolgt, konnte gezeigt werden, daß durch die Verwendung von „Ribintron"-Sequenzen enthaltenden tDNA-Molekülen die Aktivität von ribtRNA wirkungsvoll erhöht werden kann. Damit ist es möglich, verstärkt im Zytoplasma lokalisierte RNAs anzugreifen. Dieses System ermöglicht auf einfache Weise den Einbau geeigneter Strukturelemente zur Erhöhung der Stabilität der „Ribintrons" gegenüber dem Abbau durch Exonukleasen. Dies kann z. B. durch zusätzliche Basenpaarungen oder durch größere Hairpin-Bereiche angrenzend an die Ribozymsequenzen erzielt weiden. Bei derartigen Modifikationen ist zu beachten, daß die für das Splicing des Introns maßgeblichen Strukturen orhalten bleiben.It has further been found that increasing the stability of the genetic units according to the invention in the form voi. tRNA ribozyme genes or tRNA antisense genes can also be achieved if the coding for the inhibitory RNA function DNA sequences as part of introns vorliegon (in the case of ribozymes referred to as "ribintrons") naturally occurring introns do not alter the secondary structure of tRNA precursor molecules and the tRNA introns show no sequence conservation, thereby minimizing and thus increasing the stability of the resulting tRNA precursor by cloning ribozyme or antisense sequences as part of introns On the basis of the tyrtRNA gene used in the context of the present invention, in which the splicing of the tRNA precursor molecules takes place only slowly, it has been shown that the use of tRNA molecules containing "ribintrone" sequences inhibits the activity of ribtRNA can be effectively increased. This makes it possible to attack RNAs that are increasingly localized in the cytoplasm. This system readily allows the incorporation of appropriate structural elements to increase the stability of the ribintrons to degradation by exonucleases, for example by additional base pairing or by larger hairpin regions contiguous to the ribozyme sequences note that the structures responsible for splicing the intron remain intact.
Die natürlichen Inkonsequenzen können modifiziert werden, z.B. durch Einfügen geeigneter Restriktionsschnittstellen, um die Klonierung von Oligonukleotiden zu ermöglichen, oder, soweit nicht im natürlich vorkommenden Gen enthalten, durch Einfügen von Nukleotiden, die eine Basenpaarung mit dem Anticodon-Triplett ermöglichen, um über ein zusätzlich stabilisierendes Strukturmerkmal zu verfügen.The natural inconsistencies can be modified, e.g. by inserting suitable restriction sites to allow cloning of oligonucleotides or, if not included in the naturally occurring gene, by insertion of nucleotides that allow base pairing with the anticodon triplet to have an additional stabilizing structural feature.
Es konnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, daß die Expression von Ribozymen als Bestandteil von Introns im wesentlichen keine Beeinträchtigung der tRNA-Sekundärstruktur mit sich bringt, wodurch das mtstehende Transkript in hoher Konzentration akkumuliert und korrekt prozessiert werden kann. Falls sich das während des Prozessierens freigesetzte Intron als nicht genügend stabil erweist, können geeignete Strukturmerkmale vorgesehen werden, die eine Erhöhung der Stabilität gegenüber Exonukleaseabbau bewirken.It could be shown in the context of the present invention that the expression of ribozymes as a component of introns brings substantially no impairment of the tRNA secondary structure, whereby the mtstehende transcript can be accumulated in high concentration and processed correctly. If the intron released during processing proves not to be sufficiently stable, suitable structural features can be provided to provide an increase in stability to exonuclease degradation.
Um die erfindungsgemäßen genetischen Einheiten in die Zelle einzubringen, sind mehrere Methoden anwendbar: Die Standardmethode zum Einführen von DNA in Gewebekulturzellen benutzt die Bildung eines Co-Präzipitats zwischen der DNA und Calciumphosphat (Graham et al., 1973). Das Präzipitat wird Zellen beigegeben, die einen bestimmten Anteil aufnehmen, möglicherweise durch einen Pynozytose-Vorgang. Eine ähnliche Methode benutzt ein positiv geladenes Material, DEAE-Dextran, das die Aufnahme von DNA durch die Zelle erleichtert. Es wurden auch Methoden entwickelt, DNA durch Elektroporation (dabei entstehen durch ein pulsierendes elektrisches Feld vorübergehend Poren) in die Zelle zu bringen (Langridge et al., 1987, Fromm et al., 1987). Mikroinjektionstechniken für die Einführung in große Zellen (Kressmann et al., 1980) und Gewebekulturzellen (Pepperkok et al., 1988) sind ebenfalls anwendbar. Diese Methoden sind jedoch nur im Labor bzw. für in vitro Anwendungen brauchbar. Kürzlich wurde ein synthetisches kationisches Peptid (DOTMA) entwickelt, das spontan mit DNA Liposomen bildetTo introduce the genetic units of the invention into the cell, several methods are applicable: The standard method of introducing DNA into tissue culture cells utilizes the formation of a co-precipitate between the DNA and calcium phosphate (Graham et al., 1973). The precipitate is added to cells that take up a certain proportion, possibly through a pynocytosis process. A similar method uses a positively charged material, DEAE-dextran, which facilitates the uptake of DNA by the cell. Methods have also been developed of bringing DNA into the cell by electroporation (thereby causing pores to temporarily pass through a pulsating electric field) (Langridge et al., 1987, Fromm et al., 1987). Microinjection techniques for introduction into large cells (Kressmann et al., 1980) and tissue culture cells (Pepperkok et al., 1988) are also applicable. However, these methods are only useful in the laboratory or for in vitro applications. Recently, a synthetic cationic peptide (DOTMA) has been developed that forms spontaneously with DNA liposomes
und 'jo der Transpurt in die Zellen erleichtert (Felgner et al., 1987). Grundsätzlich sind, wie bereits erwähnt, auch retrovirale Vektoren für den Transfer von genetischem Material in die Zelle geeignet (Stewart et al., 1986,1987); diese Systeme weisen jedoch die bereits angeführten Nachteile auf.and facilitating transpiration into the cells (Felgner et al., 1987). Basically, as already mentioned, retroviral vectors are also suitable for the transfer of genetic material into the cell (Stewart et al., 1986, 1987); However, these systems have the disadvantages already mentioned.
Ein weiterer Transportmechanismus beruht auf der Benutzung „entwaffneter" Toxine als Transportvehikel. Die bisher verwendeten Transportverfahren sind sämtlich von dem Mangel behaftet, nicht genügend inhibierende Nukloinsäure in die Zelle befördern zu können, fviit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr aufgrund der geringen Größe und der Kompaktheit der Moleküle möglich, bezogen auf die Transportkapazität eine Steigerung der Zahl an aktiven Inhibitoreinheiten zu erzielen. Aufgrund der geringen Größe und kompakten Struktur der erfindungsgemäßen genetischen Einheiten kann nach geringfügigen Modifikationen, z.B. Konjugation mit Cholesterin, lipophilen Gegenionen oder Kernlokalisierungspeptiden auch auf einTransportsystem zurGär>~ verzichtet werden.Another transport mechanism is based on the use of "disarmed" toxins as transport vehicles The transport methods hitherto used all have the shortcoming of not being able to deliver enough inhibitory nukloic acid into the cell, by virtue of the present invention it is now due to the small size and the Due to the small size and compact structure of the genetic units of the invention, minor modification, eg, conjugation with cholesterol, lipophilic counterions, or nuclear localization peptides may also be induced on a transport system for the>> be waived.
Bevorzugt wird im Rahmen u«?r vorliegenden Erfindung ein lösliches System für den Transport angewendet, das über Rezeptorvermittelte Endozytose abläuft. Besonders bevorzugt wird dabei ein Transferrin-Polykation-Konjugat mit der erfindungsgemäßen genetischen Einheit komplexieri; der Komplex wird durch den Transferrin-Rezeptor, der auf praktisch allen wachsenden Zellen vorhanden ist, aufgenommen.Within the scope of the present invention, preference is given to using a soluble system for transport which proceeds via receptor-mediated endocytosis. In this case, a transferrin-polycation conjugate with the genetic unit according to the invention is particularly preferably complexed; the complex is taken up by the transferrin receptor, which is present on virtually all growing cells.
Die Anwendungsgebiete für die vorliegende Erfindung sind zahlreich: z. B. können transgene Tiere hergestellt werden, die auf Grund des Vorhandenseins der erfindungsgemäßen genetischen Einheiten im genetischen Material eine intrazelluläre Immunität gegen Viren, z.B. Maul- und Klauenseuchevirus, Newcastle Disease Virus, Rinderpapillomavirus, Pseudorabies oder infektiöse Gastroenteritis, aufweisen.The fields of application for the present invention are numerous: z. For example, transgenic animals can be produced which, due to the presence of the genetic units of the invention in the genetic material, have intracellular immunity to viruses, e.g. Foot-and-mouth disease virus, Newcastle disease virus, bovine papillomavirus, pseudorabies or infectious gastroenteritis.
Entsprechend kann auch in transgenen Pflanzen intrazelluläre Immunität, z. B. gegen das Kartoffelvirus PVX, erzeugt werden. Weiter können die erfindungsgemäßen genetischen Einheiten in somatische Zellen eingebracht werden, um gegen pathogene Viren, wie HIV oder verwandte Retroviren gerichtete Ribozyme bzw. Antisense-RNAs zur Bekämpfung dieser viralen Erreger einzusetzen.Accordingly, in transgenic plants intracellular immunity, eg. Against the potato virus PVX. Furthermore, the genetic units according to the invention can be introduced into somatic cells in order to use ribozymes or antisense RNAs directed against pathogenic viruses, such as HIV or related retroviruses, for controlling these viral pathogens.
Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt in der Gentherapie durch Anwendung von RNA Konstrukten mit Komplementarität zu Oncogenen oder anderen Schlüsselgenen, die Wachstum und/oder Differenzierung von Zellen kontrollieren. Bei derartigen Anwendungen kommt die mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wirksam erzielbare hohe Spezifität der RNA-Inhibierung, mit Hilfe derer z. B. eine Unterscheidung zwischen Protooncogen- und Oncogentranskripten möglich ist, zum Tragen. Weiter können die erfindungsgemäßen genetischen Einheiten verwendet werden, um in Pflanzen oder Tieren die Expression von spezifischen Genen zu verhindern, um auf diese Weise erwünschte Eigenschaften hervorzubringen. Die inhibierende Wirkung von RNA kann auch bei der Bekämpfung von Krankheiten derart ausgenutzt werden, daß die Produktion von unerwünschten Genprodukten unterbunden wird, z. B. die Produktion des bei der Alzheimer-Krankheit auftretenden Haupt-Plaqueproteins („major plaque protein") oder von Autoimmunerkrankungen verursachenden Proteinen. Die vorliegende Erfindung kann auch in denjenigen Fällen angewendet werden, in denen ein regulatorisches Protein, das eine Wechselwirkung mit RNA aufweist, durch Anlagerung von RNA ausgeschaltet werden soll.Another area of application is in gene therapy by using RNA constructs that are complementary to oncogenes or other key genes that control cell growth and / or differentiation. In such applications, the effectively achievable by means of the present invention high specificity of RNA inhibition, by means of which z. B. a distinction between proto-oncogene and oncotranscripts is possible to bear. Further, the genetic units of the present invention can be used to prevent the expression of specific genes in plants or animals to produce desirable properties. The inhibitory effect of RNA can also be exploited in the control of diseases such that the production of undesirable gene products is suppressed, for. The production of major plaque protein or autoimmune disease-causing proteins in Alzheimer's Disease The present invention may also be used in those cases where a regulatory protein that interacts with RNA , should be turned off by addition of RNA.
PharmazeutischeZubereitungen, die die erfindungsgemäßen genetischen Einheiten als wirksame Komponente enthalten, etwa in Form von Lyophilisaten, sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Ihre Anwendung umfaßt die angegebenen Indikationsgebiete.Pharmaceutical preparations containing the genetic units according to the invention as an active component, for example in the form of lyophilisates, are likewise provided by the invention. Their application includes the indicated indications.
Anhand der im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuche konnte Transkriptionsaktivität des tDNA-Ribozymgens nachgewiesen werden. Dazu wurde ein tDNA-Ribozym-Genkonstrukt hergestellt, indem eine für ein 53 bp langes, gegen die snRNA U 7 Sequenz gerichtetes Ribozym kodierende DNA-Sequenz in die Apal Restriktionsstelle zwischen die A-Box und die B-Box der Start-Methionin-tDNA inseriert wurde (die A- und die B-Box sind die beiden Erkennungssequenzen für die Polymerase; die Transkription beginnt 15 bp stromaufwärts der Α-Box und endet an einer Oligo T-Sequenz stromabwärts der B-Box). Nach Mikroinjektion dieses Gens wurde Transkription nachgewiesen; die Konzentration destRNA/Ribozym-Hybrids betrug 10-20% der Konzentration an tRNA, die von einem co-injizierten Wildtyp-tRNA-Gen produziert wurde. RNA-Moleküle, synthetisiert in vitro vom tRNA-Ribozymgen, spalten die Ziel-RNA an der vorgesehenen Stelle. Das Hinzufügen der tRNA-Struktur zur Ribozymsequenz blockiert nicht die Ribozymaktivität. tRNA-Ribozymmoleküle, synthetisiert von Genen, die in Oozyten injiziert worden sind, spalten die Ziel-RNA ebenfalls an der vorgesehenen Stelle und mit derselben Effektivität wie in vitro synthetisierte Ribozyme ohne die;<usätzliche tRNA-Struktur. Das beweist, daß in vivo Synthese und Prozessierung eines tRNA-Ribozyms nicht mit Modifikationen einhergehen, die die Wirkung des Ribozyms behindern. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erstmals in vivo die Aktivität eines Ribozyms nachgewiesen. Dazu wurden tDNA/Ribozym-Gene zusammen mit radioaktiv markiertem GTP in den Kern von Oozyten injiziert. Nach achtstündiger Inkubation, die für die Ribozymsynthese vorgesehen war, wurde die radioaktiv markierte Substrat-RNA (U 7 RNA) ins Zytoplasma der Oozyten injiziert. Nach weiteren zwei Stunden wurde die Nukleinsäure aus den Oozyten präpariert: In den Oozyten, in denen Ribozymsynthese stattgefunden hatte, wurde keine verbleibende Substrat-RNA nachgewiesen. Im Gegensatz dazu war die S'jbstrat-RNA in denjenigen Oozyten stabil, die nicht mit dem tDNA/Ribozymgen injiziert worden waren bzw. bei denen das Gen den Kern verfehlt hatte.On the basis of the experiments carried out in the context of the present invention, it was possible to detect transcriptional activity of the tDNA ribozyme gene. For this purpose, a tDNA ribozyme gene construct was prepared by a coding for a 53 bp long, directed against the snRNA U 7 sequence ribozyme DNA sequence in the Apal restriction site between the A-box and the B-box of the starting methionine tDNA was inserted (the A and B boxes are the two polymerase recognition sequences; transcription begins 15 bp upstream of the Α box and ends at an oligo T sequence downstream of the B box). After microinjection of this gene, transcription was detected; the concentration of destRNA / ribozyme hybrid was 10-20% of the concentration of tRNA produced by a co-injected wild-type tRNA gene. RNA molecules synthesized in vitro by the tRNA ribozyme gene cleave the target RNA at the intended site. The addition of the tRNA structure to the ribozyme sequence does not block ribozyme activity. TRNA ribozyme molecules, synthesized from genes that have been injected into oocytes, also cleave the target RNA at the intended site and with the same efficiency as in vitro synthesized ribozymes without the additional tRNA structure. This proves that in vivo synthesis and processing of a tRNA ribozyme are not accompanied by modifications that hinder the action of the ribozyme. In the context of the present invention, the activity of a ribozyme was first detected in vivo. For this purpose, tDNA / ribozyme genes were injected together with radioactively labeled GTP into the nucleus of oocytes. After an eight hour incubation intended for ribozyme synthesis, radiolabelled substrate RNA (U 7 RNA) was injected into the cytoplasm of the oocytes. After another two hours, the nucleic acid was prepared from the oocytes: in the oocytes in which ribozyme synthesis had taken place, no remaining substrate RNA was detected. In contrast, the S'jbstrat RNA was stable in those oocytes that had not been injected with the tDNA / ribozyme gene or in which the gene had missed the nucleus.
Es konnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch gezeigt werden, daß die erfindungsgemäßen tDNA-Ribozyme die transformierende Wirkung eines Onkogens inhibieren können. Anhand von erythroiden Hühnerzellen, transformiert mit dem erbB- Onkogen, wurde die Aktivität eines tRNA-Ribozyms über die durch Inhibierung c! - erbB Expression eintretende Differenzierung der Zellen in Erythrozyten nachgewiesen.In the context of the present invention, it has also been shown that the tDNA ribozymes according to the invention can inhibit the transforming action of an oncogene. On the basis of erythroid chicken cells transformed with the erbB oncogene, the activity of a tRNA ribozyme on the inhibition by c! - erbB expression has been demonstrated to induce differentiation of cells into erythrocytes.
Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen genetischen Einheiten kann auch durch Beobachtung der Resistenz von Mauszellen gegen Infektionen, beispielsweise Polyomainfektionen, nach Anwendung von erfindungsgemäßen genetischen Einheiten, die gegen das Virus (gegebenenfalls gegen mehrere Regionen), z. B. gegen das Papilloma-Virus gerichtet sind, überprüft werden.The efficacy of the genetic units of the invention can also be assessed by monitoring the resistance of mouse cells to infections, for example, polyoma infections, after application of genetic units of the present invention directed against the virus (optionally against multiple regions), e.g. B. directed against the papilloma virus are checked.
Ausführungsbeispieleembodiments
Konstruktion von tRNA RibozymgenenConstruction of tRNA ribozyme genes
a) Konstruktion von pSPT 18 met 1a) Construction of pSPT 18 met 1
Das Methionin-Initiator 1-tRNA-Gen von Xenopus, vorhanden auf einem 284 b ρ EcoRI-Fragment, das in pBR322 kloniert war (das Hinfl H-G-Fragm<?nt (Hofstetter et al., 1981, Tellford et al., 1979), wurde durch EcoRI Verdau des pBR322 Vektors isoliert, durch Geleloktrophorese (2% Agarose/TBE) gereinigt und in die EcoR 1 Stelle des bakteriellen Plasmids pSPTI 8 (Boehringer Mannheim) so ligiert, daß bei Transkription des Plasmids mit SP 6-Polymerase eine Sense-tRNA-Transkript erhalten wurde. Dazu wurden Standardklonierungsmethoden, beschrieben in (Maniatis), verwendet. Der Hauptvorteil der Reklonierung des tRNA-Gens in pSPT 18 liegt im Vorhandensein von einander gegenüberliegenden SP6- und T7-RNA Polymerase-Promotoren auf dem Plasmid. Daher können durch in vitro Transkription spezifische RNA-Transkripte, die entweder die tRNA-Hibozymsequenz oder die dazu komplementäre Sequenz enthalten, erhalten werden (Melton et al., 1984). Diese Transkripte sind nützlich, um die Spaltaktivität des RNA-Moleküls zu testen oder um durch eine „RNase Protection Mapping" die Anwesenheit von tRNA-Ribozymen in Zellextrakten, die das tRNA-Ribozym exprimieren, nachzuweisen.The Xenopus methionine initiator 1-tRNA gene present on a 284 b ρ EcoRI fragment cloned into pBR322 (the Hinfl HG fragment (Hofstetter et al., 1981, Tellford et al., 1979 ), was isolated by EcoRI digestion of the pBR322 vector, purified by gel electrophoresis (2% agarose / TBE) and ligated into the EcoR 1 site of the bacterial plasmid pSPTI 8 (Boehringer Mannheim) such that upon transcription of the plasmid with SP 6 polymerase Sense-tRNA transcript was obtained using standard cloning methods described in (Maniatis) The main advantage of recloning the tRNA gene in pSPT 18 is the presence of opposing SP6 and T7 RNA polymerase promoters on the plasmid. Thus, by in vitro transcription, specific RNA transcripts containing either the tRNA hibozyme sequence or its complementary sequence can be obtained (Melton et al., 1984) .These transcripts are useful to assess the cleavage activity of the RN A molecule to test or by an "RNase Protection Mapping" the presence of tRNA ribozymes in cell extracts that express the tRNA ribozyme detect.
b) Konstruktion von tRNA-Ribozymgenenb) Construction of tRNA ribozyme genes
Das tRNA-Gen ai pSPT 18met 1 wurde an der einzigen Apal Stelle in der Anticodon-Stamm- und Schleifenregion gespalten (s. Fig. 2). Diese Abbildung zeigt Plasmide, die die für tRNA-Ribozym-kodierende Sequenzen enthalten. pSPT 18 met 1 enthält das 234 bp EcoR 1 -Fragment, das das Xenopus laevis Initiator-tRNA-Gen trägt. Dabei handelt es sich um das G-H Fragment (Hofstetter et al., 1981), kloniert in die EcoR 1-Stelle des Polylinkers von pSPT18. Die komplementären Oligonukleotide, kodierend für Ribozyme, die gegen U7snRNA (CD33 und die beiden Sequenzen der erbB-mRNA (ES 13, ES 53) gerichtet sind, werden gezeigt. Die hier verwendete Klonierungsstrategie ergab die Entfernung der überstehenden Enden der Apal-Stelle im tRNA-Gen. Der Anteil des Inserts, kodierend für das Ribozym und die zur Ziel-RNA komplementären Regionen (Anti-U7, Anti-erbB) ist gekennzeichnet, ebenso wie die A- und B-Box, der Abschnitt der 5T-Reste (Terminationssignal) und die Transkriptionsinitiationsstellen. Das Plasmid enthält den Co 1 El Replikationsursprung, einen Ampicillinresistenz-marker und die Promotoren für T7- und SP6-RNA-Polymerase.The tRNA gene ai pSPT 18met 1 was cleaved at the unique Apal site in the anticodon stem and loop region (see Figure 2). This figure shows plasmids containing the tRNA ribozyme coding sequences. pSPT 18 met 1 contains the 234 bp EcoR 1 fragment carrying the Xenopus laevis initiator tRNA gene. This is the G-H fragment (Hofstetter et al., 1981), cloned into the EcoR 1 site of the polylinker of pSPT18. The complementary oligonucleotides encoding ribosomes directed against U7snRNA (CD33 and the two sequences of erbB mRNA (ES 13, ES 53) are shown.) The cloning strategy used here resulted in the removal of the protruding ends of the Apal site in the tRNA The portion of the insert coding for the ribozyme and the regions complementary to the target RNA (anti-U7, anti-erbB) is characterized, as is the A and B box, the portion of the 5T residues (termination signal The plasmid contains the Co 1 El origin of replication, an ampicillin resistance marker and the promoters for T7 and SP6 RNA polymerase.
Zur Herstellung doppelsträngiger synthetischer DNA-Oligonukleotide, kodierend für die viroide Spaltsequenz (Haseloff et al., 1988) flankiert von den zur Ziel-mRNA komplementären Sequenzen, wurden zunächst einzelsträngige Oligonukleotide nach Standardmethoden (Applied Biosystems DNA synthesizer) hergestellt. Komplements; e Oligonukleotide wurden phosphoryliert, finnealt und in der Apal gespaltene pSPT18met 1 Plasmid unter Verwendung von Siandardmethoden hineinligiert (Maniatis). Die Ligationsmischung wurdezurTransformation von E.coli HP101 verwendet, Bakterienklone, die das neue Plasmid enthielten, wurden isoliert und das Vorhandensein von aktiven Ribozymsequenzen auf dem bakteriellen Plasmid auf zwei Arten bestätigt:To prepare double-stranded synthetic DNA oligonucleotides encoding the viroid cleavage sequence (Haseloff et al., 1988) flanked by the sequences complementary to the target mRNA, single-stranded oligonucleotides were first prepared by standard methods (Applied Biosystems DNA synthesizer). complement; e oligonucleotides were phosphorylated, finnealt and ligated into the Apal digested pSPT18met 1 plasmid using standard methods (Maniatis). The ligation mixture was used to transform E. coli HP101, bacterial clones containing the new plasmid were isolated, and the presence of active ribozyme sequences on the bacterial plasmid was confirmed in two ways:
1) RNA-Moleküle, die von der in vitro SP6-Transkription klonierter DNA-Plasmide stemmten, wurden mit einer radioaktiv markierten RNA, enthaltend die Zielsequenz für das Ribozym, inkubiert und auf spezifische Spaltung der Ziel-RNA getestet (s. Fig.4).1) RNA molecules that stole from the in vitro SP6 transcription of cloned DNA plasmids were incubated with a radioactively labeled RNA containing the target sequence for the ribozyme and tested for specific cleavage of the target RNA (see FIG ).
2) Das Vorhandensein korrekt inserierter DNA-Sequenzen wurde durch Dideoxy-DNA-Sequenzierung über die Insertionsstelle bestätigt.2) The presence of correctly inserted DNA sequences was confirmed by dideoxy DNA sequencing via the insertion site.
Fig. 4 zeigt die in vitro Ribozymaktivität der tRNA-Ribozyme. Plasmid-DNA-Moleküle, die die erBschnitt-tRNA-Ribozyme ES 13 und ES53 trugen, wurden mit Pvull verdaut und mit SP6-RNA-Polymerase transkribiert. Diese Transkription lieferte 230 Nukleotide lange RNA-Moleküle, die die tRNA-Ribozymsequenz und zusätzlich die 5'· und 3'flankierenden Sequenzen, die von den flankierenden Xenopussequenzen und den flankierenden bakteriellen Plasmidsequenzen stammen, enthalten (s. Fig. 2).Fig. 4 shows the in vitro ribozyme activity of tRNA ribozymes. Plasmid DNA molecules carrying the cut-tRNA ribozymes ES 13 and ES53 were digested with Pvull and transcribed with SP6 RNA polymerase. This transcription provided 230 nucleotide RNA molecules containing the tRNA ribozyme sequence and additionally the 5 'and 3' flanking sequences derived from the flanking Xenopus sequences and the flanking bacterial plasmid sequences (see Figure 2).
Die Ribozymtranskripte wurden mit 20000cpm (2OfM) eines RNA-Moleküls mit der Region der erbB-mRNA, umfassend das Initiationscodon, inkubiert. Das RNA-Molekül besitzt die Zielsequenzen sowohl für ES 13 und ES 53 (s. Fig. 3). Nach 2stündiger Inkubation des Ribozyms plus Ziel-RNA bei 370C in Gegenwart von 1OmM MgCI2,2OmM TRIS-HCI, pH 7,5 und 15OmM NaCI, wurde EDTAzu einer Konzentration von 15mM zugeführt, die Probe getrocknet, in 80% Formamid/TBE gelöst, 30 sek. bei 950C erhitzt und auf einem 9,5% Acrylamid/8,3M Harnstoff/TBE-Gel aufgetrennt. Nach der Elektrophoreso wurden die markiertenThe ribozyme transcripts were incubated with 20000 cpm (2OfM) of an RNA molecule with the region of erbB mRNA comprising the initiation codon. The RNA molecule has the target sequences for both ES 13 and ES 53 (see Fig. 3). After 2 hours of incubation of the ribozyme plus target RNA at 37 0 C in the presence of 1OmM MgCl 2, 2OmM Tris-HCl, pH 7.5 and 15OmM NaCl, the sample was fed EDTAzu a concentration of 15 mM, dried in 80% formamide / TBE solved, 30 sec. heated at 95 0 C and separated on a 9.5% acrylamide / 8.3 M urea / TBE gel. After electrophoresis, the labeled were
RNA-Moleküle durch Autoradiographie nachgewiesen.RNA molecules detected by autoradiography.
Spur M: Molekulargewichtsmarker: pBR322 DNA, gespalten mit Hpall und unter Verwendung des Klunow-Fragments der DNA-Polymerase mit alpha-32 P-CTP radiaktiv markiert (Maniatis). Die Molekulargewichtsmarker wurden unmittelbar vordem Auftragen auf das Gel in 80% Formamid/TBE gelöst und 3 min bei 950C erhitzt. Die Molekulargewichte, einiger der Fragmente (inLane M: Molecular weight marker: pBR322 DNA cleaved with Hpall and radiolabeled using the Klunow fragment of DNA polymerase with alpha-32 P-CTP (Maniatis). The molecular weight markers were dissolved immediately before application to the gel in 80% formamide / TBE and heated at 95 0 C for 3 min. The molecular weights, some of the fragments (in
Nukleotiden) sind links angegeben.Nucleotides) are shown on the left.
Spur 1: erbB-Ziel-mRNA (20000cpm, 2OfM) ohne Inkubation.Lane 1: erbB target mRNA (20000 cpm, 2OfM) without incubation.
Spur 3: erbB-Ziel-mRNA (20000cpm, 2OfM), inkubiert mit MgCI2 bei 37°C ohne Ribozyme.Lane 3: erbB target mRNA (20000 cpm, 2OfM) incubated with MgCl 2 at 37 ° C without ribozymes.
Spur 4: erbB-Ziel-mRNA (20000cpm, 2OfM), inkubiert mit ES 13-RNA (1 fM).Lane 4: erbB target mRNA (20000 cpm, 2OfM) incubated with ES 13 RNA (1 fM).
Spur 5: erbB-Ziel-mRNA (20000cpm, 2OfM), inkubiert mit ES53-RNA.Lane 5: erbB target mRNA (20000 cpm, 2OfM) incubated with ES53 RNA.
Rechts von der Fig. sind die Molekulargewichte (in Nukleotiden) der erbB-Ziel-mRNA und der 5'- und 3'Spaltprodukte beiderTo the right of the figure are the molecular weights (in nucleotides) of the erbB target mRNA and the 5 'and 3' cleavage products of both
Ribozymspaltreaktionen angegeben, (s. auch Fig.3)Ribozyme cleavage reactions indicated, (see also Fig.3)
Fig.3 zeigt die Komplementarität zwischen Ribozymen und Ziel-RNAs: CD33 (A) gegen U7snRNA Cotten et al., 1988), ES 13 (C)3 shows the complementarity between ribozymes and target RNAs: CD33 (A) against U7snRNA Cotten et al., 1988), ES 13 (C)
und ES53 (B) gegen Sequenzen der erbBmRNA (Venustrom et al., 1980).and ES53 (B) against sequences of erbBmRNA (Venustrom et al., 1980).
Der tRNA-Anteil tier tRNA-Ribozyme ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Die Spaltstellen für das Ribozym sindThe tRNA portion of animal tRNA ribozymes is not shown for reasons of clarity. The cleavage sites for the ribozyme are
gekennzeichnet, ebenso die Initiationscodons der erbB-mRNA.as well as the initiation codons of erbB mRNA.
tRNA-Ribozymii ansKription in Xenopus Oozyten.tRNA-ribozymii anscription in Xenopus oocytes.
Die Transkription der tRN/ -Ribozymgene, mikroinjiziert in Xenopus-Oozyten, wurde nach der in (Kressmann et al., 1978, Hofstetter et al., 1981, Kressinann et al. 1980) für tDNA beschriebenen Methode durchgeführt. Dazu wurde wie folgt vorgegangen: Stadium Vl Oozyten wurden erhalten von HCG (Humanes Chorion Gonadotropin)-stimulierten erwachsenenTranscription of the tRN / ribozyme genes, microinjected into Xenopus oocytes, was performed according to the method described in (Kressmann et al., 1978, Hofstetter et al., 1981, Kressinann et al., 1980) for tDNA. The procedure was as follows: Stage Vl oocytes were obtained from HCG (human chorionic gonadotropin) -stimulated adult
Xenopus laevis Weibchen. Die Oozyten wurden kurz zentrifugiert, um den Kern an den Rand der Oozyte zu bringen. Jeder Kern wurde mit ca. 5OnI einer Lösung, enthaltend 0,3μρ/μΙ supercoiled Plasmid DNA (enthaltend das tRNA-Ribozymgen gemäß Beispiel 1) und 2μθϊ/μΐ 32P-GTP injiziert. Nach 5- bis 8stündiger Inkubation bei 200C wurden die einzelnen injizierten Oozyten inXenopus laevis female. The oocytes were briefly centrifuged to bring the nucleus to the edge of the oocyte. Each nucleus was injected with about 5% of a solution containing 0.3μg / μΙ of supercoiled plasmid DNA (containing the tRNA ribozyme gene of Example 1) and 2μϊϊ / μΐ of 32P-GTP. After 5 to 8 hours incubation at 20 0 C the individual oocytes were injected in
1 %SDS, 1 mg/ml Proteinase K,30OmM NaCI, 2OmM Tris, pH 8,2OmM EDTA (400μΙ/Οοζγΐβ) bei 370C 45min. verdaut, einmal mit Phenol und einmal mit Phenol/Chloroform extrahiert und mit Ethanol gefällt. Die gesammelten Ethanol-Präzipitate wurden in 80% Formamid/TBE gelöst, kurz zwecks Denaturierung bei 950C erhitzt und durch Elektrophorese auf einem 10% Acrylamid/ 8,3M Harnstoff/TBE-Gel aufgetrennt und durch Autoradiographie sichtbar gemacht. Bei allen Versuchen mit tRNA-Ribozymgenen enthielten die Injektionslösungen das Wildtyp metRNA Gen mit einer Konzentration von 1A der Konzentration des tRNA-Ribozymgens. TBE-Puffer (Tris, Borat, EDTA) wurde nach der Vorschrift, beschrieben in (Maniatis), hergestellt.1% SDS, 1 mg / ml proteinase K, 30OmM NaCl, 2OmM Tris, pH 8,2OmM EDTA (400μΙ / Οοζγΐβ) at 37 0 C 45min. digested, extracted once with phenol and once with phenol / chloroform and precipitated with ethanol. The collected ethanol precipitates were dissolved formamide / TBE in 80%, briefly for the purpose of denaturation at 95 0 C. and separated by electrophoresis on a 10% acrylamide / urea 8,3m / TBE gel and visualized by autoradiography. In all experiments with tRNA ribozyme genes, the injection solutions contained the wild-type metRNA gene at a concentration of 1 A of the concentration of the tRNA ribozyme gene. TBE buffer (Tris, borate, EDTA) was prepared according to the procedure described in (Maniatis).
Spur m: Molekulargewichtsmarker: wie in Fig.4. Die Molekulargewichte einiger der Fragmente (in Nukleotiden) sind links in der Fig. angegeben. Spuren 1,2,3: Die Nukleinsäure von einzelnen Oozyten, injiziert mit dem Met-tRNA-Gen und dem MeMRNA-Ribozymgen metribo 33. Rechts in der Figur sind die Positionen der Met-tRNA (met, 77 Nukleotide lang) und des tRNA-Ribozyms (met ribo), 128 Nukleotide lang) angegeben.Lane m: molecular weight marker: as in FIG. The molecular weights of some of the fragments (in nucleotides) are shown on the left in the figure. Lanes 1,2,3: The nucleic acid from single oocytes injected with the Met-tRNA gene and the MeMRNA ribozyme gene metribo 33. Right in the figure are the positions of the Met-tRNA (met, 77 nucleotides long) and the tRNA Ribozyms (met ribo), 128 nucleotides long).
Bestimmung der Ribozymaktivität von Oozyten synthetisiertem tRNA-Ribozym im Vergleich mit in vitro synthetisiertem Ribozym, das keine tRNA-Sequenzen aufweist.Determination of ribozyme activity of oocyte synthesized tRNA ribozyme in comparison with in vitro synthesized ribozyme which has no tRNA sequences.
Ein gegen U7 gerichtetes tRNA-Ribozym, synthetisiert in mikroinjizierten Oozyten wurde durch Auftrennung r.iittels Elektrophorese erhalten, durch Autoradiographie sichtbar gemacht, aus dem Polyacrylamidgel herausgeschnitten und durch Inkubation über Nacht in einem Eppendorf Vibrator in HEP („Heidelberg Extraktionspuffer": 0,75 M Ammonium-acetat, 1OmM Magnesiumacetat, 1 % IVol./Vol.) Phenol, 0,1 % [Gew./Vol.] SDS, O1ImM EDTA) eluiert. Die eluierte RNA wurde einmal mit Phenol/Chloroform und einmal mit Chloroform extrahiert und mit Ethanol in Gegenwart von10pg E. coli tRNA als Träger gefällt. Das Präzipitat wurde aufgenommen und mittels Cerenkov-Zählung der 32 P-Matkib.-ung unter Verwendung der Werte für die spezifische Aktivität (Kressmann et al., 1982) quantitativ bestimmt. Ooben des tRNA-Ribozyms wurden mit 32 P-markierter RNA, enthaltend die U7-Sequenz (lOOOOcpm/Probe, 1OfM plus die angegebenen Mengen an unmarkierter U7-RNA) 2h bei 370C in Anwesenheit von 15OmM NaCI, 1OmM MgCI2 und 2OmM Tris-HCI, pH 7,5 inku^iert. Die Reaktionen wurden durch Zusatz von EDTA auf 15mM gestoppt, die Proben wurden getrocknet, in 80% Formamid/TBE gelöst, bei 950C 30 sek. erhitzt und auf einem vorgewärmten 9,5% Acrylamid/8,3M Harnstoff/TBE-Gel aufgetrennt. Die radioaktiv markierten RNA-Arten wurden durch Autoradiographie bei -8O0C mit einer Dr. Goos .special" Verstärkerfolie sichtbar gemacht.An anti-U7 tRNA ribozyme synthesized in microinjected oocytes was obtained by resolution by electrophoresis, visualized by autoradiography, excised from the polyacrylamide gel, and incubated overnight in an Eppendorf Vibrator in HEP ("Heidelberg Extraction Buffer": 0.75 M ammonium acetate, 10 mM magnesium acetate, 1% IVol / v) phenol, 0.1% [w / v] SDS, O 1 ImM EDTA.) The eluted RNA was washed once with phenol / chloroform and once with Chloroform was extracted and precipitated with ethanol in the presence of 10 μg E. coli tRNA as carrier The precipitate was picked and quantified by Cerenkov counting of 32 P mat. Using specific activity values (Kressmann et al., 1982) determined. Ooben of the tRNA-ribozyme were labeled with 32 P-labeled RNA containing the U7 sequence (lOOOOcpm / sample 1OfM plus the indicated amounts of unlabeled RNA U7) for 2 h at 37 0 C in the presence of 15OmM NaCI, 1OmM MgCl 2 and 20 mM Tris-HCl, pH 7.5. The reactions were stopped by addition of EDTA to 15 mM, the samples were dried, dissolved formamide / TBE in 80%, 95 sec at 0 C thirtieth heated and separated on a preheated 9.5% acrylamide / 8.3M urea / TBE gel. The radioactively labeled RNA species were visualized by autoradiography at -8O 0 C with a Dr. Goos .special "intensifying screen made visible.
Das Ribozym CD32 wurde erhalten durch T7-Polymerase-Transkription eines Plasmids, enthaltend das Insert von CD33 (s. Fig. 2) und Moniert in die Hind Ill/Sal I-Stellen von pSPT19 (Boehringer Mannheim). Dieses Transkript enthält nur die Ribozymsequenz plus die zu U 7 komplementären Sequenzen, flankiert von kurzen Abschnitten der Vektorsequenz. Die Spaltaktivität dieses Ribozyms wurde als Vergleich mit der Spaltaktivität des oozytensynthetisierten tRNA-Ribozyms CD33 herangezogen, um den Einfluß der Sekundärstruktur der tRNA sowie der in vivo Synthese und -Modifikation auf die Ribozymaktivität zu beurteilen. Es zeigte sich, daß beide Ribozyme (CD32 und CD33) die U7-Sequenz enthaltende RNA (94 Nukleotide lang) in ein 5'-Spaltprodukt von 25 Nukleotiden und ein 3'-Spaltprodukt von 69 Nukieotiden spalten.The ribozyme CD32 was obtained by T7 polymerase transcription of a plasmid containing the insert of CD33 (see Figure 2) and cloned into the Hind III / Sal I sites of pSPT19 (Boehringer Mannheim). This transcript contains only the ribozyme sequence plus the U7 complementary sequences flanked by short segments of the vector sequence. The cleavage activity of this ribozyme was used as a comparison with the cleavage activity of the oocyte-synthesized tRNA ribozyme CD33 in order to assess the influence of the secondary structure of the tRNA and the in vivo synthesis and modification on the ribozyme activity. It was found that both ribozymes (CD32 and CD33) cleave the U7 sequence containing RNA (94 nucleotides long) into a 5 'cleavage product of 25 nucleotides and a 3' cleavage product of 69 nucleotides.
radio».!:;iv markierte U7-RNA (50 nl, 10OOOcpm/μΙ, IOOfM/μΙ) ins Cytoplasma der Oozyten injiziert. Die Oozyten wurden daraufhinradio-labeled U7 RNA (50 nl, 10OOOcpm / μΙ, 100 μM / μΙ) was injected into the cytoplasm of the oocytes. The oocytes were then
2 h lang inkubiert. Die Präparation der Nukleinsäuren von einzelnen Oozyten und ihre Auftrennung mittels Gelelektrophorese wurden durchgeführt wie in oben beschrieben.Incubated for 2 h. The preparation of the nucleic acids from individual oocytes and their separation by gel electrophoresis were carried out as described above.
der Gene zu bestimmen. Es wurde gezeigt, daß das tRNA-Ribozymgen (abgeleitet von einem Xenopus-tRNA-Gen) into determine the genes. It has been shown that the tRNA ribozyme gene (derived from a Xenopus tRNA gene) in
(Zenke et al., 1988) wurden pro 10-cm-Schale nach Standardmethode ausgesät und über Nacht wachsen gelassen. Am Morgen(Zenke et al., 1988) were seeded per 10 cm dish by standard method and grown overnight. In the morning
wurde jede Schale mit 10 μg Plasmld-DNA (enthaltend entweder erbBschnitt 13 oder ebrBschnitt 53) unter Verwendung der Calciumphosphat-Copräzipitations-Methode (Graham et al., 1973) transfiziert. Die Zellen wurden über Nacht dem Präzipitat ausgesetzt, am darauffolgenden Morgen zweimal mit frischem Medium gewaschen und weitere 48h in frischem Medium inkubiert. Das Medium wurde daraufhin entfernt, die Zellen in PK/SDS-Puffer (s. oben) aufgenommen und die Nukleinsäure gewonnen. Daraufhin wurde die Nukleinsäure einem „RNAse Protection Mapping" unter Verwendung von 32 P-markierten Antisense erbBschnitt 13 oder erbBschnitt 53 RNA-Sonden unterzogen, um die Anwesenheit von tRNA-Ribozym-Transkripten nachzuweisen. Markierte RNA(10000cpm/10fMAntisense-RNA pro Probe) wurde dem getrockneten Ethanolpräzipitat zugefügt, die Probe abermals getrocknet und in 10μ! 80% entionisiertem Formamid, 40OmM NaCI, 2OmM PIPES, pH 6,5,1OmM EDTA gelöst. Die Proben wurden mit sterilem Paraffinöl überschichtet, 3 min bei 95°C erhitzt und rasch in ein 45°C Wasserbad überführt, in dem über Nacht bebrütet wurde. Am Morgen wurden 0,3ml eiskaltes NaCI (30OmM), 3OmM Tris, pH 7,5,1 mM EDTA, 0,05mg/ml RNase A und 80 Einheiten/ml RNase T1, unter rascher, vorsichtiger Bewegung zugefügt. Die Proben wurden bei Raumtemperatur 45min bebrütet. Proteinase K und SDS wurden auf 1 mg/ml und 0,5% zugefügt, die Inkubation bei Raumtemperatur und anschließend bei 56°C je 20 min. fortgesetzt. Die Probe wurde nach Zusatz von 10 μρ tRNA mit Ethanol gefällt. Der aufgenommene Niederschlag wurde in 80% Formamid/TBE aufgenommen und auf einem vorgewärmten 9,5% Acrylamid/8,3M Harnstoff/TBE-Gel aufgetrennt.Each dish was transfected with 10 μg of plasmid DNA (containing either erbBschnitt 13 or section 53) using the calcium phosphate co-precipitation method (Graham et al., 1973). The cells were exposed to the precipitate overnight, washed twice with fresh medium the following morning, and incubated an additional 48 hours in fresh medium. The medium was then removed, the cells were taken up in PK / SDS buffer (see above) and the nucleic acid was recovered. The nucleic acid was then subjected to "RNAse Protection Mapping" using 32 P-labeled antisense erbBschnitt 13 or erbBschnitt 53 RNA probes to detect the presence of tRNA-ribozyme transcripts Labeled RNA (10000 cpm / 10 fm antisense RNA per sample) was added to the dried ethanol precipitate, the sample was again dried and dissolved in 10 μl 80% deionized formamide, 40 mM NaCl, 20 mM PIPES, pH 6.5, 10 mM EDTA The samples were overlaid with sterile paraffin oil, heated at 95 ° C. for 3 min and In the morning, 0.3 ml of ice-cold NaCl (30 oMM), 30 mM Tris, pH 7.5.1 mM EDTA, 0.05 mg / ml RNase A and 80 units were rapidly transferred to a 45 ° C waterbath incubated overnight The samples were incubated at room temperature for 45 min, Proteinase K and SDS were added to 1 mg / ml and 0.5%, incubation at room temperature and then at 56 ° C for 20 min continued. The sample was precipitated with ethanol after addition of 10 μρ tRNA. The collected precipitate was taken up in 80% formamide / TBE and separated on a prewarmed 9.5% acrylamide / 8.3M urea / TBE gel.
hybridisiert worden war.had been hybridized.
Beispiel βExample β
in v-erb B transformierte Erythroblasten eingebracht wurden.erythroblasts transformed into v-erb B were introduced.
6ml einer über Sephadex G-25 gelfiltrierten Lösung von 120mg (1,5pmol) Transferrin (aus Hühnereiweiß, Sigma, Conalbumin Type I, eisenfrei) in 0,1 M Natriumphosphat-Puffer (pH 7,8) wurden unter gutem Schütteln mit 200μΙ einer 15mM Jthanolischen Lösung von Succinimidylpyridyldithiopropionat (SPDP, Pharmacia) versetzt und 1 h bei Raumtemperatur und gelegentlichem Schütteln reagieren lassen. Über eine Gelsäule (Sephadex G-25,14 mm χ 180 mm, 0,1 M Natriumphosphat-Puffer pH 7,8) wurden niedermolekulare Reaktionsprodukte und Reagensreste abgetrennt und dabei 7ml der Produktfraktion erhalten; der Gehalt von an Transfei. in gebundenem Pyridyldithiopropionatresten wurde anhand eines Aliquots nach Reduktion mit Dithiothreitol durch photometrische Bestimmung der Menge an freigesetztem Pyridin-2-thion ermittelt und betrug ca. 2,6pmol.6ml of Sephadex G-25 gel-filtered solution of 120mg (1.5pmol) transferrin (from egg white, Sigma, Conalbumin Type I, iron free) in 0.1M sodium phosphate buffer (pH 7.8) was added with good shaking with 200μl one 15mM ethanolic solution of succinimidylpyridyldithiopropionate (SPDP, Pharmacia) and allowed to react for 1 h at room temperature and occasionally shaking. Using a gel column (Sephadex G-25.14 mm χ 180 mm, 0.1 M sodium phosphate buffer pH 7.8), low molecular weight reaction products and reagent residues were separated to give 7 ml of the product fraction; the salary of Transfei. in bound Pyridyldithiopropionatresten was determined on the basis of an aliquot after reduction with dithiothreitol by photometric determination of the amount of released pyridine-2-thione and was about 2.6pmol.
Eine Lösung von 18mg (ca. Ι,ΟμΜοΙ) Poly(L)Lysin-Hydrobromid (Sigma, Fluoresceinisothiocyanat (= FITC)- markiert, Molekulargewicht ca. 18000/entspricht einem durchschnittlichem Polymerisationsgrad ca. 90) in 3 ml 0,1 M Natriumphosphat (pH 7,8) wurde über Sephadex G-25 filtriert. Die Polylysin-Lösung wurde mit Wasser auf 7 ml verdünnt, unter gutem Schütteln mit 270μΙ einer 15mM ethanolischen Lösung von SPDP versetzt, und 1 h in der Dunkelheit bei Raumtemperatur und unter gelegentlichem Schütteln reagieren gelassen. Nach Zugabe von 0,5ml IM Natriumacetat-Püffer (pH 5,0) wurdezur Abtrennung von niedermolekularen Substanzen über Sephadex G-25 filtriert (Eluens: 2OmM Natriumacetat-Puffer pH 5,0). Die Produktfraktion (Ninhydrinfärbung, Fluoreszenz) wurde i. Vak. eingeengt, mit Puffer auf pH ca. 7 gebracht, eine Lösung von 23mg (150μιτιοΙ) Dithiothreitol in 200μΙ Wasser zugegeben und 1 h bei Raumtemp. unter Argon in der Dunkelheit stehen gelassen. Durch weitere Gelfiltration (Sephadex G-25,14mrr. χ 130mm Säule, 1OmM Natrium-acetat-Puffer pH 5,0) wurde von überschüssigem Reduktionsmittel abgetrennt unu man erhielt 3,5ml Produktlösung an Fluoreszenz-markiertem Polylysin mit einem Gehalt von 3,8 Mol Mercaptogruppen (photometrische Bestimmung mittels Ellmans Reagens, 5,5'-Dithiobis(2-nitrobenzoesäure)).A solution of 18mg (approximately Ι, ΟμΜοΙ) poly (L) lysine hydrobromide (Sigma, fluorescein isothiocyanate (= FITC) - labeled, molecular weight about 18,000 / corresponds to an average degree of polymerization about 90) in 3 ml of 0.1 M sodium phosphate (pH 7.8) was filtered through Sephadex G-25. The polylysine solution was diluted to 7 ml with water, added with good shaking with 270 μM of a 15 mM ethanolic solution of SPDP, and allowed to react in the dark at room temperature for 1 h with occasional shaking. After addition of 0.5 ml of sodium acetate buffer (pH 5.0), filtration was carried out on Sephadex G-25 to separate low molecular weight substances (eluent: 20 mM sodium acetate buffer pH 5.0). The product fraction (ninhydrin staining, fluorescence) was i. Vak. concentrated, brought to pH about 7 with buffer, a solution of 23mg (150μιτιοΙ) dithiothreitol in 200μΙ water was added and 1 h at room temp. allowed to stand in the dark under argon. Further gel filtration (Sephadex G-25, 14 mrr χ 130 mm column, 10 mM sodium acetate buffer pH 5.0) was separated from excess reducing agent to give 3.5 ml of product solution of fluorescence-labeled polylysine with a content of 3.8 Mol mercapto groups (photometric determination using Ellman's reagent, 5,5'-dithiobis (2-nitrobenzoic acid)).
Die wie oben beschrieben erhaltene Lösung von modifiziertem Transferrin 1 (7 ml in 0,1 M Natriumphosphat-Puffer pH 7,8, ca. 1,5μιτιοΙ Transferrin mit ca. 2,6μΜοΙ Pyridyldithiopropionat-Resten) wurde mit Argon gespült; es wurden 2,0ml der oben beschriebenen Lösung von Mercapto-modifiziertem Polylysin 2 (in 1OmM Natriumacetat-Puffer pH 5,0, das entspricht ca. Ο,βμπιοΙ PolyLysin mit ca. 2,2 pmol Mercaptogruppen) zugegeben, mit Argon gespült, geschüttelt und 18h bei Raumtemperatur in der Dunkelheit und unter Argon reagieren gelassen. Das Reaktionsgemisch wurdo mit Wasser auf 14 ml verdünnt und durch lonenaustauschchromatographie aufgetrennt (Pharmacia Mono S Säule HR10/10, Ciradienteneluation, Puffer A: 5OmM HEPES pH 7,9, Puffer B:A + 3 M Natriumchlorid, 0,5 ml/min). Nichtkonjugiertes Transferrin wurde am Anfang eluiert, ProduktfraktionenThe solution of modified transferrin 1 obtained as described above (7 ml in 0.1 M sodium phosphate buffer pH 7.8, about 1.5 μl of transferrin with about 2.6 μl of pyridyldithiopropionate residues) was flushed with argon; 2.0 ml of the above-described solution of mercapto-modified polylysine 2 (in 10 mM sodium acetate buffer pH 5.0, which corresponds to about Ο, βμπιοΙ poly Lysin with about 2.2 pmol mercapto groups) was added, rinsed with argon, shaken and 18h at room temperature in the dark and allowed to react under argon. The reaction mixture was diluted to 14 ml with water and separated by ion exchange chromatography (Pharmacia Mono S column HR10 / 10, ciradient elution, buffer A: 50 mM HEPES pH 7.9, buffer B: A + 3 M sodium chloride, 0.5 ml / min). , Unconjugated transferrin was initially eluted, product fractions
bei ca. 0,66-1,5M Nntriumchlorid. Dio konjugierten Produkte (Ninhydrinfärbung, in UV bei 280nm Proteinabsorbtion, und Fluoreszenz) wurden in 6 Fraktionen mit einem Gehalt von je ca. 10mg Transferrin gesammelt. Die Fraktionen wurden zunächst gegen ein? 10OmM Eisen(lll)citrat-Lösung (mit Natriumhydrogencarbonat auf pH 7,8 gebracht) diaiysiert und danach noch zweimal gegen 1 mM HEPES-Puffer (pH 7,5).at about 0.66-1.5M Nntriumchlorid. Dio conjugated products (ninhydrin staining, in UV at 280nm protein absorbance, and fluorescence) were collected in 6 fractions containing approximately 10 mg transferrin each. The political groups were initially against? 10 μM iron (III) citrate solution (brought to pH 7.8 with sodium bicarbonate) and then twice more against 1 mM HEPES buffer (pH 7.5).
Natriumdodecylsulfat-Gelelektrophorese (10% SDS, 8% Polyacrylamid) zeigte bei Vorbehandlung mit 2-Mercaptoethanol in allen 6 Fraktionen einen ungefähr gleichen Gehalt an Transferrin, während in nicht reduzierten Proben keine Bandon für freies Transferrin, sondern nur weniger weit wandernde Konjugate sichtbar waren.Sodium dodecyl sulfate gel electrophoresis (10% SDS, 8% polyacrylamide) showed approximately the same level of transferrin in all 6 fractions when pretreated with 2-mercaptoethanol, while in unreduced samples no bandon was visible for free transferrin but only less migratory conjugates.
aufgenommen werden, wurden diese Konjugate mit FITC markiert. Es ist bekannt (Schmidt et al., 1986), daß FITC-markiertesThese conjugates were labeled with FITC. It is known (Schmidt et al., 1986) that FITC-labeled
innerhalb der Zelle nachweisbar war (Untersuchung im Fluoreszenzmikroskop).was detectable within the cell (examination in a fluorescence microscope).
18 Stunden in transferrinfreiem Differenzierungsmedium (Zusammensetzung in Zenke et al., 1988) bei 37"C (Zellkonzentration1,5 x 10Vml) inkubiert. Nach Zugabe der verschiedenen Transferrin-Polylysin-Konjugate (oder, als Kontrolle, derentsprechenden Menge sterilen aq bidest) wurden die Zellen bei 370C in Gegenwart von 10ng/ml EGF (um den transformiertenIncubated for 18 hours in transferrin-free differentiation medium (composition in Zenke et al., 1988) at 37 ° C (cell concentration 1.5 x 10Vml) After addition of the various transferrin-polylysine conjugates (or, as a control, the equivalent amount of sterile aq bidest) the cells at 37 0 C in the presence of 10 ng / ml EGF (to the transformed
phosphatgepufferter physiologischer Kochsalzlösung (PBS; pH 7,2) gewaschen, mit dem 50fachen Volumen einer Mischungvon 3,7% Formaldehyd und 0,02% Glutaraldehyd in PBS fixiert (10min, 4O0C), 1mal in PBS gewaschen, in Elvanol eingebettetund im Fluoreszenzmikroskop (Zeiss Axiophot, Schmalband-FITC und TRITC-Anregung) untersucht. Gleichzeitig wurde inanderen Aliquots der verschiedenen Ansätze die Wachstumsrate der Zellen bestimmt. Hierzu wurden ΊΟΟμΙ Zellsuspensionentnommen und der Einbau von 3H-Thymidin (8pCi/ml, 2 Stunden) bestimmt, wie in Leutz et al., 1984 beschrieben. Aus Fig. 10geht hervor, daß die mitTransferrin-Polylysin inkubierten Erythroblasten nach 24 Stunden 2 bis 10 stark fluoreszierende Vesikelaufweisen, die in den Kontrollen nicht nachweisbar sind. Tabelle A zeigt, daß mit Ausnahme der Fraktion 6 alle Konjugate vonphosphate-buffered physiological saline (PBS; pH 7.2), with the 50-fold volume of a mixture of 3.7% formaldehyde and 0.02% glutaraldehyde in PBS is fixed (10 min, 4O 0 C), 1 time in PBS, eingebettetund in Elvanol in Fluorescence microscope (Zeiss Axiophot, narrow-band FITC and TRITC excitation) examined. At the same time, in other aliquots of the different approaches, the growth rate of the cells was determined. For this purpose, ΊΟΟμΙ cell suspensions were taken and the incorporation of 3 H-thymidine (8pCi / ml, 2 hours) determined as described in Leutz et al., 1984. From Fig. 10, it is apparent that the erythroblasts incubated with transferrin-polylysine have 2 to 10 strongly fluorescent vesicles after 24 hours, which are undetectable in the controls. Table A shows that with the exception of fraction 6, all conjugates of
praktisch allen Zellen aufgenommen worden sind.virtually all cells have been recorded.
gemessen; Tabelle A), beweist, daß die Zellen durch die Polylysin-Konstrukte nicht geschädigt werden und somit einemeasured; Table A), proves that the cells are not damaged by the polylysine constructs and thus a
unspezifische Aufnahme (z. B. über durchlässig gewordene Zellmembranen) auszuschließen ist.Non-specific uptake (eg via permeable cell membranes) can be ruled out.
Polylysin-Transferrinkonstrukte können bei der in vitro induzierten Reifung von Hühner-Erythroblasten zu Erythrocyten den nativen Transferrin-Eisenkomplex funktionell ersetzen.Polylysine transferrin constructs can functionally replace the native transferrin-iron complex in the in vitro induced maturation of chicken erythroblasts into erythrocytes.
Ziel dieses Versuches war es, zu zeigen, daß die hier verwendeten Transferrin-Polylysin-Konjugate von der Zelle wie natives Trensferrin verwendet werden, d. h. den normalen Transferrinzyklus mit ähnlicher Effizienz durchlaufen. Als Testsystem hierfür sind Erythroblasten, die durch „Abschalten" des transformierenden Onkogens zur Ausreifung in normale Erythrocyten induziert werden können, besonders geeignet (Beug et al., 1982). Aus der Literatur geht hervor, daß solche Zellen zur normalen Reifung hohe Konzentrationen an Transferrin-Eisen-Komplex benötigen (100-200pg/ml, 3fach geringere Konzentrationen verhindern das Ausreifen der Zellen und führen nach mehreren Tagen zum Tod der Zeilen [Kowenz et al., 1986]). Auch konnte gezeigt werden (Schmidt et al., 1986), daß „recycling", also Wiederverwendung von Transferrinrezeptoren und damit ein mit optimaler Geschwindigkeit ablaufender Transferrinzyklus für eine normale In-vitro-Differenzierung unerläßlich ist. Erythroblasten (durch das EGF-Rezeptor-Retrovirus transformiert) wurden durch Entzug von EGF und Zugabe einer optimalen Menge an partiell gereinigtem Hühner-Erythropoietins (Kowenz et al., 1986, frei von Transferrin) zur Differenzierung induziert. Die Inkubation erfolgte bei einer Zellkonzentration von 1 x 10Vml in transferrinfreiem Differenzierungsmedium bei 420C und 5% CO2. Bei Inkubationsbeginn wurde entweder nativer Transferrin-Eisen-Komplex (Sigma, 100 μ/ml) oder die mit Eisen gesättigten Transferrin-Polylysin-Konjugate (Konzentration ebenfalls 100 Mg/ml) zugegeben. Wachstum und Reifungszustand der Zellen wurden auf folgenda Art nach 24 und 48h analysiert:The aim of this experiment was to show that the transferrin-polylysine conjugates used here are used by the cell as native trensferrin, ie, undergo the normal transfer cycle with similar efficiency. As a test system for this purpose, erythroblasts which can be induced to "break down" the transforming oncogene to mature into normal erythrocytes are particularly suitable (Beug et al., 1982) It is known from the literature that such cells for normal maturation have high levels of transferrin Iron complex (100-200pg / ml, 3 times lower concentrations prevent the maturation of cells and lead to death of the cells after several days [Kowenz et al., 1986]) and it has also been shown (Schmidt et al., 1986 ) that "recycling", ie reuse of transferrin receptors and thus an optimal speed transferrin cycle is essential for normal in vitro differentiation. Erythroblasts (transformed by the EGF receptor retrovirus) were induced to differentiate by withdrawal of EGF and addition of an optimal amount of partially purified chicken erythropoietin (Kowenz et al., 1986, free from transferrin). The incubation was carried out at a cell concentration of 1 x 10Vml in transferrin-free differentiation medium at 42 0 C and 5% CO 2. At the start of incubation, either native transferrin-iron complex (Sigma, 100 μ / ml) or the iron-saturated transferrin-polylysine conjugates (concentration also 100 μg / ml) were added. Growth and maturation of the cells were analyzed in the following manner after 24 and 48 h:
1. Bestimmung der Zellzahl (im Coulter Counter, Modell ZM, Beug et al., 1984)1. Determination of the cell number (in the Coulter Counter, model ZM, Beug et al., 1984)
2. Aufnahme von Zell-Größenverteilungen (im Coulter-Channelyzer Mod. 256) und2. Recording cell size distributions (in Coulter-Channelyzer Mod. 256) and
3. Photometrische Messung des Hämoglobingehalts der Zellen (Kowenz et al., 1986)3. Photometric measurement of the hemoglobin content of the cells (Kowenz et al., 1986)
Außerdem wurden Aliquots der Ansätze nach 72 Stunden in einer Cytozentrifuge (Shandon) auf Objektträger zentrifugiert und einem histochemischen Nachweis für Hämoglobin unterzogen (Färbung mit neutralem Benzidin plus Diff-Quik Schnellfärbung für Blutzellen, Beug et al., 1982).In addition, aliquots of the batches were centrifuged on slides after 72 hours in a cytocentrifuge (Shandon) and subjected to histochemical detection of hemoglobin (neutral benzidine staining plus Diff-Quik rapid staining for blood cells, Beug et al., 1982).
Die Ergebnisse in Tabelle B zeigen deutlich, daß Zellen, die in Gegenwart der Polylysin-Transferrin-Konjugate-Fraktion 1 bis 5 zur Differenzierung induziert wurden, genauso effizient und mit gleicher Geschwindigkeit ausreifen wie solche, die mit nativem Transferrin-Eisen inkubiert wurden. Die Zellen in den transferrinfreien Kontrollen dagegen zeigten ein stark verlangsamtes Zellwachstum und akkumulierten nur geringe Mengen an Hämoglobin. Die Untersuchung des Zellphänotyps an gefärbten Cytospin-Präparaten ergab, daß die mit Polylysin-Transferrin-Konjugaten inkubierten Zellen genauso zu spaten Retikulocyten (late reticulocytes, Beug et al., 1982) herangereift waren wie die mit nativem Transferrin behandelten, während die ohne Transferrin inkubierten Zellen eine Mischung aus desintegrierten und unreifen, erythroblastenähnlichen Zollen darstellten (Schmidt et al., 1986). Nur die mit Transferrin-Polylysin-Fraktion 6 behandelten Zellen wiesen einen geringeren Hämoglobingehalt und einen größeren Prozentsatz an unreifen Zellen auf (Tabelle B). Dies zeigt, daß die mit besonders viel Polylysin konjugierte Fraktion 6 weniger gut im Transferrinzyklus funktioniert. Gleichzeitig weist dieses Ergebnis auf die Empfindlichkeit der Testmethode hin.The results in Table B clearly show that cells induced for differentiation in the presence of polylysine-transferrin conjugate fraction 1-5 mature as efficiently and at the same rate as those incubated with native transferrin-iron. The cells in the transferrin-free controls, on the other hand, showed greatly slowed cell growth and accumulated only small amounts of hemoglobin. Examination of the cell phenotype on stained cytospin preparations revealed that the cells incubated with polylysine-transferrin conjugates had matured as late as reticulocytes (late reticulocytes, Beug et al., 1982) as those treated with native transferrin, while those incubated without transferrin Cells were a mixture of disintegrated and immature, erythroblast-like, cells (Schmidt et al., 1986). Only cells treated with transferrin-polylysine fraction 6 had lower hemoglobin content and a greater percentage of immature cells (Table B). This indicates that the fraction of polylysine conjugated 6 works less well in the transferrin cycle. At the same time this result indicates the sensitivity of the test method.
Vorversuch 4Preliminary test 4
Polylysin-Transferrin-Konjugate ermöglichen die Aufnahme von DNA in Hühnererythroblasten.Polylysine-transferrin conjugates allow uptake of DNA into chicken erythroblasts.
In vorliegendem Versuch sollte untersii :ht werden, ob DNA in einer Größe, die der von tDNA-Ribozymen (siehe Beispiel 1) entspricht, von Transferrin-PolylysIn-KonjugaU>n effizient in das Zellinnere transportiert werden kann. Im vorliegenden BeispielIn the present experiment, it should be examined whether DNA of a size corresponding to that of tDNA ribozymes (see Example 1) can be efficiently transported by transferrin-polylysine conjugateU> n into the cell interior. In the present example
wurde tDNA mit einem Insert der Sequenzwas tDNA with an insert of the sequence
CGTTAACAAGCTAACGTTGAGGGGCATGATATCGGGCC CCGGGCAATTGTTCGAfTGCAACTCCCCGTACTATAGC,CGTTAACAAGCTAACGTTGAGGGGCATGATATCGGGCCCCGGGCAATTGTTCGAfTGCAACTCCCCGTACTATAGC,
Molekulargewicht ca. 300000, mit gamma 32PATP endma.klert (Maniatis), verwendet. Ungefähr 0,3 Mg dieser DNA, gelöst in 20 μΙ TE Puffer, wurden entweder mit 10 Mg nativem Transform, mit 10 Mg Transferrin-Poly lysin-Konjugat-Fraktion-3, jeweils gelöst in 5OmI aq bidest plus 400Mg/ml Rinderserumalbumin (Beug et al., 1982) oder mit 50μΙ dieses Lösungsmittels ohne Transferrin vermischt. Die DNA-Proteinmischungen wurden zu je 2ml transferrinfreiem Differenzierungsmedium zugegeben, 4 x 10e Hühnerervthroblasten, (die mit einem EGF-Rezeptor-Retrovi/us transformiert waren und 18 h in transferrinfreiem Medium in Gegenwart von EGF vorinkub'ert wurden, (Kahazaie et al., 1988) zugegeben und die Ansätze 8 Stunden bei 370C und 5% CO2 inkubiert. Danach wurden die Zellen abzentrifugiert, der !überstand abgenommen und die Zellen 3mal in transferrinfreiem Medium gewaschen. Zellsediment und Kulturmedium wurden in 1 % SDS, 1 mg/ml Proteinase K, 30OmM NaCI, 2OmM Tris pH 8,0,1OmM EDTA (PK/SDS-Puffer) aufgenommen, 30min bei 370C inkubiert, mit Phenol/Chloroform extrahiert, und die DNA durch Ethanolfällung isoliert. Isolierte DNA mit einer Radioaktivität von insgesamt 2000cpm wurde auf einem nichtdenaturierenden 3,5% Acrylamidgel aufgetrennt (TBE, Maniatis) und die DNA durch Autoradiographie nachgewiesen. Die Fig. zeigt Fluoreszenzaufnahmen von Hühnererythroblasten, die 24h ohne (A) oder mit /ITC-markierten Transferrin-Polylysin-Konjugaten (B, C) inkubiert wurden. Bei Anregung mit blauem Licht (B, zum Nachweis von FITC) sind deutlich mehrere fluoreszierende Vesikel in jeder Zelle zu erkennen. Die Spezifität dieser Fluoreszenz wird dadurch gezeigt, daß die Vesikelfluoreszenz bei Anregung mit grünem Licht (bei welcher eine ähnliche unspezifische Fluoreszenz der Zellen wie in A zu sehen ist) nicht auftritt (C). Diese Fig. zeigt, daß in der mit Transferrin-Polylysin behandelten Zellprobe etwa 5-10mal mehr DMA von den Zellen aufgenommen worden ist als in den Kontrollproben mit nativom Transferrin oder ohne Transferrin. Zwei tRNA-Ribozymgene, gerichtet gegen die Translationsinitions-Region von erbB wurden konstruiert (vgl. Fig. 2 und 3, Beispiel 1). Zirka 100Mg jedes das Gen enthaltenden Plasmids wurden EcoRI verdaut, um das tRNA-Ribozymgen auf einem 225bp-Fragment freizusetzen. Die Verdauprodukte wurden mittels Klenow-Fragments endmarkiert und mittels Geleloktrophorese durch ein 2% Agarose/TBE-Gel gereinigt. Das Vektorfragment und die tRNARibozymgen-Fragmente wurden durch Ethidiumbromid-Färbung lokalisiert, ausgeschnitten und durch Elektroelution, Phenol/Chloroform- und Chloroformextraktion und Ethanolfällung gewonnen. Die gereinigten, radioaktiv markierten DNA-Fragmente wurden daraufhin unter Benutzung des Transferrin-Polylysin-Transportsystems dazu verwendet, die Aufnahme und die Hemmung der erbB-RNA zu bestimmen. Als Kontroll-DNA wurde der Vektor pSPT 18 verwendet.Molecular weight approx. 300,000, with gamma 32 PATP endma.klert (Maniatis). Approximately 0.3 μg of this DNA, dissolved in 20 μM TE buffer, was mixed with either 10 μg native transform, with 10 μg transferrin-poly lysine conjugate fraction-3, each dissolved in 50 mM aq bidest plus 400 μg / ml bovine serum albumin (ref et al., 1982) or mixed with 50μΙ of this solvent without transferrin. The DNA-protein mixtures were added to 2 ml each of transferrin-free differentiation medium, 4 x 10 e of chicken villoutroblasts (transformed with an EGF receptor retrovirus and pre-incubated for 18 h in transferrin-free medium in the presence of EGF (Kahazaie et al , 1988) and the batches were incubated for 8 hours at 37 ° C. and 5% CO 2, after which the cells were centrifuged off, the supernatant was removed and the cells were washed 3 times in transferrin-free medium Cell sediment and culture medium were washed in 1% SDS, 1 mg / ml proteinase K, 30OmM NaCl, 2OmM Tris pH 8,0,1OmM EDTA (PK / SDS buffer) was added, incubated at 37 0 C for 30 min, phenol / chloroform extracted and the DNA isolated by ethanol precipitation. the isolated DNA with a total of 2000 cpm of radioactivity was resolved on a non-denaturing 3.5% acrylamide gel (TBE, Maniatis) and the DNA detected by autoradiography The figure shows fluorescence images of chicken erythroblasts which are 24h oh ne (A) or with / ITC-labeled transferrin-polylysine conjugates (B, C) were incubated. When excited with blue light (B, for the detection of FITC) clearly several fluorescent vesicles can be seen in each cell. The specificity of this fluorescence is evidenced by the fact that vesicle fluorescence does not occur upon excitation with green light (in which a similar nonspecific fluorescence of the cells is seen as in A) (C). This figure shows that in the transferrin-polylysine treated cell sample about 5-10 times more DMA was taken up by the cells than in the control samples with native transferrin or without transferrin. Two tRNA ribozyme genes directed against the translation initiation region of erbB were constructed (see Figures 2 and 3, Example 1). Approximately 100 μg of each plasmid containing the gene was digested with EcoRI to release the tRNA ribozyme gene on a 225bp fragment. The digestion products were end-labeled using Klenow fragments and purified by gel electrophoresis through a 2% agarose / TBE gel. The vector fragment and the tRNARibozymgen fragments were localized by ethidium bromide staining, excised and recovered by electroelution, phenol / chloroform and chloroform extraction, and ethanol precipitation. The purified, radiolabeled DNA fragments were then used to determine the uptake and inhibition of erbB RNA using the transferrin-polylysine transport system. As control DNA, the vector pSPT 18 was used.
Als Testzellsystem wurde eine Hühnererythroblastenzellinie gewählt, die durch eine temperaursensitive Mutante (ts 34, Graf et al., 1978) des Vogel-Erythroblastosevirus AEV transformiert ist (Beug et al., 1982 b). (Das in diesen Zellen obenfalls exprimieite erb A Onkogen kann durch einen spezifischen Proteinkinase-Hemmer |H7] inhibiert werden. Es wurde festgestellt, daß das v-erbA-Onkogen in vivo und in vitro [d.h. als bakteriell exprimiertes Protein] an zwei Stellen, nämlich Ser28 und Ser29, durch Proteinkinase C bzw. durch cAMP-abhängige Proteinkinase phosphoryliert wird. Mutation dieser Serine zu Alaninen verhindert die Phosphorylierung und zerstört die v-erbA-Onkogenaktivität. H7 ist ein spezifischer Inhibitor dieser beiden Kinasen und ist in der Lage, in v-erbA-v-erbB haltigen Erythroblasten selektiv die durch v-erbA verursachten Veränderungen [z.B. Blockierung der Differenzierung] aufzuheben).As a test cell system, a chicken erythroblast cell line was selected which was transformed by a tempera-sensitive mutant (ts 34, Graf et al., 1978) of avian erythroblastosis virus AEV (Beug et al., 1982 b). (The above-expressed erb A oncogene in these cells can be inhibited by a specific protein kinase inhibitor | H7] It has been found that the v-erbA oncogene exists in vivo and in vitro (ie as a bacterially expressed protein) in two places, namely Ser28 and Ser29, is phosphorylated by protein kinase C or by cAMP-dependent protein kinase Mutations of these serines to alanines prevent phosphorylation and destroy v-erbA oncogene activity H7 is a specific inhibitor of these two kinases and is capable of v-erbA-v-erbB containing erythroblasts selectively abolish the changes caused by v-erbA [eg block differentiation]).
Es ist bekannt, daß Erythroblasten, deren erbB Onkogen inaktiviert wird - z. B. durch Erhöhung der Temperatur im Falle einer temperaturempfindlichen erb B Mutante - dazu induziert werden, zu Erythrocyten auszureifen. Eines der ersten Anzeichen für diesen Vorgang ist eine Induktion der Hämogiobinsynthese, die durch einen empfindlichen Nachweis (saure Benzidinfärbung, Orkin et al., 1975, Graf et al., 19/8) auf dem Niveau der Einzelzelle nachgewiesen werden kann. Als phänotypische Wirkung eines gegen erb B gerichteten Ribozyms in diesem Testsystem wäre somit eine spezifische Erhöhung der Zahl benzidin-positiver Zellen zu erwarten.It is known that erythroblasts whose erbB oncogene is inactivated - e.g. By increasing the temperature in the case of a temperature-sensitive erb B mutant - induced to mature to erythrocytes. One of the first signs of this process is an induction of hemogiobin synthesis, which can be detected by sensitive detection (acid benzidine staining, Orkin et al., 1975, Graf et al., 19/8) at the single cell level. As a phenotypic effect of a directed against erb B ribozyme in this test system, a specific increase in the number of benzidine-positive cells would be expected.
Die diesem Beispiel zugrundeliegende Versuchsreihe wurde folgendermaßen durchgeführt: Die verschiedenen DNA-Präparationen (siehe oben und Tabelle C), gelöst in 3OmI TE-Puffer, wurden mit jeweils 10Mg nativem Transferrin-Eisenkomplex oder Transferrin-Polylysin-Konjugat (gelöst in 5OmI aq. bidest.) gemischt und 30min bei 370C inkubiert. Im Falle der Vektor-DNA (10Mg) wurde entsprechend mehr (100Mg) an Transferrin-Präparationen verwendet. Die DNA-Transferrin-DNA-Mischungen wurden zu je 1 ml transferrinfreiem Differenzierungsmedium (Zenke et al., 1988) zugegeben. Die Testzellen (pro Ansatz 3 χ 10s) wurden vordem Versuch 60min in transferrinfreiem Differenzierungsmedium bei 420C inkubiert, (hierdurch wird die Transferrinaufnahme verstärkt) und zu den DNA-Transferrin-haltigen Ansätzen hinzugegeben. Nach 6h, 18h und 68 Stunden (Behandlung der Zellen siehe unten) wurden Proben entnommen, wie beschrieben, in Überstand und Zellsediment aufgetrennt, in PK/SDS-Puffer aufgenommen und die DNA analysiert. (Fig. 9) Nach Inkubationsende (6h) wurden die Zellen abzentrifugiert und in transferrinhaliigem Diffei-jnzierungsmedium mit Erythropoietin und Insulin (Kowenz et al., 1986, Zenke et al., 1988), 2 ml pro Ansatz und bei 370C d. h. in Anwesenheit eines aktiven v-erb B-Proteins) weitere 72 h inkubiert.The experimental series on which this example was based was carried out as follows: The various DNA preparations (see above and Table C), dissolved in 30 mM TE buffer, were each treated with 10 μg of native transferrin-iron complex or transferrin-polylysine conjugate (dissolved in 50 μl of a bidist .) And incubated at 37 0 C for 30 min. In the case of vector DNA (10 μg), correspondingly more (100 μg) of transferrin preparations were used. The DNA-transferrin-DNA mixtures were added to 1 ml each of transferrin-free differentiation medium (Zenke et al., 1988). The test cells (per batch 3 χ 10 s) were incubated for 60min prior to experiment in transferrin-free differentiation medium at 42 0 C, (this is the transferrin receiving amplified) and added to the DNA-transferrin-containing approaches. After 6h, 18h and 68h (treatment of cells see below) samples were taken as described, separated into supernatant and cell pellet, taken up in PK / SDS buffer and the DNA analyzed. (Figure 9) After the end of incubation (6h) the cells were spun down and incubated in transferrin-containing differentiation medium with erythropoietin and insulin (Kowenz et al., 1986, Zenke et al., 1988), 2 ml per batch and at 37 ° C in the presence of an active v-erb B protein) was incubated for a further 72 h.
Folgende Ergebnisse wurden erhalten:The following results were obtained:
1. Ähnlich wie in Vorversuch 4 konnte iene verstärkte Aufnahme von DNA in der Größe der erbschnitt DNA's in den mit Transferrin-Polylysin behandelten Zellproben (etwa 5fach) beobachtet werden.1. Similar to pre-experiment 4, increased uptake of DNA in the size of the DNA of the DNA in the transferrin-polylysine-treated cell samples (about 5-fold) could be observed.
2. Durch Transfektion von Hühnerfibreblasten mit erbschnitt DNA konnte gezeigt werden, daß die erbschnitt-Ribozym-tDNA in Hühnerzellen exprimiert wird (siehe Beispiel 5).2. Transfection of chicken fibroblasts with DNA was shown to express the hereditary ribozyme tDNA in chicken cells (see Example 5).
3. Tabelle Czuigt, daß in allen Fällen, in denen erbschnitt-Ftibozym-tDNA mit Hilfe von Polylysin-Transferrin-Konstruktion in erb B transformierte Erythroblasten eingebracht wurde, der Prozentsatz an benzidin-positiven zellen signifikant (auf ca. das3. Table Czuigt that in all cases in which erbschnitt-Ftibozym-tDNA was introduced by means of polylysine-transferrin construction in erb B transformed erythroblasts, the percentage of benzidine-positive cells significantly (to approx
Doppelte) erhöht war (als lieferen* dienten die Proben, die mit Vektor-DNA behandelt wurden und in denen die Vervendung von Polylysin-Transferrin-Konjugaten erwartungsgemäß nicht zu einer Erhöhung der Zahl benzidin-positiver Zellen führte).Doubling) (the samples supplied with vector DNA and in which the use of polylysine-transferrin conjugates was not expected to increase the number of benzidine-positive cells served as delivery).
Das humane met tRNA-Gen (Moniert als BamHI/Rsal-Fragment, ergänzt durch EcoRI-Linker, in die EcoRI-Sc'.inittstelle des Bluescript-Vektors) wurde an seiner einzijon Apal-Schnittstelle in der Anticodonstammregion gespalten. Die einzelsträngigen Überhänge wurden durch T4-DNA-Polymerasebehandlung entfernt und Oligonukleotide, enthaltend die Ribozymsequenzen, inseriert. Die in den vorangegangenen Beispielen verwendete Ribozyminsertion resultierte in einem ribtRNA-Molekül, enthaltend einen 3-Basen-Stamm (Fig. 11 zeigt die Wildtyp-tRNAmet und die tRNArib mit dem verkürzten Anticodon-Stamm). Bei der zweiten Konstruktion wurde ein Oligonukleotid, das sich vom ersten durch die zur Wildtypsequenz komplementäre Sequenz GGTTAT am 5'Ende unterschied, verwendet. Dabei wurde der Wildtypstamm wiederhergestellt und durch 4 zusätzliche Basenpaare verlängert (Fig. 12 zeigt die Konstruktion der tRNArib mit dem verstärkten Anticodon-Stamm. Die Sequenz der Ribozyme ist in Fig. 13 dargestellt; am linken (5') Ende sind die Unterschiede in der Nukleotidsequenz zwischen der für den verkürzten Stamm und den verstärkten Stamm kodierenden Region gekennzeichnet. In Fig. 13 ist weiters die Sequenz des met tRNA-Gens wiedergegeben). Die beiden Ligationsprodukto wurden nach der in Maniatis beschriebenen Standardmethode in E. coli HB101 transformiert, geeignete Klone wurden ausgewählt, die Plasmid-DNA isoliert und zur Bestimmung der richtigen Struktur sequenziert. Die beiden resultierenden ribtRNA-Gene wurden durch Mikroinjektion der Monierten DNA in Xenopus-Oozyten, durchgeführt wie in Beispiel 2 bzw. 3 beschrieben, in Gegenwart von 32P-GTP auf Transkriptionsaktivität und Akkumulierung der ribtRNA-Moleküle untersucht. Das Wildtyp-tRNA-Gen wurde bei 10fach niedrigerer Konzentration coinjiziert. Die injizierten Oozyten wurden 7 h lang bei 20°C inkubiert, die resultierende RNA wurde geerntet (vgl. Beispiel 2) und elektrophoretisch aufgetrennt (10% Acrylamid/8,3 M Harnstoff/TBE-GeI) und die RNA-Moleküle durch Autoradiographie (2 Tage exponiert bei -70°C) sichtbar gemacht (Fig. 14). Das verkürzte ribtRNA-Gen liefert ca. Vio der RNA-Menge, die vom Wildtyp-Gen transkribiert wird, im Vergleich dazu liefert das Gen, das für das ribtRNA-Molekül mit dem verlängerten Stamm kodiert, die 6fache Menge an RNA.The human met tRNA gene (cloned as a BamHI / Rsal fragment, supplemented by EcoRI linker, into the EcoRI site of the Bluescript vector) was cleaved at its unique Apal site in the anticodon stem region. The single-stranded overhangs were removed by T4 DNA polymerase treatment and oligonucleotides containing the ribozyme sequences inserted. The ribozyme insertion used in the previous examples resulted in a ribtRNA molecule containing a 3 base strain (Figure 11 shows the wildtype tRNAmet and the tRNArib with the truncated anticodon strain). In the second construction, an oligonucleotide differing from the first by the GGTTAT sequence complementary to the wild-type sequence at the 5'-end was used. The wild-type strain was restored and extended by 4 additional base pairs (Figure 12 shows the construction of the tRNArib with the amplified anticodon strain.) The sequence of the ribozymes is shown in Figure 13, with the differences in the left end (5 ') Nucleotide sequence between the region coding for the truncated strain and the amplified strain., Figure 13 also shows the sequence of the met tRNA gene). The two ligation products were transformed into E. coli HB101 according to the standard method described in Maniatis, suitable clones were selected, the plasmid DNA was isolated and sequenced to determine the correct structure. The two resulting ribtRNA genes were examined by microinjection of the cloned DNA into Xenopus oocytes, performed as described in Examples 2 and 3 respectively, in the presence of 32 P-GTP for transcriptional activity and accumulation of the ribtRNA molecules. The wild-type tRNA gene was coinjected at 10-fold lower concentration. The injected oocytes were incubated for 7 h at 20 ° C, the resulting RNA was harvested (see Example 2) and electrophoretically separated (10% acrylamide / 8.3 M urea / TBE gel) and the RNA molecules by autoradiography ( Exposed for 2 days at -70 ° C) (Fig. 14). The truncated rRNA gene yields about Vio of the amount of RNA transcribed from the wild-type gene, compared to the gene encoding the ribtRNA molecule with the extended strain that yields 6-fold the amount of RNA.
eingefügt (Apal; GGGCCC), um eine nachfolgende Klonierung von Oligonukleotiden zu ermöglichen, zweitens komplementäreinserted (Apal; GGGCCC) to allow subsequent cloning of oligonucleotides, secondly complementary
at., 1989) durchgeführt. Dafür wurden vier Primer synthetisiert, von denen zwei die geänderte Intronsequenz (zueinanderkomplementär) enthielten und zwei gegen das 5'- bzw. das 3'-Ende des Gens gerichtet waren, um eine EcoRI bzw. Sailat., 1989). For this, four primers were synthesized, two of which contained the altered intron sequence (to each other complementary) and two directed against the 5 'and the 3' end of the gene, respectively, to an EcoRI and Sail, respectively
mit dem Vektor pAALM (= pSP64 + T7 Promotor; Vieira und Messing, 1982) ligiert. Das Konstrukt wurde in E. coli HB101with the vector pAALM (= pSP64 + T7 promoter, Vieira and Messing, 1982). The construct was transformed into E. coli HB101
transformiert und Klone, enthaltend das gewünschte Insert, durch Sequenzanalyse identifiziert.and clones containing the desired insert identified by sequence analysis.
verglichen, wobei als interner Standard ein 5S-RNA-Gen (50fach niedrigere Konzentration), das auf dem Plasmid pUC-10-5Svorlag (Carroll und Brown, 1976) in Gegenwart von 32P-GTP coinjiziert wurde. Die injizierten Oocyten wurden 20 Stunden bei20°C inkubiert, die RNA auf einem 8% Acrylamid/8,3 M Harnstoff/TBE-GeI aufgetrennt und autoradiografiert (Fig. 16). Sichtbarwerden neben der 5S-RNA bei 120nt das primäre tRNAV-Transkript bei 100 (102) nt, die 5'- und 3'-prozessierte Precursorformbei 90 (92) nt, sowie die fertig prozessierte Tyrosin tRNA bei 76nt. Das Spleißen der 90nt Precursorform erscheint als derlimitierende Faktor, so daß der Großteil des gebildeten Transkripts (ca. 80%) in dieser Form vorliegt. Wie erwartet, wurde dieusing as internal standard a 5S RNA gene (50 fold lower concentration) co-injected on the plasmid pUC-10S template (Carroll and Brown, 1976) in the presence of 32 P-GTP. The injected oocytes were incubated at 20 ° C for 20 hours, the RNA separated on an 8% acrylamide / 8.3 M urea / TBE gel and autoradiographed (Figure 16). In addition to the 5S RNA at 120 n, the primary tRNAV transcript at 100 (102) nt, the 5 'and 3' processed precursor form at 90 (92) nt, and the fully processed tyrosine tRNA at 76nt are visible. The splicing of the 90nt precursor form appears as the limiting factor, so that most of the transcript formed (about 80%) is in this form. As expected, the
biologische Aktivität durch die Modifikation gegenüber dem Wildtyp-Gen nicht vermindert.biological activity is not diminished by the modification of the wild-type gene.
enthaltende Oligoceoxyribonukleotide synthetisiert, die bereits Apal-Enden enthalten und somit direkt in die Intronsequenz desmodifizierten tRNA'Y'-Gens Moniert werden konnten. Bei einem Oligonukleotid wurden an beiden Enden 12 nt eingefügt, um incontaining Oligoceoxyribonukleotide synthesized that already contain Apal ends and thus could be cloned directly into the intron sequence of the modified tRNA'Y 'gene. For an oligonucleotide, 12 nt were inserted at both ends to give in
resultierenden Introns betrug 89 nt (Ribozym HP) gegenüber 65nt im Falle der ungeschützten Ribozymsequenz (Ribozym C). Dieresulting intron was 89 nt (ribozyme HP) compared to 65nt in the case of the unprotected ribozyme sequence (ribozyme C). The
(Ribozym D). Die Konzentration des coinjizierten 5S-Standards betrug 1:20 bei den Konstrukten HP und D, 1:1 bei Konstrukt C(Fig. 18). Das Experiment zeigt, daß die Konstrukte HP und C trotz wesentlich vergrößerter Introns sehr aktiv transkribiert und mitgleicher Effizienz prozessiert werden · We das Wildtyp tRNA'V-Gen. Im Falle des Konstrukts D ist nur eine minimale Menge(Ribozyme D). The concentration of coinjected 5S standard was 1:20 for constructs HP and D, 1: 1 for construct C (Figure 18). The experiment shows that the constructs HP and C are transcribed very actively despite significantly increased introns and are processed with the same efficiency · We the wild-type tRNA'V gene. In the case of the construct D is only a minimal amount
der tRNA-Sekundärstruktur führt, wodurch das entstehende Transkript in hoher Konzentration akkumuliert und korrektleads to the tRNA secondary structure, whereby the resulting transcript accumulates in high concentration and correct
prozessiert werden kann.can be processed.
Literatur:Literature:
Berlin, 183-195Berlin, 183-195
Tabelle A Transport von PolyLysin-Transferrin in ErythroblastenTable A Transport of poly Lysine transferrin in erythroblasts
++ und +++ bezeichnen die relative Stärke der Vesikelfluoreszenz++ and +++ denote the relative strength of vesicle fluorescence
PolyLysin-Transferrin kann bei der Stimulierung der in-vitro induzierten Reifung von Erythroblasten normales Transferrin funktionell ersetzenPolyLysine transferrin may functionally replace normal transferrin in stimulating in vitro induced maturation of erythroblasts
: nicht bestimmt: not determined
: Fe-Transferrin, 200 pg in 13 μΐ; TfpL-Fraktionen, 200 pg in 130 μΐ; Η20, 130 μΐFe transferrin, 200 pg in 13 μΐ; TfpL fractions, 200 pg in 130 μΐ; Η20, 130 μΐ
Reifung (Hämoglobingehalt) von v-erbB - transformierten Erythroblasten, die v-erbB - Ribozym - DNAMaturation (hemoglobin content) of v-erbB-transformed erythroblasts, the v-erbB ribozyme DNA
aufgenommen habenhave recorded
a: Pro Bestimmung wurden > 200 Zellen ausgezählt, Werte +- Standardabweichung b: Anzahl unabhängiger Bestimmungena: For each determination> 200 cells were counted, values + - standard deviation b: number of independent determinations
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