DE10009119A1 - Vertebraten Globin - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Neuroglobin, eine für ein solches Protein kodierende Nukleinsäure und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Proteins. Ferner betrifft die Erfindung gegen das Protein gerichtete Antikörper sowie die Verwendung der DNA und des Proteins zur Diagnose und/oder Therapie von Erkrankungen des Nervensystems.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Vertebraten-Globin, eine für ein solches
Protein kodierende DNA und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Proteins. Ferner
betrifft die Erfindung gegen das Protein gerichtete Antikörper sowie die Verwendung der
DNA und des Proteins zur Diagnose und/oder Therapie von Erkrankungen des
Nervensystems.
Globine sind Porphyrin-enthaltende Proteine, die Sauerstoff reversibel binden. Bakterien,
Pflanzen, Pilze und Tiere besitzen Globine. Im Menschen und anderen Vertebraten
wurden bisher nur zwei verschiedene Typen von Globinen beschrieben: die
heterotetrameren Hämoglobine und die monomeren Myoglobine. Beide regeln den
Transport und die Lagerung von Sauerstoff, Hämoglobin im Blut und Myoglobin im
Muskel. Obwohl Globine zu den am besten untersuchen Proteinen gehören und
verschiedenste Varianten aus beiden Gruppen bekannt sind, wurden bei Vertebraten
bisher keine weiteren Globin-Familien beschrieben.
Überraschenderweise ergab eine Suche in Expressed-Sequence-Tag (EST)-Datenbanken
der Maus und des Menschen, daß einige partielle ESTs, die aus neuronalem Gewebe
stammen, Globin-ähnliche Sequenzen beinhalten, die nicht zur Familie der Vertebraten
Hämo- bzw. Myoglobine gehören und somit für ein neues Globin kodieren. Dieses neue
Globin wird preferentiell in neuronalem Gewebe exprimiert und bindet reversibel
Sauerstoff mit einer dem Myoglobin ähnlichen Affinität.
Erkrankungen des Nervensystems wie Schlaganfall, Alzheimer-Krankheit, Parkinson-
Syndrom, Demenz, andere neurodegenerative Krankheiten, sowie Tumore haben
vielfältige Ursachen.
Die Aufrechterhaltung der Sauerstoffversorgung des Nervensystems ist jedoch in jedem
Fall essentiell für den Fortbestand und die Funktion neuronaler Zellen. Bei einer Reihe
neuro-degenerativer Erkrankungen gilt Sauerstoffmangel und eine Störung der
Energieproduktion als möglicher Risikofaktor (z. B. Alzheimer) oder ist zumindest in das
komplexe pathologische Geschehen miteinbezogen (z. B. Morbus Parkinson). Eine direkte
Beziehung zwischen Sauerstoff-Unterversorgung und Gehirnschädigung existiert beim
Schlaganfall, wenn primär unterversorgte, absterbende Zellen benachbartes Gewebe
schädigen (ischämische Kaskade).
Beim schnellen Wachstum von Tumoren z. B. im Gehirn spielt die Sauerstoff-Versorgung
ebenfalls eine wichtige Rolle (sichtbar an der verstärkten Angiogenese in solchen
Tumoren). In der gezielten Unterbrechung dieser Versorgung liegt ein bevorzugtes
Angriffsziel der Tumortherapie.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Mittel bereitzustellen,
mit dem Erkrankungen des Nervensystems ursächlich untersucht und Wege aufgezeigt
werden können, mit denen in Erkrankungen des Nervensystems eingegriffen werden
kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände in den unabhängigen
Patentansprüchen erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Details der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den
beigefügten Zeichnungen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf den Erkenntnissen des Anmelders, daß das
erfindungsgemäße Neuroglobin Sauerstoff bindet und für den Transport und die
Speicherung von Sauerstoff in neuronalen Zellen verantwortlich ist. Ferner hat er erkannt,
daß die Neuroglobin-DNA in neuronalem Gewebe, z. B. Frontallappen, Nucleus
Subthalamicus, und Thalamus, prädominant stärker exprimiert wird als in Normal-
Gewebe (vgl. Fig. 3). Desweiteren hat er gefunden, daß die DNA im chromosomalen
Bereich 14q24, zwischen den Markern D14S76 und WI-4643 lokalisiert ist. Die
genomische Sequenz ist in SEQ-ID No. 5 angegeben. Die cDNA (SEQ-ID No. 3 & 4)
kodiert für ein Protein, das die Aminosäuresequenz von SEQ-ID No. 1 & 2 oder eine
hiervon durch ein oder mehrere Aminosäuren unterschiedliche Sequenz umfaßt.
Rekombinant exprimiertes murines Neuroglobin besitzt ein Molekulargewicht von ca. 17 kDa
und fügt sich in die Globin-typische Domänenstruktur - bestehend aus 8 alpha-
Helices - perfekt ein (vgl. Fig. 2). Das Protein wird nachstehend mit Neuroglobin
bezeichnet.
Erfindungsgemäß werden die Erkenntnisse des Anmelders genutzt, ein Neuroglobin oder
ein Protein mit dessen biologischer Aktivität bereitzustellen, aufweisend die
Aminosäuresequenz von SEQ-ID No. 1 oder 2 oder eine hiervon durch ein oder mehrere
Aminosäuren unterschiedliche Aminosäuresequenz. Diese möglichen Unterschiede
können vorzugsweise dadurch charakterisiert sein, dass die DNA der letzteren
Aminosäuresequenz mit der DNA von SEQ-ID No. 3 bzw. 4 hybridisiert.
Der Ausdruck "eine durch ein oder mehrere Aminosäuren unterschiedliche
Aminosäuresequenz" umfaßt jegliche für ein Neuroglobin kodierende
Aminosäuresequenz, deren DNA-Sequenz mit der DNA von SEQ-ID No. 3 bzw. 4
hybridisiert und für ein Protein kodiert, das Sauerstoff bindet. Die DNA-Sequenz kann sich
von der DNA von SEQ-ID No. 3 bzw. 4 durch Additionen, Deletionen, Substitutionen
und/oder Inversionen von ein oder mehreren Basenpaaren unterscheiden. Der Ausdruck
"Hybridisierung" weist auf eine Hybridisierung unter üblichen Bedingungen,
insbesondere bei 25 K unter dem Schmelzpunkt der Sequenz hin.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Neuroglobin-Gen, insbesondere ein
humanes Neuroglobin-Gen oder ein hiervon in einem oder mehreren Basenpaaren
unterschiedliches Gen, sofern dieses die Funktion des Neuroglobins exprimiert.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Nukleinsäure, die für
Neuroglobin kodiert. Die Nukleinsäure kann eine RNA oder eine DNA, z. B. eine cDNA,
sein. Bevorzugt ist eine DNA, die folgendes umfaßt:
- a) Die DNA von SEQ-ID No. 3 oder eine hiervon durch ein oder mehrere Basenpaare unterschiedliche DNA, wobei letztere DNA mit der DNA von SEQ-ID No. 3 hybridisiert, oder
- b) eine mit der DNA von (a) über den degenerierten genetischen Code verwandte DNA.
- c) Die DNA von SEQ-ID No. 4 oder eine hiervon durch ein oder mehrere Basenpaare unterschiedliche DNA, wobei letztere DNA mit der DNA von SEQ-ID No. 4 hybridisiert, oder
- d) eine mit der DNA von, (c) über den degenerierten genetischen Code verwandte DNA.
Die DNA von SEQ-ID No. 3 wurde als E. coli-Klon phumNGB-1 bei der DSMZ (Deutsche
Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen) unter DSM 13213 am 22. Dezember
1999 hinterlegt.
Der Ausdruck "eine durch ein oder mehrere Basenpaare unterschiedliche DNA" umfaßt
jegliche für ein Neuroglobin kodierende Nukleinsäure, die mit der DNA von SEQ-ID No. 3
oder 4 hybridisiert und für ein Protein codiert, das Sauerstoff bindet. Die Nukleinsäure
kann sich von der DNA von SEQ-ID No. 3 bzw. 4 durch Additionen, Deletionen,
Substitutionen und/oder Inversionen von einem oder mehreren Basenpaaren
unterscheiden. Hinsichtlich des Ausdrucks "Hybridisierung" wird auf vorstehende
Ausführungen entsprechend verwiesen.
Eine erfindungsgemäße Nukleinsäure kann als solche oder in Kombination mit jeglicher
anderen Nukleinsäuren vorliegen. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße, für ein
Neuroglobin kodierende DNA in einem Expressionsvektor vorliegen, auf den die
Erfindung ebenfalls gerichtet ist. Beispiele solcher erfindungsgemäßer
Expressionsvektoren sind dem Fachmann bekannt. Im Falle eines Expressionsvektors für E.
coli sind dies z. B. pGEMEX, pUC-Derivate, pGEX-2T, pET3b und pQE-8. Für die Expression
in Hefe sind z. B. pY100 und Ycpad1 zu nennen, während für die Expression in tierischen
Zellen z. B. pKCR, pEFBOS, cDM8 und pCEV4 anzugeben sind. Für die Expression in
Insektenzellen eignet sich besonders der Bacculovirus-Expressionsvektor pAcSGHisNT-A.
Der Fachmann kennt geeignete Wirts-Zellen, um die erfindungsgemäße, in einem
Expressionsvektor vorliegende Nukleinsäure zu exprimieren. Beispiele solcher Zellen
umfassen die E. coli-Stämme HB101, DH1, X1776, JM101, JM 109, BL21 und SG 13009,
den Hefe-Stamm Saccharomyces cerevisiae oder Schizosaccharomyces pombe und die
tierischen Zellen L, NIH 3T3, FM3A, CHO, COS, Vero und HeLa sowie die Insektenzellen
Sf9. Die Integration eines erfindungsgemäßen Expressionsvektors in solche Zellen führt zu
einer Wirtszelle, die ebenfalls ein Gegenstand der Erfindung ist. Noch ein Gegenstand der
Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Neuroglobins, bei dem erfindungsgemäße
Wirts-Zellen unter geeigneten Bedingungen kultiviert werden.
Der Fachmann weiß, in welcher Weise die erfindungsgemäße Nukleinsäure in einen
Expressionsvektor inseriert werden muß, um einen erfindungsgemäßen Expressionsvektor
zu erhalten. Ihm ist auch bekannt, daß diese Nukleinsäure in Verbindung mit einer für ein
anderes Protein bzw. Peptid kodierenden Nukleinsäure inseriert werden kann, so daß die
erfindungsgemäße DNA in Form eines Fusionsproteins exprimiert werden kann.
Desweiteren kennt der Fachmann Bedingungen, transformierte bzw. transfizierte Zellen
zu kultivieren. Auch sind ihm Verfahren bekannt, das durch die erfindungsgemäße
Nukleinsäure exprimierte Protein bzw. Fusionsprotein zu isolieren und zu reinigen.
Noch ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Ribozyme, welche zum
erfindungsgemäßen Neuroglobin-Gen oder zu den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren
komplementär sind und an die Nukleinsäuren bzw. ein mRNA-Transkript des Gens
binden und diese spalten können, wodurch die Synthese des von dem Gen oder der
Nukleinsäure codierten Proteins verringert oder gehemmt wird.
Die Erfindung ist auch auf eine Antisense-RNA gerichtet, die zu einer erfindungsgemäßen
Nukleinsäure, darunter auch das Neuroglobion-Gen, komplementär ist und an diese
Nukleinsäure binden kann, wodurch die Synthese des von dieser Nukleinsäure codierten
Proteins verringert oder gehemmt wird.
Durch diese erfindungsgemäßen Mittel sind Maßnahmen möglich, regulierend in den
Neuroglobin-Stoffwechsel einzugreifen, um gegen entsprechende Erkrankungen
vorgehen zu können bzw. diese gezielt erforschen zu können.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein gegen ein vorstehend
beschriebenen Protein bzw. Fusionsprotein gerichteter Antikörper. Ein solcher Antikörper
kann durch übliche Verfahren hergestellt werden. Er kann polyklonal bzw. monoklonal
sein. Zu seiner Herstellung ist es günstig, Tiere, insbesondere Kaninchen oder Hühner für
einen polyklonalen und Mäuse für einen monoklonalen Antikörper, mit einem
vorstehenden (Fusions)protein oder Fragmenten davon zu immunisieren, wobei es
günstig sein kann, wenn diese an ein Trägermolekül wie KLH oder BSA gekoppelt sind.
Weitere "Booster" der Tiere können mit dem gleichen (Fusions)protein oder Fragmenten
davon erfolgen. Der polyklonale Antikörper kann dann aus dem Serum bzw. Eigelb der
Tiere erhalten werden. Für den monoklonalen Antikörper werden Milzzellen der Tiere mit
Myelomzellen fusioniert.
Noch ein Gegenstand der Erfindung ist ein Arzneimittel, das eine oder mehrere der
folgenden Komponenten enthält:
- a) zumindest ein erfindungsgemäßes Ribozym
- b) zumindest eine erfindungsgemäße Antisense-RNA
- c) zumindest einen erfindungsgemäßen Expressionsvektor
- d) zumindest ein erfindungsgemäßes Neuroglobin oder ein Protein mit dessen biologischer Aktivität
- e) zumindest einen erfindungsgemäßen Antikörper und/oder ein Fragment davon
Die Erfindung ist weiterhin gerichtet auf ein Verfahren, bei dem man eine Probe mit einer
der obigen Komponenten a), b) oder e), oder einer erfindungsgemäßen Nukleinsäure in
Kotakt bringt. Eine Probe im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jegliches organisches
Material, welches auf die Anwesenheit eines Neuroglobins oder seiner DNA oder mRNA
getestet werden könnte, beispielweise Gewebsstücke wie neuronales oder anderes
Gewebe, Zellen, beispielsweise Zellen aus neuronalem Gewebe wie Neurone oder
Neuron-umgebende Zellen, sowie Aufschlüsse oder Extrakte davon oder Protein- bzw.
Nukleinsäureaufreinigungen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kit. Ein solcher umfaßt eine
oder mehrere der folgenden Komponenten:
- a) zumindest eine erfindungsgemäße DNA,
- b) zumindest ein erfindungsgemäßes Neuroglobin,
- c) zumindest einen erfindungsgemäßen Antikörper, sowie
- d) übliche Hilfsstoffe, wie, Träger, Puffer, Lösungsmittel, Kontrollen, etc.
Von den einzelnen Komponenten können jeweils ein oder mehrere Vertreter vorliegen.
Hinsichtlich der einzelnen Ausdrücke wird auf vorstehende Ausführungen verwiesen.
Diese gelten hier entsprechend.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des
Neuroglobins, der Nukleinsäure oder des Antikörpers, wie oben ausgeführt, zur
Identifizierung oder dem Design eines Bindungspartners.
Schließlich ist die Erfindung noch gerichtet auf die Verwendung des Neuroglobins, der
Nukleinsäure, des Ribozyms, der Antisense-RNA oder/und des Antikörpers, wie oben
aufgeführt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Erkrankungen des Nervensystems ursächlich zu
untersuchen. Mit einem erfindungsgemäßen Antikörper kann Neuroglobin
nachgewiesen werden. Es kann eine Beziehung von Neuroglobin zu einer Erkrankung des
Nervensystems hergestellt werden. Ferner kann mit Neuroglobin ein gegen dieses Protein
gerichteter Autoantikörper nachgewiesen werden. Beide Nachweise können durch
übliche Verfahren, insbesondere einen Western Blot, einen ELISA, eine
Immunpräzipitation oder durch Immunfluoreszenz erfolgen. Desweiteren kann mit einer
erfindungsgemäßen Nukleinsäure, insbesondere einer DNA und hiervon abgeleiteten
Primern, die Organisation und die Expression des für Neuroglobin kodierenden Gens
nachgewiesen werden. Dieser Nachweis kann in üblicher Weise, insbesondere durch
Sequenzierung, in einem Southern oder Northern Blot oder über in situ-Hybridisierung
bzw. durch RT-PCR, erfolgen.
Darüber hinaus eignet sich die vorliegende Erfindung, Maßnahmen gegen das
übermäßige oder verringerte Vorliegen von Neuroglobin in Personen zu ergreifen. Mit
einem erfindungsgemäßen Antikörper kann Neuroglobin inhibiert werden. Auch kann
die Expression der für Neuroglobin kodierenden DNA inhibiert werden, indem eine
erfindungsgemäße Nukleinsäure, insbesondere eine DNA, als Basis zur Erstellung von
anti-sense-RNA verwendet wird. Diese kann als solche oder in Form eines sie
exprimierenden Vektors, wobei dieser einen induzierbaren Promotor enthalten kann, in
Personen bzw. bestimmte Gewebe, insbesondere Tumoren, eingeführt werden.
Desweiteren kann die Expression von Neuroglobin verstärkt werden, indem eine
erfindungsgemäße Nukleinsäure zusätzlich eingebracht wird. Diese kann als solche oder
in Form eines sie exprimierenden Vektors, wobei dieser einen induzierbaren Promotor
enthalten kann, in Personen bzw. bestimmte Gewebe, insbesondere Tumoren,
eingeführt werden. Desweiteren kann Neuroglobin als Basis dienen, chemische
Verbindungen zu entwickeln, die Neuroglobin inhibieren oder verstärkt aktivieren
können.
Somit stellt die vorliegende Erfindung Mittel dar, Erkrankungen des Nervensystems besser
zu diagnostizieren und in diese Erkrankungen therapeutisch eingreifen zu können.
Fig. 1 zeigt die genomische Organisation des humanen Neuroglobin-Gens. Exons
sind durch vertikale Balken dargestellt und die Länge der Exons bzw. Introns
ist in Basenpaaren angegeben. Die Positionen des Translationsstart-Kodons
(ATG) und das Stopp-Kodon sind eingetragen. Der untere Teil zeigt die
Position und Art von repetitiven DNA-Sequenzen, die in der analysierten
Region identifiziert wurden.
Fig. 2 zeigt ein Sequenzalignment und die Domänen im Vergleich des humanen und
des murinen Neuroglobins (HsaNGB und MmuNgb) mit humanem und
murinem Myglobin (HsaMB, accession number M14603; MmuMb, P04247)
und Hämoglobin alpha und beta (HsaHBA, J00153; HsaHBB, M36640;
MmuHba, A45964; MmuHbb, P020388). Die Globin-Konsensus-Nummerierung
ist unter den Sequenzen angegeben. Die Sekundärstruktur des humanem
Hämoglobin β ist über der obersten Reihe dargestellt. Die alpha-Helices sind
mit A bis H bezeichnet. Grau unterlegte Aminosäuren sind zwischen den
Neuroglobinen und Myo- oder Hämoglobinen konserviert. Die Positionen der
Introns in der genomischen humanen Neuroglobin (B12.2, E11-0 und G7-0)
sind durch Pfeile angezeigt.
Fig. 3 zeigt den Nachweis von Neuroglobin-Sequenzen in Normal-Geweben bzw.
neuronalem Gewebe durch Northern dot-blotting.
Fig. 4 zeigt die Sauerstoffbindung von rekombinantem murinen Neuroglobin.
Dargestellt sind die Absorptionsspektren von rekombinantem oxy- und deoxy-
Neuroglobin der Maus.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele erläutert.
Zur Identifizierung bisher unbekannter Globinhomologe wurden die Datenbanken
(verfügbar unter http://www.ncbi.nlm.nih.gov) der humanen und murinen EST-
Sequenzen (expressed sequence tags; Boguski et al., 1993) mit Hilfe des BLAST-
Algorithmus (Altschul, S. F., Madden, T. L., Schäffer, A. A, Zhang, J., Zhang, Z., Miller,
W., and Lipman, D. J. (1997) Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of
protein database search programs. Nucl. Acids Res. 25, 3389-3402) analysiert. Unter
Verwendung verschiedener Proteinsequenzen von Invertebratenglobinen konnte
anhand der BLOSUM 45 Substitutionsmatrix (Nicht-Standardeinstellung; geeignet zur
Untersuchung von lediglich entfernt verwandten Sequenzen; gap existence cost 14,
per residue gap cost 2, lambda ratio 0.87) sowohl in Maus und Mensch mehrere
unvollständige EST-Sequenzen identifiziert werden, die signifikante
Sequenzähnlichkeiten zu Globinen zeigen, jedoch weder zu den Hämoglobinen, noch
zu den Myoglobinen dieser Organismen oder anderer Wirbeltiere gehören.
Anhand der partiell vorhanden EST-Sequenzen wurden spezifische
Oligonukleotidprimer hergestellt. Die Neuroglobin-cDNAs von Mensch und Maus
wurden anschließend mit Hilfe der RT-PCR-Technik aus Gehirn-RNA des Menschen
und der Maus amplifiziert. Die cDNA-Fragmente wurden nach einer modifizierten
Kettenabbruchmethode mit fluoreszenzmarkierten Didesoxynukleotiden sequenziert.
Zur Identifizierung des humanen Neuroglobin-Gens wurde ein Filter mit geordneten
PAC-Klonen der menschlichen DNA mit der radioaktiven Neuroglobin-cDNA-Sonde
hybridisiert.
Das Neuroglobin-Gen, welches in dem PAC-Klon RPCIP7040021141Q2 vollständig
enthalten ist, wurde mit einer kombinierten "shotgun"/"Primer-walking"-Methode
sequenziert.
Ein RNA Master Dot-BlotTM (Fa. Clontech, Palo Alto, USA) mit standardisierten
Mengen RNA aus 50 menschlichen Geweben wurde mit einer radioaktiv markierten
Probe gemäß den Angaben des Herstellers hybridisiert. Die Hybridisierungssignale
wurden mit Hilfe eines Fuji BAS-1800 Phosphoimager sichtbar gemacht und
quantifiziert. In Fig. 3 zeigen die Felder:
A1, Gesamtes Gehirn; A2, Amygdala; A3, Caudaler Nucleus; A4, Cerebellum; A5, Cerebraler Cortex; A6, Frontaler Lobus; A7, Hippocampus; A8, Medulla Oblongata; B1, Okzipitalpol; B2, Putamen; 83, Substantia Nigra; B4, Temporaler Lobus; B5, Thalamus; B6, Subthalamischer Nucleus; B7, Rückenmark; C1, Herz; C2, Aorta; C3, Skelett-Muskel; C4, Colon; C5, Blase; C6, Uterus; C7, Prostata; C8, Magen; D1, Testes; D2, Ovar; D3, Pancreas; D4, Hypophyse; D5, Nebenniere; D6, Schilddrüse; D7, Speicheldrüse; D8, Brustdrüse; E1, Niere; E2, Leber; E3, Dünndarm; E4, Milz; E5, Thymus; E6, Periphäre Leukozyten; E7, Lymphknoten; E8, Knochenmark; F1, Blinddarm; F2, Lunge; F3, Luftröhre; F4, Plazenta; G1, fötales Gehirn; G2, fötales Herz; G3, fötale Niere; G4, fötale Leber; G5, fötale Milz; G6, fötaler Thymus; G7, fötale Lunge.
A1, Gesamtes Gehirn; A2, Amygdala; A3, Caudaler Nucleus; A4, Cerebellum; A5, Cerebraler Cortex; A6, Frontaler Lobus; A7, Hippocampus; A8, Medulla Oblongata; B1, Okzipitalpol; B2, Putamen; 83, Substantia Nigra; B4, Temporaler Lobus; B5, Thalamus; B6, Subthalamischer Nucleus; B7, Rückenmark; C1, Herz; C2, Aorta; C3, Skelett-Muskel; C4, Colon; C5, Blase; C6, Uterus; C7, Prostata; C8, Magen; D1, Testes; D2, Ovar; D3, Pancreas; D4, Hypophyse; D5, Nebenniere; D6, Schilddrüse; D7, Speicheldrüse; D8, Brustdrüse; E1, Niere; E2, Leber; E3, Dünndarm; E4, Milz; E5, Thymus; E6, Periphäre Leukozyten; E7, Lymphknoten; E8, Knochenmark; F1, Blinddarm; F2, Lunge; F3, Luftröhre; F4, Plazenta; G1, fötales Gehirn; G2, fötales Herz; G3, fötale Niere; G4, fötale Leber; G5, fötale Milz; G6, fötaler Thymus; G7, fötale Lunge.
Es zeigt sich, daß in Hirngewebe starke Hybridisierungssignale von Neuroglobin-
Sequenzen nachgewiesen werden können. Ferner zeigt es sich, daß entsprechende
Signale in Normalgewebe nur schwach ausgeprägt sind.
Murines Neuroglobin wurde in den pET-3a Expressionsvektor einkloniert. Dabei wurde
der kodierende Abschnitt der Neuroglobin-cDNA zunächst durch PCR amplifiziert. Der 5'-
PCR-Primer war dabei mit einer Nde I-Schnittstelle versehen, die nach Einfügen in den
Vektor das Translations-Startkodon lieferte. Der 3'-Primer enthielt das Stopkodon der
cDNA, gefolgt von einer Bam HI-Klonierungsschnittstelle. Das Nde I/Bam HI-restringierte
PCR-Produkt wurde in ebenfalls Nde I/Bam HI-geschnittenen pET-3a-Vektor ligiert. E. coli
BL21(DE3)pLys(F- ompT- r- b m- b) Bakterien wurden mit dem rekombinanten Plasmid
transformiert und 1 ml einer Über-Nacht-Kultur wurde benutzt, um 1000 ml LB-Medium
mit 1000 µg/ml Ampicillin und 1 mM δ-Aminolävulinsäure anzuimpfen. Die Kultur wurde
bei 25°C und 250 Umdrehungen pro Minute 6 bis 8 Stunden geschüttelt. Die Expression
von Neuroglobin wurde durch Zugabe von 1 mM Isopropyl-β-D-thiogalactopyranosid
(IPTG) induziert und die Bakterien wurden weitere 14-18 Stunden wachsen gelassen. Die
Bakterien wurden geerntet (20 Minuten Zentrifugation bei 1000 × g), mit einem
Volumen (200 ml) 25 mM Tris-HCl, pH 8.0, 10 mM EDTA, 0.9% Glukose gewaschen und
in 50 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, 0.5 mM DTT, pH 8.0, versetzt mit der Roche CompleteTM
Proteinase-Inhibitor-Mischung, resuspendiert. Die Bakterien wurden durch drei
Einfrier/Auftau-Zyklen in flüssigem Stickstoff und darauf folgender Ultraschall-
Behandlung aufgebrochen. Zelltrümmer wurden durch Zentrifugation (1 h, 6000 × g)
entfernt. Das rekombinante Neuroglobin wurde mit 40 bis 60% (NH4)2S04 gefällt, über
Nacht gegen 50 mM Kalium-Phosphat-Puffer, ph 7,4, versetzt mit 1 mM EDTA und 0.5 mM
Dithiothreitol (DTT), dialysiert und durch Größen-Ausschluß-Chromatographie auf
einer Sephacryl S-200 Säule (Amersham Pharmacia) gereigt.
Es zeigt sich, daß ein erfindungsgemäßes rekombinantes Protein in hochreiner Form
hergestellt werden kann.
Sauerstoff-Bindungsstudien wurden bei 25°C in 50 mM Kaliumsulfat, 1 mM EDTA, pH
7,4 durchgeführt. Hierbei würde die Absorption bei 424 nm (Deoxy-Maximum) in einer
Gill-Zelle gemessen. Aufgrund der teilweise reversiblen Oxygenierung während des
Reinigungsprozesses wurden Sauerstoff-Bindungskurven mit Bakterien-Überstand
durchgeführt, der zuvor durch Mikrofiltration in Centrisat C-4 Filtern (Sartorius) mit einer
Ausschlussgrenze von 5000 Da ankonzentriert worden war. Überstände von Wildtyp-
Bakterien, die kein Neuroglobin exprimierten, zeigten keine Sauerstoff-Bindung, wobei
Überstände rekombinanter Bakterien Sauerstoff banden (vgl. Fig. 4). Die Affinität für
Sauerstoff beträgt P50 = 1.9 bis 2.3 Torr (typisches Hämoglobin: P50 = 26 Torr; Myoglobin:
P50 ≈ 1 Torr).
Es zeigte sich, dass ein erfindungsgemäßes Fusionsprotein Sauerstoff mit einer
physiologisch relevanten Affinität bindet und somit eine Funktion in neuronalem Gewebe
erfüllt, die ähnlich der des Myoglobins im Muskel ist.
Ein erfindungsgemäßes rekombinantes Protein von Beispiel 3 wird einer 15% SDS-
Polyacrylamid-Gelelektrophorese unterzogen. Nach Anfärbung des Gels mit Coomassie-
Brilliant Blue wird eine ca. 17 kD Bande aus dem Gel herausgeschnitten. Die Gelstücke
werden mit 500 µl PBS zerkleinert und die Tiere wie folgt immunisiert:
Pro Immunisierung werden ca. 50 µg Gel-gereinigtes rekombinantes Fusionsprotein in
0,7 ml PBS und 0,7 ml komplettem bzw. inkomplettem Freunds Adjuvans eingesetzt.
Tag 0: 1. Immunisierung (komplettes Freunds Adjuvans)
Tag 14: 2. Immunisierung (inkomplettes Freunds Adjuvans; icFA)
Tag 28: 3. Immunisierung (icFA)
Tag 56: 4. Immunisierung (icFA)
Tag 80: Ausbluten
Tag 0: 1. Immunisierung (komplettes Freunds Adjuvans)
Tag 14: 2. Immunisierung (inkomplettes Freunds Adjuvans; icFA)
Tag 28: 3. Immunisierung (icFA)
Tag 56: 4. Immunisierung (icFA)
Tag 80: Ausbluten
Das Serum des Kaninchens wird im Immunoblot getestet. Hierzu wird ein
erfindungsgemäßes rekombinantes Protein von Beispiel 1 einer SDS-Polyacrylamid-
Gelelektrophorese unterzogen und auf ein Nitrocellulosefilter übertragen (vgl. Khyse-
Andersen, J., J. Biochem. Biophys. Meth. 10, (1984), 203-209). Die Western Blot-Analyse
wurde wie in Bock, C.-T. et al., Virus Genes 8, (1994), 215-229, beschrieben,
durchgeführt. Hierzu wird das Nitrocellulosefilter eine Stunde bei 37°C mit einem ersten
Antikörper inkubiert. Dieser Antikörper ist das Serum des Kaninchens (1 : 10000 in PBS).
Nach mehreren Waschschritten mit PBS wird das Nitrocellulosefilter mit einem zweiten
Antikörper inkubiert. Dieser Antikörper ist ein mit alkalischer Phosphatase gekoppelter
monoklonaler Ziege Anti-Kaninchen-IgG-Antikörper (Dianova) (1 : 5000) in PBS. Nach 30-
minütiger Inkubation bei 37°C folgen mehrere Waschschritte mit PBS und anschließend
die alkalische Phosphatase-Nachweisreaktion mit Entwicklerlösung (36 µM 5' Bromo-4-
chloro-3-indolylphosphat, 400 µM Nitroblau-tetrazolium, 100 mM Tris-HCl, pH 9.5, 100 mM
NaCl, 5 mM MgCl2) bei Raumtemperatur, bis Banden sichtbar werden.
Pro Immunisierung werden 40 µg Gel-gereinigtes rekombinantes Protein in 0,8 ml PBS
und 0,8 ml komplettem bzw. inkomplettem Freunds Adjuvans eingesetzt.
Tag 0: 1. Immunisierung (komplettes Freunds Adjuvans)
Tag 14: 2. Immunisierung (inkomplettes Freunds Adjuvans; icFA)
Tag 28: 3. Immunisierung (icFA)
Tag 56: 4. Immunisierung (icFA)
Tag 0: 1. Immunisierung (komplettes Freunds Adjuvans)
Tag 14: 2. Immunisierung (inkomplettes Freunds Adjuvans; icFA)
Tag 28: 3. Immunisierung (icFA)
Tag 56: 4. Immunisierung (icFA)
Aus Eigelb werden Antikörper extrahiert und im Western Blot getestet. Es werden
erfindungsgemäße, polyklonale Antikörper nachgewiesen.
Pro Immunisierung werden 12 µg Gel-gereinigtes rekombinantes humanes Neuroglobin
in 0,25 ml PBS und 0,25 ml komplettem bzw. inkomplettem Freunds Adjuvans
eingesetzt; bei der 4. Immunisierung ist das Fusionsprotein in 0,5 ml (ohne Adjuvans)
gelöst.
Tag 0: 1. Immunisierung (komplettes Freunds Adjuvans)
Tag 14: 2. Immunisierung (inkomplettes Freunds Adjuvans; icFA)
Tag 28: 3. Immunisierung (icFA)
Tag 84: 4. Immunisierung (PBS)
Tag 87: Fusion
Tag 0: 1. Immunisierung (komplettes Freunds Adjuvans)
Tag 14: 2. Immunisierung (inkomplettes Freunds Adjuvans; icFA)
Tag 28: 3. Immunisierung (icFA)
Tag 84: 4. Immunisierung (PBS)
Tag 87: Fusion
Überstände von Hybridomen werden im Western Blot getestet. Erfindungs-gemäße,
monoklonale Antikörper werden nachgewiesen.
Claims (16)
1. Neuroglobin oder ein Protein mit dessen biologischer
Aktivität, aufweisend die Aminosäuresequenz von SEQ-ID
No. 1 oder SEQ-ID No. 2 oder eine hiervon durch ein oder
mehrere Aminosäuren unterschiedliche Aminosäuresequenz.
2. Neuroglobin gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die DNA-Sequenz des Neuroglobins mit der DNA von
SEQ-ID No. 1 oder SEQ-ID No. 2 hybridisiert.
3. Neuroglobin-Gen, aufweisend die genomische Nukleinsäure-
Sequenz von SEQ-ID No. 5 oder eine hiervon in einem oder
mehreren Basenpaaren unterschiedliches Gen.
4. Nukleinsäure, kodierend für das Neuroglobin nach
Anspruch 1 oder 2, aufweisend:
- a) Die DNA von SEQ-ID No. 3 oder 4 eine hiervon durch eines oder mehrere Basenpaare unterschiedliche DNA oder RNA, wobei letztere DNA oder RNA mit der DNA von SEQ-ID No. 3 oder 4 hybridisiert, oder
- b) eine mit der DNA von (a) über den degenerierten genetischen Code verwandte DNA.
5. Ribozym, dadurch gekennzeichnet, dass es zu einer
Nukleinsäure-Sequenz nach Anspruch 3 komplementär ist
und an die von dieser Nukleinsäure-Sequenz
transkribierte cDNA spezifisch bindet und diese spalten
kann, wodurch die Synthese des von dieser Nukleinsäure-
Sequenz codierten Proteins verringert oder gehemmt wird.
6. Ribozym, dadurch gekennzeichnet, dass es zu einer
Nukleinsäure-Sequenz nach Anspruch 4 komplementär ist
und an diese Nukleinsäure spezifisch bindet und diese
spalten kann, wodurch die Synthese des von dieser
Nukleinsäure-Sequenz codierten Proteins verringert oder
gehemmt wird.
7. Antisense RNA, dadurch gekennzeichnet, dass sie zu einer
Nukleinsäure-Sequenz nach Anspruch 3 oder 4 komplementär
ist und an diese DNA spezifisch binden kann, wodurch die
Synthese des von dieser Nukleinsäure-Sequenz codierten
Proteins verringert oder gehemmt wird.
8. Expressionsvektor, enthaltend eine Nukleinsäure-Sequenz
nach Anspruch 3 oder 4 oder eine für das Ribozym nach
Anspruch 5 oder 6 oder die Antisense-RNA nach Anspruch 7
codierende Nukleinsäure-Sequenz.
9. Wirtszelle, transformiert mit dem Expressionsvektor nach
Anspruch 8.
10. Verfahren zur Herstellung des Neuroglobins oder eines
Proteins mit dessen biologischer Aktivität nach Anspruch
1 oder Anspruch 2, aufweisend die Kultivierung der
Wirtszelle nach Anspruch 9 unter geeigneten Bedingungen.
11. Antikörper, der an das Neuroglobin oder ein Protein mit
dessen biologischer Aktivität nach Anspruch 1 oder
Anspruch 2 bindet, oder ein Fragment davon.
12. Arzneimittel, das eine DNA-Sequenz nach Anspruch 3 oder
4, zumindest ein Ribozym nach Anspruch 5 oder 6,
zumindest eine Antisense-RNA nach Anspruch 7, zumindest
einen Expressionsvektor nach Anspruch 8, zumindest ein
Neuroglobin oder ein Protein mit dessen biologischer
Aktivität nach Anspruch 1 oder 2, oder zumindest einen
Antikörper nach Anspruch 11 oder zumindest ein Fragment
davon enthält.
13. Diagnoseverfahren zum Nachweis der Expression des
Neuroglobins, bei dem man eine Probe mit zumindest einer
Nukleinsäure nach Anspruch 3 oder 4, und/der zumindest
einem Ribozym nach Anspruch 5 oder 6, und/oder zumindest
einer Antisense-RNA nach Anspruch 7 und/oder zumindest
einem Antikörper nach Anspruch 11 oder zumindest einem
Fragment davon in Kontakt bringt und sodann direkt oder
indirekt bestimmt, ob sich die Konzentration, Länge
und/oder Sequenz des Neuroglobins oder der für dieses
codierenden DNA oder mRNA im Vergleich zu einer
Kontrollprobe unterscheiden.
14. Diagnostischer Kit zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 13, der zumindest eine Nukleinsäure nach
Anspruch 3 oder 4, und/oder zumindest ein Ribozym nach
Anspruch 5 oder 6, und/oder zumindest eine Antisense-RNA
nach Anspruch 7 und/oder zumindest einen Antikörper nach
Anspruch 11 und/oder zumindest ein Fragment davon
enthält.
15. Verwendung eines Neuroglobins oder eines Proteins mit
dessen biologischer Aktivität nach Anspruch 1 oder 2,
einer Nukleinsäure nach Anspruche 3 oder 4, zumindest
einen Antikörpers nach Anspruch 11 und/oder zumindest
einem Fragment davon zur Identifizierung oder zum Design
eines Bindungspartners, welcher die biologische Funktion
des Neuroglobins oder eines Proteins mit dessen
biologischer Aktivität verändert.
16. Verwendung des Neuroglobins oder eines Proteins mit
dessen biologischer Aktivität nach Anspruch 1 oder 2,
einer Nukleinsäure nach Anspruch 3 oder 4, eines Ribozyms
nach Anspruch 5 oder 6, einer Antisense-RNA nach Anspruch
7 und/oder eines Antikörpers nach Anspruch 11 und/oder
eines Fragments davon zur Diagnose und/oder Therapie von
Erkrankungen des Nervensystems, Schlaganfall, neuronaler
Sauerstoffunterversorgung und Tumoren neuronaler Gewebe.
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