DE10053879A1

DE10053879A1 - Genexpression, Genomalteration und Reporterexpression in Myofibroblasten und myofibroblast-ähnlichen Zellen

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Publication number: DE10053879A1
Application number: DE10053879A
Authority: DE
Inventors: Margarete Odenthal; Diana Jung
Original assignee: Individual
Current assignee: CELL CENTER COLOGNE GMBH, 50931 KOELN, DE
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-02-07
Also published as: JP2004502448A; EP1315748A2; US20040106565A1; WO2002004509A3; AU2001283937A1; WO2002004509A2

Abstract

Die Erfindung betrifft spezifische, regulatorische Sequenzbereiche des alpha Smooth Muscle Aktin-Gens (alpha-SMA-Gens), Funsionskonstrukte, in denen solche regulatorische Sequenzbereiche des alpha-SMA-Gens mit weiteren funktionellen Nukleinsäuresequenzen operativ verknüpft sind, sowie die Verwendung solcher regulatorischer Sequenzbereiche zur zelltyp- und differenzierungsspezifischen Reporterexpression, zur zelltyp- und differenzierungsspezifischen Genveränderungen (Alteration, Mutation) und zu Genexpressionsveränderungen in Zellen und Organismen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft spezifische, regulatorische Sequenzbereiche des al pha Smooth Muscle Aktin-Gens (α-SMA-Gens), Fusionskonstrukte, in de nen solche regulatorische Sequenzbereiche des α-SMA-Gens mit weiteren funktionellen Nukleinsäuresequenzen operativ verknüpft sind, sowie die Verwendung solcher regulatorischer Sequenzbereiche zur zelltyp- und dif ferenzierungspezifischen Reporterexpression, zur zelltyp- und differenzie rungsspezifischen Genveränderungen (Alteration, Mutation) und zur Genexpressionsveränderungen in Zellen und Organismen.

Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung Fusionskonstrukte, in de nen der genannte spezifische Sequenzbereich, der im wesentlichen aus Sequenzen besteht, die sich im 5'-terminalen Bereich des α-SMA-Gens befinden, mit einer weiteren funktionellen Nukleinsäuresequenz, vor zugsweise mit peptid- oder proteinkodierenden Nukleinsäuresequenzen, regulatorischen DNA-Sequenzen oder funktionellen RNA-kodierenden Se quenzen operativ verknüpft ist; ein Verfahren, in dem die oben genannten Fusionskonstrukte in einen Vektor operativ inseriert werden und das Vektorkonstrukt in eukaryontische Zellen eingebracht wird; ein Verfahren, in dem die mit dem Vektorkonstrukt transient oder stabil transfizierten, transformierten oder infizierten Zellen, einen Reporter unter Kontrolle der genannten regulatorischen Sequenzen des α-SMA-Gens exprimieren und die Reporterexpression zur Isolierung oder zur Sichtung von Glatten Mus kelzellen, Myofibroblasten oder myofibroblastähnlichen Zellen aus einem Zellgemisch, einer Zellpopulation, einem Zellaggregat oder einem Orga nismus genutzt wird; sowie ein Verfahren, bei dem mittels der genannten Fusionskonstrukte (die regulatorische Sequenzen des α-SMA-Gens und peptid- oder proteinkodierende bzw. RNA-kodierende Sequenzen enthal ten) die Genexpression bzw. die Zellfunktion von Glatten Muskelzellen oder Myofibroblasten in Organismen bzw. in Organen unter Nutzung transgener oder knock-out/-in Technologie oder gentherapeutischer Fu sionsvektorapplikation manipuliert werden.

Hintergrund der Erfindung

Das α-SMA-Gen ist ein Mitglied der Aktin-Multigenfamilie, die für verschie dene Isoformen der zytoskeletalen Aktine kodiert (gesamte Sequenz des α-SMA-Gens ggf. im Sequenzlisting oder in Figuren angeben). Die Expres sion der verschiedenen Aktine ist in hohem Grade zelltypspezifisch und differenzierungsabhängig reguliert. So wird adult das skelettale α-Aktin in der Skelettmuskulatur, das cardiale α-Aktin in der Herzmuskulatur und das α-SMA in der glatten Muskulatur exprimiert. Die transkriptionelle Re gulation des α-SMA-Gens wird durch ein Zusammenspiel von positiv und negativ wirkenden regulatorischen Elementen des 5'-Bereiches vermittelt (Blank, R. S. et al., J. Biol. Chem. 267: 984-989 (1992); Carrol, S. L. et al., J. Biol. Chem. 261: 8955-8976 (1986); Carrol, S. L. et al., Mol. Cell. Biol. 8: 241-250 (1988); Nakano, Y. et al., Gene. 99: 275-289 (1991)). Der 5'-Bereich des α-SMA-Gens enthält verschiedene konservierte cis- Elemente wie zwei CArG-Elemente (CArG-A und B) (Carrol, S. L. et al., Mol. Cell. Biol. 8: 241-250 (1988) und Blank, R. S. et al., J. Biol. Chem. 267: 984-989 (1992)). Die CArG-Motive bestehen aus einem A/T Repeat, das von CC/GG flankiert wird, und werden als maßgebliche Elemente der muskelspezifischen Genregulation diskutiert (Chow, K. L., Schwartz, R. J., Mol. Cell. Biol., 10, 528-538 (1990)). Reporterstudien an trangenen Reportermäusen zeigten, daß eine weitere CArG-Box (0) im ersten Intron des α-SMA-Gens für eine in vivo Expression von α-SMA in glatten Muskelzellen notwendig ist (Mack, C. P., Owens, G. K., Circ. Res., 84: 852-861 (1999)). Der 5'-Bereich des α-SMA-Gens enthält ebenfalls zwei E-Box Konsensussequenzen (CA NN TG); potentielle Bindestellen basic helix loop-hefix Transkriptionsfaktoren (Johnson, A. D., Owens, G. K., Am. J. Physiol., 276, C1420-C1431 (1999)) und weitere Konsensussequenzen (Hautmann, M. B. et al., J. Biol. Chem., 272: 10948-10956 (1997) und McNamara, C. A. et al., Am. J. Physiol., 268: C1259-C1266 (1995)), deren Bedeutung im einzelnen nicht geklärt ist.

Neben der zelltypspezifischen Expression in glatten Muskelzellen (Vanderkerckhove J. and Weber K., Differentiation 14: 123-133 (1979) Skalli, O. et al., J. Cell. Biol., 103: 2787-2796 (1986) und idem, J. Histochem. Cytochem., 37: 315-321 (1989)) wird α-SMA transient in der Embryogenese während der Differenzierung von skeletalen und cardialen Muskelzellen (Ruzicka, D. L. et al., J. Cell Biol., 107: 25775-25786 (1988); Woodcock-Mitchell, J., Mitchell, J. J., Differentiation 39: 161-166 (1988)), aber auch in Myofibroblasten während der Wundheilung sowie nach myofibroblastischen Veränderungen verschiedener Zelltypen in Vernarbungs- und Gewebeumstrukturierungsprozessen nach chronischer Organschädigung exprimiert (Desmouliere A. et al., Exp. Nephrol. 3: 134- 139 (1995); Gabbiani G., Cardiovasc. Res. 38: 545-548 (1998); idem, Pathol. Res. Pract. 190: 851-853 (1994); idem, Am. J. Pathol. 83: 457-474 (1976)).

Myofibroblasten sind Zelltypen mesodermalen Ursprungs, die sich durch eine ausgeprägte Matrixproduktion, ein heterogenes Intermediatfilament muster mit Desmin oder Vimentin auszeichnen und durch die α-SMA-Ex pression die Fähigkeit zur Kontraktilität besitzen (Desmouliere, A. et al., Exp. Nephrol. 3: 134-139 (1995); Gabbiani, G., Cardiovasc. Res. 38: 545-548 (1998); idem, Pathol. Res. Pract. 190: 851-853 (1994); idem, Am. J. Pathol. 83: 457-474 (1976)). Sie treten temporär bei der Wundheilung auf, während persistierende Myofibroblasten bei chronischen Vernarbungsprozessen an der Bindegewebs- und der Orga numstrukturierung beteiligt sind. In verschiedenen Fibroseerkrankungen aufgrund chronischer Organschädigung wie der Hepatitis, der Glomerulo nephritis oder fibrosierenden Lungenerkrankungen sind Myofbroblasten die Hauptmatrixproduzenten (Friedman, S. L., New. Engl. J. Med. 328: 1828-35 (1993); Gressner, A. M., Kidney Int. 49: 39-45 (1996); MacPherson, B. R. et al., Hum. Pathol., 24: 710-716 (1993); Alpers, C. E. et al., Kidney Int. 41: 1134-1142 (1992); Johnson, R. J. et al., J. Clin. Invest. 87: 847-858 (1991); Kapanci, Y. et al., Mod. Pathol. 10: 1134-42 (1997)). Daher wurden Myofibroblasten auch als modulierte Fibroblasten bezeichnet; ihre Vorläuferzelltypen sind jedoch abhängig vom Organtyp sehr unterschied lich. Chronische Nierenschädigungen führen zu einer Transdifferenzierung von Mesangialzellen zu myofibroblastischen Zellen (Johnson R. J. et al., J. Clin. Invest. 87: 841-858 (1991); MacPherson B. R. et al., Hum. Pathol. 24: 710-716 (1993)). In der Leber kommt es nach chronischer Schädigung unabhängig, ob die Ursache chronischer Alkoholabusus, virate Hepatitis B oder C-Infektionen oder andere chronische Schädigungen sind, zur Leberfibrose, in der Hepatische Sternzellen (HSC) zu Myofibroblasten transdifferenzieren (Friedman S. L., New. Engl. J. Med. 328: 1828-35 (1993); Gressner A. M., Kidney Int. 49: 39-45 (1996); Ramadori G. et al., (Ito) cells Virch. Arch. [B] 59: 349-357 (1990)). Hepatische Sternzellen besitzen perizytäre Eigenschaften und speichern im ruhenden Zustand 80% des körpereigenen Vitamin A (Friedman S. L., New. Engl. J. Med. 328: 1828-35 (1993)). Nach myofibroblastischer Transdifferenzierung, die ne ben der Matrixproduktion und der α-SMA-Expression vermittelten Kon traktilität durch eine einsetzende Proliferation, Vitamin A-Verlust und ein verändertes Wachstumsfaktorenprofil gekennzeichnet ist, sind sie maß geblich an der Aufrechterhaltung und dem Fortlauf der Leberfibrose betei ligt (Friedman, S. L., New. Engl. J. Med. 328: 1828-35 (1993); Gressner, A. M., Kidney Int. 49: 39-45 (1996)).

Beim Übergang von in situ Karzinomen in invasive Karzinome treten ebenfalls Myofibroblasten mit den typischen Eigenschaften von induzierter extrazellulärer Matrixproduktion und Kontraktilität auf (Cintorino, M. et al., Int. J. Cancer 47: 832-836 (1984); Gabbiani, G. et al., Am. J. Pathol. 83: 457-474 (1976)).

Gentherapeutische Ansätze für chronische Fibroseerkrankungen: Da Myo fibroblasten die zentralen Zelltypen in vielen sklerosierenden Erkrankun gen sind, sind sie ideale Zielzellen der Therapie, auch der Gentherapie. Durch eine zelltypspezifische, differenzierungsabhängige Kontrolle der Ex pression

a) von Genen kodierend für z. B. intrazellulären Signalmediatoren (Walther, W.; Stein, U., Mol. Biotechnol. 13(1): 21-28 (1999)) oder
b) RNA-kodierenden Sequenzbereiche, die durch Anlagerung die Transkription oder die Translation bestimmter Gene beinflussen (Bai, J. et al., Mol. Ther. 1(3): 244-254 (2000)) oder
c) eines Enzyms für eine zyklische Rekombination (CRE), das floxP-flan kierte Genbereiche verändert (Sauer, B. Methods 14: 381-392 (2998)), wird eine Gentherapie bestimmter Zielzellen ermöglicht. Als Vekoren werden vielfach virale Vesikel wie z. B. adenovirale oder retrovirale Ab kömmlinge (Miller, N. Whelan, J. Hum. Gene Ther. 8, 803-815; Mountain, A., Tibtech. 18: 119-128 (2000); Schiedner, G. et al., Nat. Genet. 18, 180-183 (1998); Parr, M. J., Nat. Med. 3, 1145-1149 (1997); Ory, D. S. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 93: 11400-11406 (1996); Feng, M. et al., Nat. Biotechnol. 15: 866-870 (1997)) benutzt. Aber auch die DNA eines Plasmidkonstruktes kann blank oder in Aggregaten mit Li posomen oder Polymerkörpern verabreicht werden (Hengge, U. et al., Nat. Genet. 10: 161-166 (1995); Gottschalk, S. et al., Gene Ther. 3: 3410-3414 (1990); Wagner, E. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 87: 3410-3414 (1990)). Für gentherapeutische Ansätze und Veränderungen der myofibroblastischen Zellfunktion sind geeignete regulatorische Sequenzen bzw. ein Promoter notwendig, die/der die entsprechenden Zellfunktionseingriffe und Veränderungen in der Expression in Myofibro blasten dirigieren kann, voraussetzende Bedingung, die aber bislang nicht erfüllt ist. Denn erst durch den Einsatz regulatorischer Sequenzen inner halb eines Promoters, die die Zellfunktionseigenschaften (a) durch eine veränderte Genexpression, (b) durch eine Einwirkung in die Proteinsyn these oder (c) durch Genomalteration myofibroblastensprechend dirigie ren, können myofibroblastische Zellen gentherapeutisch angesprochen werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei der Charakterisierung des regulierenden Sequenzbereichs des α-SMA- Gens (nachfolgend auch "α-SMA-5'-Sequenzbereich") wurde überraschen derweise gefunden, dass einzelne Bereiche hierin, nämlich innerhalb -698 bis +18 des α-SMA-5'-Sequenzbereichs (Nummerierung, falls nicht anders angegeben, bezogen auf das in Fig. 7A gezeigte α-SMA-Gen aus rattus norvegicus) Aktivitäten aufweisen, die sich von der Aktivität des Gesamt bereiches unterscheiden. So wurde gefunden, dass der Bereich -189 bis +18 des α-SMA-Gens transkriptionsaktivierend ist, wohingegen der Bereich -698 bis -190 zelltypspezifische regulative Eigenschaften aufweist, d. h. in Verbindung mit dem Core-Bereich (-189 bis +18) für die zelltypspezifische Kontrolle zuständig ist. Aufbauend auf den Befund, dass diese Bereiche die Genexpression in Myofibroblasten und myofibroblastähnlichen Zellen oder auch in anderen transient oder permanent SMA-exprimierenden Zellen steuern können, wurde ein System für eine myofibroblastischen Steuerung erarbeitet. Die vorliegende Erfin dung betrifft demgemäss

1. eine Nukleinsäuresequenz, umfassend
- a) einen oder mehrere funktionelle Bereiche aus dem regulierenden Se quenzbereich des alpha-Smovth-Muscle-Actin-Gens (α-SMA-Gens) und
- b) wenigstens eine weitere funktionelle Nukleinsäuresequenz, die mit der Sequenz (1) operativ verknüpft ist;
2. eine bevorzugte Ausführungsform der in (1) definierten Nukleinsäure sequenz, wobei der regulierende Sequenzbereich von der Ratte stammt und die Nukleinsäuresequenz vorzugsweise einen oder mehrere funktionelle Bereiche aus der in Fig. 5A gezeigten Sequenz (SEQ ID No.: 1), insbesondere aus der in Fig. 7A gezeigten Sequenz (SEQ ID No.: 5), umfasst;
3. eine bevorzugte Ausführungsform der in (2) definierten Nukleinsäuresequenz, wobei der funktionelle Bereich eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus der Sequenz -189 bis +18 der Fig. 7A (d. h. aus der Sequenz der Fig. 7C; SEQ ID No.: 7) stammt;
4. eine bevorzugte Ausführungsform der in (2) definierten Nukleinsäure sequenz, wobei der funktionelle Bereich eine zelltypspezifische Nuklein säuresequenz ist und insbesondere aus der Sequenz -698 bis -190, besonders bevorzugt aus der Sequenz -698 bis -215, der Fig. 7A stammt;
5. eine bevorzugte Ausführungsform der in (1) definierten Nukleinsäuresequenz, wobei der regulierende Sequenzbereich von der Maus stammt und die Nukleinsäuresequenz vorzugsweise einen oder mehrere funktionelle Bereiche der in Fig. 5B gezeigten Sequenz (SEQ ID No.: 2) insbesondere aus der in SEQ ID No.: 18 gezeigten Sequenz aufweist;
6. eine bevorzugte Ausführungsform der in (5) definierten Nukleinsäuresequenz, wobei der funktionelle Bereich
- a) eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und insbeson dere aus den Nukleotiden 490 bis 697 der in SEQ ID No.: 18 gezeigten Se quenz stammt und/oder
- b) eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus den Nukleotiden 1 bis 489 der in SEQ ID No.: 18 gezeigten Sequenz stammt;
7. eine bevorzugte Ausführungsform der in (1) definierten Nukleinsäuresequenz, wobei der regulierende Sequenzbereich vom Menschen stammt und die Nukleinsäuresequenz vorzugsweise einen oder mehrere funktionelle Bereiche der in Fig. 5C gezeigten Sequenz (SEQ ID No.: 3) insbesondere aus der in SEQ ID No.: 19 gezeigten Sequenz aufweist;
8. eine bevorzugte Ausführungsform der in (7) definierten Nukleinsäuresequenz, wobei der funktionelle Bereich
- a) eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und ins besondere aus den Nukleotiden 513 bis 715 der in SEQ ID No.: 19 gezeigten Sequenz stammt und/oder
- b) eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus den Nukleotiden 1 bis 512 der in SEQ ID No.: 19 gezeigten Sequenz stammt;
9. eine bevorzugte Ausführungsform der in (1) definierten Nukleinsäuresequenz, wobei der regulierende Sequenzbereich vom Huhn stammt und die Nukleinsäuresequenz vorzugsweise einen oder mehrere funktionelle Bereiche der in Fig. 5D gezeigten Sequenz insbesondere aus der in SEQ ID No.: 20 gezeigten Sequenz aufweist;
10. eine bevorzugte Ausführungsform der in (9) definierten Nukleinsäuresequenz, wobei der funktionelle Bereich
11. eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und ins besondere aus den Nukleotiden 497 bis 699 der in SEQ ID No.: 20 gezeigten Sequenz stammt und/oder
12. eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus den Nukleotiden 1 bis 496 der in SEQ ID No.: 20 gezeigten Sequenz stammt;
13. eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz, wie in (3), (6), (8) oder (10) definiert;
14. eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz, wie in (4), (6), (8) oder (10) definiert;
15. einen Vektor, enthaltend eine Nukleinsäuresequenz, wie in (11) und/oder (12) definiert;
16. einen Vektor, in dem eine Nukleinsäuresequenz, wie in (1) bis (10) definiert, inseriert ist;
17. eukaryontische Zellen oder Organismen, die mit einer Nukleinsäuresequenz, wie in (1) bis (10) definiert oder einem Vektor, wie in (13) oder (14) definiert, transient oder stabil transfiziert transformiert oder infiziert sind;
18. ein Verfahren zur Herstellung der eukaryontischen Zellen, wie in (15) definiert, umfassend das Transfizieren, Transformieren oder Infizieren von Ausgangszellen mit den Nukleinsäuresquenzen, wie in (1) bis (10) definiert oder mit Vektoren, wie in (13) oder (14) definiert;
19. ein Verfahren zur Herstellung der Organismen, wie in (15) definiert, umfassend das Injizieren von ES-Zellen, die mit den Nuklein säuresquenzen, wie in (1) bis (10) definiert oder mit Vektoren, wie in (13) oder (14) definiert, transfiziert sind, in Blastozysten der Organismen und Einsetzen in die Leihmutter;
20. ein Verfahren zur Isolierung oder zur Sichtung von Glatten Muskel zellen, Myofibroblasten oder myofibroblastähnlichen Zellen aus einem Zellgemisch, einer Zellpopulation, einem Zellaggregat oder einem Orga nismus, umfassend die Expression eines Reportergens in einer eukaryonti schen Zelle oder einen Organismus, wie in (15) definiert;
21. ein Verfahren zur Manipulation der Genexpression und/oder der Zellfunktion von Glatten Muskelzellen oder Myofibroblasten in Organismen oder Organen, umfassend Einbringen von Nukleinsäuresequenzen, wie in (1) bis (10) definiert oder einem Vektor, wie in (14) definiert, in die Orga nismen oder Organe;
22. ein Arzneimittel, enthaltend eine Nukleinsäuresequenz, wie in An sprüchen (1) bis (10), (11) oder (12) definiert, oder einen Vektor, wie in (13) oder (14) definiert und
23. die Verwendung eines funktionellen Bereichs aus dem regulierenden Sequenzbereich des α-SMA-Gens zur zelltyp- und differenzierungsspezifi schen Reporterexpression und zur zelltyp- und differenzierungsspezifi schen Genveränderung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren und Bei spiele näher erläutert.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 Messung der Luziferasereporteraktivität in ruhenden und myofibro blastischen (aktivierten) Hepatischen Sternzellen (HSC) unter Kontrolle des PRL-700-Reporterkonstruktes.

Fig. 2a Immuncytologie nach Einzelzelldissoziation von differenzierten EB und Kultivierung der vom Verband gelösten Zellen. In pSMA-GFP-190 transfizierten Zellen zeigten auch α-SMA-negative Zellen (1C) eine GFP- Expression (1B). In pSMA-GFP-700 transfizierten Zellen hatten alle GFP exprimierende Zellen (2B) eine α-SMA-Expression (2C). Die DAPI-Färbung der DNA zeigte, dass Konstrukten in etwa 30% der stabil transfizierten Zellen GFP exprimiert wurde (1A, 1B).

Fig. 2b Aufbau des SMA-GFP-700 bzw. SMA-GFP-190 Reportervektor für stabile Transfektionen in embryonalen Stammzellen oder transgene Reportermausmodelle. In die Konstrukte ist zwischen den GFP-Reporter (EGFP-Variante) und den 716bp bzw. 207bp aus der 5'-Region des α- SMA-Gen als heterologe regulatorische Sequenz das erste Intron des chicken β-Actins kloniert. Zur Selektion von stabilen Transfektanten hat das Konstrukt, neben der Ampicillinresistenz eine weitere Resistenz gegen Neomycin, die in eukaryotischen Zellen eine G418 Selektion erlaubt.

Fig. 3a Luciferasereporteraktivitäten unterschiedlich langer SMA-Kon strukte (SMA-125 bis SMA-700) die nach transienter Transfektion in embryonalen Myotuben und Myoblasten der Zellinie L6 ermittelt wurden. L6-Zellen, die nach Serumentzug in α-SMA-exprimierende Myotuben dif ferenzieren, zeigten eine 4-5 Induktion aller Konstrukte im Vergleich zu den Vorläufer L6-Myoblasten. Die Aktivitäten der SMA-Konstrukte wurden mit der Aktivität des SV40-Promoter (100%) in Relation gesetzt. Die Ver suche wurden in drei unabhängigen Experimenten mit Doppelansätzen durchgeführt.

Fig. 3b Plasmidkonstrukt zur Expression eines Peptids oder Polypeptids von Interesse unter Kontrolle der 716 bp-5'-Sequenz (SEQ ID No.: 5) des α- SMA-Gens. Zur Detektion der Expression kann in den Consensus des Leserasters (ORF) ein oder mehrere Erkennungssequenzen (Tags) eingebaut werden wie die kodierende Sequenz für Streptavidin (SEQ ID No.: 34) und/oder ein von einem Antikörper (9E10) erkanntes Epitope wie myc (SEQ ID No.: 35), und/oder zur Aufreinigung auch eine für fünf Histidine kodierende Sequenz (SEQ ID No.: 36) enthalten. Sowohl die Sequenz des Peptids von Interesse als auch die damit verknüpften TAG-Sequenzen unterliegen der zelltypspezifischen Kontrolle des regulativen Sequenzbereichs des α-SMA-Gens.

Fig. 4 LoxP-vermittelte Cre-Rekombination unter Kontrolle des α-SMA-5'- Genbereichs:
a.: Durch die transkriptionelle Kontrolle des Cre-Gens (SEQ ID No.: 32) durch den 5'-Bereich des α-SMA-5 -Sequenzbereichs (SEQ ID No.: 5) in Kombination mit dem ersten Intron des β-Actin (SEQ ID No.: 31) kommt es nach myofibroblastischer Differenzierung zur Expression des Cre-Gens in Myofibroblasten (1), der Cre-vermittelten Excision des IoxP-flankierten Neomycin-Gens (neo) (2) und der anschließenden Expression des Gens von Interesse (3).
b.: Durch die transkriptionelle Kontrolle des Cre-Gens (SEQ ID No.: 32) durch den 5'-Bereich des α-SMA-5'-Sequenzbereichs (SEQ ID No.: 5) in Kombination mit dem ersten Intron des β-Actin (SEQ ID No.: 31) kommt es nach myofibroblastischer Differenzierung zur Expression des Cre-Gens in Myofibroblasten (1), der Cre-vermittelten Excision des loxP-flankierten Gens von Interesse (2), sodaß eine anschließende Expression des Gens von Interesse unterbrochen wird (3).
c.: Durch die transkriptionelle Kontrolle des Cre-ER-Fusionsgens (SEQ ID No.: 32 +ER™, Danielian PS et al., Mol. Endocrinol. 7: 232-240, 1993) durch den 5'-Bereich des α-SMA-5'-Sequenzbereichs (SEQ ID No.: 5) in Kombination mit dem ersten Intron des β-Actins (SEQ ID No.: 31) kommt es nach myofibroblastischer Differenzierung zur Expression des Cre-ER- Fusionsgens in Myofibroblasten (1). Nach Zusatz bzw. Injektion von 0,1 bis 2 mg 4-OHT kann im nächsten Schritt die Bindung des Liganden durch das ER-Peptid erfolgen und sich ein Cre-ER/4-OHT-Komplex bilden.

Anschließend transloziert der Kompex in den Kern und es werden durch Cre die in Fig. 4a und b gezeigten genetischen Veränderungsschritte (2) und (3) durchgeführt.

In Fig. 4 bedeutet:
nS: nukleäre Signalpeptidsequenz
schraffierte Fläche: Intronsequenz
LP: Linker Peptidsequenz
ER™: Sequenz für alterierten Östrogenrezeptor mit hoher Affinität für den synthetischen Liganden, 4-Hydroxytamoxifen (4-OHT), der aber endogen produziertes 17β-Estradiol nicht bindet.
β-A: β-Aktin-Intron (SEQ ID No.: 31)
4-OHT: 4-Hydroxytamoxifen.

Fig. 5: 5'-upstream Region und Anfang Exonl des α-SMA in verschiedenen Spezien (Region -713 bis +52, Nummerierung bezogen auf Sequenz A)
A: Ratte (Rattus norvegicus; SEQ ID No.: 1)
B: Maus (Mus musculus; SEQ ID No.: 2)
C: Mensch (SEQ ID No.: 3)
D: Huhn (Gallus gallus; SEQ ID No.: 4).

Fig. 6: Alignment der in Fig. 5 gezeigten Sequenzen.

Fig. 7: zeigt die bevorzugte, aus Ratte (Rattus norvegicus) stammenden α-SMA Sequenzen der vorliegenden Erfindung (SEQ ID No.:)
A: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -698 bis +18 (5)
B: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -124 bis +18 (6)
C: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -189 bis +18 (7)
D: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -214 bis +18 (8)
E: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -244 bis +18 (9)
F: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -484 bis +18 (10)
G: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -521 bis +18 (11)
H: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -189 bis -125 (12)
I: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -214 bis -190 (13)
J: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -244 bis -215 (14)
K: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -484 bis -245 (15)
L: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -521 bis -485 (16)
M: 5'-Genbereich des α-SMA-Gens: -698 bis -522 (17)

Fig. 8A: β-1-Globin-Gen von Oryctolagus cuniculus; Intron II/Exon III- Übergang; Acc.No: V00882: Sequenz 1250-1343 (SEQ ID No.: 30).

Fig. 8B: Cytoplasmisches β-Actin-Gen von Gallus gallus; Acc.No: X00182, Intron I (544-1542); gezeigt ist die Sequenz von 550 bis 1503 (SEQ ID No.: 31).

Fig. 8C: Skizze einer floxP-site: Die FIoxP-Sequenz (siehe auch SEQ ID No.: 33) besteht aus 13 bp invertierten Repeats (horizontale Pfeile), die eine 8 bp asymmetrische Core-Region flankieren, welche an zwei Stellen (vertikale Pfeile) durch Cre geschnitten wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung beruht auf den überraschenden Befund, dass durch spezifische regulatorische Sequenzen des α-SMA-Gens, insbeson dere solche die eine oder mehrere der in Figur A bis M von Fig. 7 (SEQ ID NOs.: 5 bis 17) gezeigten Sequenzen enthalten, die Genexpression der hiermit operativ verknüpften funktionellen Nukleinsäuresequenz so z. B. eines Reportergens oder eines anderen funktionellen Gens in Myofibro blasten oder myofibroblastähnlichen Zellen induziert wird.

Die Nukleinsäuresequenz der Ausführungsform (1) der Erfindung enthält einen oder mehrere funktionelle Bereiche aus dem regulierenden Sequenzbereich des α-SMA-Gens. Dieser regulierende Sequenzbereich kann dabei von Säugern, insbesondere von Primaten oder Nagern oder Vögeln und besonders bevorzugt von Ratte, Maus, Mensch oder Huhn stammen.

In der bevorzugten Ausführungsform (2) stammt der regulierende Sequenzbereich, wie vorstehend erwähnt, von der Ratte. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der funktionelle Bereich eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und besonders bevorzugt aus der in Fig. 7C gezeigten Sequenz stammt. Hierbei sind insbesondere solche transkriptionsaktivierende Sequenzen bevorzugt, die wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 40 und besonders bevorzugt wenigstens 60 konsekutive Basen aus der in Fig. 7C gezeigten Sequenz aufweisen und besonders bevorzugt die in Fig. 7B oder 7C gezeigten Sequenzen (SEQ ID NOs.: 6 oder 7) umfassen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der funktionelle Bereich eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz sein, bevorzugt eine solche, die aus der Sequenz -698 bis -190 der Fig. 7A (Nukleotide 1 bis 580 von SEQ ID No.: 5), besonders bevorzugt aus der Sequenz -699 bis -215 der Fig. 7A, stammt. Dabei sind solche zelltypspezifische Sequenzen bevorzugt, die wenigstens 25, vorzugsweise wenigstens 35, konsekutive Basen aus der Sequenz -698 bis -190 der Fig. 7A aufweisen und besonders bevorzugt die in Fig. 7I oder 7M gezeigten Sequenzen umfassen.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsformen (5)-(10) stammt der regulierende Sequenzbereich von der Maus, dem Menschen oder dem Huhn, wobei die funktionellen Bereich vorstehend unter (5) bis (10) definiert sind. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist auch hier, dass die transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz wenigstens 10, bevorzugt wenigstens 40 und besonders bevorzugt wenigstens 60 konsekutive Basen aus der unter (6), (8) oder (10) definierten transkriptionsaktivierenden Sequenz aufweist bzw. wenigstens 25, vorzugsweise wenigstens 35, konsekutive Basen aus der vorstehend unter (6), (8) oder (10) definierten zelltypspezifischen Sequenz aufweist.

Insbesondere sind solche Teilsequenzen aus in den SEQ ID NOs.: 18, 19 und 20 gezeigten Sequenzen bevorzugt, die den Sequenzen 7B-7M der Sequenz aus Ratte entsprechen (gemäss dem Alignment in Fig. 6).

Die weitere funktionelle Nukleinsäuresequenz gemäß Ausführungsform (1) der Erfindung kann dabei eine peptid- oder proteinkodierende DNA- Sequenz (einschließlich jedoch nicht eingeschränkt auf Reportergene, Sequenzen, die für pharmakologisch aktive Proteine kodieren und regulatorische DNA-Sequenzen) oder eine funktionelle RNA-kodierende Sequenz (einschließlich jedoch nicht eingeschränkt auf eine Ribozymbindungsstelle) sein.

Geeignete Reportergene sind z. B. die in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten Gene. Andere funktionelle Gene im Sinne der vorliegenden Erfindung sind z. B. Gene, die für pharmakologisch aktive Proteine oder Peptide kodieren.

Tabelle 1

Beispiele möglicher Reporter, deren Expression durch die α-SMA-5'-Sequenz kontrolliert werden kann

Die eukaryontischen Zellen oder Organismen gemäß Ausführungsform (15) der vorliegenden Erfindung können durch dem Fachmann wohlbekannte Transfektions-, Transformations- oder Infektionsverfahren von Ausgangszellen bzw. Infizieren von Es-Zellen in Blastozysten der Organismen und Einsetzen in die Leihmutter erhalten werden. Solche Verfahren sind z. B. in Bradley, A., Nature, 309: 255-256 (1984) beschrieben.

Bislang war es nicht möglich die myofibroblastische Aktivierung durch ei nen Reporter zu sichten, da ein regulierender Sequenzbereich, der spezi fisch auf den Aktivierungsübergang von ruhenden Zellen zu myofibroblas tischen Zellen anspricht, nicht gefunden wurde. Durch die Fusion des Se quenzbereichs von -698 bis +18 (SEQ ID No.: 5) mit einem Reportergen (siehe Tabelle 1) und Insertion in einen Transfervektor und anschließender Transfektion kann die myofibroblastische Aktivierung gesichtet werden (Fig. 1). In bisherigen Methoden wurde für eine Sichtung des myofibro blastischen Aktivierungsvorgangs immunzytologische oder immunhistolo gische Verfahren gewählt, die mehrere Arbeitschritte wie Fixieren der Zel len, Antigenblocken, Antikörperinkubation und Detektion beinhalteten (F. Hofman, Current protocols in immunology, Chapt. 5.8: Immunohistochemistry; Eds. J. E. Coligan et al., National Institute of Health, USA (1996)). Zur immunzytologischen bzw. immunhistologischen Detektion von Myofibroblasten konzentrierten sich die Verfahren auf die immunochemische Anfärbung des α-SMA-Proteins. Quantitative Aussagen über die Aktivierung z. B. durch ein toxikologisches Reagenz waren aller dings auf diese Weise nicht möglich. In der vorgelegten Erfindung wurde als α-SMA-5'-Sequenz kontrollierter Reporter des myofibroblastischen Transformationsprozeß vorzugsweise lumineszierende Reporterproteine gewählt und die Aktivierung der Zellen quantitativ und sehr empfindlich durch ein Luminometer (MLX Microplate Luminometer der Fa. Dynex Technologies, Chantilly, USA) gemessen (Fig. 1). Durch eine quantitative Reporterbestimmung ergibt sich durch das Verfahren erstmals die Möglich keit toxikologische und pharmakologische Studien quantitativ durch zuführen, die dann Aussagen über das myofibroblastische Aktivierungs potential der Substanz ergeben und damit die Möglichkeit der Detektion des chronisch relevanten Organschädigungpotential.

Die Bestimmung des myofibroblastischen Übergangs an Zellen, die den Vektor mit dem α-SMA-5-Sequenz-Reportertusionkonstrukt beinhalten, birgt auch die Möglichkeit therapeutischer Medikamentsichtungen durch zuführen, hier kann eine Verminderung der myofibroblastischen Aktivie rung z. B. durch ein Toxin oder einen fibrogenen Wachtumsfaktor wie z. B. Transforming Growth Factor beta (TGF β) anhand des α-SMA-5'-Sequenz kontrollierten Reporters ausgelesen werden.

Das vorgelegte Verfahren, in dem α-SMA-5'-Sequenzbereiche (-698 bis +18) zur Reportersteuerung genutzt werden, umfaßt neben der Sichtung der myofibroblastischen Aktivierung die Isolierung von bestimmten Zellen anhand der α-SMA-5'-gesteuerten Reporterexpression. Dies wird in dem vorgestellten Verfahren vorzugsweise durch operative Verknüpfung von α- SMA-5'-Sequenzbereichen mit einem fluoreszierenden Reporter (z. B. GFP siehe Tabelle 1) durchgeführt, so daß nach Einbringen des Vektorkon struktes in einen Organismus oder einer Zellpopulation die Isolierung von myofibroblastisch aktivierten oder SM-differenzierten (SM: smooth muscle) Zellen aus einem Zellgemisch oder Verbandes αufgrund der Fluo reszenz mithilfe eines FACS-Gerätes (FACS: Fluorescence activated cell sorting) durchgeführt werden kann. Alternativ erlaubt die Verknüpfung des α-SMA-5'-Sequenzbereichs mit anderen Reportern die Isolierung von aktivierten oder SMA-exprimierenden Zellen durch Mikrodissektion unter licht- oder fluoreszenzmikroskopischer Kontrolle.

Die vorgelegte Erfindung umfaßt ebenfalls die Rolle des Sequenzbereich -698 bis +18 des α-SMA-Gens für die spezifische Genexpression in embry onalen Stammzellen (Es), die in Embroid Bodies zu embryonalen Kardio myozyten, glatten Muskelzellen oder Skelettmuskelzellen differenzieren (Evans, M., Kaufmann, M., Nature, 292, 154-156 (1981)). Der Vergleich verschiedener stabil in Es-transfezierter Konstrukte des α-SMA-Gens mit unterschiedlichen Domänen des α-SMA-5'-gelegenen Sequenzbereichs zeigte, daß für eine Selektion von Kardiomyozyten, Skelettmuskelzellen und Glatten Muskelzellen aus embryonalen Zellaggregaten eine Reporter steuerung durch zusätzliche 5-gelegenen Domänen im Bereich -698 bis -190 des α-SMA-Gens (Seq. I,), K, L und M der Fig. 7) notwendig sind (Fig. 2).

Die Erfindung beinhaltet ebenfalls die operative Verknüpfung des α-SMA- 5'- Sequenzbereichs oder Teilbereiche der Sequenzen (Seq. A bis M von Fig. 7) mit anderen die Expression beeinflußenden Nukleinsäuresequen zen. Beispiel sind Intronsequenzen wie die des β-Globin- (siehe Fig. 8a, SEQ ID No.: 30) oder des Huhn-β-Aktin-Gens (siehe Fig. 8b, SEQ ID No.: 31), aber auch andere Enhancersequenzen wie die des viralen CMV wie in dem Vektor von Fig. 3. Aber auch andere hier nicht genannte ex pressionsbeeinflußende Sequenzen können mit den α-SMA-5'-Sequenzen oder Domänen aus denen (Seq. A bis M von Fig. 7) operativ verknüpft werden.

Wird nicht ein Reportergen, sondern ein anderer peptid- oder proteinko dierender Genbereich mit dem α-SMA-5'-Sequenzbereichen (SEQ ID NOs.: 5 bis 17) verknüpft, kommt es zu einer α-SMA-5'-gesteuerten Ex pression des operativ verknüpften Genbereichs. In der bevorzugten Aus führungsform der Erfindung wird Sequenz A von Fig. 7 für eine Steuerung der Expression des Genbereichs von Interesse benutzt. Fig. 1 oder Fig. 3 zeigt die transiente Expression unter transkriptioneller Kontrolle der Se quenz A von Fig. 7: Die transkriptionellen Kontrolle durch Sequenz A ver hindert die Expression in Myoblasten oder ruhenden myofibroblastischen Vorläufer; während sie nach Myotubendifferenzierung oder nach myo fibroblastischer Transdifferenzierung zur Expression des verknüpften Gen bereichs führt. Wird Sequenz C von Fig. 7 mit dem Zielgen verknüpft, kommt es auch zur Expression in vielen Zelltypen wie z. B. in Fibroblasten, bei Verknüpfung der Sequenzen A, F, G von Fig. 7 nur in myobbroblasti schen Zellen oder SMC-Abkömmlingen. Der durch α-SMA-5'- Sequenzbe reiche (Seq. A bis M von Fig. 7) transkriptionell gesteuerte Genbereich kann wiederum ebenfalls mit zusätzlichen Sequenzdomänen verknüpft werden. Die Verknüpfung unter Berücksichtigung des Leserasters mit ko dierenden Sequenzen für bestimmte Tags oder Reporterdomänen ermög licht die Verfolgung der Genexpression oder die Aufreinigung des unter der Kontrolle der verschiedenen α-SMA-5'-Sequenzbereichen exprimierten Sequenzbereichs (Fig. 3b).

Durch die operative Verknüpfung der α-SMA-5'-Sequenzbereiche (Seq. A bis M von Fig. 7) mit Sequenzen, die RNA kodierender DNA oder Genbe reiche für intrazelluläre Signalmediatoren enthalten, kann funktionell in die phänotypischen Veränderungen myofibroblastischer Zellen eingegriffen werden. Nach Insertion solcher Konstrukte in einen Vektor, der sich zur Gentherapie eignet (wie z. B. verschiedene Generationen von adenoviralen, retroviralen oder lentiviralen Vektoren und deren Abkömmlinge (Ory, D. S. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 93: 11400-11406 (1996); Feng, M. et al., Nat. Biotechnol. 15: 866-870 (1997)) bzw. nackte oder in Aggregaten mit geladenen Polymeren oder Liposomen zu sammengefaßte Plasmidvektoren) (Hengge, U. et al., Nat. Genet. 10: 161-166 (1995); Gottschalk, S. et al., Gene Ther. 3: 448-457 (1996)) wird die Vorausetzung für gentherapeutische Ansätze myofibroblastischer Zellen, myofibroblastähnlicher, oder SM-ähnlicher Zellen geschaffen, die bei sklerosierenden Erkrankungen genutzt werden können.

Die operative Verknüpfung von Sequenzbereichen aus Sequenz A bis M aus Fig. 7, wobei in dieser Erfindung vorzugsweise die Sequenz A aus Fig. 7 benutzt wurde, mit dem Enzym für die zyklische Rekombination (Cre) (SEQ ID No.: 32) ermöglicht es in myofibroblastisch-differenzierten Zellen, Genbereiche, die mit einer floxP-Sequenz (Fig. 8c, SEQ ID No.: 33) flan kiert wurden, neu zu rekombinieren. Hier kann nach Funktion des Cre-En zyms und der Orientierung der floxP-Sequenzen eine Inversion, eine Excision, Integration oder Translokation des gefloxten Genbereichs unter Kontrolle der gewählten regulierenden α-SMA-5'-Sequenzbereiche erfol gen. In dieser Erfindung gewählte mögliche Konstruktionen des Vektors sind in Fig. 4 dargestellt.

In dem Verfahren (17) gemäß der vorliegenden Erfindung werden transformierte ES-Zellen in Blastozysten eines Wirtsorganismus injiziert und in die Leihmutter eingesetzt (V. Papaioannou, R. Johnson, in Gene Targeting. A Practical Approach, ed. A. L: Joyner, Oxford UK (1993); T. Doetschman, Transgenis Animal Technology. A Laboratory Handbook, Academic Press Inc. San Diego, USA (1994)). Nach Rückkreuzungen der geborenen und herangewachsenen transgenen Chimäre werden homozy gote Tiere intoxiziert und auf ihre transgene Genexpression untersucht. Alternativ kann in dem Verfahren (17) die Konstrukte ohne Vektorrückrad durch Miokroinjektion in den Vorkern zu transgenen Organismen führen (J. W. Gordon et al., Methods Enzymol. 101: 411-33 (1983); B. Hogan et al., in Manipulating the mouse embryo. A laboratory manual, Gold Spring Harbor, NY (1994)).

Organismen gemäß Ausführungsformen (15) und (17) der vorliegenden Erfindung umfasst Säuger einschließlich Primaten, Nager und Huftiere (wobei es sich vorzugsweise um nicht-humane Säuger handelt).

Die Arzneimittel gemäß Ausführungsform (20) der vorliegenden Erfindung können - in Abhängigkeit von der Applikationsform - neben den erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen/Vektoren noch handelsübliche Zusatzstoffe, Verdünnungsmittel und dergleichen enthalten.

Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert.

Beispiele

Materialien und Methoden

Tabelle 2

Verwendete Primer

Folgende kommerziell erhältliche Vektoren wurden im Verlauf der Arbeit benutzt:
Als allgemeine Klonierungsvektoren dienten pBluescript-SKII+ (Clontech, Heidelberg) und pGEM3Z (Promega, Mannheim). Bereiche des α-SMA- Promoter wurden anschließend in den promoterlosen Luciferase-Vektor pRL-null (Promega, Mannheim) kloniert. Um die Aktivität erzeugter Konstukte zu vergleichen wurden aus der pRL-Familie zusätzlich pRL-SV40 und pRL-CMV oder auch Vektoren der pGL3-Familie (Promega, Heidelberg) verwendet.

Beispiel 1 Herstellen der α-SMA-5'-Sequenz

Aus isolierter Ratten-DNA wurde zunächst ein 736 bp langes Fragment aus dem 5'-Promoterbereich des α-SMA-Gens amplifiziert und kloniert. Dazu erfolgte zunächst eine PCR-Amplifikation des Promoterbereichs von -708 bis +28 aus genomischer Ratten-DNA mit den Primer SMA-710F (HindIII) und SMA-30R (EcoRI), die die angegebenen Restriktionsschnittstellen in ihrer Sequenz beinhalten. Nach Restriktion wurde das Fragment (-698 bis +18) in pRL-null durch Ligation inseriert und der resultierende Vektor pRL- SMA-700 für Untersuchungen an eukaryontischen Zellen in E. coli K12- Stämmen amplifiziert (siehe auch Sequenz von Fig. 7A).

Beispiel 2 Sichtung der myofibroblastischen Differenzierung durch Re porterexpression unter Kontrolle des 5'-Bereichs des α-SMA-Gens A. Herstellen des α-SMA-5'-Sequenz regulierten Reportervektoren

Für die Herstellung der α-SMA-5-Genbereich-Reporterkonstrukte wurden in Reportervektoren unterschiedliche 5'-Genbereichen des α-SMA inse riert. Das mit den Primern SMA-710-F und SMA-30-R hergestellte Amplifi kat von genomischer Ratten-DNA wurde mit EcoRI und HindIII geschnitten und in pBSSK + (Stratagene) kloniert und so pB-SMA-700 erzeugt. Unter Nutzung der vorhandenen Restriktionschnittstellen im Promoterbereich des α-SMA-Gens wurden die Fragmente SMA-480 (PstI), SMA-215 (PvuII) und SMA-125 (DraII) erzeugt, indem sie mit EcoRI und dem spezifischen Restriktionsenzym aus pB-SMA-700 geschnitten wurden und zunächst in pGEM (Promega) oder pB-SK (Stratagene) kloniert wurden. Dabei entstanden folgende Plasmide: pGEM-SMA-480, pGEM-SMA-215 und pB- SMA-125. Mit den Primer SMA-245F (PstI) oder SMA-190F(HindIII) als sense Primer und SMA-30R als antisense Primer wurden spezifische Fragmente generiert, die anschließend über ihre primer-assoziierten Restriktionsschnittstellen kloniert wurden, dadurch entstanden pGEM- SMA-245 und pB-SMA 190.

Alle Promoterfragmente des crSMA-Promoter wurden über EcoRI/HindIII oder EcoRI/SacI in pRL-null kloniert, wodurch 6 unterschiedliche lange Deletionsreporterkonstukte SMA-700 bis SMA-125 erzeugt wurden.

B. Transiente Transfektion

Transfektionen wurden mit dem Transfekti onsreagenz FuGENE™6 (Boehringer Mannheim, Mannheim) durchgeführt. Pro Ansatz wurde 1,5 µg Plasmid-DNA verwendet, die sich aus 1,2 µg pRL- 700 und 0,3 µg pGL3-Kontrollplasmid zusammensetzten, was einem DNA/Reagenz-Verhältnis von 1 : 3 entspricht. Für die Tranfektionen wur den ruhende Hepatische Sternzellen (HSC), die durch enzymatische Le berperfusion und Dichtegradientenzentrifugation aus der Rattenleber isoliert wurden (Knock, D. S., de Leeuw, A. M., Exp. Cell. Res., 139, 468 471 (1982)) und nach Kultur in Myofibroblasten differenzierte HSC ver wendet (Geerts, A. et al., J. Hepatology, 9, 59-68 (1989)).

C. Bestimmung der Reporteraktivität unter Kontrolle von Sequenz A in ru henden HSC und in myofibroblastischen HSC

Eine Messung der Aktivitä ten erfolgte mit dem Dualen-Luciferase Reporter-Assay-System (DLR™, Promega, Mannheim). In den transienten Transfektionen zeigten nur my ofibroblastische Zellen eine deutliche Aktivität des pRL-700-Reporterkon strukt. α-SMA-negative Zellen zeigen Reporteraktivitäten, die unterhalb von einem Prozent der relativen Aktivität lagen. In Myofibroblasten wurde der Reporter um den Faktor 14 induziert. Ruhende Zellen hatten keine Aktivitäten (< 1%) (Fig. 1). Damit kann das Konstrukt nach Transfektion zur Sichtung der myofibroblastischen Aktivierung verwendet werden.

Beispiel 3 Reporter unter Kontrolle einer α-SMA 5'-Sequenz in stabil transfizierten Organismen und Zellen A. Konstruktion eines Reporter-Vektors unter Kontrolle des α-SMA

Aus einem modifizierten GFP-Expressionvektor (pCAGGS) (Ikawa, M. et al., Develop. Growth Differ. 37; 455-459 (1995)) mit einem Fragment des Chicken-β-Actin-Promoter und dem ersten Intron des Chicken-β-Actins (SEQ ID No.: 31) wurde das kardiale Promoterelement durch einen Restriktionsverdau mit SnaßI und ApaI exzidiert und mit dem α-SMA-Pro moterelementen nach Verdau von pRL-700 oder pRL-190 mit XhoI und EcoRI ersetzt. Nach Aufreinigung der Banden über ein Agarosegel wurden die Enden aufgefüllt, um eine "Blunt End"-Klonierung durchführen zu können. Um eine Religation des Vektors zu verhindern, wurden bei diesem zusätzlich eine Dephosphorylierung der 5'-Enden durchgeführt. Nach einer Ligationsreaktion und Transformation in E. coli wurden positive Klone isoliert, deren Plasmid-DNA aufgereinigt und sequenziert und so der Einbau der α-SMA-Promoterfragmente in der richtigen Orientierung überprüft. Die Sequenzierung wurde unter Verwendung des markierten Primers SMA-100 (TM = 63°C), der im Bereich -100 des α-SMA-Promoter bindet, durchgeführt. Die Konstrukte sind in Fig. 2b dargestellt.

B. Sichtung und Isolierung von stabilen Transfektanten anhand der α- SMA-5-Sequenz (Segenzen von Fig. 7A und 7C) kontrollierten Reporteraktivität

Zur Erzeugung von stabilen Es-Transfektanten wurden die beiden GFP-Reporterkonstrukte pSMA-GFP-700 und -190 (Abb. 2b) hergestellt und in embryonale murine D3-Stammzellen transfiziert. Die stabil transfizierten Klone wurden mittels ihrer Neomycin (G418)- Resistenz, die im GFP-Konstrukt beinhaltet ist, selektioniert. Dazu wurde 24 Stunden nach der Transfektion zum erstenmal 50 µg/ml Neomycin (10 mg/ml, GibcoBRL, Eggenstein) zugesetzt.

Zur Differenzierung von Stammzellen wurden diese ohne Feederzellen und ohne Zugabe von LIF in DMEM (440 mg D-Glukose, 110 mg Natriumpyru vat, L-Glutamin, Sigma) mit 20% FCS, das für Es-Zellen getestet war (GibcoßRL, Gaithersburg, MD), 1x nicht-essentiellen Aminsäuren (GibcoBRL), 1x Penicillin-Streptomycin (GibcoBRL) und 0,1 mM 3-Mercap toethanol (Sigma) kultiviert. Für den Ansatz von Embroid Bodies (EB) wurden 2,25 × 10⁵ bzw. 4,25 × 10⁵ Zellen in 1 ml Kulturmedium verdünnt. Jeweils 20 µl der Zellsuspension (450 oder 800 Zellen) wurden als hängende Tropfen kultiviert (Drab, M. et al., FASEB, 11: 905-911 (1997) und Kolossov, E. et al., J. Cell. Biol., 143: 2045-2056 (1998)).

Die Immunhistolgie an EB, die mit dem pSMA-GFP-190 Promoterfragment transfiziert wurden, zeigte, daß GFP-positive Zellareale nicht immer eine α-SMA-Expression hatten und nicht alle α-SMA-positiven Zellen GFP expri mierten. GFP-positive Zellen konnten Actinin-exprimierenden kardialen oder skelettalen Muskelzelltypen zugeordnet werden. Caldesmon-positive glatte Muskelzellen wiesen keine GFP-Expression auf.

Im Gegensatz dazu zeigte das pSMA-GFP-700 Konstrukt eine spezifische GFP-Expression, die GFP-Expression konnte dabei sowohl in kardialen und skelettalen Bereichen als auch in caldesmonpositiven glatten Muskelzellen gefunden werden. Das gesichtete Reportermuster unter Kontrolle der SequeTü A des α-SMA-Gens entspricht in differenzierten ES-Zellen demje nigen während der Embryogenese.

Anhand der Reporteraktivität konnten Zellen durch Trypsinierung verein zelt werden (Fig. 2b) und getrennt untersucht werden.

Beispiel 4 Herstellen von Mäusen mit transgener Genexpression in myo fibroblastischen Zellen A. Stabile Transfektion des in Fig. 3 gezeigten Konstrukts in ES-Zellen

Zur Herstellung von stabil transfizierten embryonalen Stammzellen wurden die α-SMA-Transgen-Vektoren zunächst durch einen Restriktionsverdau, dessen Schnittstelle im Ampicillingen liegt, linearisiert und nach einer Aufreinigung in H₂O gelöst (1 µg/pl). Anschließend wurde eine Elektroporation vorgenommen. Dazu wurden 5 × 10⁶ Es-Zellen in 0,7 ml PBS aufgenommen, resuspendiert und in eine Küvette überführt. Pro Elektroporationen wurden 30 µg linearisierte Plasmid-DNA in einem Volu men von 100 µl verwendet. Nach Zugabe der DNA in die Küvette erfolgte zunächst eine Inkubation für 10 min auf Eis, die der Bildung von Prä komplexen diente. Danach wurde mit einem Elektroporator der Firma Biorad (München) bei 500 µF und 0,24 V ein Impuls erzeugt. Zur Rege neration wurden die Zellen zunächst für 20 Minuten auf Eis inkubiert und anschließend auf neomycinresistene Feederzellen plattiert.

Die Es- Zellen wurden in Blastozysten einer Wirtsmaus injeziert und in die Leihmutter eingesetzt (V. Papaioannou, R. Johnson, in Gene Targeting. A Practical Approach, ed. A. L: Joyner, Oxford UK (1993); T. Doetschman, Transgenis Animal Technology. A Laboratory Handbook, Academic Press Inc. San Diego, USA (1994)). Nach Rückkreuzungen der geborenen und herangewachsenen transgenen Chimäre wurden homozygote Tiere intoxiziert und auf ihre transgene Genexpression untersucht.

Alternativ können Konstrukte ohne Vektorrückrad (siehe Fig. 2b) durch Miokroinjektion in den Vorkern zu transgenen Mäusen führen (J. W. Gordon et al., Methods Enzymol. 101: 411-33 (1983); B. Hogan et al., in Manipulating the mouse embryo. A laboratory manual, Gold Spring Harbor, NY (1994)).

B: Chronische Leberschädigung durch Intoxikation und myofibroblastische Sichtung

Zur Induktion einer chronischen Leberschädigung wurden zwei wöchentli che Gaben von 4%igem Tetrachlorkohlenstoff in Mineralöl (6 ml/kg Kör pergewicht) den Mäusen intraperitoneal 2, 4, 6 oder 8 Wochen lang ver abreicht. Da Tetrachlorkohlenstoff vor allem zu einer Hepatitis führt, wurde in den Lebern transgener GFP-Mäuse die Aktivierung von myofibro blastischen Zellen gesichtet. Daneben wurden die Mäuse auf eine Pulmonitis und Nephritis sowie auf das Auftreten myofibroblastischer Zel len in der Lunge und der Niere untersucht.

SEQUENZPROTOKOLL

Claims

1. Nukleinsäuresequenz, umfassend

a) einen oder mehrere funktionelle Bereiche aus dem regulierenden Se quenzbereich des alpha-Smooth-Muscle-Actin-Gens (α-SMA-Gens) und
b) wenigstens eine weitere funktionelle Nukleinsäuresequenz, die mit der Sequenz (i) operativ verknüpft ist.

2. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 1, wobei der regulierende Se quenzbereich des α-SMA-Gens von Säugern, insbesondere von Primaten oder Nagern, oder Vögeln stammt und besonders bevorzugt von Ratte, Maus, Mensch oder Huhn stammt.

3. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 2, wobei der regulierende Se quenzbereich von der Ratte stammt und die Nukleinsäuresequenz vor zugsweise einen oder mehrere funktionelle Bereiche aus der in Fig. 5A gezeigten Sequenz (SEQ ID No.: 1), insbesondere aus der in Fig. 7A ge zeigten Sequenz (SEQ ID No.: 5), umfasst.

4. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 3, wobei der funktionelle Bereich eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus der in Fig. 7C gezeigten Sequenz (SEQ ID No.: 7) stammt.

5. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 4, wobei die transkriptionsaktivie rende Sequenz wenigstens 10, bevorzugt wenigstens 40 und besonders bevorzugt wenigstens 60 konsekutive Basen aus der in Fig. 7C gezeigten Sequenz aufweist und besonders bevorzugt die in Fig. 7B oder 7C gezeigte Sequenz (SEQ ID NOs.: 6 oder 7) umfasst.

6. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 3, wobei der funktionelle Bereich eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus der Sequenz -698 bis -190 der Fig. 7A (Nukleotide 1 bis 509 von SEQ ID No.: 5), besonders bevorzugt aus der Sequenz -698 bis -215 der Fig. 7A (Nukleotide 1 bis 484 von SEQ ID No.: 5) stammt.

7. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 6, wobei die zellspezifische Se quenz wenigstens 25, vorzugsweise wenigstens 35 konsekutive Basen aus der Sequenz -698 bis -190 der Fig. 7A aufweist und besonders bevorzugt die in Fig. 7I oder 7M (SEQ ID No.: 13 oder 17) gezeigte Sequenz umfasst.

8. Nukleinsäuresequenz nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Nukleinsäuresequenz sowohl eine transkriptionsaktivierende als auch eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz umfasst und/oder eine der in SEQ ID NOs.: 5 bis 17 gezeigten Sequenzen aufweist.

9. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 2, wobei der regulierende Se quenzbereich von der Maus stammt und die Nukleinsäuresequenz vor zugsweise einen oder mehrere funktionelle Bereiche der in Fig. 5B ge zeigten Sequenz (SEQ ID No.: 2) insbesondere aus der in SEQ ID No.: 18 gezeigten Sequenz aufweist.

10. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 9, wobei der funktionelle Bereich

a) eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und insbeson dere aus den Nukleotiden 490 bis 697 der in SEQ ID No.: 18 gezeigten Se quenz stammt und/oder
b) eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus den Nukleotiden 1 bis 489 der in SEQ ID No.: 18 gezeigten Sequenz stammt.

11. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 2, wobei der regulierende Se quenzbereich vom Menschen stammt und die Nukleinsäuresequenz vor zugsweise einen oder mehrere funktionelle Bereiche der in Fig. 5C ge zeigten Sequenz (SEQ ID No.: 3) insbesondere aus der in SEQ ID No.: 19 gezeigten Sequenz aufweist.

12. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 11, wobei der funktionelle Bereich

a) eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und ins besondere aus den Nukleotiden 513 bis 715 der in SEQ ID No.: 19 gezeigten Sequenz stammt und/oder
b) eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus den Nukleotiden 1 bis 512 der in SEQ ID No.: 19 gezeigten Sequenz stammt.

13. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 2, wobei der regulierende Se quenzbereich vom Huhn stammt und die Nukleinsäuresequenz vorzugs weise einen oder mehrere funktionelle Bereiche der in Fig. 5D gezeigten Sequenz (SEQ ID No.: 4) insbesondere aus der in SEQ ID No.: 20 gezeigten Sequenz aufweist.

14. Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 13, wobei der funktionelle Be reich (a) eine transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz ist und ins besondere aus den Nukleotiden 497 bis 699 der in SEQ ID No.: 20 gezeigten Sequenz stammt und/oder (b) eine zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz ist und insbesondere aus den Nukleotiden 1 bis 496 der in SEQ ID No.: 20 gezeigten Sequenz stammt.

15. Nukleinsäuresequenz gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, wobei die weitere funktionelle Nukleinsäuresequenz eine peptid- oder proteinkondierende DNA-Sequenz, insbesondere ausgewählt ist aus Reportergenen, Sequenzen, die für pharmakologisch aktive Proteine ko dieren, und regulatorische DNA-Sequenzen, oder eine funktionelle RNA kodierende Sequenz, insbesondere eine Ribozymbindungsstelle, ist.

16. Transkriptionsaktivierende Nukleinsäuresequenz, wie in Ansprüchen 4 bis 5, 10, 12 oder 14 definiert.

17. Zelltypspezifische Nukleinsäuresequenz, wie in Ansprüchen 6 bis 7, 10, 12 oder 14 definiert.

18. Vektor, umfassend eine Nukleinsäuresequenz, wie in Anspruch 16 und/oder 17 definiert.

19. Vektor, in dem eine Nukleinsäuresequenz, wie in Ansprüchen 1 bis 15 definiert, inseriert ist.

20. Eukaryontische Zellen oder Organismen, die mit einer Nukleinsäurese quenz, wie in Ansprüchen 1 bis 15 definiert, oder einem Vektor, wie in An spruch 18 oder 19 definiert, transient oder stabil transfiziert transformiert oder infiziert sind.

21. Eukaryontische Zellen oder Organismen gemäß Anspruch 20, die einen Reporter unter Kontrolle der regulatorischen Sequenzen des α-SMA-Gens exprimieren.

22. Eukaryontische Zellen oder Organismen gemäß Anspruch 20, die ein pharmakologisch aktives Protein, eine regulatorische DNA-Sequenz oder eine funktionelle RNA-Sequenz unter Kontrolle des α-SMA-Gens expri mieren oder aufweisen.

23. Verfahren zur Herstellung der eukaryontischen Zellen, wie in Ansprü chen 20 bis 22 definiert, umfassend das Transfizieren, Transformieren oder Infizieren von Ausgangszellen mit den Nukleinsäuresquenzen, wie in Ansprüchen 1 bis 15 definiert, oder mit Vektoren, wie in Anspruch 18 oder 19 definiert.

24. Verfahren zur Herstellung der Organismen, wie in Ansprüchen 20 bis 22 definiert, umfassend das Injizieren von ES-Zellen, die mit den Nuklein säuresquenzen, wie in Ansprüchen 1 bis 15 definiert, oder mit Vektoren, wie in Anspruch 18 oder 19 definiert, transfiziert sind, in Blastozysten der Organismen und Einsetzen in die Leihmutter.

25. Verfahren zur Isolierung oder zur Sichtung von glatten Muskelzellen, Myofibroblasten oder myofibroblastähnlichen Zellen aus einem Zeuge misch, einer Zellpopulation, einem Zellaggregat oder einem Organismus, umfassend die Expression eines Reportergens in einer eukaryontischen Zelle oder ein Organismus gemäß Anspruch 21.

26. Verfahren zur Manipulation der Genexpression und/oder der Zellfunk tion von Glatten Muskelzellen oder Myofibroblasten in Organismen oder Organen, umfassend Einbringen von Nukleinsäuresequenzen, wie in An sprüchen 1 bis 15 definiert, oder Vektoren, wie in Anspruch 18 oder 19 definiert, in die Organismen oder Organe.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Einbringen in die Organismen oder Organe unter Nutzung transgener oder knock-out/-in Technologie erfolgt.

28. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Verfahren eine gentherapeuti scher Fusionsvektorapplikation ist.

29. Arzneimittel, enthaltend eine Nukleinsäuresequenz, wie in Ansprüchen 1 bis 3, 14 oder 17 definiert, oder einen Vektor, wie in Anspruch 18 oder 19 definiert.

30. Arzneimittel nach Anspruch 29, welches zur Manipulation der Genex pression und/oder der Zellfunktion von glatten Muskelzellen oder Myo fibroblasten in Organismen oder Organen geeignet ist.

31. Verwendung eines funktionellen Bereichs aus dem regulierenden Se quenzbereich des α-SMA-Gens zur zelltyp- und differenzierungsspezifi schen Reporterexpression und zur zelltyp- und differenzierungsspezifi schen Genveränderung.

32. Verwendung nach Anspruch 31, wobei der funktionelle Bereich des α- SMA-Gens

a) eine Nukleinsäuresequenz, wie in Ansprüchen 16 oder 17 definiert, ist;
b) eine Nukleinsäuresequenz, wie in Ansprüchen 1 bis 15 definiert, ist und/oder
c) in einem Vektor, wie in Ansprüchen 18 oder 19 definiert, vorliegt.