DE10120562C2 - Procedure for the diagnosis of transmissible spongiform encephalopathies - Google Patents
Procedure for the diagnosis of transmissible spongiform encephalopathiesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von über tragbaren spongiformen Enzephalopathien durch Nachweis von in vitro Immunreaktionen zwischen bekannten Antikörpern und einem Antigen eines Prion-Proteins.The invention relates to a method for diagnosing over portable spongiform encephalopathies by detecting in vitro immune reactions between known antibodies and a Antigen of a prion protein.
Die übertragbaren oder Transmissiblen Spongiformen Enzephalo pathien (engl. transmissible spongiform encephalopathies = TSE) sind tödlich verlaufende neurodegenerative Krankheiten, die eine Vielzahl von Säugetieren befallen können.The transmissible or transmissive spongiforms Enzephalo pathies (transmissible spongiform encephalopathies) TSE) are fatal neurodegenerative diseases, that can infect a variety of mammals.
Die bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE) ist eine neurode generative Krankheit von Rindern und ist verwandt mit "Scra pie" von Schafen und Ziegen und der Creutzfeldt-Jakob- Krankheit bei Menschen. Das sogenannte Prion-Protein (PrP), ein in Eukaryonten verbreitetes Glykol-Protein, spielt eine zentrale Rolle in der Pathogenese dieser Krankheiten.Bovine spongiform encephalopathy (BSE) is a neurode generative disease of cattle and is related to "Scra pie "of sheep and goats and the Creutzfeldt-Jakob Disease in humans. The so-called prion protein (PrP), a glycol protein common in eukaryotes plays one central role in the pathogenesis of these diseases.
Das PrP kommt in einer normalen, benignen zellulären Form (PrPb) und in einer pathologischen malignen Form (PrPm) vor, die sich durch die Konformation, d. h. durch ihre Raumstruk tur, unterscheiden. Als Faltungssegmente weist das normale Prion-Protein (PrPb) α-Helix-Segmente und β-Faltblatt-Segmente (β-sheets) auf, die über γ-Segmente miteinander verbunden sind. Bei dem pathologischen Prion-Protein (PrPm) sind durch Mutation die α-Helix-Segmente in β-Faltblatt-Segmente bzw. β- sheets umgewandelt. The PrP occurs in a normal, benign cellular form (PrP b ) and in a pathological malignant form (PrP m ), which differ in their conformation, ie in their spatial structure. The normal prion protein (PrP b ) has α-helix segments and β-sheet segments (β-sheets) which are connected to one another via γ segments as folding segments. In the pathological prion protein (PrP m ), the α-helix segments have been converted into β-sheet segments or β-sheets by mutation.
Es sind eine Anzahl von Antikörpern bekannt, die in der Lage sind, Prionen bzw. Prion-Proteine zu binden.A number of antibodies are known to be capable of this are to bind prions or prion proteins.
Aus der US 6 214 565 B1 ist eine Assay-Methode bekannt, bei der PrPSc (pathologische Form eines Prion-Proteins) und PrPc (normales Prion-Protein) einer Hydrolyse unterzogen werden, die nur auf die krankhafte Konformation wirkt. Die so behan delten Proben werden einem Antikörper ausgesetzt, der nur PrPSc bindet. Das Bindungsvorkommen ist dabei ein Indikator für die Präsenz von PrPSc. Das Verfahren beschreibt den Vergleich der Detektion von niedrigen Konzentrationen von kranken Konforma tionen zu denen nicht kranker Mengen. Die Hydrolyse von PrPc wird durch EDTA gestoppt. Mit einem Anti-PrPc-Antikörper wird über das geringere Bindungsvorkommen die Präsenz von PrPSc an gezeigt. Alternativ wird PrPSc der behandelten Probe mit Guani din entfaltet oder denaturiert und mit einem Bindungspartner kontaktet. Die Bindung zeigt das Vorhandensein von PrPSc in der Probe an.An assay method is known from US Pat. No. 6,214,565 B1 in which PrP Sc (pathological form of a prion protein) and PrP c (normal prion protein) are subjected to hydrolysis which only acts on the pathological conformation. The samples treated in this way are exposed to an antibody that only binds PrP Sc . The binding occurrence is an indicator of the presence of PrP Sc . The method describes the comparison of the detection of low concentrations of sick conformations with those of non-sick amounts. The hydrolysis of PrP c is stopped by EDTA. With an anti-PrP c antibody, the presence of PrP Sc is shown via the lower binding occurrence. Alternatively, PrP Sc of the treated sample is unfolded with Guani din or denatured and contacted with a binding partner. The binding indicates the presence of PrP Sc in the sample.
Aus der EP 0 861 900 A1 ist die immunologische Detektion von Prionen als direkter BSE-Test bekannt. Bei Inkubation mit Pro teinase K wird PrPc völlig verdaut, während PrPSc teilweise re sistent ist, d. h. der N-terminus ist beseitigt, begleitet von einer Reduzierung des Molekulargewichts von ursprünglich 33- 35 kDa auf 27-30 kDa (Oesch et al. 1985). Proteinase K wird deshalb verwendet, um das zu untersuchende Gewebe zu verdauen. Jedoch dürfte dabei der monoklonale Antikörper 15B3, welcher das Konformations Epitop für das krankheitsspezifische Isoform PrPSc ist, ebenso notwendig sein, wenn keine Protease-Verdauung vorangeht. Bei dieser Methode wird ein qualitativer Vergleich von krankheitsbezogenen zu gesunden Konformationen durchge führt. Der Nachweis über einen ELISA-Test ist dabei eine di rekte Methode.EP 0 861 900 A1 discloses the immunological detection of prions as a direct BSE test. When incubated with proteinase K, PrP c is digested completely, while PrP Sc is partially resistant, ie the N-terminus is eliminated, accompanied by a reduction in the molecular weight from originally 33-35 kDa to 27-30 kDa (Oesch et al. 1985). Proteinase K is therefore used to digest the tissue to be examined. However, the monoclonal antibody 15B3, which is the conformational epitope for the disease-specific isoform PrP Sc , may also be necessary if there is no protease digestion. With this method, a qualitative comparison of disease-related to healthy conformations is carried out. The detection via an ELISA test is a direct method.
Weiterhin ist aus der WO 01/05426 A1 ein Verfahren zur Detek tion von Prionen oder PrPSc-Protein als Indikation von TSE. Auch bei diesem Verfahren wird von PrPSc (Scrapie-Prion) auf vergleichbare Prionen extrapoliert, da die Methodik einschließlich der PrPSc-spezifischen Antikörper bekannt ist. Je doch ist bei BSE die Spezifität der beiden bis zum Anmelde zeitpunkt gefundenen Antikörper noch nicht bekannt.Furthermore, WO 01/05426 A1 describes a method for the detection of prions or PrP Sc protein as an indication of TSE. This method also extrapolates from PrP Sc (scrapie prion) to comparable prions, since the methodology including the PrP Sc -specific antibodies is known. However, the specificity of the two antibodies found at the time of registration is not yet known in BSE.
Aus der WO 97/10505 A1 ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, bei dem PrPSc-spezifische Antikörper an die Scrapie-Isoform von Prion-Protein (PrPSc) gebunden wird.A method is also known from WO 97/10505 A1 in which PrP Sc -specific antibodies are bound to the scrapie isoform of prion protein (PrP Sc ).
Weiterhin ist aus der JP 10267928 A ein Verfahren zum Erkennen von abnormalen Prion-Proteinen bekannt, bei dem die Vorbehand lung der PrPC mit Protease K bei der speziellen Antikörper- Reaktion eine Erhöhung zugunsten der abnormen Prionen ergibt. Der Nachweis erfolgt dabei über eine Immuno-PCR-Methode. Damit ist dieses Verfahren ebenfalls ein indirektes Verfahren.Furthermore, JP 10267928 A is a method for recognizing of abnormal prion proteins known to have been pretreated PrPC with protease K in the special antibody Reaction results in an increase in favor of the abnormal prions. Evidence is provided using an immuno-PCR method. In order to this method is also an indirect method.
Problematisch bei den bekannten Verfahren ist zum einen, dass im kranken Rind sowohl die normalen Prion-Proteine (PrPb) als auch die pathologischen Prion-Proteine (PrPm) vorkommen und zum anderen, dass beide von den bekannten Antikörpern gebunden werden. Dies bedeutet, dass z. Z. noch keine Separationsmög lichkeit der beiden Typen voneinander vorliegt und außerdem bisher keine definierte spezifische Zuordnung eines entspre chenden Antikörpers möglich ist.One problem with the known methods is that both the normal prion proteins (PrP b ) and the pathological prion proteins (PrP m ) occur in sick cattle, and on the other hand that both are bound by the known antibodies. This means that e.g. Currently there is no possibility of separation of the two types from each other and, moreover, no defined specific assignment of a corresponding antibody is possible to date.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, bei dem eine exakte Identifikation der Antikörper hinsichtlich ihrer Spezifikation (Ausfindigmachen der "Prion- Rezeptoren") und ihres Typs (wegen der Immobilisierung auf/ und der Zugehörigkeit zum Bindungsprotein eines Bio-Sensors). Weiterhin soll eine Separation von normalen Prion-Protein (PrPb) und pathologischen Prion-Protein (PrPm) erfolgen können, so dass eine spezifische Zuordnung der erkannten Antikörper zum zugehörigen Prion-Protein (PrP) ermöglicht wird.The object of the present invention is therefore to specify a method in which an exact identification of the antibodies with regard to their specification (identification of the "prion receptors") and their type (because of the immobilization on / and the association with the binding protein of a bio-sensor) , Furthermore, it should be possible to separate normal prion protein (PrP b ) and pathological prion protein (PrP m ), so that a specific assignment of the detected antibodies to the associated prion protein (PrP) is made possible.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des An spruch 1 dadurch gelöst, dass in einer ersten Stufe das Prion- Protein (PrP) enzymatisch in ein Segmentgemisch zerlegt wird und die Antikörper voneinander getrennt dem Segmentgemisch ausgesetzt und die Antikörper durch Messung der Immun- Reaktionskomplexe den unterschiedlichen Segmenten des Segment gemisches zugeordnet werden, und dass in einer zweiten Stufe das Prion-Protein (PrP) einer zu untersuchenden Probe in einen normalen benignen Typus (PrPb) und in einen pathologischen ma lignen Typus (PrPm) separiert wird.This object is achieved in connection with the preamble of claim 1 in that in a first stage the prion protein (PrP) is broken down enzymatically into a segment mixture and the antibodies are separated from one another and exposed to the segment mixture and the antibodies by measuring the immune reaction complexes are assigned to the different segments of the segment mixture, and that in a second stage the prion protein (PrP) of a sample to be examined is separated into a normal benign type (PrP b ) and a pathological ma ligne type (PrP m ).
Durch die enzymatische Trennung wird vorteilhaft ermöglicht, dass die bekannten Antikörper, die getrennt bzw. einzeln dem Segmentgemisch ausgesetzt werden, durch Messung der Immun- Reaktionskomplexe den unterschiedlichen Segmenten des Segment gemisches zugeordnet werden können. Unter den richtigen Bedin gungen (Temperatur, ph-Wert etc.) ergeben sich Immun- Reaktionen, die sich bei Einsatz eines Immun-Sensors, wie er aus der DE 199 00 119 C2 bekannt ist, in einem unterschiedli chen Schichtdickenzuwachs äußern (oder bei Einsatz einer E lektrophorese in einer unterschiedlichen Bandenstruktur). Die α-Helix-Segmente ergeben dabei durch ihre dreidimensionale Struktur eine größere Schichtdicke bzw. größeren Immun-Komplex als die β-Faltblatt-Segmente mit ihrer eher zweidimensionalen Ausprägung. Damit ist die größte Schicht den α-Helix-Segmenten zuzuordnen. Der zugehörige Antikörper ist damit festgelegt und trägt als Spezifität einen "α-Rezeptor". Der Typus des zugehö rigen Antikörpers, ein Immunglubolin-G-Antikörper (IgGα), ist bekannt. Nach dem gleichen Ausschlussverfahren kann mit den anderen bekannten Antikörpern verfahren werden.The enzymatic separation advantageously enables the known antibodies, which are exposed separately or individually to the segment mixture, to be assigned to the different segments of the segment mixture by measuring the immune reaction complexes. Under the right conditions (temperature, pH value etc.) there are immune reactions which, when using an immune sensor as known from DE 199 00 119 C2, result in a different increase in layer thickness (or at Use of an electrophoresis in a different band structure). The three-dimensional structure of the α-helix segments results in a greater layer thickness or greater immune complex than the β-sheet segments with their rather two-dimensional characteristics. The largest layer can thus be assigned to the α-helix segments. The associated antibody is thus fixed and carries an "α-receptor" as specificity. The type of the associated antibody, an immunoglobolin G antibody (IgG α ), is known. The same known exclusion procedure can be used with the other known antibodies.
Durch die Zuordnung der Antikörper zu den unterschiedlichen Segmenten des Segmentgemisches ist es nunmehr möglich, in der zweiten Stufe das Prion-Protein (PrP) der zu untersuchenden Probe in einen normalen benignen Typus (PrPb) und in einen pa thologischen malignen Typus (PrPm) zu separieren.By assigning the antibodies to the different segments of the segment mixture, it is now possible in the second stage to convert the prion protein (PrP) of the sample to be examined into a normal benign type (PrP b ) and a pathological malignant type (PrP m ) to separate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Prion-Protein (PrP) mit dem Enzym Proteinase K in seine Fal tungs-Segmente, nämlich α-Helix-Segmente, β-Faltblatt-Segmente und γ-Segmente zerlegt.According to a preferred embodiment of the invention, the Prion protein (PrP) with the enzyme Proteinase K in its fall tion segments, namely α-helix segments, β-sheet segments and γ segments decomposed.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Messung der Immun-Reaktionskomplexe über eine Schichtdickenbestimmung eines Immun-Sensors, an dessen monomo lekulare Trägerschicht eines Bindungsproteins der Antikörper angekoppelt ist und dem Segmentgemisch ausgesetzt wird.According to a further preferred embodiment of the invention the immune reaction complexes are measured using a Determination of the layer thickness of an immune sensor, on the monomo molecular carrier layer of a binding protein of the antibodies is coupled and exposed to the segment mixture.
Ein solcher Immun-Sensor, wie er aus der DE 199 00 119 C2 be kannt ist, ermöglicht, dass nach einer Inkubationszeit ein durch Immun-Reaktionen zwischen dem Antikörper und dem Antigen verursachter Schichtdickenzuwachs der Protein-Antikörper- Schicht durch ein ellipsometrisches Messverfahren festgestellt werden kann. Such an immune sensor, as described in DE 199 00 119 C2 is known, allows that after an incubation period by immune reactions between the antibody and the antigen caused layer thickness increase of the protein-antibody Layer determined by an ellipsometric measurement method can be.
Zur Bestimmung der α-Helix-Segmente wird dabei ein α-spezifi scher Immunglobulin-G-Antikörper (IgGα) genutzt.An α-specific immunoglobulin G antibody (IgG α ) is used to determine the α-helix segments.
Allein die Erkennung des α-spezifischen Immunglobulin-G- Antikörpers (IgGα) kann jetzt schon zur Trennung von normalem Prion-Protein (PrPb) und pathologischen Prion-Protein (PrPm) dienen, setzt man auf dem Immunsensor immobilisierte IgGα einem Prion-Protein-Gemisch aus. Denn es werden nur die normalen Prion-Proteine (PrPb) über ihre α-Helix-Segmente an das IgGα gebunden.The detection of the α-specific immunoglobulin G antibody (IgG α ) alone can already serve to separate normal prion protein (PrP b ) and pathological prion protein (PrP m ) if IgG α is immobilized on the immune sensor Prion protein mixture. Because only the normal prion proteins (PrP b ) are bound to the IgG α via their α-helix segments.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch Anbindung des normalen Prion-Proteins (PrPb) der zu un tersuchenden Probe über dessen α-Helix-Segmente an die α-spe zifischen Immunglobulin-G-Antikörper (IgGα) das normale Prion- Protein (PrPb) von dem pathologischen Prion-Protein (PrPm) se pariert. Über eine prozentuale Bestimmung des die normalen Prion-Proteine (PrPb) wird die Probe als normal oder patholo gisch klassifiziert.According to a preferred embodiment of the invention, the normal prion protein becomes the normal prion protein by binding the normal prion protein (PrP b ) of the sample to be examined via its α-helix segments to the α-specific immunoglobulin G antibody (IgG α ) (PrP b ) parried from the pathological prion protein (PrP m ) se. The sample is classified as normal or pathological via a percentage determination of the normal prion proteins (PrP b ).
Mit dem bekannten IgGα lässt sich über die prozentuale Bestim mung des PrPb/ml oder µl die Trennung des gesunden vom kranken Rind bereits erzielen, d. h. nach Ermittlung des Eichmaßes ei nes gesundes Rindes zu 100% entsprechend x.PrPb/ml wird jeder geringere Prozentsatz < 100% (abzüglich einer gewissen Messto leranz) oder < als das Komplement zu 100%, klassifizierbar von "infiziert" bis "krank".With the well-known IgG α , the percentage of PrP b / ml or µl can already be used to separate the healthy from the sick cattle, ie after determining the standard of measurement of a healthy cattle, 100% is equivalent to x.PrP b / ml lower percentage <100% (minus a certain measuring tolerance) or <than the complement to 100%, classifiable from "infected" to "sick".
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Bestimmung von aus a-Helix-Segmenten umgewandelten β- Faltblatt-Segmenten des pathologischen Prion-Proteins (PrPm) ein βm-spezifischer Immunglobulin-G-Antikörper (IgGβ m) ge nutzt. Durch den Infizierungsmechanismus (Änderung der α-He lix-Faltung zum β-Sheet durch einen noch unbekannten Übertra gungsmechanismus des PrPm auf PrPb) lässt sich nach dem ge schilderten Verfahren ein βm-spezifisches Immunglobulin-G- Antikörper (IgGβ m) finden, der zur direkten Bestimmung des pa thologischen Prion-Proteins (PrPm) genutzt werden kann. According to a further preferred embodiment of the invention, a β m -specific immunoglobulin G antibody (IgG β m ) is used to determine β-sheet segments of the pathological prion protein (PrP m ) converted from α-helix segments. By the infection mechanism (change of the α-helix fold to the β-sheet by an as yet unknown transmission mechanism of the PrP m to PrP b ) a β m -specific immunoglobulin G antibody (IgG β m ) that can be used for the direct determination of the pathological prion protein (PrP m ).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch Anbindung des pathologischen Prion-Proteins (PrPm) der zu untersuchenden Probe über die umgewandelten β- Faltblatt-Segmente des PrPm an die βm-spezifisches Immunglobu lin-G-Antikörper (IgGβ m) das pathologischen Prion-Protein (PrPm) von dem normalen Prion-Proteine (PrPb) separiert. In Ab hängigkeit von dem Vorhandensein eines pathologischen Prion- Proteins (PrPm) wird die zu untersuchende Probe als normal oder pathologisch klassifiziert.According to a further preferred embodiment of the invention, by linking the pathological prion protein (PrP m ) of the sample to be examined via the converted β-sheet segments of the PrP m to the β m -specific immunoglobulin G antibody (IgG β m ) the pathological prion protein (PrP m ) is separated from the normal prion protein (PrP b ). Depending on the presence of a pathological prion protein (PrP m ), the sample to be examined is classified as normal or pathological.
Durch die Bestimmung des βm-spezifischen Immunglobulin-G- Antikörpers (IgGβ m) wird ermöglicht, das pathologische Prion- Protein (PrPm) zu selektieren und über einen mit dem Immunglo bulin-G-Antikörper (IgGβ m) immobilisierten Immun-Sensor den di rekten und eindeutigen und quantitativ exakten Nachweis von pathologischen Prion-Protein (PrPm) bzw. von BSE zu führen.The determination of the β m -specific immunoglobulin G antibody (IgG β m ) makes it possible to select the pathological prion protein (PrP m ) and via an immun immobilized with the immunoglobulin G antibody (IgG β m ) Sensor to carry out the direct and clear and quantitatively exact detection of pathological prion protein (PrP m ) or of BSE.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist über BSE und TSE hinaus auch ganz allgemein für vergleichbare Anwendungsbereiche in der Protein-Analyse geeignet.The method according to the invention is beyond BSE and TSE also in general for comparable areas of application in suitable for protein analysis.
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Legal Events
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