DE102007022274A1 - Verfahren und Reagenzien zur Untersuchung von Nukleinsäure-Methylierungsreaktionen - Google Patents

Verfahren und Reagenzien zur Untersuchung von Nukleinsäure-Methylierungsreaktionen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Screenings nach und der Bewertung von Inhibitoren eukaryontischer Nukleinsäure-Methylierungsreaktionen, sowie dabei nützliche Reporterplasmide und Methylierungsinhibitor-Standards.

Description

  • Die Erfindung betrifft das Gebiet des Screenings nach und der Bewertung von Inhibitoren eukaryontischer Nukleinsäure-Methylierungsreaktionen, sowie dabei nützliche Reporterplasmide und Methylierungsinhibitor-Standards.
  • Nukleinsäuremethylierung und insbesondere DNA-Methylierung wird in Euykaryonten, insbesondere in Säugerzellen und insbesondere bei Menschen, durch die DNA-Methyltransferasen Dnmt1 (NCBI-Accession numbers: P26358, AAH92517, AAI26228, NP_001370), Dnmt3a (NCBI-Accession numbers: AAH18214, AAH23612, Q9Y6K1 NP_715640, NP_783329, NP_783328, NP_072046, AAH51864, AAY14761, AAH43617, AAH32392, AAL57039, AAD33084) und Dnmt3b (NCBI-Accession numbers: CAB53071, CAB53069, CAB53070, Q9UBC3, NP_787046, NP_787045, NP_787044, NP_008823, ABC48951, AAL57040, AAF04015, AAD53063, AAD53062, AAD31434, AAD31433, AAD31432) bewirkt. Diese Methyltransferasen übertragen eine Methylgruppe von Koenzym S-Adenosyl-L-Methionin („AdoMet") auf zu methylierende Nukleinsäu ren, insbesondere DNA („Ziel-DNA"). Bei zahlreichen Krankheiten wird eine Änderung des DNA-Methylierungsmusters genomischer DNA gegenüber dem üblichen Methylierungsmuster genomischer DNA beobachtet. Eine solche aberrante DNA-Methylierung gilt als ein Auslöser oder Förderer des Entstehens und/oder der Progression insbesondere von Tumorerkrankungen. Es ist deshalb häufig versucht worden, DNA-Methylierungsinhibitoren zu entwickeln, um diese als Arzneimittel zum Vorbeugen oder Behandeln aberranter DNA-Methylierungen verwenden zu können.
  • Bekannte DNA-Methylierungsinhibitoren wie Sinefungin beruhen auf dem Prinzip, an die Koenzym-Bindungsstelle der jeweiligen DNA-Methyltransferase zu binden und diese so am Binden an das Koenzym AdoMet zu hindern. Allerdings binden diese DNA-Methylierungsinhibitoren auch an die Koenzym-Bindungsstellen anderer Enzyme, die AdoMet als Koenzym benötigen. Durch diese Kreuzreaktivität verursachen diese DNA-Methylierungsinhibitoren zahlreiche Nebenwirkungen.
  • Ferner werden Nucleotidanaloga wie Zebularin und Decitabin zum Verringern der DNA-Methylierung verwendet. Die Nucleotidanaloga bewirken, sobald sie in eine DNA eingebaut sind, eine kovalente Bindung der DNA-Methyltransferasen an die DNA. Dadurch wird der zelluläre Vorrat an verfügbaren DNA-Methyltransferasen verringert. Nachteiligerweise kommt es dabei auch zu erheblichen DNA-Schädigungen und zu einer sehr hohen DNA-Reparaturaktivität.
  • Es besteht deshalb ein Bedarf, weitere Nukleinsäure-Methylierungsinhibitoren zu finden, die nach Möglichkeit die oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher DNA-Methylierungsinhibitoren nicht aufweisen sollen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren und insbesondere ein zum Screening geeignetes Verfahren zum Bestimmen der Inhibierungswirkung eines Inhibitors auf eine eukaryontische Nukleinsäure-Methylierungsreaktion bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen der Inhibierungswirkung eines Inhibitors auf eine eukaryontische Nukleinsäure-Methylierungsreaktion, umfassend die Schritte:
    • 1. Bereitstellen eines Methylierungsansatzes enthaltend (a) die für die Durchführung der Nukleinsäure-Methylierungsreaktion benötigten Komponenten, (b) eine Reporternukleinsäure mit vorgewähltem Methylierungsgrad, wobei die Reporternukleinsäure – einen Abschnitt für eine episomale Replikation der Reporternukleinsäure und – ein in Abhängigkeit vom Methylierungsgrad der Reporternukleinsäure exprimiertes Reportergen umfasst, und (c) den zu untersuchenden Inhibitor;
    • 2. Durchführen der Methylierungsreaktion im Methylierungsansatz;
    • 3. Bestimmen der Expression des Reportergens in Anwesenheit des zu untersuchenden Inhibitors; und
    • 4. Vergleichen der in Schritt 3 bestimmten Expression des Reportergens mit der Expression des Reportergens bei einem vorgewählten Inhibierungsgrad zum Bestimmen der Inhibierungswirkung des zu untersuchenden Inhibitors auf die Nukleinsäure-Methylierungsreaktion.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es auf vorteilhaft einfache Weise, unter standardisierbaren Bedingungen die Inhibierungswirkung eines (vermuteten) Inhibitors einer eukaryontischen Nukleinsäure-Methylierungsreaktion zu bestimmen. Das Verfahren eignet sich besonders als Teil eines Screening-Verfahrens zum Suchen eines Nukleinsäuremethylierungs-Inhibitors. Besonders zweckmäßig ist es dabei, zumindest den Schritt 3 in einem Hochdurchsatz-Ansatz durchzuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund seiner Stan dardisierbarkeit und Einfachheit besonders gut für den Einsatz in Hochdurchsatz-Ansätzen, dazu unten mehr.
  • Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist der Aufbau der dabei verwendeten Reporternukleinsäure. Diese enthält einen Abschnitt für eine episomale Replikation der Reporternukleinsäure. Die Reporternukleinsäure kann deshalb in einer eukaryontischen und insbesondere einer Säuger-Zellline vermehrt werden, ohne dazu in das Genom integrieren zu müssen. Zweckmäßigerweise ist die Reporternukleinsäure unabhängig von viralen trans-komplementierenden Proteinen in der Zelllinie replizierbar. Die Reporternukleinsäure ist dann in einer Vielzahl an Zelllinien replizierbar, ohne dass die Zelllinien zuvor mit zur Replikation benötigten viralen Genen für trans-komplementierende Faktoren transformiert worden sein müssten. Insbesondere vermeidet die erfindungsgemäße Reporternukleinsäure eine Beschränkung des erfindungsgemäßen Verfahren auf COS7-Zellen und das SV40 Large Transforming Antigen System. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dementsprechend durchführbar in einer -bis auf die Reporternukleinsäure – unveränderten Zelllinie. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher besonders geeignet, Artefakte zu umgehen, die durch die Expression trans-komplementierender Proteine hervorgerufen werden können.
  • Besonders bevorzugt sind solche episomal replizierbaren Reporternukleinsäuren, die einen Kerngerüst-/Matrix-Anhaftungsbereich („nuclear scaffold/matrix attachment region", S/MAR) umfassen. Ein solcher Bereich ist eingerichtet zum Binden an das Chromatingerüst eines eukaryontischen Zellkerns und vorzugsweise eines Säugetierzellen-Kerns. Derartige Reporternukleinsäuren erlauben vorteilhafterweise die Untersuchung der Nukleinsäure-Methylierungsinhibierung in Säugetierzellen und vorzugsweise in menschlichen Zellen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren, das auf diese Reporternukleinsäuren zurückgreift, ist deshalb besonders vorteilhaft eingerichtet, geeignete Nukleinsäure-Methylierungsinhibitoren insbesondere zur Behandlung aberranter DNA-Methylierungsmuster in Säugerzellen und insbesondere in menschlichen Zellen zu finden. Das erfindungsgemäße Verfahren unterstützt daher insbesondere die Entwicklung von Arzneimitteln zur Vorbeugung oder Behandlung von Tumorerkrankungen.
  • Die Reporternukleinsäure kann darüber hinaus noch Gene für in prokaryontischen und/oder eukaryontischen Zellen wirksame Antibiotikaresistenzen umfassen. Dies ermöglicht es, das Vorhandensein der Reporternukleinsäure in einer pro- bzw. eukaryontischen Zelle unabhängig von der Expression des Reportergens zu überprüfen.
  • Die in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Reporternukleinsäure umfasst zudem ein in Abhängigkeit vom Methylierungsgrad der Die in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Reporternukleinsäure umfasst zudem ein in Abhängigkeit vom Methylierungsgrad der Reporternukleinsäure exprimiertes Reportergen, vorzugsweise ein Gen für ein fluoreszierendes oder lumineszierendes Protein, insbesondere Green Fluorescent Protein (GFP, EMBL Accession Nr.: gi|1277124 und gb|AAC53684.1), verbessertes GFP (enhanced green fluorescent Protein, eEFP, EMBL Accession Nr.: gi|1377914 und gb|U55763.1|), Red Fluorescent Protein (RFP, EMBL Accession Nr.: gi|21464837 und gb|AF506027.1), Luciferase (EMBL Accession Nr.: gi|2582510, gb|AAB82573.1, gi|1469268 und emb|CAA59282.1. Die Produkte dieser Reportergene sind entweder ohne weiteres bereits anhand ihrer Fluoreszenz nachweisbar, oder sie erzeugen ein in Säugetierzellen üblicherweise nicht vorkommendes Lumineszenzsignal. In beiden Fällen ist das dem Produkt des jeweiligen Reportergens zugehörige Signal (Fluoreszenz oder Lumineszenz) charakteristisch für das Reportergen, so dass Fehlsignale durch andere Zellbestandteile ausgeschlossen werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so ein weitgehend fehlerfreies Bestimmen des Methylierungsgrades der Reporternukleinsäure.
  • Das Reportergen steht vorzugsweise unter der Kontrolle eines vom Methylierungsgrad der Reporternukleinsäure abhängigen Promotors, der die Expression des Reportergens im methylierten Zustand der Reporternukleinsäure unterdrückt und im demethylierten Zustand ermöglicht, vorzugsweise eines Cytomegalovirus Immediate Early-Promotors.
  • Zweckmäßigerweise enthält eine erfindungsgemäße Reporternukleinsäure ferner einen in Prokaryonten wirksamen Replikations-Startbereich („origin of replication"). Die erfindungsgemäße Reporternukleinsäure kann daher vorteilhafterweise auch in prokaryontischen Zellen vermehrt und mit üblichen Verfahren geerntet und für die Transfektion eukaryontischer Zellen aufbereitet werden.
  • Vorzugsweise wird die Methylierungsreaktion im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Zelllinie durchgeführt. Dazu wird üblicherweise die Zelllinie mit der Reporternukleinsäure transformiert und anschließend in der Zelllinie vervielfältigt, vorzugsweise durch episomale Replikation. Dabei wird die Reporternukleinsäure unter der Einwirkung von Methyltransferasen der Zelllinie gegebenenfalls methyliert. Besonders bevorzugt ist es, die Zelllinie mit einer methylierten Reporternukleinsäure zu transformieren. Bei der episomalen Replikation der Reporternukleinsäure werden auch die Replikationsprodukte methyliert. Die Wirkung eines Nukleinsäure-Methylierungsinhibitors kann dann dadurch nachgewiesern werden, dass die Replikationsprodukte der Reporternukleinsäure nicht mehr oder nicht mehr vollständig methyliert sind. Insbesondere bei Verwendung bevorzugter Reporternukleinsäuren, deren Reportergen unter der Kontrolle eines im methylierten Zustand reprimierten Promotors steht, kann die Wirkung eines Methylierungs-Inhibitors nachgewiesen werden durch den Nachweis des Reportergen-Produktes. Dieser Nachweis ist insbesondere bei fluoreszenten oder lumineszenten Reportergen-Produkten sehr einfach und reproduzierbar möglich, so dass ein entsprechendes erfindungsgemäßes Verfahren in einem Hochdurchsatz-Ansaz durchgeführt werden kann.
  • Der Methylierungsansatz, insbesondere die mit der Reporternukleinsäure transformierte Zelllinie, umfasst vorzugsweise ferner eine Kontrollnukleinsäure, die ein unabhängig vom Methylierungsgrad der Kontrollnukleinsäure exprimierbares Kontroll-Reportergen umfasst. In einem solchen Methylierungsansatz kann neben dem Überprüfen der Wirkung eines Nukleinsäuremethylierungs-Inhibitors auch die Lebensfähigkeit („viability") der jeweils zu untersuchenden Zelle der Zelllinie überprüft werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das wegen fehlender Lebensfähigkeit der jeweiligen Zelle auftretende Fehlen der Expression des Reportergens irrtümlich als Zeichen für das Vorliegen einer Nukleinsäure-Methylierung gewertet wird. Zweckmäßigerweise werden nur solche Zellen der Zelllinie in Schritt 4 des erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt, die das Kontroll-Reportergen exprimieren. Dabei ist es sinnvoll, wenn das Kontroll-Reportergen für ein vom Reportergen verschiedenes fluoreszentes oder lumineszentes Genprodukt codiert.
  • In einem Hochdurchsatz-Ansatz werden die mit der Reporternukleinsäure und vorzugsweise auch mit der Kontrollnukleinsäure transformierten Zellen der Zelllinie auf die Expression des Reportergens und vorzugsweise auch des Kontroll-Reportergens untersucht. Dabei ist es zweckmäßig, die transformierten Zellen der Zelllinie in einzelnen Mikrotitergefäßen vorzulegen, darin zu vermehren und dabei mit dem zu untersuchenden Inhibitor zu beaufschlagen. Das Beaufschlagen kann auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise durch Zugeben des Inhibitors oder durch Induzieren der Expression eines Inhibitor-Gens. Die Zellen der Zelllinie werden nach oder unter fortgesetztem Beaufschlagen mit dem Inhibitor vermehrt, wobei die Reporternukleinsäure und, soweit vorhanden, die Kontrollnukleinsäure ebenfalls vermehrt werden. Dabei wird die Reporternukleinsäure je nach Wirksamkeit des Inhibitors methyliert, wenn der Inhibitor in der jeweils vorliegenden Konzentration keine oder nur eine geringe Wirkung hat, oder nicht oder weniger stark methyliert, wenn der Inhibitor in der jeweils vorliegenden Konzentration eine die Nukleinsäuremethylierung inhibierende Wirkung besitzt. Ferner wird die Expression des Reportergens und ggf. des Kontroll-Reportergens bestimmt, vorzugsweise durch Bestimmen der Fluoreszenzintensität auf der Wellenlänge des Genproduktes des Reportergens und ggf. des Kontroll-Reportergens. Durch Vergleichen der bestimmten Expression des Reportergens, wobei gegebenenfalls nur solche Zellen berücksichtigt werden, die das Kontroll-Reportergen exprimieren, mit der Expression des Reportergens bei einem vorgewählten Inhibierungsgrad kann die Inhibierungswirkung des zu untersuchenden Inhibitors auf die Nukleinsäure-Methylierungsreaktion auf einfache und reproduzierbare Weise bestimmt werden.
  • In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt 4 die Expression des Reportergens in Anwesenheit des zu untersuchenden Inhibitors vergleichen mit einer Expression des Reportergens in Anwesenheit einer vorgewählten Konzentration eines Standard-Methylierungsinhibitors, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 5'-Azacytidin und einem Peptid von bis zu 17 Aminosäuren Länge, enthaltend eine Aminosäure-Sequenz gemäß 7, wobei „x" phosphoryliertes Serin bedeutet, und besonders bevorzugt die Aminosäure-Sequenz EKIY(I oder M)SKI(V oder L)(V oder I)E, wobei die Buchstaben einzelne Aminosäuren gemäß IUPAC (http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/AminoAcid/) bezeichnen. Dabei bedeutet „Standard-Methylierungsinhibitor", dass dieser Nukleinsäure-Methylierungsinhibitor als Standard für mehrere Durchgänge des erfindungsgemäßen Verfahrens oder für mehrere zu untersuchende Inhibitoren verwendet wird. Besonders bevorzugt ist dabei ein Standard-Methylierungsinhibitor, bestehend aus einem bis zu 17 Aminosäuren langen Peptid umfassend die Aminosäuresequenz EKIYI Phosphoryliertes SKIVVE. Dieses Peptid hat sich als besonders guter Nukleinsäure-Methylierungsinhibitor erwiesen.
  • Soweit nichts anderes gesagt ist, ist jede Kombination von Merkmalen von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander und mit Merkmalen einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reporternukleinsäure und Ausführungsformen einer hier beschriebenen Kontroll-Nukleinsäure möglich.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele näher beschrieben, ohne dass die Beispiele den Schutzbereich der Ansprüche einschränken sollen.
  • Beispiel 1: Herstellung einer Reporternukleinsäure
  • Die Reporternukleinsäure sollte episomal in Plasmidform in eukaryontischen Zellen, insbesondere in humanen Zelllinien, replizierbar sein. Als Reportergen wurde ein Gen für Green Fluorescent Protein (enhanced green fluorescent Protein, eGFP, EMBL Accession Nummer: s. o.) gewählt.
  • Ein etwa 2 kb großer Kerngerüst-/Matrix-Anhaftungsbereich (S/MAR-Bereich; Jenke et al., Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 101 (2004), 11322-11327) wurde in einen peGFP-C1-Vektor (Clontech) stromabwärts vom eGFP-Gen kloniert. Der Vektor enthält zudem ein Gen für Neomycinphosphotransferase als in Pro- und Eukaryonten wirksames Antibiotikaresistenzgen (Kanamycin- und Neomycinresistenz), sowie als bakteriellen Replicationsstartbereich einen pUC-"origin of replication".
  • 1 zeigt eine Karte der Reporternukleinsäure.
  • Beispiel 2: Methylierung der Reporternukleinsäure
  • Die Reporternukleinsäure wurde mit einer Methyltransferase aus Spiroplasma sp. (M.Sssl, New England Biolabs) methyliert. Die Methyltransferase methyliert alle Cytosinreste in doppelsträngigen Cytosin-Guanin-Dinucleotiden. Die Methylierung wurde in vitro gemäß den Vorschriften des Herstellers ausgeführt.
  • Es wurden zur Methylierung eingesetzt: 10 µg Reporternukleinsäure, 1x Puffer (10 mM Tris-HCl, 50 mM NaCl, 10 mM MgCl2, 1 mM Dithiothreitol, pH 7.9 bei 25°C), 160 µM S-adenosylmethionin (Sigma), 20 U M.Sssl (NEB, 5 µl) in einem Gesamtvolumen von 50 µl. Der Ansatz wurde eine Stunde lang bei 37°C inkubiert. Die Methylierung wurde gestoppt durch 20 minütiges Erwärmen auf 65°C. Die methylierte Reporternukleinsäure wurde durch Säulenaufreinigung aufgereinigt.
  • Die Vollständigkeit der Methylierung der Reporternukleinsäure wurde überprüft durch Restriktionsverdau mit HpaII und anschließende Gelelektrophorese. Diese Restriktionsnuklease spaltet nur unmethylierte CCGG-Nukleinsäureabschnitte. Zur Kontrolle wurde die methylierte Reporternukleinsäure ebenfalls mit MspI, einem methylierungsinsensitiven Isoschizomer von HpaII, verdaut. Die Vollständigkeit der Methylierung konnte bestätigt werden. 2 zeigt ein Elektrophoresegel der mit HpaII verdauten Reporternukleinsäure.
  • Beispiel 3: Transfektion von HEK293-Zellen mit der methylierten Reporternukleinsäure
  • Die methylierte Reporternukleinsäure und ein unmodifiziertes, für rot fluoreszierendes Protein (red fluorecent Protein, EMBL Accession Nummer: s. o.) codierendes Plasmid (Kontroll-Nukleinsäure) wurden mit dem Transfektionsreagens FuGene-6 (Roche) in HEK293-Zellen transfiziert. Dazu wurden die HEK 293-Zellen zunächst in Dulbecco's Modified Eagle-Medium (DMEM), ergänzt um 5% fötales Rinderserum (FBS), 100 U/ml Penicillin/Streptomycin und 2 mM Glutamin in einem feuchten Inkubator bei 5% CO2 und 37°C inkubiert. Die Zellen befanden sich in der 25.–35. Passage. Am Tag vor der Transfektion wurden die Zellen in 6-Well-Platten ausgesäht. DNA (Reporternukleinsäure und Kontroll-Nukleinsäure) in einer Gesamtmenge von 1 µg pro Well wurden mit 4 µl des Transfektionsreagens entsprechend den Herstellerempfehlungen gemischt und nach 20 minütiger Inkubation tropfenweise auf die Zellen gegeben.
  • Die transfizierten Zellen wurden auf rote und grüne Fluoreszenz mit einem Carl Zeiss LSM501 Meta-Mikroskop untersucht. Grüne und rote Fluoreszenz wurden gegeneinander aufgetragen. Als Grenze für eine nachgewiesene Fluoreszenz wurde jeweils der höchste Fluoreszenzwert nicht-transfizierter Zellen verwendet.
  • Beispiel 4: Methylierung der Reporternukleinsäure führt zu erheblicher Transkriptions-Repression des Reportergens
  • Es wurden wie in Beispiel 3 beschrieben Hek293-Zellen mit methylierter und nicht methylierter Reporternukleinsäure und gleichzeitig mit Kontroll-Nukleinsäure transfiziert. 3 zeigt die Transfektionsergebnisse.
  • Bei Transfektion mit unmethylierter Reporternukleinsäure waren Zellen, die sowohl rot als auch grün fluoreszierten, am fünften Tag nach der Transfektion gleichmäßig in der Zellkultur verteilt (3A). Die Fluoreszenzverteilung (3C) zeigt, dass die Fluoreszenz der Zellkultur verteilt ist auf Zellen mit grüner Fluoreszenz (Bereich 1), roter Fluoreszenz (Bereich 2) und gleichzeitig grüner und roter Fluoreszenz (Bereich 3). Die Anzahl (3E) der grün bzw. rot fluoreszierenden Zellen ist dabei in etwa gleich; dies deutet auf eine etwa gleich starke Expression der Fluoreszenz-Reportergene der Reporternukleinsäure und der Kontroll-Nukleinsäure hin.
  • Bei Transfektion mit methylierter Reporternukleinsäure wurden keine grün fluoreszierenden Zellen am fünften Tag nach der Transfektion beobachtet, lediglich rot fluoreszierende Zellen wurden nachgewiesen (3B). Dementsprechend zeigt die Fluoreszenzverteilung (3D) eine klare Häufung im Bereich der nur rot fluoreszierenden Zellen (Bereich 2). Die Anzahl der sowohl grün als auch rot fluoreszierenden Zellen (3F) ist im Vergleich zur Anzahl der nur rot fluoreszierenden Zellen vernachlässigbar.
  • Die Ergebnisse zeigen, dass die Transfektion gelungen ist (da rote Fluoreszenz nachgewiesen werden konnte), und dass eine Methylierung der Reporternukleinsäure zu einem fast vollständigen Verlust der Expression des Reportergens eGFP führt (da in diesem Fall keine grüne Fluoreszenz nachgewiesen werden konnte).
  • Beispiel 5: Inhibierung der endogenen DNA-Methylierung führt zum Rückgewinn der Expression des Reportergens methylierter Reporternukleinsäuren
  • Hek293-Zellen wurden wie in Beispiel 3 beschrieben mit methylierter Reporternukleinsäure und unmethylierter Kontroll-Nukleinsäure transfiziert. Am Tag der Transformation wurden die Zellen entweder mit dem demethylierenden Reagens 5'-Azacytidin (Sigma) oder zur Kontrolle mit Puffer behandelt. Dieser Zeitpunkt wurde als "Zeitpunkt 0 h" allen Expressionsuntersuchungen zugrunde gelegt. Das Reagens wurde 7 Tage lang täglich frisch in einer Endkonzentration von 2 µM zugegeben, während im Kontrollversuch lediglich Puffer und Lösungsmittel des Reagens zugegeben wurden. Die Versuche wurden zweimal wiederholt.
  • 4 zeigt die Entwicklung der Expression des Reportergens der Reporternukleinsäure und demethylierenden und unter nicht-demethylierunden Kultivierungsbedingungen. Bereits am zweiten Tag konnte ein Anstieg der grünen Fluoreszenz und damit ein Anstieg in der Expression des Reportergens der Reporternukleinsäure nachgewiesen werden (4C). Der Anstieg der Reportergenexpression wurde fortdauernd bis zum 7. Tag des Versuchs beobachtet, dann wurden die Versuche abgebrochen. Nach 7 tägiger Kultivierung unter demethylierenden Bedingungen wurde etwa 75% der Expression des Reportergens beobachtet, wie sie bei Verwendung nicht-methylierter Reporternukleinsäure erreicht wird (maximal erreichbare Expression). Unter nicht-demethylierenden Kultivierungsbedingungen betrug die Expression des Reportergens der methylierten Reporternukleinsäure jedoch lediglich 5% der maximal erreichbaren Expression.
  • 5 zeigt die Expression des Reportergens der Reporternukleinsäure und der Kontroll-Nukleinsäure. HEK293-Zellen, die unter nicht-demethylierenden Bedingungen kultiviert worden waren, zeigten praktisch keine Expression des Reportergens eGFP (5A), in Übereinstimmung mit den Befunden aus Beispiel 4. Dagegen zeigten HEK293-Zellen, die unter demethylierenden Bedingungen kultiviert worden waren, eine starke Expression des Reportergens der Reporternukleinsäure (5B).
  • Beispiel 6: Hochdurchsatz-Ansatz zum Finden von Nukleinsäure-Methylierungsinhibitoren
  • HEK293-Zellen wurden wie in Beispiel 3 beschrieben mit methylierter Reporternukleinsäure und mit nicht-methylierter Kontroll-Nukleinsäure transfiziert und nach dem Transfizieren in 96-Well-Mikrotiterplatten verteilt. Die Zellkulturen wurden mit einem Satire XFLUOR4(Tecan)-Fluorimeter auf grüne und rote Fluoreszenz hin vermessen. Die Zellkulturen wurden wie in Beispiel 5 beschrieben 5'-Azacytidin (Sigma) zum Herstellen demethylierender Kultivierungsbedingungen behandelt. 7 zeigt schematisch den Ablauf des Ansatzes.
  • Unter demethylierenden Bedingungen wurde fünf Tage nach der Transfektion eine Expression des Reportergens eGFP ermittelt, die 120 fach stärker war als die unter nicht-demethylierenden Bedingungen erzielte. Die Expression des Reportergens der Kontroll-Nukleinsäure war unter demethylierenden Kultivierungsbedingungen etwa 4 Mal stärker als unter nicht-demethylierenden Bedingungen. Dies deutet auf eine geringe unspezifische Transkriptionsaktivierung durch 5'-Azacytidin hin. Der Anstieg der Expression des Reportergens der Reporternukleinsäure ist jedoch hierdurch nicht erklärbar, sondern ist das Ergebnis der Demethylierung der Reporternukleinsäure.
  • Der Ansatz wurde wiederholt, wobei statt des demethylierenden Reagens 5'-Azacytidin ein Peptid mit der Aminosäuresequenz EKIYISKIVVE mit phosphoryliertem Serinrest verwendet wurde. Auch hier konnte eine nach 5 Tagen deutlich stärkere eGFP-Expression unter demethylierenden Kultivierungsbedingungen im Vergleich zu nicht-demethylierenden Kultivierungsbedingungen nachgewiesen werden.
  • Es folgt ein Sequenzprotokoll nach WIPO St. 25. Dieses kann von der amtlichen Veröffentlichungsplattform des DPMA heruntergeladen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/AminoAcid/ [0017]
    • - S/MAR-Bereich; Jenke et al., Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 101 (2004), 11322-11327 [0021]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Bestimmen der Inhibierungswirkung eines Inhibitors auf eine eukaryontische Nukleinsäure-Methylierungsreaktion, umfassend die Schritte: 1. Bereitstellen eines Methylierungsansatzes enthaltend (a) die für die Durchführung der Nukleinsäure-Methylierungsreaktion benötigten Komponenten, (b) eine Reporternukleinsäure mit vorgewähltem Methylierungsgrad, wobei die Reporternukleinsäure – einen Abschnitt für eine episomale Replikation der Reporternukleinsäure und – ein in Abhängigkeit vom Methylierungsgrad der Reporternukleinsäure exprimiertes Reportergen umfasst, und (c) den zu untersuchenden Inhibitor; 2. Durchführen der Methylierungsreaktion im Methylierungsansatz; 3. Bestimmen der Expression des Reportergens in Anwesenheit des zu untersuchenden Inhibitors; und 4. Vergleichen der in Schritt 3 bestimmten Expression des Reportergens mit der Expression des Reportergens bei einem vorgewählten Inhibierungsgrad zum Bestimmen der Inhibierungswirkung des zu untersuchenden Inhibitors auf die Nukleinsäure-Methylierungsreaktion.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Expression des Reportergens von einem Regulationselement kontrolliert wird, das die Expression des Reportergens im methylierten Zustand der Reporternukleinsäure unterdrückt und im demethylierten Zustand ermöglicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Methylierungsreaktion in einer Zelllinie durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reporternukleinsäure unabhängig von viralen trans-komplementierenden Proteinen in der Zelllinie replizierbar ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reporternukleinsäure im methylierten Zustand in die Zelllinie transfiziert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Methylierungsansatz ferner eine Kontrollnukleinsäure umfasst, die ein unabhängig vom Methylierungsgrad der Kontrollnukleinsäure exprimierbares Kontroll-Reportergen umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reportergen und/oder das Kontroll-Reportergen ein Gen für ein fluoreszierendes Protein ist.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3 in einem Hochdurchsatz-Ansatz durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt 4 die Expression des Reportergens in Anwesenheit des zu untersuchenden Inhibitors vergleichen wird mit einer Expression des Reportergens in Anwesenheit einer vorgewählten Konzentration eines Standard-Methylierungsinhibitor, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 5'- Azacytidin und einem Peptid von bis zu 17 Aminosäuren Länge, enthaltend die Aminosäure-Sequenz EKIY(I oder M)SKI(V oder L)(V oder I)E.
  10. Reporterplasmid, umfassend 1. einen bakteriellen Replikationsstartbereich (origin of replication), 2. ein Reportergen für grünes fluoreszierendes Protein (GFP) oder verbessertes GFP (eGFP) unter Kontrolle eines in eukaryontischen Zellen wirksamen Promotors, 3. einen Kerngerüst-/Matrix-Anhaftungsbereich (S/MAR) stromabwärts vom Promotor, und optional 4. ein in prokaryotischen und/oder eukaryontischen Zellen wirksames Antibiotika-Resistenzgen.
  11. Verwendung eines Reporterplasmids nach Anspruch 10 als Reporternukleinsäure zum Durchführen eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Arzneimittels zum Behandeln aberranter DNA-Methylierung, umfassend a) das Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Bereitstellen eines oder mehrerer DNA-Methylierungs-Inhibitoren, b) das Auswählen eines in Schritt a) bereitgestellten DNA-Methylierungs-Inhibitors, und c) das Mischen des in Schritt b) ausgewählten DNA-Methylierungs-Inhibitors in einer pharmazeutisch wirksamen Menge.
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