DE10234524A1 - Nukleinsäurearray - Google Patents

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DE10234524A1
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Olaf Kiesslich
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    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/158Expression markers

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Array, bestehend aus Oligo- oder Polynukleotidsonden, die immobilisiert auf einen festen Träger aufgebracht sind. Das Array ist dadurch charakterisiert, dass auf der Oberfläche Sequenzen einer Auswahl oder aller der in den Tabellen 1-6 genannten selektiven Monozyten-Makrophagen-Gene gebunden sind. Das Array ermöglicht die Diagnose der rheumatoiden Arthritis und anderer chronisch entzündlicher Erkrankungen, eine begleitende Analyse der Behandlungseffektivität und die Überwachung von Nebenwirkungen bei der anti-Tumornekrosfaktor(TNF)-Therapie und somit die Auswahl der für den jeweiligen Patienten mit rheumatoider Arthritis am wirkungsvollsten Therapie. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Nukleinsäure-Array zur Prognose und zur Entwicklung neuer anti-TNF gerichteter Pharmaka oder solcher Pharmaka, die in dessen Regelkreis eingreifen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Array bestehend aus Oligo- oder Polynukleotidsonden, die immobilisiert auf einen festen Träger aufgebracht sind. Das Array ist dadurch charakterisiert, dass auf der Oberfläche Sequenzen einer Auswahl oder aller der in den Tabellen 1-6 genannten selektiven Monozyten-Makrophagen-Gene gebunden sind. Dieser Nukleinsäure-Array ermöglicht die Diagnose der rheumatoiden Arthritis, eine begleitende Analyse der Behandlungseffektivität und die Überwachung von Nebenwirkungen bei der anti-Tumornekrosefaktor-(TNF)-Therapie und somit die Auswahl der für den jeweiligen Patienten mit rheumatoider Arthritis am wirkungsvollsten Therapie. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Nukleinsäure-Array zur Prognose und zur Entwicklung neuer anti-TNF gerichteter Pharmaka oder solcher Pharmaka, die in dessen Regelkreis eingreifen.
  • Die Zellen des Monozyten / Makrophagen-Systems sind an der Aktivierung und Aufrechterhaltung von Entzündungskaskaden im Blut und im Gewebe z . B . im Rahmen der rheumatoiden Arthritis und bei anderen chronisch entzündlichen Erkrankungen, aber auch bei autoaggressiven Erkrankungen wesentlich beteiligt. Bei diesen Erkrankungen sind Monazyten und Makrophagen hoch aktiviert, zeigen Veränderungen im Besatz ihrer Oberflächen-Moleküle, treten mit anderen Zellen in Kontakt und sezernieren bestimmte Botenstoffe wie u. a. TNF-alpha, die dafür sorgen, den Entzündungsvorgang zu unterhalten. TNF-alpha ist ein von Monozyten / Makrophagen, Lymphozyten und Mastzellen gebildetes Zytokin mit Einfluss auf Entzündung, Sepsis, Lipid- und Proteinstoffwechsel, Blutbildung, Angiogenese, Wund heilung und Immunabwehr, das aber auch zytolytische bzw. zytostatische Wirkung auf Tumorzellen hat.
  • Bei entzündlichen Erkrankungen zeigen Monozyten Makrophagen ein charakteristisches, pathologisch verändertes Genexpressionsmuster mit deutlichen Abweichungen im Vergleich zu gesunden Probanden. Mit dem Fachmann bekannten bioinformatischen Methoden wie z. B. der Signifikanz- und Clusteranalyse lassen sich u. a. Gene mit ähnlichem Verhalten und hoch- oder niederregulierte Gene aus den Hybridisierungsmustern eines Nukleinsäurearrays bestimmen.
  • Die zunehmende Verfügbarkeit der Hochdurchsatz-Verfahren in Form von Nukleinsäurearrays, die exponentiell anwachsenden Informationen zum humanen Genom und der Genexpression, sowie die globale Vernetzung von Datenbanken mit strukturierten biomedizinischen Informationen wird die Betrachtungsweise chronisch entzündlicher und entzündlich-rheumatischer Krankheitsbilder grundlegend verändern. Aus dem verbesserten Verständnis der molekularen Grundlagen der zell-, gewebs- und krankheitsspezifischen Genexpression lassen sich die molekularen Abläufe definieren und tragen dazu bei, eine frühere Diagnose und verbesserte Prognose zu erlauben. Zum anderen gewährleisten Mikroarray-Technologien effektivere Therapieformen für die rheumatoide Arthritis und für andere chronisch entzündliche Erkrankungen zu entwickeln und ermöglichen ein schnelles Screeningsystem. Ferner erlauben diese multiplen Verfahren die Entwicklung von pharmazeutischen und biologisch wirksamen Medikamenten (Biologicals) zu beschleunigen und die Testphasen der Medikamentenwirkung, wie auch die Beurteilung der Medikamenten Nebenwirkungen schneller beurteilen zu können. Aus diesem Grund stellt dieses Verfahren einen volkswirtschaftlichen und wirtschaftlichen Gewinn dar.
  • Die Mikroarray Technologie stellt eine Miniaturisierung analytischer Verfahren auf der Basis der DNA- bzw. RNA-Hybridisierung im Hochdurchsatz-Verfahren dar. Gleichzeitig können dadurch viele tausend verschiedene DNA/DNA-(DNA/RNA-) Wechselwirkungen innerhalb eines Testansatzes analysiert werden. mRNA-Expressionsprofile werden mittels DNA-Arrays durch die Hybridisierung von markierten cRNA oder cDNA-Proben bestimmt. Diese Technologien erfordern ein hohes Maß an Automatisierung und Standardisierung mit Aufbau und Nutzung entsprechender Proben- und Datenbanken (Sequenzinformationen, Oligonukleotide). Die derzeit verwendeten DNA-Arrays unterscheiden sich im Trägermaterial (Nylonmembranen, Glasoberflächen, Edelmetall bedampfte Glasoberflächen, Kunststoffe), der Länge bzw. der Herstellung der an den Träger immobilisierten DNA-Sequenzen und der Markierungstechnik für eine zu bindende Probe. In Analogie zu den Methoden der DNA-Hybridisierung beim Southern-/Dot-Blot können DNA-Sequenzen auf einem Filter punktförmig und in systematischer Reihenfolge mit einem Druckkopf durch Spotting, durch Piezo-Druckverfahren (Tintenstrahltechnologie) oder durch Photolithographie (chemische Direktsynthese auf dem Trägermaterial) fixiert werden. Die DNA kann dabei eine cDNA, ein PCR-Produkt oder ein synthetisch hergestelltes Oligonukleotid sein. Jede dieser aufgetragenen Sequenzen ist damit einem spezifischen Ort in einer bekannten Anordnung zugeteilt. Aus einer klinischen oder aber pharmazeutisch zu untersuchenden Probe kann RNA aufgereinigt werden und nach Umschreibung durch reverse Transkription mit den auf dem Array befindlichen komplementären Nukleinsäurensträngen die in einer hohen genomweiten Anzahl oder aber einer bereits vorselektionierten Anzahl aufgebracht sind hybridisiert werden. Die Markierung der Probe erfolgt dabei mittels eingebauter radioaktiver Nukleotide, über Biotin-Streptavidin Wechselwirkungen, Digoxigenin-Enzym Verstärkungen oder aber über direkte oder indirekte eingebaute Fluoreszenzfarbstoffe. Das Auslesen der Information erfolgt über die Intensität der Radioaktivität oder der Fluoreszenz an einem spezifischen Ort des Trägermaterials und lässt somit Rückschlüsse zu, welche relative Menge an spezifisch gebundener DNA- bzw. RNA-Sequenz in der markierten Probe vorhanden war.
  • Das An- und Abschalten von Genen ist Grundlage aller biologischen Prozesse und außerdem eine extrem sensitive Antwort auf veränderte äußere Bedingungen. Mit der Extraktion von RNA aus einer biologischen Probe, dem Einwirken von markierter cDNA oder RNA auf einen Nukleinsäure-Array (Hybridisierung) und dessen Analyse ist innerhalb kürzester Zeit eine große Fülle von Informationen über den Zustand der Zellen in der biologischen Probe unter veränderten Bedingungen möglich. Die auf der Hybridisierung von Nukleinsäuren beruhende Technologie hat den Vorteil einer extrem hohen Spezifität, Sensitivität und relativ leichten, schnellen Durchführbarkeit.
  • Geschieht das An- oder Abschalten von Genen in Monozyten/Makrophagen in nicht physiologischer Weise, so kann es die Ursache von entzündlichen Erkrankungen oder ein messbares Zeichen für diese sein. Die Therapie mit anti-TNF wirksamen Medikamenten sollte im Idealfall die pathologisch veränderte Genexpression in den betroffenen Zellen auf das Niveau von gesunden Patienten normalisieren.
  • Durch Untersuchung der Genexpressionsprofile ist zu erwarten, dass eine neue molekulare Charakterisierung der rheumatoiden Arthritis und anderer chronisch entzündlicher Erkrankungen möglich wird und damit eine Einteilung in Subgruppen nach pathophysiologischen Besonderheiten erfolgt. Bei den entzündungshemmenden anti-TNF Therapien stehen somit prognostische Vorhersagen in Aussicht über die Agressivität im weiteren Verlauf. Dies würde bereits frühzeitig Einfluß auf die Wahl und Intensität der medikamentösen Therapie mit den bisher bekannten bei chronischen Entzündungen verwendeten Medikamenten, aber auch mit biologisch wirksamen TNF-Blockern ausüben. Zum anderen ergeben sich hieraus weitere Ansatzpunkte, um die Therapieform im Hinblick auf die potentiellen Nebenwirkungen durch Einflussnahme dieser Medikamente zu gestalten und die Auswirkung der Nebenwirkungen rechtzeitig abzuschätzen.
  • Durch anti-TNF gerichtete Therapien bei der rheumatoiden Arthritis und anderen chronisch entzündlichen oder autoaggressiven Erkrankungen wird zum einen eine potentielle Entstehung neoplastischer Veränderungen bis hin zur Tumorbildung diskutiert, zum anderen vermindert die anti-TNF Therapie die Immunabwehr, sodass bei den behandelten Patienten vermehrt Infektionen auftreten, u. a. Tuberkulose.
  • Mit Hilfe von Nukleinsäure-Array-Systemen kann die Expression tumorrelevanter Gene im Verlauf der anti-TNF Behandlung überprüft und somit frühzeitig Hinweise auf mögliche neoplastische Veränderungen geben, so dass einer beginnenden Tumorentwicklung rechtzeitig entgegengesteuert und die anti-TNF Therapie entsprechend angepasst oder falls nötig abgebrochen werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel zur Überwachung der Wirksamkeit sowie von Nebenwirkungen der anti-TNF Therapie zu schaffen, aber auch die Feindiagnostik einer entzündlichen Erkrankung und damit die Auswahl der für den jeweiligen Patienten effektivsten Therapieform zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Wirksamkeit und Nebenwirkungen neuer anti-TNF gerichteter Pharmaka im Rahmen von klinischen Studien zu verfolgen. Erfindungsgemäß wird ein neuer Array geschaffen bestehend aus Oligo- oder Polynukleotidsonden, die immobilisiert auf einem festen Träger aufgebracht sind. Verglichen mit bisher bekannten genomweiten DNA-Chips ist der Vorteil der Erfindung eine Kostenersparnis bei der Herstellung des Nukleinsäurearrays, weil es überwiegend nur Gene enthält, die zur Lösung der Aufgabe der Erfindung interessant sind, was den Aufwand der Datenauswertung minimiert und damit verbilligt.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Nukleinsäure-Array gelöst, auf dessen Oberfläche Sequenzen einer Auswahl oder aller der in den Tabellen 1 bis 6 genannten selektiven Monozyten-Makrophagen-Gene aufgebracht sind. Anhand des Gen- oder Sequenznamens oder der Accession-Nummer kann die Sequenz aus öffentlich zugänglichen Datenbanken, vorzugsweise GeneBank oder EMBL, ermittelt werden. Die Sequenzen der aus dem Array befindlichen Nukleinsäuren können aus Genen bestehen, deren Expressionsniveau durch eine anti-TNF wirksame Therapie verändert wird.
  • Gegebenenfalls können auf dem erfindungsgemäßen Nukleinsäure-Array weitere Gene vorhanden sein, vorteilhaft sol che, von denen bekannt ist, dass sie in jeder Zelle exprimiert werden und zur Grundausstattung der Zelle gehören. Die Gene, die für diese Nukleinsäuren codieren, werden üblicherweise als Haushalts- oder Housekeeping-Gene bezeichnet und werden zur Normierung der erhaltenen Signale verwendet. Das Array kann die genannten Sequenzen in Form von DNA, komplementärer RNA oder chemisch modifizierten Nukleinsäuren, vorzugsweise PNA (protein nucleic acid) enthalten.
  • Bei den Genen oder Gensequenzen kann es sich um krankheits- und nebenwirkungsrelevante selektionierte Gene der rheumatoiden Arthritis oder anderer chronisch entzündlicher Erkrankungen handeln, vorzugsweise aus dem Monozyten/Makrophagen-Zellsystem. Gegebenenfalls können auf den Oberfläche des Arrays auch Allele, Derivate und/oder Splicingvarianten der Gen- oder Genteilsequenzen oder Oligomersequenzen vorliegen. Die Übereinstimmung der Sequenzen auf dem Array mit den entsprechenden Sequenzen in Tabelle 1-6 soll dabei mindestens 80 % in den Proteinkodierenden Abschnitten der mRNA betragen.
  • Der Träger, auf den die Nukleinsäuren aufgetragen werden, kann jeder Träger sein, der normalerweise für RNA- oder DNA Arrays verwendet wird. Die Verfahren zum Auftragen und Immobilisieren der Nukleinsäuren sind Stand der Technik und dem Fachmann bekannt. Zur Kopplung der genannten Sequenzen kann der Träger mit reaktiven Gruppen, Metallverbindungen oder Legierungen beschichtet sein. Die Gene oder Gensequenzen können bespielsweise durch Spottingverfahren, Immobilisierungsverfahren oder durch in-sito Syntheseverfahren von Oligomeren oder spiegelbildlich in Form von RNA aufgebracht werden.
  • Das erfindungsgemäße Array kann beispielsweise zur Messung der Monozyten/Makrophagen Aktivierung oder der Entzündungsaktivität im Blut oder Zellgewebe bei entzündlichen Erkrankungen, vorzugsweise der rheumatoiden Arthritis verwendet werden. Das Array kann z. B. zur Früherkennung der genannten Erkrankungen bei genetisch vorbelasteten Patienten verwendet werden, noch bevor sich klinische Symptome manifestieren. Ein weiterer Einsatzbereich ist die Feindiagnostik, vorzugsweise die Einteilung von Patienten in Subgruppen, die jeweils eine unterschiedliche Therapie und unterschiedliche Medikamente benötigen. Das Array kann ferner zur Therapieüberwachung, zur Verfolgung von Nebenwirkungen, zur Erstellung einer Prognose und zur Indentifizierung neuer pharmazeutischer Targets bei den genannten Erkrankungen verwendet werden.
  • Dazu werden den zu untersuchenden Patienten Blut oder Gewebeproben entnommen, aus denen RNA mit bekannten Standardtechniken isoliert und gegebenenfalls als Gesamt-RNA oder Poly A+-RNA weiterverwendet wird. Mit reverser Transkriptase kann die RNA in cDNA umgeschrieben und dabei mit einer Markierung versehen werden, z. b. einem Fluoreszenzfarbstoff, einem radioaktiven Nuklid oder einem Enzym wie alkalische Phosphatase. Daneben kann die RNA direkt markiert oder unmarkiert zur Hybridisierung des Nukleinsäure-Arrays eingesetzt werden. Nach Hybridisierung des Arrays mit den Nukleinsäureproben und nachfolgenden Waschschritten kann die Bindung der Probe an die auf dem Array befindlichen Sequenzen mit jedem geeigneten Verfahren analysiert werden. Im Falle einer Fluoreszenzmarkierung sind dies optische Verfahren, bei radioaktiv markieren Proben käme eine Autoradiographie zur Anwendung und bei einer Enzymmarkierung entzymatische Nachweisverfahren, z. B. die Umsetzung eines farblosen Substrates zu einem farbigen Produkt.
  • Ein inverser Nachweis von festphasengebundener Total- oder mRNA mit den Sequenzen aus Tabelle 1-6 ist ebenfalls möglich. Dazu werden auf den RNA-Mikroarrays Blut- oder gewebsspezifische RNA-Moleküle von bis zu 500 Patienten gebunden. Der qualitative / quantitative Nachweis der Transkriptmenge relevanter Gene erfolgt dann mit den in Tabelle 1-6 beschriebenen selektionierten Genen, Genabschnitten oder Oligomeren. Die RNA-Proben werden auf Kopplungsträger gespottet und setzen sich aus Total-RNA oder messenger-RNA zusammen. Die RNA dient dabei als Target für die aus DNR-Mikroarrays abgeleiteten hoch signifikant exprimierten Gene nach Tabelle 1-6, die als markierte Sonden zur Hybridisierung eingesetzt werden. Vorgeschlagen wird das Koppeln biotinylierter RNA oder messenger-RNA auf Streptavidin beschichteten Glasträgern (Slides). Nach Markierung der RNA mit Biotinderivaten, wird die RNA auf Poly-L-Lysin behandelten vorzugsweise aber auf mit Streptavidin beschichteten Glas- oder Plastikslides durch Spotting aufgebracht und getrocknet. Eine Degradation der RNA wird so verhindert. Alternativ bietet sich eine kovalente Kopplung der RNA durch Bindung an reaktive Trägermaterialien an, die vorzugsweise durch UV-Bestrahlung katalysiert wird. Zusätzlich ist eine multiple, gleichzeitige Markierung verschiedener Gene, Geneinheiten oder Oligomere mit verschiedenen Markierungs-Spezies, z.B. Radioaktivität, Fluoreszein, Digoxigenin und enzymatischen Markierungen vorteilhaft.
  • Parallel unterschiedliche Markierungen der Sonden mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen sind möglich. Alternativ sind enzymatische oder aber radioaktive Sonden markierungen zu nennen. Zur Quantifizierung und Qualitätskontrolle werden markierte Haushaltsgene (alpha-, beta, gamma-Aktin, GAPDH usw.) eingesetzt. Bevorzugt wird der Nachweis hier parallel und gleichzeitig mit maximal 50 Gensonden pro Ansatz gleichzeitig durchgeführt.
  • Neben der Vereinfachung der biometrischen Analyse durch Kopplung von RNA Spezies an Trägermaterialien erlaubt dieses System eine schnelle Diagnostik und bietet eine komplexe für den Patienten individuell schnelle Diagnostik, Prognostik und Therapiesteuerung. Insbesondere bei pharmakologischen Entwicklungsstrategien erlaubt das System eine schnelle Durchführung mit hohem Durchsatz.
  • Die folgenden Beispiele und Abbildungen dienen nur zur Erläuterung und beschränken in keiner Weise den Umfang der Erfindung.
  • 1. Isolierung von Monozyten
  • Im hier angewandten Verfahren wurde die Auswahl selektiver hochreiner Monozyten des peripheren Blutes benutzt, um eine Aussage Z.) zur Krankheitsspezifität, 2.) der Anwendung des Therapeutikums anti-TNF-alpha, als "Biological", 3.) im Vergleich zum Gesunden Probanden, als auch 4.) zur Bewertung von anti-TNF-alpha relevanten gendiagnostischen Möglichkeiten, zu ermöglichen. Dabei wurden die peripheren Blut-Leukozyten aus peripherem Blut durch eine Fikollgradienten-Dichtezentrifugation angereichert. Diese Fraktion, die individuell unterschiedliche Zusammensetzung aus Monozyten (5-12%), CD4+ T-Zellen (85-92 %), CD8+ T-Zellen (5-10%), NK-Zellen (2-5%), basophilen und neutrophilen Granulozyten aufweist, wurde zur Gewinnung spezifischer Monozytenfraktionen weiteren Reinigungsschritten unterzogen. Hierbei kamen sowohl Negativ selektionen, bei denen sämtliche andere Zellfraktionen über magnetische Beads-Antikörper Wechselwirkungen entfernt werden, als auch Positivselektionen durch CD14+ Markierung über magnetische Beads oder aber FACS Zellsortierungsverfahren zum Einsatz. Bei beiden Verfahren ergaben sich Monozyten-Zellreinheiten von ca. 96 %.
  • 2. RNA-Gewinnung
  • Die reinen Monozytenfraktionen wurden in RNA-Lysepuffer aufgenommen und die RNA dann über einen kommerziell erhältlichen RNA Reinigungskit (Qiagen) gereinigt. Die RNA wurde über etablierte cDNA Umschreibemethoden durch reverse Transkription in cDNA umgeschrieben und dann einem weiteren linearen Amplifikationsschritt durch das angewandte "Eberwine Protokoll" zur Herstellung von aRNA (amplifizierte RNA) unterzogen. Die Quantität und Qualität der RNA, cDNA, und aRNA wurde jeweils durch Gelelektrophorese, photometrische Bestimmung und über Messungen mit dem Bioanalyzer 2100 (Fa. Agilent) verifiziert.
  • 3. Affymetrix Chip Hybridisierung
  • Für Expressionsanalysen werden im System der Firma Affymetrix spezifische direkt aus Datenbanksequenzen abgeleitete Oligonukleotide als DNA-Proben verwendet. Diese werden auf dem Array mit Targets aus fluoreszenz-markierten revers transkribierten Proben in Form von cDNA oder mit linear amplifizierten Proben in Form von aRNA hybridisiert.
  • Die Hybridisierung des genomweiten Affymetrix-Arrays (U-133A) und weitere Bearbeitung erfolgt maschinell unter Standardbedingungen nach Angaben des Herstellers Affymetrix in einem speziellen Hybridisierungs- und Waschgerätgerät mit den speziellen Puffern. Genexpressionsmuster werden nach Hybridisierung über das Verhältnis der Fluoreszenzintensitäten bei einer bestimmten Wellenlänge erstellt. Solche Hochdurchsatz-Expressionsanalysen erlauben Vergleiche der Expressionsmengen von Genen gleichzeitig in gesundem und krankem Personen oder Vergleiche der Genexpression vor und nach Arzneimittelzugabe zur Risikoabschätzung (Pharma-/Toxikogenomik), zur Feindiagnostik und Abschätzung der Komplexität von Erkrankungen.
  • 4. Datenauswertung
  • Zum Einsatz kamen dabei aRNA Proben aus peripheren Blut-Monozyten 1.) gesunder Blutspender, 2.) chronisch aktiver Patienten mit rheumatoider Arthritis vor Behandlung und 3.) nach Behandlung mit TNF-alpha Antikörpern. Der Behandlungserfolg wurde über laborklinisch eindeutige Parameter und nach den klinisch anzuwendenden Kriterien der internationalen gültigen Parameteruntersuchungen (ACR-Kriterien) abgeschätzt. Ziel und Zweck dieser Dreigruppenuntersuchung war es, charakteristische Genexpressionen in folgenden Gruppendefinitionen festzustellen:
    • 1.) Eine genregulatorische Krankheitsspezifität bei der aktiven unbehandelten rheumatoiden Arthritis, im Vergleich zur Genexpression gesunder Probanden.
    • 2.) Eine genregulatorisch spezifische Interpretation der anti-TNF-alpha-Behandlung zu charakterisieren und eine Bewertung der Behandlung im Vergleich zur Genexpression der aktiven unbehandelten Krankheit und im Vergleich zur Genexpression der gesunden Probanden durchzuführen,
    • 3.) Die Bewertung von Nebenwirkungen durch das Medikament="Biological" anti-TNF zu gewährleisten. Hierbei wurde die spezifische Genexpression der anti-TNF-alpha behandelten Patienten mit rheumatoider Arthritis mit der Genexpression der unbehandelten selben Patienten, und der von gesunden Blutspender verglichen.
  • Die Bearbeitung und Messung der einzelnen Genexpressionen innerhalb des genomweiten humanen Affymetrix-Arrays (U-133A) erfolgte innerhalb des zugehörigen Affymetrix Hybridisierungs-/ Wasch- und Auslesegerät – System. Die Auswertung vollzieht sich in 4 Schritten:
    • 1. Bestimmung der bei der Expressionsanalyse detektierten signifikanten Gene, z. B. durch die „Fold-Change Method" oder SAM („Significance Analysis of Microarrays").
    • 2. Separation der signifikanten Gene in verschiedene Sub-Populationen auf der Grundlage der Untersuchung der Expressionseigenschaften dieser Gene mittels Cluster-Analyse mit Verfahren wie „Hierarchical Clustering", „Self-Organizing Maps" oder „k-Means-Clustering".
    • 3. Auswertung des Verhaltens der signifikanten Gene innerhalb der Cluster unter Einbeziehung der klinischen Informationen (rheumatoide Arthritis (RA), anti-TNF-Therapie) und nach den Erfahrungswerten von Spezialisten.
    • 4. Zuordnung der beteiligten Gene nach biologischen Pathways.
  • Allgemeines Verhalten der signifikanten Gene innerhalb der Cluster:
    Figure 00140001
    schematische Darstellung der Clusteranalyse 1:
  • Das Genexpressionsverhalten eines gesunden Normalspenders (NS) sowie und eines aktiven Patienten mit rheumatoider Arthritis (RA) vor und nach einer anti-TNF-alpha Therapie wurden mittels Clusteranalyse verglichen. Die Ergebnisse sind in den 1 und 2 dargestellt.
  • Figure 00150001
    Clusteranalyse anhand realer Daten.
  • 2:
  • Dargestellt sind die Genexpressionen der Clusteranalyse (n=6 Cluster). Die Anzahl der beteiligten Gene ist in Klammern wiedergegeben. Als Ergebnis der Clusteranalyse erhält man zusätzlich zum durchschnittlichen Genexpressions-Verhalten aller in einem Cluster befindlichen Gene ein Vertrauensintervall.
  • Die Cluster weisen dabei folgende Charakteristiken auf:
  • CLUSTER-1: Die krankheitsspezische Genexpression ist kleiner im Vergleich zum Gesunden, die anti-TNF-Behandlung ist hier ohne genregulatorische Wirkung.
  • CLUSTER-2: Nebenwirkungen: Dargestellt durch die Medikamentenwirkung der Anti-TNF-alpha Behandlung besteht eine verminderte Expression der zugehörigen Gene beim behandelten Patienten.
  • CLUSTER-3: Die krankeitsspezifische Genexpression größer im Vergleich zum Gesunden. Die anti-TNFalpha Behandlung zeigt einen positiven Effekt.
  • CLUSTER-4: Die krankheitsspezifische Genexpression ist kleiner im Vergleich zum Gesunden. Die anti-TNF-Behandlung zeigt einen positiven Effekt.
  • CLUSTER-5: Nebenwirkungen: Dargestellt durch die Medikamentenwirkung der anti-TNF-alpha Behandlung besteht eine erhöhte Expression der zugehörigen Gene beim behandelten Patienten.
  • CLUSTER-6: Die krankheitsspezische Genexpression ist größer im Vergleich zum Gesunden. Die anti-TNFalpha Behandlung ist hier ohne genregulatorische Wirkung.
  • In den Tabellen 1-6 sind die in den oben beschrieben Clustern enthaltenen Gene zusammen mit der Affymetrix Bezeichnung (links) und ihrer definierten GeneBank-Accession Nummer inkl. einer Beschreibung aufgeführt.
  • Figure 00170001
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  • Figure 00920001

Claims (21)

  1. Array bestehend aus Oligo- oder Polynukleotidsonden, die immobilisiert auf einem festen Träger aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche Sequenzen einer Auswahl oder aller der in den Tabellen 1-6 genannten selektiven Monozyten-Makrophagen-Gene gebunden sind.
  2. Array nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegebenenfalls zusätzlich weitere Gene verwendet werden, von denen bekannt ist, dass sie in jeder Zelle exprimiert werden und zur Grundausstattung einer Zelle gehören.
  3. Array nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit den genannten Genen komplementäre RNA auf der Oberfläche des Arrays gebunden ist zum inversen Nachweis über die in den Tabellen 1-6 dargestellten Gene oder Gensequenzen.
  4. Array nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gene, deren Teil- und Oligomersequenzen krankheits- und nebenwirkungsrelevante selektionierte Gene der rheumatoiden Arthritis oder anderer chronisch entzündlichen Erkrankungen vor und nach anti-TNF-Therapie sind.
  5. Array nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gene, deren Teilsequenzen und Oligomersequenzen krankheitsspezifisch regulierte Gene des Monozyten/Makrophagen-Zellsystems sind.
  6. Array nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche gegebenenfalls auch Allele, Derivate und/oder. Splicingvarianten der Gen- bzw. Genteilsequenzen und Oligomersequenzen vorliegen.
  7. Array nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es auf der Oberfläche Gensequenzen enthält, die mindestens eine Teil-Sequenzidentität von 80 % in den Protein-kodierenden Abschnitten der mRNA besitzen.
  8. Array nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Träger mit reaktiven Gruppen, Metallverbindungen oder Legierungen beschichtet ist.
  9. Array nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gene oder Gensequenzen durch Spottingverfahren von cDNA, Immobilisierungs-verfahren und Syntheseverfahren von Oligomeren oder spiegelbildlich in Form von RNA aufgebracht sind.
  10. Verwendung des Arrays nach Anspruch 1 bis 9 mit Proben, die zum Nachweis Fluoreszenzfarbstoff-, Enzym-, Protein- oder radioaktiv markiert sind und eine Verstärkung zulassen.
  11. Verwendung des Arrays nach Anspruch 1 bis 9 mit Proben, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung der Signale über gekoppelte alkalische Phosphatase, Peroxidase, Biotin Digoxigenin-, Proteinmoleküle, (Edel-)Metallchelate oder Beads erfolgt.
  12. Verwendung des Arrays nach Anspruch 1 bis 9 mit Proben, dadurch gekennzeichnet, dass zur zusätzlichen Verstärkung der Signale Streptavidin, (Edel-)Metallchelate, Beads oder Antikörper eingesetzt werden.
  13. Verwendung des Arrays nach Anspruch 1 bis 9 zum inversen Nachweis festphasengebundener Total-RNA oder messenger-RNA.
  14. Verwendung des Arrays nach Anspruch 1 bis 9 zur Messung der Monozyten/Makrophagen-Aktivierung oder der Entzündungsaktivität im Blut oder im Zellgewebe.
  15. Verwendung des Arrays nach Anspruch 1 bis 9 zur Feindiagnostik sowie zur Früherkennung von entzündlichen Erkrankungen und der rheumatoiden Arthritis.
  16. Verwendung des Arrays nach Anspruch 1 bis 9 zur Verfolgung von Nebenwirkungen bei der anti-TNF-Therapie von entzündlichen Erkrankungen und der rheumatoiden Arthritis.
  17. Verwendung des Arrays nach Anspruch 1 bis 9 zur Überwachung der Therapie und Erstellung einer Prognose bei entzündlichen Erkrankungen und der rheumatoiden Arthritis.
  18. Verwendung der Arrays nach Anspruch 1 bis 9 zur Identifizierung von pharmazeutischen Targets bei entzündlichen Erkrankungen und der rheumatoiden Arthritis.
  19. Verwendung der Gene oder Gensequenzen nach Tabelle 1-6 zu Einzelgennachweisverfahren, vorzugsweise reverse Transkriptions-PCR (RT-PCR).
  20. Verwendung der Gene oder Gensequenzen nach Tabelle 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Markierung oder einer Reporterfunktion ausgestattet sind.
  21. Verwendung der Gene oder Gensequenzen nach Tabelle 1-6 zum reversen Nachweis festphasengebundener Total-RNA oder messenger-RNA in einem RNA-Array mit bis zu 500 Gewebs- und/oder Blutproben.
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