DE19815958C1 - Nicht-menschliches Säugetier sowie Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung - Google Patents

Nicht-menschliches Säugetier sowie Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein nicht-menschliches Säugetier, dessen Glukokortikoid-Rezeptor (GR) in seiner induzierenden Funktion verändert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Säugetiers sowie dessen Verwendung zur Testung von Chemikalien, Arzneimitteln und Therapieansätzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein nicht-menschliches Säugetier, das einen veränderten Glukokortikoid-Rezeptor aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Säugetiers sowie dessen Verwendung zur Testung von Chemikalien, Arzneimitteln und Therapieansätzen.
Der Glukokortikoid-Rezeptor (nachstehend mit GR bezeichnet) ist ein in vielen Zellen vorliegender Rezeptor, der durch Bindung von Glukokortikoiden aktiviert wird. In dieser Form induziert GR die Expression von Zielgenen. Solche sind z. B. Gene, deren Produkte in der Glukoneogenese, der Proliferation von Erythrozyten- Vorläuferzellen oder der Apoptose von Thymozyten eine Rolle spielen. Anderer­ seits reprimiert aktivierter GR auch die Expression von Zielgenen. Solche sind z. B. Gene, die von AP1, wie Kollagenase-Gen, oder NFKB aktiviert werden.
Es wird angedacht, selektiv in die Funktionen von GR einzugreifen. Insbesondere scheint die reprimierende Funktion hierfür interessant zu sein, da sie eine mögli­ che Ansatzstelle für das Eingreifen in die verschiedensten Erkrankungen gibt. Solche Erkrankungen sind z. B. Störungen der Akut-Phase-Reaktion, septischer Schock, akutes Atemnot-Syndrom, Autoimmunerkrankungen, wie rheumatoide Arthritis oder multiple Sklerose, neuropsychiatrische Erkrankungen, Erkrankun­ gen der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse, Osteoporose, Diabetes, Steroid-Myopathie oder Hauterkrankungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mittel bereitzu­ stellen, mit dem selektiv die reprimierende Funktion von GR untersucht und gegebenenfalls in sie eingegriffen werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände in den Patentansprüchen erreicht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein nicht-menschliches Säuge­ tier, dessen GR in seiner induzierenden Funktion verändert ist. Insbesondere ist die induzierende Funktion ausgeschaltet.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die einzelnen Funktionen von GR getrennt voneinander verändert werden können. Es wurde gefunden, daß die induzierende Funktion von GR verändert, insbesondere ausgeschaltet werden kann, ohne daß hiervon die reprimierende Funktion betrof­ fen wird. Ferner wurde erkannt, daß die induzierende Funktion von GR mit seiner Dimerisierung bzw. DNA-Bindung zusammenhängt und durch Mutation dieser, z. B. im D-Loop von GR, insbesondere durch die Punktmutation A 458 T, die induzierende Funktion von GR verändert, insbesondere ausgeschaltet werden kann. Die Erkenntnisse wurden durch eine transgene Maus erhalten, deren GR in seiner induzierenden Funktion verändert ist.
Erfindungsgemäß werden die Erkenntnisse genutzt, ein nicht- menschliches Säugetier bereitzustellen, dessen GR in seiner induzierenden Funktion verändert, insbesondere diese ausgeschaltet ist.
Der Ausdruck "nicht-menschliches Säugetier" umfaßt jegliches Säugetier, dessen GR in seiner induzierenden Funktion verändert sein kann. Beispiele solcher Säugetiere sind Maus, Ratte, Kaninchen, Pferd, Rind, Schaf, Ziege, Affe, Schwein, Hund und Katze, wobei Maus bevorzugt ist.
Der Ausdruck "GR, dessen induzierende Funktion verändert, insbesondere ausge­ schaltet ist" umfaßt einen GR eines nicht-menschliches Säugetiers, dessen repri­ mierende Funktion unverändert ist, das aber eine Veränderung in der induzieren­ den Funktion aufweist. Vorzugsweise ist die induzierende Funktion ausgeschal­ tet. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Dimerisierung von GR bzw. seine DNA-Bindung mutiert wird. Solches wird z. B. durch eine Mutation im D- Loop von GR, insbesondere durch die Punktmutation A 458 T erzielt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zellen, die aus dem vorstehenden nicht-menschlichen Säugetier erhalten werden. Diese Zellen können in jeglicher Form vorliegen, z. B. in einer Primär- oder Langzeit-Kultur.
Ein erfindungsgemäßes nicht-menschliches Säugetier kann durch übliche Ver­ fahren bereitgestellt werden. Günstig ist ein Verfahren, das folgende Schritte umfaßt:
  • a) Transfektion von embryonalen Stammzellen eines nicht-menschlichen Säugetiers mit einem Vektor, der eine Rekombination zwischen der für die induzierende Funktion von GR kodierenden DNA der embryonalen Stamm­ zellen und einer entsprechenden mutierten DNA des Vektors ermöglicht,
  • b) Isolierung von in (a) stabil transfizierten Zellen und Einbringung dieser in weibliche Tiere eines nicht-menschlichen Säugetiers, sowie
  • c) Analyse der in (b) erhaltenen Nachkommen auf einen GR, dessen indu­ zierende Funktion verändert, insbesondere ausgeschaltet ist.
Für die Ausdrücke "nicht-menschliches Säugetier" und "GR, dessen induzierende Funktion verändert, insbesondere ausgeschaltet ist" gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend.
Ferner betrifft der Ausdruck "embryonale Stammzellen" jegliche embryonalen Stammzellen eines nicht-menschlichen Säugetiers, die sich zur Mutierung der für die induzierende Funktion von GR kodierenden DNA eignen. Vorzugsweise sind die embryonalen Stammzellen von der Maus, insbesondere die Zellen E14/1.
Der Ausdruck "Vektor" umfaßt jeglichen Vektor, der durch Rekombination mit der DNA von embryonalen Stammzellen eine Veränderung der für die induzieren­ de Funktion von GR kodierenden DNA ermöglicht. Vorzugsweise ist die Ver­ änderung dergestalt, daß die induzierende Funktion von GR ausgeschaltet ist. Günstig ist es, wenn der Vektor eine DNA aufweist, die eine Mutation in einem Bereich trägt, der für die Dimerisierung von GR bzw. seine DNA-Bindung not­ wendig ist. Insbesondere kann die Mutation in einem Bereich liegen, der für den D-Loop von GR kodiert. Ganz besonders kann die Mutation die Punktmutation A 458 T sein. Ferner ist es günstig, wenn der Vektor einen Marker aufweist, mit dem auf vorhandene Stammzellen selektioniert werden kann, in denen die gewünschte Rekombination erfolgt ist. Ein solcher Marker ist z. B. die IoxP/tkneo- Cassette, die mit Hilfe des Cre/IoxP-Systems wieder aus dem Genom entfernt werden kann. Ein vorstehender Vektor ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ein solcher Vektor, d. h. der Vektor von Beispiel 1 bzw. Fig. 1 wurde, bei der DSMZ als pmGR2-tr unter DSM 12026 am 19. Februar 1998 hinterlegt.
Desweiteren kennt der Fachmann Bedingungen und Materialien, um die Schritte (a)-(c) durchzuführen. Hinsichtlich der Analyse in (c) wird er z. B. an Verfahren denken, mit denen er nachweisen kann, daß die Induzierung von Genen abge­ schwächt bzw. verhindert ist, deren Produkte in der Glukoneogenese, der Proliferation von Erythrozyten-Vorläuferzellen oder der Apoptose von Thymozy­ ten eine Rolle spielen. Solche Verfahren werden nachstehend in den Beispielen beschrieben.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein nicht-menschliches Säugetier bereitge­ stellt, dessen GR in seiner induzierenden Funktion verändert ist. Diese Verände­ rung kann ein Ausschalten der induzierenden Funktion sein. Mit einem solchen Säugetier bzw. Zellen daraus kann selektiv die reprimierende Funktion von GR untersucht werden. Ferner ist es hiermit möglich, Substanzen, Arzneimittel und Therapieansätze zu finden, mit denen selektiv auf die reprimierende Funktion von GR eingewirkt werden kann. Daher Liefert die vorliegende Erfindung eine Basis, um auf die verschiedensten Erkrankungen einzuwirken. Solche Erkrankungen sind z. B. Störungen der Akut-Phase-Reaktion, septischer Schock, akutes Atem­ not-Syndrom, Autoimmunerkrankungen, wie rheumatoide Arthritis oder multiple Sklerose, neuropsychiatrische Erkrankungen, Erkrankungen der Hypothalamus- Hypophysen-Nebennieren-Achse, Osteoporose, Diabetes, Steroid-Myopathie oder Hauterkrankungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt die Einführung der Punktmutation A 485 T in GR. In (a) wird die Aminosäuresequenz des zweiten Zinkfingers in der DNA-Bin­ dungsdomäne von GR angegeben. Der Austausch von Alanin 458 zu Threonin ist angegeben. In (b) wird die Strategie für die Rekom­ bination angegeben. Die Sterne markieren die Position der Punkt­ mutation. Der modifizierte Locus repräsentiert die Struktur des GR- Locus nach Rekombination, der End-Locus die Struktur nach der zusätzlichen Rekombination der zwei IoxP-Stellen (Dreiecke) durch Cre-Rekombinase. In (c) wird der Genotyp durch PCR angegeben. Ein 240 Basenpaar-Fragment wird unter der Verwendung der in (b) durch Pfeile angegebenen Primer amplifiziert und durch das Restrik­ tionsenzym BsrG1 gespalten, für das eine neue Erkennungsstelle durch die Punktmutation eingeführt worden ist. Die zwei 120 bp- Fragmente, die durch die Punktmutation geschaffen worden sind, werden von dem ungeschnittenen Fragment durch Gelelektrophore­ se unterschieden. In (d) wird ein Sequenzvergleich angegeben. Gehirn-RNA wird durch RT-PCR amplifiziert, wobei Primer verwen­ det werden, deren Sequenzen in den Exons 3 und 5 von GR vor­ liegen. Die erhaltenen Fragmente werden subkloniert und sequen­ ziert. Die zwei mutierten Basen sind angegeben.
Fig. 2 zeigt den Vergleich zwischen einer erfindungsgemäßen Maus und einer Wildtyp-Maus hinsichtlich der induzierenden Funktion von GR. In (a) wird die Induzierung von Tyrosinaminotransferase (TAT) angegeben. Dexamethason wird in eine erfindungsgemäße Maus und in eine Wildtyp-Maus injiziert und Leber-mRNA-Expression von TAT bzw. β-Aktin als Kontrolle wird durch Northern Blot analysiert.
In (b) wird die Induzierung der Proliferation von Erythrozyten-Vor­ läuferzellen angegeben. Erythrozyten-Vorläuferzellen werden isoliert und kultiviert. Kumulative Zell-Zahlen werden bestimmt. In (c) wird die Induzierung der Apoptose von Thymozyten angegeben. Der Prozentsatz von lebensfähigen Zellen nach Behandlung mit Dexa­ methason (schraffierte Balken) oder in Kontrollen (ausgefüllte Bal­ ken) sind angegeben.
Fig. 3 zeigt die Inhibierung der AP-1 bedingten Reprimierung des Kollage­ nase-Gens. Primäre Fibroblasten werden mit Dexamethason (Dex), TPA, oder beidem behandelt und mRNA-Mengen von MMP-13 (Maus-Kollagenase-3) und GAPDH als Kontrolle werden durch Northern Blot analysiert.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele erläutert
Beispiel 1: Bereitstellung eines erfindungsgemäßen nicht-menschlichen Säuge­ tiers
Es wird ein nicht-menschliches Säugetier bereitgestellt, dessen GR in seiner induzierenden Funktion ausgeschaltet ist. Hierzu wird ein Vektor verwendet, der ca. 11 kb des GR-Gens, einschließlich der Exons 3 und 4 aufweist. Ferner weist der Vektor in Exon 4 eine Punktmutation auf, wodurch der hierdurch kodierte GR an der Position 458 anstelle von Alanin Threonin aufweist. Desweiteren umfaßt der Vektor eine IoxP-tkneo-Selektionscassette (vgl. Fig. 1).
Dieser Vektor wird durch Elektroporation in die embryonalen Maus-Stammzellen E14/1 eingeführt. Stabil transfizierte Zellen werden durch Selektion mit 350 µg/ml G418 erhalten. Diese Zellen werden einer transienten Transfektion mit 20 µg eines Cre-Expressionsplasmids unterzogen, bevor ihnen 1 µM Gancyclovir zugegeben wird. Damit wird auf Zellen selektioniert, welche die Selektions­ cassette verloren haben. Diese Zellen weisen im GR-Gen die angegebene Punkt­ mutation und zusätzlich ca. 50 Basenpaare entlang der verbliebenen Iox P-Stelle im Intron 3 auf.
Letztere Zellen werden in Maus-Blastozysten injiziert und diese dann in weibliche Mäuse eingeführt. Es werden chimäre Mäuse erhalten, aus denen durch Verpaa­ rung heterozygote und homozygote Mäuse gewonnen werden.
Beispiel 2: Nachweis einzelner Funktionen eines erfindungsgemäßen nicht- menschlichen Säugetiers
Es wird das in Beispiel 1 bereitgestellte nicht-menschliche Säugetier verwendet. Dieses wird in Testversuche eingesetzt, die spezifisch für die einzelnen Funktio­ nen von GR sind.
(a) Induzierung von Enzymen der Glukoneogenese
Einer erfindungsgemäßen Maus und einer Wildtyp-Maus werden jeweils 10 µg/100 g Dexamethason bzw. PBS injiziert. Nach zwei Stunden werden die Tiere getötet. Leber-RNA wird isoliert und die mRNA-Expression von Tyrosinamino­ transferase (TAT) bzw. von β-Aktin als Kontrolle wird in einem Northern-Blot bestimmt (vgl. Fig. 2a).
Es zeigt sich, daß eine Wildtyp-Maus, nicht aber eine erfindungsgemäße Maus eine TAT mRNA induzieren kann.
(b) Induzierung der Proliferation von Erythrozyten-Vorläuferzellen
Aus einem erfindungsgemäßen Maus- und einem Wildtyp-Mausembryo wird jeweils fötale Leber isoliert und in Einzelzellen dispergiert. Diese werden dann in modifiziertem CFU-E-Medium, das SCF, hEpo, IGF-1 und Dexamethason enthält, vermehrt. Eine Wachstumskinetik wird erstellt, indem täglich die Zellen unter Verwendung eines elektronischen Zellzählers gezählt werden (vgl. Fig. 2b).
Es zeigt sich, daß eine Wildtyp-Maus, nicht aber eine erfindungsgemäße Maus die Proliferation von Erythrozyten-Vorläuferzellen induzieren kann.
(c) Induzierung der Apoptose von Thymozyten
Aus einer 6-12 Wochen alten erfindungsgemäßen Maus und einer entsprechend alten Wildtyp-Maus werden jeweils Thymozyten isoliert und in RPMI-Medium 24 Stunden in Gegenwart bzw. Abwesenheit von Dexamethason (10-6 M) kultiviert. Die Zellen werden dann mit Propidiumjodid gefärbt und auf ihre Fluoreszenz­ intensität mittels FACS analysiert. Der Verlust an DNA-Gehalt wird als Maß für Apoptose genommen.
Es zeigt sich, daß eine Wildtyp-Maus, nicht aber eine erfindungsgemäße Maus die Apoptose von Thymozyten induzieren kann.
(d) Inhibierung der AP-1 bedingten Aktivierung des Kollagenase-Gens
Primäre Fibroblasten werden aus Embryonen einer erfindungsgemäßen Maus und einer Wildtyp-Maus isoliert. Die Fibroblasten werden 6 Stunden mit 10-6 M Dexamethason, 10-7 M TPA oder beidem behandelt, bevor RNA isoliert und die mRNA-Expression von MMP-13(Maus-Kollagenase 3-Gen) und von GAPDH als Kontrolle in einem Northern-Blot bestimmt werden (vgl. Fig. 3).
Es zeigt sich, daß eine Wildtyp-Maus und auch eine erfindungsgemäße Maus die AP1-bedingte Aktivierung des Kollagenase-Gens inhibieren können.
Somit wird deutlich, daß ein erfindungsgemäßes Säugetier, z. B. eine Maus, einen GR exprimiert, bei dem die reprimierende Funktion erhalten, die induzieren­ de Funktion allerdings verändert, insbesondere ausgeschaltet ist.

Claims (10)

1. Nicht-menschliches Säugetier, dessen Glukokortikoid-Rezeptor (GR) in seiner induzierenden Funktion verändert ist.
2. Nicht-menschliches Säugetier nach Anspruch 1, wobei die induzierende Funktion ausgeschaltet ist.
3. Nicht-menschliches Säugetier nach Anspruch 1 oder 2, wobei GR in seiner Dimerisierung bzw. DNA-Bindung mutiert ist.
4. Nicht-menschliches Säugetier nach einem der Ansprüche 1-3, wobei GR an der Position 458 ein Threonin aufweist.
5. Verfahren zur Bereitstellung eines nicht-menschlichen Säugetiers nach einem der Ansprüche 1-4, umfassend die folgenden Schritte:
  • a) Transfektion von embryonalen Stammzellen eines nicht-mensch­ lichen Säugetiers mit einem Vektor, der eine Rekombination zwi­ schen der für die induzierende Funktion von GR kodierenden DNA der embryonalen Stammzellen und einer entsprechenden mutierten DNA des Vektors ermöglicht,
  • b) Isolierung von in (a) stabil transfizierten Zellen und Einbringung dieser in weibliche Tiere eines nicht-menschlichen Säugetiers, sowie
  • c) Analyse der in (b) erhaltenen Nachkommen auf einen GR, dessen induzierende Funktion verändert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die induzierende Funktion ausgeschal­ tet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei GR in seiner Dimerisierung bzw. DNA- Bindung mutiert ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, wobei GR an der Position 458 ein Threonin aufweist.
9. Verwendung eines nicht-menschlichen Säugetiers nach einem der An­ sprüche 1-4 zur Testung von Substanzen, Arzneimitteln und/oder Thera­ pieansätzen hinsichtlich der reprimierenden Funktion von GR.
10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei die Substanzen, Arzneimittel und/- oder Therapieansätze hinsichtlich Störungen der Akut-Phase-Reaktion, eines septischen Schocks, eines akuten Atemnot-Syndroms, Autoimm­ unerkrankungen, wie rheumatoide Arthritis oder multiple Sklerose, neuro­ psychiatrischen Erkrankungen, Erkrankungen der Hypothalamus-Hypophy­ sen-Nebennieren-Achse, Osteoporose, Diabetes, Steroid-Myopathie oder Hauterkrankungen zu verstehen sind.
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