DE19946737A1 - Use of gangliosides to modulate sphingolipid cholesterol microdomains - Google Patents

Use of gangliosides to modulate sphingolipid cholesterol microdomains

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Abstract

Es wird die Verwendung von Gangliosiden zur Herstellung eines Mittels zur Modulation von Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen beschrieben.The use of gangliosides to prepare an agent for modulating sphingolipid cholesterol microdomains is described.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Gangliosiden zur Herstellung eines Mittels zur Modulation von Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen.The invention relates to the use of gangliosides for the preparation an agent for modulating sphingolipid cholesterol microdomains.

Bei Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen, die auch Sphingolipid- Cholesterin-Flöße genannt werden, handelt es sich um laterale Anordnungen von spezifischen Lipiden, insbesondere Sphingolipiden einschließlich Gangliosiden und Cholesterin sowie Proteinen in Zellmembranen (K. Simons et al., Nature, Vol. 387 (1997), 569-572; T. Friedrichson et al., Nature, Vol. 394 (1998), 802-805). Es sind kleine und hochdynamische Strukturen, die durch Anziehungskräfte zwischen Sphingolipiden und Cholesterin gebildet werden. Mit den Sphingolipid-Cholesterin-Strukturen sind verschiedene Proteine assoziiert, einschließlich GPI-APs (Glykosyl- Phosphatidyl-Ankerproteine), Kinasen der Familie Src, Influenza Virus Hämagglutinin (HA) und Caveolin-1. Die meisten der mit den Sphingolipid- Cholesterin-Flößen assoziierten Proteine enthalten post-translationale Lipidmodifikationen, wobei GPI-verankerte Proteine in der Zellmembran über eine Lipideinheit verankert sind, wohingegen Kinasen der Familie Src, NO- Synthasen (NOS), HA und Caveolin acyliert sind. Die mit den Flößen assoziierten Proteine sind üblicherweise in kalten, nicht-ionischen Detergenzien, wie etwa Triton X-100, nur schlecht löslich, was möglicherweise auf ihren lipophilen Charakter zurückzuführen ist. In Triton unlösliche Komplexe wurden bezüglich ihrer Funktion als Flöße definiert, die spezifisch an bestimmten Lipiden, insbesondere Sphingolipiden einschließlich Gangliosiden, und Cholesterin, angereichert sind, während andere Lipide, wie etwa Glycerophospholipide, in den Triton-Extrakten selektiv fehlen (Brown et al., Trends Cell Biol. 2 (1992), 338-343; Fiedler et al., Biochemistry 32 (1993), 6365-6373).Sphingolipid-cholesterol microdomains, which are also called sphingolipid-cholesterol rafts, are lateral arrangements of specific lipids, in particular sphingolipids including gangliosides and cholesterol, and proteins in cell membranes (K. Simons et al., Nature, Vol. 387 ( 1997 ), 569-572; T. Friedrichson et al., Nature, Vol. 394 ( 1998 ), 802-805). They are small and highly dynamic structures that are formed by the attractive forces between sphingolipids and cholesterol. Various proteins are associated with the sphingolipid cholesterol structures, including GPI-APs (glycosyl-phosphatidyl anchor proteins), Src family kinases, influenza virus hemagglutinin (HA) and caveolin-1. Most of the proteins associated with the sphingolipid cholesterol rafts contain post-translational lipid modifications, with GPI-anchored proteins anchored in the cell membrane via a lipid unit, whereas kinases of the Src family, NO synthases (NOS), HA and caveolin are acylated . The proteins associated with the rafts are usually poorly soluble in cold, non-ionic detergents such as Triton X-100, which may be due to their lipophilic nature. Triton-insoluble complexes have been defined in terms of their function as rafts that are specifically enriched in certain lipids, especially sphingolipids including gangliosides, and cholesterol, while other lipids such as glycerophospholipids are selectively absent in the Triton extracts (Brown et al., Trends Cell Biol. 2 ( 1992 ), 338-343; Fiedler et al., Biochemistry 32 ( 1993 ), 6365-6373).

Die Existenz von Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen bzw. Flößen in lebenden Zellen, insbesondere die Existenz von Mikrodomänen von GPI- verankerten Proteinen in lebenden Zellen, die durch die Verabreichung von Cholesterin beeinflußt werden können, wurde kürzlich durch einen chemischen Quervernetzungsansatz (Friedrichson et al., supra) und ein Fluoreszenz-Energietransfer-Verfahren (Varma et al., Nature 394 (1998), 798-802) gezeigt. Weiterhin wurde postuliert, dass die Flöße als Plattformen, an die Proteine binden können, eine wichtige Rolle bei Membrantransport- und Signalübertragungseigenschaften spielen.The existence of sphingolipid-cholesterol microdomains or rafts in living cells, in particular the existence of microdomains of GPI-anchored proteins in living cells, which can be influenced by the administration of cholesterol, has recently been established by a chemical cross-linking approach (Friedrichson et al. , supra) and a fluorescence energy transfer method (Varma et al., Nature 394 ( 1998 ), 798-802). It has also been postulated that rafts play an important role in membrane transport and signaling properties as platforms to which proteins can bind.

Eine Aufgabe der Erfindung war es deshalb, ein Mittel zur Modulation von Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen bereitzustellen (und zwar insbesondere deren Aufbau oder/und Eigenschaften), um auf die durch diese Mikrodomänen beeinflussten Vorgänge gezielt einwirken zu können.An object of the invention was therefore to provide a means for modulating Provide sphingolipid cholesterol microdomains (namely in particular their structure or / and properties) in order to be able to respond to them To be able to specifically influence microdomain-influenced processes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung von Gangliosiden zur Herstellung eines Mittels zur Modulation von Sphingolipid- Cholesterin-Mikrodomänen.This object is achieved by the use of Gangliosides for the preparation of an agent for modulating sphingolipid Cholesterol microdomains.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte festgestellt werden, dass mit Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen assoziierte Proteine, insbesondere GPI-verankerte Proteine, in den Mikrodomänen in Form von quervernetzten Clustern auf der Oberfläche von lebenden Zellen vorliegen. Durch die Zugabe von Gangliosiden wird die Quervernetzung von mit den Flößen assoziierten, insbesondere GPI-verankerten Proteinen gehemmt und darüber hinaus deren Löslichkeit in Detergenzien erhöht.In the context of the present invention, it was found that with Proteins associated with sphingolipid cholesterol, in particular GPI-anchored proteins in the microdomains in the form of cross-linked Clusters are present on the surface of living cells. Through the Addition of gangliosides will cross-link with the rafts associated, in particular GPI-anchored proteins inhibited and above in addition, their solubility in detergents increases.

Die Verabreichung von Gangliosiden führt somit zu einer Veränderung des strukturellen Aufbaus der Mikrodomänen, sodass Ganglioside zur Modulation von Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen und den dort stattfindenden Vorgängen eingesetzt werden können.The administration of gangliosides thus leads to a change in the structural structure of the microdomains so that gangliosides  Modulation of sphingolipid cholesterol microdomains and those there operations taking place can be used.

Es wird angenommen, dass durch die Verabreichung von Gangliosiden Proteine, insbesondere GPI-verankerte Proteine, aus den Sphingolipid- Cholesterin-Mikrodomänen verdrängt werden, indem die Anziehungskräfte zwischen der Ankergruppe und den umgebenden Lipiden gestört werden. Dies hat zur Folge, dass die in den Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen vorliegenden Proteine bei Zugabe von Gangliosiden aus ihrer Lipidumgebung herausgelöst werden und nicht mehr mit den Flößen assoziiert vorliegen.It is believed that by the administration of gangliosides Proteins, especially GPI-anchored proteins, from the sphingolipid Cholesterol microdomains are ousted by the attractions between the anchor group and the surrounding lipids. As a result, the sphingolipid cholesterol microdomains proteins present when gangliosides are added from their lipid environment be detached and are no longer associated with the rafts.

Als Folge davon verändert die Zugabe von exogenen Gangliosiden z. B. die Löslichkeit von GH-DAF (Wachstumshormon (GH; growth-hormone) verknüpft mit dem GPI-Anker des DAF (Decay accelerating factor)), einer Glykosyl-Phosphatidylinositol-verankerten Wachstumshormon-Form, in Detergenzien. Es ist bekannt, dass GPI-verankerte Proteine in nicht­ ionischen Detergenzien im wesentlichen unlöslich sind (Brown et al., Cell 68 (1992), 533-544), während eine Verringerung des Cholesteringehalts in den Zellen die Detergenz-Solubilität von GPI-APs erhöht (Cerneus et al., J. Biol. Chem. 268 (1993), 3150-3155; Hanada et al., J. Biol. Chem. 270 (1995), 6254-6260). Dies bedeutet, dass die Wechselwirkungskräfte zwischen den Lipidbestandteilen und den Proteinen der Mikrodomänen größer als die Lösekräfte durch nicht-ionische Detergenzien sind. Werden jedoch die Mikrodomänen durch Herausnahme des Bestandteils Cholesterin verändert oder zerstört, dann werden die Wechselwirkungskräfte zwischen den Lipiden und den Proteinen verringert und die Proteine können durch nicht-ionische Detergenzien aus den Flößen herausgelöst werden.As a result, the addition of exogenous gangliosides changes e.g. B. the solubility of GH-DAF (growth hormone (GH; growth hormone) linked to the GPI anchor of the DAF (Decay accelerating factor)), a glycosyl-phosphatidylinositol-anchored growth hormone form, in detergents. It is known that GPI-anchored proteins are essentially insoluble in non-ionic detergents (Brown et al., Cell 68 ( 1992 ), 533-544), while reducing the cholesterol level in the cells detergent solubility of GPI-APs (Cerneus et al., J. Biol. Chem. 268 ( 1993 ), 3150-3155; Hanada et al., J. Biol. Chem. 270 ( 1995 ), 6254-6260). This means that the interaction forces between the lipid components and the proteins of the microdomains are greater than the dissolving forces due to non-ionic detergents. However, if the microdomains are changed or destroyed by removing the cholesterol component, the interaction forces between the lipids and the proteins are reduced and the proteins can be detached from the rafts by non-ionic detergents.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass bei Zugabe von Gangliosiden, die ebenfalls einen Lipidbestandteil der Flöße darstellen, das Gegenteil zutrifft, dass also die Zugabe von Gangliosiden zu Zellen die Detergenz-Solubilität von GH-DAF erhöht. Diese Feststellung ist unerwartet, da man annehmen würde, dass eine Erhöhung der Konzentration eines in den Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen vorkommenden Lipids eine Stabilisierung dieser Domänen bewirken würde. Tatsächlich stört die Zugabe von Gangliosiden jedoch das Quervernetzen der Proteine und erhöht die Detergenz-Solubilität von GH-DAF. Ganglioside bewirken somit eine Modulation der Mikrodomänen, insbesondere eine Verdrängung von Proteinen, insbesondere GPI-APs aus den Flößen.Surprisingly, it has now been found that when adding Gangliosides, which are also a lipid component of the rafts, the On the contrary, the addition of gangliosides to the cells Detergent solubility of GH-DAF increased. This finding is unexpected  since one would assume that increasing the concentration of one in lipids occurring in the sphingolipid cholesterol microdomains Would stabilize these domains. In fact, the encore bothers of gangliosides, however, the cross-linking of the proteins and increases the Detergent solubility from GH-DAF. Gangliosides thus cause one Modulation of the microdomains, in particular a displacement of Proteins, especially GPI-APs from the rafts.

Dies wird dadurch bestätigt, dass Ganglioside das Copatching von HA und GH-DAF stören. Das Copatching von zwei Mikrodomänkomponenten ist eine Folge der Koaleszenz einer gemeinsamen Lipidmikrodomäne.This is confirmed by gangliosides copatching HA and Disrupt GH-DAF. Copatching two microdomain components is one Follow the coalescence of a common lipid microdomain.

Die Modulation der Mikrodomänen durch die Ganglioside erfolgt bevorzugt spezifisch und reversibel, d. h. bei Wegnahme der Ganglioside wird wieder die ursprüngliche, unveränderte Struktur der Mikrodomänen erhalten.The modulation of the microdomains by the gangliosides is preferred specific and reversible, d. H. when the gangliosides are removed, again preserve the original, unchanged structure of the microdomains.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird also durch die Verwendung von Gangliosiden die Lokalisierung von Proteinen auf Sphingolipid-Cholesterin- Mikrodomänen beeinflusst, insbesondere die Lokalisierung von Ankerproteinen, acylierten Proteinen, Src-Kinasen oder/und Cholesterin- oder GPI-verankerten Proteinen. Durch die Zugabe von Gangliosiden wird die Anordnung von in Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen vorliegenden Proteinen verändert, was zu einer Modulation oder/und Veränderung der Struktur oder/und des Aufbaus der Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen führt. Besonders bevorzugt wird ein Clusterabbau der Proteine bewirkt.According to the invention, preference is therefore given to the use of Gangliosides the localization of proteins on sphingolipid cholesterol Affects microdomains, especially the localization of Anchor proteins, acylated proteins, Src kinases and / or cholesterol or GPI-anchored proteins. By adding gangliosides, the Arrangement of microdomains present in sphingolipid cholesterol Proteins changed, resulting in modulation and / or change in Structure and / or structure of the sphingolipid cholesterol microdomains leads. Cluster degradation of the proteins is particularly preferably effected.

Die erfindungsgemäß verwendeten Gangliosiden werden bevorzugt ausgewählt aus Rinderhirngangliosiden, GM1, GD1a, GDib, GD3, GM2, GM3, GQ1a, GQ1b oder/und Globosiden. Besonders bevorzugt werden exogene Ganglioside verwendet, die bereits Bestandteil der zu behandelnden Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen sind. The gangliosides used according to the invention are preferably selected from bovine brain gangliosides, GM 1 , GD1a, GDib, GD3, GM2, GM3, GQ1a, GQ1b or / and globosides. Exogenous gangliosides which are already part of the sphingolipid-cholesterol microdomains to be treated are particularly preferably used.

Unter den Begriff "Modulation" fällt erfindungsgemäß jede strukturelle und chemische Veränderung der Mikrodomänen, insbesondere eine Veränderung im strukturellen Aufbau oder/und in der Zusammensetzung der einzelnen Bestandteile der Mikrodomänen. Die Modulation der Sphingolipid- Cholesterin-Mikrodomänen ihrerseits bewirkt bevorzugt eine Veränderung der Membrantransport-, Signalübertragungs- und/oder Zelladhäsionseigenschaften und/oder eine Veränderung von enzymatischen Prozessen. Diese Wirkungen werden durch die Verwendung von Gangliosiden zur Modulation, also insbesondere zur Veränderung der Struktur von Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen hervorgerufen. So können durch eine Veränderung der Sphingolipid-Cholesterin-Flöße durch exogen zugegebene Ganglioside Signalübertragungseigenschaften beeinflusst werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Zugabe von Gangliosiden zu Zellen den Autophosphorylierungsgrad vieler Kinasen verändert. Die Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen stellen somit Plattformen für verschiedene Prozesse, insbesondere für Signalübertragungsvorgänge dar, die erfindungsgemäß durch Modulation der Mikrodomänen mit Gangliosiden beeinflusst werden können.According to the invention, the term “modulation” includes any structural and chemical change in the microdomains, especially a change in the structural structure and / or in the composition of the individual Components of the microdomains. The modulation of the sphingolipid For their part, cholesterol microdomains preferably cause a change the membrane transport, signal transmission and / or Cell adhesion properties and / or a change in enzymatic Processes. These effects are achieved through the use of Gangliosides for modulation, in particular for changing the Structure caused by sphingolipid cholesterol microdomains. So can be caused by a change in sphingolipid cholesterol rafts exogenously added ganglioside signaling properties to be influenced. In addition, it was found that the addition of Gangliosides to cells the degree of autophosphorylation of many kinases changed. The sphingolipid cholesterol microdomains thus represent Platforms for various processes, especially for Signal transmission processes, which according to the invention by modulating the Microdomains with gangliosides can be influenced.

GPI-verankerte Proteine assoziieren z. B. mit Tyrosinkinasen der Src-Familie (Brown, Trends Cell Biol. 2 (1992), 338-342). Zusätzlich sind in den Caveolae, Plasmamembraneinbuchtungen, die beim Sequestern und Organisieren von Floß-Lipiddomänen involviert sind, Zellsignalproteine konzentriert. Viele Signalübertragungsmoleküle sind mit Sphingolipid- Cholesterin-Flößen oder Caveolae assoziiert, wie etwa PDGF (platelet derived growth factor), EGF (epidermal growth factor), Proteinkinase C und der Insulinrezeptor. Die durch diese Moleküle vermittelten Signalübertragungswege können durch die exogene Zugabe von Gangliosiden gehemmt werden. Es wurde nun festgestellt, dass durch Ganglioside diese Signalübertragungswege moduliert werden, indem z. B. eine ein Clusterabbau von Protein enthaltenden Mikrodomänen, insbesondere von GPI-AP enthaltenden Mikrodomänen bewirkt wird. GPI-anchored proteins associate e.g. B. with tyrosine kinases of the Src family (Brown, Trends Cell Biol. 2 ( 1992 ), 338-342). In addition, cell signaling proteins are concentrated in the caveolae, plasma membrane indentations involved in sequestering and organizing raft lipid domains. Many signaling molecules are associated with sphingolipid cholesterol rafts or caveolae, such as PDGF (platelet derived growth factor), EGF (epidermal growth factor), protein kinase C and the insulin receptor. The signal transmission pathways mediated by these molecules can be inhibited by the exogenous addition of gangliosides. It has now been found that these signal transmission paths are modulated by gangliosides, e.g. B. a cluster degradation of protein-containing microdomains, in particular of GPI-AP containing microdomains.

Von der Anordnung von Lipid- und Proteinkomponenten in den Flößen hängen noch weitere Signalübertragungsvorgänge ab. Eine Modulation, insbesondere ein Abbau von Flößen durch exogene Verabreichung von Gangliosiden kann z. B. bewirkt werden, um eine Mikrodomänen-abhängige Signalübertragung zu antagonisieren. Zu diesen Signalübertragungs­ vorgängen gehören u. a. ein Antikörper induziertes Patching von GPI- verankerter PLAP (placental alkaline phosphatase), was zu einer Akkumulation der Src-ähnlichen Tyrosinkinase fyn führt (Harder et al., J. Cell. Biol. 141 (1998), 929-942). Weiterhin wurden physiologische Reaktionen, die durch Mikrodomänen-Cluster induziert werden, für Lymphozyten beschrieben (Brown, Curr. Opin. Immunol. 5 (1993), 349- 354). So führt ein Antikörper induziertes Quervernetzen von GPI- verankerten Proteinen zur Aktivierung von T-Lymphozyten (Thomas et al., J. Biol. Chem. 267 (1992), 12317-12322) und das Quervernetzen des IgE-Rezeptors FcεRI verursacht eine allergische Reaktion einschließlich einer Sekretion von Histamin in Mastzellen (Holowka et al., Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 25 (1996), 73-80; Field et al., J. Biol. Chem. 272 (1997), 4276-4280). Weiterhin können Ganglioside zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt werden, die mit einer Zellbewegung in Zusammenhang stehen, wie etwa die Bekämpfung von Tumoren bzw. Metastasen. Tumorzellen nutzen den oben genannten Mechanismus, um der Immunantwort zu entkommen. Durch Flöße vermittelte Prozesse können somit durch Ganglioside beeinflusst werden, wie etwa die T-Zeiten- Aktivierung in Gegenwart von Tumorzellen. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Gangliosiden ist es möglich, Funktionen, die von Sphingolipid- Cholesterin-Mikrodomänen beeinflusst werden, zu modulieren und damit gezielt zu beeinflussen.Further signal transmission processes depend on the arrangement of lipid and protein components in the rafts. Modulation, in particular degradation of rafts by exogenous administration of gangliosides can e.g. B. can be effected to antagonize a microdomain-dependent signal transmission. These signal transmission processes include an antibody-induced patching of GPI-anchored PLAP (placental alkaline phosphatase), which leads to an accumulation of the Src-like tyrosine kinase fyn (Harder et al., J. Cell. Biol. 141 ( 1998 ), 929 -942). Furthermore, physiological reactions induced by microdomain clusters have been described for lymphocytes (Brown, Curr. Opin. Immunol. 5 ( 1993 ), 349-354). An antibody-induced cross-linking of GPI-anchored proteins leads to the activation of T-lymphocytes (Thomas et al., J. Biol. Chem. 267 ( 1992 ), 12317-12322) and the cross-linking of the IgE receptor FcεRI causes an allergic reaction including secretion of histamine in mast cells (Holowka et al., Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 25 ( 1996 ), 73-80; Field et al., J. Biol. Chem. 272 ( 1997 ), 4276- 4280). Gangliosides can also be used to treat diseases that are associated with cell movement, such as combating tumors or metastases. Tumor cells use the above mechanism to escape the immune response. Processes mediated by rafts can thus be influenced by gangliosides, such as T-time activation in the presence of tumor cells. The use of gangliosides according to the invention makes it possible to modulate functions which are influenced by sphingolipid-cholesterol microdomains and thus to influence them in a targeted manner.

Weiterhin wurde festgestellt, dass bei der Zugabe von Gangliosiden zu Zellen ein Anstieg der Autophosphorilierung von verschiedenen Proteinkinasen beobachtet werden kann. It was also found that when adding gangliosides Cells an increase in autophosphorilation by various Protein kinases can be observed.  

Darüber hinaus können die Ganglioside als Mittel zur Aufklärung der Pathogenese von Erkrankungen verwendet werden, die mit Aktivitäten an Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen assoziiert sind. So wurde kürzlich gezeigt, dass eine Verringerung des Cholesterins von Hippocampus- Neuronen die Sekretion des β-Amyloidpeptids hemmt, woraus sich ergibt, dass die Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen eine wichtige Rolle bei der proteolytischen Verarbeitung des Amyloidvorläuferproteins (APP) bei der Alzheimer'schen Erkrankung spielen (Simons et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998), 6460-6464). Die Transformation des GPI-verankerten Prionproteins zur Scrapie-Proteinisoform wurde ebenfalls mit Sphingolipid- Cholesterin-Mikrodomänen in Verbindung gebracht (Taraboulos et al., J. Cell Biol. 129 (1995), 121-132). Bevorzugt werden deshalb die Ganglioside derart verwendet, dass die Modulation der Sphingolipid-Cholesterin- Mikrodomänen eine Veränderung der Proteolyse des Amyloid- Vorläuferproteins der Alzheimer-Erkrankung oder eine Modifikation eines Prionproteins bewirkt.In addition, the gangliosides can be used as a means of elucidating the pathogenesis of diseases associated with activities on sphingolipid cholesterol microdomains. It has recently been shown that a reduction in the cholesterol of hippocampal neurons inhibits the secretion of the β-amyloid peptide, with the result that the sphingolipid cholesterol microdomains play an important role in the proteolytic processing of the amyloid precursor protein (APP) in Alzheimer's Play disease (Simons et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 ( 1998 ), 6460-6464). The transformation of the GPI-anchored prion protein to the scrapie protein isoform has also been associated with sphingolipid cholesterol microdomains (Taraboulos et al., J. Cell Biol. 129 ( 1995 ), 121-132). The gangliosides are therefore preferably used in such a way that the modulation of the sphingolipid cholesterol microdomains causes a change in the proteolysis of the amyloid precursor protein of Alzheimer's disease or a modification of a prion protein.

Die erfindungsgemäße Modulation von Sphingolipid-Cholesterin- Mikrodomänen kann sowohl für therapeutische, präventive als auch diagnostische Zwecke von Interesse sein. Die Ganglioside werden dabei bevorzugt in einer Dosis von 3, bevorzugt von mindestens 5 bis zu 30 und bevorzugt bis zu 20 mg pro kg pro Tag verabreicht.The modulation of sphingolipid cholesterol according to the invention Microdomains can be used for therapeutic, preventive as well diagnostic purposes may be of interest. The gangliosides are included preferably in a dose of 3, preferably from at least 5 to 30 and preferably administered up to 20 mg per kg per day.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele und die beigefügten Figuren weiter erläutert.The invention is illustrated by the following examples and the accompanying ones Figures explained further.

Fig. 1 zeigt, dass Ganglioside das Quervernetzen von GPI-verankerten Proteinen, insbesondere von GH-DAF in lebenden Zellen hemmen. MDCK GH-DAF- Zellen (MDCK: dog, Cocker Spaniel, kidney) wurden mit 0, 10, 50 und 100 µM GM1 (A) oder mit 10, 50 und 100 µM bbG (B) für 1 Stunde bei 37°C inkubiert. CHO FR-GPI-Zellen wurden mit 100 µM bbG oder mit 100 µM GM1 für 1 Stunde bei 37°C inkubiert. Die Zellen wurden anschließend mit BS3 quervernetzt. Die Proteine wurden mit 5-15% SDS-PAGE getrennt und nach Western Blotten mit einem Anti-GH-Antikörper, gefolgt von ECL (Elektrochemolumineszenz) nachgewiesen. Die Autoradiographen wurden gescannt und die Intensität des immunoreaktiven Signals ist als relative optische Dichte (ROD) für 0 µM GM1 (A, obere Kurve), 0 µM bbG (B, obere Kurve), 100 µM GM1 (A, untere Kurve) und 100 µM bbG (B, untere Kurve) dargestellt. Fig. 1 shows that gangliosides inhibit the crosslinking of GPI-anchored proteins, in particular GH-DAF in living cells. MDCK GH-DAF cells (MDCK: dog, Cocker Spaniel, kidney) were treated with 0, 10, 50 and 100 μM GM 1 (A) or with 10, 50 and 100 μM bbG (B) for 1 hour at 37 ° C. incubated. CHO FR-GPI cells were incubated with 100 μM bbG or with 100 μM GM 1 for 1 hour at 37 ° C. The cells were then cross-linked with BS 3 . The proteins were separated with 5-15% SDS-PAGE and detected after Western blotting with an anti-GH antibody, followed by ECL (electrochemiluminescence). The autoradiographs were scanned and the intensity of the immunoreactive signal is given as the relative optical density (ROD) for 0 µM GM 1 (A, upper curve), 0 µM bbG (B, upper curve), 100 µM GM 1 (A, lower curve) and 100 µM bbG (B, lower curve) are shown.

Fig. 2 zeigt, dass Ganglioside das Quervernetzen von FR-GPI in CHO-Zellen hemmen. CHO FR-GPI-Zellen wurden mit 100 µM bbG oder mit 100 µM GM1 für 1 Stunde bei 37°C inkubiert. Die Zellen wurden anschließend mit BS3 quervernetzt. Die Proteine wurden mit 5-15% SDS-PAGE getrennt und nach Western Blotten mit einem Anti-Folatrezeptor-Antikörper, gefolgt von ECL (Elektrochemolumineszenz) nachgewiesen. Figure 2 shows that gangliosides inhibit cross-linking of FR-GPI in CHO cells. CHO FR-GPI cells were incubated with 100 μM bbG or with 100 μM GM 1 for 1 hour at 37 ° C. The cells were then cross-linked with BS 3 . The proteins were separated with 5-15% SDS-PAGE and detected after Western blotting with an anti-folate receptor antibody, followed by ECL (electrochemiluminescence).

Fig. 3 zeigt die Inkorporation von GM1 in die Plasmamembran von MDCK GH-DAF- Zellen. In (A) wurden MDCK GH-DAF-Zellen mit 1 µCi/ml Tritium enthaltendem GM1 bei einer Gangliosid-Endkonzentration von 100 µM für 1 Stunde bei 37°C inkubiert und anschließend mit BSA (Rinderserumalbumin) für 0, 10, 20, 30 oder 45 Minuten (schraffierte Balken) gewaschen. Die additive Wirkung einer Behandlung mit 0,1% Trypsin für 5 Minuten bei 37°C nach dem Waschen mit BSA ist als ausgefüllte Balken gezeigt. In (B) wurde das Quervernetzen nach Inkubieren von GM1-beladenen Zellen mit BSA für 0, 10, 20, 30 oder 45 Minuten durchgeführt. SDS-PAGE, Western-Blotting und Nachweis wurden wie in Fig. 1 beschrieben durchgeführt. Figure 3 shows the incorporation of GM 1 into the plasma membrane of MDCK GH-DAF cells. In (A) MDCK GH-DAF cells were incubated with GM 1 containing 1 µCi / ml tritium at a final ganglioside concentration of 100 µM for 1 hour at 37 ° C and then with BSA (bovine serum albumin) for 0, 10, 20, Washed for 30 or 45 minutes (hatched bars). The additive effect of treatment with 0.1% trypsin for 5 minutes at 37 ° C after washing with BSA is shown as a solid bar. In (B) the crosslinking was carried out after incubation of GM 1- loaded cells with BSA for 0, 10, 20, 30 or 45 minutes. SDS-PAGE, Western blotting and detection were performed as described in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt den Anstieg der Detergenz-Solubilität von GH-DAF durch Ganglioside. In (A) wurden MDCK GH-DAF-Zellen mit 100 µM bbG für 1 Stunde bei 37°C oder mit 100 µM NBD-C5-HPC für 1 Stunde bei 8°C; mit 100 µM GM1 für 1 Stunde bei 37°C oder mit 100 µM bbG für 1 Stunde beladen, gefolgt von einer 6stündigen Inkubation mit DMEM enthaltendem Serum (A) oder einer Behandlung mit 10 mM Methyl-β-cyclodextrin für 1 Stunde bei 37°C oder einer Inkubation mit Anti-GH für 1 Stunde bei 12°C, gefolgt von einer Inkubation mit einem sekundären Antikörper (B). Die Zellen wurden mit Triton X-114 für 30 Minuten bei 4°C extrahiert, zentrifugiert und das GH- DAF in der löslichen (S) und unlöslichen (I) Fraktion wurde wie unten beschrieben nachgewiesen. Figure 4 shows the increase in detergent solubility of GH-DAF by gangliosides. In (A) MDCK GH-DAF cells with 100 µM bbG for 1 hour at 37 ° C or with 100 µM NBD-C 5 -HPC for 1 hour at 8 ° C; Load with 100 µM GM 1 for 1 hour at 37 ° C or with 100 µM bbG for 1 hour, followed by a 6 hour incubation with DMEM containing serum (A) or treatment with 10 mM methyl-β-cyclodextrin for 1 hour at 37 ° C or incubation with Anti-GH for 1 hour at 12 ° C, followed by incubation with a secondary antibody (B). The cells were extracted with Triton X-114 for 30 minutes at 4 ° C, centrifuged and the GH-DAF in the soluble (S) and insoluble (I) fraction was detected as described below.

Fig. 5 zeigt, dass die Wirkung von Octylglukosid auf Sphingolipid-Cholesterin- Mikrodomänen von der Wirkung von Gangliosiden verschieden ist. MDCK GH-DAF-Zellen wurden für 1 Stunde mit 5 und 10 mM Octylglukosid inkubiert und mit BS3 quervernetzt. Eine leichte Abnahme der Quervernetzung wurde nur bei der Verwendung von 10 mM Octylglukosid beobachtet. Bei allen untersuchten Konzentrationen blieben die Membranen intakt. Figure 5 shows that the effect of octyl glucoside on sphingolipid cholesterol microdomains is different from the effect of gangliosides. MDCK GH-DAF cells were incubated for 1 hour with 5 and 10 mM octyl glucoside and cross-linked with BS 3 . A slight decrease in cross-linking was only observed when using 10 mM octyl glucoside. The membranes remained intact at all concentrations examined.

Fig. 6 zeigt, dass die Hemmung der Quervernetzung von GH-DAF eine spezifische Eigenschaft von Gangliosiden ist. In (A) wurden MDCK GH-DAF-Zellen mit 0, 10, 50 oder 100 µM NBD-C6-HPC für 30 Minuten bei 8°C inkubiert, bevor sie mit BS3 quervernetzt wurden. SDS-PAGE, Western-Blotting und Nachweis wurden wie in Fig. 1 beschrieben durchgeführt. In (B) wurden MDCK GH-DAF-Zellen mit 0 oder 100 µM bbG für 1 Stunde inkubiert, gefolgt von einer 6stündigen Inkubation mit einem Medium enthaltenden Serum (DMEM/FCS). Die Zellen wurden quervernetzt, gefolgt von SDS- PAGE, Western-Blotting und Nachweis, wie in Fig. 1 ausgeführt. Figure 6 shows that the inhibition of cross-linking of GH-DAF is a specific property of gangliosides. In (A) MDCK GH-DAF cells were incubated with 0, 10, 50 or 100 μM NBD-C 6 -HPC for 30 minutes at 8 ° C. before they were cross-linked with BS 3 . SDS-PAGE, Western blotting and detection were performed as described in Fig. 1. In (B), MDCK GH-DAF cells were incubated with 0 or 100 µM bbG for 1 hour, followed by a 6 hour incubation with a medium containing serum (DMEM / FCS). The cells were cross-linked, followed by SDS-PAGE, Western blotting and detection as detailed in Figure 1.

Fig. 7 zeigt, dass eine Gangliosidbehandlung das Immunofluoreszenzmuster von GH-DAF nicht verändert. MDCK GH-DAF-Zellen wurden ohne (A, D), mit 100 µM bbG (B) bzw. mit 10 mM CD (C) für 1 Stunde bei 37°C inkubiert. Die Zellen wurden fixiert und mit einem Anti-GH-Antikörper gefolgt von einem Cy3-konjugierten Anti-Schaf-IgG (A, B und C) markiert oder vor der Fixierung Antikörper-induziert quervernetzt. Figure 7 shows that ganglioside treatment does not change the immunofluorescence pattern of GH-DAF. MDCK GH-DAF cells were incubated for 1 hour at 37 ° C. without (A, D), with 100 μM bbG (B) or with 10 mM CD (C). The cells were fixed and labeled with an anti-GH antibody followed by a Cy3-conjugated anti-sheep IgG (A, B and C) or crosslinked antibody-induced before fixation.

Fig. 8 zeigt, dass die Beladung von MDCK GH-DAF-Zellen mit Gangliosiden den Autophosphorylierungsstatus verändert. MDCK GH-DAF-Zellen wurden mit bbG oder GM1 für 1 Stunde bei 37°C beladen oder mit 0,5 mM BS3 für 45 Minuten bei 4°C quervernetzt. Nach einer Lyse wurden Aliquots der Proben auf einem 5-15% Gel getrennt und es wurde der In-Gel-Assay für die Proteinkinaseaktivität durchgeführt. Banden, bei denen die Intensität bei der Gangliosidbehandlung anstieg, sind mit einem Pfeil markiert. Banden, die nur nach einer Gangliosidbeladung sichtbar wurden, sind mit einem Pfeilkopf markiert. Figure 8 shows that loading MDCK GH-DAF cells with gangliosides changes the autophosphorylation status. MDCK GH-DAF cells were loaded with bbG or GM 1 for 1 hour at 37 ° C or cross-linked with 0.5 mM BS 3 for 45 minutes at 4 ° C. After lysis, aliquots of the samples were separated on a 5-15% gel and the in-gel assay for protein kinase activity was performed. Bands in which the intensity increased during ganglioside treatment are marked with an arrow. Bands that were only visible after ganglioside loading are marked with an arrow head.

Fig. 9 zeigt die Hemmung des Copatching von Influenza HA und GH-DAF durch Ganglioside. MDCK GH-DAF-Zellen wurden mit dem Influenza HA-Virus infiziert und dann mit DMEM (A-F) oder 100 µM GM1 in DMEM (G-L) für 1 Stunde bei 37°C inkubiert. Nach einer anschließenden Behandlung mit einem Gemisch von monoklonalen Anti-HA-Maus- und polyklonalen Anti-GH- Schaf-Antikörpern bei 4°C wurde das Patching unter Verwendung von markierten sekundären Cy-3-Anti-Schaf (rot)- und FITC-Anti-Maus (grün)- Antikörpern nachgewiesen. Die Panelen in der linken Spalte zeigen die Verteilung von GH, in der mittleren Spalte die Verteilung von HA und in der rechten Spalte die Kombination beider Signale. Die Panelen D-F zeigen jeweils ein Detail der Panelen A-C, wohingegen die Panelen J-L ein Detail der Panelen G-I zeigen. Die Striche in F und L entsprechen 2 µM, die in C und I 8 µM. Fig. 9 shows the inhibition of the influenza HA and Copatching of GH-DAF by gangliosides. MDCK GH-DAF cells were infected with the influenza HA virus and then incubated with DMEM (AF) or 100 µM GM 1 in DMEM (GL) for 1 hour at 37 ° C. After subsequent treatment with a mixture of monoclonal anti-HA mouse and polyclonal anti-GH sheep antibodies at 4 ° C, the patching was carried out using labeled secondary Cy-3 anti-sheep (red) - and FITC- Anti-mouse (green) - antibodies detected. The panels in the left column show the distribution of GH, in the middle column the distribution of HA and in the right column the combination of both signals. The panels DF each show a detail of the panels AC, whereas the panels JL show a detail of the panels GI. The lines in F and L correspond to 2 µM, those in C and I 8 µM.

BeispieleExamples Beispiel 1example 1 Inhibition der Quervernetzung von GPI-verankerten Proteinen durch exogene Verabreichung von GangliosidenInhibition of cross-linking of GPI-anchored proteins by exogenous Administration of gangliosides

Zur Analyse der Organisation von GPI-verankerten Proteinen auf der Oberfläche wurde eine MDCK-Zelllinie verwendet, die permanent GH, fusioniert an den GPI-Anker des Zerfallbeschleunigungsfaktors (GH-DAF; decay accelerating factor) exprimiert (Friedrichson et al., Nature 394 (1998), 802-805). Die MDCK GH-DAF-Zellen wurden bei 37°C in 5% CO2 in DMEM, ergänzt mit 10% FCS und Antibiotika gelagert. Die Experimente wurden auf konfluenten oder subkonfluenten Zellen durchgeführt, die in Kunststoffschalten gezüchtet wurden. Wenn MDCK GH-DAF-Zellen chemisch mit Bis(sulfosuccinimidyl)suberat (BS3) quervernetzt wurden, wurde eine deutliche Bande bei 46 kDa (Dimer) und eine verschmierte Bande, die von 60 kDa bis zu 300 kDa reichte, durch Western-Blotten nachgewiesen (Fig. 1A).To analyze the organization of GPI-anchored proteins on the surface, an MDCK cell line was used which permanently expresses GH fused to the GPI anchor of the decay accelerating factor (GH-DAF) (Friedrichson et al., Nature 394 ( 1998 ), 802-805). The MDCK GH-DAF cells were stored at 37 ° C. in 5% CO 2 in DMEM, supplemented with 10% FCS and antibiotics. The experiments were carried out on confluent or sub-confluent cells grown in plastic switches. When MDCK GH-DAF cells were chemically cross-linked with bis (sulfosuccinimidyl) suberate (BS 3 ), a distinct band at 46 kDa (dimer) and a smeared band, which ranged from 60 kDa up to 300 kDa, were observed by Western blotting detected ( Fig. 1A).

Um den Einfluss von Gangliosiden auf Sphingolipid-Cholesterin-Flöße zu untersuchen, wurden MDCK GH-DAF-Zellen mit verschiedenen Konzentrationen von GM1 für 1 Stunde in einem serumfreien Medium bei 37°C beladen und mit BS3 quervernetzt. Wie man in Fig. 1A sehen kann, verringerte eine Behandlung von MDCK GH-DAF-Zellen mit GM1 die Menge an quervernetztem GH-DAF signifikant. Die Quantifizierung der immunoreaktiven Banden ergab, dass 73% ± 6% von GH-DAF Oligomere in unbehandelten Zellen bildete, während 65% ± 7%, 57% ± 7% und 49% ± 7% von GH-DAF in quervernetzten Spezies in Zellen gefunden, die mit 10, 50 bzw. 100 µM GM1 behandelt wurden. Eine Inkubation der Zellen mit Rinderhirngangliosiden (bbG) inhibierte ebenfalls effizient die Bildung von GH-DAF-Oligomeren (Fig. 1B). Bei der Verwendung von 100 µM bbG betrug die Quervernetzungseffizienz 51% ± 5%, verglichen mit 73% ± 6% in unbehandelten Zellen.To investigate the influence of gangliosides on sphingolipid-cholesterol rafts, MDCK GH-DAF cells were loaded with different concentrations of GM 1 for 1 hour in a serum-free medium at 37 ° C and cross-linked with BS 3 . As can be seen in Figure 1A, treatment of MDCK GH-DAF cells with GM 1 significantly reduced the amount of cross-linked GH-DAF. Quantification of the immunoreactive bands showed that 73% ± 6% of GH-DAF formed oligomers in untreated cells, while 65% ± 7%, 57% ± 7% and 49% ± 7% of GH-DAF in cross-linked species in cells found that were treated with 10, 50 and 100 µM GM 1 . Incubation of the cells with bovine brain gangliosides (bbG) also efficiently inhibited the formation of GH-DAF oligomers ( Fig. 1B). When using 100 µM bbG, the cross-linking efficiency was 51% ± 5%, compared to 73% ± 6% in untreated cells.

Um festzustellen, ob die Fähigkeit von Gangliosiden GPI-AP enthaltende Flöße aufzulösen, unabhängig vom Zelltyp ist, wurden CHO-Zellen, die permanent den GPI-verankerten Folatrezeptor (FR-GPI) exprimieren, in der gleichen Weise behandelt. Die CHO FR-GPI-Zellen wurden in einem Folat­ freien Hams F-12-Medium gezüchtet, das 5% FCS, Hygromycin (100 µg/ml), Penicillin (100 U/ml) und Streptomycin (100 µg/ml) enthielt. Das Quervernetzen von CHO FR-GPI-Zellen mit BS3 führt zum Auftreten von quervernetzten Produkten von FR-GPI, wobei eine Quervernetzungseffizienz von 28% ± 3% beobachtet wurde. Wenn CHO FR-GPI-Zellen mit 100 µM GM1 oder 100 µM bbG vor dem Quervernetzen beladen wurden, wurde die Quervernetzungseffizienz auf 2,7% ± 2,5% bzw. 3,3% ± 2% verringert (siehe Fig. 2).To determine if the ability of gangliosides to dissolve rafts containing GPI-AP is independent of the cell type, CHO cells that permanently express the GPI-anchored folate receptor (FR-GPI) were treated in the same way. The CHO FR-GPI cells were grown in a folate-free Hams F-12 medium containing 5% FCS, hygromycin (100 µg / ml), penicillin (100 U / ml) and streptomycin (100 µg / ml). Cross-linking of CHO FR-GPI cells with BS 3 leads to the appearance of cross-linked products of FR-GPI, a cross-linking efficiency of 28% ± 3% being observed. When CHO FR-GPI cells were loaded with 100 µM GM 1 or 100 µM bbG before cross-linking, the cross-linking efficiency was reduced to 2.7% ± 2.5% and 3.3% ± 2%, respectively (see Fig. 2 ).

Um die Menge an GM1 zu quantifizieren, die in die Plasmamembran inkorporiert wird, wurden MDCK GH-DAF-Zellen mit 1 µCi/ml Tritium enthaltendem GM1 bei einer Gangliosidendkonzentration von 100 µM für 1 Stunde inkubiert. Hierzu wurde GM1 extrahiert, gemäß bekannten Verfahren gereinigt (Tettamanti et al., Biochim. Biophys. Acta 296 (1973), 160-170) und am C-3 der Langkettenbasengruppe radiomarkiert (Sonnino et al., J. Lipid Res. 25 (1984), 620-629). Die Homogenität der radioaktiven Verbindung 3H-GM1 betrug über 99% und ihre spezifische Radioaktivität betrug 1,31 Ci/mmol. Die Zellen wurden für 1 Stunde in DMEM, das 1 µCi/ml des Tritium enthaltenden GM1 bei einer Gangliosidendkonzentration von 100 µM enthielt, inkubiert, mit PBS/BSA gewaschen und anschließend für 0 bis 45 Minuten mit PBS/BSA bei 37°C inkubiert. Die Zellen wurden dann für 5 Minuten bei 37°C mit 1 ml PBS, das 0,1% Trypsin enthielt, behandelt. Die Zelllysate wurden hinsichtlich des radioaktiven Gangliosidgehalts mit einem Flüssigkeitsszintillationszähler (Beckmann Instruments, CA) analysiert. Das Protein wurde unter Verwendung eines Protein Assay Reagents (BCA; Pierce, UK) bestimmt.In order to quantify the amount of GM 1 that is incorporated into the plasma membrane, MDCK GH-DAF cells were incubated with GM 1 containing 1 μCi / ml tritium at a final ganglioside concentration of 100 μM for 1 hour. For this, GM 1 was extracted, purified according to known methods (Tettamanti et al., Biochim. Biophys. Acta 296 ( 1973 ), 160-170) and radiolabeled on the C-3 of the long-chain base group (Sonnino et al., J. Lipid Res. 25 ( 1984 ), 620-629). The homogeneity of the radioactive compound 3 H-GM 1 was over 99% and its specific radioactivity was 1.31 Ci / mmol. The cells were incubated for 1 hour in DMEM containing 1 µCi / ml of GM 1 containing tritium at a final ganglioside concentration of 100 µM, washed with PBS / BSA and then incubated for 0 to 45 minutes with PBS / BSA at 37 ° C . The cells were then treated for 5 minutes at 37 ° C with 1 ml PBS containing 0.1% trypsin. The cell lysates were analyzed for radioactive ganglioside content with a liquid scintillation counter (Beckmann Instruments, CA). The protein was determined using a Protein Assay Reagent (BCA; Pierce, UK).

Nur etwa 0,7% des exogen zugegebenen Gangliosids assoziierte mit den Zellen. Etwa 35% des gesamten assoziierten GM1 konnte durch Inkubation der Zellen mit einer BSA-Lösung entfernt werden (Fig. 3A). Durch eine nachfolgende Behandlung der Zellen mit Trypsin konnten zwei Pools von assoziiertem GM1 nachgewiesen werden. Etwa 30% des verbleibenden GM1 wurde durch eine Trypsinbehandlung freigesetzt (Trypsin-labiler Pool) und etwa 70% war beständig (Trypsin-stabiler Pool) (Fig. 3A). Es wird angenommen, dass der Trypsin-stabile Pool von GM1 den Molekülen entspricht, die in die Plasmamembran eingefügt sind, wohingegen der Trypsin-labile Pool aus Gangliosiden besteht, die mit Proteinen wechselwirken, die aus der Plasmamembran herausstehen (vgl. Masserini et al., Biochemistry 29 (1990), 697-701; Saqr et al., J. Neurochem. 61 (1993), 495-411). Der Trypsin-stabile Pool von GM1 enthielt diejenige Fraktion angereichert, die gegenüber einer Extraktion mit Triton X-100 bei 4°C beständig war. Nach einer Inkubation von Zellen mit 100 µM Tritium enthaltendem GM1 wurden 3,74 nMol GM1 (pro mg Protein) in der Detergenz-unlöslichen Fraktion gefunden, während 1,26 nMol GM1 aus der löslichen Fraktion gewonnen wurden, was zeigt, dass sich exogenes GM1 in den Flößen ansammelt.Only about 0.7% of the exogenously added ganglioside associated with the cells. About 35% of the total associated GM 1 could be removed by incubating the cells with a BSA solution ( Fig. 3A). Subsequent treatment of the cells with trypsin revealed two pools of associated GM 1 . About 30% of the remaining GM 1 was released by trypsin treatment (trypsin-unstable pool) and about 70% was stable (trypsin-stable pool) ( Fig. 3A). It is believed that the trypsin-stable pool of GM 1 corresponds to the molecules that are inserted into the plasma membrane, whereas the trypsin-labile pool consists of gangliosides that interact with proteins that protrude from the plasma membrane (cf. Masserini et al ., 1990 , Biochemistry 29, 697-701; Saqr et al., J. Neurochem. 61 ( 1993 ), 495-411). The trypsin-stable pool of GM 1 contained the fraction which was resistant to extraction with Triton X-100 at 4 ° C. After incubating cells with GM 1 containing 100 µM tritium, 3.74 nmoles GM 1 (per mg protein) were found in the detergent-insoluble fraction, while 1.26 nmoles GM 1 were obtained from the soluble fraction, which shows that exogenous GM 1 accumulates in the rafts.

Um auszuschließen, dass die Inhibition der Quervernetzung von GH-DAF aufgrund der Wirkung von lose mit der Oberfläche assoziierten Gangliosiden stattfindet, wurde das Quervernetzen an GM1-beladenen Zellen vor und nach der Inkubation mit BSA durchgeführt. Die Quervernetzungseffizienz blieb unter diesen zwei Bedingungen die gleiche (siehe Fig. 3B, die Variation der Effizienz war kleiner als 5% bei allen Bedingungen). Somit sind Ganglioside, die mit der Membran fest assoziiert sind, für die Inhibition der Quervernetzung verantwortlich. Es wurde festgestellt, dass 70% des fest assoziierten GM1 in die Doppelschicht inkorporiert wurden gemäß dem von anderen Autoren verwendeten Kriterium (Kanda et al., J. Biochem. (Tokyo) 91 (1982), 1707-1718; Schwarzmann et al., Biochemistry 22 (1983), 5041-5048). Der Anteil des Trypsin-labilen Pools am Quervernetzen ist somit, falls er überhaupt auftritt, sehr gering, insbesondere da die Löslichkeit von GH-DAF in TX-114 durch Ganglioside beträchtlich erhöht wurde. Dieses Verhalten kann mit an hervorstehenden Proteine bindenden Gangliosidmicellen nicht erklärt werden.In order to rule out that the inhibition of the crosslinking of GH-DAF takes place due to the action of gangliosides loosely associated with the surface, the crosslinking was carried out on GM 1- laden cells before and after the incubation with BSA. The crosslinking efficiency remained the same under these two conditions (see FIG. 3B, the variation in efficiency was less than 5% under all conditions). Thus gangliosides, which are firmly associated with the membrane, are responsible for the inhibition of cross-linking. It was found that 70% of the firmly associated GM 1 was incorporated into the bilayer according to the criterion used by other authors (Kanda et al., J. Biochem. (Tokyo) 91 ( 1982 ), 1707-1718; Schwarzmann et al. , Biochemistry 22 ( 1983 ), 5041-5048). The proportion of the trypsin-labile pool in cross-linking is therefore very small, if it occurs at all, especially since the solubility of GH-DAF in TX-114 has been increased considerably by gangliosides. This behavior cannot be explained by ganglioside micelles that bind to protruding proteins.

Beispiel 2Example 2 Veränderung der Detergenz-Solubilität von GH-DAF durch GangliosideChange in detergent solubility of GH-DAF by gangliosides

Ein oftmals verwendetes Kriterium zur Untersuchung der Assoziation eines Proteins an Mikrodomänen ist seine Extraktionsbeständigkeit gegenüber nicht-ionischen Detergenzien, wie etwa Triton X-100 bei 4°C (Brown et al., Cell 68 (1992), 533-544). Es wurde deshalb die Detergenz-Solubilität von GH-DAF nach einer Gangliosidbeladung der Zellen untersucht. Es wurde gefunden, dass die Löslichkeit von GH-DAF in TX-114 signifikant von 51 ± 4% auf 83% ± 10% bzw. 76% ± 8% in mit GM1 bzw. bbG beladenen Zellen erhöht wurde (Fig. 4A).A frequently used criterion for examining the association of a protein with microdomains is its resistance to extraction against non-ionic detergents, such as Triton X-100 at 4 ° C (Brown et al., Cell 68 ( 1992 ), 533-544). The detergent solubility of GH-DAF was therefore investigated after loading the cells with ganglioside. It was found that the solubility of GH-DAF in TX-114 was significantly increased from 51 ± 4% to 83% ± 10% and 76% ± 8% in cells loaded with GM 1 and bbG, respectively ( FIG. 4A). .

Durch diese Ergebnisse wurde gezeigt, dass Ganglioside, die in die Plasmamembran eingefügt werden, GPI-APs aus Lipidmikrodomänen verdrängen. Eine Beeinflussung, insbesondere Hemmung der Quervernetzung durch sterische Hinderung durch Ganglioside, die an aus der Oberfläche der Plasmamembran hervorstehende Proteine gebunden sind, tritt somit nicht oder nur zu einem sehr geringen Teil auf. Es ist bekannt, dass eine Verringerung des Cholesterins in Zellmembranen die Löslichkeit von GPI-APs in nicht-ionischen Detergenzien erhöht (Cerneus et al., J. Biol. Chem. 268 (1993), 3150-3155; Hanada et al., J. Biol. Chem. 270 (1995), 6254-6260; Scheiffele et al., EMBO J. 16 (1997), 5501-5508). Die Löslichkeit von GH-DAF wurde bei einer TX-114 Extraktion auf 80% ± 7 % nach einer Extraktion des Membrancholesterins mit CD verschoben (Fig. 4B). Im Gegensatz dazu verringert eine Stabilisierung der Mikrodomänen durch ein Antikörper induziertes Quervernetzen die Solubilität von GH-DAF auf 34% ± 7% (Fig. 4B).These results showed that gangliosides that are inserted into the plasma membrane displace GPI-APs from lipid microdomains. Influencing, in particular inhibition of cross-linking, by steric hindrance by gangliosides, which are bound to proteins protruding from the surface of the plasma membrane, thus does not occur or only to a very small extent. Reducing cholesterol in cell membranes is known to increase the solubility of GPI-APs in non-ionic detergents (Cerneus et al., J. Biol. Chem. 268 ( 1993 ), 3150-3155; Hanada et al., J Biol. Chem. 270 ( 1995 ), 6254-6260; Scheiffele et al., EMBO J. 16 ( 1997 ), 5501-5508). The solubility of GH-DAF was shifted to 80% ± 7% after extraction of the membrane cholesterol with CD in a TX-114 extraction ( FIG. 4B). In contrast, stabilization of the microdomains by antibody-induced cross-linking reduces the solubility of GH-DAF to 34% ± 7% ( Fig. 4B).

Die Ergebnisse zeigen, dass eine Modulation oder Veränderung des Lipidgehalts der zellulären Membran durch Verwendung von exogenen Gangliosiden sowohl das Clusterverhalten von GPI-APs als auch die Solubilisierung in TX-114 bei 4°C moduliert.The results show that a modulation or change in the Lipid content of the cellular membrane by using exogenous Gangliosides both the cluster behavior of GPI-APs and the Solubilization modulated in TX-114 at 4 ° C.

Beispiel 3Example 3 Wirkung von Gangliosiden auf MikrodomänenEffect of gangliosides on microdomains

Wie oben gezeigt wurde, werden GPI-APs durch Beladen von MDCK-GH- DAF-Zellen mit Gangliosiden aus den Flößen verdrängt. Um die Möglichkeit auszuschließen, dass diese Wirkung teilweise aufgrund von detergenzartigen Eigenschaften von Gangliosiden auftreten, wurde n-Octyl-β-D- glukopyranosid (OG) eingesetzt. Dieses Detergenz ähnelt chemisch den Gangliosiden (es enthält beispielsweise eine Kohlenhydrat-Kopfgruppe) und es ist bekannt, dass es GPI-APs vollständig solubilisiert, wenn es oberhalb der kritischen Mizellenkonzentration (20-25 mM) verwendet wird. MDCK GH-DAF-Zellen wurden mit verschiedenen Konzentrationen von OG inkubiert und mit BS3 quervernetzt. Unter Verwendung der gleichen Konzentrationen von OG wie von den Gangliosiden (10-100 µM) wurde kein Einfluss auf das Quervernetzen von GH-DAF beobachtet. Selbst wenn Zellen mit einer 100fach höheren Konzentration an OG (10 mM) inkubiert wurden, wurde nur eine geringfügige Inhibition der Quervernetzung beobachtet (Fig. 5; die Inhibition betrug 3,5% ± 0,7%). Bemerkenswerterweise blieben selbst unter dieser Bedingung die Membranen intakt, da Caveolin-1, ein Proteinmembran, das sowohl N- als auch C-Termini zum Cytoplasma hin angeordnet aufweist, nicht quervernetzt wurde. Nur wenn OG oberhalb seiner kritischen Mizellkonzentration (20 mM) verwendet wurde, wurde Caveolin-1 als quervernetztes Produkt mit hohem Molekulargewicht gefunden. Die Behandlung der MDCK GH-DAF-Zellen mit 100 µM GM1 führte nicht zum Quervernetzen von Caveolin-1. Diese Daten zeigen, dass die Inhibition der Quervernetzung von GH-DAF durch Ganglioside nicht aufgrund einer Solubilisierung der Membran durch detergenzartige Eigenschaften der Ganglioside auftritt.As shown above, GPI-APs are displaced from the rafts by loading MDCK-GH-DAF cells with gangliosides. In order to rule out the possibility that this effect occurs in part due to the detergent-like properties of gangliosides, n-octyl-β-D-glucopyranoside (OG) was used. This detergent is chemically similar to gangliosides (it contains, for example, a carbohydrate head group) and is known to fully solubilize GPI-APs when used above the critical micelle concentration (20-25 mM). MDCK GH-DAF cells were incubated with different concentrations of OG and cross-linked with BS 3 . Using the same concentrations of OG as gangliosides (10-100 µM), no effect on cross-linking of GH-DAF was observed. Even when cells were incubated with a 100-fold higher concentration of OG (10 mM), only a slight inhibition of cross-linking was observed ( FIG. 5; the inhibition was 3.5% ± 0.7%). Remarkably, the membranes remained intact even under this condition, since caveolin-1, a protein membrane that has both N and C termini arranged towards the cytoplasm, was not cross-linked. Only when OG was used above its critical micelle concentration (20 mM) was caveolin-1 found to be a cross-linked, high molecular weight product. Treatment of MDCK GH-DAF cells with 100 µM GM 1 did not lead to cross-linking of caveolin-1. These data show that the inhibition of GH-DAF cross-linking by gangliosides does not occur due to solubilization of the membrane by detergent-like properties of the gangliosides.

Beispiel 4Example 4 Inhibition der Quervernetzung von GH-DAF mit GangliosidenInhibition of cross-linking of GH-DAF with gangliosides

In diesem Beispiel wird gezeigt, dass die Inhibition des Clusterns von GPI- verankerten Proteinen eine spezifische Eigenschaft von Gangliosiden ist. Ein Lipid, das kein Bestandteil der Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen ist, sollte keinen Einfluss auf das Quervernetzen und die Löslichkeit von GH- DAF zeigen. Günstigerweise sollten für einen solchen Kontrollversuch Phosphatidylcholinmoleküle verwendet werden, wie etwa solche die in Zellmembranen vorkommen. Diese Lipide können jedoch nicht durch exogene Zugabe in die Membran eingebracht werden. Für diesen Zweck wurden deshalb MDCK GH-DAF-Zellen mit einem partiell wasserlöslichen fluoreszenzmarkierten Analogon von Phosphatidylcholin (NBD-C6-HPC) inkubiert. Es ist bekannt, dass NBD-C6-Lipide bei geringer Temperatur schnell zur Plasmamembran gelangen und ihre Akkumulation in der Plasmamembran kann durch Immunofluoreszenzmikroskopie leicht beobachtet werden (Kean et al., J. Cell. Biol. 123 (1993), 1403-1419). Es wurde nun die Detergenzunlöslichkeit von NBD-C6-HPC untersucht. Zellen wurden mit NBD-C6-HPC beladen und es wurde eine Detergenzextraktion bei 4°C mit Triton X-114 durchgeführt. Mehr als 99% des NBD-C6-HPC wurde aus der Detergenz-löslichen Fraktion gewonnen, was anzeigt, dass das Lipid nicht mit den Mikrodomänen assoziiert vorliegt. Es wurde keine Veränderung im Quervernetzungsmuster nach Inkubation mit verschiedenen Konzentrationen an NBD-C6-HPC beobachtet. Die Quervernetzungseffizienz betrug 73% ± 5% in mit 100 µM NBD-C6-HPC behandelten Zellen im Vergleich zu 73% ± 6% in Kontrollzellen (Fig. 6A). Auch die Löslichkeitkeit von GH-DAF (54% ± 2% löslich) wurde durch NBD-C6-HPC nicht verändert (Fig. 4A).This example shows that the inhibition of clustering of GPI-anchored proteins is a specific property of gangliosides. A lipid that is not part of the sphingolipid-cholesterol microdomains should not have any influence on the cross-linking and the solubility of GH-DAF. Conveniently, phosphatidylcholine molecules should be used for such a control experiment, such as those that occur in cell membranes. However, these lipids cannot be introduced into the membrane by exogenous addition. For this purpose, MDCK GH-DAF cells were therefore incubated with a partially water-soluble fluorescence-labeled analogue of phosphatidylcholine (NBD-C 6 -HPC). It is known that NBD-C 6 lipids quickly reach the plasma membrane at low temperature and their accumulation in the plasma membrane can easily be observed by immunofluorescence microscopy (Kean et al., J. Cell. Biol. 123 ( 1993 ), 1403-1419 ). The detergent insolubility of NBD-C 6 -HPC has now been investigated. Cells were loaded with NBD-C 6 -HPC and detergent extraction was carried out at 4 ° C with Triton X-114. Over 99% of the NBD-C 6 -HPC was recovered from the detergent-soluble fraction, indicating that the lipid is not associated with the microdomains. No change in the cross-linking pattern was observed after incubation with different concentrations of NBD-C 6 -HPC. The cross-linking efficiency was 73% ± 5% in cells treated with 100 µM NBD-C 6 -HPC compared to 73% ± 6% in control cells ( Fig. 6A). The solubility of GH-DAF (54% ± 2% soluble) was not changed by NBD-C 6 -HPC ( Fig. 4A).

Um festzustellen, ob die Hemmung der Quervernetzung von GH-DAF durch Ganglioside reversibel ist, wurden MDCK GH-DAF-Zellen mit 100 µM bbG beladen und anschließend für 6 Stunden in einem Serum enthaltenden Medium vor dem Quervernetzen inkubiert. Wie in Fig. 6B gezeigt, waren 6 Stunden Inkubation mit einem Serum enthaltenden Medium ausreichend, um nahezu vollständig das Quervernetzungsmuster von GH-DAF wieder herzustellen. Die Quervernetzungseffizienz war 6% ± 1% geringer als bei Kontrollzellen.In order to determine whether the inhibition of the crosslinking of GH-DAF by gangliosides is reversible, MDCK GH-DAF cells were loaded with 100 μM bbG and then incubated for 6 hours in a medium containing serum before the crosslinking. As shown in Figure 6B, 6 hours of incubation with serum-containing medium was sufficient to almost completely restore the cross-linking pattern of GH-DAF. The cross-linking efficiency was 6% ± 1% lower than that of control cells.

Die Detergenzunlöslichkeit von GH-DAF in TX-114 wurde durch Inkubation von bbG beladenen Zellen mit einem Serum enthaltenden Medium für 6 Stunden ebenfalls wieder hergestellt (61% ± 4% löslich) (Fig. 4A).The detergent solubility of GH-DAF in TX-114 was also restored by incubating bbG-loaded cells with serum-containing medium for 6 hours (61% ± 4% soluble) ( Fig. 4A).

Dieses Beispiel zeigt, dass die Inhibition der Quervernetzung von GH-DAF mit Gangliosiden spezifisch und reversibel ist.This example shows that the inhibition of cross-linking of GH-DAF is specific and reversible with gangliosides.

Beispiel 5Example 5 Die Verteilung von GH-DAF wird durch Ganglioside nicht verändertThe distribution of GH-DAF is not changed by gangliosides

Bei Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen oder Flößen handelt es sich um kleine und hochdynamische Strukturen, die durch herkömmliche mikroskopische Techniken nicht aufgelöst werden können. Es wurde untersucht, ob ein Beladen der Zellen mit Gangliosiden zu einer globalen Umordnung der Plasmamembran und somit der GPI-APs führt. Die Verteilung von GH-DAF auf MDCK-Zellen mit oder ohne Beladung mit bbG wurde durch Immunofluoreszenzmarkierung analysiert. Um eine Umverteilung von GH-DAF nach der Fixierung zu verhindern, wurde eine Formaldehydfixierung kombiniert mit einer anschließenden Methanolfixierung verwendet (Harder et al., J. Cell Biol. 141 (1998), 929-942). Die Inkubation der Zellen mit 100 µM bbG für 1 Stunde vor der Fixierung und die Antikörpermarkierung hatten keinen Einfluss auf die diffuse Verteilung von GH-DAF auf der Zelloberfläche (Fig. 7A und B). Die intrazelluläre Färbung stammt von der Anordnung des Proteins im Golgi und/oder der endosomalen Anordnung. Eine Verringerung des Membrancholesterins mit 10 mM CD führte ebenfalls nicht zu nachweisbaren Veränderungen in der Verteilung von GH-DAF (Fig. 7C). Im Vergleich hierzu führte die Zugabe von Antikörpern gegen GH-DAF vor der Fixierung zu einer fleckenartigen Verteilung des Immunofluoreszenzsignals (Fig. 7D). Diese Ergebnisse zeigen, dass die Inhibition der Quervernetzung durch Ganglioside nicht aufgrund einer Umlagerung der Membran auftritt.Sphingolipid cholesterol microdomains or rafts are small, highly dynamic structures that cannot be resolved by conventional microscopic techniques. It was investigated whether loading the cells with gangliosides leads to a global rearrangement of the plasma membrane and thus the GPI-APs. The distribution of GH-DAF on MDCK cells with or without bbG loading was analyzed by immunofluorescent labeling. In order to prevent a redistribution of GH-DAF after fixation, formaldehyde fixation was used in combination with subsequent methanol fixation (Harder et al., J. Cell Biol. 141 ( 1998 ), 929-942). Incubation of the cells with 100 μM bbG for 1 hour before fixation and antibody labeling had no influence on the diffuse distribution of GH-DAF on the cell surface ( FIGS. 7A and B). The intracellular staining comes from the arrangement of the protein in the Golgi and / or the endosomal arrangement. A reduction in membrane cholesterol with 10 mM CD also did not lead to any detectable changes in the distribution of GH-DAF ( FIG. 7C). In comparison, the addition of antibodies against GH-DAF prior to fixation resulted in a spotty distribution of the immunofluorescence signal ( FIG. 7D). These results show that the inhibition of cross-linking by gangliosides does not occur due to a rearrangement of the membrane.

Beispiel 6Example 6 Beladen der Zellen mit Gangliosiden verändert den Autophosphorylierungszustand von ProteinkinasenLoading the cells with gangliosides changes the Autophosphorylation state of protein kinases

Dieses Beispiel zeigt, dass eine Korrelation zwischen der Verabreichung von Gangliosiden zu MDCK GH-DAF-Zellen und Zellsignalübertragungsvorgängen besteht. Als Anzeige einer Signalübertragung wurde der Autophosphorylierungszustand von Zellproteinkinasen nach einer Gangliosidbeladung von Zellen unter Verwendung eines In-Gel-Assays gemessen. Die Bedingungen für die Gangliosidbeladung waren die gleichen wie für die Untersuchungen zur Quervernetzung. Wie man aus Fig. 8 sehen kann, stieg nach Zugabe von Gangliosiden die Intensität von verschiedenen Banden signifikant an (Pfeil), während andere Banden nur nach einer Gangliosidbehandlung sichtbar wurden (Pfeilköpfe). Hier ist zu beachten, dass ein chemischen Quervernetzen mit BS3 alleine nicht zu signifikanten Veränderungen des Autophosphorylierungszustands führt. Diese Versuche zeigen, dass Ganglioside neben einer Modulation der Assoziation von GPI-verankerten Proteinen an Mikrodomänen Signalübertragungsvorgänge in MDCK-Zellen induzieren können.This example shows that there is a correlation between the administration of gangliosides to MDCK GH-DAF cells and cell signaling processes. As an indication of signal transmission, the state of autophosphorylation of cell protein kinases after ganglioside loading of cells was measured using an in-gel assay. The conditions for the ganglioside loading were the same as for the cross-linking studies. As can be seen from Fig. 8, the intensity of various bands increased significantly after adding gangliosides (arrow), while other bands only became visible after ganglioside treatment (arrow heads). It should be noted here that chemical cross-linking with BS 3 alone does not lead to significant changes in the autophosphorylation state. These experiments show that gangliosides, in addition to modulating the association of GPI-anchored proteins on microdomains, can induce signaling processes in MDCK cells.

Beispiel 8Example 8 Inhibition des Copatching von Influenza HA und GH-DAF durch GangliosideInhibition of copatching of influenza HA and GH-DAF by gangliosides

Bei Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen handelt es sich um kleine und hochdynamische Strukturen, die durch herkömmliche mikroskopische Techniken nicht aufgelöst werden können. Es wurde untersucht, ob ein Beladen der Zellen mit Gangliosiden zu einer Umverteilung von GPI-APs führt. Die Verteilung von GH-DAF auf MDCK-Zellen mit oder ohne Beladung mit bbG wurde durch Immunofluoreszenzmarkierung analysiert. Um eine Umverteilung von GH-DAF nach der Fixierung zu verhindern, wurde eine Formaldehydfixierung kombiniert mit einer anschließenden Methanolfixierung verwendet (Harder et al., J. Cell. Biol. 141 (1998) 929-942). Die Inkubation der Zellen mit 100 µM bbG für 1 Stunde vor der Fixierung und die Antikörpermarkierung hatten keinen Einfluss auf die difuse Verteilung von GH-DAF auf der Zelloberfläche (Fig. 8, Panelen A und B). Die intrazelluläre Färbung stammt von der Anordnung des Proteins im Goigi und/oder der endosomalen Anordnung. Eine Verringerung des Membrancholesterins mit 10 mM CD führte ebenfalls nicht zu nachweisbaren Veränderungen in der Verteilung von GH-DAF (Fig. 7C). Im Vergleich dazu führte die Zugabe von Antikörpern gegen GH-DAF vor der Fixierung zu einer Patch-artigen Verteilung des Immunofluoreszenzsignals (Fig. 7D).Sphingolipid cholesterol microdomains are small and highly dynamic structures that cannot be resolved by conventional microscopic techniques. It was investigated whether loading the cells with gangliosides leads to a redistribution of GPI-APs. The distribution of GH-DAF on MDCK cells with or without bbG loading was analyzed by immunofluorescent labeling. In order to prevent redistribution of GH-DAF after fixation, formaldehyde fixation was used in combination with subsequent methanol fixation (Harder et al., J. Cell. Biol. 141 ( 1998 ) 929-942). Incubation of the cells with 100 μM bbG for 1 hour before fixation and antibody labeling had no influence on the diffuse distribution of GH-DAF on the cell surface ( FIG. 8, panels A and B). The intracellular staining comes from the arrangement of the protein in the Goigi and / or the endosomal arrangement. A reduction in membrane cholesterol with 10 mM CD also did not lead to any detectable changes in the distribution of GH-DAF ( FIG. 7C). In comparison, the addition of antibodies against GH-DAF prior to fixation resulted in a patch-like distribution of the immunofluorescence signal ( FIG. 7D).

Das gleichzeitige Inkubieren von lebenden Zellen mit Antikörpern gegen mit den Mikrodomänen assoziierten Proteinen führt zur Umverteilung der unabhängig quervernetzten Komponenten in überlappende Patches. Ein Copatching wird aber nur für Floßmarker-Paare beobachtet, nicht für Paare bestehend aus einem Floß-Marker und einem nicht-Floß-Marker, woraus man schließen kann, daß Anziehungskräfte in der gemeinsamen Lipidumgebung von Floß-Proteinen vorhanden sind. The simultaneous incubation of living cells with antibodies against The proteins associated with the microdomains lead to the redistribution of the independently cross-linked components in overlapping patches. On Copatching is only observed for raft marker pairs, not for pairs consisting of a raft marker and a non-raft marker, from which one can conclude that attractions in the common Lipid environment of raft proteins are present.  

Es wurde nun untersucht, ob die exogene Verabreichung von Gangliosiden die physikalische Verbindung von GH-DAF an Lipidmikrodomänen stört. Als einen mit den Mikrodomänen assoziierten Proteinmarker wurde das trimere Transmembranprotein Influenza Hämagglutinin (HA) in MDCK GH-DAF- Zellen exprimiert.It has now been investigated whether the exogenous administration of gangliosides disrupts the physical connection of GH-DAF to lipid microdomains. As the trimer became a protein marker associated with the microdomains Transmembrane protein influenza hemagglutinin (HA) in MDCK GH-DAF- Cells expressed.

Die Zellen wurden gleichzeitig mit einem monoklonalen Anti-HA mAb und einem polyklonalen Anti-GH Ab bei 4°C inkubiert, gefolgt von einer Inkubation mit den jeweiligen sekundären Antikörpern. Eine Mikroskopanalyse zeigte ein Copatching von HA und GH-DAF in der Hauptzahl der Zellen (60% Copatching, 35% teilweise Überlappung und 5% zufällige Verteilung) (Fig. 9A-F). Wenn die Zellen für 1 Stunde mit 100 µM GM1 vor dem Antikörper-induzierten Quervernetzen inkubiert wurden, wurde in den meisten Zellen nur ein partielles Coclustern von HA und GH- DAF beobachtet (31% Coclustern, 50% teilweise Überlappung und 19% zufällige Verteilung) (Fig. 9G-L). Diese Ergebnisse zeigen, dass die Anziehungskräfte zwischen Patches von HA und GH-DAF durch Verabreichung von Gangliosiden gestört werden, was zeigt, dass GPI-APs aus den Lipidmikrodomänen verdrängt werden.The cells were incubated simultaneously with a monoclonal anti-HA mAb and a polyclonal anti-GH Ab at 4 ° C., followed by an incubation with the respective secondary antibodies. Microscopic analysis showed copatching of HA and GH-DAF in the majority of the cells (60% copatching, 35% partial overlap and 5% random distribution) ( Fig. 9A-F). When the cells were incubated for 1 hour with 100 µM GM 1 before antibody-induced cross-linking, only partial cocustering of HA and GH-DAF was observed in most cells (31% cocustering, 50% partial overlap and 19% random distribution ) ( Fig. 9G-L). These results show that the attractive forces between patches of HA and GH-DAF are disrupted by administration of gangliosides, which shows that GPI-APs are displaced from the lipid microdomains.

Beispiel 9Example 9 Experimentelle VorgehensweisenExperimental procedures

In den vorstehenden Beispielen wurden die folgenden Vorgehensweisen verwendet:In the above examples, the following procedures were followed used:

Insertion von Lipiden, Verringerung des Cholesteringehalts und Octylglukosidbehandlung von Zellen:Insertion of lipids, reduction of cholesterol and Octylglucoside treatment of cells:

Vorratslösungen von Rinderhirngangliosiden (bbG) oder GM1 (1-10 mM) wurden in PBS hergestellt. Die Zellen wurden mit 10-100 µM Gangliosiden in DMEM für 1 Stunde bei 37°C beladen (Masserini et al., Biochemistry 29 (1990), 697-701; Saqr et al., J. Neurochem. 61 (1993), 395-411). Um überschüssiges Lipid zu entfernen, wurden Zellen gründlich mit PBS gewaschen, das 2 mg/ml entfettetes BSA (PBS/BSA) enthielt. Eine ethanolische 0,5%ige Vorratslösung von 2-(6-(7-Nitrobenz-2-oxa-1,3- diazol-4-yl)amino)hexanoyl-1-hexadecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin (NBD-C6-HPC) wurde unter heftigem Vortexen in PBS injiziert, um eine 1 mM Lösung zu ergeben. Die Insertion von NBD-C6-HPC in Membranen wurde mit 10-100 µM NBD-C6-HPC für 1 Stunde bei 8°C durchgeführt. Um MDCK GH-DAF-Zellen von Cholesterin zu befreien, wurden sie für 1 Stunde bei 37°C mit 10 mM Methyl-β-cyclodextrin (CD) inkubiert. Für die Octylglukosidbehandlung wurden MDCK GH-DAF-Zellen für 1 Stunde bei 37°C mit verschiedenen Konzentrationen an in DMEM gelöstem Octylglukosid inkubiert.Stock solutions of bovine brain gangliosides (bbG) or GM 1 (1-10 mM) were prepared in PBS. The cells were loaded with 10-100 µM gangliosides in DMEM for 1 hour at 37 ° C (Masserini et al., Biochemistry 29 ( 1990 ), 697-701; Saqr et al., J. Neurochem. 61 ( 1993 ), 395 -411). To remove excess lipid, cells were washed thoroughly with PBS containing 2 mg / ml defatted BSA (PBS / BSA). An ethanolic 0.5% stock solution of 2- (6- (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl) amino) hexanoyl-1-hexadecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (NBD -C 6 -HPC) was injected into PBS with vigorous vortexing to give a 1 mM solution. The insertion of NBD-C 6 -HPC in membranes was carried out with 10-100 μM NBD-C 6 -HPC for 1 hour at 8 ° C. In order to rid MDCK GH-DAF cells of cholesterol, they were incubated for 1 hour at 37 ° C. with 10 mM methyl-β-cyclodextrin (CD). For the octyl glucoside treatment, MDCK GH-DAF cells were incubated for 1 hour at 37 ° C. with various concentrations of octyl glucoside dissolved in DMEM.

DetergenzextraktionDetergent extraction

Die Zellen wurden mit kaltem PBS gewaschen und mit 1 ml TX-114- Lysepuffer bei 4°C für 30 Minuten extrahiert. Die Zellen wurden abgeschabt und Proben für 30 Minuten bei 15.000 g bei 4°C zentrifugiert. Der Überstand (lösliche Fraktion) wurde entfernt, das Pellet (unlösliche Fraktion) wurde in 1 ml Lysepuffer resuspendiert. Lösliche und unlösliche Fraktionen wurden mit 10% TCA für 1 Stunde auf Eis präzipitiert und für 15 Minuten mit 15.000 g bei 4°C zentrifugiert. Die Pellets wurden mit Aceton (-20°C) gewaschen und mit SDS-PAGE und Western Blotting weiter verarbeitet.The cells were washed with cold PBS and with 1 ml TX-114 Lysis buffer extracted at 4 ° C for 30 minutes. The cells were scraped off and centrifuged samples for 30 minutes at 15,000 g at 4 ° C. The Supernatant (soluble fraction) was removed, the pellet (insoluble fraction) was resuspended in 1 ml lysis buffer. Soluble and insoluble fractions were precipitated on ice with 10% TCA for 1 hour and for 15 minutes Centrifuged at 15,000 g at 4 ° C. The pellets were washed with acetone (-20 ° C) washed and further processed with SDS-PAGE and Western blotting.

Quervernetzen, Elektrophorese und Western BlottingCross-linking, electrophoresis and western blotting

Das Quervernetzungsprotokoll wurde, wie kürzlich beschrieben, verwendet (Friedrichson et al., Nature 394 (1998), 802-805). Kurz, Zellen wurden zweimal mit kaltem PBS gewaschen. Das Quervernetzen wurde mit 0,5 mM BS3 für 45 Minuten bei 4°C durchgeführt. Nicht umgesetzter Quervernetzter wurde mit 50 mM Glycin für 15 Minuten bei 4°C gequenscht. Die Zellen wurden 20 Minuten bei 4°C und 10 Minuten bei 37°C in einem TX-114- Lysepuffer (150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8,0, 1 mM EDTA, 1% Triton-X-114 und Proteaseinhibitoren) lysiert. Die Lysate wurden kurz auf Eis gekühlt und durch eine 15minütige Zentrifugation bei 15.000 g geklärt. Die Überstände wurden einer temperaturinduzierten Phasenseparation für 5 Minuten bei 37°C unterzogen. Wässrige und Detergenz-angereicherte Phasen wurden durch Zentrifugation für 3 Minuten mit 13.000 U/min bei Raumtemperatur (RT) getrennt. Die wässrigen Phasen wurden verworfen und 0,9 ml TX-114 Waschpuffer (150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8,0, 1 mM EDTA, 0,06% Triton-X-114 und Proteaseinhibitoren) wurden den Detergenzphasen zugegeben. Nach einer 15minütigen Zentrifugation mit 15.000 g bei 4°C wurden die Proben einer weiteren Phasenseparation unterzogen. Schließlich wurden die Detergenzphasen mit kaltem Aceton (-20°C) präzipitiert und bei 95°C für 5 Minuten in einem Lämmli- Probepuffer gekocht. Die Proteine wurden mit einer 5-15% SDS-PAGE getrennt und auf Nitrozellulose überführt. Polyklonale Antikörper gegen GH und den Folatrezeptor gefolgt von den entsprechenden sekundären Antikörpern und ECL wurden verwendet, um GH-DAF und FR-GPI nachzuweisen. Immunreaktive Banden wurden durch densitometrisches Scannen von Filmen oder einen Lumineszenz-Image-Analysator LAS-1000 (Fujifilm, Deutschland) quantifiziert. Die Daten für jede Bedingung wurden gemittelt und die Veränderung als Standardabweichung ausgedrückt. Die Experimente wurden 3 bis 6 mal durchgeführt. Für einige Gelen wurden die entsprechenden Röntgenstrahlfilme unter Verwendung einer Fotoshop- Software gescannt und die optische Dichte der immunoreaktiven Banden wurde bestimmt und unter Verwendung von MacBas (Version 2.0) ausgedruckt.The cross-linking protocol has been used as recently described (Friedrichson et al., Nature 394 ( 1998 ), 802-805). In short, cells were washed twice with cold PBS. Cross-linking was carried out with 0.5 mM BS 3 for 45 minutes at 4 ° C. Unreacted cross-linker was quenched with 50 mM glycine for 15 minutes at 4 ° C. The cells were cultured for 20 minutes at 4 ° C and 10 minutes at 37 ° C in a TX-114 lysis buffer (150mM NaCl, 10mM Tris-HCl, pH 8.0, 1mM EDTA, 1% Triton-X-114 and protease inhibitors). The lysates were briefly cooled on ice and clarified by centrifugation at 15,000 g for 15 minutes. The supernatants were subjected to a temperature-induced phase separation for 5 minutes at 37 ° C. Aqueous and detergent-enriched phases were separated by centrifugation for 3 minutes at 13,000 rpm at room temperature (RT). The aqueous phases were discarded and 0.9 ml of TX-114 wash buffer (150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA, 0.06% Triton-X-114 and protease inhibitors) were added to the detergent phases . After centrifugation at 15,000 g at 4 ° C for 15 minutes, the samples were subjected to a further phase separation. Finally, the detergent phases were precipitated with cold acetone (-20 ° C) and boiled at 95 ° C for 5 minutes in a Lämmli sample buffer. The proteins were separated with a 5-15% SDS-PAGE and transferred to nitrocellulose. Polyclonal antibodies to GH and the folate receptor followed by the corresponding secondary antibodies and ECL were used to detect GH-DAF and FR-GPI. Immunoreactive bands were quantified by densitometric scanning of films or a LAS-1000 luminescence image analyzer (Fujifilm, Germany). The data for each condition was averaged and the change expressed as a standard deviation. The experiments were carried out 3 to 6 times. For some gels, the appropriate X-ray films were scanned using Photoshop software and the optical density of the immunoreactive bands was determined and printed out using MacBas (version 2.0 ).

ImmunofluoreszenzImmunofluorescence

Auf Deckgläsern gezüchtete Zellen wurden 3 mal mit PBS gewaschen und für 6 Minuten mit 3,7% Paraformaldehyd in PBS bei 8°C und für 10 Minuten mit Methanol bei -20°C fixiert. Anschließend wurden die Zellen für 30 Minuten bei Raumtemperatur mit einem Anti-GH-Antikörper in PBS inkubiert, gefolgt von einer Inkubation mit Cy3-konjugiertem Anti-Schaf-IgG für 30 Minuten bei Raumtemperatur. Nach jeder der obigen Inkubationen wurden drei Waschschritte mit PBS durchgeführt. Die Deckgläser wurden in Moviol eingebettet und es wurden Abbildungen mit einer hochauflösenden Digitalkamera C 4742-95 (Hamamatsu Photonics K. K., Japan) aufgenommen und die digitale Dekonvolution wurde unter Verwendung der digitalen konfokalen Routine Openlab (Version 1.7.7) (Improvision, UK) durchgeführt.Cells grown on coverslips were washed 3 times with PBS and fixed for 6 minutes with 3.7% paraformaldehyde in PBS at 8 ° C and for 10 minutes with methanol at -20 ° C. The cells were then incubated for 30 minutes at room temperature with an anti-GH antibody in PBS, followed by incubation with Cy3-conjugated anti-sheep IgG for 30 minutes at room temperature. After each of the above incubations, three washes with PBS were performed. The coverslips were embedded in Moviol and images were taken with a high resolution digital camera C 4742-95 (Hamamatsu Photonics KK, Japan) and the digital deconvolution was carried out using the digital confocal routine Openlab (version 1.7.7 ) (Improvision, UK) .

Für die Antikörper-induzierten Quervernetzungsexperimente wurden der Anti-GH-Antikörper und das Cy3-konjugierte Anti-Schaf-IgG in DMEM verdünnt. Die Zellen wurden für 20 Minuten bei 37°C mit dem Anti-GH- Antikörper inkubiert, mit DMEM gewaschen und für 20 Minuten bei 37°C mit Cy3-konjugiertem Anti-Schaf-IgG inkubiert. Die Zellen wurden fixiert und wie oben beschrieben in Moviol eingebettet.For the antibody-induced cross-linking experiments, the Anti-GH antibody and the Cy3-conjugated anti-sheep IgG in DMEM diluted. The cells were washed with the anti-GH for 20 minutes at 37 ° C. Antibody incubated, washed with DMEM and for 20 minutes at 37 ° C incubated with Cy3-conjugated anti-sheep IgG. The cells were fixed and embedded in Moviol as described above.

In-Gel-Proteinkinase-AssayIn-gel protein kinase assay

In Schalen mit 6 Vertiefungen gezüchtete Zellen wurden mit Gangliosiden beladen oder mit BS3, wie oben beschrieben, quervernetzt, auf Eis gekühlt, 3 mal mit eiskaltem PBS gewaschen und in 400 µl Lysepuffer (20 mM Tris- Acetat, pH 7,0, 0,1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 1 mM Natriumorthovanadat, 10 mM β-Glycerophosphat, 50 mM Natriumfluorid, 5 mM Natriumpyrophosphat, 1% TX-100, 1 mM Benzamidin, 2 µg/ml Leupeptin, 0,1% β-Mercaptoethanol, 0,27 M Sucrose und 0,2 mM PMSF) für 30 Minuten bei 4°C lysiert und mit einem Gummiwischer abgekratzt. Die Lysate wurden für 15 Minuten bei 15.000 g geklärt und Aliquots wurden mit 5 × Probepuffer für 5 Minuten bei 95°C gekocht. Die Proben wurden auf 5-15% Gelen, die mit 5 mg/ml BSA polymerisiert waren, aufgetrennt. Der In-Gel-Proteinkinase-Assay wurde gemäß dem von von Dam beschriebenen Verfahren durchgeführt (von Dam et al., EMBO J. 14 (1995), 1798-1811), außer dass 65 µCi γ-32P-ATP in 3 ml Puffer K pro Gel verwendet wurden. Cells grown in 6-well dishes were loaded with gangliosides or cross-linked with BS 3 as described above, cooled on ice, washed 3 times with ice-cold PBS and in 400 μl lysis buffer (20 mM Tris acetate, pH 7.0, 0 , 1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 1 mM sodium orthovanadate, 10 mM β-glycerophosphate, 50 mM sodium fluoride, 5 mM sodium pyrophosphate, 1% TX-100, 1 mM benzamidine, 2 µg / ml leupeptin, 0.1% β-mercaptoethanol , 0.27 M sucrose and 0.2 mM PMSF) were lysed for 30 minutes at 4 ° C. and scraped off with a rubber wiper. The lysates were clarified at 15,000 g for 15 minutes and aliquots were boiled with 5 × sample buffer for 5 minutes at 95 ° C. The samples were separated on 5-15% gels polymerized with 5 mg / ml BSA. The in-gel protein kinase assay was performed according to the method described by Dam (by Dam et al., EMBO J. 14 ( 1995 ), 1798-1811), except that 65 µCi γ- 32 P-ATP in 3 ml Buffer K per gel were used.

Virale Infektion und Antikörper induziertes PatchingViral infection and antibody-induced patching

Für eine Infektion mit dem HA-Influenza-Virus wurde das Virus in einem Infektionsmedium (MEM, 50 mM Hepes, pH 7,3, Penicillin (100 U/ml)/Streptomycin (100 µg/ml), 0,2% BSA) verdünnt und es wurde für 1 Stunde eine Virusadsorption durchgeführt. Die Infektion wurde weitere 2,5 Stunden fortgesetzt. 100 µM GM1, verdünnt in DMEM, wurden zu einigen Zellen während der letzten Stunde zugegeben. Für ein Antikörper induziertes Patching von HA und GH-DAF wurden die Zellen mit einem polyklonalen Anti-GH-Antikörper und einem monoklonalen Anti-HA-PR8 (H17L10), verdünnt 1 : 3000 bzw. 1 : 50 in DMEM inkubiert. Die Inkubation wurde für 1 Stunde bei 4°C durchgeführt. Nach einem kurzen Waschen mit PBS/0,2 % BSA wurden die Zellen mit den entsprechenden FITC und Cy-3- gekoppelten sekundären Antikörpern für 1 Stunde bei 4°C inkubiert. Die Zellen wurden fixiert, eingebettet und Abbildungen wie oben beschrieben genommen. Für die Quantifizierung wurden 60 zufällig ausgewählte Zellen aus zwei verschiedenen Experimenten als digitale Abbildungen gespeichert. Die Zellen wurden in drei verschiedene Kategorien gemäß dem Ausmaß der Überlappung zwischen den Patches eingeteilt: (1) Coclustern (mehr als 70 % Überlappung); (2) teilweises Coclustern; (3) zufällige Verteilung.For infection with the HA influenza virus, the virus was in an infection medium (MEM, 50 mM Hepes, pH 7.3, penicillin (100 U / ml) / streptomycin (100 µg / ml), 0.2% BSA) diluted and virus adsorption was carried out for 1 hour. The infection continued for another 2.5 hours. 100 µM GM 1 diluted in DMEM was added to some cells over the past hour. For antibody-induced patching of HA and GH-DAF, the cells were incubated with a polyclonal anti-GH antibody and a monoclonal anti-HA-PR8 (H17L10) diluted 1: 3000 and 1:50 in DMEM. Incubation was carried out at 4 ° C for 1 hour. After a short wash with PBS / 0.2% BSA, the cells were incubated with the corresponding FITC and Cy-3-coupled secondary antibodies for 1 hour at 4 ° C. The cells were fixed, embedded and images were taken as described above. For the quantification, 60 randomly selected cells from two different experiments were saved as digital images. The cells were divided into three different categories according to the degree of overlap between patches: ( 1 ) cocluster (more than 70% overlap); ( 2 ) partial cocustering; ( 3 ) random distribution.

Claims (12)

1. Verwendung von Gangliosiden zur Herstellung eines Mittels zur Modulation von Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen.1. Use of gangliosides for the preparation of an agent for Modulation of sphingolipid cholesterol microdomains. 2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel die Lokalisierung von Proteinen auf den Sphingolipid- Cholesterin-Mikrodomänen beeinflusst.2. Use according to claim 1, characterized, that the agent locates proteins on the sphingolipid Cholesterol microdomains affected. 3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel die Lokalisierung von Ankerproteinen, acylierten Proteinen, Src-Kinasen oder/und Cholesterin-verankerten Proteinen beeinflusst.3. Use according to claim 2, characterized, that the agent acylated the localization of anchor proteins Proteins, Src kinases and / or cholesterol-anchored proteins influenced. 4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel auf Glykosyl-Phosphatidylinositol-Ankerproteine, Kinasen der Familie Src, Influenza Virus Hämagglutin oder/und Caveolin-1 in der Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomäne wirkt.4. Use according to claim 3, characterized, that means on glycosyl phosphatidylinositol anchor proteins, kinases the Src family, influenza virus hemagglutin and / or caveolin-1 in the sphingolipid cholesterol microdomain works. 5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel einen Clusterabbau der Proteine bewirkt.5. Use according to one of the preceding claims, characterized, that the agent causes a cluster breakdown of the proteins. 6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangliosid ausgewählt wird aus Rinderhirngangliosiden, GM1, GD1a, GD1b, GD3, GM2, GM3, GQ1a, GQ1b oder/und Globosiden. 6. Use according to one of the preceding claims, characterized in that the ganglioside is selected from bovine brain gangliosides, GM 1 , GD1a, GD1b, GD3, GM2, GM3, GQ1a, GQ1b or / and globosides. 7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation der Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen eine Veränderung der Membrantransport-, Signalübertragungs- und/oder Zelladhäsionseigenschaften oder/und von enzymatischen Prozessen bewirkt.7. Use according to one of the preceding claims, characterized, that the modulation of the sphingolipid cholesterol microdomains is one Change in membrane transport, signal transmission and / or Cell adhesion properties and / or enzymatic processes causes. 8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation der Sphingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen eine Veränderung der Proteolyse des Amyloidvorläuferproteins der Alzheimer Erkrankung oder eine Modifikation eines Prionproteins bewirkt.8. Use according to one of the preceding claims, characterized, that the modulation of the sphingolipid cholesterol microdomains is one Change in proteolysis of the amyloid precursor protein Alzheimer's disease or a modification of a prion protein causes. 9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel als Therapeutikum eingesetzt wird.9. Use according to one of the preceding claims, characterized, that the agent is used as a therapeutic. 10. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel in einer Dosis von 3 mg bis 30 mg pro kg pro Tag verabreicht wird.10. Use according to claim 10, characterized, that the agent in a dose of 3 mg to 30 mg per kg per day is administered. 11. Verwendung von Gangliosiden zur Modulation von Shingolipid- Cholesterin-Mikrodomänen.11. Use of gangliosides to modulate Shingolipid Cholesterol microdomains. 12. Verfahren zur Modulation von Shingolipid-Cholesterin-Mikrodomänen, wobei einem Patienten Ganglioside in einer Dosis von 3 mg bis 30 mg pro kg pro Tag verabreicht werden.12. Method for modulating shingolipid cholesterol microdomains, taking a patient gangliosides in a dose of 3 mg to 30 mg per kg per day.
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