DE3708306A1 - Human manganese superoxide dismutase (hMn-SOD) - Google Patents

Human manganese superoxide dismutase (hMn-SOD)

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Abstract

The present invention relates to a genetic engineering method for the preparation of human Mn superoxide dismutase (hMn-SOD), to the DNA sequences which code for this enzyme, to suitable vectors which contain these DNA sequences, and to host cells which are able to express these DNA sequences, as well as to the enzyme hMn-SOD itself. Proposed uses of this enzyme are also described.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein gentechnologisches Verfahren zur Herstellung von Human Mn-Superoxiddismutase (hMn-SOD), die DNA-Sequenzen, die für dieses Enzym codieren, geeignete Vektoren, die diese DNA-Sequenzen enthalten und Wirtszellen, die diese DNA-Sequenzen exprimieren können, sowie das Enyzm hMn-SOD selbst. Vorschläge zur Verwendung dieses Enzyms werden außerdem beschrieben.The present invention relates to a genetic engineering process for the production of human Mn superoxide dismutase (hMn-SOD), the DNA sequences that suitable vectors for this enzyme, which these contain DNA sequences and host cells that can express these DNA sequences, as well as the enzyme hMn-SOD itself. Suggestions for using this enzyme are also described.

Als Folge verschiedener biochemischer Prozesse in biologischen Systemen (z. B. Redoxprozesse in der Atmungskette, Oxydationen im Cytoplasma) werden bekannterweise laufend O-₂-Radikale gebildet, die hochcytotoxisch sind und zu Gewebezerstörungen führen können. Bei pathologischen Situationen, z. B. im Verlauf rheumatisch bedingter Erkrankungen, werden Degradationen von Collagen und Synovialflüssigkeit durch solche Radikale diskutiert (Pasquier, C. et. al., Inflammation 8, 27-32, 1984). Eukaryotische Zellen enthalten zwei Formen von Superoxiddismutasen, von denen die eine vornehmlich in Cytosol (Cu/Zn-SOD) und die anderen hauptsächlich in den Mitochondrien (Mn-SOD) vorliegen. In Lebermitochondrien wurde gefunden, daß Mn-Enzym in der Matrix einschließlich der inneren Membran lokalisiert ist, obwohl die Mn-SOD auch im Cytosol der Leberzellen nachgewiesen wurde (Mc Cord J.M. et. al., In: Superoxide and Superoxide Dismutases (A.M. Michelson, J.M. Mc Cord, I. Fridovich, eds.) Academic Press, N.Y., 129-138, 1977). As a result of various biochemical processes in biological systems (e.g. redox processes in the respiratory chain, oxidations in the cytoplasm), it is known that O - ₂ radicals are continuously formed which are highly cytotoxic and can lead to tissue destruction. In pathological situations, e.g. B. in the course of rheumatic diseases, degradations of collagen and synovial fluid by such radicals are discussed (Pasquier, C. et. Al., Inflammation 8, 27-32, 1984). Eukaryotic cells contain two forms of superoxide dismutases, one of which is primarily in cytosol (Cu / Zn-SOD) and the other mainly in mitochondria (Mn-SOD). In liver mitochondria it was found that Mn enzyme is localized in the matrix including the inner membrane, although the Mn-SOD was also detected in the cytosol of the liver cells (Mc Cord JM et. Al., In: Superoxide and Superoxide Dismutases (AM Michelson, JM Mc Cord, I. Fridovich, eds.) Academic Press, NY, 129-138, 1977).

In Prokaryoten existiert neben einer Mn-SOD noch eine Fe-SOD. Letztere wurde auch in Algen und Protozoen sowie in einigen Pflanzenspezies nachgewiesen (Bridges, S.M., Salin, M.L., Plant Physiol. 68, 275-278, 1981). Diese hochaktiven Enzyme katalysieren die Disproportionierung O-₂+O-₂+2H⁺₄H₂O₂+O₂ und verhindern durch diese Dismutation der Superoxidradikale deren Anreicherung und somit deren zellschädigende Wirkung. Neben dem endoplasmatischen Retikulum der Leber können die mitochondrialen Membranen als einer der wichtigsten Orte der O-₂-Entstehung in tierischen Zellen angesehen werden, so daß es nicht verwundert, daß Mitochondrien ihrer eigene, spezielle SOD(Mn-SOD) zur Verfügung haben.In addition to Mn SOD, there is also Fe SOD in prokaryotes. The latter has also been detected in algae and protozoa and in some plant species (Bridges, SM, Salin, ML, Plant Physiol. 68, 275-278, 1981). These highly active enzymes catalyze the disproportionation O - ₂ + O - ₂ + 2H⁺₄H₂O₂ + O₂ and prevent the superoxide radicals from accumulating and thus damaging the cells by this dismutation. In addition to the endoplasmic reticulum of the liver, the mitochondrial membranes can be regarded as one of the most important places of O - ₂ formation in animal cells, so it is not surprising that mitochondria have their own special SOD (Mn-SOD) available.

Das Strukturgen einer prokaryotischen Mn-SOD (E.coli) wurde cloniert und das chromosomale sodA-Gen lokalisiert (Touati, D., J. Bact. 155, 1078-1087, 1983).The structural gene of a prokaryotic Mn-SOD (E.coli) was cloned and the chromosomal sodA gene localized (Touati, D., J. Bact. 155, 1078-1087, 1983).

Die 699 bp lange Nukleotidsequenz einer mitochondrialen Hefe Mn-SOD konnte aufgeklärt und die Primärstruktur sowohl des Precursors als auch des maturen Proteins davon abgeleitet werden - mit Molekulargewichten von 26 123 Da für den Precursor und 23 059 Da für das mature Protein (Marres, C.A.M. et al., Eur. J. Biochem. 147, 153-161 (1985). Somit unterscheiden sich die Mn - und Cu/Zn-SOD (MG=14 893, EP-A 1 38 111) in ihren Molekulargewichten deutlich. The 699 bp nucleotide sequence of a mitochondrial Yeast Mn-SOD was able to elucidate the primary structure both the precursor and the mature protein derived from it - with molecular weights of 26 123 Da for the precursor and 23 059 Da for the mature Protein (Marres, C.A.M. et al., Eur. J. Biochem. 147, 153-161 (1985). The Mn and Cu / Zn-SOD (MW = 14 893, EP-A 1 38 111) in their Molecular weights clearly.  

Die vollständige Aminosäuresequenz der Mn-SOD aus Menschenleber wurde von Barra, D. publiziert, wonach die hMn-SOD aus 196 Aminosäuren zusammengesetzt sein soll (Barra, D. et al., J. Biol Chem. 259, 12 595-12 601, 1984). Die Human Cu/Zn-SOD aus Erythrocyten besteht demgegenüber aus 153 Aminosäuren (Jabusch, J.R., et al., Biochemistry 19, 3210-2316, 1980) und zeigt keine Sequenzhomologien zur hMn-SOD) (Barrac. D. et al., siehe oben).The complete amino acid sequence of the Mn-SOD Human liver was published by Barra, D., according to the hMn-SOD can be composed of 196 amino acids should (Barra, D. et al., J. Biol Chem. 259, 12 595-12 601, 1984). The Human Cu / Zn-SOD consists of erythrocytes in contrast, from 153 amino acids (Jabusch, J.R., et al., Biochemistry 19, 3210-2316, 1980) and shows none Sequence homologies to hMn-SOD) (Barrac. D. et al., See above).

Generell wird den Superoxiddismutasen eine Schutzfunktion gegenüber bestimmten Endzündungsprozessen zugesprochen. Insbesondere soll eine Defizienz an Mn-SOD bei der Entwicklung der rheumatioden Arthritis eine Bedeutung zukommen (Phasquier, C. et al., siehe oben). Ein protektiver Effekt der SOD gegen alkoholinduzierte Leberschädigungen wird ebenfalls angenommen (Del Villano B.C. et al., Science 207, 991-993, 1980). Generally, superoxide dismutases become one Protective function against certain Inflammatory processes awarded. In particular, should a deficiency in Mn-SOD in developing the rheumatoid arthritis is of importance (Phasquier, C. et al., See above). A protective Effect of SOD against alcohol-induced Liver damage is also assumed (Del Villano B.C. et al., Science 207, 991-993, 1980).  

Die Klonierung und Expression einer Human-SOD ist nur für die Human Cu/Zn-SOD aus Menschenleber bekannt (EP-A 1 38 111).The cloning and expression of a human SOD is only known for human Cu / Zn-SOD from human liver (EP-A 1 38 111).

Anhand der vorgenannten essentiellen Eigenschaften der Superoxiddismutasen, insbesondere der hMn-SOD, ist ein Bedarf für den therapeutischen und/oder diagnostischen Einsatz zu erwarten. Dabei ist es vorteilhaft, zu diesem Zweck specieseigene, d. h. humane Mn-SOD in homogener Form und in ausreichenden Mengen zur Verfügung zu haben. Die sich daraus ableitende Zielvorstellung ist, zu erwartende immunologische Reaktionen z. B. nach therapeutischen Einsatz, zu minimieren oder zu verhindern.Based on the essential properties of Superoxide dismutases, especially hMn SOD, is a Need for therapeutic and / or diagnostic Expected use. It is advantageous to for this purpose, its own, d. H. human Mn-SOD in homogeneous form and in sufficient quantities for To have available. The derived from it The goal is to be expected immunological Reactions e.g. B. after therapeutic use minimize or prevent.

Erst die Entwicklung von Technologien zur Rekombination von Fremd-DNA mit Vektor-DNA mit der Möglichkeit, auch erstere in Mikroorganismen stabil zu etablieren und zu exprimieren, gestattet es, homogene Proteine tierischer oder humaner Herkunft in großen Mengen bereitzustellen. Hierbei soll ein anderes Ziel erreicht werden, nämlich, daß das damit hergestellte Enzym - die hMn-SOD - ein gegenüber der authentischen genuinen hMn-SOD charakteristisches biologisches Aktivitätssprektrum zeigt.Only the development of recombination technologies of foreign DNA with vector DNA with the possibility, too to establish and stabilize the former in microorganisms express, allows homogeneous proteins of animal or human origin in large quantities. Another goal is to be achieved, namely that the enzyme produced with it - the hMn-SOD - a compared to the authentic genuine hMn-SOD characteristic biological activity spectrum shows.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, mit Hilfe gentechnologischer Verfahren erstmals die für dieses Enzym codierende DNA-Sequenz zu finden bzw. darzustellen und erstmals aufzuzeigen, nach welchen Methoden diese Sequenz erhalten werden kann. An object of the present invention was therefore therein, using genetic engineering for the first time to find the DNA sequence coding for this enzyme or to represent and show for the first time, according to what methods this sequence can be obtained.  

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine aus Humanzellen plazentalen Ursprungs gewonnene cDNA-Genbank mit synthetisch hergestellten DNA-Sondenmolekülen durchsucht wurde und dadurch das für hMn-SOD codierende Gen isoliert werden konnte. Um das Gen für hMn-SOD zu erhalten, kann nach bekannten Methoden die mRNA aus solchen Zellen isoliert werden, die das gewünschte Enzym produzieren. Als Ausgangsmaterial sind verschiedene, z. B. metabolisch aktive drüsige Gewebe wie z. B. Leder oder Plazenta geeignet. Nach Herstellung der cDNA, die nach bekannten Methoden durch geprimte Synthese mit reverser Transkriptase anhand der isolierten mRNA erhalten werden kann, nachfolgendem Einbau in einen geeigneten Vektor und Amplifikation zu einer vollständigen cDNA-Genbank, kann diese mit einer definierten, radioaktiv markierten DNA-Sonde oder einer Mischung aus verschiedenen solcher Sonden durchsucht werden. Um die Degeneration des genetischen Codes zu berücksichtigen werden vorzugsweise definierte DNA-Sondenmischungen verwendet, die alle möglichen Nukleotidvariationen für ein und dieselbe Aminosäure repräsentieren bzw., die derart ausgewählt werden, das die Anzahl der zu synthetisierenden DNA-Sonden einer Mischung möglichst gering und die Homologie zur gesuchten hMn-SOD DNA-Sequenz möglichst hoch ausfällt. Ein weiteres Auswahlkriterium für die Synthese von DNA-Sonden kann darin bestehen, daß diese komplementär sind zu mindestens zwei unabhängigen Regionen, beispielsweise nahe dem 3′- und 5′-Ende der putativen Gensequenz. According to the invention, this object has been achieved in that one obtained from human cells of placental origin cDNA library with synthetically produced DNA probe molecules was searched and thereby the gene coding for hMn-SOD could be isolated. Around Obtaining the gene for hMn-SOD can be done according to known Methods that isolate mRNA from such cells that produce the desired enzyme. As Starting material are different, e.g. B. metabolically active glandular tissues such as B. leather or placenta suitable. After preparation of the cDNA, the known Methods by primed synthesis with reverser Obtained transcriptase from the isolated mRNA subsequent installation in a suitable Vector and amplification to a complete cDNA library, can this with a defined, radiolabelled DNA probe or a mixture of various such probes can be searched. To the Degeneration of the genetic code to be considered are preferably defined DNA probe mixtures used all possible nucleotide variations for represent the same amino acid or that be selected so that the number of synthesizing DNA probes of a mixture if possible low and the homology to the searched hMn-SOD DNA sequence is as high as possible. Another one Selection criterion for the synthesis of DNA probes can consist in that these are complementary to at least two independent regions, for example near the 3'- and 5'-end of the putative gene sequence.  

Dadurch können anhand von mindestens zwei getrennten Hybridisierungen Klone identifiziert werden, die gegen beispielsweise beide unabhängige DNA-Sonden positive Signale zeigen. Diese Klone können dann vorzugsweise für die Isolierung des hMn-SOD Gens benutzt werden, da von ihnen zu erwarten ist, daß sie entweder einen wesentlichen Teil oder das komplette Gen für hMn-SOD enthalten.This allows you to use at least two separate ones Hybridizations are identified against clones for example, both independent DNA probes are positive Show signals. These clones can then preferably be used for the isolation of the hMn-SOD gene since you can expect them to either essential part or the complete gene for hMn-SOD contain.

Die besonderen DNA-Sequenzen, die für die erfindungsgemäßen DNA-Sonden verwendet wurden, wurden anhand der von Barra, D. et al., publizierten Aminosäuresequenz der Human Mn-SOD aus Lebergeweben (Barra, D. et al., Oxy Radicals and their scavenger Systems, Vol. 1, 336-339, 1983) abgeleitet. Insbesondere können vorzugsweise zwei Regionen der putativen hMn-SOD DNA-Sequenz verwendet werden, die für mindestens fünf Aminosäurereste, vorzugsweise für 8 Aminosäurereste codieren, wobei eine DNA-Sondenlänge von mindestens 14, vorzugsweise 23 Basen vorteilhaft ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine DNA-Sonde komplementär ist zu jener, abgeleiteten hMn-SOD DNA-Sequenz, deren genetische Information kolinear ist mit den Aminosäureresten 39 bis 46 und eine zweite DNA-Sonde komplementär ist zu der entsprechenden DNA-Region, die für die Aminosäurereste 200 bis 207 der bekannten Aminosäuresequenz codiert. Ebenso können natürlich auch DNA-Sequenzen als Sonden eingesetzt werden, die anhand anderer Mn-Superoxiddismutasen abgeleitet werden können und in ihrer Länge voneinander unterscheidet. Die gefundenen Unterschiede dieser Sequenz zur "Barra-Sequenz" betreffen die Aminosäure-Positionen, 42, 88, 109 und 131 (jeweils Glu anstatt Gln) sowie zwei zusätzliche Aminosäuren Gly und Trp zwischen Position 123 und 124, so daß die erfindungsgemäße DNA-Sequenz einer hMn-SOD von 198 Aminosäuren entspricht.The special DNA sequences for the DNA probes according to the invention were used based on those published by Barra, D. et al Amino acid sequence of human Mn-SOD from liver tissues (Barra, D. et al., Oxy Radicals and their scavenger Systems, Vol. 1, 336-339, 1983). In particular, two regions of the putative hMn-SOD DNA sequence used for at least five amino acid residues, preferably for 8 Encode amino acid residues, being a DNA probe length of at least 14, preferably 23 bases advantageous is. It is particularly advantageous if a DNA probe is complementary to that derived hMn-SOD DNA sequence whose genetic information is colinear with amino acid residues 39 to 46 and a second DNA probe is complementary to the corresponding one DNA region responsible for the amino acid residues 200 to 207 of the known amino acid sequence encoded. You can also of course, DNA sequences are also used as probes that are based on other Mn superoxide dismutases can be derived and  different in length. The found differences of this sequence to "Barra sequence" concern the amino acid positions, 42, 88, 109 and 131 (each Glu instead of Gln) and two additional amino acids Gly and Trp between Item 123 and 124, so that the invention DNA sequence of a hMn-SOD of 198 amino acids corresponds.

Völlig unerwartet war auch, daß andererseits eine für hMn-SOD codierende cDNA isoliert werden konnte, die eine Aminosäuresubstitution an Position 29 bedeutet (Codon für Gln anstatt für Lys) und somit in diesem Punkt einen weiteren Unterschied "zur Barra-Sequenz" und zur Formel Ia aufweist, entsprechend Formel Ib:It was also completely unexpected that, on the other hand, one for cDNA encoding hMn-SOD could be isolated means an amino acid substitution at position 29 (Codon for Gln instead of Lys) and thus in this Point another difference "to the Barra sequence" and to formula Ia, corresponding to formula Ib:

Mit Hilfe einer solchen DNA-Sonde können positive Klone erhalten werden, aus denen eine cDNA-Sequenz nach folgender Formel Ia, isoliert werden kann, die einen großen Anteil einer für hMn-SOD codierenden Region enthält:With the help of such a DNA probe, positive clones can are obtained from which a cDNA sequence according to following formula Ia, which can be isolated large portion of a region coding for hMn-SOD contains:

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die gefundene cDNA für eine Aminosäuresequenz codiert, die sich von der publizierten Aminosäuresequenz (Barra, D. et al., J. Biol. Chem. 259, 12 595-12 601, 1984) in einigen Resten und in ihrer Länge voneinander unterscheidet. Die gefundenen Unterschiede dieser Sequenz zur "Barra-Sequenz" betreffen die Aminosäure-Positionen, 42, 88, 109 und 129 (jeweils Glu anstatt Gln) sowie zwei zusätzliche Aminosäuren Gly und Trp zwischen Position 123 und 124, so daß die erfindungsgemäße DNA-Sequenz einer hMn-SOD von 198 Aminosäuren entspricht. Die Zählweise erfolgte in Anlehnung an die Aminosäuresequenz nach Barra, D. et al., (1984) mit Lys=1.Surprisingly, it was found that the found cDNA encodes an amino acid sequence that differs from the published amino acid sequence (Barra, D. et al., J. Biol. Chem. 259, 12 595-12 601, 1984) in some residues and  different in length. The found differences of this sequence to "Barra sequence" concern the amino acid positions, 42, 88, 109 and 129 (each Glu instead of Gln) and two additional amino acids Gly and Trp between Item 123 and 124, so that the invention DNA sequence of a hMn-SOD of 198 amino acids corresponds. The counting was based on the Amino acid sequence according to Barra, D. et al., (1984) with Lys = 1.

Völlig unerwartet war auch, daß andererseits eine für hMn-SOD codierende cDNA isoliert werden konnte, die eine Aminosäuresubstitution an Position 29 bedeutet (Codon für Gln anstatt für Lys) und somit in diesem Punkt einen weiteren Unterschied "zur Barra-Sequenz" und zur Formel Ia aufweist, entsprechend Formel Ib:It was also completely unexpected that, on the other hand, one for cDNA encoding hMn-SOD could be isolated means an amino acid substitution at position 29 (Codon for Gln instead of Lys) and thus in this Point another difference "to the Barra sequence" and to formula Ia, corresponding to formula Ib:

Geht man davon aus, daß die Barra-Sequenz richtig analysiert worden ist, kann anhand der erfindungsgemäßen Nukleotid- bzw. Aminosäuresequenz die Möglichkeit eingeräumt werden, daß hiermit erstmals und überraschend die mögliche Existenz verschiedener Gene oder deren allele Ausprägungsformen oder Isoenzyme für hMn-SOD aufgezeigt wird.Assuming that the Barra sequence is correct has been analyzed using the nucleotide or amino acid sequence according to the invention Possibility to be granted that hereby for the first time and surprising the possible existence of different genes or their allelic forms or isoenzymes for hMn-SOD is shown.

Da cDNA tragende Klone erhalten werden können, denen das für das komplette hMn-SOD Gen notwendige Ende fehlt, war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung des kompletten Gens für hMn-SOD.
Die Lösung dieser Aufgabe kann nach verschiedenen, bekannten Strategien erfolgen. Beispielsweise kann die erhaltene Sequenz selbst als DNA-Sonde eingesetzt und damit die cDNA-Bank nochmals durchsucht werden, um ein komplettes Gen bzw. eine cDNA mit dem jeweils fehlenden Ende zu finden oder die erhaltene DNA-Sequenz kann als Hybridisierungssonde gegen eine genomische Bank verwendet werden, um nach Identifizierungen das komplette hMn-SOD Gen zu isolieren.
Since cDNA-bearing clones can be obtained which lack the end necessary for the complete hMn-SOD gene, a further object of the present invention was to provide the complete gene for hMn-SOD.
This problem can be solved according to various known strategies. For example, the sequence obtained can itself be used as a DNA probe and the cDNA bank can thus be searched again in order to find a complete gene or a cDNA with the missing end, or the DNA sequence obtained can be used as a hybridization probe against a genomic bank in order to isolate the complete hMn-SOD gene after identification.

Oder man bedient sich der Möglichkeit, Oligonukleotide zu synthetisieren, deren Nukleotidsequenz dem fehlenden Ende der hMn-SOD entspricht und mit Hilfe dieser, nach geeigneter Linker-Ligation, die vollständige cDNA für hMn-SOD zu erhalten. Diese Methode besitzt den Vorteil, daß beispielsweise eine für hMn-SOD codierende DNA erhalten werden kann, deren 5′-Ende direkt mit dem Startcodon (ATG) beginnt. Or you use the possibility of oligonucleotides to synthesize the nucleotide sequence of the missing End of the hMn-SOD and with the help of this, after suitable linker ligation, the complete cDNA for to get hMn-SOD. This method has the advantage that, for example, a DNA coding for hMn-SOD can be obtained, the 5'-end directly with the Start codon (ATG) begins.  

Als besonders geeignet, diese Aufgabe zu lösen, erwies sich für die Komplettierung der beispielsweise ab Aminosäure 22 oder 26 codierenden, erfindungsgemäßen cDNAs die DNA-Sequenz der Formel II, beginnend mit dem 5′-Startcodon ATG und endend mit dem Codon für Aminosäure 31 (His, wobei AAG [Lys]-1) unter Zugrundelegung der bekannten Codonpräferenzen wie sie beispielsweise für die Hefe Gültigkeit besitzen (Sharp, P.M. et al., Nucl. Acids. Res. 14 (13), 5125-5143, 1986)It proved to be particularly suitable for solving this task opting for completing the example Amino acid 22 or 26 coding according to the invention cDNAs the DNA sequence of formula II, starting with the 5′-start codon ATG and ending with the codon for Amino acid 31 (His, where AAG [Lys] -1) under Based on the known codon preferences like them are valid for yeast (Sharp, P.M. et al., Nucl. Acids. Res. 14 (13), 5125-5143, 1986)

Ebenso können andere bekannte synonyme Codons für die Komplettierung des hMn-SOD Gens oder zur in vitro Synthese des gesamten Gens verwendet werden, z. B. solche, die eine optimale Codon-Anticodon Wechselwirkung in Bakterien, z. B. E.coli, erleichtern und dort die Effizienz der Translation erhöhen (Grosjean, H. Fiers, W., Gene 18, 199-209, 1982; Ikemura, T., J. Mol. Biol. 151, 389-409, 1981) oder solche Codons, die den genuinen Verhältnissen in Säugetierzellen entsprechen (Grantham, R. et al., Nucleic Acid Research 9, 43-47, 1981).
Letztere können vorzugsweise zur Transformation und nachfolgend zur Expression in Säugetierzellen eingesetzt werden.
Likewise, other known synonymous codons can be used for the completion of the hMn-SOD gene or for the in vitro synthesis of the entire gene, e.g. B. those that have an optimal codon-anticodon interaction in bacteria, e.g. BEcoli, and there increase the efficiency of translation (Grosjean, H. Fiers, W., Gene 18, 199-209, 1982; Ikemura, T., J. Mol. Biol. 151, 389-409, 1981) or such Codons that correspond to the genuine ratios in mammalian cells (Grantham, R. et al., Nucleic Acid Research 9, 43-47, 1981).
The latter can preferably be used for transformation and subsequently for expression in mammalian cells.

Es ist prinzipiell möglich, den Methioninrest, der durch das Startcodon ATG kodiert wird und dem reifen hMn-SOD, beginnend mit der ersten Aminosäure Lysin, vorangestellt ist, nach an sich bekannten Verfahren, beispielsweise mit CNBr oder CNCl, abzuspalten. Da aber im reifen Enzym hMn-SOD weitere interne Methioninreste vorkommen können z. B. an Positionen 23 oder 192 - kann eine solche Vorgehensweise nicht durchführbar sein, so daß in diesem Fall der zusätzliche N-terminale Methioninrest erhalten bleibt, ohne Einfluß auf die biologische Aktivität der hMn-SOD.In principle it is possible to get the methionine residue through the start codon ATG is encoded and the mature hMn-SOD, beginning with the first amino acid lysine is, according to known methods, for example with CNBr or CNCl. But since in the mature enzyme hMn-SOD further internal methionine residues can occur e.g. B. at positions 23 or 192 - such Procedure cannot be carried out, so in this In case the additional N-terminal methionine residue is obtained remains without influence on the biological activity of the hMn SOD.

Es können jedoch auch enzymatische Spaltungen vorgesehen werden, wobei bekannterweise geeignete synthetische Linker eingesetzt werden können, da zu erwarten ist, daß sich Codons für entsprechende, spezifische Aminosäuren an den gewünschten Positionen auf dem Vektor, der die hMn-SOD cDNA enthält, befindet. Z. B. sind Arg- oder Lys-Reste für eine tryptische Spaltung zu nennen bzw. man bedient sich allgemein Codons, die für Protease-empfindliche Aminosäuren codieren. Diese können vor oder hinter dem Start-Codon positioniert werden oder innerhalb der codierenden Region.However, enzymatic cleavages can also be provided are, known to be suitable synthetic Linkers can be used since it is expected that themselves codons for corresponding, specific amino acids at the desired positions on the vector that the contains hMn-SOD cDNA. For example, Arg- or To name Lys residues for tryptic cleavage or one generally uses codons for Encode protease sensitive amino acids. these can be positioned before or after the start codon or within the coding region.

Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, mit Hilfe gentechnologischer Verfahren die für hMn-SOD codierende Sequenz in geeigneten Wirtszellen erstmals zur Expression zu bringen, das homogene Enzym hMn-SOD nach solchen Verfahren erstmalig herzustellen, zu isolieren und in reiner Form bereitzustellen und die dafür erforderliche Vorgehensweise erstmals zu beschreiben.An additional object of the present invention was it, with the help of genetic engineering methods, the for Sequence encoding hMn-SOD in suitable host cells to express for the first time, the homogeneous enzyme to produce hMn-SOD for the first time using such processes,  to isolate and provide in pure form and the necessary procedure for the first time describe.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe dadurch gelöst, indem die für hMn-SOD codierenden DNA-Sequenzen, beispielsweise der Formeln IIIa oder IIIbAccording to the invention, this object was achieved by by the DNA sequences coding for hMn-SOD, for example of the formulas IIIa or IIIb

gegebenenfalls mit entsprechenden Signal- oder Kontrollsequenzen versehen, in geeignete Vektoren inseriert und damit geeignete Wirtszellen transformiert wurden. Nach Kultivierung der transformierten Wirtszellen werden die gebildeten Polypeptide nach an sich bekannten Verfahren isoliert und gereinigt. Die erhaltene Polypeptide entsprechen den nachfoldenden Formeln IVa und IVb. if necessary with appropriate signal or Provide control sequences in suitable vectors inserted and thus transformed suitable host cells were. After cultivating the transformed The polypeptides formed become host cells after known processes isolated and cleaned. The polypeptides obtained correspond to the subsequent ones Formulas IVa and IVb.  

Die Sequenz gemäß Formeln IIIa und IIIb eignen sich besonders zur Herstellung von nicht-glykolisierter hMn-SOD der Formeln IVa und IVb in Mikroorganismen, insbesondere in E.coli oder S. cerevisiae. Das Problem der Glykosylierung beispielsweise in Hefe kann dadurch umgangen werden, daß man sich Mutanten bedient, die Defizient sind in der Glykosylierung von Proteinen (alg Mutanten) (z. B. Huffakter, T.C., Robbins P.W. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 7466-7470, 1983).The sequences according to formulas IIIa and IIIb are suitable especially for the production of non-glycosylated hMn-SOD of the formulas IVa and IVb in microorganisms, especially in E.coli or S. cerevisiae. The problem glycosylation in yeast, for example be avoided that mutants are used that The glycosylation of proteins (alg Mutants) (e.g. Huffakter, T.C., Robbins P.W. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 7466-7470, 1983).

Falls es notwendig oder sinnvoll erscheint, kann dem kompletten hMn-SOD Gen, beispielsweise gemäß Formeln IIIa oder IIIb eine Leader- bzw. Signalsequenz direkt dem ersten Codon der ersten N-terminalen Aminosäure der reifen hMn-SOD bzw. vor dem Startcodon ATG vorangestellt werden. Hiermit kann erreicht werden, daß die hMn-SOD aus der Wirtszelle transportiert und leicht aus dem Kulturmedium isoliert werden kann.If it appears necessary or sensible, the complete hMn-SOD gene, for example according to formulas IIIa or IIIb a leader or signal sequence directly the first codon of the first N-terminal amino acid of mature HMn-SOD or in front of the start codon ATG will. This can be achieved that the hMn-SOD transported out of the host cell and easily out of the Culture medium can be isolated.

Derartige Signalsequenzen sind beschrieben worden; sie codieren für einen meist hydrophoben Proteinanteil, der durch posttranslationale Modifikationsprozesse in der Wirtszelle abgespalten wird (Davis, D.B., Tai. P.-C., Nature 283, 433-438, 1980; Perlman, D., Halvorson, H.O., J. Mol. Biol. 167, 391-409, 1983). Wenn vor die erste Aminosäure der hMn-SOD ein ATG-Codon konstruiert worden ist, kann ein Genprodukt erhalten werden, das vor dem Lysin ein N-terminales Methionin enthält. Daß Signalsequenzen von Prokaryoten verwendet werden, um Proteine in das Periplasma zu sekretieren und korrekt zu prozessieren, ist bekannt. (Z. B. Davis, B.D., Tai, P.-C., 1980). Such signal sequences have been described; they code for a mostly hydrophobic portion of protein, the through post-translational modification processes in the Host cell is split off (Davis, D.B., Tai. P.-C., Nature 283, 433-438, 1980; Perlman, D., Halvorson, H.O., J. Mol. Biol. 167, 391-409, 1983). If before the first Amino acid of the hMn-SOD has been constructed as an ATG codon is a gene product can be obtained that before Lysine contains an N-terminal methionine. That Signal sequences from prokaryotes are used to To secrete proteins into the periplasm and correct them process is known. (E.g. Davis, B.D., Tai, P.-C., 1980).  

Selbstverständlich ist es nach Isolierung und Klonierung der hMn-SOD DNA-Sequenz möglich, das durch diese Sequenz codierte Enyzme spezifisch zu modifizieren. Enzymmodifikationen können beispielsweise über gezielte in vitro Mutationen mit syntetischen Oligonukleotiden erfolgen, wodurch die katalytischen Eigenschaften der hMn-SOD beeinflußt und neuartige enzymatische Aktivitäten geschaffen werden können. Die grundlegenden methodischen Schritte zur Durchführung derartiger Proteinmanipulationen sind bekannt (z. B. Winter, G. et al., Nature 299, 756-758, 1982; Dalbadie - Mc Farland, G. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 6409-6413, 1982).Of course it is after isolation and cloning the hMn-SOD DNA sequence possible through this sequence to specifically modify encoded enzymes. Enzyme modifications can be targeted, for example in vitro mutations with synthetic oligonucleotides take place, whereby the catalytic properties of the hMn-SOD affects and novel enzymatic Activities can be created. The basic methodological steps to carry out such Protein manipulations are known (e.g. Winter, G. et al., Nature 299, 756-758, 1982; Dalbadie - Mc Farland, G. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 6409-6413, 1982).

Für die Klonierung, d. h. Amplifikation und Präparation, des hMn-SOD Gens kann E.coli verwendet werden, vorzugsweise E.coli C600 (Nelson et al., Virology 108, 338-350, 1981) oder JM 101, bzw. E.coli-Stämme mit mindestens einem der bekannten sup-Genotypen. Die Klonierung kann aber auch in Gram-positiven Bakterien wie z. B. B.substilis erfolgen. Derartige Systeme sind vielfach beschrieben.For cloning, i.e. H. Amplification and preparation, of the hMn-SOD gene, E. coli can be used preferably E.coli C600 (Nelson et al., Virology 108, 338-350, 1981) or JM 101, or E. coli strains at least one of the known sup genotypes. The Cloning can also occur in Gram-positive bacteria such as B. B. substilis. Such systems are described many times.

Als geeignete Wirte für die Expression des erfindungsgemäßen hMn-SOD-Gens kommen sowohl Mikroorganismen als auch Kulturen multizellulärer Organismen in Frage.
Unter Mikroorganismen sind Prokaryoten, d. h. Gram-negative oder Gram-positive Bakterien, und Eukaryoten, wie Protozoen, Algen, Pilze bzw. höhere Protisten, zu verstehen. Von den Gram-negativen Bakterien sind besonders die Enterobacteriaceae, z. B. E.coli, von den Gram-positiven die Bacillaceae und apathogenen Micrococcaceae, z. B. B. subtilis und Staph. carnosus, von den Eukaryoten die Ascomyceten insbesondere die Hefen, z. B. Saccharomyces cerevisiae, bevorzugte Wirte.
Both microorganisms and cultures of multicellular organisms come into question as suitable hosts for the expression of the hMn-SOD gene according to the invention.
Microorganisms are to be understood as prokaryotes, ie Gram-negative or Gram-positive bacteria, and eukaryotes such as protozoa, algae, fungi or higher protists. Of the Gram-negative bacteria, the Enterobacteriaceae, z. BEcoli, from the Gram-positive the Bacillaceae and apathogenic Micrococcaceae, e.g. BB subtilis and Staph. carnosus, from the eukaryotes the Ascomycetes in particular the yeasts, e.g. B. Saccharomyces cerevisiae, preferred hosts.

Für einzellige Mikroorganismen stehen eine Vielzahl an Ausgangsvektoren zur Verfügung, die sowohl plasmidischen als auch virales Ursprungs sein können. Diese Vektoren können in einfacher Kopienzahl oder als Multicopy-Vektoren vorliegen. Derartige Vektoren, die zur Klonierung und Expression der erfindungsgemäßen hMn-SOD wie allgemein für eukaryotische DNA-Sequenzen geeignet sind, werden in vielen Publikationen und Manuals beschrieben (z. B. Maniatis, T. et al. Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982; Glover, D.M. (ed.) DNA Cloning Vol. I, II, 1985) und sind kommerziell erhältlich.There are a large number of unicellular microorganisms Output vectors are available that are both plasmid as well as being of viral origin. These vectors can be in simple number of copies or as Multicopy vectors are available. Such vectors, the for cloning and expression of the invention hMn-SOD as general for eukaryotic DNA sequences are suitable in many publications and Manuals described (e.g. Maniatis, T. et al. Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982; Glover, DM. (ed.) DNA Cloning Vol. I, II, 1985) and are commercially available.

Im allgemeinen können Plasmid-Vektoren, die in der Regel einen Replikationsursprung und Kontrollsequenzen für die Transkription, Translation und Expression enthalten, in Verbindung mit diesen Wirten verwendet werden. Diese Sequenzen sollten aus Spezies stammen, die kompatibel mit den Wirtszellen sind. Der Vektor trägt üblicherweise neben einer Replikationsstelle zusätzlich Erkennungssequenzen, die es ermöglichen, in transformierten Zelle phänotypisch zu selektionieren. Die Selektion kann entweder durch Komplementation, Suppression oder durch Inaktivierung eines Markers erfolgen. Hinsichtlich der beiden erstgenannten Verfahren sind auxotrophe Mutanten von Bakterien und Hefen, die defizient sind für ein essentielles Stoffwechselprodukt, oder Nonsense-Mutanten, in denen es bei der Translation des betroffenen Gens zum Kettenabbruch kommt. Verschiedene Suppressor-Gene, z. B. supD. E, F (supprimieren UAG), supC, G (supprimieren UAG oder UAA) sind bekannt. Beim dritten Verfahren trägt der Vektor ein Resistenz-Gen gegen ein oder mehrere cytotoxische Agenzien, wie z. B. Antibiotika, Schwermetalle. Durch Insertion einer fremden DNA in solch ein Marker-Gen wird dieses inaktiviert, so daß der neu entstandene Phänotyp vom ursprünglichen Phänotyp unterschieden werden kann.In general, plasmid vectors, which are usually an origin of replication and control sequences for the Contain transcription, translation and expression, in Connection with these hosts can be used. These Sequences should come from species that are compatible with the host cells. The vector usually carries in addition to a replication site Recognition sequences that allow in phenotypically selected transformed cell. The selection can be made either by complementation, Suppression or by inactivating a marker respectively. Regarding the two  first-mentioned methods are auxotrophic mutants of Bacteria and yeast that are deficient for one essential metabolite, or Nonsense mutants in which the translation of the affected gene comes to chain termination. Various Suppressor genes, e.g. B. supD. E, F (suppress UAG), supC, G (suppress UAG or UAA) are known. In the third method, the vector is entered Resistance gene against one or more cytotoxic Agents such as B. antibiotics, heavy metals. By Insertion of a foreign DNA into such a marker gene this inactivated so that the newly created phenotype can be distinguished from the original phenotype.

Zum Beispiel kann E.coli mit pBR322 transformiert werden, ein Plasmid das aus E.coli Species stammt (Bolivar, et al., Gene 2, 95 (1977). pBR322 enthält Gene für Amplicillin- und Tetracyclin-Resistenz und liefert damit einfache Mittel, transformierte Zellen zu identifizieren, indem durch Klonieren in beispielsweise die PstI-Stelle im β-Lactamase-Gen der Phänotyp Apr, Tcr zu Aps, Tcr konvertiert wird. Andere Verfahren sind gleichsam anwendbar, wofür beispielsweise die lacZ-Geninaktivierung bei λ- und M 13-Vektoren sowie bei verschiedenen Plasmiden (z. B. pUC, pUR) bedeutend ist. Diese sehr vielfältigen Selektionssysteme sind altbekannt und entsprechend liegt darüber eine Fülle an Literatur vor. For example, E. coli can be transformed with pBR322, a plasmid derived from E. coli species (Bolivar, et al., Gene 2, 95 (1977). PBR322 contains genes for amplicillin and tetracycline resistance and thus provides simple means to identify transformed cells by converting the phenotype Ap r , Tc r to Ap s , Tc r by cloning into, for example, the PstI site in the β- lactamase gene Other methods are equally applicable, for which, for example, the lacZ gene inactivation λ and M 13 vectors as well as with various plasmids (eg pUC, pUR) are significant.These very diverse selection systems are well known and accordingly there is a wealth of literature on them.

Neben solchen Selektionsmarkern müssen derartige Vektoren, insbesondere Expressionsvektoren, Signalsequenzen aufweisen, die die korrekte Initiation und Termination der Transkription gewährleisten. Für die korrekte Transkription des hMn-SOD Gens können daher diese Vektoren eine bakterielle oder eukaryotische Transkriptionseinheit enthalten, bestehend aus einem Promotor, der kodierenden Region mit dem hMn-SOD Gen und des sich daran anschließenden Terminators. Entsprechend der Natur der Transkriptionseinheiten können diese konservierte Prototyp-Sequenzen wie z. B. Pribnow-Box oder TTG-Sequenz oder aber CAAT-Box, TATA-Box, die bekannten Terminationssignale (z. B. AATAAA, TATGT), sowie mindestens ein Stop-Codon enthalten, wobei vorzugsweise hinsichtlich des Wirtes homologe Promotoren und Terminatoren verwendet werden. Die gebildete mRNA enthält üblicherweise eine 3′poly(A)-Sequenz und/oder eine 5′cap-Struktur. Für die Translation des hMn-SOD Gens bedarf es einer ribosomalen Bindungsstelle (RBS), bestehend aus Shine/Dalgarno (S/D)-Sequenz und einem dazu in definiertem Abstand von allgemein 3 bis 12 Nukleotiden stehendem Initiationscodon sowie mindestens einem Stop-Codon. Alternativ können RBSs synthetisch hergestellt werden, wodurch die Homologie mit dem 3′-Ende der 16S rRNA erhöht werden kann (Jay, E. et al. Nucleic Acids Res. 10, 6319-6329, 1982).In addition to such selection markers, such Vectors, especially expression vectors, Signal sequences that have the correct initiation and ensure termination of the transcription. For the correct transcription of the hMn-SOD gene can therefore these vectors are bacterial or eukaryotic Contained transcription unit consisting of a Promoter, the coding region with the hMn-SOD gene and of the adjoining terminator. Corresponding the nature of the transcription units can affect these conserved prototype sequences such as B. Pribnow box or TTG sequence or CAAT box, TATA box that known termination signals (e.g. AATAAA, TATGT), and contain at least one stop codon, where preferably promoters homologous to the host and terminators can be used. The mRNA formed usually contains a 3'poly (A) sequence and / or a 5'cap structure. For the translation of the hMn-SOD Gene requires a ribosomal binding site (RBS), consisting of Shine / Dalgarno (S / D) sequence and a in addition at a defined distance of generally 3 to 12 Nucleotide standing initiation codon and at least a stop codon. Alternatively, RBSs can be synthetic be produced, which creates homology with the 3 ′ end of the 16S rRNA can be increased (Jay, E. et al. Nucleic Acids Res. 10, 6319-6329, 1982).

Insbesondere bei eukaryotischen Expressionssystemen (z. B. S. cerevisiae) sollten vorzugsweise Regulationssysteme für die Translation wirtseigenem Ursprungs benutzt werden, da in Hefen keine den Prokaryoten analogen Verhältnisse (Homologie der S/D-Sequenz mit dem 3′-Ende der 16S rRNA) vorliegen und die Signale bzw. die RBS für die Initiation der Translation auf eine etwas andere Weise als bei Prokaryoten definiert sind (z. B. Kozak, M., Mucleic Acids Res. 9, 5233-5252, 1981; Kozak, M.J. Mol., Biol. 156, 807-820, 1982).Especially in eukaryotic expression systems (e.g. S. cerevisiae) should be preferred Regulation systems for translation host Of origin, because none of the yeasts  Prokaryotic analogous relationships (homology of S / D sequence with the 3'-end of the 16S rRNA) and the signals or the RBS for the initiation of the Translation in a slightly different way than in Prokaryotes are defined (e.g. Kozak, M., Mucleic Acids Res. 9, 5233-5252, 1981; Kozak, M.J. Mol., Biol. 156, 807-820, 1982).

Vorzugsweise besitzt der Klonierungs- oder Expressionsvektor nur eine Restriktionsendonuklease-Erkennungsstelle, die entweder im Ausgangsvektor a priori vorliegt oder nachträglich über entsprechende Linker eingeführt werden kann. Linker können entweder chemisch leicht synthetisiert werden oder sind kommerziell erhältlich.Preferably, the cloning or Expression vector only one Restriction endonuclease recognition site, either is present in the output vector a priori or later can be introduced via appropriate linkers. Left can be easily synthesized either chemically or are commercially available.

Häufig benutzte Hefe-Promotoren bei der Herstellung von entsprechenden Expressionsplasmiden beinhalten solche Promotoren, die im Hefesystem die Expression besonders effizient steuern, wie z. B. PGK Promotor (Tuite, M.F. et al., The EMBO Journal 1, 603-608, 1982; Hitzeman, R.A. et al., Science 219, 620-625, 1983), PH05 Promotor (Hinnen, A., & Meyhack, B., Current Topics in Microbiology and Immunology 96, 101-117, 1982; Kramer, R.A. et al., Proc. Natl. Acad. Sci, USA 81, 367-370, 1984), GAPDH Promotor (Urdea, M.S. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 7461-7465, 1983), GAL10 Promotor (Broach et al. Experimental Manipulation of Gene Expression 83-117, 1983), Enolase (ENO)-Promotor (Holland, M.J. et al., J. Biol. Chem. 256, 1385-1395, 1981), α-Faktor Promotor (Bitter, G.-A. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 5330-5334; Yakota, T. et al. Miami Winter Symp. 17. Meet. Adv. Gene Technol. 2, 49-52, 1985)) oder der ADHI Promotor (Ammerer, G., Methods in Enzymology 101, 192-201, 1983; Hitzeman, R.A. et al. Nature 293, 717-722, 1981).Frequently used yeast promoters in the production of corresponding expression plasmids include those promoters which control expression particularly efficiently in the yeast system, such as, for. B. PGK promoter (Tuite, MF et al., The EMBO Journal 1, 603-608, 1982; Hitzeman, RA et al., Science 219, 620-625, 1983), PH05 promoter (Hinnen, A., & Meyhack , B., Current Topics in Microbiology and Immunology 96, 101-117, 1982; Kramer, RA et al., Proc. Natl. Acad. Sci, USA 81, 367-370, 1984), GAPDH promoter (Urdea, MS et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 7461-7465, 1983), GAL10 promoter (Broach et al. Experimental Manipulation of Gene Expression 83-117, 1983), Enolase (ENO) promoter (Holland, MJ et al., J. Biol. Chem. 256, 1385-1395, 1981), α factor promoter (Bitter, G.-A. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 5330-5334; Yakota , T. et al. Miami Winter Symp. 17. Meet. Adv. Gene Technol. 2, 49-52, 1985)) or the ADHI promoter (Ammerer, G., Methods in Enzymology 101, 192-201, 1983; Hitzeman , RA et al. Nature 293, 717-722, 1981).

Auch sind Promotoren anderer glykolytischer Enzyme (Kawasaki und Fraenkel, Biochem. Biophys. Res. Comm. 108, 1107-1112, 1982) geeignet, wie Hexokinase, Pyruvatdecarboxylase, Phosphofructokinase, Glucose-6-Phosphat Isomerase, Phosphoglucose Isomerase und Glucokinase. Bei der Konstruktion geeigneter Expressionsplasmide können die mit diesen Genen assoziierten Terminationssequenzen ebenfalls in den Expressions-Vektor am 3′-Ende der zu exprimierenden Sequenz eingesetzt werden, um Polyadenylierung und Termination der mRNA vorzusehen. Andere Promotoren, die zudem noch den Vorteil der durch Wachstumsbedingungen kontrollierten Transkription besitzen, sind die Promotor-Regionen der Alkohol-Dehydrogenase-2, des Isocytochrom C, der abbauenden Enzyme, die mit dem Stickstoff-Metabolismus gekoppelt sind, die oben erwähnte Glycerinaldehyd-3-Phosphat Dehydrogenase (GAPDH) und der Enzyme, die für die Metabolisierung von Maltose und Galaktose verantwortlich sind. Promotoren, die durch den Hefe Mating Typ Locus reguliert werden, beispielsweise Promotoren der Gene BARI, MECI, STE2, STE3, STE5 können bei temperaturregulierten Systemen durch die Verwendung von temperaturabhängigen sir Mutationen eingesetzt werden. (Rhine, Ph. D. Thesis, University of Oregon, Eugene, Oregon (1979), Herskowitz and Oshima, The Molecular Biology of the Yeast Saccharomyces, part I, 181-209 (1981), Cold Spring Habor Laboratory).
Diese Multationen beeinflussen die Expression der ruhenden Mating Typ Kassetten von Hefen und dadurch indirekt die Mating Typ abhängigen Promotoren. Generell ist jedoch jeder Plasmid-Vektor, der einen Hefe-kompatiblen Promotor, originäre Replikations- und Terminationssequenzenen enthält, geeignet.
Promoters of other glycolytic enzymes (Kawasaki and Fraenkel, Biochem. Biophys. Res. Comm. 108, 1107-1112, 1982) are also suitable, such as hexokinase, pyruvate decarboxylase, phosphofructokinase, glucose-6-phosphate isomerase, phosphoglucose isomerase and glucokinase. When constructing suitable expression plasmids, the termination sequences associated with these genes can also be inserted into the expression vector at the 3 'end of the sequence to be expressed, in order to provide for polyadenylation and termination of the mRNA. Other promoters that also have the advantage of growth-controlled transcription are the promoter regions of alcohol dehydrogenase-2, isocytochrome C, the degrading enzymes linked to nitrogen metabolism, the above-mentioned glyceraldehyde-3 -Phosphate dehydrogenase (GAPDH) and the enzymes responsible for the metabolism of maltose and galactose. Promoters that are regulated by the yeast mating type locus, for example promoters of the BARI, MECI, STE2, STE3, STE5 genes, can be used in temperature-regulated systems by using temperature-dependent sir mutations. (Rhine, Ph. D. Thesis, University of Oregon, Eugene, Oregon (1979), Herskowitz and Oshima, The Molecular Biology of the Yeast Saccharomyces, part I, 181-209 (1981), Cold Spring Habor Laboratory).
These multations influence the expression of the resting mating type cassettes of yeasts and thereby indirectly the mating type dependent promoters. In general, however, any plasmid vector which contains a yeast-compatible promoter, original replication and termination sequences is suitable.

Für den Fall, daß die Expression von hMn-SOD in Bakterien erfolgen soll, sind vorzugsweise solche Promotoren einzusetzen, die eine hohe Syntheserate an mRNA bedingen und die darüberhinaus induzierbar sind. Bekannte und verwendete Promotoren beinhalten die Beta-Lactamase-(Penicillinase) und Lactose-Promotor-Systeme (Chang et al., Nature 275, 615 (1978); Itakura et al., Science 198, 1056 (1977); Goeddel et al., Nature 281, 544 (1979) inclusive des UV5-Promotors (Silverstone, A.E et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 66, 773-779, 1970) und Tryptophan (trp) Promotor-Systeme (Goeddel et al., Nucleic Acids Res. 8, 4057 (1980); Europa-Anmeldung, Offenlegungs-Nr. 00 36 776). Darüberhinaus sind auch andere mikrobielle Promotoren entwickelt und benutzt worden. Die Gen-Sequenz für hMn-SOD kann beispielsweise unter der Kontrolle des Lamba-PL-Promotors transkribiert werden. Dieser Promotor ist bekannt als einer der besonders starken, steuerbaren Promotoren. Die Steuerung wird möglich durch einen thermolabilen Repressor cI (z. B. cI857), von dem benachbarte Restriktionsschnittstellen bekannt sind. Daneben können auch der Promotor der alkalischen Phosphate aus E.coli (Ohsuye, K. et al., Nucleic Acids Res. 11, 1283-1294, 1983) und hybride Promotoren, wie z. B. den tac-Promotor (Amann, E. et al. Gene 25, 167-178, 1983; De Boer, H.A. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 21-25, 1983). Über die Anwendung solcher tragbaren Promotoren (lacuv5, lacZ SD, tac) bzw. über Vektoren zur Herstellung fusionierter und nicht-fusionierter eukaryotischer Proteine in E.coli kann auch in T. Maniatis et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982, insbesondere S. 412f nachgelesen werden. Die Expression und Translation einer hMn-SOD Sequenz in Bakterien kann auch unter Kontrolle anderer Regulationssysteme, die als "homolog" zu dem Organismus in seiner untransformierten Form gelten können, ablaufen. Beispielsweise können auch Promotor-Operator-Systeme wie Arabinose-Operator, Colicin El-Operator, Galactose-Operator, alkalische Phosphatase-Operator, trp-Operator, Xylose A Operator, u. ä. oder Teile davon verwendet werden.In the event that the expression of hMn-SOD is to take place in bacteria, it is preferable to use promoters which require a high synthesis rate of mRNA and which are also inducible. Known and used promoters include the beta-lactamase (penicillinase) and lactose promoter systems (Chang et al., Nature 275, 615 (1978); Itakura et al., Science 198, 1056 (1977); Goeddel et al. , Nature 281, 544 (1979) including the UV5 promoter (Silverstone, AE et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 66, 773-779, 1970) and tryptophan (trp) promoter systems (Goeddel et al. , Nucleic Acids Res. 8, 4057 (1980); European application, publication number 00 36 776. Other microbial promoters have also been developed and used. For example, the gene sequence for hMn-SOD can be controlled by the Lamba-P L promoter, which is known as one of the particularly strong, controllable promoters, can be controlled by a thermolabile repressor cI (eg cI857), of which neighboring restriction sites are known E. coli alkaline phosphate promoter (Ohsuye, K. et al., Nucleic Acids Res. 11, 1283-1294, 1983) and hybrid promoters such as e.g. B. the tac promoter (Amann, E. et al. Gene 25, 167-178, 1983; De Boer, HA et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 21-25, 1983). The use of such portable promoters (lacuv5, lacZ SD, tac) or vectors for the production of fused and unfused eukaryotic proteins in E. coli can also be found in T. Maniatis et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982 , in particular p. 412f. The expression and translation of an hMn-SOD sequence in bacteria can also take place under the control of other regulatory systems which can be considered "homologous" to the organism in its untransformed form. For example, promoter-operator systems such as arabinose operator, colicin EI operator, galactose operator, alkaline phosphatase operator, trp operator, xylose A operator, and the like can also be used. Ä. or parts thereof are used.

Zur Klonierung oder Expression von hMn-SOD in Bakterien, beispielsweise in E.coli, oder in Hefen, beispielsweise in S. cerevisiae, stehen gutbekannte Vektoren zur Verfügung, von denen für die erstgenannten Wirtssysteme verteilhaft die pBR-(Bolivar, F. et al., Gene 2, 95-113, 1977), pUC-(Vieira, I., Messing. I., Gene 19, 259-268, 1982) pOP-(Fuller, F., Gene 19, 43-54, 1982), pAT-(Windass, J.D. et al., Nucleic Acids Res. 10, 6639-6657, 1982) pHV-Plasmide (Ehrlich, S.D., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75, 1433-1436, 1977), Lambda-Vektoren inclusive Phasmide (Brenner, S. et al., Gene 17, 27-44, 1982), Cosmide (Collins, J., Hohn. B., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75, 4242-4246, 1979) und die anderen literaturbekannten Vektoren (z. B. Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, Cold Spring Habor Laboratory, 1982), insbesondere pBR- und pUC-Derivate, beispielsweise pBR322, pUC18 verwendet werden können.For cloning or expression of hMn-SOD in Bacteria, for example in E. coli, or in yeast, for example in S. cerevisiae, are well known Vectors are available, of which for the former Host systems distributed the pBR- (Bolivar, F. et al., Gene 2, 95-113, 1977), pUC- (Vieira, I., Messing. I., Gene 19, 259-268, 1982) pOP- (Fuller, F., Gene 19, 43-54, 1982), pAT- (Windass, J.D. et al., Nucleic Acids Res. 10, 6639-6657, 1982) pHV plasmids (Ehrlich, S.D., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75, 1433-1436, 1977), Lambda vectors including phasmids (Brenner, S. et al., Gene 17, 27-44, 1982), Cosmide (Collins, J., Hohn. B.,  Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75, 4242-4246, 1979) and the other known vectors (e.g. Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, Cold Spring Habor Laboratory, 1982), in particular pBR and pUC derivatives, for example pBR322, pUC18 can be used.

Als Expressionsvektoren in Hefen bieten sich integrierende (YIp), replizierende (YRp) und episomale (YEp) Vektoren (Struhl, K. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 1035-1039, 1979; Stinchcomb, D.T. et al., Nature 282, 39-43, 1979; Hollenberg, C.P., Current Topics in Microbiology and Immunology 96, 119-144, 1982) an, vorzugsweise YEp13 (Broach, J.R. et al. Gene 8, 121-133, 1979), YIp5 (Struhl, K. et al., 1979 s.o., ATCC 37 061) sowie pJDB207 (DSM 3181) oder pEAS102. Der Vektor pEAS102 kann erhalten werden, indem YIp5 mit PstI teilweise und mit BamHI vollständig verdaut und das isolierte 4,3 kb Fragment (enthält das URA3 Gen) mit dem 4,4 kb BamHI/PstI-fragment von pJDB207 ligiert werden.Expression vectors in yeasts are suitable integrating (YIp), replicating (YRp) and episomal (YEp) vectors (Struhl, K. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76: 1035-1039, 1979; Stinchcomb, D.T. et al., Nature 282, 39-43, 1979; Hollenberg, C.P., Current Topics in Microbiology and Immunology 96, 119-144, 1982), preferably YEp13 (Broach, J.R. et al. Gene 8, 121-133, 1979), YIp5 (Struhl, K. et al., 1979 see above, ATCC 37 061) as well as pJDB207 (DSM 3181) or pEAS102. The vector pEAS102 can be obtained by YIp5 with PstI partially and completely digested with BamHI and that isolated 4.3 kb fragment (contains the URA3 gene) with the 4.4 kb BamHI / PstI fragment from pJDB207.

Zusätzlich zu Mikroorganismen sind Kulturen multizellulärer Organismen ebenfalls geeignete Wirte für die Expression von hMn-SOD. Im Prinzip ist jede dieser Kulturen einsetzbar, ob von Wirbeltier- oder wirbellosen Tierzellkulturen. Größtes Interesse besteht jedoch an Wirbeltier-Zellen, so daß die Vermehrung von Wirbeltierzellen in Kultur (Gewebe-Kultur) in den letzten Jahren zu einer routinemäßigen Methode wurde. (Tissue, Culture, Academic Press, Kruse and Patterson, Editors, 1973). Beispiele solcher nützlichen Wirtszellinien sind VERO- und HeLa-Zellen, Goldhamster-Eierstock (CHO)-Zellen und W138, BHK, COS-7 und MDCK-Zellinien. Expressionvektoren für diese Zellen enthalten üblicherweise einen Replikationsursprung, einen Promotor, der vor der zu exprimierenden hMn-SOD lokalisiert ist, eine notwendige Ribosomenbindungsstelle, RNA-Spleißstelle, Polyadenylierungsstelle und transkriptionelle Terminations-Sequenzen.In addition to microorganisms are cultures multicellular organisms also suitable hosts for the expression of hMn-SOD. In principle, each is this Cultures can be used, whether from vertebrate or invertebrate Animal cell cultures. However, there is greatest interest Vertebrate cells, so that the multiplication of Vertebrate cells in culture (tissue culture) in recent Years has become a routine method. (Tissue, Culture, Academic Press, Kruse and Patterson, Editors, 1973). Examples of such useful host cell lines are VERO and HeLa cells, golden hamster ovary  (CHO) cells and W138, BHK, COS-7 and MDCK cell lines. Contain expression vectors for these cells usually an origin of replication, one Promoter that precedes the hMn-SOD to be expressed is localized, a necessary Ribosome binding site, RNA splice site, Polyadenylation site and transcriptional Termination sequences.

Bei der Verwendung von Säugetierzellen werden die Kontrollfunktionen auf den Expressions-Vektoren oftmals aus viralem Material vorgesehen. Beispielsweise stammen die überlichweise verwendeten Promotoren aus Papovaviren wie Polyoma-, Papilloma Viren, Simian Virus 40 (SV40) und aus Retroviren, Adenovirus Typ 2. Die frühen und späten Promotoren des SV40 und deren Anwendungen sind vielfältig beschrieben. Außerdem ist es möglich und oft empfehlenswert, Promotor- oder Kontroll-Sequenzen oder Spleißsignale zu verwenden, die mit den gewünschten Gensequenzen ursprünglich verknüpft sind, vorausgesetzt, diese Kontrollsequenzen sind kompatibel zu den Wirtszellsystemen. So sind SV40-Vektoren bekannt, in denen eine exogene eukaryotische DNA mit ihren eigenen Promotorsequenzen und Spleißsignalen neben dem späten SV40-Promotor ein stabiles Transkript liefern.When using mammalian cells, the Control functions on the expression vectors often made of viral material. For example, come from the papovavirus promoters commonly used such as polyoma, papilloma viruses, Simian Virus 40 (SV40) and from retroviruses, adenovirus type 2. The early and are SV40 late promoters and their uses described in many ways. It is also possible and often recommended, promoter or control sequences or Use splice signals that match the ones you want Gene sequences are originally linked, provided these control sequences are compatible with the Host cell systems. SV40 vectors are known in which exogenous eukaryotic DNA with their own Promoter sequences and splice signals in addition to the late SV40 promoter deliver a stable transcript.

Ein Replikationsursprung kann entweder durch eine entsprechende Vektorkonstruktion erhalten werden, so daß diese einen exogenen Startpunkt, beispielsweise aus SV40 oder anderen viralen Quellen (z. B. Polyoma, Adeno, VSV, PBV, etc.) enthält oder dieser kann durch die chromosomalen Replikationsmechanismen der Wirtszelle geliefert werden. Wird der Vektor in das Wirtszellenchromosom integriert, reicht die zuletztgenannte Maßnahme meistens aus.An origin of replication can be identified either by a corresponding vector construction can be obtained so that this is an exogenous starting point, for example from SV40 or other viral sources (e.g. Polyoma, Adeno, VSV, PBV, etc.) contains or this can by the  chromosomal replication mechanisms of the host cell to be delivered. If the vector is in that Host cell chromosome integrated, that's enough the latter measure mostly.

Die Transformation der Zellen mit den Vehikeln kann durch eine Vielzahl an Verfahren erreicht werden. Beispielsweise kann sie durch Kalzium erfolgen, wobei entweder die Zellen in Magnesium gewaschen und die DNA den in Kalzium suspendierten Zellen zugegeben wird oder die Zellen werden einem Kopräzipitat von DNA und Kalziumphosphat ausgesetzt. Bei nachfolgender Genexpression werden die Zellen auf Medien übertragen, die für transformierte Zellen selektieren.The transformation of the cells with the vehicles can can be achieved through a variety of processes. For example, it can be done by calcium, whereby either the cells are washed in magnesium and the DNA is added to the cells suspended in calcium or the cells become a co-precipitate of DNA and Exposed to calcium phosphate. In the following Gene expression, the cells are transferred to media, which select for transformed cells.

Bei intrazellulärer Produktion von hMn-SOD kann das Enzym dadurch isoliert werden, daß die Zellen nach Erreichen einer entsprechend hohen Zelldichte abzentrifugiert und danach enzymatisch oder mechanisch aufgeschlossen werden. Die Reinigung der erfindungsgemäßen hMn-SOD kann über bekannte biochemische Verfahren zur Protein- bzw. Enzymreinigung wie z. B. Dialyse, Elektrophorese, Präzipitation, Chromatographie oder Kombinationen davon erfolgen. Wenn das Enzym aus der Zelle sekretiert wird, werden analoge Verfahren zur Proteinreinigung durchgeführt, um hMn-SOD aus dem Kulturmedium in reiner Form zu erhalten.With intracellular production of hMn-SOD this can Enzyme can be isolated by following the cells Achieve a correspondingly high cell density centrifuged and then enzymatically or mechanically be unlocked. The cleaning of the hMn-SOD according to the invention can be obtained via known biochemical processes for protein or enzyme purification such as B. dialysis, electrophoresis, precipitation, Chromatography or combinations thereof. If the enzyme secreted from the cell will be analog Protein purification procedures performed to hMn-SOD to get from the culture medium in pure form.

Das mit diesen Methoden gereinigte, erfindungsgemäße hMn-SOD zeigt in dem genuinem Enzym identisches biologisches Aktivitätspektrum in vivo und in vitrol. The invention cleaned with these methods hMn-SOD shows identical in the genuine enzyme biological activity spectrum in vivo and in vitrol.  

Unter diesen Aktivitäten sind sowohl immunologische Eigenschaften (z. B. Kreuzreaktion mit Antikörpern von genuiner hMn-SOD gegen die erfindungsgemäße hMn-SOD) als auch biochemische und enzymatische Aktivitäten zu verstehen. Für die biologische und enzymatische Charakterisierung der hMn-SOD kann z. B. der Lehre von Marklund, S. (Marklund, S. & Marklund, G., Eur J. Biochem. 47, 469-474, 1974) gefolgt werden, wonach durch eine strikte Unterscheidung zwischen den Cu/Zn und Mn enthaltenden Enzymen, z. B. durch Zusatz von KCN (inhibiert Cu/Zn-SOD nicht aber Mn-SOD) oder anhand der unterschiedlichen pH-Abhängigkeit ihrer Aktivitäten gegeben ist (siehe insbesondere: Ysebaert-Vanneste, M., Vanneste, W.H., Anal. Biochem. 107, 86-95, 1980).Among these activities are both immunological Properties (e.g. cross reaction with antibodies from genuine hMn-SOD against the hMn-SOD according to the invention) also biochemical and enzymatic activities too understand. For the biological and enzymatic Characterization of the hMn-SOD can e.g. B. the teaching of Marklund, S. (Marklund, S. & Marklund, G., Eur J. Biochem. 47, 469-474, 1974) followed by a strict distinction between the Cu / Zn and Mn containing enzymes, e.g. B. by adding KCN (inhibits Cu / Zn-SOD but not Mn-SOD) or using the different pH dependency of their activities is given (see in particular: Ysebaert-Vanneste, M., Vanneste, W.H., Anal. Biochem. 107, 86-95, 1980).

Bei dem erfindungsgemäßen Polypeptid handelt es sich nicht ausschließlich nur um das reife hMn-SOD, das im einzelnen beschrieben ist, sondern ebenfalls um jedwede Modifikation dieses Enzyms. Diese Modifikationen beinhalten z. B. Verkürzung des Moleküls am N- oder C-terminalen Ende, Austausch von Aminosäuren durch andere Reste, wodurch die Enzymaktivität nicht wesentlich verändert wird.
Gegenstand der Erfindung sind nicht nur Gensequenzen, die spezifisch für die beschriebene und beispielhaft belegte hMn-SOD codieren, sondern ebenfalls Modifikationen, die leicht und routinemäßig über Mutation, Abbau, Transposition oder Addition erhalten werden können. Jede Sequenz, die für die erfindungsgemäße hMn-SOD codiert (d. h. die das entsprechende und bekannte biologische Aktivitätsspektrum aufweist) und im Vergleich mit der gezeigten degeneriert ist, ist ebenfalls eingeschlossen; Fachleute auf diesem Gebiet sind in der Lage DNA-Sequenzen insbesondere der codierenden Regionen zu degenerieren. Ebenso ist jede Sequenz, die für ein Polypeptid mit dem Aktivitätsspektrum der authentischen hMn-SOD codiert, und die mit den gezeigten Sequenzen (oder Teilen davon) unter stringenten Bedingungen hybridisiert beinhaltet.
The polypeptide according to the invention is not only the mature hMn-SOD, which is described in detail, but also any modification of this enzyme. These modifications include e.g. B. shortening of the molecule at the N- or C-terminal end, replacement of amino acids by other residues, whereby the enzyme activity is not significantly changed.
The invention relates not only to gene sequences which code specifically for the described and exemplified hMn-SOD, but also to modifications which can be easily and routinely obtained via mutation, degradation, transposition or addition. Any sequence encoding the hMn-SOD of the invention (ie having the corresponding and known biological activity spectrum) and degenerate compared to that shown is also included; Those skilled in the art are able to degenerate DNA sequences, particularly of the coding regions. Likewise, any sequence which codes for a polypeptide with the activity spectrum of the authentic hMn-SOD and which hybridizes with the sequences shown (or parts thereof) under stringent conditions is included.

Es gehört zum Stand der Technik, unter welchen definierten Bedingungen eine Hybridisierung (inclusive Vorwaschen, Prähybridisierung, Hybridisierung, Waschen) durchzuführen ist, um stringente Bedingungen zu erreichen. Für die Habridisierung von Oligonukleotiden gegen ein Genbank ("gene bank screening") ist vorzugsweise unter den Bedingungen nach Wood, I.M. et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82, 1582-1588, 1985) zu verfahren. Um zu testen, ob eine bestimmte DNA-Sequenz mit einer der erfindungsgemäßen, für hMn-SOD codierenden DNA-Sequenzen habridisiert - entweder via in situ Hybridisierung gegen Plaques oder Bakterienkolonien oder via Southern-Blotting - sind die von Maniats, T. et al. detailliert beschriebenen Methoden und Bedingungen zu übernehmen (Maniatis. T. et al., Molecular Cloning, Cold Sping Harber Laboratory, 1982, insbesondere S. 326-328 und S. 387-389. Alle vom Hintergrund sich deutlich abhebenden Signale zeigen demgemäß ein positives Hybridisierungssignal an. It belongs to the state of the art, among which defined hybridization conditions (inclusive Pre-washing, prehybridization, hybridization, washing) is to perform stringent conditions to reach. For the habridization of oligonucleotides against a gene bank ("gene bank screening") preferably under the Wood, I.M. et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82, 1582-1588, 1985) method. To test for a specific DNA sequence with one of the inventive coding for hMn-SOD DNA sequences are habridized - either via in situ Hybridization against plaques or bacterial colonies or via Southern blotting - are those of Maniats, T. et al. methods and conditions described in detail (Maniatis. T. et al., Molecular Cloning, Cold Sping Harber Laboratory, 1982, particularly pp. 326-328 and pp. 387-389. All clear from the background lifting signals accordingly show a positive Hybridization signal on.  

Spezifischer werden die oben näher bezeichneten Aufgaben dadurch gelöst, daß aus Menschengewebe, vorzugsweise aus Gewebe der Plazenta des Menschen, die RNA präpariert wird. Während der Aufschluß von Gewebekulturzellen direkt mit heißem Phenol erfolgen kann, müssen Gewebe für diese Art der Extraktion erst in tiefgefrorenem Zustand, vorteilhafterweise in Gegenwart von pulverisiertem oder körnigen Trockeneis oder in flüssigem Stickstoff, zerkleinert werden (z. B. Starmix). Durch Phenol gebildete Aggregate zwischen mRNA und anderen RNAs können durch Formamid oder durch Erwärmen (z. B. 65°C) wieder aufgelöst werden. Ein bevorzugtes Verfahren zur RNA-Isolierung ist dasjenige nach Chirgwin (Chirgwin, J.M. et al., Biochemistry 18, 5294-5299, 1979). Die poly(A)⁺RNA kann aus dem von Protein und DNA gereinigtem Präparat zweckmäßigerweise durch Affinitätschromatographie, z. B. Poly(U)-Sepharose oder Oligo(dt)-Cellulose isoliert werden, da in der Regel eukaryotische mRNA-Populationen einen Poly(A)-Schwanz an ihrem 3′-Ende aufweisen (Aviv, H., Leder, P., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69,1409-1412, 1972; Lindberg, U., Persson, T., Europ. J. Biochem. 31, 246-254, 1972). Zur Isolierung der poly(A)⁺-RNA kann bevorzugt nach Auffray (Auffray, C., Rougeon, F., Eur. J. Biochem. 107, 303-314, 1980) vorgegangen werden.The tasks specified above become more specific solved in that from human tissue, preferably from Human placenta tissue that prepares RNA becomes. During the disruption of tissue culture cells Tissue can be made directly with hot phenol for this type of extraction only in frozen State, advantageously in the presence of powdered or granular dry ice or in liquid nitrogen, can be crushed (e.g. Starmix). Aggregates between mRNA and other RNAs can be generated by formamide or by heating (e.g. 65 ° C) can be dissolved again. A preferred one The RNA isolation method is that of Chirgwin (Chirgwin, J.M. et al., Biochemistry 18, 5294-5299, 1979). The poly (A) ⁺RNA can be derived from that of protein and DNA purified preparation conveniently by Affinity chromatography, e.g. B. Poly (U) -Sepharose or Oligo (dt) cellulose can be isolated as a rule eukaryotic mRNA populations on a poly (A) tail have their 3'-end (Aviv, H., Leder, P., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69, 1409-1412, 1972; Lindberg, U., Persson, T., Europ. J. Biochem. 31, 246-254, 1972). The poly (A) ⁺-RNA can be isolated preferred according to Auffray (Auffray, C., Rougeon, F., Eur. J. Biochem. 107, 303-314, 1980).

Eine Anreicherung der gereinigten mRNA kann dadurch erfolgen, daß die gesamte mRNA-Fraktion nach ihrer Größe aufgetrennt wird - z. B. durch Zentrifugation in einem Saccharosegradient. Die gewünschte mRNA kann z. B. über bekannte in-vitro-Proteinbiosynthese-Systeme (Retikulotyten, Oozyten von Xenopus laevis) nachgewiesen werden. This can enrich the purified mRNA done that the entire mRNA fraction according to their size is separated - e.g. B. by centrifugation in one Sucrose gradient. The desired mRNA can e.g. B. about known in vitro protein biosynthesis systems (Reticulotytes, oocytes from Xenopus laevis) will.  

Die gereinigte mRNA oder die angereicherte Fraktion dient als Template für die Synthese des ersten Stranges der cDNA, die mit Hilfe der reversen Transkriptase und einem Primer erfolgt. Als Primer sind entweder Oligo (dT) oder synthetische Primer einsetzbar, letztere können anhand der bekannten Aminosäuresequenz der hMn-SOD abgeleitet werden und gestatten das wiederholte Primen der reversen Transkription (Uhlen, M. et al. EMBO Journal 1, 249-254, 1982).The purified mRNA or the enriched fraction serves as a template for the synthesis of the first strand the cDNA, which is generated with the help of the reverse transcriptase and a primer. The primers are either oligo (dT) or synthetic primers can be used, the latter can based on the known amino acid sequence hMn-SOD can be derived and allow the repeated Reverse transcription priming (Uhlen, M. et al. EMBO Journal 1, 249-254, 1982).

Bei der vorliegenden Erfindung wurde die Synthese des ersten Stranges der cDNA mit Oligo(dT)12-18 als Primer in Gegenwart von dNTPs gestartet.
Für die Synthese des zweiten Stranges der cDNA können verschiedene bekannte Methoden angewendet werden, von denen auswahlweise das Primen mit einem komplementären Primer (Rougeon, F., Mach, B., J. Biol. Chem. 252, 2209- 2217, 1977) das Selbstprimen anhand einer am 3′-Ende der cDNA liegenden "hairpin"-Struktur (Efstratiadis, A. et al, Cell 7, 279, 1976) oder mit einem durch RNaseH gebildeten Okazaki Fragment-ähnlichen Primer (Gubler, U., Hoffmann, B.J., Gene 25, 263, 1982) genannt sein sollen. In der vorliegenden Erfindung wurde die Methode bevorzugt, wie sie von Huynh, T.V. beschrieben wird (Huynh, T.V. et al., in DNA Cloning Vol I, (D.M. Glover ed.), chap. 2, S. 49-78, 1985). Die danach erhaltene doppelsträngige cDNA kann direkt in einem geeigneten Vektor, beispielsweise in einem Cosmid, Insertions- oder Substitionsvektor, insbesondere in einem Lambda-Vektor, vorzugsweise in λgt10 (Huynh, T.V. et al., 1985) kloniert bzw. verpackt werden. Für die Klonierung in Lambda stehen mehrere bekannte Methoden zur Verfügung, von denen beispielsweise das "Homopolymertailing über dA-dT bzw. dC-dG oder die Linker-Methode mit synthetischen Linkern genannt sein sollen (Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982; Huynh, T.V. et al., DNA cloning Vol I (D.M., Glover et.) 1985, 1980; Watson, C.J., Jackson, F. dto, 1985, chapter 3). Im Falle des Klonierens der erfindungsgemäßen cDNA wurde diese in die EcoRI-Stelle von λgt10 inseriert. Die in-vitro-Verpackung und Klonierung der erfindungsgemäßen cDNA bzw. die Konstruktion der cDNA Genbank erfolgte nach Huynh, T.V. et al, 1985, S. 49-78.
Mit der erhaltenen Phagenpopulation wurde die Amplifikation und Plaque-Reinigung durch Infektion eines geeigneten Wirts, insbesondere von E.coli, vorzugsweise von E.coli C600, bzw. unter Sicherstellung des lytischen Vermehrungszyklus von Lambda, durchgeführt.
In the present invention, the synthesis of the first strand of the cDNA was started with oligo (dT) 12-18 as a primer in the presence of dNTPs.
Various known methods can be used for the synthesis of the second strand of the cDNA, of which the priming with a complementary primer (Rougeon, F., Mach, B., J. Biol. Chem. 252, 2209-2217, 1977) selectively Self priming using a hairpin structure located at the 3'-end of the cDNA (Efstratiadis, A. et al, Cell 7, 279, 1976) or using an Okazaki fragment-like primer formed by RNaseH (Gubler, U., Hoffmann, BJ, Gene 25, 263, 1982). In the present invention, the method as described by Huynh, TV (Huynh, TV et al., In DNA Cloning Vol I, (DM Glover ed.), Chap. 2, pp. 49-78, 1985) was preferred. . The double-stranded cDNA obtained thereafter can be cloned or packaged directly in a suitable vector, for example in a cosmid, insertion or substitution vector, in particular in a lambda vector, preferably in λ gt10 (Huynh, TV et al., 1985). Several known methods are available for cloning in Lambda, of which, for example, the "homopolymer tailing via dA-dT or dC-dG or the linker method with synthetic linkers should be mentioned (Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982; Huynh, TV et al., DNA cloning Vol I (DM, Glover et.) 1985, 1980; Watson, CJ, Jackson, F. dto, 1985, chapter 3). In the case of cloning the The cDNA according to the invention was inserted into the EcoRI site of λ gt 10. The in vitro packaging and cloning of the cDNA according to the invention or the construction of the cDNA gene bank was carried out according to Huynh, TV et al, 1985, pp. 49-78.
With the phage population obtained, the amplification and plaque purification were carried out by infection of a suitable host, in particular E. coli, preferably E. coli C600, or by ensuring the lytic multiplication cycle of lambda.

Die cDNA-Genbank wurde mit radioaktiv markierten, synthetischen Oligonukleotiden, die anhand der publizierten Aminosäuresequenz (Barra, D. et al. Oxy Radicals and their scavenger Systems, Vol. 1, 336-339, 1983) abgeleitet wurde, unter stringenten Hybridisierungsbedingungen durchsucht. Bei der vorliegenden Erfindung wurde das in situ Hybridisierungsverfahren nach Benton und Davis (Benton, W.D., Davis, R.W., Science 196, 180-182, 1977) angewendet. Bevorzugt wurden zwei Gemische aus je acht synthetischen 23-mer Oligonukleotiden der Formel Va und Vb, die kolinear sind mit den Aminosäuren 39 bis 46 bzw. 200-207 der von Barra, D. et al. (s.o.) publizierten Aminosäuresequenz und die die Degeneration des genetischen Codes berücksichtigen. Der jeweils letzten Base am 5′-Ende dieser DNA-Sonden fehlt die Wobble-Base für das vollständige Codon für Gln (Aminosäure 46) bzw. Glu (Aminosäure 207).
A, G, C und T stehen für die entsprechenden Nukleotide, I für Inosin.
The cDNA library was searched with radiolabelled synthetic oligonucleotides derived from the published amino acid sequence (Barra, D. et al. Oxy Radicals and their scavenger Systems, Vol. 1, 336-339, 1983) under stringent hybridization conditions. The in situ hybridization method according to Benton and Davis (Benton, WD, Davis, RW, Science 196, 180-182, 1977) was used in the present invention. Two mixtures of eight synthetic 23-mer oligonucleotides each of the formulas Va and Vb, which are colinear with the amino acids 39 to 46 and 200-207, of the type described by Barra, D. et al. (see above) published amino acid sequence and which take into account the degeneration of the genetic code. The last base at the 5 'end of these DNA probes lacks the wobble base for the complete codon for Gln (amino acid 46) or Glu (amino acid 207).
A, G, C and T stand for the corresponding nucleotides, I for inosine.

Die Oligonukleotid-Sonden können nach an sich bekannten chemischen Syntheseverfahren hergestellt werden. Für die vorliegende Erfindung wurde ein DNA-Synthesizer Modell 381A (Applied Biosystems) verwendet. The oligonucleotide probes can be made according to known methods chemical synthesis processes are produced. For the The present invention became a DNA synthesizer model 381A (Applied Biosystems) is used.  

Die Synthese aller möglichen Kombinationen dieser beiden DNA-Sonden sichert, daß mindestens einer der vorhandenen Oligonukleotide optimal mit der für die Sonde komplementären einzelsträngigen DNA-Region des gesuchten hMn-SOD Gens paart. Der Einsatz zweier unabhängiger Pooly von 23-mer Oligonukleotiden vermindert die Möglichkeit, daß die "falschen" Positiven ausgewählt werden.The synthesis of all possible combinations of these two DNA probes ensure that at least one of the available Oligonucleotides optimal with that for the probe complementary single-stranded DNA region of the sought hMn-SOD genes mate. The use of two independent Pooly of 23-mer oligonucleotides decreases the Possibility that the "wrong" positives are selected will.

Nach der Isolierung in sich homogener Plaques, die anhand positiver Signale nach Hybridisierung mit den beiden 23-mer DNA-Sonden identifiziert wurden, konnten sieben rekombinante Phagen isoliert und von deren DNA 500 bis 1000 bp lange EcoRI-Fragmente sequenziert werden. Nach Sequenzanalyse dieser EcoRI-Fragmente nach der Methode von Sanger (Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74, 5463-5467, 1977; Sanger F. et al. FEBS Letters 87, 107-111, 1978) und nach Subklonierung in die EcoRI-Stelle des M13-Vektors (Bluescribe, Vector Cloning Systems) und Transformation in E.coli, beispielsweise E.coli JM101, konnte gefunden werden, daß die EcoRI-Fragmente cDNA-Inserts enthalten, die für hMn-SOD ab Aminosäure 22 (Klone BS5, BS8, BS9, BS13, BSXIII) bzw. ab Aminosäure 26 (Klone BS3, BS12) codieren.After isolation of homogeneous plaques, the based on positive signals after hybridization with the two 23-mer DNA probes were identified seven recombinant phages isolated and from their DNA 500 to 1000 bp EcoRI fragments sequenced will. After sequence analysis of these EcoRI fragments after the Sanger method (Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74, 5463-5467, 1977; Sanger F. et al. FEBS Letters 87, 107-111, 1978) and after subcloning in the EcoRI site of the M13 vector (Bluescribe, Vector Cloning Systems) and transformation in E.coli, for example E.coli JM101, it could be found that the EcoRI fragments contain cDNA inserts which are suitable for hMn-SOD from amino acid 22 (clones BS5, BS8, BS9, BS13, BSXIII) or code from amino acid 26 (clones BS3, BS12).

Es wurde jedoch überraschenderweise auch gefunden, daß sich aus den ermittelten DNA-Sequenzen einige Abweichungen zu der Aminosäuresequenz von Barra, D. et al. (1984, s.o.) ergeben: Surprisingly, however, it was also found that some of the DNA sequences found Deviations from the amino acid sequence of Barra, D. et al. (1984, see above) show:  

Die DNA Sequenz eines 617 bp langen EcoRI-Fragments, welches aus einem der erhaltenen Klonen, z. B. BS8 isoliert werden konnte, ist in Fig. 1 dargestellt. Das EcoRI-Fragment enthält eine 532 bp lange für hMn-SOD codierende Sequenz sowie eine 51 bp lange nicht-translatierte Region, inclusive eines poly(A)₃₀ Schwanzes. Anteile von Linker-Sequenzen sind bis zu den (vollständigen) EcoRI-Stellen ebenfalls dargestellt. The DNA sequence of a 617 bp EcoRI fragment which is obtained from one of the clones obtained, e.g. B. BS8 could be isolated is shown in Fig. 1. The EcoRI fragment contains a 532 bp long sequence coding for hMn-SOD and a 51 bp long non-translated region, including a poly (A) ₃₀ tail. Portions of linker sequences are also shown up to the (complete) EcoRI sites.

Die Position 30 bis 33 zeigen eine ThaI-Schnittstelle, an Position 367 bis 372 ist eine BamHI-Stelle zu erkennen. Überraschenderweise finden sich Codons an Positionen 53 bis 61, 155 bis 163, 176 bis 184 sowie 500 bis 508, die kolinear sind für potentielle N-Glykosylierungsstellen der entsprechenden Aminosäure gemäß der dafür charakteristischen allgemeinen Aminosäureanordnungen Asn-X-Thr bzw. Asn-X-Ser, wobei X beispielsweise für Valin, Histidin oder Leucin steht, wohin gegen die Cu/Zn-SOD des Cytosols nur eine solche Aminosäurekombination aufweist.Positions 30 to 33 indicate a ThaI interface Position 367 to 372 shows a BamHI site. Surprisingly, codons can be found at position 53 to 61, 155 to 163, 176 to 184 and 500 to 508, the are colinear for potential N-glycosylation sites corresponding amino acid according to the corresponding characteristic general amino acid arrangements Asn-X-Thr or Asn-X-Ser, where X is for valine, Histidine or leucine stands where against the Cu / Zn SOD of the Cytosols has only one such amino acid combination.

Auf die Aminosäureunterschiede gegenüber der Aminosäure-Sequenz von Barra, D. et al. (Barra, D. et al., J. Biol. Chem. 259, 12 595-12 601, 1984), die von dem erhaltenen EcoRI-Fragment abgeleitet wurden, wurde schon an früherer Stelle eingegangen.On the amino acid differences compared to the Amino acid sequence from Barra, D. et al. (Barra, D. et al., J. Biol. Chem. 259, 12 595-12 601, 1984) by the obtained EcoRI fragment have been derived received earlier.

Um die fehlenden Basen an den 3′ und/oder 5′ Termini der hMn-SOD DNA-Teilsequenz aus der cDNA-Genbank zur Herstellung eines vollständigen hMn-SOD Gens zu erhalten, können verschiedene Strategien verfolgt werden. Beispielsweise kann die erhaltene cDNA als Hybridisierungssonde gegen eine genomische Genbank eingesetzt werden, um die für das ganze Enzym kodierende Sequenz zu erhalten, oder man verfährt z. B. nach Kakidani, H. unter Verwendung synthetischer, zur mRNA komplementärer Oligonukleotide als spezifische Primer für die reverse Transkription (Kakidani, H. et al. Nature 298, 245-249, 1982). Es ist jedoch auch möglich, das fehlende Ende der cDNA-Sequenz anhand der bekannten Aminosäuresequenz (Barra, D. et al., J. Biol. Chem. 259, 12 595-12 601, 1984) chemisch zu synthetisieren und mit der gefundenen cDNA zu verbinden, wobei ein definiertes Ende erhalten wird. To the missing bases at the 3 ′ and / or 5 ′ terms of the hMn-SOD DNA partial sequence from the cDNA library To obtain a complete hMn-SOD gene, different strategies can be followed. For example, the cDNA obtained can be used as Hybridization probe against a genomic library used to encode the whole enzyme Obtain sequence, or proceed z. B. according to Kakidani, H. using synthetic complementary to mRNA Oligonucleotides as specific primers for the reverse Transcription (Kakidani, H. et al. Nature 298, 245-249, 1982). However, it is also possible to find the missing end of the cDNA sequence based on the known amino acid sequence (Barra, D. et al., J. Biol. Chem. 259, 12 595-12 601, 1984) chemically synthesize and with the found cDNA connect, whereby a defined end is obtained.  

Der zuletzt genannte Weg wurde zur Herstellung der vollständigen, erfindungsgemäßen DNA-Sequenz für hMn-SOD beschritten, wobei in diesem Fall das 5′-Ende durch zwei Oligonukleotide der Formeln VIa und VIb komplettiert wurde, die vorteilhafterweise XhoI/CbaI - bzw. XbaI/NcoI - überstehende Enden aufweisen. Erfindungsgemäß ist am 5′-Ende des kodierenden Stranges das 3′-Ende des ADHI-Promotors berücksichtigt worden (Formel VIa)The latter way was used to manufacture the complete DNA sequence according to the invention for hMn-SOD followed, in which case the 5'-end by two Oligonucleotides of the formulas VIa and VIb has been completed, the advantageously XhoI / CbaI - or XbaI / NcoI - have protruding ends. According to the invention is at the 5'-end of the coding strand the 3'-end of ADHI promoter has been taken into account (Formula VIa)

Nach Kombination beider synthetischer Oligonukleotide der Formeln VIa und VIb, Klonierung in einen geeigneten Vektor, beispielsweise in ein entsprechend verändertes pUC18-Derivat und Hinzufügen des ThaI/EcoRI-Fragments der erfindungsgemäßen cDNA aus einem der erhaltenen Klone, dessen 5′-Ende mindestens die ThaI-Stelle aufweist, kann ein Plasmid erhalten werden, das eine vollständige cDNA des hMn-SOD Gens im richtigen Leserahmen entsprechend Formeln VIIa und VIIb enthält, ohne die THaI-Stellen.After combining both synthetic oligonucleotides Formulas VIa and VIb, cloning into a suitable one Vector, for example into a correspondingly modified one pUC18 derivative and adding the ThaI / EcoRI fragment of the cDNA according to the invention from one of the clones obtained, whose 5'-end has at least the ThaI site, can a plasmid can be obtained which is a complete cDNA of the hMn-SOD gene in the correct reading frame accordingly Contains formulas VIIa and VIIb without the THaI positions.

Die erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen können in verschiedenen Expressionsvektoren eingebaut und mit Hilfe der beschriebenen Kontrollelemente exprimiert werden, vorzugsweise in pES103 mit dem ADHI-Promotor (DSM 4013). pES103 wird dadurch erhalten, daß in das pUC18-Derivat pES102, welches in der HincII-Schnittstelle einen Xho-Linker enthält, das 1500 bp lange BamHI/XhoI-Fragment des ADHI-Promotors (z. B. Ammerer, G., Methods in Enzymology 101, 192-201, 1983) eingebaut wird. The DNA sequences according to the invention can be found in different expression vectors built in and with the help the control elements described are expressed, preferably in pES103 with the ADHI promoter (DSM 4013). pES103 is obtained in that in the pUC18 derivative pES102, which in the HincII interface Xho linker contains the 1500 bp BamHI / XhoI fragment the ADHI promoter (e.g. Ammerer, G., Methods in Enzymology 101, 192-201, 1983).  

Anstelle dieser ADHI-Promotor-Sequenz von ursprünglich 1500 bp kann auch ein auf ca. 400 bp Länge verkürzter ADHI-Promotor als BamHI/XhoI-Fragment verwendet werden. Den verkürzten ADHI-Promotor (ADHIk) erhält man dadurch, daß Plasmid pWS323E (DSM 4016) mit BamHi/XhoI verdaut und der ADHIk Promotor isoliert wird.Instead of this ADHI promoter sequence from originally 1500 bp can also be shortened to a length of approx. 400 bp ADHI promoter can be used as a BamHI / XhoI fragment. The shortened ADHI promoter (ADHIk) is obtained by that plasmid pWS323E (DSM 4016) digested with BamHi / XhoI and the ADHIK promoter is isolated.

Für die korrekte Termination wird eine geeignete Terminatorsequenz, zweckmäßigerweise ein ADH-Terminator, vorzugsweise der ADHII-Terminator hinter dem hMn-SOD ligiert. Der ADHII-Terminator (Beier, D.R., Young, E.T., Nature 300, 724-728, 1982) kann über SphI-Verdauung von pMW5-ADHII (Washington Research Fundation) als 1530 bp langes Fragment und nachfolgender HincII-Verdauung als endgültiger ADHII-Terminator (329 bp) erhalten werden, oder aus Plasmid pGD2 (DSM 4014) als 336 bp langes HindIII/XbaI-Fragment.A suitable one is used for the correct termination Terminator sequence, suitably an ADH terminator, preferably the ADHII terminator behind the hMn SOD ligated. The ADHII terminator (Beier, D.R., Young, E.T., Nature 300, 724-728, 1982) can be digested by SphI pMW5-ADHII (Washington Research Fundation) as 1530 bp long fragment and subsequent HincII digestion as final ADHII terminator (329 bp) can be obtained, or from plasmid pGD2 (DSM 4014) as 336 bp long HindIII / XbaI fragment.

Für die Expression in Hefe stehen verschiedene Hefevektoren zur Verfügung, in die die Expressionskassetten mit dem erfindungsgemäßen hMn-SOD-Gen eingebaut werden können, vorzugsweise YEp13 (Broach, J.R. et al., Gene 8, 212-133, 1979; ATCC 37 115), pJDB 207 (DSM 3181, hinterlegt am 28.12.1984), YIp5 (Struhl, K. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 1035-1039, 1979; ATCC 37 061), pEAS102 (pEAS102 kann dadurch erhalten werden, daß YIp5 mit PstI teilweise und mit BamHI vollständig verdaut wird und das das URA3 Gen enthaltende, isolierte 4,3 kb Fragment mit dem 4,4 kb BamHI/PstI-Fragment von pJDB207 ligiert wird). Various yeast vectors are available for expression in yeast into which the expression cassettes with the hMn-SOD gene according to the invention can be incorporated, preferably YEp13 (Broach, J.R. et al., Gene 8, 212-133, 1979; ATCC 37 115), pJDB 207 (DSM 3181, filed on Dec. 28, 1984), YIp5 (Struhl, K. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76: 1035-1039, 1979; ATCC 37 061), pEAS102 (pEAS102 can be obtained by partially YIp5 with PstI and is completely digested with BamHI and that the URA3 gene containing isolated 4.3 kb fragment with the 4.4 kb BamHI / PstI fragment from pJDB207 is ligated).  

Mit diesen, eine Expressionskassette mit dem erfindungsgemäßen hMn-SOD Gen tragenden Hefevektoren können geeignete Hefezellen nach bekannten Verfahren transformiert werden. Als geeignete Hefezellen für die Expression können vorzugsweise alle diejenigen angesehen werden, die defizient sind für ihre eigene, hefespezifische Mn-SOD und die ein selektierbares Hefe-Gen, wie z. B. HIS3, URA3, LEU2, SUP, um nur einige zu nennen, enthalten. Derartige Mutanten, die beispielsweise durch in vitro oder in vivo konstruierte mutierte Gene und diese über ein "Transplacement" enthalten, sind über integrative Transformation zu erhalten (z. B. Winston, F. et al., Methods in Enzymology 101, 211-228, 1983). Das zu multierende Mn-SOD Gen der Hefe ist beispielsweise in Plasmid pL41 als BamHI-Fragment enthalten (von Loon et al., Gene 26, 261-272, 1983). Da die vollständige Sequenz dieses BamHI-Fragments bekannt ist (Marres, C.A.M. et al., Eur. J. Biochem. 147, 153-161, 1985), ist das Mn-SOD Gen der Hefe auch ohne pL41 zugänglich.With these, an expression cassette with the yeast vectors bearing the hMn-SOD gene according to the invention suitable yeast cells are transformed by known methods will. Can be used as suitable yeast cells for expression preferably all those who are considered are deficient for their own yeast-specific Mn-SOD and which a selectable yeast gene, such as. B. HIS3, URA3, LEU2, SUP, to name a few, included. Such Mutants, for example, by in vitro or in vivo constructed mutated genes and these over a "Transplacement" are about integrative Get transformation (e.g. Winston, F. et al., Methods in Enzymology 101, 211-228, 1983). That too the yeast Mn-SOD gene is for example in Contain plasmid pL41 as a BamHI fragment (from Loon et al., Gene 26, 261-272, 1983). Because the full sequence of this BamHI fragment is known (Marres, C.A.M. et al., Eur. J. Biochem. 147, 153-161, 1985) is the Mn-SOD gene of yeast also accessible without pL41.

Die durch solche Transformanten produzierte hMn-SOD kann nach bekannten Methoden der Proteinisolierung und Proteinreinigung gewonnen werden. Der Zellaufschluß kann z. B. nach van Loon et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83, 3820-3824, 1986) erfolgen.The hMn-SOD produced by such transformants can according to known methods of protein isolation and Protein purification can be obtained. Cell disruption can e.g. B. after van Loon et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83, 3820-3824, 1986).

Für die Expression von hMn-SOD in Bakterien, vorzugsweise E.coli, beispielsweise E.coli HB101, C600, JM101, stehen die schon erwähnten und etablierten Expressionssysteme zur Verfügung. Die erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen müssen zu diesem Zweck unter Kontrolle eines starken E.coli Promotors (s.o.), nicht unter einen eukaryotischen Promotor gebracht werden. Beispiele solcher bekannten Promotoren sind lac, lacuv5, trp, tac, trp-lacuv5, λPL, ompF, bla.
Die obligate Anwendung einer ribosomalen Bindungsstelle, um eine effiziente Translation in E.coli zu gewährleisten, wurde schon an früherer Stelle ausführlich beschrieben.
The expression systems already mentioned and established are available for the expression of hMn-SOD in bacteria, preferably E. coli, for example E. coli HB101, C600, JM101. For this purpose, the DNA sequences according to the invention have to be brought under the control of a strong E. coli promoter (see above), not under a eukaryotic promoter. Examples of such known promoters are lac, lacuv5, trp, tac, trp-lacuv5, λ P L , ompF, bla.
The obligatory use of a ribosomal binding site to ensure efficient translation in E. coli has already been described in detail earlier.

Zum Nachweis der Expression der hMn-SOD-Aktivität durch E.coli werden die Bakterien nach der Inkubation in einem geeigneten, herkömmlichen Kulturmedium aufgeschlossen und der Überstand der hMn-SOD Aktivität, wie beschrieben (z. B. Marklund, S., Marklund, G., 1974; Ch. Beauchamp und I. Fridovich, Anal. Biochem. 44, 276-287, 1971; H.P. Misra und I. Fridovich, Arch. Biochem. Biophys. 183, 511-515, 1977; B.J. Davis, Annals of the NY Academy of Sciences 121, 404-427, 1964; M. Ysebaert-Vanneste and W.H. Vanneste, Anal. Biochem. 107, 86-95, 1980) getestet.To detect expression of hMn-SOD activity by E.coli are the bacteria after incubation in one suitable, conventional culture medium and the supernatant of the hMn-SOD activity as described (e.g. Marklund, S., Marklund, G., 1974; Ch. Beauchamp and I. Fridovich, Anal. Biochem. 44, 276-287, 1971; H.P. Misra and I. Fridovich, Arch. Biochem. Biophys. 183, 511-515, 1977; B.J. Davis, Annals of the NY Academy of Sciences 121, 404-427, 1964; M. Ysebaert-Vanneste and W.H. Vanneste, Anal. Biochem. 107, 86-95, 1980).

Der Nachweis des exprimierten hMn-SOD-Gens kann auch durch Markierung der Proteine in Maxizellen erbracht werden. Plasmidcodierte Proteine können durch Verwendung der Maxizelltechnik (Sancar, A. et al., J. Bacteriol, 137, 692-693, 1979) selektiv in vivo markiert werden. Der E.coli Stamm CSR603 (CGSC 5830) besitzt keine DNA-Repair-Mechanismen. Durch eine geeignete UV-Strahlendosis wird das bakterielle Chromosom zerstört, einige der wesentlich kleineren und in mehreren Kopien pro Zelle vorhandene Plasmid-DNAs bleiben dagegen funktionell erhalten. Nach Abtöten aller nicht geschädigten, sich vermehrenden Zellen durch das Antibiotikum D-Cycloserin und Aufbrauchen der endogenen mRNA werden in den verbleibenden Zellen nur noch Plasmid-codierte Gene transkribiert und translatiert. Die gebildeten Proteine können durch Einbau von ³⁵S-Methionin radioaktiv markierte und nachgewiesen werden. E.coli CSR603 wird nach üblichen Verfahren mit den Expressionsplasmiden transformiert und auf amplicillinhaltigen Agarplatten auf transformierte Bakterien selektioniert. Die Präparation der Maxizellen und das Markieren der Proteine erfolgt nach der Vorschrift von A. Sancar (1979, s.o.). Als Molekulargewichtsstandard wird ein ¹⁴C-methyliertes Proteingemisch (Amersham) verwendet. Als Kontrolle wird das Plasmid, das nur den Promotor ohne das hMn-SOD-Gen enthält, eingesetzt.The detection of the expressed hMn-SOD gene can also be done by Labeling of the proteins in maxi cells are performed. Plasmid-encoded proteins can be obtained using the Maxi cell technique (Sancar, A. et al., J. Bacteriol, 137, 692-693, 1979) can be selectively labeled in vivo. The E.coli Strain CSR603 (CGSC 5830) has none DNA repair mechanisms. By a suitable one UV radiation dose will destroy the bacterial chromosome, some of the much smaller ones and in multiple copies per In contrast, cell-present plasmid DNAs remain functional  receive. After killing everyone not harmed themselves multiplying cells by the antibiotic D-cycloserine and The endogenous mRNA will be used up in the remaining Cells only transcribed and plasmid-encoded genes translated. The proteins formed can be built in radioactively labeled and detected by ³⁵S-methionine will. E.coli CSR603 is made using the usual methods Expression plasmids transformed and on agar plates containing amplicillin on transformed bacteria selected. The preparation of the maxi cells and that The proteins are labeled according to the instructions of A. Sancar (1979, see above). A is used as the molecular weight standard ¹⁴C-methylated protein mixture (Amersham) used. As The plasmid that controls only the promoter without the contains hMn-SOD gene.

Nach erfolgter Transformation des Wirtes, Expression des Gens und Fermentation oder Zellkultivierung unter Bedingungen, bei denen die erfindungsgemäßen Proteine exprimiert werden, kann das Produkt üblicherweise durch bekannte chromatographische Trennmethoden extrahiert werden, um so ein Material zu erhalten, das die Proteine mit oder ohne Leader und Tailing-Sequenzen enthält. Die erfindungsgemäße hMn-SOD kann mit einer Leader-Sequenz am N-Terminus exprimiert werden, die wie schon beschrieben, von einigen Wirtszellen entfernt werden kann. Wenn nicht, so ist, wie ebenfalls schon beschrieben, eine Abspaltung des Leader-Polypeptids (wenn vorhanden) erforderlich, um reifes hMn-SOD zu erhalten. Alternativ kann die Sequenz so modifiziert werden, daß das reife Enzym im Mikroorganismus direkt produziert wird. Für diesen Fall kann die Precusor-Sequenz des Hefe-Mating-Pheromons MF-alpha-l verwendet werden, um eine korrekte "Reifung" des fusionierten Proteins und die Ausscheidung der Produkte in das Wachstumsmedium oder den periplasmischen Raum zu gewährleisten. Die "Sezernierung" der hMn-SOD in Hefemitochondrien kann dadurch erfolgen, indem direkt vor das hMn-SOD Gen die Leadersequenz für das Hefe-Mn.SOD Gen gestellt wird.After transformation of the host, expression of the Gene and fermentation or cell cultivation under Conditions under which the proteins of the invention can be expressed, the product can usually by known chromatographic separation methods extracted in order to obtain a material that contains the proteins with or without leader and tailing sequences. The hMn-SOD according to the invention can with a leader sequence on N-terminus are expressed which, as already described, can be removed from some host cells. Unless, as already described, this is a split off of the leader polypeptide (if any) required to to obtain mature hMn SOD. Alternatively, the sequence can be like this be modified that the mature enzyme in the microorganism is produced directly. In this case, the  Precursor sequence of the yeast mating pheromone MF-alpha-1 used to correct "maturation" of the fused protein and the excretion of the products in the growth medium or the periplasmic space guarantee. The "secretion" of the hMn-SOD in Yeast mitochondria can be done by just before the hMn-SOD gene is the leader sequence for the yeast Mn.SOD gene is provided.

Die Reinigung der hMn-SOD aus Zellen kann nach bekannten Verfahren erfolgen.The purification of hMn-SOD from cells can be done according to known Procedure.

Die gentechnisch erhaltenen, erfindungsgemäßen hMn-SOD sind aufgrund des biologisch-enzymatischen Wirkungsspektrums einerseits und wegen der jetzt verfügbaren Menge an hochreinem Enzym mit höchstmöglicher immunologischer Identität gegenüber der genuinen hMn-SOD andererseits für jede Art der Prävention, Behandlung und/oder Diagnostik im Bereich von entzündlichen, degenerativen, neoplastischen oder rheumatischen Erkrankungen zur Wundheilung, bei Autoimmunkrankheiten und bei Transplantationen geeignet - bzw. zur Prävention und Therapie von Krankheiten, die mit einer Defizienz an hMn-SOD einhergehen oder kausal damit verbunden sind. Beispielsweise umfassen die klinischen Anwendungsmöglichkeiten jene, wie sie aus Bannister W.H. und Bannister J.V. (Biological ans Clinical Aspects of Superoxide and Superoxide Dismutase, Vol. 11B, Elsevier/North-Holland, 1980) und aus Michelson, A.M., McCord, J.M., Fridovich (Superoxide and Superoxiddismutases, Acedemic Press, 1977) zu entnehmen sind. Ferner sind folgende klinische Anwendungsmöglichkeiten in Betracht zu ziehen: bei Perfusionswunden, Schlaganfall, alkoholgeschädigter Leber, Frühgeborenen, evtl. Pankreatitis, akuten Atemwegserkrankungen (ARDs), Emphysem, dialysegeschädigten Nieren, Osteoarthritis, rheumatoider Arthritis, strahleninduzierten Schäden, Sichelzellanämie.The genetically obtained hMn-SOD according to the invention are due to the biological-enzymatic Spectrum of action on the one hand and because of now Available amount of high purity enzyme with the highest possible immunological identity to the genuine hMn-SOD on the other hand for every kind of prevention, treatment and / or diagnostics in the area of inflammatory, degenerative, neoplastic or rheumatic Diseases for wound healing, autoimmune diseases and suitable for transplants - or for prevention and  Therapy of diseases with a deficiency hMn-SOD go hand in hand or are causally connected with it. For example, the clinical Possible uses are those from Bannister W.H. and Bannister J.V. (Biological ans Clinical Aspects of Superoxide and Superoxide Dismutase, Vol. 11B, Elsevier / North-Holland, 1980) and from Michelson, A.M., McCord, J.M., Fridovich (Superoxide and Superoxide dismutases, Acedemic Press, 1977) are. Furthermore, the following are clinical Consider possible uses: at Perfusion wounds, stroke, alcohol-damaged liver, Premature babies, possibly pancreatitis, acute Respiratory diseases (ARDs), emphysema, dialysis-impaired Kidneys, osteoarthritis, rheumatoid arthritis, radiation-induced damage, sickle cell anemia.

Ebenso sind die erfindungsgemäßen hMn-SODs zur Erhöhung der Haltbarkeit von festen oder flüssigen Nahrungsmitteln geeignet.
Die erfindungsgemäßen hMn-SODs können entweder systemisch oder topisch verabreicht werden, wobei sich im ersten Fall herkömmliche parenterale Applikationsrouten (z. B. i. v., i. m. s. c., i. a.) und für den zweiten Fall die entsprechend bekannten Darreichungsformen (z. B. Pasten, Salben, Gele, Lutsch- oder Kautabletten, Pulver, und andere die lokale Resorption des hMn-SOD-Präparates ermöglichende galenische Formulierungen und pharmazeutisch akzeptable Trägerstoffe) eignen. Als therapeutisch wirksamer Dosisbereich können nach individuellen Kriterien (z. B. Patienten, Krankheitsschwere etc) beispielsweise ca. 4 mg täglich eingesetzt werden.
The hMn SODs according to the invention are also suitable for increasing the shelf life of solid or liquid foods.
The hMn-SODs according to the invention can be administered either systemically or topically, in the first case using conventional parenteral application routes (e.g. iv, imsc, ia) and in the second case the correspondingly known administration forms (e.g. pastes, ointments, Gels, lozenges or chewable tablets, powders, and other galenic formulations and pharmaceutically acceptable excipients which enable the local absorption of the hMn-SOD preparation) are suitable. Approximately 4 mg daily, for example, can be used as a therapeutically effective dose range according to individual criteria (e.g. patients, disease severity, etc.).

Legenden zu den Abbildungen:Legends for the pictures:

Abb. 1: EcoRI-Fragment aus Klon BS8 mit der 532 bp langen codierenden Region ab Aminosäure 22 der reifen hMn-SOD, der 51 bp 3′ ut-Region und den Sequenzanteilen des Linkers. Die potentiellen N-Glykosylierungsstellen (überstrichen), die einzige ThaI-Stelle und die BamHI-Stelle (unterstrichen) sind angegeben. Fig. 1: EcoRI fragment from clone BS8 with the 532 bp long coding region from amino acid 22 of the mature hMn-SOD, the 51 bp 3 ′ ut region and the sequence parts of the linker. The potential N-glycosylation sites (underlined), the only ThaI site and the BamHI site (underlined) are indicated.

Abb. 2: schematische Strategie zur Konstruktion von Plasmid HSOD4, welches des synthetische 5′-Ende des hMn-SOD Gens als XhoI/NcoI-Fragment enthält. Fig. 2: schematic strategy for the construction of plasmid HSOD4, which contains the synthetic 5'-end of the hMn-SOD gene as an XhoI / NcoI fragment.

Abb. 3: Restriktionskarten der Plasmide HSOD2 und HSOD3, sowie von dem daraus konstruierten Plasmid HSOD4. Fig. 3: Restriction maps of the plasmids HSOD2 and HSOD3, and of the plasmid HSOD4 constructed from them.

Abb. 4: Konstruktion eines Plasmid (HSOD6) mit der vollständigen cDNA für hMn-SOD, als XhoI/EcoRI-Fragment. Fig. 4: Construction of a plasmid (HSOD6) with the complete cDNA for hMn-SOD, as XhoI / EcoRI fragment.

Abb. 5: Präparation des ThaI/EcoRI-Fragments der hMn-SOD cDNA aus Klon BS8. Fig. 5: Preparation of the ThaI / EcoRI fragment of the hMn-SOD cDNA from clone BS8.

Abb. 6: Konstruktion von Plasmid p154/2, das den ADHI-Promotor als 1500 bp BamHI/XhoI-Fragment enthält. Fig. 6: Construction of plasmid p154 / 2, which contains the ADHI promoter as a 1500 bp BamHI / XhoI fragment.

Abb. 7: Konstruktion von Plasmid p150/2 mit den zur Expression von hMn-SOD notwendigen Einheiten ADHI-Promotor und ADHII-Terminator (336 bp XbaI/HindIII-Fragment). Fig. 7: Construction of plasmid p150 / 2 with the ADHI promoter and ADHII terminator (336 bp XbaI / HindIII fragment) necessary for the expression of hMn-SOD.

Abb. 8: Fertigstellung der endgültigen Plasmide (pKH1 und pKH2) mit dem ADHI-Promotor bzw. dem ADHIk-Promotor und dem ADHII-Terminator, zur weiteren Insertion der hMn-SOD cDNA über die XhoI/EcoRI-Stelle. Das Plasmid pKH2 entspricht pKH1, außer, daß pKH2 anstelle des ADHI-Promotors den ADHIk-Promotor enthält. Fig. 8: Completion of the final plasmids (pKH1 and pKH2) with the ADHI promoter or the ADHIk promoter and the ADHII terminator, for further insertion of the hMn-SOD cDNA via the XhoI / EcoRI site. The plasmid pKH2 corresponds to pKH1, except that pKH2 contains the ADHIk promoter instead of the ADHI promoter.

Abb. 9: Konstruktion der Expressionskassette HSOD7 mit dem verkürzten ca. 400 bp langen ADHI-Promotor (ADHIk). Die Konstruktion mit dem ADHI-Promotor der ursprünglichen Länge erfolgt ausgehend von pKH1 in analoger Weise. Fig. 9: Construction of the HSOD7 expression cassette with the shortened approx. 400 bp long ADHI promoter (ADHIk). The construction with the ADHI promoter of the original length is carried out analogously starting from pKH1.

Abb. 10: Konstruktion von Plasmiden mit dem innerhalb des Hefe Mn-SOD Gens liegenden URA3-Gens als Marker in unterschiedlichen Orientierungen zum Mn-SOD Gen (SODY7, SODY8), zur Herstellung einer für die Expression geeigneten Hefe Mn-SOD Mutante. Das Gen-Transplacement im entsprechenden Hefe-Stamm (DBY747) wurde mit SODY7 und SODY8 durchgeführt. Fig. 10: Construction of plasmids with the URA3 gene lying within the yeast Mn-SOD gene as a marker in different orientations to the Mn-SOD gene (SODY7, SODY8), for the production of a yeast Mn-SOD mutant suitable for expression. The gene transplacement in the corresponding yeast strain (DBY747) was carried out with SODY7 and SODY8.

Die folgenden Beispiele, die die Erfindung nicht eingrenzen sollen, veranschaulichen die Erfindung im Detail.The following examples, which do not limit the invention are intended to illustrate the invention in detail.

Verwendete Materialienused material

Wenn in den folgenden Beispielen nicht besonders angegeben, wurden folgende Materialien, Lösungen, Plasmide, Vektoren und Mikroorganismen benutzt: Unless specifically stated in the following examples, were the following materials, solutions, plasmids, vectors and microorganisms used:  

ADHI-Promotor:DSM 4013 (pES103), hinterlegt am (1500 bp BamHI/XhoI)27. 2. 87 ADHI-Promotor, verkürzt:DSM 4016 (pWS323E), hinterlegt am (400 bp BamHI/XhoI)27. 2. 87 ADHII-Terminator:DSM 4014 (pGD2), hinterlegt am (336 bp XbaI/HindIII)27. 2. 87 BamHI-Puffer:150 mM NaCl, 6 mM Tris-HCl pH 7,9, 6 mM MgCl₂, 100 µg/ml BSA Core-Puffer:50 mM Tris-HCl pH 8,0, 10 mM MgCl₂, 50 mM NaCl Denaturierlösung:0,5 M NaOH, 1,5 M NaCl Denhardt-Lösung (50×):1 g Polyvinylpyrrolidon MG 360 000, 1 g Ficoll, 1 g Rinderserumalbumin (BSA) ad 100 ml H₂O E.coli C600:F-, supE44, thil, thr1, leuB6, lacY1, tonA21, g - (ATCC 23 724) E.coli JM101:supE, thi, Δ (lac-pro AB), [F′, traD36, proAB, lacIqZ, Δ M15] High-Puffer:100 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl pH 7,5, 10 mM MgCl₂, 1 mM Dithiothreitol (DTT) HincII-Puffer:10 mM Tris-HCl pH 7,5, 60 mM NaCl, 10 mM MgCl₂, 1 mM 2-Merkaptoäthanol, 100 µg/ml BSA Hybridisierlösung:wie Prähybridisierlösung, ohne Lachssperma-DNA Klenow-Reaktionslösung:22 µl DNA/H₂O, 2,5 µl 10× NTR-Puffer (0,5 M Tris-HCl pH 7,2, 0,1 M MgSO₄, 1 mM DTT, 500 µg/ml BSA) je 1 µl 2 mM dATP, dGTP, dCTP, dTTP, 2,5 U Klenow-Fragment (0,5 µl) Lambda-Puffer:100 mM Tris-HCl pH 7,5, 10 mM MgCl₂, 1 mM EDTA LB-Agar:LB-Flüssigmedium, 15 g/l Bacto-Agar (Difco) LB-Flüssigmedium:10 g/l Bacto-Trypton (Difco), 5 g/l Hefe-Extrakt (Difco), 5 g/l NaCl, 10 M NaOH ad pH 7,4 Ligationslösung:66 mM Tris-HCl pH 7,6, 10 mM MgCl₂, 5 mM DTT, 1 mM ATP, 1 U T4-DNA Ligase Neutralisationslösung:0,5 M Tris-HCl pH 7,5, 1,5 M NaCl Nitrozellulosefilter:Schleicher & Schuell, Membranfilter BA 85 NruI-Puffer:50 mM KCl, 50 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl pH 8,0, 10 mM MgCl₂ Prähybridisierlösung:5×SSC, 5×Denhardtlösung, 50 mM Na-Phosphatpuffer pH 6,8, 1 mM Na₂P₄O₇, 100 µM ATP, 0,1% SDS, 30-100 (50) µg/ml denaturierte, ultraschall­ behandelte Lachssperma-DNA puC18:Pharmica pURA3:DSM 4015, hinterlegt am 27. 2. 87 S. cerevisiae DBY747:a. leu2, his3, trpl, ura3 (Yeast Genetic Stock Centre, Berkeley) SC-URA-Medium:0,67% BYNB (Difco), 2% Glukose, 2% 50×AS-Mix (pro Liter: 1 g Histidin, 6 g Leucin, 2,5 g Tryptophan, 4 g Lysin, 1,2 g Adenin, 2 g Arginin, 1 g Methionon, 6 g Phenylalanin, 5 g Threonin, 6 g Isoleucin) SmaI-Puffer:10 mM Tris-HCl pH 8,0, 20 mM KCl, 10 mM MgCl₂, 10 mM 2-Merkaptoäthanol, 100 µg/ml BSA SphI-Puffer:10 mM Tris-HCl pH 7,5, 100 mM NaCl, 10 mM MgCl₂, 10 mM 2-Merkaptoäthanol, 100 µg/ml BSA SSC (20×):3,0 M NaCl, 0,3 M Na₃-Citrat, pH 7,0 SSPE (20×):3,6 M NaCl, 0,2 M Na₂HPO₄, 20 mM EDTA, mit NaOH (10 N) ad pH 7,4 TE-Puffer:10 mM Tris-HCl pH 8,0, 1 mM EDTA ThaI-Puffer:50 mM Tris-HCl pH 8,0, 10 mM MgCl₂ Top-Agarose:LB-Flüssigmedium, 0,7% Agarose (Seaken FM-Agarose) Verwaschlösung:1 M NaCl, 50 mM Tris-HCl pH 8,0, 1 mM EDTA, 0,1% SDSADHI promoter: DSM 4013 (pES103), deposited on (1500 bp BamHI / XhoI) 27. 2. 87 ADHI promoter, abbreviated: DSM 4016 (pWS323E), deposited on (400 bp BamHI / XhoI) 27. 2. 87 ADHII terminator: DSM 4014 (pGD2), deposited on (336 bp XbaI / HindIII) 27. 2. 87 BamHI buffer: 150 mM NaCl, 6 mM Tris-HCl pH 7.9, 6 mM MgCl₂, 100 µg / ml BSA core buffer: 50 mM Tris-HCl pH 8.0, 10 mM MgCl₂, 50 mM NaCl denaturing solution: 0.5 M NaOH, 1.5 M NaCl Denhardt solution (50 ×): 1 g polyvinylpyrrolidone MG 360 000, 1 g Ficoll, 1 g bovine serum albumin (BSA) ad 100 ml H₂O E.coli C600: F - , supE44, thil, thr1, leuB6, lacY1, tonA21, g - (ATCC 23 724) E.coli JM101: supE, thi, Δ (lac-pro AB), [F ′, traD36, proAB, lacI q Z, Δ M15] High buffer: 100 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl pH 7.5, 10 mM MgCl₂, 1 mM dithiothreitol (DTT) HincII buffer: 10 mM Tris-HCl pH 7.5, 60 mM NaCl, 10 mM MgCl₂, 1 mM 2-mercaptoethanol, 100 µg / ml BSA hybridization solution: as prehybridization solution, without salmon sperm DNA Klenow reaction solution: 22 µl DNA / H₂O, 2.5 µl 10 × NTR buffer (0.5 M Tris-HCl pH 7.2, 0.1 M MgSO₄, 1 mM DTT, 500 µg / ml BSA) 1 µl each 2 mM dATP, dGTP, dCTP, dTTP, 2.5 U Klenow fragment (0.5 µl) Lambda buffer: 100 mM Tris-HCl pH 7.5, 10 mM MgCl₂, 1 mM EDTA LB agar: LB liquid medium, 15 g / l Bacto agar (Difco ) LB liquid medium: 10 g / l Bacto-Trypton (Difco), 5 g / l yeast extract (Difco), 5 g / l NaCl, 10 M NaOH ad pH 7.4 Ligation solution: 66 mM Tris-HCl pH 7 , 6, 10 mM MgCl₂, 5 mM DTT, 1 mM ATP, 1 U T4-DNA ligase neutralization solution: 0.5 M Tris-HCl pH 7.5, 1.5 M NaCl nitrocellulose filter: Schleicher & Schuell, membrane filter BA 85 NruI Buffer: 50 mM KCl, 50 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl pH 8.0, 10 mM MgCl₂ prehybridization solution: 5 × SSC, 5 × Denhardt's solution, 50 mM Na phosphate buffer pH 6.8, 1 mM Na₂P₄O₇, 100 µM ATP, 0.1% SDS, 30-100 (50) µg / ml denatured, ultrasonically treated salmon sperm DNA puC18: Pharmica pURA3: DSM 4015, deposited on February 27, 87 S. cerevisiae DBY747: a. leu2, his3, trpl, ura3 (Yeast Genetic Stock Center, Berkeley) SC-URA medium: 0.67% BYNB (Difco), 2% glucose, 2% 50 × AS mix (per liter: 1 g histidine, 6 g leucine, 2.5 g tryptophan, 4 g lysine, 1.2 g adenine, 2 g arginine, 1 g methionone, 6 g phenylalanine, 5 g threonine, 6 g isoleucine) SmaI buffer: 10 mM Tris-HCl pH 8 , 0, 20 mM KCl, 10 mM MgCl₂, 10 mM 2-mercaptoethanol, 100 µg / ml BSA SphI buffer: 10 mM Tris-HCl pH 7.5, 100 mM NaCl, 10 mM MgCl₂, 10 mM 2-mercaptoethanol, 100 µg / ml BSA SSC (20 ×): 3.0 M NaCl, 0.3 M Na₃ citrate, pH 7.0 SSPE (20 ×): 3.6 M NaCl, 0.2 M Na₂HPO₄, 20 mM EDTA , with NaOH (10 N) ad pH 7.4 TE buffer: 10 mM Tris-HCl pH 8.0, 1 mM EDTA ThaI buffer: 50 mM Tris-HCl pH 8.0, 10 mM MgCl₂ top agarose: LB liquid medium, 0.7% agarose (Seaken FM agarose) wash solution: 1 M NaCl, 50 mM Tris-HCl pH 8.0, 1 mM EDTA, 0.1% SDS

1. Konstruktion einer cDNA-Genbank1. Construction of a cDNA library

Aus einer frischen Human-Placenta wurde würfelgroße Gewebestücke in flüssigem Stickstoff schockgefroren und das Gewebe bei unter -80°C pulverisiert. A fresh human placenta became cube-sized Pieces of tissue in liquid nitrogen snap frozen and the tissue is pulverized at below -80 ° C.  

Aus dem pulverisiertem Gewebematerial wurde anschließend die RNA nach der von Chirgwin, J.M. et al. beschriebenen Prozedur extrahiert und präpariert (Chirgwin, J.M. et al., Biochemistry 18, 5294-5299, 1979).The pulverized tissue material became then the RNA according to Chirgwin, J.M. et al. described procedure extracted and prepared (Chirgwin, J.M. et al., Biochemistry 18, 5294-5299, 1979).

Aus der danach erhaltenen RNA wurde die poly(A)⁺RNA nach Aviv, H. und Leder, P. (Proc. Natl. Acad. Sci, USA 69, 1409-1412, 1972) präpariert.
Die Synthese der cDNA wurde mit "cDNA synthesis system" (Amersham RPN 1256) durchgeführt.
The poly (A) -RNA according to Aviv, H. and Leder, P. (Proc. Natl. Acad. Sci, USA 69, 1409-1412, 1972) was prepared from the RNA obtained afterwards.
The synthesis of the cDNA was carried out using the "cDNA synthesis system" (Amersham RPN 1256).

Das Packaging erfolgte mit Gigapack (Vector cloning systems). Alle weiteren methodischen Schritte zur Klonierung in die EcoRI-Stelle von λgt10 wurden nach der Vorschrift von Huynh T.V. et al. (DNA Cloning Vol 1, D.M. Glover ed., IRL Press, Chapter 2, 1985) durchgeführt, außer daß als "plating bacteria" E.coli C600 verwendet wurde. Der Titer der die cDNA-Genbank repräsentierenden λgt10 Phagen betrug 1,2×10¹⁰ pfu/ml, die Zahl der unabhängigen Klone 1×10⁶.The packaging was done with Gigapack (Vector cloning systems). All further methodical steps for cloning into the EcoRI site of λ gt10 were carried out according to the instructions from Huynh TV et al. (DNA Cloning Vol 1, DM Glover ed., IRL Press, Chapter 2, 1985), except that E.coli C600 was used as the "plating bacteria". The titer of the λ gt10 phage representing the cDNA library was 1.2 × 10¹⁰ pfu / ml, the number of independent clones was 1 × 10⁶.

2. Amplifikation der λgt10-Genbank2. Amplification of the λ gt10 library

Ein geeigneter E.coli Wirtstamm (C600, Genotyp F-, supE44, thil, thrl leuB6 lacY1 tonA21 lambda - (M.A. Hoyt et al., 1982, Cell 31, 5656) wurde über Nacht in LB-Medium, supplementiert mit 0,2% Maltose, bei 37° vorgezüchtet.A suitable E. coli host strain (C600, genotype F-, supE44, thil, thrl leuB6 lacY1 tonA21 lambda - (M.A. Hoyt et al., 1982, Cell 31, 5656) was overnight in LB medium supplemented with 0.2% maltose at 37 ° pre-bred.

Diese Übernachtkultur wurde 5 min bei 3000 upm abzentrifugiert und in eiskalter 10 mM MgSO₄-Lösung suspendiert, so daß die OD600 nm 4,0 betrug. Die so bereiteten Mg-Zellen wurden bei 4°C gelagert und konnten eine Woche verwendet werden. This overnight culture was 5 min at 3000 rpm centrifuged and in ice-cold 10 mM MgSO₄ solution suspended so that the OD600 nm was 4.0. The so prepared Mg cells were stored at 4 ° C and could be used for a week.  

12×200 µl Mg-Zellen wurden in sterilen Röhrchen mit einer Phagensuspension (je 50 000 pfu der cDNA-Genbank/Platte) gemischt und 20 min bei 37°C inkubiert.
Anschließend wurden zu jedem Röhrchen 6-7 ml geschmolzene, auf 42°C temperierte Top-Agarose (enthält 10 mM MgSO₄, Endkonzentration) pipettiert, gemischt und auf 12 bei 37°C vorgewärmte LB-Agarplatten (13,5 cm Durchmesser) mit 10 mM MgSO₄ ausgegossen und 6-12 Stunden bei 37°C inkubiert.
12 × 200 μl of Mg cells were mixed in a sterile tube with a phage suspension (50,000 pfu each of the cDNA library / plate) and incubated at 37 ° C. for 20 min.
6-7 ml of melted top agarose (containing 10 mM MgSO₄, final concentration), heated to 42 ° C., were then pipetted into each tube, mixed and mixed with 12 LB agar plates (13.5 cm in diameter) preheated at 37 ° C. with 10 mM MgSO₄ poured out and incubated at 37 ° C for 6-12 hours.

3. Primärscreening zur Identifikation rekombinanter λ-Phagen3. Primary screening to identify recombinant λ phages a) Präparation der Nitrozellulosefiltera) Preparation of the nitrocellulose filter

Die so bereiten Platten wurden nach erfolgter Inkubation auf 4°C abgekühlt. Mit Bleistift numerierte Nitrozellulosefilter wurden auf die Plattenoberfläche gelegt und die Positionen auf den Platten durch Nadelstiche markiert. Etwa 1 min, nachdem sie vollkommen durchfeuchtet waren, wurden die Filter wieder vorsichtig abgezogen, in Denaturierlösung gelegt und 1 min bei Raumtemperatur (RT) inkubiert.
Anschließend erfolgte die Neutralisation in Neutralisationslösung für 5 min bei RT und eine Inkubation für 30 sec in 2×SSPE ebenfalls bei RT.
The plates prepared in this way were cooled to 4 ° C. after the incubation. Nitrocellulose filters numbered in pencil were placed on the plate surface and the positions on the plates were marked with pinpricks. About 1 min after they were completely moist, the filters were carefully removed again, placed in denaturing solution and incubated for 1 min at room temperature (RT).
This was followed by neutralization in neutralization solution for 5 min at RT and incubation for 30 sec in 2 × SSPE, also at RT.

Bis zu 3 weitere Abzüge wurden von jeder Platte angefertigt, wobei die Filter jeweils 30 sec länger auf der Platte belassen wurden. Die Positionen der Nadelstiche wurden auf die folgenden Filter genau übertragen.Up to 3 additional prints were made from each plate made, the filters on each 30 sec longer left on the plate. The positions of the Pinpricks were accurate on the following filters transfer.

Die Filter wurden auf Filterpapier liegend an der Luft getrocknet und die DNA durch zweistündiges Backen bei 80°C fixiert. Die Platten bewahrte man bis zum Ergebnis der nachfolgenden Hybridisierung auf.The filters were lying on filter paper in the open air dried and the DNA by baking for two hours Fixed at 80 ° C. The plates were kept until the result the subsequent hybridization.

b) Präparation der ³²P-markierten DNA-Sondenb) Preparation of the 32 P-labeled DNA probes

Die synthetischen Oligonukleotidgemische wurden am 381A DNA-Synthesizer (Applied Biosystems) hergestellt, durch Polyacrylamidgelelektrophorese (20% in 8 M Harnstoff, T. Maniatis et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982, p173ff) gereinigt und über Sephadex G50 (Pharmacia) entsalzt.
Die so synthetisierten DNA-Sonden sind komplementär zu RNA-Basensequenzen, die a) für die Aminosäuren 39-46 bzw. b) 200-207 kodieren (D. Barra et al., Oxy Radicals and their scanvenger Systems, Vol. 1, 336-339, 1983) und haben folgende Basensequenzen:
The synthetic oligonucleotide mixtures were prepared on a 381A DNA synthesizer (Applied Biosystems), purified by polyacrylamide gel electrophoresis (20% in 8 M urea, T. Maniatis et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982, p173ff) and via Sephadex G50 ( Pharmacia) desalted.
The DNA probes synthesized in this way are complementary to RNA base sequences which code a) for amino acids 39-46 and b) 200-207 (D. Barra et al., Oxy Radicals and their scanvenger Systems, Vol. 1, 336 -339, 1983) and have the following base sequences:

wobei A, G, C und T für die entsprechenden Nukleotide, I für Inosin steht.where A, G, C and T for the corresponding nucleotides, I stands for inosine.

Die chemisch synthetisierten DNA-Probengemische wurden je in einer Konzentration von 20 pM/ul in Wasser gelöst.The chemically synthesized DNA sample mixtures were each dissolved in water at a concentration of 20 pM / ul.

ReaktionssatzReaction set

20-100 pM gamma³²-PATP (<3000 Ci/mmol, Amersham), lyophilisiert aus äthanolischer Lösung, 20-100 pmol Oligonukleotid, 1 ul 10×Kinasepuffer (0,7 M Tris-HCl pH 7,6, 0,1 m MgCl₂, 50 mM Dithiothreit, 10 Einheiten T4 Polynukleotidkinase (BRL), Wasser ad 10 ul.20-100 pM gamma³²-PATP (<3000 Ci / mmol, Amersham), lyophilized from ethanolic solution, 20-100 pmol Oligonucleotide, 1 ul 10 x kinase buffer (0.7 M Tris-HCl pH 7.6, 0.1 m MgCl₂, 50 mM dithiothreitol, 10 units T4 Polynucleotide Kinase (BRL), water ad 10 ul.

Die Reaktion erfolgte 60 min bei 37°C und wurde durch Zugabe von 25 mM EDTA gestoppt. Nicht eingebaute Radioaktivität entfernte man durch Ausschlußchromatographie über eine 1 ml Biogel P6-DG (Biorad) Säule, hergestellt in einer 1 ml Einwegspritze. Als Elutionsmittel wurde TE-Puffer verwendet.The reaction took place at 37 ° C for 60 min and was followed by Addition of 25 mM EDTA stopped. Not built in Radioactivity was removed by Exclusion chromatography on a 1 ml Biogel P6-DG (Biorad) column, made in a 1 ml Disposable syringe. TE buffer was used as eluent used.

c) In situ Hybridisierungc) In situ hybridization

Um Reste von Agarose und Bakterien von der Nitrozellulose zu entfernen, die bei der Hybridisierung zu starker Hintergrundstrahlung führen, wurden die Filter in einem nicht zu kleinem Volumen Vorwaschlösung einige Stunden bis zu über Nacht unter Schwenken bei 65°C inkubiert. Um unspezifische Bindungsstellen für DNA auf den Nitrozellulosefiltern abzusättigen, wurden diese 1-12 Stunden bei 37°C in der zuvor im Vakuum entgasten Prähybridisierlösung inkubiert. To remove remains of agarose and bacteria from the Remove nitrocellulose during hybridization lead to strong background radiation Filters in a not too small volume pre-wash solution a few hours up to overnight with panning Incubated at 65 ° C. To nonspecific binding sites for Saturate DNA on the nitrocellulose filters this 1-12 hours at 37 ° C in the previously in a vacuum degassed prehybridization solution incubated.  

Die zum Hybridisieren eingesetzten, radioaktiv markierten DNAs (ca. 1×10⁹ cpm/µg) wurden zur erforderlichen Menge an auf 37°C vorgewärmter und entgaster Hybridisierlösung zugegeben. Um die Konzentration der jeweiligen DNA-Probe in der Hybridisierlösung möglichst hoch zu halten, wurde nur so viel Hybridisierflüssigkeit verwendet, daß die Filter gerade von Flüssigkeit bedeckt waren. Die Hybridisierung erfolgte 12-18 Stunden bei 37°C.The radioactive used for hybridization labeled DNAs (approx. 1 × 10⁹ cpm / µg) were used required amount of preheated to 37 ° C and degassed hybridization solution added. To the Concentration of the respective DNA sample in the It was only to keep the hybridization solution as high as possible used so much hybridizing liquid that the Filters were just covered with liquid. The Hybridization took place at 37 ° C for 12-18 hours.

Die Nitrozellulosefilter wurden anschließend entsprechend der Methode von Wood et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. Vol 82, 1585-1588, 1985) 3mal in 6×SSC und 0,05% SDS gespült (4°C) und 2×30 min bei 4°C ebenso gewaschen. Anschließend wurden die Filter in einer frisch bereiteten Lösung, die 3 M Tetramethylammoniumchlorid (Me4NCl), 50 mM Tris-HCl pH 8, 2 nM EDTA und 0,05% SDS enthält, 3mal bei Raumtemperatur (RT) gespült, 2×30 min (RT) gewaschen und schließlich 3×30 min bei 49°C (Oligonukleotidgemisch a)) bzw. bei 52°C (Oligonukleotidgemisch b)) gewaschen, an der Luft getrocknet (Oligonukleotidgemisch b) und auf Papier geklebt. Röntgenfilme wurden 2-8 Tage bei -70°C unter Verwendung eines "intensifiyin-screen" exponiert. The nitrocellulose filters were then according to the method of Wood et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. Vol 82, 1585-1588, 1985) 3 times in 6 × SSC and 0.05% SDS rinsed (4 ° C) and 2 × 30 min at 4 ° C washed as well. Then the filters were in a freshly prepared solution, the 3 M Tetramethylammonium chloride (Me4NCl), 50 mM Tris-HCl pH 8, 2 nM EDTA and 0.05% SDS contains, 3 times Rinsed room temperature (RT), washed 2 × 30 min (RT) and finally 3 × 30 min at 49 ° C (Oligonucleotide mixture a)) or at 52 ° C. (Oligonucleotide mixture b)) washed in air dried (oligonucleotide mixture b) and on paper glued. X-ray films were kept at -70 ° C for 2-8 days Exposed using an "intensifiyin screen".  

4. Plaquereinigung4. Plaque cleaning

Da bei der angewandten hohen Dichte der Plaques im ersten Suchvorgang keine einzelnen Plaques isoliert werden konnten, wurden die rekombinanten Lambda-Phagen durch mehrere aufeinanderfolgende Suchvorgänge bei gleichzeitig verringerter Plaquedichte gereinigt. Nach Entwicklung der Autoradiogramme wurden Regionen von der Agarplatte isoliert, (von drei durchgeführten Primärscreenings waren von 28 Regionen 2, von 35 Regionen 1 und von 15 Regionen 5 positiv), die auf beiden im Duplikat hybridisierten Nitrozellulosefiltern ein positives Hybridisiersignal ergaben. Dazu wurde die gewünschte Stelle mit dem engen Ende einer sterilen Pasteurpipette aus dem Agar gestochen und in 0,3-0,6 ml Lambda-Puffer (100 mM Tris HCl pH 7,5, 10 mM MgCl₂ und 1 mM EDTA) überführt. Es kann aber auch SM-Puffer (Maniatis T., Molecular-Cloning, 1982, S. 70) genommen werden. Nach Zugabe von einem Tropfen Chloroform ließ man die Phagen über Nacht bei 4°C aus dem Agar herausdiffundieren und plattierte jede einzelne Phagensuspension in mehreren Verdünnungen erneut aus. Von Platten, die 300-1000 Plaques aufwiesen, wurde erneut ein Nitrozellulosefilterabzug hergestellt und jeweils gegen die beiden DNA-Sonden hybridisiert. Dieser Vorgang wurde wiederholt, wobei Einzelplaques weiterverfolgt wurden, bis alle Plaques einer Platte ein positives Hybridisiersignal ergaben. Since the high density of the plaques used in the no single plaques isolated could be, the recombinant lambda phages through multiple successive searches at the same time reduced plaque density. After the autoradiograms were developed, regions became isolated from the agar plate, (from three performed Primary screenings were 2 out of 28 regions, out of 35 Regions 1 and out of 15 regions 5 positive) on two nitrocellulose filters hybridized in duplicate gave a positive hybridization signal. This was the desired place with the narrow end of a sterile Pasteur pipette pricked out of the agar and in 0.3-0.6 ml Lambda buffer (100 mM Tris HCl pH 7.5, 10 mM MgCl₂ and 1 mM EDTA). But it can also use SM buffers (Maniatis T., Molecular-Cloning, 1982, p. 70) will. After adding a drop of chloroform, let the phages from the agar overnight at 4 ° C diffuse out and plated each one Phage suspension again in several dilutions. From plates that had 300-1000 plaques again a nitrocellulose filter deduction and hybridized against each of the two DNA probes. This The process was repeated, with single plaques were followed up until all plaques on a plate gave a positive hybridization signal.  

5. Analyse der erhaltenen Phagenklone5. Analysis of the phage clones obtained a) Titration der λ-Phagena) Titration of the λ phages

Die Phagensuspensionen wurden in Verdünnungsschritten von 1 : 10 mit Lambda-Puffer verdünnt, durch mehrmaliges Umschwenken gemischt und ausplattiert. Nach Inkubation bei 37°C konnten die auf dem Bakterienrasen entstandenen Plaques gezählt und der Titer (plaque forming units (pfu)) bestimmt werden.
Der Titer betrug für die gereinigten Phagensuspensionen 2,2-8,6×10¹⁰ pfu/ml.
The phage suspensions were diluted 1:10 with lambda buffer, mixed by repeated swirling and plated out. After incubation at 37 ° C., the plaques formed on the bacterial lawn could be counted and the titer (plaque forming units (pfu)) determined.
The titer was 2.2-8.6 × 10¹⁰ pfu / ml for the purified phage suspensions.

b) Präparation der Lambdaphagen-DNAb) Preparation of the Lambdaphagen DNA

Nach Isolation und Titration der in sich homogenen Phagenklone wurden diese in einer Dichte von 2×10⁶ pfu/13,5 cm Petrischale (mit dem Kulturmedien der Zusammensetzung: 1,5% Agarose, 10 g/l Trypton, 5 g/l Hefeextrakt, 5 g/l NaCl, 10 mM MgSo₄ und 0,2% Glukose) mit 200 ul C600 Mg-Zellen (4 OD₆₀₀) plattiert, 5 Stunden bei 37°C inkubiert und anschließend auf 4°C abgekühlt. Die Elution der Phagen erfolgte durch Überschichten der Platten mit je 8 ml Lambdapuffer und einigen Tropfen Chloroform und leichtes Schwenken bei 4°C über Nacht. Der durch Zentrifugation (15 000 upm, 15 min, 4°C) gereinigte Überstand wurde schließlich abgenommen und die Phagen durch Zentrifugation bei 50 000 upm (Beckman Ti50 Rotor) 30 min bei RT pelletiert. Nach Zugabe von je 500 µl Lambdapuffer und Inkubation mit Ribonuklease A (RNase A, 10 µg/ml und Desoxiribonuklease (DNase, 1 µg/ml, 30 min bei 37°C, wurde die Salzkonzentration durch Zugabe von je 25 ul 0,5 M DETA, 12 ul 1 M Tris-HCl pH 8,0 und 6,5 ul 20% SDS erhöht und die vorhandenen Enzyme durch Inkubation bei 70°C für 15 min inaktiviert. Nach einer Extraktion mit Phenol und zweimaliger Extraktion mit Chloroform/Isoamylalkohol (24 : 1) zu jeweils gleichen Volumina wurde die DNA durch Zugabe von 0,1 Vol. 3 M Natriumazetat pH 5,2 und 2 Vol. Alkohol ausgefällt, abzentrifugiert, mit 70% Alkohol gewaschen, getrocknet und in 50 ul TE-Puffer aufgenommen.After isolation and titration of the homogeneous Phage clones were these in a density of 2 × 10⁶ pfu / 13.5 cm petri dish (with the culture media of the Composition: 1.5% agarose, 10 g / l trypton, 5 g / l Yeast extract, 5 g / l NaCl, 10 mM MgSo₄ and 0.2% Glucose) with 200 ul C600 Mg cells (4 OD₆₀₀) plated, incubated for 5 hours at 37 ° C and then cooled to 4 ° C. Elution of the phages was done by overlaying the plates with 8 ml each Lambda buffer and a few drops of chloroform and slight swiveling at 4 ° C overnight. The through Centrifugation (15,000 rpm, 15 min, 4 ° C) cleaned The supernatant was finally removed and the phages by centrifugation at 50,000 rpm (Beckman Ti50 rotor) Pelleted at RT for 30 min. After adding 500 µl each Lambda buffer and incubation with ribonuclease A (RNase A, 10 µg / ml and deoxiribonuclease (DNase, 1 µg / ml, 30 min at 37 ° C, the salt concentration  by adding 25 ul of 0.5 M DETA, 12 ul of 1 M each Tris-HCl pH 8.0 and 6.5 µl 20% SDS increased and the existing enzymes by incubation at 70 ° C for 15 min deactivated. After extraction with phenol and extraction twice with chloroform / isoamyl alcohol (24: 1) the DNA was run at equal volumes Add 0.1 vol. 3 M sodium acetate pH 5.2 and 2 vol. Alcohol precipitated, centrifuged, with 70% alcohol washed, dried and in 50 µl TE buffer added.

c) Restriktionsanalysec) Restriction analysis

Je 2 ul DNA-Lösung wurden mit 5 Einheiten EcoRI in HIGH-Puffer 2 Stunden bei 37°C inkubiert, die erhaltenen Fragmente auf einem 1% Agarosegel (T. Maniatis et al., 1982, p149ff) unter einer Spannung von 1-5 Volt/cm aufgetrennt, die Fragmente mit Längen zwischen 500 und 1000 Basenpaaren vom Gel eluiert (G.M. Dretzen et al., Anal. Biochem. 112, 295-298, 1981) und schließlich einer Sequenzanalyse unterworfen.2 ul of DNA solution were mixed with 5 units of EcoRI HIGH buffer incubated for 2 hours at 37 ° C, the fragments obtained on a 1% agarose gel (T. Maniatis et al., 1982, p149ff) under a voltage of 1-5 volts / cm separated, the fragments with lengths between 500 and 1000 base pairs eluted from the gel (G.M. Dretzen et al., Anal. Biochem. 112, 295-298, 1981) and finally subjected to a sequence analysis.

d) Sequenzanalysed) sequence analysis

Die Subklonierung der Restriktionsfragmente in einen für die Sequenzbestimmung nach Sanger (F. Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 74, 5463-5467, 1977; F. Sanger et al. FEBS-Letters 87, 107-111, 1978) geeigneter Vektor (Bluescribe M13+ bzw. M13-, Vektor Cloning Systems (C. Yanisch-Perron et al., Gene 33, 103-119, 1985)) erfolgte nach den üblichen Methoden zur Durchführung von Restriktion und Ligation von DNA-Fragmenten und Transformation von E.coli Wirtszellen (T. Maniatis et al., 1982, Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Press, p104, 146ff, 396; DNA-Cloning, IRL-Press 1985, Vol. 1, chapter 6). So wurden 100 ng isolierte EcoRI-cDNA-Fragmente über EcoRI-Stellen in die entsprechend vorbereitete dsDNA-Form (replikative Form, 50 ng) des Vektors insertiert (durch Inkubation von 2-12 Stunden bei 14°C in 10 ul Ligationslösung) und mit dieser rekombinanten Konstruktion (mit den Bezeichnungen BS3, BS5, BS8, BS9, BS12, BS 13, BSXIII) kompetente E.coli (Stamm JM 101) Zellen transformiert.
Es wurden die Einzelstrang-DNA der rekombinanten Phagen isoliert und nach Sanger sequenziert. Die gelesenen Sequenzen wurden mittels geeigneter Computerprogramme (R. Staden, Nucl. Acid. Res. 10, 4731-4751, 1982) verarbeitet.
Der isolierte Klon 8 (BS8) enthält die kodierende Sequenz ab Aminosäure 22 des reifen Enzyms (Abb.1)
The subcloning of the restriction fragments into one for the sequence determination according to Sanger (F. Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 74, 5463-5467, 1977; F. Sanger et al. FEBS-Letters 87, 107-111, 1978) suitable vector (Bluescribe M13 + or M13-, vector cloning systems (C. Yanisch-Perron et al., Gene 33, 103-119, 1985)) was carried out according to the usual methods for carrying out restriction and ligation of DNA fragments and transformation of E. coli host cells (T. Maniatis et al., 1982, Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Press, p104, 146ff, 396; DNA cloning, IRL-Press 1985, Vol. 1, chapter 6). 100 ng isolated EcoRI cDNA fragments were inserted via EcoRI sites into the correspondingly prepared dsDNA form (replicative form, 50 ng) of the vector (by incubation for 2-12 hours at 14 ° C. in 10 μl ligation solution) and with This recombinant construction (with the designations BS3, BS5, BS8, BS9, BS12, BS 13, BSXIII) transformed competent E. coli (strain JM 101) cells.
The single-stranded DNA of the recombinant phages was isolated and sequenced according to Sanger. The sequences read were processed using suitable computer programs (R. Staden, Nucl. Acid. Res. 10, 4731-4751, 1982).
The isolated clone 8 (BS8) contains the coding sequence from amino acid 22 of the mature enzyme (Fig.1)

6. Konstruktion einer Expressionskassette6. Construction of an expression cassette

Zur Expression der hMn-SOD in Hefe sind Vervollständigung der isolierten cDNA, sowie die Konstruktion einer Expressionskassette notwendig, wobei der ADHI-Promotor in seiner ursprünglichen Länge (ca. 1500 bp, Methods in Enzymology, Vol. 101, Part C, 192-201, 1983), derselbe in verkürzter Form (ADHIK ca. 40 bp) und der ADHII-Terminator (Dr. R. Beier and E.T. Young, Nature 300, 724-728, 1982) zur Anwendung kommt. To express the hMn-SOD in yeast Completion of the isolated cDNA, as well as the Construction of an expression cassette necessary, whereby the ADHI promoter in its original length (approx. 1500 bp, Methods in Enzymology, Vol. 101, Part C, 192-201, 1983), the same in abbreviated form (ADHIK approx. 40 bp) and the ADHII terminator (Dr. R. Beier and E.T. Young, Nature 300, 724-728, 1982) is used.  

a) Vervollständigung des Gensa) Completion of the gene

Da dem isolierten cDNA-Klon 8 am N-Terminus die den 21 Aminosäure (AS) entsprechende Basenanzahl fehlt, wurden zur Vervollständigung des Gens entsprechend der berichteten Aminosäure-Sequenz (D. Barra et al., J. Biol. Chem. 259, 12 595-12 601, 1984) unter Berücksichtigung der Hefe-Codon-Auswahl (P.M. Sharp et al., Nucl. Acids. Res. 14, 5125-5143, 1986) 2 Oligonukleotidpaare als XhoI-XbaI-Fragment (OP1, entsprechend Formel VIa) bzw. XbaI-NcoI-Fragment (OP2, entsprechend Formel VIb) konstruiert und synthetisiert (381A) DNA-Synthesizer, Applied Biosystems). OP1 wurde über XhoI/XbaI in das Plasmid V 17 (entstanden aus pUC18 (J. Vieira and J. Messing, Gene 19, 259, 1982) nach HincII Restriktion und Insertierung von XhoI-Linkern (New England Biolabs, d(CCTCGAGG) und SmaI-Restriktion des entsprechenden Plasmids pES102 mit nachfolgender Insertierung von NcoI-Linkern (New England Biolabs, d(CCCATGGG)), insertiert (Abb. 2), OP2 über XbaI/NcoI: Dazu wurden je 4 ug V 17-DNA mit je 10 Einheiten XbaI und NcoI bzw. XhoI und XbaI in 40 ul CORE-Puffer 2 Stunden bei 37°C verdaut und durch Gelelektrophorese (0,7% Agarose, s.o.) gereinigt. Je 5 µl der synthetisierten Einzelstränge von OP1 bzw. von OP2 (jeweils 10 pM/ul) wurden gemischt, 10 min bei 65°C inkubiert und langsam auf RT abgekühlt. Jeweils 1/10 davon wurden mit je 50 ng doppelt geschnittenem Vektor (XhoI/XbaI für OP1 und XbaI/NcoI für OP2) unter oben beschriebenen Bedingungen ligiert (Plasmide HSOD2 und HSOD3, Abb. 2). Schließlich wurden HSOD2 und HSOD3 über ScaI/XbaI (also nach doppelter Verdauung mit ScaI und XbaI in CORE-Puffer 2 Stunden bei 37°C nach Reinigung und Isolierung der geschnittenen Vektoren durch Gelelektrophorese und Ligation unter oben beschriebenen Bedingungen HSOD4 kombiniert (Abb. 2, 3), dieses durch NcoI-Restriktion, darauffolgendem Klenow-Fill-in und EcoRI-Restriktion für die Aufnahme des ThaI/EcoRI-cDNA-Fragments vorbereitet: 5 ug DNA wurden in 50 ul High-Puffer mit 18 Einheiten NcoI bei 37°C mehrere Stunden inkubiert, die geschnittene DNA durch Gelelektrophorese gereinigt, isoliert und die Hälfte davon in 30 ul Klenow-Reaktionslösung 1 Stunde bei RT inkubiert.
Nach Beendigung der Reaktion durch Zugabe von 2 ul 0,5 M EDTA und Inkubation der Reaktionslösung bei 70°C (10 min) wurde die DNA durch Gelelektrophorese gereinigt, isoliert und mit 7,5 Einheiten EcoRI in 20 ul HIGH-Puffer nachgeschnitten, nochmals gereinigt und isoliert (Abb.5).
Since the isolated cDNA clone 8 at the N-terminus lacks the number of bases corresponding to the 21 amino acid (AS), the gene was completed according to the reported amino acid sequence (D. Barra et al., J. Biol. Chem. 259, 12 595-12 601, 1984) taking into account the yeast codon selection (PM Sharp et al., Nucl. Acids. Res. 14, 5125-5143, 1986) 2 pairs of oligonucleotides as XhoI-XbaI fragment (OP1, according to formula VIa ) or XbaI-NcoI fragment (OP2, corresponding to formula VIb) constructed and synthesized (381A) DNA synthesizer, applied biosystems). OP1 was converted into plasmid V 17 (originated from pUC18 (J. Vieira and J. Messing, Gene 19, 259, 1982) via XhoI / XbaI after HincII restriction and insertion of XhoI linkers (New England Biolabs, d (CCTCGAGG) and SmaI restriction of the corresponding plasmid pES102 with subsequent insertion of NcoI linkers (New England Biolabs, d (CCCATGGG)), inserted (Fig. 2), OP2 via XbaI / NcoI: 4 μg of V 17 DNA with 10 each were used for this Units XbaI and NcoI or XhoI and XbaI in 40 μl CORE buffer digested for 2 hours at 37 ° C. and purified by gel electrophoresis (0.7% agarose, see above). 5 μl each of the synthesized single strands of OP1 and of OP2 (each 10 pM / ul) were mixed, incubated for 10 min at 65 ° C. and slowly cooled to RT, in each case 1/10 of them were each described with 50 ng double-cut vector (XhoI / XbaI for OP1 and XbaI / NcoI for OP2) as described above Conditions ligated (plasmids HSOD2 and HSOD3, Fig. 2). Finally, HSOD2 and HSOD3 were scaI / XbaI (ie after double digestion g combined with ScaI and XbaI in CORE buffer for 2 hours at 37 ° C after purification and isolation of the cut vectors by gel electrophoresis and ligation under the conditions described above HSOD4 (Fig. 2, 3), this was prepared for the uptake of the ThaI / EcoRI cDNA fragment by NcoI restriction, followed by Klenow fill-in and EcoRI restriction: 5 μg of DNA were in 50 μl of high buffer with 18 units of NcoI at 37 ° C incubated for several hours, the cut DNA purified by gel electrophoresis, isolated and half of it incubated in 30 ul Klenow reaction solution for 1 hour at RT.
After the reaction had ended by adding 2 μl of 0.5 M EDTA and incubating the reaction solution at 70 ° C. (10 min), the DNA was purified by gel electrophoresis, isolated and cut again with 7.5 units of EcoRI in 20 μl of HIGH buffer, again cleaned and insulated (Fig.5).

Das ThaI/EcoRI-cDNA-Fragment wurde wie folgt präpariert:
Mit dem Plasmid BS8, das den isolierten cDNA-Klon 8 (s.o.) enthält, wurden kompetente E.coli (Stamm JM 101) Wirtszellen transformiert, und das Plasmid unter geeigneten Bedingungen präpariert (T. Maniatis et al., 1982, p368).
Nach Restriktion mit ThaI (10 ug Plasmid wurden in 40 ul ThaI-Puffer mit 25 Einheiten ThaI 8 Stunden bei 60°C verdaut), Nachschneiden des 759 bp ThaI-Fragments mit EcoRI (s.o.), mit jeweils nachfolgender gelelektrophoretischer Reinigung und Isolation des entsprechenden Fragments, wurde das so erhaltene ThaI/ EcoRI-Fragment (Abb. 4) mit dem entsprechend vorbereitetem Plasmid HSOD4 (ca. 100 ng Fragment wurden mit 50 ng geschnittenem Vektor in 10 ul Ligationslösung ligiert. (s.o.)) zu HSOD6 (Abb. 5) kombiniert. Plasmid HSOD6 enthält somit die vollständige c-DNA für hMn-SOD inklusive Met. Der Leserahmen bleibt dabei erhalten.
The ThaI / EcoRI cDNA fragment was prepared as follows:
Competent E. coli (strain JM 101) host cells were transformed with the plasmid BS8, which contains the isolated cDNA clone 8 (see above), and the plasmid was prepared under suitable conditions (T. Maniatis et al., 1982, p368).
After restriction with ThaI (10 μg plasmid were digested in 40 μl ThaI buffer with 25 units of ThaI for 8 hours at 60 ° C.), the 759 bp ThaI fragment was trimmed with EcoRI (see above), with subsequent gel electrophoretic purification and isolation of the corresponding Fragments, the ThaI / EcoRI fragment (Fig. 4) thus obtained was prepared with the correspondingly prepared plasmid HSOD4 (approx. 100 ng fragment was ligated with 50 ng cut vector in 10 μl ligation solution. (See above)) to HSOD6 (Fig. 5 ) combined. Plasmid HSOD6 thus contains the complete c-DNA for hMn-SOD including Met. The reading frame is retained.

b) Konstruktion der Expressionskassetteb) Construction of the expression cassette

Plasmid HSOD6 wurde mit Xho und EcoRI (je 5 Einheiten/ug DNA) in CORE-Puffer doppelt verdaut, das XhoI-Fragment (Gen) isoliert und in das Plasmid PKH1 bzw. PKH2 über XhoI/EcoRI insertiert. Die Plasmide PKH1 bzw. PKH2 wurden wie folgt präpariert (Abb. 6, 7, 8): In Plasmid PES 103, das den ADHI-Promotor als 1500 bp BamHI-XhoI-Fragment in PES 102 (PES 102 ist ein pUC18 Derivat, welches in der HincII-Schnittstelle einen XhoI-Linker enthält, die Konstruktion des BamHI-XhoI-Fragments ist in Methods in Enzymology 101, 192-201 beschrieben) enthält, wurden nach SmaI-Restriktion (1 ug Plasmid wurde mit 5 Einheiten SmaI in SmaI-Puffer für 2 Stunden bei 37°C verdaut), Reinigung und Isolation BgIII-Linker insertiert (T. Maniatis et al., 1982, p396). Das so entstandene Plasmid (P154/1, Abb. 6) wurde durch EcoRI-Restriktion (s.o.), Klenow-Fill-in (s.o.) und Religation (1 ug DNA wurde in 40 ul Ligationslösung (s.o.) über Nacht bei 14°C inkubiert) zu Plasmid 154/2 verändert (Abb. 6).Plasmid HSOD6 was mixed with Xho and EcoRI (5 Units / µg DNA) was double digested in CORE buffer XhoI fragment (gene) isolated and in the plasmid PKH1 or PKH2 inserted via XhoI / EcoRI. The plasmids PKH1 or PKH2 were prepared as follows (Fig. 6, 7, 8): In plasmid PES 103, which identified the ADHI promoter as 1500 bp BamHI-XhoI fragment in PES 102 (PES 102 is a pUC18 Derivative, which in the HincII interface XhoI-Linker contains the construction of the BamHI-XhoI fragments is described in Methods in Enzymology 101, 192-201) contains, were after SmaI restriction (1 µg plasmid was mixed with 5 units SmaI digested in SmaI buffer for 2 hours at 37 ° C), Purification and isolation BgIII linker inserted (T. Maniatis et al., 1982, p396). The resulting Plasmid (P154 / 1, Fig. 6) was removed by EcoRI restriction (see above), Klenow fill-in (see above) and religation (1 µg DNA was in 40 ul ligation solution (see above) overnight Incubated at 14 ° C) changed to plasmid 154/2 (Fig. 6).

Ebenfalls ausgehend von Plasmid pES103 wurde nach doppelter Verdauung mit XhoI und HindIII in CORE-Puffer der Linker - XhoI.EcoRI.XbaI.HindIII - (Abb. 7, synthetisiert am 381a DNA-Synthesizer) insertiert. Dieser Linker enthält die SequenzAlso based on plasmid pES103 was used double digestion with XhoI and HindIII in CORE buffer the linker - XhoI.EcoRI.XbaI.HindIII - (Fig. 7, synthesized on the 381a DNA synthesizer). This linker contains the sequence

In das so erhaltene Plasmid 150/1 wurde über XbaI/HindIII (doppelte Verdauung in CORE-Puffer) der ADHII Terminator insertiert (Plasmid 150/2 (Abb. 7)). De ADHII-Terminator wurde wie folgt erhalten: Plasmid pMW5 ADHII (Washington Research Fundation) wurde mit HindIII (Core-Puffer), danach mit SphI (in SphI-Puffer) verdaut und da isolierte 605 bp Fragment in den Vektor V18 kloniert und in die HincII-Schnittstelle ein XbaI-Linker (Biolabs, CTCTAGAG) eingebaut (Ligation s.o.). Ein 335 bp langes XbaI/SphI Fragment wurde in pUC18 (XbaI/SphI) einligiert (pGD2).In the resulting plasmid 150/1 was over XbaI / HindIII (double digestion in CORE buffer) ADHII terminator inserted (plasmid 150/2 (Fig. 7)). The ADHII terminator was obtained as follows: plasmid pMW5 ADHII (Washington Research Fundation) was with HindIII (core buffer), then with SphI (in SphI buffer) digested and since isolated 605 bp fragment in the vector V18 cloned and into the HincII interface XbaI linker (Biolabs, CTCTAGAG) built in (ligation so.). A 335 bp XbaI / SphI fragment was found in pUC18 (XbaI / SphI) ligated in (pGD2).

Der Vektor V18 wurde dadurch erhalten, daß in pUC18 in die SmaI-Stelle ein HindIII-Linker eingebaut wurde und die HindIII-Stelle am ursprünglichen Ort fehlt, so daß die Multiklonierstelle in V18 EcoRI. SstI. KpnI.HindIII.BamHI.XbaI.SalI.PstI.SphI lautet.The vector V18 was obtained in that in pUC18 in the Hindi linker was inserted in the SmaI site and the HindIII position at the original location is missing, so that the multicloning station in V18 EcoRI. SstI. KpnI.HindIII.BamHI.XbaI.SalI.PstI.SphI reads.

Der ADHII-Terminator wurde schließlich nach doppelter Verdauung mit XbaI/HindIII in CORE-Puffer nach den üblichen Methoden (s.o.) isoliert. Plasmid 150/2 enthält somit bis auf das übliche XhoI/EcoRI zu insertierenden Gen die auf eine Genexpression notwendigen Einheiten von ca. 1500 bp (Promotor), 7 bp (XhoI-Linker), 6 bp (EcoRI-Linker), 7 bp (XbaI-Linker), 329 bp (Terminator). Diese Einheiten wurden nun über BamHI/HindIII (doppelte Verdauung in CORE-Puffer) in den Vektor 154/2 (Abb. 8) insertiert. In dem so erhaltenen Plasmid PKH1 (Abb. 8) wurde in analoger Weise der ADHI-Promotor durch den verkürzten Promotor ADHIk als BamHI/XhoI-Fragment (412 bp) ersetzt (pKH2, Abb. 9). The ADHII terminator eventually became duplicate Digestion with XbaI / HindIII in CORE buffer according to the usual methods (see above) isolated. Plasmid 150/2 contains up to the usual XhoI / EcoRI inserting gene for gene expression necessary units of approx. 1500 bp (promoter), 7 bp (XhoI linker), 6 bp (EcoRI linker), 7 bp (XbaI linker), 329 bp (terminator). These units were now over BamHI / HindIII (double digestion in CORE buffer) in inserted the vector 154/2 (Fig. 8). In that way Plasmid PKH1 obtained (Fig. 8) was obtained in an analogous manner the ADHI promoter through the shortened promoter ADHIk replaced as BamHI / XhoI fragment (412 bp) (pKH2, Fig. 9).  

In beide Plasmide wurde schließlich über XhoI/EcoRI (s.o.) das aus HSOD6 herausgeschnittene vollständige cDNA-Gen (s.o.) insertiert. Die so erhaltenen Plasmide HSOD7/1 bzw. HSOD7/2 (Abb. 9) unterscheiden sich voneinander nur durch die verschiedenen Promotoren ADHI und ADHIk (s.o.). Die so fertiggestellten Expressionskassetten wurden über BglII/HindIII (nach doppelter Verdauung der Plasmide in CORE-Puffer und Isolation der herausgeschnittenen Expressionskassetten) in die entsprechend vorbereiteten Hefetransformationsvektoren YEp13 (J.R. Broach et al., Gene 8, 121-133, 1979), pJDB207 (DSM 3181, hinterlegt am 28. 12. 84), pEAS102, YIp5 (K. Struhl et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 1035-1039, 1979, ATCC 37 061) über die Schnittstellen BamHI und HindIII insertiert.In both plasmids, XhoI / EcoRI was eventually used (see above) the complete cut out of HSOD6 cDNA gene (see above) inserted. The plasmids thus obtained HSOD7 / 1 and HSOD7 / 2 (Fig. 9) differ from each other only through the different ADHI promoters and ADHIk (see above). The so finished Expression cassettes were placed on BglII / HindIII (after double digestion of the plasmids in CORE buffer and Isolation of the expression cassettes cut out) in the appropriately prepared Yeast transformation vectors YEp13 (J.R. Broach et al., Gene 8, 121-133, 1979), pJDB207 (DSM 3181, deposited on Dec. 28, 84), pEAS102, YIp5 (K. Struhl et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 1035-1039, 1979, ATCC 37 061) inserted via the interfaces BamHI and HindIII.

7. Herstellung einer für die Expression geeigneten Hefe Mn-SOD-Mutante7. Preparation of a yeast Mn-SOD mutant suitable for expression

Das Gen für Hefe-Mn-SOD (A.P.G.M. von Loon et al., Gene 26, 261-272, 1983) ist als BamHI-Fragment im Vektor PL 41 (Abb. 10) enthalten und die Sequenz vollständig publiziert (C.A.M. Marres et al. Eur. J. Biochem. 147, 153-161, 1985). Nach Restriktion mit BamHI (2 ug Plasmid wurden mit 5 Einheiten in 150 mM NaCl, 6 mM Tris-HCl pH 7,9, 6 mM MgCl₂, 100 ug/ul Rinderserumalbumin 2 Stunden bei 36°C verdaut) wurde das 2045 bp lange BamHI-Fragment, das das Gen enthält, wie üblich durch Gelelektrophorese gereinigt und isoliert und über BamHI in den Vektor VO (pUC18, jedoch ohne HindIII-Schnittstelle) auskloniert. The gene for yeast Mn SOD (A.P.G.M. from Loon et al., Gene 26, 261-272, 1983) is a BamHI fragment in the vector PL 41 (Fig. 10) included and the sequence complete published (C.A.M. Marres et al. Eur. J. Biochem. 147, 153-161, 1985). After restriction with BamHI (2 µg plasmid were with 5 units in 150 mM NaCl, 6 mM Tris-HCl pH 7.9, 6 mM MgCl₂, 100 ug / ul bovine serum albumin Digested at 36 ° C for 2 hours) the 2045 bp was long BamHI fragment containing the gene as usual by Gel electrophoresis purified and isolated and over BamHI into the vector VO (pUC18, but without HindIII interface) was cloned.  

Der Vektor VO wurde dadurch erhalten, indem 1 µg pUC18 mit HindIII geschnitten wurde (CORE-Puffer), das linearisierte Fragment aus dem Gel nach bekannten Methoden isoliert, die überstehenden Enden mit 2 U Klenow-Polymerase (Ligasepuffer+0,2 mM dNTP) aufgefüllt und nach 30 min bei RT durch Zugabe von 2 U T4-DA-Ligase über Nacht bei 14°C regligiert wurde.The vector VO was obtained by adding 1 µg pUC18 was cut with HindIII (CORE buffer) linearized fragment from the gel according to known Methods isolated, the protruding ends with 2 U Klenow polymerase (ligase buffer + 0.2 mM dNTP) filled and after 30 min at RT by adding 2 U T4-DA ligase was regulated overnight at 14 ° C.

Das entstandene Plasmid SODY1 (Abb. 10) wurde durch NruI-Restriktion (1 ug Plasmid wurde mit 5 Einheiten NruI in NruI-Puffer 2 Stunden bei 36°C verdaut) durch Geleletrophorese gereinigt und durch Insertieren eines HindIII-Linkers (CAAGCTTG) zu SODY3 (Abb. 10) verändert. Schließlich wurde in die HindIII-Schnittstelle das URA3-Gen (erhalten aus pURA3) insertiert: 4 ug SODY3 wurden mit 20 Einheiten HindIII 2 Stunden bei 37°C in CORE-Puffer verdaut und dephosphoryliert:
Zu 40 ul Verdauungsansatz wurden 40 µl H₂O, 10 µl 1 mM EDTA, 5 µl 1 M Tris-HCl pH 9,5, 1 µl 100 mM Spermidin 1 ul Calf Intestinal Alkaline Phophatase (CIAP, 1 mg/ml H₂O) zugegeben und bei 36°C inkubiert. Nach 15 min wurde nochmals 1 ul CIAP zugegeben und weitere 15 min inkubiert. Der dephosphorylierte Vektor wurde ebenfalls durch Agarosegelelekrophorese gereinigt. 2 ug Plasmid pURA3 wurden mit HindIII geschnitten (siehe oben) und ein 1,2 kb Fragment, welches das Hefegen URA3 enthält, ebenfalls isoliert und in den vorbereiteten Vektor insertiert (s.o.).
The resulting plasmid SODY1 (Fig. 10) was purified by NruI restriction (1 µg of plasmid was digested with 5 units of NruI in NruI buffer for 2 hours at 36 ° C) by gel electrophoresis and by inserting a HindIII linker (CAAGCTTG) to SODY3 (Fig. 10) changed. Finally, the URA3 gene (obtained from pURA3) was inserted into the HindIII site: 4 μg of SODY3 were digested with 20 units of HindIII in CORE buffer at 37 ° C. for 2 hours and dephosphorylated:
40 ul H₂O, 10 ul 1 mM EDTA, 5 ul 1 M Tris-HCl pH 9.5, 1 ul 100 mM spermidine 1 ul calf intestinal alkaline phosphatase (CIAP, 1 mg / ml H₂O) were added to 40 ul digestion and added at Incubated at 36 ° C. After 15 min, another 1 ul of CIAP was added and incubated for a further 15 min. The dephosphorylated vector was also purified by agarose gel electrophoresis. 2 µg of plasmid pURA3 were cut with HindIII (see above) and a 1.2 kb fragment which contains the yeast gene URA3 was also isolated and inserted into the prepared vector (see above).

Die so entstandenen Plasmide SODY7 und SODY8 enthalten das URA3-Gen innerhalb des Hefe-Mn-Gens und unterscheiden sich in der Orientierung des URA-Gens relativ zum Mn-SOD-Gen (Abb. 10).The resulting plasmids SODY7 and SODY8 contain the URA3 gene within the yeast Mn gene and differ in the orientation of the URA gene relative to the Mn-SOD gene (Fig. 10).

Die Orientierung des URA3-Gens relativ zum Mn-SOD-Gen ist feststellbar, da das URA3-Gen eine asymetrische PstI-Stelle enthält.The orientation of the URA3 gene relative to the Mn SOD gene is detectable because the URA3 gene is asymmetrical PstI position contains.

Mit dem Plasmid SODY7 und SODY8 wurden im Stamm DBY 747 (Genotyp a, leu2, his3, trp1, ura3, Yeast Genetic Stock Centre, Berkeley) ein "Gen-Transplacement" durchgeführt (Methods in Enzymology 101, 202-211 und 211-228). Der Stamm DBY 747 wurde mit dem BamHI-Fragment aus SODY7 und SODY8 transformiert (J.D. Beggs, Nature 275, 104, 1978). Dazu wurden 20 ug SODY7 bzw. SODY8 mit 50 U BamHI in 200 ul BamHI-Puffer (150 mM NaCl, 6 mM Tris-HCl pH 7,9, 6 mM MgCl₂, 1 mM DTT) geschnitten und die gesamte Verdauungsmischung (ohne den pUC-Anteil abzutrennen) mit Phenol extrahiert (Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, 1982, S. 458f) und durch Äthanolfällung konzentriert (Zusatz von 20 ul 3 M Natriumacetat pH 5,5, 500 ul Äthanol). Die DNA wurde in 10 ul Wasser aufgenommen und direkt zur Transformation von Hefe eingesetzt.The plasmid SODY7 and SODY8 were used in strain DBY 747 (Genotype a, leu2, his3, trp1, ura3, Yeast Genetic Stock Center, Berkeley) carried out a "gene transplacement" (Methods in Enzymology 101, 202-211 and 211-228). The Strain DBY 747 was made with the BamHI fragment from SODY7 and SODY8 transformed (J.D. Beggs, Nature 275, 104, 1978). For this, 20 ug SODY7 or SODY8 with 50 U BamHI in 200 ul BamHI buffer (150mM NaCl, 6mM Tris-HCl pH 7.9, 6 mM MgCl₂, 1 mM DTT) cut and the total digestive mix (without the pUC portion to separate) extracted with phenol (Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, 1982, pp. 458f) and by Ethanol precipitation concentrated (addition of 20 ul 3 M Sodium acetate pH 5.5, 500 ul ethanol). The DNA was in 10 µl of water taken up and ready for transformation used by yeast.

Die Transformanten wurden auf Uracilprototrophie selektioniert.The transformants were based on uracil prototrophy selected.

Einzelne Transformanten wurden über Nacht in 5 ml SC-URA-Medium bei 28°C gezüchtet. Die Zellen wurden durch Zentrifugation geerntet, nach van Loon et al. aufgeschlossen (Proc. Natil. Acad. Sci. USA 83, 3820-3824, 1986) und auf ihren Gehalt an Mn-SOD untersucht. Individual transformants were placed in 5 ml overnight SC-URA medium grown at 28 ° C. The cells were harvested by centrifugation, according to van Loon et al. open-minded (Proc. Natil. Acad. Sci. USA 83, 3820-3824, 1986) and examined for their content of Mn-SOD.  

Zur gelelektrophoretischen Erfassung von Mn-SOD einerseits und Cu/Zn-SOD andererseits wurden bereits bestehende Arbeitsvorschriften (Ch. Beauchamp und I. Fridovich, Anal. Biochem, 44, 276-287, 1971; H.P. Misra und I. Fridovich, Arch. Biochem. Biophys. 183, 511-515, 1977; B.J. David, Annals of the NY Academy of Sciences Vol. 121, 404-427, 1964) zur Anwendung gebracht.For gel electrophoretic detection of Mn-SOD on the one hand and Cu / Zn-SOD on the other hand have already been existing work regulations (Ch. Beauchamp and I. Fridovich, Anal. Biochem, 44, 276-287, 1971; H.P. Misra and I. Fridovich, Arch. Biochem. Biophys. 183, 511-515, 1977; B.J. David, Annals of the NY Academy of Sciences Vol. 121, 404-427, 1964) applied.

Bestens bewährt hat sich dabei die Auftrennung der Proteine mit anschließender Negativ Färbung mit Nitroblautetrazolium (B.J. Davis, 1964; Ch. Beauchamp und I. Fridovich, 1971). Eine Erhöhung der Empfindlichkeit ist durch die Anfärbung mit Dianisidin möglich (H.P. Misra und I. Fridovich, 1977). Zur weiteren Charakterisierung wurde ein spektrophotometrischer Assay (Hyland, K. et al. Anal. Biochem. 135, 280-287, 1983) mit alkalischem Dimethylsulfoxid als O-₂ - erzeugendes System und mit Cytochrom c als "scavenger" eingesetzt.The separation of the proteins with subsequent negative staining with nitroblue tetrazolium has proven to be very effective (BJ Davis, 1964; Ch. Beauchamp and I. Fridovich, 1971). Staining with dianisidine can increase sensitivity (HP Misra and I. Fridovich, 1977). For further characterization, a spectrophotometric assay (Hyland, K. et al. Anal. Biochem. 135, 280-287, 1983) with alkaline dimethyl sulfoxide as O - ₂-generating system and with cytochrome c as "scavenger" was used.

Die Unterscheidung zwischen Mn-SOD einerseits und Cu/Zn-SOD andererseits erfolgt durch Zusatz von KCN (s.o. und M. Ysebaert-Vanneste and W.H. Vanneste, Anal. Biochem. 107, 86-95, 1980). Die Stämme SODY7/2, SODY7/6, SODY7/8 und SODY7/10 enthielten keine Mn-SOD Aktivität.The distinction between Mn-SOD on the one hand and Cu / Zn-SOD, on the other hand, is made by adding KCN (see above and M. Ysebaert-Vanneste and W.H. Vanneste, Anal. Biochem. 107, 86-95, 1980). The SODY7 / 2 tribes, SODY7 / 6, SODY7 / 8 and SODY7 / 10 did not contain Mn-SOD Activity.

Claims (36)

1. DNA-Sequenzen, die die gesamte oder partielle genetische Information für ein Enzym tragen, das die enzymatischen, biochemischen und immunologischen Eigenschaften der human Mn-Superoxiddimutase (hMn-SOD) aufweist.1. DNA sequences that are all or partial carry genetic information for an enzyme that the enzymatic, biochemical and immunological Properties of human Mn superoxide dimutase (hMn-SOD) having. 2. DNA-Sequenzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die genetische Information für eine hMn-SOD mit einer aminoterminalen Leader- oder Signalsequenz enthalten.2. DNA sequences according to claim 1, characterized in that that they have the genetic information for an hMn SOD an amino terminal leader or signal sequence contain. 3. DNA-Sequenzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie für das mature Enzym hMn-SOD kodieren.3. DNA sequences according to claim 1, characterized in that that they code for the mature enzyme hMn-SOD. 4. DNA-Sequenzen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diesen dem ersten Codon für die erste Aminosäure der maturen hMn-SOD ein Translationsstartcodon vorangestellt ist.4. DNA sequences according to claim 1 to 3, characterized characterized that this is the first codon for the first amino acid of the mature HMn-SOD Translation start codon is prepended. 5. DNA-Sequenzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem letzten Codon für die letzte Aminosäure der hMn-SOD ein Stopcodon folgt.5. DNA sequences according to claim 4, characterized in that the last codon for the last amino acid of the hMn-SOD is followed by a stop codon. 6. DNA-Sequenzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Nukleotidsequenzen gemäß Formeln Ia, Ib, II, IIIa, IIIb, Va, Vb, VIa, VIb, VIIa, VIIb entsprechen.6. DNA sequences according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that they correspond to the nucleotide sequences Formulas Ia, Ib, II, IIIa, IIIb, Va, Vb, VIa, VIb, VIIa, VIIb correspond. 7. DNA-Sequenzen, die mit einer DNA-Sequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 6 unter stringenten Bedingungen hybridisieren, wobei diese DNA-Sequenzen synthetischen, halbsynthetischen oder natürlichen Ursprungs sein können und mit den DNA-Sequenzen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie deren Mutationen jedweder Art verwandt sein können und für ein Enzym mit den enzymatischen, biochemischen und immunologischen Eigenschaften der hMn-SOD codieren.7. DNA sequences with a DNA sequence according to one of the Claims 1 to 6 under stringent conditions hybridize, these DNA sequences being synthetic, be semi-synthetic or natural in origin can and with the DNA sequences according to one of the  Claims 1 to 6 and their mutations of any kind can be related and for an enzyme with the enzymatic, biochemical and immunological Coding properties of the hMn-SOD. 8. Replizierende Vektoren mit mindestens einem Selektionsmarker, vorzugsweise mit einer Erkennungsstelle für mindestens ein Restriktionsenzym außerhalb des Replikationsursprungs und anderer essentieller Genbereiche, aber innerhalb eines Selektionsmarkers, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine der DNA-Sequenzen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthalten.8. Replicating vectors with at least one Selection marker, preferably with a Detection site for at least one restriction enzyme outside the origin of replication and others essential gene areas, but within one Selection marker, characterized in that this one of the DNA sequences according to one of claims 1 to 7 contain. 9. Replizierende Vektoren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie viralen Ursprungs sind, vorzugsweise Lambda-Phagen, insbesondere λgt10 oder M13-Phagen.9. Replicating vectors according to claim 8, characterized in that they are of viral origin, preferably lambda phages, in particular λ gt10 or M13 phages. 10. Replizierende Vektoren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie plasmidischen Ursprungs sind, vorzugsweise pUC18.10. Replicating vectors according to claim 9, characterized characterized as being of plasmid origin, preferably pUC18. 11. Plasmide, eine der DNA-Sequenzen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthaltend, dadurch gekennzeichnet, daß diese Plasmide eine diese besagten DNA-Sequenzen enthaltende Expressionskassette tragen, prokaryotische und eukaryotische Wirtszellen stabil transformieren können, in einer dieser Wirtszellen replizierbar sind und die darin enthaltende genetische Information für hMn-SOD korrekt transkribiert und translatiert wird.11. Plasmids, one of the DNA sequences according to one of the Containing claims 1 to 7, characterized in that that these plasmids are one of said DNA sequences carry the expression cassette containing, prokaryotic and stably transform eukaryotic host cells can be replicable in one of these host cells and the genetic information it contains for hMn-SOD is correctly transcribed and translated. 12. Plasmide nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie YEp13, pJDB207, pEAS102, YIp5 sind. 12. Plasmids according to claim 11, characterized in that they are YEp13, pJDB207, pEAS102, YIp5.   13. Plasmide nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie pUC Plasmide sind, vorzugsweise pUC18.13. Plasmids according to claim 11, characterized in that they are pUC plasmids, preferably pUC18. 14. Plasmide nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die sie tragende Expressionskassette die Elemente Promotor, hMn-SOD Strukturgen mit Initiations- und Stopcodon, Terminator oder Promotor, alle in korrekter Leserrichtung, enthält.14. Plasmids according to one of claims 11 to 13, characterized characterized that the one bearing them Expression cassette the elements promoter, hMn-SOD Structural gene with initiation and stop codon, terminator or promoter, all in the correct reading direction. 15. Plasmide nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Promotor der vollständig ca. 1500bp lange ADHI Promotor oder der verkürzte ca. 400bp lange ADHIk-Promotor und der Terminator der ADHII Terminator sind.15. Plasmids according to claim 14, characterized in that the promoter of the fully approx. 1500 bp long ADHI Promoter or the shortened approx. 400bp long ADHIk promoter and the terminator of the ADHII terminator are. 16. Transformierte Wirtszellen, die für hMn-SOD codierende genetische Information enthaltend.16. Transformed host cells coding for hMn-SOD containing genetic information. 17. Transformierte Wirtszellen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie replizierende Vektoren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 oder Plasmide nach einem der Ansprüche 11 bis 15 enthalten, diese replizieren und exprimieren und das synthetisierte hMn-SOD intrazellulär akkumulieren, in das Periplasma oder extrazellulär transportieren.17. Transformed host cells according to claim 16, characterized characterized as having replicating vectors one of claims 8 to 10 or plasmids according to one of claims 11 to 15 contain replicate them and express and synthesize the hMn SOD accumulate intracellularly, into the periplasm or transport extracellularly. 18. Transformierte Wirtszellen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß diese Prokaryoten sind, besonders Enterobacteriaceae, Bacillaceae, apathogene Micrococcaceae, vorzugsweise E.coli, insbesondere E.coli C600, E.coli JM101.18. Transformed host cells according to claim 17, characterized characterized that these are prokaryotes, especially Enterobacteriaceae, Bacillaceae, apathogenic Micrococcaceae, preferably E. coli, in particular E.coli C600, E.coli JM101. 19. Transformierte Wirtszellen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß diese Eukaryoten sind, vorzugsweise S. cerevisiae. 19. Transformed host cells according to claim 17, characterized characterized that these are eukaryotes, preferably S. cerevisiae.   20. Transformierte Wirtszellen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß diese Säugetierzellen sind.20. Transformed host cells according to claim 17, characterized characterized as being mammalian cells. 21. Verfahren zur Herstellung von hMn-SOD, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die mRNA aus menschlichen Gewebe, vorzugsweise Plazentagewebe, isoliert und die poly(A)⁺RNA präpariert,
  • b) von dieser poly(A)⁺RNA die doppelsträngige cDNA synthetisiert und davon eine cDNA-Genbank konstruiert,
  • c) eine für hMn-SOD codierende DNA, Gesamt- oder Teilsequenz aus besagter cDNA-Bank mittels DNA-Sonden, vorzugsweise solchen entsprechend Formeln Va und Vb, isoliert,
  • d) diese DNA-Sequenz gegebenenfalls bis zum Start- oder Stopcodon komplettiert und gegebenenfalls mit einer Leader- oder Signalsequenz vor dem Startcodon versehen und in einen Vektor oder Plasmid kloniert,
  • e) mit dieser kompletten, für hMn-SOD codierenden DNA-Sequenz eine je nach Wirtszellen geeignete Expressionskassette konstruiert.
  • f) mit einem diese Expressionskassette tragenden Vektor oder Plasmid eine geeignete Wirtszelle transformiert,
  • g) das durch diesen transformierten Wirt synthetisierte hMn-SOD isoliert und gereinigt wird.
21. A process for the preparation of hMn-SOD, characterized in that
  • a) the mRNA is isolated from human tissue, preferably placental tissue, and the poly (A) ⁺RNA is prepared,
  • b) the double-stranded cDNA is synthesized from this poly (A) RNA and a cDNA library is constructed therefrom,
  • c) a DNA coding for hMn-SOD, whole or partial sequence from said cDNA bank is isolated by means of DNA probes, preferably those corresponding to formulas Va and Vb,
  • d) this DNA sequence is optionally completed up to the start or stop codon and optionally provided with a leader or signal sequence in front of the start codon and cloned into a vector or plasmid,
  • e) with this complete DNA sequence coding for hMn-SOD, an expression cassette suitable for the host cells is constructed.
  • f) transforming a suitable host cell with a vector or plasmid carrying this expression cassette,
  • g) the hMn-SOD synthesized by this transformed host is isolated and purified.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die DNA-Sequenzen gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 definiert sind.22. The method according to claim 21, characterized in that the DNA sequences according to claims 1 to 7 are defined. 23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vektoren und Plasmide gemäß den Ansprüchen 8 bis 10 sowie 11 bis 15 definiert sind.23. The method according to claim 21, characterized in that the vectors and plasmids according to claims 8 to 10 and 11 to 15 are defined. 24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirtszellen, die nach Ansprüchen 16 bis 20 definierten Eigenschaften aufweisen.24. The method according to claim 21, characterized in that the host cells according to claims 16 to 20 have defined properties. 25. Verfahren nach Ansprüchen 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß danach eine hMn-SOD herstellbar ist, welche die enzymatischen, biochemischen und immunologischen Eigenschaften der authentischen hMn-SOD aufweist.25. The method according to claims 21 to 24, characterized characterized in that an HMn SOD can then be produced which is the enzymatic, biochemical and immunological properties of the authentic hMn-SOD having. 26. Verfahren nach Anspruch 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß danach eine hMn-SOD herstellbar ist, vorzugsweise mit den Aminosäuresequenzen gemäß Formeln IVa oder IVb.26. The method according to claim 21 to 25, characterized characterized in that an HMn SOD can then be produced is, preferably with the amino acid sequences according to Formulas IVa or IVb. 27. Polypeptid mit den enzymatischen, biochemischen und immunologischen Eigenschaften der hMn-SOD in im wesentlichen reiner Form. 27. Polypeptide with the enzymatic, biochemical and immunological properties of hMn-SOD in im essentially pure form.   28. Polypeptid nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß es frei von nativer Glykolisierung vorliegt.28. Polypeptide according to claim 27, characterized in that that it is free from native glycolization. 29. Polypeptid nach Ansprüchen 27 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß es die Aminosäure Methionin vor der 1. Aminosäure des N-Terminus aufweist.29. Polypeptide according to claims 27 and 28, characterized characterized in that it contains the amino acid methionine before 1. has amino acid of the N-terminus. 30. Polypeptid nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Leader-Peptid enthält.30. Polypeptide according to one of claims 27 to 29, characterized characterized in that it contains a leader peptide. 31. Polypeptid, dadurch gekennzeichnet, daß es die Aminosäuresequenzen gemäß Formeln (IVa) oder (IVb) aufweist.31. Polypeptide, characterized in that it is the Has amino acid sequences according to formulas (IVa) or (IVb). 32. Polypeptid nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß es die Aminosäure Methionin vor der 1. Aminosäure des N-Terminus der maturen hMn-SOD aufweist.32. Polypeptide according to claim 31, characterized in that that it's the amino acid methionine before the 1st amino acid of the N-terminus of the mature HMn-SOD. 33. Polypeptid nach Anspruch 31 und 32, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Leader-Peptid enthält.33. Polypeptide according to claim 31 and 32, characterized characterized in that it contains a leader peptide. 34. Polypeptid, herstellbar nach einem der Ansprüche 21 bis 26.34. Polypeptide, producible according to one of claims 21 to 26. 35. Verwendung eines Polypeptides nach einem der Ansprüche 27 bis 34 zur therapeutischen Behandlung.35. Use of a polypeptide according to one of the claims 27 to 34 for therapeutic treatment. 36. Mittel für die therapeutische Behandlung des Menschen, dadurch gekennzeichnet, daß es neben pharmazeutisch inerten Trägerstoffen eine wirksame Menge eines Polypeptides gemäß einem der Ansprüche 27 bis 34 enthält.36. agents for therapeutic treatment of humans, characterized in that it is pharmaceutical inert carriers an effective amount of Polypeptides according to any one of claims 27 to 34 contains.
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