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Gegenstand
der Erfindung ist ein DNA-Konstrukt für die gewebespezifische Expression
eines Blutgerinnungsfaktors.
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Es
ist bekannt, daß der
Faktor IX (FIX) ein von Vitamin K abhängiges Glycoprotein ist, welches
durch Hepatocyten produziert und in den Blutkreislauf ausgeschieden
wird (Kurachi et al., 1995; Sailer et al., 1990). Das FIX-Gen befindet
sich auf dem X-Chromosom und enthält 8 Exons und 7 Introns (Camerino
et al., 1984; Boyd et al., 1984; Yoshitake et al., 1985). Das Fehlen
oder Defizite von Faktor IX verursachen eine schwere Blutungsstörung, die
als Hämophilie
B bezeichnet wird (Roberts et al., 1993).
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Hämophilie
B ist eine Störung,
welche aus Modifikationen eines einzelnen bekannten Gens herrührt. Sie
wurde daher früh
als potentielles Ziel einer Gentherapie vorgeschlagen. Die als Zellen
ausgewählten
Ziele müssen
für den
Gentransfer leicht zugänglich
sein und müssen
Faktor IX in signifikanter Menge exprimieren. In diesen Targetzellen
muß das
Faktor IX-Molekül
modifiziert werden, um ein aktiver Gerinnungsfaktor zu werden (γ-Carboxylierung
und Spaltung des Propeptids). Es wurden mehrere potentielle Targetzellen,
wie Leberzellen (Nakai et al., 1998), Keratinocyten (White et al.,
1998), Meskelzellen (Baru et al., 1995; Wang et al., 1997) oder
Knochenmarkstammzellen (Cherington et al., 1998) getestet. In vitro
wurde von der Humanmyeloidleukämiezelllinie
(HL60), welche mit einem eine Human FIX-cDNA-tragenden retroviralen
Vektor transfisziert war, gezeigt, daß sie fähig ist, einen biologisch aktiven
FIX zu produzieren (Hao et al., 1995). Diese Erfindung ist auf die
Expression von Blutgerinnungsfaktoren in hämatopoetischen Zellen und insbesondere
in Plättchen gerichtet.
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Als
hämatopoetische
Zellen wurde die Humanerythroleukämiezelllinie HEL bereits verwendet,
welche überwiegend
einen Erythroidphenotyp exprimiert (Martin et al., 1982) aber auch
einige megakaryocytische Marker, wie Plättchenmembranglycoproteine
(Tabilio et al., 1984). Nach der Induktion durch Phorbol-12-myristat-l3-acetat
(PMA) exprimiert die HEL-Zelllinie erhöhte Mengen an megakaryocytischen
Proteinen, wie Glycoprotein IIb/IIIa-Komplex, Plättchenfaktor 4 oder von Willebrand-Faktor (Long and
coll., 1990). Die PMA-Effekte werden durch die Aktivierung von Proteinkinase
C mediiert (Nishizuka et al., 1984; Hong et al., 1996).
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Das
Humanplättchenglycoprotein
IIb (GPIIb) ist die α-Untereinheit
des Plättchenintegrins αIIbβ3, auch als
IIb-IIIa-Komplex bekannt, welche als spezifischer Rezeptor für Fibrinogen,
Fibronectin und von Willebrand-Faktor wirkt (Haas and Plow, 1994).
GPIIb cDNA wurde ursprünglich
aus mRNA-Bibliotheken von HEL-Zellen und Humanmegakaryocyten isoliert
(Uzan et al., 1988; Frachet et al., 1990). Das Human GPIIb-Gen wurde
von Prandini et al. (1988) identifiziert. In WO 9300438 sind die
regulatorischen Elemente des GPIIb-Promotors beschrieben. Hao et
al. (1995) exprimierten FIX in humanhämatopoetischen Zellen. Jallat
et al. (1990) exprimierten FIX in transgenen Mäusen und Kurachi et al. (1995)
beschrieben, wie durch Integrieren von trunkierten Versionen von
FIX Intron I in die FIX cDNA das Expressionsniveau von FIX erhöht werden konnte.
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Die
Gewebespezifität
des GPIIb-Promotors wurde unter Verwendung des Chloramphenicolacetyltransferase
(CAT)-Reportergens bewertet. Unter GPIIb-Promotorkontrolle wurde
eine CRT-Expression
nur in der hämatopoetischen
Zelllinie HEL festgestellt (Uzan et al., 1991).
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Um
Hämophilie
B durch Gentherapie zu behandeln, ist eine gewebespezifische Expression
von Faktor IX erforderlich. Die vor liegende Erfindung liefert eine
Lösung
für das
Problem der Expression von Blutgerinnungsfaktoren in derartigen
hämatopoetischen
Zellen.
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Es
wurde nun festgestellt, daß ein
DNA-Konstrukt für
eine gewebespezifische Expression eines Blutgerinnungsfaktors geeignet
ist, wenn dieses eine DNA umfaßt,
welche für
eine Aminosäuresequenz
eines Blutgerinnungsfaktors codiert und eine DNA, welche für einen
Promotor codiert, der für
die Expression in hämatopoetischen
Zellen spezifisch ist. Die Lösung
für das
vorstehend erwähnte
Problem wurde mit einem DNA-Konstrukt gezeigt, worin als Promotor
die DNA verwendet wurde, welche für das Humanplättchenglycoprotein
IIb (=GPIIb) codiert.
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Die
Entwicklung des genannten DNA-Konstrukts wurde wie folgt durchgeführt:
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A. Konstruktion von chimeren
Molekülen
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1. Ausbildung der FIX
cDNAs:
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Wildtyp
FIX-Gen enthält
3 ATG Codons in einem Raster, welche bei der Aminosäure –46, –41 und –39 als
Cluster vorliegt. Um eine Verbesserung der FIX Produktion zu versuchen,
wurden 5 FIX cDNA-Expressionsvektoren mit verschiedenen ATG-Stellen
hergestellt, gesteuert vom CMV-Promotor. Das trunkierte FIX-Intron 1, von welchem
zuvor gezeigt wurde, daß es
eine die Expression erhöhende
Aktivität
in der HepG2-Zelllinie besitzt (Kurachi et al., 1995), wurde geklont
und in FIX cDNAs eingeführt.
In einem Anfangsteil dieses Projekts lieferten stabile Transfektionen
von CHO-Zellen mit CMV-FIX(–41S)-
und CMV-FIX (–41S.I1)-Konstrukten die
beste FIX-Produktion in den Kulturüberständen. Diese beiden cDNA-Konstrukte
FIX(–41S)
und FIX (–41S.I1),
welche nur das –41
ATG tragen, waren daher die ersten FIX-Konstrukte, die zur Transfektion
der hämatopoetischen Zelllinie
verwendet wurden. Die modifizierte 5'-Extremität der FIX(–415)cDNA (SEQ.ID.No.1) ist
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Alle
mit FIX(–41S)
cDNAs erhaltenen Ergebnisse wurden jedoch weiter mit den FIX(WT)
und FIX(WT.I1) cDNAs bestätigt.
Die 5'-Extremität von FIX
WT cDNA (SEQ.ID.No.2) ist
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2. Ausbildung der GPIIb-Promotorvektoren
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Der
linienspezifische Promotor GPIIb wurde ausgewählt, um FIX-Transgene in hämatopoetischen Zellen zu exprimieren.
Der pBLCAT-GPIIb-Vektor, welcher den –643/+33 GPIIb-Promotor trägt und das
Chloramphenicolacetyltransferase (CAT)-Reportergen wurden von G.
Uzan erhalten.
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Um
pcDNA3-Vektoren (Invitrogen, Niederlande) als Expressionsvektor
für FIX
zu verwenden (welche mehr Restriktionsenzymstellen und ein Neomycinresistenzgen
aufweisen und daher für
die nächsten
Studien zweckmäßiger erschienen),
wurde der endogene CMV-Promotor durch den GPIIb-Promotor ersetzt.
Dieser Promotor wurde aus dem pBLCAT-GBIIb-Vektor nach einer HindIII-BamHI-Verdauung ausgewählt. Dieses Produkt
umfaßte
das –597
bis +33-Fragment des GPIIb-Promotors (SEQ.ID.No.3), welches die
wesentlichen Domainen für
die Promotorspezifität
umfaßt
(Uzan et al., 1991 und 1995). Es wurde in eine CMV-deletierte pcDNA3
eingeführt,
welche durch die gleichen Enzyme geöffnet wurde. Das erhaltene
Konstrukt war das sogenannte pcDNA3-GPIIb (SEQ.ID.No.4 und 1).
Alle FIX cDNAs wurden in pcDNA3- GPIIb-Plasmid
unter Verwendung von BamHI-Xhol-Verdauung subkloniert.
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3. Ausbildung
des β-Galactosidase-Vektors
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Um
die Aktivität
des trunkierten (–597/+33)
GPIIb-Promotors in der HEL-Zelllinie zu untersuchen, wurde das β-Galactosidase-Reportergen ausgewählt. Der
pUT535-Vektor (Cayla, Toulouse, Frankreich), worin die β-Gal-Genexpression
durch den CMV-Promotor
und den Enhancer (2) gesteuert wird, wurde ausgewählt. Um
die CMV-Sequenzen durch den trunkierten GPIIb-Promotor auszutauschen, wurde der GPIIb-Promotor durch
HindIII-BamHI verdaut, mit Klenow DNA-Polymerase behandelt, um stumpfe
Extremitäten
zu erhalten und anschließend
in mit BstEII-Ncol geöffneten
pUT535, behandelt mit Klenow DNA-Polymerase, eingebracht. Der GPIIb-β-Gal-Vektor
wurde als pUT535-GPIIb
(2) bezeichnet. Das negative Kontrollplasmid (pUT535-δCMV) war
pUT535, welches durch BstEII-Ncol-Verdauung von den CMV-Sequenzen
deletiert war.
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B. Gewebespezifität des GPIIb-Promotors
in hämatopoetischen
Zellen
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pUT535,
pUT535δCMV
und pUT535-GPIIb-Konstrukte wurden in zwei verschiedenen Zelllinien
getestet: HEL- und HeLa-Zellen. Die HEL-Zelllinie (Humanerythroleukemiezellen)
ist eine klassische Zelllinie, die verwendet wird, um die megakaryocytische
Promotorexpression zu untersuchen. HeLa-Zellen (Humangebärmutterepitheloidkarzinom)
sind deren klassisches Negativkontrollgegenstück.
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Materialien und Methoden:
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HEL-Zellen
wurden in RPMI/10% FCS-Medium mit 5% CO2 gehalten. β-Gal-Vektoren
(2 μg DNA)
wurden in HEL-Zellen (1 × 106-Zellen) unter Verwendung von FUGENETM 6 (Boehringer Mannheim) trans fisziert. Nach
einer Inkubation über
Nacht wurden die Zellen geerntet und in 10 ml RPMI/1% BSA (Boehringer,
Mannheim) eingebracht. PMA (Sigma) wurde dem Medium in einem der
beiden Assays zugesetzt (Endkonzentration: 1 nM). HeLa-Zellen wurden
in DMEM-10% FCS mit 5% CO2 gehalten. 90
mm Petrischalen mit 5 × 106-Zellen wurden am Tag vor der Transfektion
hergestellt. Die Zellen wurden mit 20 μg DNA und 20 μl LipofectinTM-Reagens (Gibco) während 5 Stunden behandelt.
Nach dieser Inkubationsdauer wurden die Zellen gewaschen und in
DMEM-1% BSR mit oder ohne PMA 1 nM eingebracht. Die Zellen wurden
40 Stunden später
geerntet, mit einem Lysis-Puffer inkubiert und die Lysate wurden
auf eine Endproteinkonzentration von 1,5 mg/ml verdünnt. Der
chemiluminescente β-Gal-Reportergen-Assaykit
(Boehringer Mannheim) wurde wie vom Hersteller beschrieben verwendet,
um die β-Galactosidase
zu quantifizieren.
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Ergebnisse:
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In
HeLa-Zellen wurde das β-Gal-Reportergen
nur exprimiert, wenn die Zellen mit einem den CMV-Promotor enthaltenden
Vektor, mit oder ohne PMA-Induktion, transfisziert wurden. Es wurde
keine β-Gal-Expression
mit dem Konstrukt gefunden, welches vom GPIIb-Promotor gesteuert
wurde (3, Gruppe A).
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In
HEL-Zellen (
3, Gruppe B) ergab CMV die höchste β-Gal-Produktion (nachstehende
Tabelle 1). Der GPIIb-Promotor führte
jedoch zur Produktion einer signifikanten Menge an β-Gal mit
einem Anstieg in der Produktion nach der PMA-Behandlung. Wenn die
mit pUt535 in HEL-Zellen erhaltene β-Gal-Menge als 100 angenommen
wurde, betrug die β-Gal-Menge
mit trunkiertem GPIIb-Promotor 13% in den Zellen ohne PMA-Behandlung.
Zum Vergleich fanden Uzan et al. (1991), daß die CAT-Aktivität mit dem
GPIIb-Promotor 15% der CAT-Aktivität entsprach, welche mit der
RSV-Promotorkontrolle in der gleichen Zelllinie erhalten wurde.
Tabelle
1: β-Gal-Aktivität in vorübergehend
transfiszierten HEL-Zellen
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Zusammengefaßt rief
der –597/+33
GPIIb-Promotor eine gewebespezifische Expression des Reportergens
in der hämatopoetischen
Zelllinie hervor, da keine β-Gal-Expression
in HeLa-Zellen festgestellt
wurde. In diesen vorübergehenden
Transfektionen von HEL-Zellen war die mit diesem hämatopoetisch-spezifischen Promotor
erhaltene β-Gal-Produktion
im Vergleich zu den Ergebnissen, welche mit dem CMV-Promotor gemessen
wurden, gering. Die in vitro erhaltenen Ergebnisse waren jedoch ähnlich zu
den von Uzan et al. (1991) publizierten Ergebnissen.
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C. Vorübergehende FIX-Expression in
HEL-Zellen
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Um
die Möglichkeit
der Produktion von FIX in hämatopoetischen
Zellen zu überprüfen, wurden HEL-Zellen
vorübergehend
mit FIX-Vektoren
transfisziert, welche entweder CMV- oder GPIIb-Promotoren trugen, die als CMV-FIX und
GPIIb-FIX bezeichnet werden. Die Studie erfolgte zuerst mit den
FIX(–41S)-Konstrukten und die
Ergebnisse wurden mit den FIX WT-Konstrukten
bestätigt.
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1. Materialien
und Methoden
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7,5 × 106 HEL-Zellen wurden mit 20 μg DNA unter
Verwendung von 20 μl
Superfect Transfection-Reagens (Qiagen) transfisziert.
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Nach
6 Stunden wurden die Zellen geerntet und in RPMI/1%BSA ± PMA 1nM
in einer Endkonzentration von 2,5 × 105 Zellen/ml
eingebracht. Die Überstände wurden
nach 96 Stunden gesammelt und die Zellen wurden gezählt.
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Für die FIX
WT-Konstrukte wurden pcDNA3-FIX WT und pcDNA3 WT.I1 in HEL-Zellen
(1 × 106-Zellen) unter Verwendung von 6 μg Fugene
6 und 2 μg
DNA transfisziert. Auf eine über
Nacht-Inkubation
folgend, wurden die Zellen geerntet und in 5 ml RPMI/1% BSA/PMA
1nM für
CMV-FIX-Transfektionen und in 2,5 ml Induktionsmedium für die GPIIb-FIX-Transfektionen
eingebracht. Vier Tage nach der Transfektion wurden die Überstände gewonnen
und die Zellen wurden gezählt.
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2. Ergebnisse mit FIX(–41S)-Konstrukten
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Wenn
die Zellen mit PMA inkubiert wurden, war die mit dem CMV-FIX-Konstrukt erhaltene
FIX-Produktion sehr gering und durch ELISA (Asserachrom FIX, Stago,
Asnieres, Frankreich) nicht genau feststellbar. Die in 4 dargestellten
Ergebnisse wurden nach einer Induktion mit 1nM PMA erhalten. Unter
CMV-Promotorkontrolle
war die FIX-Sekretion durch CMV-FIX (–41S)-transfiszierte HEL-Zellen gering (408,66
pg/ml) und nicht signifikant. Die beste Produktion wurde mit den
Zellen erhalten, welche mit FIX(–41S.I1) transfisziert waren.
Die mittlere Produktion war zweimal höher als mit FIX(–41S) cDNA
und sie unterschied sich deutlich von dem mit FIX(–41S) cDNA
(p < 0,05) erzielten
Ergebnis. Ein ähnliches
Ergebnis wurde erhalten, wenn die Zellzahl eingestellt wurde. Tatsächlich lieferten
HEL, transfisziert mit FIX (–41S.I1),
4,5 ± 2,5
ng/1 × 106 Zellen und dieses Ergebnis unterschied
sich signifikant von dem Ergebnis, welches mit FIX(-41S)-transfiszierten
HEL-Zellen erhalten wurde, (1,5 ± 0,9 ng/1 × 106-Zellen; p < 0,01).
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Ähnliche
Experimente wurden mit den GPIIb-FIX-Konstrukten durchgeführt und
in diesem Fall (2,5 × 105-Zellen/ml nach der Transfektion) war die
FIX-Produktion zu schwach, um in den Überständen feststellbar zu sein.
MicrosepTM-Mikrokonzentratoren (Pall Gelman Sciences)
mit einem 30Kd Cut-Off
wurden verwendet, um die Proteine zu konzentrieren. In dem konzentrierten
GPIIb-FIX(-41S.I1)-Überstand,
welcher mit PMA-stimulierten
HEL-Zellen erhalten wurde, war das FIX-Protein kaum feststellbar.
Dieses Ergebnis stimmte mit den Ergebnissen überein, welche mit dem β-Gal-Reportergen
erhalten wurden (Tabelle 1), was bestätigt, daß das GPIIb-Potential im Vergleich
zum CMV-Promotor gering war.
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3. Ergebnisse
mit FIX WT-Konstrukten
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5 stellt
die FIX-Produktion dar, welche mit dem FIX WT erhalten wurde. Diese
Ergebnisse bestätigen,
daß:
- – HEL-Zellen
fähig sind,
FIX nach einer vorübergehenden
Transfektion zu produzieren.
- – Die
besten Produktionsniveaus mit FIX WT.I1-Konstrukten erhalten wurden
und von den entsprechenden FIX WT-Ergebnissen signifikant verschieden
sind.
- – Nach
vorübergehenden
Transfektionen der GPIIb-Promotor für die FIX-Produktion weniger
wirksam war als der CMV-Promotor in HEL-Zellen. GPIIb-FIX WT.I1-transfiszierte
HEL-Zellen lieferten
etwa 30% der FIX-Produktion, welche mit der gleichen cDNA unter
CMV-Promotorkontrolle erhalten wurde (257,71 ± 85,38 pg/1 × 106-Zellen versus 881,28 ± 288,32 pg/1 × 106-Zellen).
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D. FIX-Expression in stabil
transfiszierten HEL-Zellen
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Wie
vorstehend erwähnt,
wurde im vorübergehenden
Expressionssystem eine geringe FIX-Produktion erhalten. Es wurden
daher Zellen ausgebildet, die FIX stabil exprimieren.
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1. Materialien
und Methoden
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Zellen:
HEL-Zellen (1 × 106-Zellen) wurden mit 2 μg Pvul linearisiertem Plasmid
während
5 Stunden unter Verwendung des FUGENETM 6
Transfektionssystems (Boehringer, Mannheim) transfisziert. Nach
der Inkubation wurden die Zellen geerntet und in frisches Medium
eingebracht, welches mit 0,6 mg/ml G418 ergänzt wurde.
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Um
die FIX-Produktion zu vergleichen wurden die G418-resistenten Zellen
in RPMI/1% BSA eingebracht, ergänzt
mit Vitamin K 1ng/ml ± PMA
1nM (2,5 × 105-Zellen/ml). Nach 1, 2, 3 oder 4 Tagen der
Inkubation wurden die Zellen numeriert und die Überstände wurden eingefroren. Die
FIX-Konzentrationen wurden unter Verwendung eines FIX ELISA-Kits
(Asserachrom FIX, Stago, Asnieres, Frankreich) gemessen.
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Immunoblotting-Analyse: Überstände (1 ml)
wurden in einem Äquilibrierungspuffer
(Hepes 10 mM, KCl 100 mM, MgCl2 2 mM, Triton × 100 0,1%)
vierfach verdünnt.
Fünfzig
Mikroliter von Antihumanfaktor IX-Antikörper, gebunden an DEAE A50
Sephadex, freundlicherweise zur Verfügung gestellt von CenteonTM (USA), wurden den Überstandslösungen zugesetzt und eine Stunde
bei 4°C
inkubiert. Das DEAE wurde anschließend durch Zentrifugieren (2
min bei 2500 UpM) gesammelt und dreimal mit dem Äquilibrierungspuffer gewaschen. Der
Faktor IX wurde durch Laemmli-Puffer (Laemmli, 1970) eluiert. Proben,
welche den Faktor IX enthielten, wurden einer Elektrophorese auf
SDS-PAGE/10% Polyacrylamidgel unterzogen und auf einer HybondTM C Pure-Membran (Amersham) halbtrocken
einem Blotting-Verfahren unterzogen. Die Blots wurden mit TBS-(0,15 M
NaCl, 10 mM Tris-HCl, pH 7,5) Tween (0,1%) während 1 Stunde bei Raumtemperatur
blockiert und anschließend
mit 1:3.000 Verdünnung
eines polyklonalen Hasen-Antihuman FIX-Antikörpers (DakoTM)
inkubiert. Die Membran wurde dreimal in TBS-T gewaschen und anschließend mit
einer 1:10.000 Verdünnung
eines Peroxydase-markierten Anti-Hasen-Antikörpers (Biorad)
während
30 min inkubiert. Nach dreimaligem Waschen wurde ein chemilumineszentes
Signal durch Autoradiographie unter Verwendung des ECL-Systems (AmershamTM) detektiert.
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Progerinnungsaktivität: Die Faktor
IX-Aktivität
wurde durch ein einstufiges Gerinnungsassay ermittelt. Fünfzig Mikroliter
des Kontrollplasmas wurden in Imidazolpuffer (Diagnostica Stago,
Asnières,
Frankreich) (1/10) verdünnt.
Fünfzig
Mikroliter von verdünntem Überstand
wurden zu 50 μl
eines deffizienten Faktor IX Plasmas (Immuno, Illkirch, Frankreich)
und zu 50 μl
Silimat® Cephalin
(Bio-merieuxTM, Marcy l'Etoile, Frankreich) zugesetzt. Nach
4 min Inkubation bei 37°C
wurde die Gerinnung durch Zusetzen von 50 μl 50 mM CaCl2-Puffer
initiiert. Die Ge-rinnungszeiten
wurden in einem STA Compact®-Koagulometer (Diagnostica
StagoTM, Asnières, Frankreich) gemessen
und die Faktor IX-Aktivität
wurde aus einer log-log-Standardkurve bestimmt.
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FIX-Aktivierung
durch Faktor XIa: FIX wurde immunogefällt und in vitro durch den
Faktor XIa (Enzyme Research Lab., Swansea, Großbritannien) in einem Verhältnis von
Enzym/Substrate von 1/40 weiter aktiviert. Der Aktivierungspuffer
bestand aus Tris HCl 50 mM, NaCl 150 mM, CaCl2 5
mM, Polyethylenglycol 0,01%, pH 7,5. Die Reaktionen wurden während 30
min und 1 Stunde bei 37°C
inkubiert und die Proben wurden anschließend in Laemmli-Puffer verdünnt.
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Northern-Blot-Analyse:
Gesamt-mRNAs wurden aus 7 × 106 stabil transfiszierten HEL-Zellen unter Verwendung
des Rneasy Mini Kits (Qiagen, Courtaboeuf, Frankreich) hergestellt.
Nach einer Elektrophorese auf 1,2% Agarosegel in Phosphatpuffer
(10 mM NaH2PO4,
10 mM Na2PO4, pH
7), wurden die mRNAs auf eine Nylon membran (Hybond N, Amersham,
Les Ulis, Frankreich) übergeführt. RNA-Sonden,
welche aus dem Volllänge-Humanfaktor
IX oder Ratten-GAPDH bestehen, wurden ausgebildet und mit NTP-enthaltendem Digoxigenin-UTP
unter Verwendung des in vitro Transkriptionssystems mit T7 RNA-Polymerasekit
(Boehringer Mannheim, Meylan, Frankreich) markiert. Auf die Hybridisierung
folgend, wurden die Signale durch Chemilumineszenz unter Verwendung
des DIG Luminescent Detection Kits von Boehringer Mannheim (Meylan,
Frankreich) detektiert.
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2. Tägliche FIX-Produktion von FIX(–41S.I1)
exprimierenden HEL-Zellen
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2.1. CMV-FIX(–41S.I1)
transfiszierte HEL-Zellen
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Es
war kein FIX in den Überständen der
pcDNA3-transfiszierten HEL-Zellen feststellbar (6).
Nach 4 Tagen wurden 11,65 ng/ml FIX im konditionierten Medium der
CMV-FIX(–41S.I1)
transfiszierten Zellen festgestellt. Auf die PMA-Induktion folgend,
war die FIX-Produktion (259,87 ng/ml) 23 Mal höher als die Produktion, welche
ohne PMA erhalten wurde, und sie war 250-fach höher als das Ergebnis, welches
mit den vorübergehenden
Transfektionen erhalten wurde.
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2.2. GPIIb-FIX(–41S.I1)
transfiszierte HEL-Zellen
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Wenn
HEL-Zellen mit pcDNA3-GPIIb-Vektor transfisziert wurden, wurde kein
FIX im konditionierten Medium festgestellt. Mit den GPIIb-FIX(–41S.I1)
HEL-Zellen stieg der FIX regelmäßig während der
4 Tage der Inkubation an (7). Nach
4 Tagen Kultur lieferten die GPIIb-FIX(–41S.I1)-Pools 35,0 ± 7,8 ng/ml
FIX im Überstand.
Auf die PMA-Induktion folgend, erreichte die FIX-Produktion 165,0 ± 32,52 ng/ml.
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2.3. Progerinnungsaktivität
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Die
FIX-Progerinnungsaktivität
war mit dem FIX-Antigen in den Überständen aus
den HEL-Zellen direkt korreliert (8). Die
spezifische Aktivität
des FIX, welcher durch GPIIb-FIX(–41S.I1)-exprimierende HEL-Zellen
erhalten wurde (Kulturmedium: RPMI/1% BSA), betrug 0,34 ± 0,07
mU/ng.
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2.4. FIX-Immunofällungen
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Die Überstände der
transfiszierten HEL-Zellen wurden immunogefällt und einer Western-Blot-Analyse unterzogen,
um das Molekulargewicht des ausgeschiedenen Proteins zu verifizieren.
Gereinigter rekombinanter Faktor IX (MononineTM)
wurde als Kontrolle verwendet. In den Überständen von pcDNA3-GPIIb-exprimierenden Zellen
wurde kein FIX festgestellt. In den GPIIb-FIX(–41S.I1) HEL-Zellüberständen mit
oder ohne PMA-Induktion,
wurde eine spezifische Bande mit einem ungefähren Molekulargewicht von 60
kDa festgestellt. Dieses Protein migrierte auf das selbe Niveau
wie immunogereinigter FIX (MononineTM).
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3. Tägliche FIX-Produktion von FIX(WT)
und FIX(WT.I1)-exprimierenden
HEL-Zellen
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3.1. Vergleich der Effizienz
des CMV- und des GPIIb-Promotors nach stabilen Transfektionen
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HEL-Zellen
wurden mit den folgenden Konstrukten stabil transfisziert: pcDNA3.1
und pcDNA3-GPIIb, verwendet als negative Kontrollen, GPIIb-FIX(WT),
GPIIB-FIX(WT.I1) und auch die entsprechenden CMV-Konstrukte (CMV-FIX(WT)
und CMV-FIX(WT.I1)). 9 stellt die
mit CMV-FIX und GPIIb-FIX HEL-Zellen erhaltenen Ergebnisse dar.
Wie erwartet, wurde in den beiden negativen Kontrollen (pcDNA3 und
pcDNA3-GPIIb) kein FIX in den Ü berständen festgestellt.
Wenn die Expression von FIX(WT) durch den GPIIb-Promotor gesteuert
wurde, wurde eine im Vergleich zu CMV-FIX bedeutend höhere FIX-Produktion
in den Überständen gemessen.
GPIIb-FIX(WT)-exprimierende HEL-Zellen lieferten eine etwa 5 bis
10-fach höhere
Menge an FIX als die HEL-Zellen, welche mit CMV-FIX(WT) unter den
gleichen Bedingungen (± PMA)
transfiszierten wurden.
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3.2. Das Intron 1 erhöht die FIX-Produktion
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Wir
untersuchten die Fähigkeit
von FIX(WT.I1), gesteuert durch den GPIIb-Promotor, zur Erhöhung der FIX-Produktion
in den HEL-Zellen. Die Bewertung der Faktor IX-Konzentration in
den Überständen zeigte,
daß die
höchste
Produktion mit dem FIX(WT.I1)-Konstrukt erhalten wurde. Tatsächlich schieden
nach 4 Tagen Kultur GPIIb-FIX(WT.I1)-transfiszierte HEL-Zellen etwa
30-fach höhere
Mengen an FIX als die GPIIb-FIX-exprimierenden HEL-Zellen aus (10).
Wenn die Zellen mit PMA stimuliert wurden, produzierten die GPIIbFIX.I1-transfiszierten
Zellen auch höhere
FIXC-Mengen (× 12)
im Vergleich zu den GPIIb-FIX-exprimierenden Zellen
(Tag-4-Werte: 398,04 ± 94,23
ng/ml versus 32,12 ± 14,85
ng/ml von FIX).
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3.3. Charakteristika von
produziertem rekombinantem FIX im HEL-Zellen-Überstand
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Um
das FIX-Protein in den Überständen von
HEL-Zellen weiter zu charakterisieren, wurde FIX immunogefällt und
die Proben wurden einer Elektrophorese und einer Blotting-Analyse
unterzogen. In pCDNA3-GPIIb-exprimierenden HEL-Zellen wurde eine
einzelne unspezifische Bande mit dem sekundären Antikörper alleine festgestellt.
In GPIIb-FIX(WT) und GPIIb-FIX(WT.I1)-transfiszierten HEL-Zellen
wurde eine spezifische Bande bei etwa 60 kDa festgestellt. Das Molekulargewicht
war ähnlich
zu dem zuvor detektierten FIX(–41SI1),
zur Kontrolle und zu dem FIX, welcher durch pcDNA3-CMV/FIX(WT.I1)-exprimierende HepG2-Zellen
produziert wurde. Der Unterschied in der Intensität der Banden
bei der Immunoblot-Analyse war direkt mit der in 10 dargestellten
Antigenmenge korreliert.
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3.4. FIX-Progerinnungsaktivität und FIX-Aktivierung
durch FXIa
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Es
wurde zuvor gezeigt, daß FIX
geeignet hergestellt werden muß,
um vollständig
wirksam zu sein. Die Faktor IX-Gerinnungsaktivität wurde
im Überstand
von PMA-stimulierten GPIIb-FIX(WT.I1)-transfiszierten HEL-Zellen
gemessen (11). Die FIX-Progerinnungsaktivität war direkt
mit der Antigenkonzentration korreliert, was auf eine korrekte Herstellung
des Moleküls
hinweist. Die mittlere FIX-spezifische Aktivität in den Überständen betrug 160 ± 69 U/mg.
Während
der Gerinnungskaskade muß FIX
durch FXIa aktiviert werden. Die FIX-Spaltung nach der Inkubation mit FXIa,
d.i. die Aktivierung des immunogefällten FIX aus den HEL-Zellen,
führte
zum Auftreten von zwei Banden, welche der schweren Kette (29 kDa)
und der leichten Kette (19 kDa) entsprechen. Die Aktivierungsrate
und das Proteinprofil von HEL-Überständen war ähnlich den
mit Mononine erhaltenen Ergebnissen.
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3.5. Northern-Blot-Analyse
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Wir
haben gezeigt, daß die
Menge an durch HEL-Zellen produziertem FIX-Protein eng mit dem Vorhandensein
des FIX-Introns 1 in der FIX cDNA in Beziehung steht. Wir haben
FIX mRNAs aus unterschiedlichen Transfektionen von HEL-Zellen analysiert.
Keine mRNA-hybridisierte mit der FIX mRNA-Sonde in pcDNA3-GPIIb-transfiszierten
HEL-Zellen ohne oder mit PMA-Induktion. In Zellen, welche mit den FIX(WT.I1)-Konstrukten
transfisziert wurden, wurde eine spezifische Bande detektiert, welche
die korrekte 1,4 Kb mRNA-Größe zeigte.
In den GPIIb-FIX(WT) HEL-Zellen
war FIX mRNA nur auf die PMA-Induktion folgend detek tierbar. Diese
mRNAs haben die gleiche Größe wie jene,
welche in GPIIb-FIX(WT.I1) HEL-Zellen detektiert werden. Die mRNA-Mengen in den verschiedenen
Lysaten korrelierten direkt mit den in den Überständen detektierten Antigenmengen,
wodurch das Fehlen einer Detektion in unstimulierten GPIIb-FIX(WT)
HEL-Zellen erklärt wird.
Es wurde jedoch bestätigt,
daß die
erwartete mRNA in diesen Zellen detektiert wurde, wenn größere Mengen
an Gesamt-mRNA verwendet wurden.
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3.1 E. Schlußfolgerung
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Die
vorstehend erwähnten
Ergebnisse zeigen, daß die
hämatopoetische
Zelllinie HEL vollständig
wirksamen FIX produzieren und ausscheiden kann. Nach vorübergehenden
Transfektionen wurde die höchste Produktion
mit CMV-FIX.I1 HEL-Zellen im Vergleich zu den CMV-FIX HEL-Zellen
erhalten, was die Expression erhöhende
Aktivität
des FIX-Introns 1 in dieser hämatopoetischen
Zelllinie zeigt. Unter Verwendung des GPIIb-Promotors war die FIX-Produktion
gewebespezifisch. Stabile Transfektionen haben gezeigt, daß der GPIIb-Promotor
beim Induzieren der FIX-Transkription
in HEL-Zellen wirksam war und daß das FIX-Intron 1 eine wichtige,
die Expression erhöhende
Aktivität
besaß.
Das ausgeschiedene FIX-Protein besaß ein Molekulargewicht von
etwa 60 kDa, ähnlich
dem in MononineTM erhaltenen FIX und scheint
dann einem normalen Reifungsprozeß zu unterliegen. Abschließend entsprach
die FIX-Gerinnungsaktivität
unter Verwendung eines einstufigen Gerinnungsassays dem Faktor FIX-Antigen.
Das Proteinprofil nach der FXIa-Aktivierung war ähnlich dem mit Mononine erhaltenen
Profil, was darauf hinweist, daß das
rekombinante Molekül
vollständig
wirksam war. Diese mit HEL-Zellen
erhaltenen Ergebnisse stärken
die Hypothese, daß FIX-Protein durch CD34+
hämatopoetische
Stammzellen produziert werden kann.
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