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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung von Verbindungen,
die fähig
sind, einen neuentdeckten Mechanismus zu modulieren, bei dem ein
Steroid-Rezeptor und ein Rel-Protein in synergistischer Weise agieren,
um ein regulatorisches Element zu aktivieren. Die Erfindung betrifft
auch eine Zelle, die mit der Nukleinsäure transfektiert ist, und
die Verwendung dieser Zelle in einem Assay für die Identifizierung von Verbindungen,
die das Niveau der Gen-Expression unter der Steuerung des regulatorischen
Elementes moduliert, sowohl als auch die medizinische Verwendung
von Verbindungen, welche in einem solchen Assay identifiziert sind.
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Mitglieder
der Nuklearfaktor-κB (NF-κB)/Rel-Familie
von Transkriptions-Aktivator-Proteinen sind in enger Weise mit ihren
inhibitorischen Proteinen (I-κB)
verbunden und befinden sich im Cytoplasma. Sie können durch pro-inflammatorische
Zytokine induziert werden und sind wesentlich in immunologischen
und inflammatorischen Prozessen, weil sie die Transkription von
Chemoattraktanden, Zytokinen (umfassend die NF-κB induzierten Zytokine selber),
Zytokin-Rezeptoren und Zell-Adhäsions-Moleküle ausrichten.
Bei der Induktion dimerisieren Rel-Proteine und wandern zum Nukleus,
wo sie ihre ZielGene durch ein NF-κB Bindungsmotiv in dem Promotor
dieser Gene aktivieren. Die Untersuchung von DNS-Sequenzen, die
durch verschiedene NF-κB Dimere
erkannt werden, zeigt, dass die bevorzugten Zielorte sich für die bestehenden
Dimer-Kombinationen von Rel-Proteinen wenig unterscheiden (Chen
et al., Nature Struct. Biol. 5: 67–73, 1998; Kunsch et al., Mol.
Cell Biol. 12: 4412–4421,
1992; Parry und Mackman, J. Biol. Chem. 269: 20823–20825,
1994), erklärend
die grosse Variation der NF-κB
Antwort-Elemente, die in verschiedenen Promotorn identifiziert worden
sind.
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Die
Dimerisierung und nukleare Translokation von Rel-Proteinen wird
durch eine grosse Anzahl von Agenzien induziert, umfassend bakterielle
und virale Pathogene, immune und inflammatorische Zytokine und eine
Vielzahl von Agenzien, welche Zellen schädigen. Eine nochmals grössere Anzahl
von Genen erscheinen als Ziele für
die Aktivierung von Rel-Proteinen, da diese Familie von Transkriptions-Faktoren
gefunden wurde, dass sie mit Steroid-Rezeptoren wie Östrogen-Rezeptoren und Glucocorticoid-Rezeptoren
interagieren, was in der Unterdrückung
von Ziel-Genen resultiert.
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Östrogen
und andere Steroide haben wesentliche Wirkungen auf das zentrale
Nervensystem (1). Insbesondere ergibt sich aus der Fähigkeit
von Östrogen,
das Gehirn-Serotonin-System zu modulieren, dass Östrogene eine Rolle in dem
Mechanismus spielen können,
der der Depression und ihrer Behandlung zuzuordnen ist (2, 3). Da
jedoch die ER-Expression weit verbreitet ist, ist es nicht überraschend, dass Östrogene
einige andere vorteilhafte Wirkungen aufweisen, umfassend den Schutz
gegen Artherosklerose, Alzheimer Dementia und Osteoporose. Um das
Risiko in Bezug auf Nebenwirkungen zu begrenzen, wie das erhöhte Risiko
für Brust-
und Darmkrebs aufgrund der Behandlung mit Östrogenen, wird ein wesentlicher
Anteil von Anstrengungen in die Recherche für gewebeselektive ER-bindende
Verbindungen investiert.
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Abgesehen
von Östrogenen
besteht viel Interesse an gewebeselektiven Wirkungen von anderen
Steroid-Rezeptoren. Auch für
diese Steroid-Rezeptoren ist die Entwicklung von Verbindungen, die ausschliesslich
auf einen bestimmten Satz von Geweben oder Organen zielen (beispielsweise
das Gehirn für
psychiatrische Krankheiten) betreffend), durch die breite Gewebe-Verteilung
der meisten Arten von Steroid-Rezeptoren behindert worden. Aus diesem
Grund besteht viel Interesse in Assays, die das Screenen für Steroid-Rezeptor
vermittelte Wirkungen in einer gewebeselektiven Weise gestatten würden.
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Die
Wirkungen von Östrogen
sind bekannt, dass sie durch zwei Östrogen-Rezeptoren (ER α und β) vermittelt
werden, dass sie zur Überfamilie
der nuklearen Hormon-Rezeptoren (15–18) gehören. Die zwei ER's teilen sich eine
wohlbehaltene modulare Struktur. Während der DNS-Bindungsbereich
im Wesentlichen zwischen ER α und β (96% Identität) konserviert
ist und der Liganden-bindende Bereich im Wesentlichen gut konserviert
ist (58% Identität),
ist der A/B Bereich nur schwach zwischen den beiden Rezeptoren konserviert
(20% Identität).
Bei der Liganden-Bindung dimerisiert der aktive Rezeptor und wechselwirkt
mit spezifischen DNS-Sequenzen,
die als Östrogen-Antwort-Elemente
(ERE = Estrogen Response Elements) benannt werden, die in dem regulatorischen
Bereich der Ziel-Gene angeordnet sind. Der DNS-gebundene Rezeptor
kann dann die Transkription entweder positiv oder negativ regulieren.
Es ist für
ERα bekannt,
dass die Regulierung der Transkription durch zwei Transaktivierungs-Bereiche vermittelt
wird: AF-1 angeordnet in dem A/B Bereich und AF-2 angeordnet im
Liganden-bindenden Bereich. Die zwei Transaktivierungs-Bereiche
können
in unabhängiger
Weise funktionieren oder kooperieren, abhängig vom Zellen- und Promotor-Zusammenhang (19,
20). Erst kürzlich
sind einige andere Mechanismen entdeckt worden, durch die Östrogen
Ziel-Gene reguliert. Diese umfassen Gene, die regulatorische Elemente
benutzen, wie die Ziel-Sequenz der ER-Wirkung (21) oder Gene, die durch ER über die Wechselwirkung
mit anderen Transkriptions-Faktoren reguliert werden, die mit ihren
jeweiligen DNS-Bindungsorten verbunden sind, wie AP-1 und SP-1 (22–23, 36–38).
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Wir
berichten hier die Entdeckung eines Mechanismus, in dem NF-κB und Mitglieder der Steroid-Rezeptor-Familie
in synergistischer Weise zusammen agieren, um die Gen-Expression
durch Wechselwirkung mit einer Vielzahl von regulatorischen Elementen
zu aktivieren. Solche synergistische Aktivierung ist bis jetzt noch
nicht beschrieben worden, viele Berichte jedoch behandeln die gegenseitige
Unterdrückung
von Rel-Proteinen und Steroid-Rezeptoren.
Der neuentdeckte Mechanismus liefert die notwendigen Werkzeuge,
um Verbindungen zu entwickeln, welche die Expression der regulatorischen Elemente
modulieren. Abhängig
von dem regulatorischen Element, können solche Verbindungen durch überall auftretende
Steroid-Rezeptoren agieren und immer noch eine gewebeselektive Antwort
liefern.
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Als
ein erstes Beispiel untersuchen wir den molekularen Mechanismus,
durch den Östrogen
das Serotonin-System moduliert. Insbesondere haben wir den Effekt
eines Östrogens
auf das 5-HT1A Rezeptor-Gen untersucht. Serotonin (5-Hydroxytryptamin,
5-HT) ist in der Steuerung einer Vielzahl von Verhaltens-Prozessen
(4) involviert. Die Fehl-Regulierung des Serotonin-Systems, so nimmt
man an, spielt eine wesentliche Rolle bei neuropsychiatrischen Störungen,
wie Depression und Angstzuständen
(5, 6). Die komplexe Wirkung des Serotonins wird vermittelt durch
eine grosse Familie von diesbezüglichen
Rezeptoren (7). Besondere Aufmerksamkeit ist auf den 5-HT1A Rezeptor
gelegt worden, welcher ein G-Protein
gekoppelter Rezeptor ist, der in negativer Weise die Adenylat-Zyklase
(8) reguliert. Der 5-HT1A Rezeptor wird in einem verengten Bereich
des Gehirns exprimiert und hohe Niveaus von Rezeptoren sind in den
limbischen Bereichen, dem cerebralen Cortex und den Raphe Nukleus
des Gehirns (9–11)
beobachtet worden. Hier zeigen wir, dass ERα in synergistischer Weise mit NF-κB zusammenwirkt,
um den 5-HT1A Rezeptor-Promotor zu aktivieren. Diese Aktivierung
ist bereits in Abwesenheit von Hormonen aufgetreten und konnte weiter
induziert werden durch die Hinzufügung von entweder 17β-Estradiol
(E2) oder 4-Hydroxytamoxifen (OH-T), aber
nicht durch ICI 164384. ERβ ist
auch fähig,
diesen Effekt zu vermitteln, obwohl die Wirkung von ERα in diesem
Beispiel viel weitgehender war. Weiterhin fanden wir, dass diese
synergistische Aktivierung sowohl von den Transaktivierungs-Bereichen der p65 Untereinheit
des NF-κB
als auch von den A/B Bereichen des ERα abhängig gewesen ist, welcher AF1 enthält. Unsere
Ergebnisse zeigen, dass Östrogene die
Exprimierung des 5-HT1A
Rezeptors über
einen neuen Mechanismus ermöglichen
können,
der die synergistische Aktivierung durch NF-κB mit ER involviert.
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Derselbe
synergistische Effekt ist in erstaunlicher Weise gefunden worden,
dass er eine Rolle in der Aktivierung des E-Selektin Promotor durch
NF-κB und
Steroid-Rezeptoren wie dem Mineralcortocoid-Rezeptor (MR) spielt.
Dies ist in der 7 und dem nachfolgenden Text
beschrieben. Wie es nun den Anschein hat, dass synergistische Wirkungen mit
NF-κB über regulatorische
Elemente nicht auf ER beschränkt
sind, sondern auch mit MR beobachtet werden können, können ähnliche Ergebnisse mit anderen
Steroid-Rezeptoren erwartet werden.
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Die
vorliegende Erfindung eröffnet
die Möglichkeit,
Screening Assays für
die Identifizierung von Verbindungen herzustellen, die fähig sind,
die neuentdeckten Mechanismen zu modulieren. Beispielsweise, da
der 5HT1A-Rezeptor ausschliesslich im Gehirn-Gewebe vorhanden ist und E-Selektin
nur in endothelialen Zellen exprimiert, können Liganden, die in solchen
Assays gefunden werden, in spezifischer Weise eingesetzt werden,
um CNS-Krankheiten und/oder kardiovaskuläre Krankheiten zu behandeln
und somit die Identifikation der Verbindungen erlauben, welche in
gewebeselektiver Weise wirken. Assays für die Deselektion von solchen
Liganden, die auf andere Gewebe zielen, sind verfügbar und
dem Fachmann wohl bekannt.
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In
der vorliegenden Studie zeigen wir auch, dass der cis-regulatorische Bereich
des 5-HT1A Rezeptors zwei mögliche
NF-κB Bindungsorte
umfasst und das Vorhandensein von NF-κB Proteinen kritisch ist für die synergistische
Induktion durch ER. Dies zeigt, dass NF-κB Komplexe mit ER zusammenwirken,
um in synergistischer Weise 5-HT1A Rezeptor-Gen-Exprimierung zu
regulieren.
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In
den meisten Systemen, die bis jetzt untersucht worden sind, sind
die Östrogen-
und NF-κB
Signalisier-Pfade gegenseitig antagonistisch. Beispielsweise ist
die Regulierung des IL-6 Promotors in intensiver Weise studiert
worden und die NF-κB
induzierte Aktivierung dieses Gens konnte in klarer Weise durch Östrogen
(33, 34) unterdrückt
worden. Es ist konsistent mit diesen Feststellungen, dass wir gezeigt
haben, dass auf einem künstlichen
NF-κB Reporter-Konstrukt
und auf dem E-Selektin Promotor (7) Östrogen
die NF-κB
Aktivität
unterdrückt. Dennoch
verbessert Östrogen
weiterhin auf dem 5-HT1A Rezeptor Promotor die NF-κB induzierte
Aktivität,
darauf hinweisend, dass positive oder negative Regulierung durch Östrogen
von dem Promotor-Umfeld abhängt.
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ERα und ERβ zeigen einen
hohen Grad von Homologie in dem DNS-Bindungsbereich und moderate Homologie
in dem Liganden-Bindungsbereich, dennoch
ist der A/B-Bereich nur wenig zwischen den zwei Rezeptoren beibehalten.
Basierend auf verschiedenen unterschiedlichen Zugängen ist
die synergistische Aktivierung des 5-HT1A Promotors durch NF-κB und ER
von dem N-terminalen Bereich von ERα abhängig befunden worden, der AF-1
enthält. Zuerst
ergab der Ersatz des A/B Bereichs von ERβ mit dem A/B Bereich von ERα (ERβ/α) einen chimerischen
Rezeptor, der noch potenter war als das Wild-Typ ERα bei der
Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promotors.
Dennoch schaffte der Ersatz des A/B Bereichs von ERα mit dem
A/B Bereich von ERβ (ERβ/α) fast in
vollständiger
Weise die Fähigkeit
des Rezeptors ab, den Promotor in synergistischer Weise zu aktivieren.
Zweitens war die synergistische Aktivierung durch ERα 1–339, einer
AF-2 defektiven Mutante, zum Wildtyp ERα vergleichbar, während die Wirkungen
von ERα 121–599, einer
AF-1 defektiven Mutante, mit dem Wildtypus ERβ vergleichbar waren. Drittens
waren Wirkungen von ERβ bei
der Weitervermittlung dieser synergistischen Effekte im Vergleich
zu ERα sehr
viel kleiner. Viertens war das Teil-Anti-Östrogen OH-T, welches nur AF-2
blockiert, so potent wie E2 bei der Aktivierung
des 5-HT1a Rezeptor-Promotors. Zu dem durch AF-1 vermittelte agonistische
Effekt der Anti-Östrogene
ist kürzlich berichtet
worden, dass er über
den A/B-Bereich von ERα vermittelt
wird, aber nicht über
den A/B-Bereich von ERβ (28).
Diese Unterschiede zwischen ERα und
ERβ lassen
verschiedene regulatorische Funktionen für die zwei ER-Untertypen vermuten.
Zusammengenommen zeigen diese Daten ein klares Einbinden von ERα AF-1 in
der 5-HT1A Rezeptor Promotor Regulierung.
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Unsere
Ergebnisse zeigen klar die entscheidende Rolle der NF-κB Komplexe
und der NF-κB
Bindungsorte bei der synergistischen Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor
Promotors durch ER. Dennoch schaffte die Mutation der zwei NF-κB Elemente
in dem –901luc
Konstrukt die NF-κB
Wirkung ab, während
der ER-Effekt beibehalten wurde. Eine Erklärung könnte sein, dass NF-κB Proteine
als Monomere mit diesen mutierten κB-Elementen binden. Dieser NF-κB-DNS Komplex, der
unfähig
ist, die Transkription in dieser Ausgestaltung zu aktivieren, könnte durch
ER stabilisiert werden und demgemäss in einer Aktivierung resultieren,
möglicherweise im
Zusammenspiel mit anderen Antwort-Sequenzen in dem Promotor des
5-HT1A Rezeptor-Gens. Weiterhin ist es klar durch den Einsatz der
ERα Mutanten
und Chimeren, dass, obwohl ein funktionaler DNS-Bindungsbereich
von ERα erforderlich
ist, keine klare Korrelation zwischen ERα Aktivität auf dem ERE Reporter und
dem 5-HT1A Rezeptor Promotor besteht. Daher ist die am Wahrscheinlichsten
anzusehende Erklärung
für die
synergistische Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor Promotors, dass ER
diesen Promotor nicht über
die direkte Bindung an DNS sondern über Protein-Protein Wechselwirkungen aktiviert.
Dieses Modell wird durch die Tatsache gestützt, dass sowohl der DNS-Bindungsbereich
des ERα und
ein intaktes RHD von p65 für
die synergistische Aktivierung erforderlich sind, da ERα beschrieben
worden ist, direkt mit p65 wechselzuwirken, umfassend den DNS-Bindungsbereich
von ERα und
den RHD von p65 (34). Weiterhin sind sowohl die Transaktivations-Bereiche von
p65 und AF-1 von ERα wesentlich
für diese
Antwort. Daher lässt
das vorliegende Ergebnis vermuten, dass NF-κB Komplexe mit ER zusammenwirken, um
Coaktivatoren in den Komplex über
AF-1 zu rekrutieren und damit in synergistischer Weise den 5-HT1A
Rezeptor Promotor zu aktivieren.
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Zusätzlich zu
den klassischen Hormon-Aktivierungs-Wegen über Signal-Transduktions-Wege
ist beschrieben worden, um eine Anzahl von Steroid Rezeptoren zu
regulieren, umfassend ERα,
unabhängig vom
hormonalen Liganden. Für
nukleare Rezeptoren ist gezeigt worden, dass sie durch nonsteroidale Agenten
aktiviert werden, wie Dopamin, Wachstums-Fakturen und PKA-Aktivatoren über Phosphorylierung
(39). Für
die Phosphorylierung von ERα ist gezeigt
worden, dass sie die Rezeptor-Aktivität erhöht und hauptsächliche
Phosphorylierungs-Orte sind in dem A/B Bereich des Rezeptors angeordnet (40,
41). Kürzlich
ist gezeigt worden, dass die Phosphorylierung von ERβ AF-1 die
Kofaktorrekrutierung und die Gen-Aktivierung durch nonsteroidale
Aktivatoren reguliert (42), wohingegen die Phosphorylierung des
A/B Bereichs von durch Peroxisom verbreitungs-aktivierter Rezeptor γ seine transkriptionale Aktivität vermindert
(43). Das Vorhandensein von einigen Kinase-Orten innerhalb des A/B
Bereichs von ERα und
ERβ lässt darauf
schliessen, dass die differentielle Phosphorylierung des AF-1 Bereichs
in verschiedenen Antworten der Rezeptoren durch verschiedene Aktivatoren
resultieren kann. Das Bestehen dieses zusätzlichen Weges zeigt die Wesentlichkeit
von AF-1 in der hormonunabhängigen
Rezeptor-Aktivierung.
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Einige
Beweislinien lassen vermuten, dass Östrogen auch die 5-HT1A Rezeptor Exprimierung
in dem CNS regulieren könnte.
Beispielsweise ist der Abfall des Östrogens vor der Niederkunft
und dem Einsetzen der Menopause mit negativen Wirkungen korreliert
(44), während
die Östrogen-Ersatztherapie in
manchen Fällen
die Depression oder die Angstzustände bei Frauen vermindern können (45,
46). Weiterhin führte
die Ovariektomie zum Abfall in 5-HT Bindungen und 5-HT Transporter
Bindungsorten (12, 14), während
der Ersatz des Östrogens
für ovariektomisierte
Ratten diesen Abfall umkehrte. Sowohl ERα als auch ERβ sind in vielfachen Bereichen
des Gehirns identifiziert worden, umfassend den Cortex, den Hippocampus
und den Raphe Nuclei (47). Zusätzlich ist
für NF-κB auch beschrieben
worden, dass es aktiv im Gehirn ist, insbesondere in dem Cortex
und dem Hippocampus (48). Zur selben Zeit zeigt sich, dass NF-κB nicht nur
in Immun-Zellen wirkt, sondern einzigartige Rollen auch in Prozessen
spielt, wie der neuronalen Plastizität, der Neuro-Degeneration und der
neuronalen Entwicklung (49). Daher können diese Transkriptions-Faktoren
und Wege einen wesentlichen Anteil in der Regulierung der 5-HT1A
Rezeptor-Gen Exprimierung im Gehirn spielen. Der Fähigkeit
von Östrogen,
die serotorische Rezeptor-Funktion zu modulieren, kann mindestens
zum Teil die Tiefenwirkungen dieses Hormons auf Stimmung und mentalen
Zustand unterfüttern.
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Die
synergistische Aktivierung zwischen Steroid-Rezeptoren und Rel-Proteinen
ist auch mit dem E-Selektin Promotor gefunden worden. Um die Wirkungen
der Mineralkortikoide auf die E-Selektin Promotor-Aktivität zu bestimmen,
haben wir transient U-2 OS Zellen mit einem Luziferase Reporter
Konstrukt transfektiert, welches Teile des E-Selektin Promotors
enthält,
zusammen mit einem Expressionsvektor, der MR kodiert. Wie in der 7A dargestellt, ist die IL-1β induzierte
Promotor Aktivität
durch MR in einer synergistischen Weise stimuliert worden. Diese NF-κB induzierte
Aktivität
des E-Selektin Promotors in Gegenwart von MR konnte weiterhin durch
Zufügung
von Aldosteron verbessert werden. Die Selektivität dieses Mechanismus zeigte
sich durch Wiederholung des Experiments mit einem Luziferase-Vektor ohne
den E-Selektin Promotor. Keine Wirkungen von IL-1β und/oder
MR sind beobachtet worden (7B).
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Interessanterweise
hat sich ergeben, dass, falls Erα anstelle
von MR kotransfektiert worden ist, keine synergistischen Wirkungen
auf die E-Selektin Promotor-Aktivität beobachtet werden konnten.
Anstelle war unter diesen Bedingungen die IL-1β induzierte Promotor-Aktivität durch
Erα in Abwesenheit von
Liganden unterdrückt
worden, welche Wirkung weiterhin durch Hinzufügen von 17β-Estradiol (7C)
erhöht
werden konnte. Diese Ergebnisse zeigen wiederum, dass die synergistischen
Wirkungen der Liganden-aktivierten Steroid Rezeptoren mit NF-κB's von dem spezifischen
Promotor-Umfeld abhängen
und die Selektivität
für eine
bestimmte Steroid Rezeptor – Promotor
Kombination besteht.
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Der
E-Selektin Promotor enthält
vielfache NF-κB Übereinstimmungsorte
(Collins, T., Williams, A., Johnston, G. I., Kim, J., Eddy, R.,
Shows, T., Gimbrone, M. A., Bevilacqua, M. P. (1991) J. Biol. Chem. 266:
2466–2473),
die in wesentlicher Weise für
die synergistischen Effekte der Mineralcorticoide auf dem E-Selektin
Pro motor verantwortlich ist. Die Rolle von NF-κB in den oben beschriebenen
synergistischen Wirkungen mit MR wurde durch Studien bestätigt, bei
denen die Wirkungen der Mineralcorticoide auf einem 3·NF-κB-TK Reporter
getestet worden sind, einem synthetischen Reporter-Konstrukt, welches
3 Kopien eines konsensuellen NF-κB
Bindungsortes vor dem TK Promotor (7D)
enthält.
Wie durch die benutzte Skalierung der 7D zu
ersehen, ist der synthetische 3·NF-κB-TK Reporter viel empfindlicher
für sowohl
die Stimulierung durch IL-1β und
den synergistischen Effekt von MR. Dies ist nicht überraschend,
da der Reporter Vielfach-Wiederholungen
von NF-κB
Antwort-Elementen enthält.
Synergistische Wirkungen der Rel-Proteine und MR sind weiter nicht
verbessert durch Zufügung
von Aldosteron, was aufgrund des grossen synergistischen Effektes
von IL-1β und
MR in Abwesenheit von Aldosteron auftritt. Das Auffinden, dass MR
und ER fähig sind,
die Promotor-Aktivität
in Abwesenheit von IL-1β zu
induzieren oder zu unterdrücken
(siehe 7A, C und D dritter und vierter
Balken) lässt
vermuten, dass U-2 OS Zellen in konstitutiver Weise NF-κB Aktivität in Abwesenheit
von Zytokinen enthält.
Alternativ können
U-2 OS Zellen selber Zytokine produzieren oder die Zytokin-Aktivität kann aus
dem Serum abgeleitet werden, in dem die Zellen wachsen. Obwohl nicht ausgeschlossen
werden kann, dass auch andere Arten von Transkriptions-Faktoren
in der Modulierung des E-Selektin Promotors und 3·NF-κB-TK Reportern involviert
sind (Kaszubska, W., Hooft van Huijsduijnen, R., Ghersa, P., De-Raemy-Schenk, A.-M.,
Chen, B. P., Hai, T., Delamarter, J. F., Whelan, J. Mol. Cell. Biol.
13: 7180–7190),
zeigen die obengenannten Ergebnisse wenigstens, dass NF-κB's eine wesentliche Rolle
in der Stimulierung dieser Promotor-Reporter durch Mineralcorticoide
spielen. Die oben beschriebenen Unterschiede zwischen ERα und MR,
in entweder ihrer Synergie oder dem Antagonismus mit IL-1β induzierten Rel-Proteinen,
sind wahrscheinlich auch auf die unterschiedlichen Aktivitäten der
Komplexe zurückzuführen, die entweder
ERα oder
MR und verschiedene Typen von NF-κB's umfassen. Zusätzlich zeigt
die vorliegende Studie, dass verschiedene Typen von nuklearen Rezeptoren
synergistische Wirkungen mit NF-κB's auf NF-κB Antwort-Promotoren
haben können.
Die genaue Natur dieser Wirkung ist klar abhängig von der Kombination des Steroid-Rezeptor
Typs und der Art und Weise des Promotors.
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Nachdem
nun verschiedene bestimmte Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben worden sind, ist es klar, dass ein Fachmann
nun fähig
ist, andere regulatorische Elemente auszuwählen, die in synergistischer
Weise durch Rel-Proteine und Steroid-Rezeptoren aktiviert werden. Kurz gesagt
kann dies am besten durch Kotransfektion des bestimmten regulatorischen
Elementes, welches betrachtet wird, und funktional mit einem Reporter-Gen
verbunden ist, zusammen mit Expressionsvektoren erreicht werden,
die ein Rel-Protein und einen Steroid-Rezeptor kodieren. Insbesondere
können
Expressionsvektoren, welche NF-κB
und einen Steroid-Rezeptor kodieren, für diesen Zweck geeignet sein.
Der Steroid-Rezeptor kann ERα oder
MR sein, aber auch ERβ oder
eine Kombination von ERα und
ERβ. Die
Beispiele liefern das notwendige Werkzeug, um weiterhin regulatorische
Elemente auszuwählen,
die fähig sind,
in synergistischer Weise gemäss
der Erfindung aktiviert zu werden.
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Die
Entdeckung eines neuen Mechanismus, bei dem Rel-Proteine und Steroid-Rezeptoren
wechselwirken, um in synergistischer Weise ein regulatorisches Element
zu aktivieren, eröffnet
die Möglichkeit,
Verbindungen zu screenen, die in spezifischer Weise mit diesem neuen
Mechanismus wechselwirken. Die Erfindung gemäss einem Aspekt bezieht sich
daher auf ein Verfahren zur Identifizierung von Verbindungen, die
fähig sind,
einen synergistischen Effekt eines Steroid-Rezeptors und eines Rel-Proteins
auf regulatorischen Elementen zu modulieren, umfassend die Schritte
des:
- – des
Lieferens einer Zelle, welche ein regulatorisches Element umfasst
und fähig
ist, in synergistischer Weise durch einen Steroid-Rezeptor und ein
Rel-Protein aktiviert zu werden, wobei diese Zelle zusätzlich ausreichende
Niveaus des besagten Steroid-Rezeptors und des besagten Rel-Proteins
oder funktioneller Äquivalente
davon umfasst, um die synergistische Aktivierung auf dem regulatorischen
Element zu gestatten,
- – des
Kontaktierens der besagten Zelle mit mindestens einer Verbindung,
- – des
Bestimmens, ob die Aktivierung des regulatorischen Elementes durch
die Verbindung moduliert wird.
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Verbindungen,
die fähig
sind, den synergistischen Effekt eines Rel-Proteins und eines Steroid-Rezeptors
zu modulieren, können
Verbindungen sein, die den synergistischen Effekt stimulieren oder inhibieren.
Beispiele von bekannten Verbindungen, die fähig sind, den synergistischen
Effekt von manchen Steroid-Rezeptoren und Rel-Proteinen auf den Promotor
des Serotonin 1A Rezeptors oder den E-Selektin Promotor zu stimulieren,
sind in den Beispielen gegeben.
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Funktionale Äquivalente
der Rel-Proteine in diesem Bezug sind so zu verstehen, wie ein Protein-Komplex
der Rel-Familie, die eine Homologie in dem Rel-Bereich teilen und
in der Gen-Regulierung involviert sind (Liou and Baltimore, Current
Opinion in Cell Biology, 5: 477–487,
1993) umfassend, aber nicht begrenzt auf NF-κB1,
Lyt-10, cRel, RelA und RelB. Auch sind funktionale Äquivalente
von NF-κB umfasst,
die eine bestimmte biologische Funktion beibehalten, vorzugsweise
Fragmente, die mindestens den Transaktivations-Bereich zusammen
mit dem DNS-Bindungsbereich von NF-κB enthalten.
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Unter „Regulatorischem
Element" oder „Promotor" ist eine DNS- Sequenz gemeint,
die fähig
ist, direkt oder indirekt RNS Polymerase in einer Zelle zu binden
und die Transkription einer stromabwärts (3' Richtung) Kodier-Sequenz zu imitieren.
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Ein
Promotor kann mit einem heterologen Reporter-Gen verbunden sein,
welches fähig
ist, die Aktivierung des regulatorischen Elementes zu signalisieren.
In solch einem Konstrukt beeinflusst der Promotor die Transkription
von dem heterologen Gen. Geeignete Reporter-Gene sind beispielsweise
Luziferase, Chloramphenicol Acetyl Transferase, Beta Galctosidase
und abgegebene plazentale alkaline Phosphatase.
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„Funktionale Äquivalente" von ER in diesem Bezug
sind so zu verstehen als Fragmente von ER, die mindestens den AF-1 Übertragungsbereich
des ERα zusammen
mit dem DNS-Bindungsbereich von ERα umfassen.
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Der
Begriff „Funktionale Äquivalente" im Allgemeinen ist
so zu verstehen als ein Molekül,
welches fähig
ist, dieselbe biologische Funktion wie das Molekül auszuführen, auf welches es sich bezieht.
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Levels
der Steroid-Rezeptoren und des Rel-Proteins in der Zelle müssen ausreichend
sein, um die synergistische Aktivierung des regulatorischen Elementes
auszulegen. Dies kann erreicht werden durch Auswahl einer geeigneten
Zelle, die in konstitutiver Weise den Steroid-Rezeptor und das Rel-Protein
in ausreichenden Niveaus erzeugt oder in der die Steroid-Rezeptor
und Rel-Protein Expression durch die Hinzufügung von geeigneten Faktoren induziert
werden kann. Alternativ können
der Steroid-Rezeptor und das Rel-Protein in die Zelle transfektiert
werden unter Einsatz geeigneter rekombinanter DNS-Vektoren und solche
Transfektions-Methoden sind
im Stand der Technik bekannt.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bezieht
sich die Erfindung auf ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem
der besagte Steroid-Rezeptor ausgewählt wird aus der Gruppe, welche
aus dem Östrogen-Rezeptor α, dem Östrogen-Rezeptor β und/oder
dem Mineralcortocoid-Rezeptor besteht oder funktionalen Äquivalenten
davon.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
bezieht sich das Verfahren auf ein Verfahren wie oben beschrieben,
bei dem das Rel-Protein ausgewählt
wird aus der Gruppe, bestehend aus NF-κB, Lyt10, cRel, RelA und RelB
oder funktionalen Äquivalenten
davon.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
bezieht sich das Verfahren auf ein Verfahren wie oben beschrieben,
wobei das regulatorische Element ein Promotor für das 5HT1-A Rezeptor-Gen oder
ein funktionales Äquivalent
davon ist.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren wie oben beschrieben,
wobei das regulatorische Element ein Promotor für das E-Selektin Gen oder ein funktionales Äquivalent
davon ist.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren wie oben beschrieben,
wobei die besagte Zelle mit einem Reporter-Gen transfektiert wird,
welches fähig ist,
die Aktivierung des regulatorischen Elementes zu signalisieren.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Zelle, die mit Nukleinsäure transfektiert
ist, umfassend einen Promotor für
das 5HT1A Rezeptor-Gen oder ein funktionales Äquivalent davon, und ein Repor ter-Gen,
welches fähig
ist, die Aktivierung des Promotors für das 5HT1A Rezeptor-Gen zu
signalisieren, wobei die besagte Zelle weiterhin umfasst:
Nukleinsäure, kodierend
einen Steroid-Rezeptor, fähig,
in funktionaler Weise den besagten Steroid-Rezeptor oder ein funktionales Äquivalent
davon innerhalb der Zelle zu exprimieren, und auch umfassend eine
Nukleinsäure,
die ein Rel-Protein oder ein funktionales Äquivalent davon kodiert, fähig, in
funktionaler Weise das besagte Rel-Protein innerhalb der Zelle zu
exprimieren.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Zelle gemäss der Erfindung, wobei der
besagte Steroid-Rezeptor ausgewählt
wird aus der Gruppe, bestehend aus dem Östrogen-Rezeptor α, dem Östrogen-Rezeptor β und/oder
dem Mineralocorticoid-Rezeptor oder funktionalen Äquivalenten
davon.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Zelle gemäss der Erfindung, bei der das
Rel-Protein ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus NF-κB, Lyt-10, cRel, RelA, und RelB
oder funktionalen Äquivalenten
davon.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Zelle gemäss der Erfindung, bei der die
Nukleinsäure
einen Promotor für
das 5HT1A Rezeptor-Gen umfasst und die Nukleinsäure einen Steroid-Rezeptor
kodiert und/oder die Nukleinsäure
ein Rel-Protein kodiert oder funktionale Äquivalente davon, die in die
Zelle transfektiert werden.
-
Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Zelle, die mit Nukleinsäure transfektiert
ist, umfassend einen Promotor für
das E-Selektin-Gen
oder ein funktionales Äquivalent
davon und Nukleinsäure,
kodierend einen Steroid-Rezeptor, der fähig ist, in funktionaler Weise
den besagten Steroid-Rezeptor oder ein funktiona les Äquivalent
davon innerhalb der besagten Zelle zu exprimieren und auch umfassend
eine Nukleinsäure,
kodierend ein Rel-Protein oder ein funktionales Äquivalent davon, fähig, das
besagte Rel-Protein
innerhalb der Zelle zu exprimieren.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Zelle gemäss der Erfindung, bei der der
besagte Steroid-Rezeptor aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Östrogen-Rezeptor α, dem Östrogen-Rezeptor β und/oder
dem Mineralocorticoid-Rezeptor oder funktionalen Äquivalenten
davon bezieht.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Zelle gemäss der Erfindung, bei der das
Rel-Protein ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus NF-κB, Lyt-10, CRel, RelA und RelB,
oder funktionalen Äquivalenten
davon.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Zelle gemäss der Erfindung, bei der die
besagte Zelle mit einem Reporter-Gen transfektiert ist, welches
fähig ist, die
Aktivierung des Promotors für
das E-Selektin-Gen zu signalisieren.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Zelle gemäss der Erfindung, bei der die
Nukleinsäure
einen Promotor für
das E-Selektin-Gen
umfasst und die Nukleinsäure
einen Steroid-Rezeptor kodiert und die Nukleinsäure ein Rel-Protein kodiert
oder funktionale Äquivalente
davon mit der Zelle transfektiert werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Zelle wie oben
beschrieben für
die Identifikation von Verbindungen, die das Niveau des Serotonin-Rezeptors
in dem Gehirn modulieren. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
beeinträchtigen
die Verbindungen, die den synergistischen Effekt der Steroid-Rezeptoren
und der Rel-Proteine modulieren, nicht die Mechanismen, mit de nen
Rel-Proteine oder Steroid-Rezeptoren in individueller Weise ein regulatorisches
Element beeinflussen. Diese Verbindungen liefern eine Selektivität, die für den klinischen Einsatz
der Erfindung höchst
wünschenswert
ist.
-
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1.
Die synergistische Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promotors durch NF-κB und menschliches
ERα. (A)
COS-1 Zellen sind in transienter Weise mit dem –901luc Reporter-Konstrukt
mit leeren Expressionsvektoren oder Expressionsvektoren transfektiert
worden, die für
p50 und p65 Untereinheiten von NF-κB (weisse Balken) in Kombination mit
Expressionsvektoren, die ERα oder
ERβ kodieren (gestrichelte
Balken) und mit 10–8 M E2 (schwarze Balken)
während
24 Stunden behandelt worden sind. Dargestellt ist die Induktion
der Luziferase-Aktivität, die
durch NF-κB
hervorgerufen wird, über
Zellen, die mit dem leeren Expressionsvektor transfektiert worden
sind. Balken bedeuten den Mittelwert von mindestens 3 unabhängigen Experimenten
plus/minus einer Standardabweichung (B) COS-1 Zellen sind in transienter
Weise mit 4 × NF-κB(HIV)tkluc
in Kombination mit einem leeren Expressionsvektor oder Expressionsvektoren
transfektiert worden, die p50 und p65 Untereinheiten von NF-κB kodieren,
und Expressionsvektoren, die ERα oder
ERβ kodieren.
Die Zellen sind entweder unbehandelt (weisse Balken) oder mit 10–8 M
E2 (schwarze Balken) während 24 Stunden behandelt.
Dargestellt ist die Induktion der Luziferase-Aktivität, die durch
NF-κB hervorgerufen
wird, über
Zellen, die mit dem leeren Expressionsvektor transfektiert worden
sind. Balken bedeuten den Mittelwert von wenigstens drei unabhängigen Experimenten
plus/minus einer Standardabweichung.
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2.
Wichtigkeit der κB-Elemente
in der 5-HT1A Rezeptor-Promotor
Regulierung durch NF-κB
und menschliches ERα.
(A) Schematische Darstellung von Luziferase (luc) Reporter-Konstrukten, die
eingesetzt worden sind, enthaltend Ratten 5-HT1A Rezeptor (5-HT1AR)
Promotor-Löschungen. Die
zwei offenen Kreise (O) stellen NF-κB-Bindungsorte dar. (B) COS-1
Zellen sind in transienter Weise mit den verschiedenen Reporter-Konstrukten
wie angezeigt transfektiert worden, zusammen mit dem leeren Expressionsvektor
oder Expressionsvektoren, welche die p50 und p65 Untereinheiten
von NF-κB (weisse
Balken) in Kombination mit Expressionsvektoren, die ERα kodieren
(gestrichelte Balken) und mit 10–8 M
E2 (schwarze Streifen) während 24 Stunden behandelt
worden sind. Dargestellt ist die Induktion von Luziferase-Aktivität, die durch
NF-κB über Zellen hervorgerufen
wird, die mit dem leeren Expressionsvektor transfektiert worden
sind. Balken stellen den Mittelwert von mindestens drei unabhängigen Experimenten
dar plus/minus einer Standardabweichung.
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3.
OH-T, aber nicht ICI, kann die Aktivität des 5-HT1A Rezeptor-Promoters
durch NF-κB
und menschliches ERα verbessern.
(A) COS-1 Zellen sind transient mit dem 901luc Reporterkonstrukt
zusammen mit einem leeren Expressionsvektor oder Expressionsvektoren
transfektiert worden, die die p50 und p65 Untereinheiten von NF-κB in Kombination
mit Expressionsvektoren kodieren, die ERα kodieren, und mit E2, OH-T oder ICI für 24 Stunden wie angezeigt
behandelt worden. Dargestellt ist die Induktion der Luziferase-Aktivität, die durch
NF-κB über Zellen
hervorgerufen wird, die mit dem leeren Expressionsvektor transfektiert
worden sind. Die Balken entsprechen dem mittleren von mindestens
drei unabhängigen
Experimenten +/– eine
Standardabweichung.
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4.
Die Transaktivierungs-Funktion von p65 ist erforderlich für die synergistische
Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promoters
durch NF-κB
und menschliche ERα.
COS-1 Zellen sind transient mit dem –901luc Reporterkonstrukt zusammen
mit einem leeren Expressionsvektor oder Expressionsvektoren transfektiert worden,
die p50, p65, p65RHD oder p65Nsi wie angezeigt (weisse Balken) in
Kombination mit Expressionsvektoren transfektiert worden sind, die
ERα (schraffierte
Balken) kodiert, und mit 10–8 M E2 für 24 Stunden
behandelt worden sind (schwarze Balken). Dargestellt ist die Induktion
der Luziferase-Aktivität,
die durch NF-κB
Untereinheiten über
Zellen hervorgerufen wird, die mit dem leeren Expressionsvektor
transfektiert worden sind. Die Balken entsprechen dem mittleren
von mindestens drei unabhängigen
Experimenten +/– eine
Standardabweichung.
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5.
Die synergistische Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promoters durch Maus
ERα tritt
in einer AF-2 unabhängigen
Art und Weise auf. (A) COS-1 Zellen sind transient mit dem –901luc
Reporterkonstrukt zusammen mit einem leeren Expressionsvektor oder
Expressionsvektoren transfektiert worden, die die p50 und p65 Untereinheiten
NF-κB in Kombination
mit Expressionsvektoren kodieren, die Maus ERα, ERβ, ERα 121–599, ERα 1–339 oder ERα C241/244A
kodieren. Zellen sind entweder unbehandelt (gestrichelte Balken)
oder mit 10–8 M
E2 (schwarze Balken) für 24 Stunden behandelt worden. Dargestellt
ist die Induktion der Luziferase-Aktivität, die durch NF-κB über Zellen
hervorgerufen worden ist, die mit dem leeren Expressionsvektor transfektiert
worden sind. Balken entsprechen dem Mittelwert von einem von mindestens
drei unabhängigen
Experimenten +/– Standardabweichung.
(B) COS-1 Zellen sind transient mit 3 × ERE-TATAluc in Kombination mit
einem leeren Expressionsvektor oder Expressionsvektoren transfektiert
worden, die Maus ERα, ERβ, ERα 121–599, ERα 1–339 oder
ERα C241/244A
kodieren. Zellen sind entweder unbehandelt gewesen (gestrichelte
Balken) oder mit 10–8 M E2 für 24 Stunden
behandelt worden (schwarze Balken). Dargestellt ist die Induktion
von Luziferase-Aktivität, die
durch ER über
Zellen hervorgerufen worden ist, die mit dem leeren Expressionsvektor
transfektiert worden sind. Balken entsprechen dem Mittelwert von einem
von min destens drei unabhängigen
Experimenten +/– eine
Standardabweichung.
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6.
Der A/B Bereich des ERα ist
wesentlich für
die synegistische Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promoters. (A)
COS-1 Zellen sind transient mit dem –901luc Reporterkonstrukt zusammen
mit einem leeren Expressionsvektor oder Expressionsvektoren transfektiert
worden, die p50 und p65 Untereinheiten von NF-κB in Kombination mit Expressionsvektoren
kodieren, die ERα,
ERβ, ERα/β oder ERα/β kodieren.
Zellen sind entweder unbehandelt gelassen worden (gestrichelte Balken)
oder für
24 Stunden mit 10–8 M E2 behandelt
worden (schwarze Balken). Dargestellt ist die Induktion von Luziferase-Aktivität, die durch
NF-κB über Zellen
hervorgerufen worden ist, die mit leerem Expressionsvektor transfektiert worden
sind. Balken stellen den Mittelwert von mindestens einem von drei
unabhängigen
Experimenten +/– eine
Standardabweichung dar. (B) COS-1 Zellen sind transient mit 3 × ERE-TATAluc
in Kombination mit einem leeren Expressionsvektor oder Expressionsvektoren
transfektiert worden, die menschliches ERα, ERβ, ERα/β oder ERβ/α kodieren. Zellen sind entweder
unbehandelt gelassen worden (gestrichelte Balken) oder sind für 24 Stunden
mit 10–8 M
E2 behandelt worden (schwarze Balken). Dargestellt
ist die Induktion der Luziferase-Aktivität, die durch ER über Zellen
hervorgerufen worden ist, die mit dem leeren Expressionsvektor transfektiert
worden sind. Balken stellen den Mittelwert von mindestens einem
von drei unabhängigen
Experimenten +/– eine
Standardabweichung dar.
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7.
Synergistische Aktivierung oder Transrepression des E-Selektin Promoters
durch NF-κBs
und bzw. MR oder ERα.
(A) U-2 OS-Zellen sind transient mit einem E-Selektin Promoter-Reporter
co-transfektiert worden und die Wirkungen sind von IL-1β gemessen
worden, die Co-Transfektion von MR oder eine Kombination von IL-1β mit MR in Abwesenheit
oder Anwesenheit von 0,1 Mikro M Aldosteron. (B) U-2 OS-Zellen sind
transient mit einem Luziferase-Reporter
co-transfektiert worden, der nicht den ELAM-Promoter enthält und die
Wirkungen sind von IL-1β gemessen
worden, Co-Exprimierung von
MR, oder einer Kombination IL-1β mit
MR in Abwesenheit oder Anwesenheit von 0,1 Mikro M Aldosteron. (C)
U-2 OS-Zellen sind transient mit einem E-selektin Promoter-Reporter
co-transfektiert worden und die Wirkungen sind bei IL-1β gemessen
worden, Co-Transfektion von ERα oder
einer Kombination von IL-1β mit
ERα in Abwesenheit
oder Anwesenheit von 0,1 Mikro M 17β-Estradiol. (D) U-2 OS-Zellen sind
transient mit einem synthetischen 3·NF-κB-tk Promoter-Reporter transfektiert
worden und die Wirkungen sind von IL-1β gemessen worden, Co-Transfektion
von MR oder einer Kombination von IL-1β mit MR in Abwesenheit oder
Anwesenheit von 0,1 Mikro M Aldosteron.
-
Die
Ergebnisse sind als gefaltete Induktionen im Vergleich zu unbehandelten
Zellen ausgedrückt
worden (erster Balken in jeder Figur). Alle Werte stellen Duplikate
+/– eine
Standardabweichung dar. Man beachte den Unterschied in den Skalen
bei A, B, C gegenüber
D.
-
BEISPIELE
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Beispiel 1
-
Benutztes Material und
Verfahren
-
Spezielle
Reagenzien. 17β-Estradiol
ist von Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO, USA) erhalten worden.
4-Hydroxytamoxifen und ICI 164384 sind uns freundlicherweise von
Dr. A. Wakeling, Zeneca Pharmaceuticals, Grossbritannien, überlassen
worden.
-
Zellkultur.
Affen COS-1 Zellen und menschliche 293 embryonale Nierenzellen sind
von der American Type Culture Collection (ATCC; Rockville, MD, USA)
erhalten worden und sind in einer 1:1 Mischung von DMEM und HAM's F-12 Medium (DF;
Life Technologies Inc.) kultiviert worden, mit Bikarbonat gepuffert
worden und mit 7,5% FCS versetzt worden. Dextran-beschichtete Aktivkohle
(DCC)-FCS ist unter Behandlung
von FCS mit Dextran-beschichteter Aktivkohle hergestellt worden,
um Steroide zu entfernen, wie oben beschrieben (25).
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Plasmide. –901luc
ist erzeugt worden durch teilweise Auflassung von –1588luc,
einer freundlichen Gabe von Dr. O. Meijer (Leiden, die Niederlande)
mit StyI, einfüllen
und Ligation von pGL3, aufgeschlossen mit SmaI, wieder aufgeschlossen
mit HindIII und Religation; –81luc
ist erzeugt worden durch Auflassung von –1588luc mit StyI, einfüllen und
weiterem aufschliessen mit BglII und Ligation in pGL3, aufgeschlossen
mit SmaI/BglII; –901
365Mluc und –901
64 Mluc sind hergestellt worden durch das Einfügen von Punktmutationen in
die original Promoter-Konstrukte durch ortsgerichtete Mutagenese
unter Einsatz der Oligonukleotide 5'-gagccgaattctacagactaa-3' beziehungsweise
5'-aactgcaaggagatctacatcgcccctcg-3'. –901 365/64Mluc
ist unter Aufschliessen von –901
64Mluc mit SacI/HindIII und Ligation in –901 365Mluc aufgeschlossen
mit SacII/HindIII erzeugt worden; –81 64Mluc ist hergestellt worden
durch teilweises Aufschliessen von –901 64Mluc mit StyI und Religation.
Die CMV4 Expressionsvektoren, die Volllängen cDNAs enthalten, welche
menschliches p65 (RelA), p50 (NF-κB)
und p65RHD (1–305),
p65Nsi (1–551E39I)
kodieren, sind zuvor beschrieben worden (26, 27). Die Expressionsvektoren,
die menschliches ERα kodieren (pSG5-HEGO)
und menschliches ERβ (pSG5-ERβ530) sind
freundliche Gaben von Dr. Chambon (Strasbourg, Frankreich) beziehungsweise Dr.
Gustafsson (Stockholm, Schweden). Chimerische menschliche ERα/ERβ und ERβ/ERα Rezeptoren
sind beschrieben worden (28) und enthalten den A/B Bereich von ERα und die
Bereiche C, D, E, F von ERβ in
der ERα/ERβ Chimäre und enthielten
den A/B Bereich von ERβ und
die Bereiche C, D, E, F, von ERα in
der ERβ/ERα Chimäre. Maus
ERα (pMT2MOR),
ERα 1–339, ERα 121–599 und
ERα C241/244A
(29) sind uns freundlicherweise von Dr. Parker (London, Grossbritannien)
zur Verfügung
gestellt worden. Die Reporterplasmide, die eingesetzt worden sind,
4 × NF-κB(HIV)tkluc
und 3 × ERE/TATA-luc,
sind oben beschrieben worden (30,31).
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Transiente
Transfektionen. Für
transiente Transfektionen sind COS-1 Zellen und 293 Zellen in 24-Probenplatten
in DF+ versetzt mit 5% DCC-FCS kultiviert worden. Die Zellen sind
transfektiert worden unter Einsatz von Calciumphosphat Co-Ausfällung mit
0,4 Mikrogramm von Luziferase-Reporter, 0,6 Mikrogramm von PDMlacZ
und 0,2 Mikrogramm der angezeigten Exprimierungs-Plasmide. PBluescript
SK ist eingesetzt worden, um die Gesamtmenge von 1,8 Mikrogramm
von DNS/je Proben zu erhalten. Nach 16 Stunden ist das Medium aufgefüllt worden
und angezeigte Hormone sind hinzugefügt worden. Die Zellen sind
24 Stunden später
geerntet worden und für Luziferase-Aktivität unter
Einsatz des Luclite Luziferase-Reporter-Gen Assay kit (Packard Instruments, CT)
gemäss
den Vorgaben des Protokolls des Herstellers und dem Topcount Flüssig Szintillationszähler (Packard
Instruments, CT) geassayt worden. Werte sind für die Transfektionseffizienz
durch Messung der beta-galactosidase Aktivität korrigiert worden (32).
-
Beispiel 2
-
Synergistische Aktivierung
des 5-HT1A Rezeptor-Promoters durch NF-κB und ER.
-
Um
die Wirkung der Östrogene
auf die 5-HT1A Rezeptor-Promoter Aktivität zu bestimmen, haben wir in
transienter Weise COS-1 Zellen mit einem Reporterkonstrukt transfektiert,
welches den 5HT1A Rezeptor-Promoter zusammen mit einem Expressionsvektor enthalten
hat, der ERα oder
ERβ kodiert.
Wie in der 1A dargestellt, hatte die Co-Transfektion
von ERα oder
ERβ und
die Behandlung der Zellen mit 17β-Estradiol
(E2) kaum eine Wirkung auf die 5-HT1A Promoter
Aktivität.
Dennoch zielt, neben direkter Regulierung ER Zielgene indirekt durch
die Wechselwirkung von ER mit anderen Transkriptionsfaktoren. Es
ist gezeigt worden, dass die vermeintlichen NF-κB Bindungsorte in dem –901luc
5HT1A Rezeptor-Promoterkonstrukt vorhanden sind (siehe 2A) und Transfektion dieses Reporterkonstrukts
mit Expressionsvektorens, die p50 und p65 Untereinheiten von NF-κB kodieren,
resultieren in einer zehnfachen Induktion des Reporters. Interessanterweise
ergab die Co-Transfektion vom ERα in
Kombination mit NF-κB
nun eine enorme Induktion der Promoter-Aktivität, die weiter verbessert werden
konnte durch Hinzufügen
von E2 (1A).
Im Gegensatz zu ERα zeigte
ERβ eine
sehr viel kleinere Induktion, wenn es mit NF-κB co-transfektiert worden ist
und keine Wirkung von E2 konnte beobachtet
werden. Ähnliche
Ergebnisse sind in 293 Zellen (Resultate nicht dargestellt) erhalten
worden, obwohl der Aktivierungslevel von ERα weniger hoch war als der verglichen
mit den COS-1 Zellen. Diese Ergebnisse zeigen, dass der 5-HT1A Rezeptor-Promoter
in synergistischer Weise durch NF-κB und ER aktiviert werden konnte.
-
In
der Vergangenheit haben verschiedene Gruppen eine unterdrückende Wirkung
von Östrogenen
auf die NF-κB
Aktivität
berichtet (33–35).
Daher haben wir auch die Wirkung von Östrogen auf ein Reporterkontrakt
studiert, welches vier NF-κB
Elemente aus dem HIV-LTR vor dem Thymidin-Kinasepromoter enthalten
hat, welches mit Luziferase gekoppelt worden ist, in Kombination
mit Exprimierungs-Konstrukten, die ERα oder ERβ kodieren und die p50 und p65 Untereinheiten
von NF-κB.
Auf diesem Reporter-Konstrukt resultierte die Co-Transfektion ERα in der Repression
der transkriptionalen Aktivität
von NF-κB
bereits in Abwesenheit vom Hormon, während die Hinzufügung von
Hormon in einer weiteren Repression resultiert (1B).
Die Co-Transfektion von ERβ zeigte
auch einige Repression der NF-κB
Aktivität. Ähnliche
Ergebnisse sind in den 293 Zellen (Resultate nicht dargestellt)
erhalten. Diese Ergebnisse zeigen an, dass, während ER als ein transkriptionaler Unterdrücker von
NF-κB auf
ein synthetischen NF-κB Reporter-Konstrukt
wirkt, welches auf einer gemeinsamen Antwort-Element von dem ICAM-Promoter basiert,
ER als ein transkriptionaler Aktivator mit NF-κB auf dem 5-HT1A Rezeptor-Promoter wirkt.
-
Beispiel 3
-
Involvieren von NF-κB Elementen
in 5-HT1A Rezeptor-Promoter Regulierung durch NF-κB und ER.
-
Um
die Wirkung von ER auf dem 5-HT1A Rezeptor-Promoter zu lokalisieren,
sind verschiedene Promoter-Löschungskonstrukte
eingesetzt worden (2A). Die Mutation
von beiden NF-κB
Elementen (–901
365/64Mluc) hob die Wirkung von NF-κB auf den 5-HT1A Rezeptor-Promotor
vollkommen auf (2B). Dennoch war ERα nur in Verbindung
mit NF-κB
immer noch fähig,
die Promoter-Aktivität
so effizient zu induzieren, wie auf dem Wildtyp-Promoter (–901luc).
In gleicher Weise konnte das Promoter-Konstrukt –81luc nicht durch NF-κB induziert
werden, obwohl es immer noch ein NF-κB Element enthalten hat. Dennoch
war auch bei diesem Promoter-Konstrukt
die Wirkung von ERα mit
NF-κB beibehalten
worden. Wenn das einzige NF-κB
Element, welches in dem 81luc Konstrukt vorhanden war, mutierte
(–81 64Mluc),
war die ERα Wirkung
fast vollständig
aufgehoben. So involvierte die synergistische Aktivierung des 5-HT1A
Rezeptor-Promoters NF-κB Bindungsorte,
obwohl die Aktivierung des Promoters durch NF-κB selbst nicht erforderlich
war für
die Wirkung von ER. Diese Ergebnisse suggerieren, dass die synergistische
Promoter-Aktivierung durch ER unabhängig von der DNS-Bindung ist
und Protein-Proteinwechselwirkungen um fasst.
-
Beispiel 4
-
Wirkung von Antiöstrogenen
auf den 5-HT1A Rezeptor-Promoter.
-
Antiöstrogene
sind beschrieben worden, dass sie unterschiedliche Wirkungen abhängig vom Promoter-Kontext
und der Rezeptor-Untertypen
hat. In Transaktivierungsexperimenten unterdrückte OH-T die Transkription
der Gene, die durch eine klassische ERE reguliert worden sind, während es,
wie E2, die Transkription der Gene aktivierte,
die unter der Steuerung eines AP-1 Elementes mit ERα sind (22). Wir
untersuchten die Wirkung der Antiöstrogene auf den 5-HT1A Rezeptor-Promoter
unter Einsatz des partiellen Antagonisten OH-T, welcher AF-2 blockiert und
den „reinen" Antagonisten ICI
164384 (ICI), welcher AF-1 und AF-2 blockiert. Wie in der 3 dargestellt
verbesserte die ICI-Behandlung nicht die Aktivität des 5-HT1A Rezeptor-Promoters
durch ERα und
NF-κB, während OH-T
in der transkriptionalen Aktivierung so potent wie E2 gewesen
ist. Diese Daten zeigen an, dass der partielle Antagonist OH-T,
immer fähig,
AF-1 zu aktivieren, so potent wie E2 in
synergistischer Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promoters durch
Erα ist.
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Beispiel 5
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Bereiche von NF-κB und ER,
die in der synergistischen Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promoters involviert
sind.
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Um
die Wesentlichkeit der Transaktivierungsfunktion von NF-κB zu bestimmen,
wurde die Wirkung der Löschung
der Transaktivierungsbereiche oder das Verhindern der DNS-Bindungsfunktion der
p65-Untereinheit
von NF-κB
auf die Fähigkeit
hin untersucht, in synergistischerweise die 5-HT1A Rezeptor-Promoter
mit ER in einem transienten Transfektions-Assay zu aktivieren. Während die
Co-Transfektion
von p50 und p65 oder p65 alleine in starker Weise den Promoter in
Kombination mit ERα und
E2 aktiviert, hat die Co- Transfektion mit p50 alleine, welche
noch keine Transaktivierungsfunktion hat, kaum eine Wirkung. Die
Löschung
der Transaktivierungsbereiche von p65 resultierte in einem Konstrukt,
das nur die Rel-Homolgiebereich (p65RHD) enthalten hat. P65RHD war
immer noch fähig,
mit der DNS (27) zu binden, war aber unfähig, den Promoter sowohl in Abwesenheit
oder auch in Anwesenheit von ERα und E2 zu aktivieren. Die DNS-bindungsdefektive
Mutante (p65Nsi) enthielt immer noch intakte Transaktivierungsbereiche,
war aber auch unfähig,
um in synergistischer Weise den Promoter zu aktivieren. Zusammengenommen
zeigen diese Daten, dass sowohl die Transaktivierungsfunktion als
auch die DNS-Bindungsfunktion von p65 wesentlich sind für die synergistische
Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promoters durch ER.
-
Um
die Bereiche von ERα zu
identifizieren, die in de Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promoters
involviert ist, sind Löschungs-Konstrukte von Maus
ERα eingesetzt
worden, denen ein Teil des A/B-Bereichs fehlt, enthaltend AF-1,
oder denen ein Teil des Liganden-Bindungsbereichs fehlt, enthaltend AF-2.
Während
die Löschung
des A/B-Bereichs (ERα 121–599) vollständig die
synergistische Aktivierung des Promoters unterbindet, resultierte
die Löschung des
Liganden-Bindungsbereichs (ERα 1–339) in
einem Rezeptor, der mindestens so aktiv war wie das ERα Wild-Typus
(5A). Die DNS-bindende fehlerhafte
Mutante von ERα (ERα C241/244A)
war unfähig,
den 5-HT1A-Rezeptor-Promoter zu aktivieren, möglicherweise aufgrund dessen,
dass ein funktionaler DNS-Bindungsbereich
notwendig ist für
die Wechselwirkung mit NF-κB
(34). Man beachte, dass in Gegensatz zu menschlichem ERα, keine Liganden-Abhängigkeit
für Maus-ERα in der synergistischen
Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor Promoters beobachtet werden konnte.
Diese synergistische Aktivierung des Promoters durch ERα konnte nur
in Kombination mit NF-κB
beobachtet werden, obwohl in Abwesenheit von NF-κB eine kleine Aktivierung des
Promoters mit ERα 1–339 (Ergebnisse
nicht dargestellt) gefunden werden konnte. In einem Kontroll-Experiment
sind ERα,
ERβ und
die Löschungs-Mutanten mit einem Reporter-Konstrukt
co-transfektiert worden, welches drei Kopien eines Consensus-ERE
und einer TATA-Box enthalten hat, welche mit Luziferase verbunden
worden ist, um ihre Fähigkeit
festzustellen, die Transkription aus einem klassischen ERE zu aktivieren.
Wie in der 5B dargestellt, stimulieren
sowohl ERα als
auch ERβ die
Transkription von 3 × ERE-TATA-luc,
obwohl die transkriptionale Aktivität von ERβ signifikant geringer war als
diejenige von ERα,
was ein Phänomen
ist, welches bereits vorgängig
beschrieben worden ist (28). Beide Löschungs-Mutanten, entweder mit fehlendem AF-1
oder fehlendem AF-2, stimulierten die Transkription aber sehr viel
weniger effizient als das Wild-Tpyus ERα, darauf hinweisend, dass die
Transaktivierungs-Bereiche fähig sind,
dieses Promoter-Konstrukt zu synergisieren. Weiterhin ist gezeigt
worden, dass ERα 1–339 bereits maximal
in Abwesenheit des Liganden aktiviert worden ist, klar die Liganden-unabhängige Aktivität von AF-1
anzeigend. Wie erwartet, war die DNS-bindende fehlerhafte Mutante
ERα C241/244A
unfähig,
dieses Reporter-Konstrukt zu aktivieren.
-
Da
Unterschiede zwischen –ERα und ERβ in Bezug
auf ihre Potenz der Aktivierung von 5-HT1A Rezeptor-Promoter beobachtet
worden sind, sind chimäre
Konstrukte mit ERα und
ERβ eingesetzt
worden, um weiterhin die Bereiche von ERα und ERβ zu bestimmen, die in diese
Aktivierung involviert sind. Der Ersatz des A/B-Bereichs von ERβ mit dem A/B-Bereich
von ERα (ERα/β) resultierte
in einem chimären
Rezeptor, der noch potenter war als das Wild-Typus ERα bei der
Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor Promoters (6A).
Dennoch unterdrückte der
Ersatz des A/B-Bereichs von ERα mit
dem A/B-Bereich von ERβ (ERβ/α) fast vollständig die
Fähigkeit
des Rezeptors, in synergistischer Weise den Promoter zu aktivieren.
Wiederum konnte diese synergistische Aktivierung des Promoters durch
ERα und
ERα/β nur in der
Kombination mit NF-κB
beobachtet werden, obwohl in Abwesenheit von NF-κB eine kleine Liganden-unabhängige Aktivierung
des Promoters mit ERα/β gesehen
werden konnte (Ergebnisse nicht dargestellt). In einem Kontroll-Experiment sind beide
chimäre
Konstrukte fähig
gewesen, die Transkription aus 3 × ERE-TATA-luc so effizient wie
das Wild-Typus ERα zu
aktivieren, während
manche Liganden-unabhängige
Aktivität
nur mit ERα/β beobachtet
werden konnte (6B). Diese Ergebnisse
führen
dazu, dass die synergistische Aktivierung des 5-HT1A Rezeptor-Promoters durch ERα und NF-κB unabhängig von
dem DNS-Bindungsbereich und dem A/B-Bereich von ERα ist, welcher
AF-1 enthält. Zusammengefasst übt Östrogen
wesentliche Wirkungen auf die Gemütsverfassung und den Seelenzustand
aus. Die Fähigkeit
von Östrogen,
die serotonergischen Funktionen zu modulieren, erhöht die Wahrscheinlichkeit,
dass es eine Rolle in den Mechanismen spielt, die mit Depression
und deren Behandlung verbunden sind. Ein zellularer Mechanismus
für Östrogen,
um die Gemütsverfassung
zu beeinflussen, könnte
durch die Regulierung durch Gene geschehen, die zu unterschiedlichen
Niveaus des Serotonin-Systems gehören. Hier berichten wir, das Östrogen
die Exprimierung des Serotonin 1A-Rezeptors über einen neuen Mechanismus
auf regulieren kann, der die synergistische Aktivierung durch NF-κB mit dem Östrogen-Rezeptor
umfasst. Das teilweise Anti-Östrogen
4-Hydroxytamoxifen hat dieselbe Wirkung wie ein Östrogen. Zusätzlich zeigte
die Mutations-Analyse, dass sowohl die Transaktivierungs-Funktion
von p65 und die Aktivierungs-Funktion 1 des Östrogen-Rezeptors α wesentlich
sind für die
synergistische Regulierung. Daher schlagen wir vor, das NF-κB Komplexe
mit dem Östrogen-Rezeptor
kooperieren, um Co-Faktoren in dem Komplex herzustellen und damit
in synergistischer Weise den Serotonin-1A Rezeptor-Promoter durch
nicht-klassische Östrogen-Antwort-Elemente durch einen
Mechanismus zu aktivieren, der nicht die direkte Rezeptor-Bindung
an die DNS involviert.
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Beispiel 6
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Materialien und Methoden
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Spezielle
Reagenzien. Aldosteron (N. V. Organon) ist in einer Konzentration
von 0.1 Mikromol eingesetzt worden. Rekombinantes menschliches IL-1β ist von
Genzyme gekauft worden und ist in einer Konzentration von 100 μ/ml eingesetzt
worden.
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Zell-Kultur.
Menschliche Osteosarkom U-2 OS-Zellen sind aus der American Type
Culture Collection (ATCC; Rockville, MD) erhalten worden und sind
in M505 kultiviert worden, einer 1:1 Mischung von Phenolrot-freiem
DMEM und Ham's F-12
Medium (DF; Life Technologies Inc.), gepuffert mit Bicarbonat und
versehen mit 10% FCS.
-
Plasmide.
-
PGL3-ELAM
ist konstruiert worden durch Klonen des Teils des E-Selektin-Promoters
in SacI und Xho I-Orten des PGL3-basic (Promega). Der E-Selektin
Promoter-Bereich ist durch PCR aus menschlicher genomischer DNS
erhalten worden, einsetzend die Oligonukleotid Primer 5'ctgcagatctgagtttctgacatcattgta-3' und 5'atcattcgaagaagtcagccaagaacagct-3'. Das PCR-Produkt
ist in pCRTM2.1 (TA-Cloning kit, Invitrogen)
subkloniert worden, aufgeschlossen mit SacI und XhoI und nachfolgend
in pGL3-basic angebunden worden.
-
Das
Luziferase Reporter Plasmid 3·NF-κB-TK ist
konstruiert worden durch Einführen von
drei Wiederholungen des NF-κB
Bindungsortes von dem ICAM Promoter (van de Stolpe, A., Caldenhoven,
E., Stade, B. G., Koendermans, L., Raaijmakers, J. A. M., Johnson,
J. P. & van der
Saag, P. T. (1994) J. Biol. Chem. 269: 6185–6192) vor dem Herpes Simplex
Virus Thymidin Kinase (HSV-TK) Promoter. Der TK Promoter ist in
dem BgI II-Ort von pGL3-basic (Promega) geklont worden. Die dreifache
Wiederholung von NF-κB
Bindungsorten ist konstruiert worden durch Annealierung der Oligonukleotid
Primer 5'catacggtaagcttggggtcatcgccctgccaccgccgcccgattgctttagcttggaaattccgga-3' und 5'gtatgccaaagcttctccggaatttccaagctccggaatttccaagctccggaatttccaagctaaa-3' gefolgt von der
PCR-Verstärkung und
dem Subklonieren in dem PCRTM2.1 Vektor.
Der Einsatz ist unter Einsatz von HindIII herausgeschnitten worden,
mit Klenow DNS-Polymerase aufgefüllt und
in den SmaI Ort von pGL3-tk-luc angebunden worden.
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Der
pNGV1-hMR Expressionsvektor enthält das
Wild-Typus menschlicher MR unter Steuerung des SV40 Promoters und
der PKCRE-ERα Expressionsvektor
enthält
das Wild-Tpyus menschliches ER unter Steuerung des SV40 Promoters.
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Transiente Transfektionen.
-
Für transiente
Transfektionen sind U-2 OS Zellen in sechs Probenplatten gesät worden.
Nach zwei oder drei Tagen sind die Zellen mit Reporter, Expressionsvektoren
und β-Galactosidase
Kontroll-Vektor transfektiert worden. Zwei unterschiedliche Experimentier-Aufbauten
sind eingesetzt worden. Um die synergistischen Effekte von MR mit IL-1β zu testen,
sind Zellen mit 1 Mikrogramm pGL3-ELAM oder 3·NF-κB-TK, 1 Mikrogramm pNGV1-hMR
oder 1 Mikrogramm PKCRE-ERα und 0.25
Mikrogramm von β-Galactosidase
Kontroll-Plasmid transfektiert worden. Verschiedene Mengen von transfektierter
DNS sind mit dem Expressionsvektor ohne Einsatz korrigiert worden.
Transiente Transfektion ist unter Einsatz eines Lipofektin-Reagenz
(Life Technologies) durchgeführt
worden. Transiente Transfektionen mit Lipofektin sind gemäss den Vorschlägen des
Herstellers mit einigen kleineren Änderungen durchgeführt worden.
Je Mikrogramm von zu transfektierender DNS sind 5 Mikroliter Lipofektin eingesetzt
worden und die Zellen sind mit der Transfektions-Mischung während 5
Stunden inkubiert wor den, wonach die Transfektions-Mischung abgesaugt und
durch M505 + 10% DCC-FCS ersetzt worden ist. Die transfektierten
Zellen sind über
Nacht mit Testverbindungen inkubiert worden (beispielsweise verschiedenen.
Kombinationen von IL-1β,
Dexamethason und Aldosteron) vor der Zellenlyse. Messungen von Luziferase
und β-Galactosidase
Aktivität
sind durchgeführt
worden unter Einsatz des Luziferase Assay Systems (Promega) und
Galacto-light plus (Tropix) entsprechend den Protokollen der Hersteller und
gemessen mit dem Vektor 1420 Multilabel Counter, Wallac. Erfassung
der β-Galactosidase
Aktivität ist
zur Kontrolle der Transfektions-Effizienz eingesetzt worden.
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