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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der Humangenetik.
Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Diagnose einer Prädisposition
für Brust-
und Eierstockkrebs bei einem menschlichen Individuum, welches das
Bestimmen umfasst, ob es eine 185delAG → ter39-Keimbahn-Veränderung
im BRCA1-Gen in einer Gewebeprobe des Individuums gibt, wobei die
Veränderung
eine Prädisposition
für den
Krebs anzeigt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren
zur Diagnose einer Brust- oder Eierstockläsion bei einem menschlichen
Individuum auf Neoplasie, assoziiert mit dem BRCA1-Gen-Locus, welches
das Bestimmen umfasst, ob es eine 185delAG → ter39-Mutation im BRCA1-Gen in einer Probe der
Läsion
gibt. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Nucleinsäuresonde
bereit, die 15 bis 30 Nucleotide der SEQ ID NO: 1 aufweist und die
185delAG → ter39-Mutation
enthält,
sowie Vektoren und Wirtszellen wie in den Ansprüchen definiert.
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Die
hierin zur Erhellung des Hintergrunds der Erfindung verwendeten
Veröffentlichungen
und weiteren Materialien, und insbesondere die Fälle zur Bereitstellung zusätzlicher
Einzelheiten unter Berücksichtigung
der Praxis, sind hierin durch Bezugnahme mitaufgenommen, wobei darauf
zur bequemeren Handhabung unter Nennung von Autor und Datum im folgenden
Text und entsprechender Gruppierung in der Liste der Literaturstellen
im Anhang Bezug genommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Genetik von Krebs ist kompliziert, da multiple dominante, positive
Regulatoren des transformierten Stadiums (Onkogene) als auch multiple
rezessive, negative Regulatoren (Tumorsuppressor-Gene) beteiligt sind. Über 100
Onkogene wurden beschrieben. Weniger als ein Dutzend Tumorsuppressor-Gene
wurden identifiziert, doch wird ein Anstieg der Zahl auf über 50 erwartet
(Knudson, 1993).
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Die
Beteiligung derart vieler Gene unterstreicht die Komplexität der Wachstums-Kontrollmechanismen,
die in Zellen am Werk sind, um die Unversehrtheit des gesunden Gewebes
zu erhalten. Diese Komplexität
offenbart sich in anderer Weise. Bisher konnte von keinem einzelnen
Gen eine Beteiligung an der Entwicklung aller, oder selbst der Mehrheit
der humanen Krebsformen nachgewiesen werden. Die häufigsten
onkogenen Mutationen finden sich im H-ras-Gen, das bei 10 bis 15%
aller festen Tumoren festgestellt wird (Anderson et al., 1992).
Die am häufigsten
mutierten Tumorsuppressor-Gene sind das TP53-Gen, das bei etwa 50%
aller Tumoren homozygot deletiert ist, und CDKN2, das bei 46% aller
untersuchten Tumor-Zelllinien homozygot deletiert war (Kamb et al.,
1994). Ohne ein Ziel, das allen transformierten Zellen gemeinsam
ist, erscheint der Traum einer „Zauberkugel”, die Krebszellen
zerstören
oder rückverwandeln
kann und dabei gesundes Gewebe unversehrt lässt, unwahrscheinlich. Die
Hoffnung auf eine neue Generation spezifisch gerichteter Antitumor-Wirkstoffe
beruht wohl auf der Identifizierbarkeit von Tumorsuppressor-Genen oder Onkogenen,
die Hauptrollen in der Kontrolle der Zellteilung spielen.
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Die
Tumorsuppressor-Gene, die bisher kloniert und charakterisiert wurden,
beeinflussen die Anfälligkeit
für: 1)
Retinoblastoma (RB1); 2) Wilms-Tumor (WT1); 3) Li-Fraumeni (TP53);
4) Hereditäre
adenomatöse Polyposis
(APC); 5) Neurofibromatose Typ 1 (NF1); 6) Neurofibromatose Typ
2 (NF2); 7) von Hippel-Lindau-Syndrom
(VHL); 8) Multiple endokrine Neoplasie Typ 2A (MEN2A); und 9) Melanom
(CDKN2).
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Die
Tumorsuppressor-Loci, die genetisch kartiert, doch bisher nicht
isoliert worden sind, umfassen Gene für: Multiple endokrine Neoplasie
Typ 1 (MEN1); Familiäres
Lynch-Krebs-Syndrom 2 (LCFS2); Neuroblastom (NB); Basalzellkarzinom-Syndrom
(BCNS); Beckwith-Wiedemann-Syndrom (BWS); Klarzelliges Nierenkarzinom
(RCC); Tuberöse
Sklerose 1 (TSC1); und tuberöse
Sklerose 2 (TSC2). Die Tumorsuppressor-Gene, die bisher bestimmt
wurden, kodieren für
Produkte mit Ähnlichkeiten
zu einer Vielzahl von Proteinarten, einschließlich DNA-bindender Proteine
(WT1), ergänzende
Transkriptions-Regulatoren (RB1), GTPase-aktivierende Proteine oder
GAPs (NF1), zytoskelettale Komponenten (NF2), Membran-gebundene
Rezeptor-Kinasen (MEN2A), Zellzyklus-Regulatoren (CDKN2), nebst
weiteren ohne erkennbare Ähnlichkeit
zu bekannten Proteinen (APC und VHL).
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In
vielen Fällen
wurde gezeigt, dass die ursprünglich
durch genetische Untersuchungen identifizierten Tumorsuppressor-Gene
verloren gegangen oder bei irgendwelchen vereinzelt auftretenden
Tumorformen mutiert waren. Dieses Ergebnis legt nahe, dass Regionen
von chromosomaler Abweichung für
die Position der wichtigen Tumorsuppressor-Gene, die sowohl bei
der genetischen Prädisposition
für Krebs
als auch bei vereinzelt auftretendem Krebs involviert sind, von
Bedeutung sein können.
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Eines
der Kennzeichen der bis heute bestimmten verschiedenen Tumorsuppressor-Gene besteht darin,
dass sie bei bestimmten Tumorarten in großer Häufigkeit deletiert sind. Die
Deletionen beinhalten oftmals den Verlust eines einzelnen Allels,
einen sogenannten Verlust der Heterozygotie (LOH), doch können auch eine
homozygote Deletion beider Allele umfassen. Bezüglich LOH wird das verbliebene
Allel entweder auf Grund einer vorbestehenden erblich bedingten
Mutation oder auf Grund einer sekundären sporadischen Mutation als
nicht-funktionell angenommen.
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Bei
Brustkrebs handelt es sich um eine der signifikantesten Erkrankungen,
von denen Frauen betroffen sind. Bei der derzeitigen Rate besteht
für amerikanische
Frauen ein Risiko von 1 aus 8 der Ausbildung von Brustkrebs bis
zum Alter von 95 Jahren (American Cancer Society, 1992). Die Behandlung
des Brustkrebses in einem späteren
Stadium erweist sich oftmals als wirkungslos und verunstaltend,
was dem frühen
Nachweis eine hohe Priorität
in der medizinischen Handhabung dieser Krankheit zuordnet. Eierstockkrebs,
obschon weniger häufig
als Brustkrebs, führt
oft schnell zum Tod und macht die vierthäufigste Ursache der Krebssterblichkeit
bei amerikanischen Frauen aus. Genetische Faktoren tragen zu einem
ungenau definierten Anteil der Häufigkeit
von Brustkrebs bei, der auf etwa 5% aller Fälle, doch auf etwa 25% der
vor dem Alter 40 Jahre diagnostizierten Fälle geschätzt wird (Claus et al., 1991).
Brustkrebs ist in zwei Typen unterteilt, nämlich den in jungen Jahren
und den in späteren
Jahren ausbrechenden Typus, basierend auf einer Krümmung in
der alterspezifischen Inzidenzkurve um das Alter 50 Jahre. Die Mutation
eines Gens, BRCA1, wird als für
etwa 45% des familiär
gehäuft
auftretenden Brustkrebses, doch für mindestens 80% bei den Familien
sowohl mit Brust- als auch Eierstockkrebs verantwortlich erachtet
(Esston et al., 1993).
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Es
wurden intensive Anstrengungen unternommen, um das BRCA1-Gen zu
isolieren, seit es im Jahr 1990 erstmals kartiert wurde (Hall et
al., 1990; Narod et al., 1991). Ein zweiter Locus, BRCA2, wurde
kürzlich dem
Chromosom 13q zukartiert (Wooster et al., 1994) und scheint für einen
Anteil am früh
ausbrechenden Brustkrebs von etwa demselben wie bei BRCA1, doch
einem geringeren Risiko von Eierstockkrebs verantwortlich zu sein.
Die verbliebene Anfälligkeit
für früh ausbrechenden
Brustkrebs teilt sich zwischen bisher unkartierten Genen für den familiär bedingten
Krebs und selteneren Keimbahn-Mutationen bei Genen wie TP53 auf (Malkin
et al., 1990). Es wurde auch vorgeschlagen, dass heterozygote Träger von
defekten Formen des Ataxia-Teleangectasia-Gens ein höheres Risiko
für Brustkrebs
tragen (Swift et al., 1976; Swift et al., 1991). Der spät ausbrechende
Brustkrebs ist ebenfalls häufig
familiär
bedingt, obschon die Risiken bei Blutsverwandten nicht so hoch sind
wie bei früh
ausbrechendem Brustkrebs (Cannon-Albright et al., 1994; Mettlin
et al., 1990). Allerdings ist der prozentuale Anteil dieser Fälle auf
Grund einer genetischen Anfälligkeit
unbekannt.
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Brustkrebs
ist seit langem als hereditäre
Erkrankung anerkannt (Anderson, 1972). Zahlreiche Forscher untersuchten
die Anzeichen für
eine genetische Vererbung und folgerten, dass die Daten in höchstem Maße mit der
dominanten Vererbung eines Hauptanfälligkeits-Locus oder -Loci übereinstimmen
(Bishop und Gardner, 1980; Go et al., 1983; Willams und Anderson,
1984; Bishop et al., 1988; Newman et al., 1988; Claus et al., 1991).
Jüngste
Ergebnisse zeigen, dass mindestens drei Loci existieren, die eine
Anfälligkeit
für Brustkrebs als
auch für
andere Krebsarten verleihen. Bei diesen Loci handelt es sich um
den TP53-Locus auf Chromosom 17p (Malkin et al., 1990), einen 17q-gekoppelten
Anfälligkeits-Locus,
bekannt als BRCA1 (Hall et al., 1990) und einen oder mehrere Loci,
die für
den unkartierten Rest verantwortlich sind. Hall et al. (1990) geben
an, dass die erbliche Brustkrebs-Anfälligkeit bei Familienstämmen mit
frühem
Ausbruch mit dem Chromosom 17q21 verknüpft ist; obschon spätere Untersuchungen
dieser Gruppe unter Verwendung eines geeigneteren genetischen Modells
die Beschränkung
auf den früh
ausbrechenden Brustkrebs teilweise widerlegten (Margaritte et al.,
1992).
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Die
meisten Strategien für
das Klonieren des 17q-gekoppelten Brustkrebsprädisponierenden Gens (BRCA1)
erfordern präzise
genetische Lokalisations-Studien.
Das einfachste Modell für
die funktionelle Rolle des BRCA1 geht davon aus, dass Allele des
BRCA1, die für
Krebs prädisponieren,
rezessiv gegenüber
Wildtyp-Allelen
sind; das heißt,
dass Zellen, die mindestens ein Wildtyp-BRCA1-Allel enthalten, nicht
kanzerös sind.
Zellen, die ein Wildtyp-BRCA1-Allel und ein prädisponierendes Allel enthalten,
können
jedoch gelegentlich das Wildtyp-Allel entweder durch Zufallsmutation
oder durch Chromosomenverlust während
der Zellteilung (Non-Disjunktion) verlieren. Der gesamten Nachkommenschaft
solcher mutierter Zellen fehlt die Wildtyp-Funktion des BRCA1 und
kann sich zu Tumoren entwickeln. Gemäß diesem Modell sind prädisponierende
Allele des BRCA1 rezessiv, doch wird die Anfälligkeit für Krebs in einer dominanten
Weise vererbt: Frauen, die ein prädisponierendes Allel (und ein
Wildtyp-Allel) besitzen, tragen das Risiko einer Ausbildung von
Krebs, da ihre Brustepithelzellen das Wildtyp-BRCA1-Allel spontan verlieren
können.
Dieses Modell trifft auf eine Gruppe von Krebsanfälligkeits-Loci
zu, die als Tumorsuppressoren oder Antionkogene bekannt und eine
Klasse von Genen sind, die das Retinoblastoma-Gen und das Neurofibromatosis-Gen
umfasst. Durch Schlussfolgern kann dieses Modell auch die BRCA1-Funktion
erklären,
wie kürzlich
vorgeschlagen wurde (Smith et al., 1992).
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Eine
zweite Möglichkeit
ist die, dass die BRCA1-prädisponierenden
Allele in Wirklichkeit dominant sind; das heißt, dass ein Wildtyp-Allel
von BRCA1 die Tumorbildende Rolle des prädisponierenden Allels nicht überwinden
kann. Folglich würde
eine Zelle, die sowohl das Wildtyp- als auch das mutante Allel trägt, nicht notwendigerweise
die Wildtyp-Kopie des BRCA1 verlieren, bevor sie bösartige
Zellen entstehen lässt.
Stattdessen würden
Brustzellen bei prädisponierten
Individuen (eine) andere Zufallsveränderung(en) vollziehen, die
zum Krebs führt/en.
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Wenn
BRCA1-prädisponierende
Allele rezessiv sind, so sollte das BRCA1-Gen normalerweise in gesundem
Brustgewebe, doch nicht in Brusttumoren funktionell exprimiert werden.
Sind dagegen BRCA1-prädisponierende
Allele dominant, so kann das Wildtyp-BRCA1-Gen in gesundem Brustgewebe
exprimiert werden oder auch nicht. Allerdings ist es wahrscheinlich,
dass das prädisponierende
Allel in Brusttumorzellen exprimiert wird.
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Die
17q-Verknüpfung
von BRCA1 wurde unabhängig
bei drei von fünf
Familienstämmen
sowohl mit Brustkrebs als auch Eierstockkrebs bestätigt (Narod
et al., 1991). Bei diesen Untersuchungen wurde behauptet, das Gen
innerhalb einer sehr großen
Region von 15 centiMorgan (cM), oder etwa 15 Millionen Basenpaaren,
auf jeder Seite des gekoppelten Markers pCMM86 (D17S74) lokalisieren
zu können.
Allerdings verliefen die Versuche, die Region durch genetische Studien
unter Verwendung von pCMMS6 umgebenden Markern weiter zu definieren,
erfolglos. Spätere
Studien ergaben, dass das Gen beträchtlich näher lag (Esston et al., 1993)
und dass die ursprüngliche
Analyse fehlerhaft war (Margaritte et al., 1992). Hall et al., (1992)
lokalisierten das BRCA1-Gen kürzlich
auf einem Intervall von etwa 8 cM (etwa 8 Millionen Basenpaare),
begrenzt durch Mfd15 (D17S250) an der proximalen Seite und das humane
GIP-Gen an der distalen Seite. Ein etwas näheres Intervall für den BRCA1-Locus,
basierend auf öffentlich
zugänglichen
Daten, wurde per Übereinkunft
beim Chromosom-17-Workshop im März
1992 festgelegt (Fair, 1992). Die Größe dieser Regionen und die
mit ihnen verbundene Unsicherheit hat es überaus schwierig gemacht, eine
physische Karte und/oder Klonierungs-Strategien zur Isolierung des
BRCA1-Gens zu entwerfen und auszuführen.
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Die
Identifikation eines Locus für
die Brustkrebs-Anfälligkeit
würde den
frühen
Nachweis anfälliger Personen
ermöglichen
und unser Verständnis
der einleitenden Schritte, die zu Krebs führen, in starkem Maße erhöhen. Da
sich Anfälligkeits-Loci
oftmals während
des Fortschreitens des Tumors verändern, könnte auch das Klonieren dieser
Gene für
die Entwicklung besserer diagnostischer und prognostischer Produkte
als auch besserer Krebstherapien wichtig sein.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei
einer Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Diagnose einer
Prädisposition
für Brust-
und Eierstockkrebs bei einem menschlichen Individuum bereit, welches
das Bestimmen umfasst, ob es eine 185delAG → ter39-Keimbahn-Veränderung im BRCA1-Gen in einer
Gewebeprobe des Individuums gibt, wobei die Veränderung eine Prädisposition
für den
Krebs anzeigt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren
zur Diagnose einer Brust- oder Eierstockläsion bei einem menschlichen
Individuum auf Neoplasie, assoziiert mit dem BRCA1-Gen-Locus, welches das
Bestimmen umfasst, ob es eine 185delAG → ter39-Mutation im BRCA1-Gen
in einer Probe der Läsion
gibt. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Nucleinsäuresonde
bereit, die 15 bis 30 Nucleotide der SEQ ID NO: 1 aufweist und die
185delAG → ter39-Mutation
enthält,
sowie Vektoren und Wirtszellen wie in den Ansprüchen definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In 1 ist
ein Diagramm gezeigt, in dem die Reihenfolge der an BRCA1 angrenzenden
Loci dargestellt ist, wie durch den Chromosom-17-Workshop festgelegt. 1 ist
aus Fain, 1992, übernommen.
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In 2 ist
eine schematische Karte der YACs gezeigt, die einen Teil der Mfd15
bis Mfd188-Region definieren.
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In 3 ist
eine schematische Karte der STS, P1 und BAC in der BRCA1-Region gezeigt.
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In 4 ist
eine schematische Karte des humanen Chromosoms 17 gezeigt. Die relevante
Region, enthaltend BRCA1, ist aufgeweitet, um die relativen Positionen
der beiden früher
identifizierten Gene CA125 und RNU2 aufzuzeigen, wobei BRCA1 den
Marker D17S855 umspannt.
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In 5 ist
die Ausrichtung der BRCA1 Zinkfinger-Domäne mit drei weiteren Zinkfinger-Domänen gezeigt,
die bei einer Smith-Waterman-Ausrichtung am höchsten bewertet wurden. RPT1
kodiert für
ein Protein, das ein negativer Regulator des IL-2-Rezeptors bei
Mäusen
zu sein scheint. RIN1 kodiert für
ein DNA-bindendes Protein, das ein RING-Finger-Motiv bezüglich des
Zinkfingers umfasst. RFP1 kodiert für einen vermuteten Transkriptionsfaktor,
der die N-terminale Domäne
des RET-Onkogenprodukts
ist. Die untere Linie enthält
die C3HC4-Konsensus-Zinkfinger-Sequenz,
wobei die Positionen der Cysteine und eines Histidins gezeigt sind, welche
die Zinkion-bindende Tasche bilden.
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In 6 ist
ein Diagramm der BRCA1-mRNA gezeigt, das die Lokalisationen der
Introns und die durch alternatives Spleißen erhaltenen Varianten der
BRCA1-mRNA zeigt.
Die Intron-Stellen sind durch dunkle Dreiecke angezeigt und die
Exons sind unter der die cDNA darstellenden Linie mit Nummern versehen.
Die obere cDNA stellt das zur Erzeugung der Peptidsequenz von BRCA1
verwendete Kompositum dar. Alternative, als cDNA-Klone oder Hybrid-Auswahlklone
identifizierte Formen sind darunter gezeigt.
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In 7 ist
das Gewebeexpressionsmuster von BRCA1 gezeigt. Der Blot wurde von
Clontech bezogen und enthält
RNA aus den angegebenen Geweben. Die Hybridisierungsbedingungen
waren wie durch den Hersteller empfohlen, unter Verwendung einer
Sonde, bestehend aus den Nukleotid-Positionen 3631 bis 3930 von
BRCA1. Zu beachten ist, dass sowohl Brust- als auch Eierstockgewebe
heterogene Gewebe sind und der prozentuale Anteil der relevanten
Epithelzellen variabel sein kann. Die Molekulargewicht-Standardwerte
sind in Kilobasen angegeben.
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In 8 ist
ein Diagramm der 5'-untranslatierten
Region plus dem Anfang der translatierten Region von BRCA1 gezeigt
und dabei die Lokalisationen der Introns und die Varianten von BRCA1-mRNA,
wie durch alternatives Spleißen
erzeugt, veranschaulicht. Die Intron-Stellen sind durch gestrichelte
Linien verdeutlicht. Sechs alternative Spleißformen sind gezeigt.
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In 9A ist eine Nonsense-Mutation bei Stamm 2082 gezeigt.
P steht für
die ursprünglich
gescreente Person, b und c sind Haplotyp-Träger, a, d, e, f und g tragen
den BRCA1-Haplotyp nicht. Die C- zu T-Mutation ergibt einen Stopcodon
und schafft eine Stelle für
das Restriktionsenzym AvrII. Die PCR-Amplifikationsprodukte werden
mit diesem Enzym gespalten. Die Träger sind für die Stelle heterozygot und
zeigen daher drei Bande. Nicht-Träger bleiben ungespalten.
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In 9B ist eine Mutations- und Kosegregations-Analyse
bei BRCA1-Stämmen gezeigt.
Die Träger-Individuen
sind als ausgefüllte
Kreise und Quadrate in den Stammbaum-Diagrammen dargestellt. Bei Stamm
1910 liegt eine Frameshift- Mutation
vor. Die ersten drei Bahnen sind Kontrollen, nämlich Nichtträger-Proben.
Die mit 1–3
bezeichneten Bahnen enthalten Sequenzen von Träger-Individuen. Die Bahn 4
enthält DNA
von einem Stammmitglied, das die BRCA1-Mutation nicht trägt. Die
Raute dient der Verschleierung der Identität des Stamms. Der aus dem zusätzlichen
C resultierende Frameshift ist in den mit 1, 2 und 3 bezeichneten
Bahnen erkennbar.
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In 9C ist eine Mutations- und Kosegregationsanalyse
bei BRCA1-Stämmen gezeigt.
Die Träger-Individuen
sind als ausgefüllte
Kreise und Quadrate in den Stammbaum-Diagrammen dargestellt. Bei Stamm
2035 liegt eine abgeleitete regulatorische Mutation vor. Gezeigt
ist die ASO-Analyse der Träger
und Nicht-Träger zweier
verschiedener Polymorphismen (PM1 und PM7), die auf ihre Heterozygotie
in der Keimbahn untersucht und zur Heterozygotie der Lymphozyten-mRNA verglichen wurden.
Die oberen beiden Reihen jeder Tafel enthalten aus genomischer DNA
amplifizierte PCR-Produkte, und die unteren beiden Reihen enthalten
aus cDNA amplifizierte PCR-Produkte. „A” und „G” stellen die beiden durch
die ASO-Analyse nachgewiesenen Allele dar. Die dunklen Flecken zeigen
an, dass ein bestimmtes Allei in der Probe vorhanden ist. Die ersten
drei Bahnen von PM7 stehen für
die drei Genotypen in der Allgemeinpopulation.
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In 10A–10H ist die genomische Sequenz von BRCA1 gezeigt.
Die Kleinbuchstaben stehen für
eine Intronsequenz, die Großbuchstaben
für eine
Exonsequenz. Unbestimmte Intervalle innherhalb der Introns sind
mit vvvvvvvvvvvvv bezeichnet. Bekannte polymorphe Stellen sind mit
Unterstreichung und halbfetter Schriftart gezeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der Humangenetik.
Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Diagnose einer Prädisposition
für Brust-
und Eierstockkrebs bei einem menschlichen Individuum, welches das
Bestimmen umfasst, ob es eine 185delAG → ter39-Keimbahn-Veränderung
im BRCA1-Gen in einer Gewebeprobe des Individuums gibt, wobei die
Veränderung
eine Prädisposition
für den
Krebs anzeigt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren
zur Diagnose einer Brust- oder Eierstockläsion bei einem menschlichen
Individuum auf Neoplasie, assoziiert mit dem BRCA1-Gen-Locus, welches
das Bestimmen umfasst, ob es eine 185delAG → ter39-Mutation im BRCA1-Gen in einer Probe der
Läsion
gibt. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Nucleinsäuresonde
bereit, die 15 bis 30 Nucleotide der SEQ ID NO: 1 aufweist und die
185delAG → ter39-Mutation
enthält,
sowie Vektoren und Wirtszellen wie in den Ansprüchen definiert.
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Die
vorliegende Offenbarung stellt ein isoliertes Polynukleotid bereit,
das den gesamten oder einen Teil des BRCA1-Locus oder eines mutierten
BRCA1-Locus, vorzugsweise mindestens acht Basen und nicht mehr als
etwa 100 kb Länge,
umfasst. Solche Polynukleotide können
Antisense-Polynukleotide sein. Die vorliegende Erfindung stellt
auch ein rekombinantes Konstrukt bereit, umfassend solch ein isoliertes
Polynukleotid, z. B. ein zur Exprimierung in einer transformierten
Wirtszelle geeignetes rekombinantes Konstrukt.
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Die
vorliegende Offenbarung stellt darüber hinaus Verfahren zur Herstellung
eines Polynukleotids bereit, umfassend das Polymerisieren von Nukleotiden
zum Erhalt einer Sequenz, die aus mindestens acht aufeinanderfolgenden
Nukleotiden des BRCA1-Locus zusammengesetzt ist; und Verfahren zur
Herstellung eines Polypeptids, umfassend das Polymerisieren von
Aminosäuren
zum Erhalt einer Sequenz, die mindestens fünf innerhalb des BRCA1-Locus
kodierte Aminosäuren
umfasst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann außerdem
den Schritt der Amplifikation eines Abschnitts des BRCA1-Locus umfassen
und kann darüber
hinaus einen Schritt der Bereitstellung einer Gruppe von Polynukleotiden
beinhalten, die Primer für
die Amplifikation dieses Abschnitts des BRCA1-Locus sind. Das Verfahren ist
zur Identifizierung einer 185delAG-Mutation zur Anwendung entweder
bei der Diagnose einer Prädisposition
für Krebs
oder der Diagnose oder Prognose von Krebs nützlich.
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Der
BRCA1-Locus prädisponiert
Menschen für
Brustkrebs oder Eierstockkrebs, ist ein für ein BRCA1-Protein kodierendes
Gen, bei dem keine signifikante Homologie mit bekannten Proteinen
oder DNA-Sequenzen festgestellt wurde. Dieses Gen wird hierin als
BRCA1 bezeichnet. Mutationen im BRCA1-Locus in der Keimbahn sind
indikativ für
eine Prädisposition
für Brustkrebs
und Eierstockkrebs. Schließlich
sind somatische Mutationen im BRCA1-Locus auch mit Brustkrebs, Eierstockkrebs
und weiteren Krebsformen verknüpft,
die einen Indikator dieser Krebsformen oder der Prognose dieser
Krebsformen darstellen. Die Mutations-Ereignisse des BRCA1-Locus können Deletionen,
Insertionen und Punktmutationen innerhalb der kodierenden Sequenz
und der nicht-kodierenden Sequenz umfassen.
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Ausgehend
von einer Region am langen Arm des Humanchromosoms 17 des Humangenoms,
17q, das eine geschätzte
Größe von etwa
acht Millionen Basenpaaren aufweist, wurde eine Region identifiziert,
die einen genetischen Locus, BRCA1, enthält, der eine Anfälligkeit
für Krebs,
einschließlich
Brust- und Eierstockkrebs, bewirkt.
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Die
Region, die den BRCA1-Locus enthält,
wurde unter Verwendung einer Vielzahl genetischer Methoden identifiziert.
Mit genetischen Kartierungs-Methoden wurde ursprünglich die BRCA1-Region bezüglich der
Rekombination mit genetischen Markern definiert. Basierend auf Untersuchungen
an großen
ausgedehnten Familien („Stämmen”) mit vielen
Fällen
von Brustkrebs (und Fällen
von Eierstockkrebs bei einigen Stämmen) wurde eine Chromosomenregion
genau bestimmt, die das BRCA1-Gen als auch weitere vermutete Anfälligkeits-Allele
im BRCA1-Locus enthält.
Zwei meiotische Bruchstellen wurden an der distalen Seite des BRCA1-Locus
entdeckt, die als Rekombinanten zwischen genetischen Markern und
der Erkrankung exprimiert werden, und eine Rekombinante an der proximalen
Seite des BRCA1-Locus.
Folglich ist eine Region, die den BRCA1-Locus enthält, durch
diese Marker physisch begrenzt.
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Die
Verwendung der bereitgestellten genetischen Marker ermöglichte
die Identifikation von Klonen, die den Bereich einer Bank von humanen,
künstlich
hergestellten Chromosomen der Hefe (yeast artificial chromosome – YAC) oder
von humanen, künstlich
hergestellten Chromosomen der Bakterien (bacterial artificial chromosome – BAC) abdeckt.
Es wird auch die Identifikation und Präparation leichter manipulierbarer
Cosmid-, P1 und BAC-Klone aus dieser Region und die Konstruktion
eines „Contig” aus einer
Untergruppe von Klonen ermöglicht.
Diese Cosmide, P1, YAC und BAC stellen die Grundlage für das Klonieren
des BRCA1-Locus bereit, ebenso wie die Grundlage für die Entwicklung
von z. B. in der Diagnose und Behandlung von Brust- und/oder Eierstockkrebs
wirksamer Reagenzien bereit. Das BRCA1-Gen und weitere potentielle
Anfälligkeits-Gene
wurden aus dieser Region isoliert. Die Isolation wurde unter Anwendung
von Software-Trapping (eine Computer-Methode zur Identifizierung
von Sequenzen, die wahrscheinlich kodierende Exons aus angrenzenden
oder diskontinuierlichen genomischen DNA-Sequenzen enthalten), Hybrid-Auswahlmethoden
und direktem Screening mit ganzen oder teilweisen cDNA-Inserten
von Cosmiden, P1 und BAC in der Region zum Screening von cDNA-Banken
vorgenommen. Diese Methoden wurden zum Erhalt von Sequenzen von
in Brust- und anderem Gewebe exprimierten Loci verwendet. Diese
Kandidat-Loci wurden zur Identifizierung von Sequenzen analysiert,
die eine Krebsanfälligkeit
verleihen. Wir haben entdeckt, dass Mutationen in der kodierenden
Sequenz des BRCA1-Locus bei Stämmen
vorliegen, die für
die 17q-gekoppelte Krebsanfälligkeit,
bekannt als BRCA1, verantwortlich sind. Von diesem Gen war nicht bekannt,
dass es sich in dieser Region befindet. Die vorliegende Erfindung
erleichtert nicht nur den frühen
Nachweis bestimmter Krebsformen, was für das Überleben des Patienten so entscheidend
ist, sondern auch die Bestimmung anfälliger Personen, bevor überhaupt
Krebs entsteht.
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Populationsquellen
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Große, wohldokumentierte
Familienstämme
aus Utah sind zur Bereitstellung guter Quellen für humangenetische Untersuchungen
besonders wichtig. Jeder große
Stamm bietet unabhängig
die Erbringbarkeit des Nachweises dessen, ob ein BRCA1-Anfälligkeits-Allel
in jener Familie auftritt. Für
die Lokalisierung und Isolierung des BRCA1-Locus informative Rekombinante
konnten lediglich von Stämmen
erhalten werden, die groß genug
sind, um das Vorhandensein eines Anfälligkeits-Allels zu bestätigen. Große Blutsverwandschaften
sind zur Untersuchung des Brustkrebses besonders wichtig, da die
Penetranz des BRCA1-Anfälligkeits-Allels
sowohl durch Alter als auch Geschlecht vermindert wird, was informative
Blutsverwandschaften schwer zu finden macht. Darüber hinaus sind große Verwandschaftsgruppen
für die
Konstruktion von Haplotypen verstorbener Personen durch Folgerung
von den Haplotypen auf ihre engen Verwandten wesentlich.
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So
können
zwar auch andere Populationen nützliche
Informationen liefern, doch erfordern solche Untersuchungen im allgemeinen
viel größere Anstrengungen
und sind dabei die Familien gewöhnlich
viel kleiner und daher weniger informativ. Das altersangepasste
Auftreten von Brustkrebs in Utah liegt um 20% niedriger als die
amerikanische Durchschnittsrate. Das geringere Auftreten in Utah
liegt vermutlich zum Großteil
am jungen Alter bei der ersten Schwangerschaft, was die Wahrscheinlichkeit
erhöht,
dass die bei Familienstämmen in
Utah gefundenen Fälle
eine genetische Prädisposition
tragen.
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Genetische Kartierung
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Eine
Gruppe informativer Familien vorausgesetzt, sind genetische Marker
zur Verknüpfung
einer Erkrankung mit einer Region eines Chromosoms wesentlich. Zu
solchen Markern zählen
Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismen
(RFLPs) (Botstein et al., 1980), Marker mit einer variablen Anzahl
an Tandem-Repeats (VNTRs) (Jeffreys et al., 1985; Nakamura et al.,
1987) und eine reiche Klasse an DNA-Polymorphismen auf der Basis
kurzer Tandem-Repeats (STRs), besonders Repeats von CpA (Weber und
May, 1989; Litt et al., 1989). Zur Erzeugung einer genetischen Karte
wählt man
potentielle genetische Marker aus und testet sie unter Anwendung
von aus Mitgliedern der zu untersuchenden Familienstämme extrahierten
DNA.
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Genetische
Marker, die zur Suche nach einem mit einer Erkrankung verknüpften genetischen
Locus nützlich
sind, können
auf einer ad hoc-Basis ausgewählt
werden, indem ein spezifisches Chromosom dicht abgedeckt wird oder
eine spezifische Region eines Chromosoms detailiert analysiert wird.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Auswahl von mit einer Erkrankung verknüpften genetischen
Marker bezieht das Auswerten des Informationsgrades von Familienstämmen ein,
um den idealen Abstand zwischen genetischen Markern eines gegebenen
Polymorphismusgrades zu bestimmen, dann die Auswahl jener Marker
aus bekannten genetischen Karten, die ideale Abstände für eine maximale
Wirksamkeit aufweisen. Der informative Gehalt von Familienstämmen wird
anhand der Wahrscheinlichkeit gemessen, dass die Marker bei nicht
verwandten Personen heterozygot sein werden. Auch die Verwendung
von STR-Markern ist überaus
wirksam, die durch Amplifikation der Ziel-Nukleinsäure-Sequenz unter Anwendung
von PCR nachgewiesen werden; solche Marker sind in hohem Maße informativ,
leicht zu untersuchen (Weber und May, 1989) und können unter
Anwendung multiplexierender Strategien gleichzeitig untersucht werden
(Skolnick und Wallace, 1988), was die Anzahl der erforderlichen
Experimente stark vermindert.
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Wurde
die Verknüpfung
einmal hergestellt, so müssen
die Marker gefunden werden, die den Krankheits-Locus flankieren,
d. h. einen oder mehrere proximal zum Krankheits-Locus gelegene
Marker und einen oder mehrere distal zum Krankheits-Locus gelegene Marker.
Wo möglich,
können
Kandidat-Marker aus einer bekannten genetischen Karte ausgewählt werden.
Wo keiner bekannt ist, können
neue Marker mittels der STR-Methode identifiziert werden, wie in
den Beispielen gezeigt.
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Bei
der genetischen Kartierung handelt es sich gewöhnlich um einen sich wiederholenden
Prozess. Dieser begann durch Definieren flankierender genetischer
Marker um den BRCA1-Locus herum, dann durch Ersetzen dieser flankierenden
Marker durch andere Marker, die sukzessiv näher am BRCA1-Locus lagen. Als Anfangsschritt
waren Rekombinations-Ereignisse, die durch große ausgedehnte Familienstämme definiert
waren, spezifisch bei der Lokalisation des BRCA1-Locus als entweder
distal oder proximal zu einem spezifischen genetischen Marker hilfreich
(Goldgar et al., 1994).
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Die
Region um BRCA1 war nicht gut kartiert und es gab wenige Marker.
Daher wurden kurze repetitive Sequenzen von aus YACs subklonierten
Cosmiden, die physisch kartiert worden waren, analysiert, um neue genetische
Marker zu entwickeln. Unter Anwendung dieses Ansatzes wurde ein
Marker, 42D6, entdeckt, der pCMM86 als den distal flankierenden
Marker für
die BRCA1-Region ersetzte. Da 42D6 etwa 14 cM von pCMM86 ist, war
die BRCA1-Region daher um etwa 14 centiMorgan reduziert (Esston
et al., 1993) und begann daher mit dem Auffinden eines viel enger
gekoppelten distal flankierenden Markers der BRCA1-Region, dann wurde
BRCA1 als distal zum genetischen Marker Mfd15 entdeckt. Daher wurde
gezeigt, dass BRCA1 in einer Region von 6 bis 10 Millionen Basen,
begrenzt durch Mfd15 und 42D6, lag. Vom Marker Mfd191 wurde anschließend entdeckt,
dass er distal zu Mfd15 und proximal zu BRCA1 lag. Daher wurde Mfd15
durch Mfd191 als der dichtest proximale genetische Marker ersetzt.
Entsprechend wurde entdeckt, dass der genetische Marker Mfd188 den
genetischen Marker 4206 ersetzen konnte, was die Region, die den
BRCA1-Locus enthielt, auf etwa 1,5 Millionen Basen eingrenzte. Dann
wurde der Marker Mfd191 durch tdj1474 als der proximale Marker und
Mfd188 durch U5R als der distale Marker ersetzt, was die BRCA1-Region
weiter auf eine Region eingrenzte, die klein genug war, um die Isolierung
und Charakterisierung des BRCA1-Locus (siehe 3) unter Anwendung
von im Fachbereich bekannten und hierin beschriebenen Methoden zu
ermöglichen.
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Physische Kartierung
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Zur
physischen Kartierung der Region wurden drei unterschiedliche Methoden
angewandt. Die Erste bestand in der Verwendung künstlich hergestellter Hefe-Vektoren (YACs) zur
Klonierung der Region, die durch tdj1474 und U5R flankiert ist.
Die Zweite bestand in der Schaffung eines Satzes von PI-, BAC- und
Cosmid-Klonen, welche die den BRCA1-Locus enthaltende Region abdecken.
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Künstliche
hergestellte Chromosomen der Hefe (YACs). Sobald eine ausreichend
kleine, den BRCA1-Locus enthaltende Region identifiziert war, wurde
die physikalische Isolierung der DNA in der Region durch Identifizieren
eines Satzes überlappender
YACs, die die Region abdecken, vorgenommen. Nützliche YACs können aus
bekannten Banken isoliert werden, wie etwa den St. Louis- und CEPH
YAC-Banken, die weit verteilt sind und jeweils etwa 50.000 YACs
umfassen. Die isolierten YACs stammten aus diesen öffentlich
zugänglichen
Banken und können
von einer Vielzahl von Quellen bezogen werden, einschließlich des
Michigan Genome Center. Ganz klar hätten andere, die Zugang zu
diesen YACs gehabt hätten,
ohne die vorliegende Offenbarung den Wert der spezifischen YACs,
die wir ausgewählt
haben, nicht erkannt, da sie nicht gewusst hätten, welche YACs sich innerhalb
und welche YACs sich außerhalb
der kleinsten, den BRCA1- Locus enthaltenden Region befunden hätten.
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Cosmid-,
P1- und BAC-Klone. Bei der vorliegenden Offenbarung ist es von Vorteil,
mit dem Erhalt der Cosmid-, P1- und BAC-Klone zur Abdeckung dieser
Region zu beginnen. Die kleinere Größe dieser Inserte im Vergleich
zu YAC-Inserten macht diese nützlicher
als spezifische Hybridisierungssonden. Außerdem lässt sich dadurch, dass die
klonierte DNA in Bakterienzellen und nicht in Hefezellen vorliegt,
die DNA von Interesse viel einfacher manipulieren und wird das Signal-Geräusch-Verhältnis der
Hybridisierungs-Assays verbessern. Bei den Cosmid-Subklonen der
YACs wird die DNA mit dem Restriktionsenzym Sau3A teilweise verdaut
und in die BamHI-Stelle des pWE15-Cosmid-Vektors (Stratagene, Kat.
#1251201) kloniert. Die Humansequenzen enthaltenden Cosmide werden
durch Hybridisierung mit humaner repetitiver DNA (z. B. Gibco/BRL,
Humane Cot-1 DNA, Kat. 5279SA) gescreent
und dann mittels einer Vielfalt von Methoden ein Fingerprint angefertigt,
wie in den Beispielen ausgeführt.
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Es
werden P1- und BAC-Klone durch Screenen von Banken erhalten, die
konstruiert sind aus dem gesamten Humangenom mit spezifischen Sequenz-markierten
Stellen (STS), hergeleitet von den wie hierin beschrieben isolierten
YACs, Cosmiden oder P1s und BACs.
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Diese
P1-, BAC- und Cosmid-Klone können
durch eingestreute repetitive Sequenz-(IRS)-PCR und/oder Restriktionsenzym-Verdauungen,
gefolgt von Gel-Elektrophorese
und Vergleich der resultierenden DNA-Fragmente („Fingerprints”) verglichen
werden (Maniatis et al., 1982). Die Klone können auch durch das Vorhandensein
von STS bestimmt werden. Die Fingerprints werden zur Definierung
eines überlappenden
angrenzenden Klonsatzes verwendet, der die Region abdeckt, doch
nicht übermäßig redundant
ist und hierin als ein „minimal
plattierter Weg” bezeichnet
wird. Solch ein minimal plattierter Weg stellt die Grundlage für anschließende Experimente
zur Identifizierung von cDNAs dar, die aus dem BRCA1-Locus stammen können.
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Abdeckung
der Lücke
mit P1- und BAC-Klonen. Zur Abdeckung jeglicher Lücken im
BRCA-1-Contig zwischen den identifizierten Cosmiden mit genomischen
Klonen wurden Klone in PI- und BAC-Vektoren, die Inserte aus genomischer
DNA von etwa der doppelten Größe der Cosmide
für P1
und sogar noch größer für BAC (Sternberg,
1990; Sternberg et al., 1990; Pierce et al., 1992; Shizuya et al.,
1992) verwendet. Die P1-Klone wurden von Genome Sciences unter Verwendung
von durch uns für
das Screening bereitgestellten PCR-Primern isoliert. Die BACs wurden
durch Hybridisierungs-Methoden in Dr. Mel Simons Labor bereitgestellt.
Die Strategie der Verwendung von P1-Klonen gestattete auch die Abdeckung
der genomischen Region mit einem unabhängigen, nicht von YAC stammenden
Klonsatz. Dies bewahrt vor der Möglichkeit
weiterer Deletionen bei YACs, die bisher nicht nachgewiesen wurden.
Diese neuen, von den P1-Klonen stammenden Sequenzen liefern das
Material für
ein weiteres Screening auf Kandidat-Gene, wie nachstehend beschrieben.
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Genisolierung
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Es
gibt viele Methoden zum Testen der genomischen Klone auf das Vorhandensein
von Sequenzen, die möglicherweise
Kandidaten für
die kodierende Sequenz eines zu isolierenden Locus darstellen können, einschließlich doch
nicht beschränkt
auf:
- a. Zoo-Blots
- b. Identifizieren von HTF-Inseln
- c. Exon-Trapping
- d. Hybridisieren von cDNA an Cosmide oder YACs.
- e. Screening von cDNA-Banken.
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(a)
Zoo-Blots. Die erste Methode besteht in der Hybridisierung von Cosmiden
an Southern-Blots, um DNA-Sequenzen zu identifizieren, die evolutionär konserviert
sind und daher positive Hybridisierungs-Signale mit einer DNA von
Spezies von variierenden Verwandschaftsgraden zum Menschen ergeben
(wie etwa Affe, Kuh, Huhn, Schwein, Maus und Ratte). Southern Blots,
die eine DNA von einer Vielzahl von Spezies enthalten, stehen kommerziell
zur Verfügung
(Clonetech, Kat. 7753-1).
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(b)
Identifizieren von HTF-Inseln. Die zweite Methode bezieht das Auffinden
von Regionen ein, die reich an Nukleotiden C und G sind und oftmals
nahe oder innerhalb der kodierenden Sequenzen auftreten. Diese Sequenzen
werden HTF-(HpaI-”tiny fragment”) oder
CpG-Inseln genannt, da Restriktionsenzyme, die für Stellen spezifisch sind,
die CpG-Dimeren enthalten, häufig
in diesen Regionen spalten (Lindsay et al., 1987).
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(c)
Exon-Trapping. Die dritte Methode besteht im Exon-Trapping, einer
Methode, mit der Sequenzen in der genomischen DNA identifiziert
werden, die Spleißstellen
enthalten und daher mit einiger Wahrscheinlichkeit kodierende Gensequenzen
umfassen. Die Exon-Amplifikation (Buckler et al., 1991) wird zur
Auswahl und Amplifikation von Exons aus den oben beschriebenen DNA-Klonen
verwendet. Die Exon-Amplifikation basiert auf der Auswahl von RNA-Sequenzen,
die von funktionellen 5'-
und/oder 3'-Spleißstellen
flankiert sind. Die Produkte der Exon-Amplifikation werden zum Screening
der Brust-cDNA-Banken verwendet, um eine handhabbare Anzahl von
Kandidat-Genen für
die weitere Untersuchung zu identifizieren. Das Exon-Trapping kann
auch an kleinen Segmenten der sequenzierten DNA unter Verwendung
von Computer-Programmen oder mittels Software-Trapping durchgeführt werden.
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(d)
Hybridisierung von cDNA an Cosmide, PI, BAC oder YAC. Die vierte
Methode besteht in einer Modifikation der selektiven Anreicherungsmethode,
die die Hybridisierung von cDNA an Cosmide, P1, BAC oder YAC verwendet
und erlaubt die Identifikation transkribierter Sequenzen in, und
rückgewonnen
aus, klonierter genomischer DNA (Kandpal et al., 1990). Die selektive
Anreicherungsmethode, bezieht in ihrer Modifikation für den vorliegenden
Zweck die Bindung von DNA aus der Region des in einem YAC vorhandenen
BRCA1 an eine Säulen-Matrix
und das Auswählen
von cDNAs aus den relevanten Banken mitein, die mit der gebundenen DNA
hybridisieren, gefolgt von Amplifikation und Reinigung der gebundenen
DNA, was zu einer starken Anreicherung von cDNAs in der durch die
klonierte genomische DNA dargestellten Region führt.
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(e)
Identifikation von cDNAs. Die fünfte
Methode besteht im Identifizieren von cDNAs, die dem BRCA1-Locus
entsprechen. Die vermuteten kodierenden Sequenzen enthaltenden Hybridisierungs-Sonden, die
mit einer der obigen Methoden ausgewählt werden, werden zum Screening
verschiedener Banken, einschließlich
Brustgewebe-cDNA-Banken, Eierstock-cDNA-Banken und beliebiger anderer
erforderlicher Banken verwendet.
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Eine
weitere Variation des Themas der direkten Auswahl von cDNA wurde
ebenfalls zum Auffinden von Kandidat-Genen für BRCA1 angewandt (Lovett et
al., 1991; Futreal, 1993). Bei dieser Methode wird Cosmid-, P1-
oder BAC-DNA als Sonde verwendet. Die Sonden-DNA wird mit einem
stumpfspaltenden Restriktionsenzym wie HaeIII verdaut. Dann werden
doppelsträngige
Adaptoren an die DNA ligiert, die als Bindungsstellen für Primer
in anschließenden
PCR-Amplifikationsreaktionen unter Verwendung von biotinylierten
Primern dienen. Die Ziel-cDNA wird aus von Gewebeproben wie Brustgewebe
stammender mRNA durch Synthese von einem entweder zufallsgeprimten
oder Oligo(dT)-geprimten ersten Strang, gefolgt von der Zweistrangsynthese,
generiert. Die cDNA-Enden werden stumpf gemacht und an doppelsträngige Adaptoren
ligiert. Diese Adaptoren dienen als Amplifikationsstellen für die PCR.
Die Ziel- und Sondensequenzen werden denaturiert und mit humaner Cot-1-DNA zum Blockieren repetitiver Sequenzen
gemischt. Die Lösungs-Hybridisierung wird
auf hohe Cot-1/2-Werte vorgenommen, um die
Hybridisierung rarer Ziel-cDNA-Moleküle zu gewährleisten. Das annealte Material
wird dann auf Avidinkügelchen
eingefangen, bei hoher Stringenz gewaschen und die rückerhaltene
cDNA eluiert und mittels PCR amplifiziert. Die ausgewählte cDNA
wird weiteren Runden der Anreicherung unterzogen, bevor sie in einen
Plasmid-Vektor für
die Analyse kloniert wird.
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Testen der cDNA auf ihr Kandidat-Potential
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Der
Beweis, dass die cDNA der BRCA1-Locus ist, wird durch Auffinden
von Sequenzen in einer DNA erhalten, die aus betroffenen Mitgliedern
von Familienstämmen
extrahiert wurde, die abnormale BRCA1-Genprodukte oder abnormale
Gehalte an BRCA1-Genprodukt produzieren. Solche BRCA1-Anfälligkeits-Allele spalten
sich zusammen mit der Erkrankung in großen Familienstämmen ab.
Sie liegen auch in viel größerer Häufigkeit
bei nicht-stammzugehörigen Personen
mit Brust- und Eierstockkrebs als bei Personen aus der Allgemeinbevölkerung
vor. Da schließlich
Tumoren oftmals an Loci somatisch mutieren, die in anderen Fällen in der
Keimbahn mutiert sind, erwarten wir, normale Keimbahn-BRCA1-Allele
vorzufinden, die zu den BRCA1-Anfälligkeits-Allelen in aus Tumorgewebe
extrahierter DNA identischen oder ähnlichen Sequenzen mutiert
sind. Ob nun BRCA1-Sequenzen aus Tumorgewebe zu BRCA1-Allelen aus
der Keimbahn derselben Individuen verglichen werden oder die Keimbahn-BRCA1-Allele
von Krebsfällen
mit denen nicht betroffener Personen verglichen werden, so liegt
doch der Schlüssel
in der Auffindung von Mutationen, die ernstlich genug sind, um eine
offensichtliche Zerstörung
der normalen Funktion des Genprodukts zu bewirken. Diese Mutationen
können
eine Reihe von Formen annehmen. Die schwersten Formen sind Frameshift-Mutationen
oder große
Deletionen, die das Gen zum Kodieren für ein abnormales Protein oder
ein solches bringen, das die Proteinexpression signifikant verändert. Weniger
schwer zerstörende
Mutationen umfassen kleine In-frame-Deletionen und nicht-konservative
Basenpaar-Substitutionen,
die eine signifikante Auswirkung auf das produzierte Protein haben,
wie etwa Veränderungen
an oder von einem Cystein-Rest, von einer basischen zu einer sauren Aminosäure oder
umgekehrt, von einer hydrophoben zu einer hydrophilen Aminosäure oder
umgekehrt, oder andere Mutationen, die die sekundäre, tertiäre oder
quaternäre
Proteinstruktur beeinträchtigen.
Stille Mutationen oder solche, die zu konservativen Aminosäure-Substitutionen
führen,
sollten im allgemeinen die Proteinfunktion nicht zerstören.
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Gemäß der diagnostischen
und prognostischen Methode der vorliegenden Erfindung wird die 185delAG-Veränderung
des Wildtyp-BRCA1-Locus nachgewiesen. Darüber hinaus kann die Methode
durch Nachweis des Wildtyp-BRCM-Locus und Bestätigung des Fehlens einer Prädisposition
für Krebs
am BRCM-Locus erfolgen. „Veränderung
des Wildtyp-Gens” umfasst
allgemein alle Formen von Mutationen, einschließlich Deletionen, Insertionen
und Punktmutationen in den kodierenden und nicht-kodierenden Regionen. Deletionen können das
gesamte Gen oder lediglich einen Abschnitt des Gens umfassen. Punktmutationen können zu
Stopcodons, Frameshift-Mutationen
oder Aminosäure-Substitutionen
führen.
Bei somatischen Mutationen handelt es sich um solche, die lediglich
in gewissen Geweben, z. B. in Tumorgewebe, auftreten und nicht in
der Keimbahn vererbt werden. Keimbahn-Mutationen sind in jeglichen
Körpergeweben
vorfindbar und sind erblich. Ist lediglich ein einzelnes Allel somatisch
mutiert, so ist ein frühes
neoplastisches Stadium indiziert. Sind allerdings beide Allele somatisch
mutiert, so ist ein spätes
neoplastisches Stadium indiziert. Das Auffinden von BRCA1-Mutationen
bietet daher sowohl diagnostische als auch prognostische Information.
Ein BRCA1-Allel, das nicht deletiert ist (wie etwa auf einem Schwester-Chromosom
zu einem Chromosom festgestellt, das eine BRCA1-Deletion trägt) kann auf andere Mutationen
wie Insertionen, kleine Deletionen und Punktmutationen gescreent
werden. Es wird angenommen, dass viele, in Tumorgeweben gefundene
Mutationen jene sind, die zu einer verminderten Expression des BRCM-Genprodukts
führen.
Allerdings führen
Mutationen, die zu nicht-funktionellen Genprodukten führen, auch
zu einem kanzerösen
Zustand. Punktmutations-Ereignisse können in regulatorischen Regionen
auftreten, wie etwa im Promotor des Gens, was zu Verlust oder Abnahme
der Expression der mRNA führt.
Punktmutationen können
auch eine korrekte RNA-Prozessierung aufheben, was zu einem Verlust
der Expression des BRCA1-Genprodukts oder zu einer Abnahme der mRNA-Stabilität oder der
Translations-Leistung führt.
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Zu
nützlichen
diagnostischen Methoden zählen,
ohne darauf beschränkt
zu sein, Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung (FISH), direkte DNA-Sequenzierung,
PFGE-Analyse, Southern-Blot-Analyse,
einzelsträngige
Konformationsanalyse (SSCA), RNase-Schutzassay, Allel-spezifisches
Oligonukleotid (ASO), Dot-Blot-Analyse und PCR-SSCP, wie weiter
unten ausführlich
erörtert.
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Eine
Prädisposition
für Krebsformen
wie Brust- und Eierstockkrebs als auch die anderen hierin identifizierten
Krebsformen kann durch Testen jeglichen Gewebes eines Menschen auf
Mutationen des BRCA1-Gens bestimmt werden. Z. B. wiese eine Person,
die eine Keimbahn-BRCA1-Mutation geerbt hätte, eine Anfälligkeit
zur Ausbildung von Krebs auf. Dies kann durch Testen der DNA aus
einem beliebigen Körpergewebe
der Person bestimmt werden. Am einfachsten kann Blut entnommen und
die DNA aus den Blutzellen extrahiert werden. Außerdem kann eine pränatale Diagnose
durch Testen von Fötuszellen,
Plazentazellen oder amniotischen Zellen auf Mutationen des BRCA1-Gens
erfolgen. Eine Veränderung
eines Wildtyp-BRCA1-Allels,
ob nun z. B. durch Punktmutation oder Deletion, kann mittels einer
der hierin erörterten
Methoden nachgewiesen werden.
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Es
gibt verschiedene Methoden, die zum Nachweis einer DNA-Sequenz-Variation
eingesetzt werden können.
Mit einer direkten DNA-Sequenzierung, d. h. entweder einer manuellen
Sequenzierung oder automatisierten Fluoreszenz-Sequenzierung, kann
eine Sequenz-Variation nachgewiesen werden. Bei einem derart großen Gen
wie BRCA1 ist die manuelle Sequenzierung sehr arbeitsintensiv, doch
werden unter optimalen Bedingungen Mutationen in der kodierenden
Sequenz eines Gens selten übersehen.
Einen weiteren Ansatz stellt der einzelsträngige Konformations-Polymorphismus-Assay
(SSCA) dar (Orita et al., 1989). Mit dieser Methode werden nicht
alle Sequenzveränderungen
nachgewiesen, besonders wenn die DNA-Fragmentgröße mehr als 200 bp beträgt, doch
kann sie zum Nachweis des Großteils
der DNA-Sequenz-Variation optimiert werden. Die verminderte Nachweis-Empfindlichkeit stellt
einen Nachteil dar, doch macht der mit SSCA mögliche erhöhte Durchsatz ihn zu einer
attraktiven, machbaren Alternative zur direkten Sequenzierung für den Mutationsnachweis
auf einer Forschungsbasis. Die Fragmente, die die Mobilität auf SSCA-Gelen
verschoben haben, werden dann zur Bestimmung der genauen Beschaffenheit
der DNA-Sequenz-Variation sequenziert. Zu weiteren, auf dem Nachweis
von Fehlpaarungen zwischen zwei komplementären DNA-Strängen basierenden Ansätzen zählen die „clamped
denaturating”-Gel-Elektrophorese (CDGE)
(Sheffield et al., 1991), die Heteroduplex-Analyse (HA) (White et
al., 1992) und die chemische Fehlpaarungs-Spaltung (CMC) (Grompe
et al., 1989). Mit keiner der oben beschriebenen Methoden werden
große
Deletionen, Duplikationen oder Insertionen nachgewiesen, noch eine
regulatorische Mutation, die die Transkription oder Translation
des Proteins beeinflusst. Andere Methoden, mit denen diese Klassen
von Mutationen nachgewiesen werden könnten, wie etwa ein Proteinverkürzungs-Assay
oder der asymmetrische Assay, weisen lediglich spezifische Typen
von Mutationen nach und würden
Missense-Mutationen nicht feststellen. Einen Überblick über derzeit verfügbare Methoden
zum Nachweisen einer DNA-Sequenz-Variation ist in einer kürzlich erschienen Übersicht
von Grompe (1993) zu finden. Ist eine Mutation einmal bekannt, so
kann ein Allel-spezifischer Nachweis-Ansatz, wie etwa eine Allel-spezifische
Oligonukleotid-(ASO)-Hybridisierung, zum schnellen Screening großer Zahlen
an weiteren Proben auf dieselbe Mutation angewandt werden.
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Um
die Veränderung
des Wildtyp-BRCA1-Gels in einem Gewebe nachzuweisen, ist es hilfreich,
das Gewebe frei von umgebenden gesunden Geweben zu isolieren. Methoden
zur Anreicherung von Gewebepräparationen
für Tumorzellen
sind im Fachbereich bekannt. Z. B. kann das Gewebe von Paraffin-
oder Kryostatschnitten isoliert werden. Krebszellen können auch
von gesunden Zellen mittels Durchflusszytometrie getrennt werden.
Diese Methoden als auch andere Methoden zur Trennung von Tumorzellen
von gesunden Zellen sind im Fachbereich wohlbekannt. Ist das Tumorgewebe
in hohem Maße
mit gesunden Zellen durchsetzt, so ist der Nachweis der Mutationen
schwieriger.
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Eine
schnelle Vorab-Analyse zum Nachweis von Polymorphismen in DNA-Sequenzen kann vorgenommen
werden, indem eine Reihe von Southern Blots von einer DNA begutachtet
wird, die mit ein oder mehreren Restriktionsenzymen, vorzugsweise
mit einer großen
Zahl von Restriktionsenzymen, gespalten wurde. Jeder Blot enthält eine
Serie von gesunden Individuen und eine Serie von Krebsfällen, Tumoren
oder beidem. Southern Blots, die Hybridisierungs-Fragmente aufweisen
(unterschiedlich lang zu Kontroll-DNA, wenn mit Sequenzen nahe oder
einschließlich
dem BRCA1-Locus sondiert), zeigen eine mögliche Mutation an. Werden Restriktionsenzyme
verwendet, die sehr große
Restriktionsfragmente produzieren, so wird die Pulsfeld-Gel-Elektrophorese
(PFGE) angewandt.
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Der
Nachweis von Punktmutationen kann mittels einer molekularen Klonierung
des/der BRCA1-Allels/e und Sequenzierung des/der Allels/e unter
Anwendung im Fachbereich wohlbekannter Methoden erzielt werden.
Alternativ dazu können
die Gensequenzen direkt aus einer genomischen DNA-Präparation
des Tumorgewebes unter Anwendung bekannter Methoden amplifiziert
werden. Die DNA-Sequenz der amplifizierten Sequenzen kann dann bestimmt
werden.
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Es
gibt sechs wohlbekannte Methoden für einen umfassenderen, jedoch
indirekten Test zur Bestätigung
des Vorhandenseins eines Anfälligkeits-Allels:
1) einzelsträngige
Konformationsanalyse (SSCA) (Orita et al., 1989); 2) denaturierende
Gradientengel-Elektrophorese (DGGE) (Wartell et al., 1990; Sheffield
et al., 1989); 3) RNase-Schutzassays (Finkelstein et al., 1990;
Kinszler et al., 1991); 4) Allel-spezifische
Oligonukleotide (ASOs) (Conner et al., 1983); 5) die Verwendung
von Proteinen, die Nukleotid-Fehlpaarungen erkennen, wie etwa das
E. coli mutS-Protein (Modrich, 1991); und 6) Allel-spezifische PCR
(Rann & Kidd,
1989). Für
die Allel-spezifische
PCR werden Primer verwendet, die an ihren 3'-Enden an eine bestimmte BRCA1-Mutation hybridisieren.
Ist die bestimmte BRCA1-Mutation nicht vorhanden, so wird kein Amplifikationsprodukt
beobachtet. Auch das Amplifikationsrefraktorische Mutationssystem
(ARMS) kann angewandt werden, wie in der
Europäischen
Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr.
0332435 und bei Newton et al., 1989, beschrieben. Insertionen
und Deletionen der Gene können
auch durch Klonieren, Sequenzieren und Amplifizieren nachgewiesen
werden. Außerdem
können
Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismus-(RFLP)-Sonden
für die
Gene oder Umgebungsmarker-Gene zur Bewertung der Veränderung
eines Allels oder einer Insertion in einem polymorphen Fragment
verwendet werden. Ein derartiges Verfahren ist besonders nützlich für das Screening
von Verwandten einer betroffenen Person auf das Vorhandensein der
BRCA1-Mutation, die bei der betroffenen Person festgestellt wurde.
Es können
auch weitere, im Fachbereich bekannte Methoden zum Nachweis von Insertionen
und Deletionen angewandt werden.
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Bei
den ersten drei Methoden (SSCA, DGGE und RNase-Schutzassay) taucht
eine neue elektrophoretische Bande auf. SSCA weist eine Bande nach,
die differenziell wandert, da die Sequenzveränderung zu einer Differenz
bei der einzelsträngigen,
intramolekularen Basenpaarung führt.
Der RNase-Schutz bezieht die Spaltung des mutanten Polynukleotids
in zwei oder mehr kleinere Fragmente ein. Die DGGE weist die Differenzen
in den Wanderungsraten der mutanten Sequenzen im Vergleich zu den
Wildtyp-Sequenzen unter Verwendung eines denaturierenden Gradientengels
auf. Bei einem Allel-spezifischen Oligonukleotid-Assay wird ein
Oligonukleotid entworfen, das eine spezifische Sequenz nachweist,
wobei der Assay unter Nachweis der Gegenwart oder der Abwesenheit
eines Hybridisierungs-Signals vorgenommen wird. Beim mutS-Assay
bindet das Protein lediglich an Sequenzen, die eine Nukleotid-Fehlpaarung
in einem Heteroduplex zwischen einer mutanten und einer Wildtyp-Sequenz
enthalten.
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Bei
Fehlpaarungen handelt es sich um hybridisierte Nukleinsäure-Duplexe,
bei denen die beiden Stränge
nicht 100%ig komplementär
sind. Das Fehlen einer vollkommenden Homologie kann auf Deletionen, Insertionen,
Inversionen oder Substitutionen rückführbar sein. Der Fehlpaarungs-Nachweis
kann zur Feststellung von Punktmutationen im Gen oder in seinem
mRNA-Produkt angewandt werden. Zwar sind die Methoden weniger empfindlich
als die Sequenzierung, doch sind sie leichter an einer großen Zahl
von Tumorproben durchführbar.
Ein Beispiel einer Fehlpaarungs-Spaltmethode stellt die RNase-Schutzmethode
dar. In der Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst die Methode die Verwendung einer
markierten Ribosonde, die komplementär zur humanen Wildtyp-BRCA1-Gen-kodierenden
Sequenz ist. Die Ribosonde und entweder die aus dem Tumorgewebe
isolierte mRNA oder DNA werden miteinander vereinigt (hybridisiert)
und anschließend
mit dem Enzym RNase A verdaut, das zum Nachweis einiger Fehlpaarungen
in einer Duplex-RNA-Struktur fähig
ist. Wird eine Fehlpaarung durch RNase A nachgewiesen, so spaltet
sie an der Stelle der Fehlpaarung. Wird folglich die annealte RNA-Präparation
auf einer elektrophoretischen Gelmatrix aufgetrennt, so wird, sofern
eine Fehlpaarung nachgewiesen und durch RNase A gespalten wurde,
ein RNA-Produkt zu erkennen sein, das kleiner als die Duplex-RNA
der vollen Länge
für die
Ribosonde und die mRNA oder DNA ist. Die Ribosonde braucht nicht
die volle Länge
der BRCA1-mRNA oder des Gens zu umfassen, sondern kann auch jeweils
ein Segment sein. Umfasst die Ribosonde lediglich ein Segment der
BRCA1-mRNA oder des Gens, so ist die Verwendung einer Anzahl dieser
Sonden zum Screening der vollständigen
mRNA-Sequenz auf Fehlpaarungen erwünscht.
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In ähnlicher
Weise können
DNA-Sonden zum Nachweis von Fehlpaarungen durch enzymatische oder chemische
Spaltung verwendet werden. Siehe z. B. Cotton et al., 1988; Shenk
et al., 1975; Novack et al., 1986. Alternativ dazu können Fehlpaarungen
durch Verschiebungen in der elektrophoretischen Mobilität fehlgepaarter
Duplexe relativ zu korrekt gepaarten Duplexen nachgewiesen werden.
Siehe z. B. Cariello, 1988. Die zelluläre mRNA oder DNA, die eine
Mutation enthalten könnte,
kann entweder mit Ribosonden oder DNA-Sonden unter Anwendung von
PCR (siehe unten) vor der Hybridisierung amplifiziert werden. Veränderungen
bei der DNA des BRCAI-Gens können
auch unter Anwendung der Southern-Hybridisierung nachgewiesen werden, besonders
wenn die Veränderungen
grobe Neuanordnungen darstellen wie Deletionen und Insertionen.
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Die
DNA-Sequenzen des BRCA1-Gens, die unter Anwendung von PCR amplifiziert
wurden, können auch
unter Verwendung Allel-spezifischer Sonden gescreent werden. Bei
diesen Sonden handelt es sich um Nukleinsäure-Oligomere, von denen jedes
eine Region der BRCA1-Gensequenz enthält, die eine bekannte Mutation
beherbergt. Z. B. kann ein Oligomer etwa 30 Nukleotide lang sein,
entsprechend einem Abschnitt der BRCA1-Gensequenz. Durch Verwenden
einer Batterie solcher Allel-spezifischer Sonden können die
PCR-Amplifikationsprodukte zur Identifizierung des Vorhandenseins
einer zuvor identifizierten Mutation im BRCA1-Gen gescreent werden.
Die Hybridisierung der Allel-spezifischen Sonden mit amplifizierten
BRCA1-Sequenzen kann
z. B. auf einem Nylonfilter durchgeführt werden. Die Hybridisierung
einer bestimmten Sonde unter stringenten Hybridisierungsbedingungen
gibt das Vorhandensein derselben Mutation im Tumorgewebe wie in
der Allel-spezifischen Sonde an.
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Den
definitivsten Test auf Mutationen in einem Kandidat-Locus stellt
der direkte Vergleich genomischer BRCA1-Sequenzen von Krebspatienten
mit denen von einer Kontrollpopulation dar. Alternativ dazu könnte man
Messenger-RNA nach der Amplifikation, z. B. durch PCR, sequenzieren
und dabei das Erfordernis des Bestimmens der Exon-Struktur des Kandidat-Gens
eliminieren.
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Mutationen
bei Krebspatienten, die außerhalb
der kodierenden Region von BRCA1 liegen, können durch Untersuchen der
nicht-kodierenden Regionen, wie etwa Introns und regulatorische
Sequenzen nahe oder innerhalb des BRCA1-Gens, nachgewiesen werden.
Ein früher
Hinweis darauf, dass Mutationen in den nicht-kodierenden Regionen wichtig sind, kann
aus Northern-Blot-Experimenten abgelesen werden, die Messenger-RNA-Moleküle von abnormaler
Größe oder
Menge bei Krebspatienten im Vergleich zu Kontrollpersonen aufzeigen.
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Eine
Veränderung
der BRCA1-mRNA-Expression kann mittels jeglicher im Fachbereich
bekannten Methoden nachgewiesen werden. Zu diesen zählen Northern-Blot-Analyse,
PCR-Amplifikation und der RNase-Schutz. Eine verminderte mRNA-Expression
zeigt eine Veränderung
des Wildtyp-BRCA1-Gens an. Eine Veränderung der Wildtyp-BRCA1-Gene
kann auch durch Screening auf eine Veränderung des Wildtyp-BRCA1-Proteins
nachgewiesen werden. Z. B. können
mit BRCA1 immunreaktive monoklonale Antikörper zum Screenen eines Gewebes
verwendet werden. Das Fehlen eines artverwandten Antigens wiese
auf eine BRCA1-Mutation hin. Antikörper, die für Produkte mutanter Allese
spezifisch sind, könnten
ebenfalls zum Nachweis des mutanten BRCA1-Genprodukts verwendet
werden. Solche immunologischen Assays können in einem der im Fachbereich
bekannten, in bequemer Weise durchzuführenden Formate vorgenommen
werden. Zu diesen zählen
Western Blots, immunhistochemische Assays und ELISA-Assays. Jegliche
Methode zum Nachweis eines veränderten
BRCA1-Proteins kann zum Nachweis einer Veränderung der Wildtyp-BRCA1-Gene
eingesetzt werden. Funktionelle Assays, wie z. B. Bestimmungen der
Proteinbindung, können
angewandt werden. Darüber
hinaus können
Assays eingesetzt werden, die die biochemische Funktion des BRCA1
nachweisen. Das Auffinden eines mutanten BRCA1-Genprodukts weist auf eine Veränderung
eines Wildtyp-BRCA1-Gens hin.
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Mutante
BRCA1-Gene oder -Genprodukte können
auch in anderen menschlichen Körperproben
nachgewiesen werden, wie etwa Serum, Stuhl, Harn und Sputum. Dieselben
Methoden, wie oben zum Nachweis mutanter BRCA1-Gene oder Genprodukte
in Geweben erörtert,
können
auf andere Körperproben
angewandt werden. Von den Tumoren schilfern Krebszellen ab und zeigen
sich in den Körperproben.
Außerdem
kann das BRCA1-Genprodukt selbst in den extrazellulären Raum
sekretiert und in den Körperproben
sogar in Abwesenheit der Krebszellen vorgefunden werden. Durch Screenen
solcher Körperproben
kann in einfacher Weise eine Frühdiagnose
für viele
Krebsarten erhalten werden. Außerdem
läßt sich
der Verlauf der Chemotherapie oder Radiotherapie durch Testen solcher
Körperproben
auf mutante BRCA1-Gene oder -Genprodukte leichter überwachen.
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Die
Diagnoseverfahren der vorliegenden Erfindung sind auf jeglichen
Tumor anwendbar, bei dem die 185delAG-Mutation in BRCA1 eine Rolle
bei der Tumorentstehung spielt. Das diagnostische Verfahren der
vorliegenden Erfindung ist für
Kliniker nützlich,
da sie anhand dessen über
eine geeignete Behandlung entscheiden können.
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Die
Primer-Paare der vorliegenden Offenbarung sind zur Bestimmung der
Nukleotidsequenz eines bestimmten BRCA1-Allels unter Anwendung der
PCR nützlich.
Die Paare der einzelsträngigen
DNA-Primer können
an Sequenzen innerhalb oder in der Umgebung des BRCA1-Gens auf Chromosom
17q21 annealt werden, um die amplifizierende DNA-Synthese des BRCA1-Gens
selbst zu primen. Ein vollständiger
Satz dieser Primer erlaubt die Synthese aller Nukleotide der BRCA1-Gen-kodierenden
Sequenzen, d. h. der Exons. Der Primersatz erlaubt vorzugsweise
die Synthese sowohl der Intron- als auch der Exon-Sequenzen. Auch
Allel-spezifische Primer können
verwendet werden. Solche Primer lagern sich lediglich an bestimmte
BRCA1-mutante Allele an und amplifizieren daher ein Produkt nur
in Gegenwart des mutanten Allels als einer Matrize.
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Um
die anschließende
Klonierung der amplifizierten Sequenzen zu erleichtern, können die
Primer Sequenzen von Restriktionsenzymstellen aufweisen, die an
ihr 51 Ende angehängt
sind. Daher stammen alle Nukleotide der Primer von BRCA1-Sequenzen oder von
an BRCA1 angrenzenden Sequenzen ab, mit Ausnahme der wenigen Nukleotide,
die zur Bildung einer Restriktionsenzym-Stelle erforderlich sind.
Solche Enzyme und Stellen sind im Fachbereich wohlbekannt. Die Primer
selbst können
unter Anwendung im Fachbereich wohlbekannter Methoden synthetisiert
werden. Allgemein können
die Primer unter Verwendung von Oligonukleotid-Syntheseapparaturen hergestellt werden,
die kommerziell verfügbar
sind. Steht die Sequenz des offenen Leserasters von BRCA1, wie in
SEQ ID NO: 1 gezeigt, zur Verfügung,
so liegt das Design bestimmter Primer durchaus im Rahmen der Möglichkeiten
dieses Fachbereichs.
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Die
durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Nukleinsäure-Sonden
sind für eine
Reihe von Zwecken nützlich.
Sie können
bei der Southern-Hybridisierung an genomische DNA und bei der RNase-Schutzmethode
zum Nachweis der oben bereits erörterten
Punktmutationen verwendet werden. Die Sonden können zum Nachweis von PCR-Amplifikationsprodukten
eingesetzt werden. Sie können
außerdem
zum Nachweis von Fehlpaarungen mit dem BRCA-1-Gen oder der mRNA
unter Anwendung weiterer Methoden verwendet werden.
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Es
wurde entdeckt, dass Individuen mit dem Wildtyp-BRCA1-Gen keinen
Krebs haben, was die Folge des BRCA1-Allels ist. Allerdings sind
Mutationen, die die Funktion des BRCA1-Proteins beeinflussen, bei
der Pathogenese von Krebs beteiligt. Daher korreliert das Vorhandensein
eines veränderten
(oder eines mutierten) BRCA1-Gens, das ein Protein mit einem Funktionsverlust
oder einer veränderten
Funktion produziert, direkt mit einem erhöhten Krebsrisiko. Um eine BRCA1-Genmutation nachzuweisen,
wird eine biologische Probe hergestellt und auf einen Unterschied
zwischen der Sequenz des zu analysierenden BRCA1-Allels und der
Sequenz des Wildtyp-BRCA1-Allels analysiert. Mutante BRCA1-Allele
können
zunächst
mittels einer der oben beschriebenen Methoden identifiziert werden.
Dann werden mutante Allele zur Identifizierung der spezifischen Mutation
des bestimmten mutanten Allels sequenziert. Alternativ dazu können mutante
BRCA1-Allele zunächst
durch Identifizierung mutanter (veränderter) BRCA1-Proteine unter
Anwendung herkömmlicher
Methoden identifiziert werden. Die mutanten Allele werden dann zur
Identifizierung der spezifischen Mutation bei jedem Allel sequenziert.
Die 185delAG-Mutation,
die zu einer veränderten
Funktion des BRCA1-Proteins führt, findet
dann für
die diagnostischen und prognostischen Methoden der vorliegenden
Erfindung Verwendung.
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Definitionen
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In
der vorliegenden Erfindung gelten die folgenden Definitionen:
Zur „Amplifikation
der Polynukleotide” werden
Methoden wie die Polymerase-Kettenreaktion
(polymerase chain reaction – PCR),
Ligations-Amplifikation (oder ligase chain reaction – LCR) und
Amplifikations-Methoden, die auf der Verwendung von Q-beta-Replikase
basieren, eingesetzt. Diese Methoden sind wohlbekannt und werden
im Fachbereich breit praktiziert. Siehe z. B.
US-Patentschriften Nr. 4.683.195 und
4.683.202 und Innis et al.,
1990 (für
PCR); und Wu et al., 1989a (für
LCR). Die Reagenzien und die Hardware zur Durchführung der PCR stehen kommerziell
zur Verfügung.
Die zur Amplifikation der Sequenzen aus der BRCA1-Region nützlichen
Primer sind vorzugsweise komplementär zu, und hybridisieren spezifisch
mit Sequenzen in der BRCA1-Region oder in Regionen, die eine darin
gelegene Ziel-Region
flankieren. Die durch Amplifikation generierten BRCA1-Sequenzen
können
direkt sequenziert werden. Alternativ dazu, doch weniger erwünscht, kann/können die
amplifzierte/n Sequenz(en) vor der Sequenzanalyse kloniert werden.
Ein Verfahren für
das direkte Klonieren und die Sequenzanalyse enzymatisch amplifizierter
Genomsegmente wurde beschrieben von Scharf, 1986.
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„Analyt-Polynukleotid” und „Analyt-Strang” beziehen
sich auf ein einzel- oder doppelsträngiges Polynukleotid, bei dem
das Vorliegen einer Zielsequenz vermutet wird, und das in einer
Vielzahl von Probenarten, einschließlich biologischer Proben,
vorhanden sein kann.
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„Bindungspartner” bezieht
sich auf ein Molekül,
das zur Bindung eines Ligand-Moleküls mit hoher
Spezifität
fähig ist,
wie z. B. ein Antigen und einen Antigenspezifischen Antikörper oder
ein Enzym und seinen Inhibitor. Generell müssen die spezifischen Bindungspartner
bei ausreichender Affinität
binden, um den Analytkopie/komplementären Strang-Duplex (im Falle
der Polynukleotid-Hybridisierung)
unter den Isolationsbedingungen zu immobilisieren. Spezifische Bindungspartner
sind im Fachbereich bekannt und umfassen z. B. Biotin und Avidin
oder Streptavidin, IgG und Protein A, die zahlreichen bekannten
Rezeptor-Ligand-Paare
und komplementäre
Polynukleotidstränge.
Im Falle der komplementären
Polynukleotid-Bindungspartner sind die Partner normalerweise mindestens
etwa 15 Basen lang und können
mindestens 40 Basen lang sein. Die Polynukleotide können sich
aus DNA, RNA oder synthetischen Nukleotid-Analoga zusammensetzen.
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„Biologische
Probe” bezieht
sich auf eine Probe von Gewebe oder Flüssigkeit, bei der ein Gehalt
an Analyt-Polynukleotid oder -Polypeptid von einem Individuum vermutet
wird, einschließlich,
doch nicht beschränkt
auf z. B. Plasma, Serum, Rückenmarksflüssigkeit,
Lymphflüssigkeit,
die äußeren Abschnitte
der Haut, die Atemwege, die Darm- und Urogenitaltrakte, Tränen, Speichel,
Blutzellen, Tumoren, Organe, Gewebe und Proben von in vitro-Zelikulturbestandteilen.
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Wie
hierin verwendet, werden die Begriffe „Diagnostizieren” oder „Prognostizieren”, wie im
Zusammenhang mit Neoplasie verwendet, zur Angabe 1) der Klassifikation
von Läsionen
als Neoplasie, 2) der Bestimmung des Schweregrades der Neoplasie
oder 3) der Überwachung
des Krankheitsverlaufs vor, während und
nach der Behandlung verwendet.
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„Kodieren”. Ein Polynukleotid
wird als für
ein Polypeptid „kodierend” bezeichnet, wenn
es in seinem nativen Zustand oder einem mittels im Fachbereich wohlbekannten
Methoden manipulierten Zustand transkribiert und/oder translatiert
werden kann, um die mRNA für
das Polypeptid oder ein Fragment davon zu produzieren. Der Antisense-Strang
stellt das Komplement solch einer Nukleinsäure dar, und die kodierende
Sequenz kann davon abgeleitet werden.
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„Isoliert” oder „im Wesentlichen
rein”.
Eine „isolierte” oder „im Wesentlichen
reine” Nukleinsäure (z.
B. eine RNA, DNA oder ein Mischpolymer) ist eine solche, die im
Wesentlichen von anderen zellulären
Komponenten befreit ist, die natürlicherweise
eine native Humansequenz oder ein Protein, wie z. B. Ribosomen,
Polymerasen, viele andere humane Genomsequenzen und Proteine, begleiten.
Der Begriff umfasst eine Nukleinsäuresequenz oder ein Protein,
das aus seiner natürlich
vorhandenen Umgebung entfernt wurde und umfasst rekombinante oder
klonierte DNA-Isolate und chemisch synthetisierte Analoga oder mittels
heterologer Systeme biologisch synthetisierte Analoga.
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„BRCA1-Allel” bezieht
sich auf normale Allele des BRCA1-Locus als auch auf Allele, die
Varianten tragen, welche den Menschen zur Ausbildung von Krebs an
vielen Stellen, einschließlich
z. B. Brust-, Eierstock-, Kolorektal- und Prostatakrebs, prädisponieren.
Solche prädisponierenden
Allele werden auch als „BRCA1-Anfälligkeits-Allele” bezeichnet.
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Die
Begriffe „BRCA1-Locus”, BRCA1-Gen, „BRCA1-Nukleinsäuren” oder „BRCA1-Polynukleotid” beziehen
sich jeweils auf Polynukleotide, die sich alle in der BRCA1-Region
befinden und die wahrscheinlich in gesundem Gewebe exprimiert werden,
wobei bestimmte Allele davon ein Individuum zur Ausbildung von Brust-,
Eierstock-, Dickdarm- und Prostatakrebs prädisponieren. Mutationen des
BRCA1-Locus können an
der Auslösung
und/oder dem Fortschreiten weiterer Tumorarten beteiligt sein. Der
Locus ist zum Teil durch Mutationen angegeben, die Individuen zur
Ausbildung von Krebs prädisponieren.
Diese Mutationen fallen innerhalb die nachstehend beschriebene BRCA1-Region.
Der BRCA1-Locus soll kodierende Sequenzen, intervenierende Sequenzen
und regulatorische Elemente, die die Transkription und/oder Translation
kontrollieren, einschließen.
Der BRCA1-Locus soll alle allelen Varianten der DNA-Sequenzen umfassen.
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Diese
Begriffe, wenn auf eine Nukleinsäure
angewandt, beziehen sich auf eine solche Nukleinsäure, die
für ein
BRCA1-Polypeptid, Fragment, Homologon oder eine Variante kodiert,
einschließlich
z. B. von Protein-Fusionen oder -Deletionen. Die Nukleinsäuren der
vorliegenden Offenbarung besitzen eine Sequenz, die entweder abgeleitet
ist von oder im Wesentlichen ähnlich
ist zu einem natürlichen
BRCA1-kodierenden
Gen oder einem solchen, das wesentliche Homologie zu einem natürlichen
BRCA1-kodierenden Gen oder einem Abschnitt davon aufweist. Die kodierende
Sequenz für
ein BRCA1-Polypeptid ist in SEQ ID NO: 1 gezeigt, die Aminosäuresequenz
dagegen in SEQ ID NO: 2.
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Die
Polynukleotid-Zusammensetzungen dieser Offenbarung umfassen RNA,
cDNA, genomische DNA, synthetische Formen und Mischpolymere, sowohl
Sense- als auch Antisense-Stränge,
und können
chemisch oder biochemisch modifiziert sein oder können nicht-natürliche oder
derivatisierte Nukleotidbasen enthalten, wie für Fachleute des Bereichs leicht
zu erkennen sein wird. Zu solchen Modifikationen zählen z.
B. Markierungen, Methylierung, Substitution von einem oder mehreren
der natürlich
vorkommenden Nukleotide durch ein Analogon, Internukleotid-Modifikationen, wie
etwa ungeladene Bindungen (z. B. Methylphosphonate, Phosphotriester,
Phosphoamidate, Carbamate etc.), geladene Bindungen (z. B. Phosphorthioate,
Phosphordithioate etc.) überhängende Komponenten
(z. B. Polypeptide), Interkalatoren (z. B. Acridin, Psoralen etc.), Chelatoren,
Alkylatoren und modifizierte Verknüpfungen (z. B. Alpha-anomere
Nukleinsäuren
etc.). Ebenfalls enthalten sind synthetische Moleküle, die
Polynukleotide in ihrer Bindungsfähigkeit an eine bestimmte Sequenz über eine
Wasserstoffbindung oder andere chemische Wechselwirkungen nachahmen.
Solche Moleküle
sind im Fachbereich bekannt und umfassen z. B. jene, bei denen Peptidverknüpfungen
die Phosphatverknüpfungen
im Rückgrat
des Moleküls
ersetzen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt rekombinante Nukleinsäuren bereit,
die replikative Klonierungsvektoren sind, die die Nukleinsäuresonden
der BRCA1-Region umfassen. Das rekombinante Konstrukt kann zur autonomen
Replikation in einer Wirtszelle fähig sein. Alternativ dazu kann
das rekombinante Konstrukt in die chromosomale DNA der Wirtszelle
integrierbar sein. Solch ein rekombinantes Polynukleotid umfasst
ein Polynukleotid von genomischem, cDNA-, halbsynthetischem oder
synthetischem Ursprung, das Kraft seines Ursprungs oder der Manipulation
1) nicht an das gesamte oder einen Abschnitt eines Polynukleotids
geknüpft
ist, an das es von Natur aus geknüpft ist; 2) an ein anderes
Polynukleotid geknüpft
ist als das, an das es von Natur aus geknüpft ist; oder 3) nicht von
Natur aus vorkommt.
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Daher
werden durch diese Erfindung rekombinante Nukleinsäuren bereitgestellt,
die Sequenzen umfassen, die ansonsten nicht natürlich vorkommen. Obschon die
Wildtyp-Sequenz verwendet werden kann, wird diese oftmals verändert, z.
B. durch Deletion, Substitution oder Insertion.
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cDNA
oder genomische Banken verschiedener Arten können als natürliche Quellen
der Nukleinsäuren der
vorliegenden Offenbarung gescreent werden, oder es können diese
Nukleinsäuren
durch Amplifikation der in genomischer DNA oder anderen natürlichen
Quellen vorliegenden Sequenzen bereitgestellt werden, wie z. B.
mittels PCR. Die Wahl der cDNA-Banken entspricht normalerweise einer
Gewebequelle, die in mRNA für die
gewünschten
Proteine reichlich vorhanden ist. Phagen-Banken sind normalerweise
bevorzugt, doch können
auch andere Arten von Banken verwendet werden. Die Klone einer Bank
werden auf Platten ausgestrichen, auf ein Substrat für das Screening übertragen,
denaturiert und auf das Vorhandensein der gewünschten Sequenzen hin sondiert.
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Die
bei dieser Erfindung verwendeten DNA-Sequenzen umfassen gewöhnlich mindestens
etwa fünf Codons
(15 Nukleotide), gewöhnlicher
mindestens etwa 7 bis 15 Codons, und am bevorzugtesten mindestens etwa
35 Codons. Ein oder mehrere Introns können ebenfalls vorhanden sein.
Diese Anzahl von Nukleotiden macht gewöhnlich etwa die minimale Länge aus,
die für
eine erfolgreiche Sonde erforderlich ist, die spezifisch mit einer
BRCA1-kodierenden Sequenz hybridisieren würde.
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Methoden
für die
Nukleinsäure-Manipulation
sind allgemein beschrieben z. B. bei Sambrook et al., 1989 oder
Ausubel et al., 1992. Die zur Anwendung dieser Methoden nützlichen
Reagenzien, wie etwa Restriktionsenzyme und ähnliches, sind im Fachbereich
weit bekannt und im Handel beziehbar von Vertreibern wie New England
BioLabs, Boehringer Mannheim, Amersham, Promega Biotec, U.S. Biochemicals,
New England Nuclear und einer Reihe weiterer Quellen.
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”BRCA1-Region” bezieht
sich auf einen Abschnitt des Humanchromosoms 17q21, der von den
Markern tdj1474 und U5R umgrenzt ist. Diese Region enthält den BRCA1-Locus,
einschließlich
des BRCA1-Gens.
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Wie
hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „BRCA1-Locus”, „BRCA1-Allel” und „BRCA1-Region” alle auf
doppelsträngige
DNA, umfassend den Locus, das Allel oder die Region, als auch jede
der einzelsträngigen
DNAs, die den Locus, das Allel oder die Region ausmachen.
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Wie
hierin verwendet, ist ein „Abschnitt” des BRCA1-Locus
oder der Region oder des Allels so definiert, dass er eine minimale
Größe von mindestens
etwa acht Nukleotiden, oder bevorzugt etwa 15 Nukleotiden, oder
noch bevorzugter mindestens etwa 25 Nukleotiden, und kann eine minimale
Größe von mindestens etwa
40 Nukleotiden aufweisen.
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„Funktionsfähig gekoppelt” bezieht
sich auf eine Aneinanderlagerung, wobei die so beschriebenen Komponenten
in einer Beziehung stehen, die ihnen eine Funktion in ihrer vorgesehenen
Weise erlaubt. Z. B. ist ein Promotor funktionsfähig mit einer kodierenden Sequenz
gekoppelt, wenn der Promotor ihre Transkription oder Expression
beeinflusst.
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„Sonden”. Polynukleotid-Polymorphismen,
die mit BRCA1-Allelen assoziiert sind, welche für bestimmte Krebsarten prädisponieren
oder mit den meisten Krebsarten verknüpft sind, werden durch Hybridisierung mit
einer Polynukleotid-Sonde nachgewiesen, die ein stabiles Hybrid
mit der Zielsequenz unter stringenten bis mäßig stringenten Hybridisierungs-
und Waschbedingungen bilden. Wird erwartet, dass die Sonden perfekt komplementär zur Zielsequenz
sind, so werden stringente Bedingungen angelegt. Die Hybridisierungs-Stringenz
kann vermindert werden, wenn ein gewisses Maß an Fehlpaarung erwartet wird,
z. B. wenn Varianten erwartet werden, mit dem Ergebnis, dass die
Sonde nicht vollständig
komplementär
sein wird. Es werden Bedingungen gewählt, die nicht-spezifische/zufällige Bindungen
aussschalten, d. h. die Störung
minimieren. Da solche Indikationen sowohl neutrale DNA-Polymorphismen
als auch Mutationen identifizieren, erfordern diese Indikationen
eine weitere Analyse, um den Nachweis eines BRCA1-Anfälligkeits-Allels zu erbringen.
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Die
Sonden für
BRCA1-Allele können
aus den Sequenzen der BRCA1-Region oder ihren cDNAs abgeleitet werden.
Die 185delAG-Sonden weisen 15 bis 30 Nukleotide auf, die einen Abschnitt
der BRCA1-Region umspannen und die eine spezifische Hybridisierung
an die BRCA1-Region ermöglichen.
Enthält
die Zielsequenz eine Sequenz, die identisch zur Sonde ist, ist das
Hybrid selbst unter stringenten Bedingungen relativ stabil. Wird
ein gewisser Grad an Fehlpaarungen bei der Sonde erwartet, d. h.
wird vermutet, dass die Sonde an eine Varianten-Region hybridisiert,
so kann eine längere
Sonde verwendet werden, die an die Zielsequenz mit der erforderlichen
Spezifität
hybridisiert.
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Die
Sonden umfassen ein isoliertes Polynukleotid, das an einen Marker
oder ein Reporter-Molekül
gebunden ist und zur Isolierung anderer Polynukleotid-Sequenzen
mit Sequenz-Ähnlichkeit
mittels standardmäßiger Methoden
verwendet werden kann. Zu Methoden zur Herstellung und Markierung
von Sonden siehe z. B. Sambrook et al., 1989 oder Ausubel et al.,
1992. Weitere ähnliche
Polynukleotide können
unter Verwendung homologer Polynukleotide ausgewählt werden. Alternativ dazu
können
Polynukleotide, die für
diese oder ähnliche
Polypeptide kodieren, synthetisiert oder unter Ausnutzung der Redundanz
im genetischen Code ausgewählt
werden. Verschiedene Codon-Substitutionen können eingeführt werden, z. B. durch stille
Veränderungen (wobei
verschiedene Restriktionsstellen erzeugt werden) oder zur Optimierung
der Expression für
ein bestimmtes System. Mutationen können zur Modifikation der Eigenschaften
des Polypeptids, eventuell zur Veränderung der Ligand-bindenden
Affinitäten,
Interketten-Affinitäten
oder des Polypeptid-Abbaus oder der Umsatzrate eingeführt werden.
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Sonden
der vorliegenden Erfindung, die synthetische Oligonukleotide oder
andere Polynukleotide umfassen, können von natürlich vorkommenden
oder rekombinanten einzel- oder doppelsträngigen Polynukleotiden abgeleitet
oder chemisch synthetisiert sein. Die Sonden können auch durch Nick-Translation,
Klenow-Einbaureaktion oder andere im Fachbereich bekannte Methoden
markiert werden.
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Abschnitte
der Polynukleotid-Sequenz mit 15 bis 30 Nukleotiden aus einer für BRCA1
kodierenden Polynukleotid-Sequenz sind als 185delAG-Sonden bevorzugt.
Die Sonden können
auch zur Bestimmung dessen verwendet werden, ob für BRCA1
kodierende mRNA in einer Zelle oder einem Gewebe vorhanden ist.
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Bei „rekombinanter
Nukleinsäure” handelt
es sich um eine Nukleinsäure,
die nicht natürlich
vorkommt, oder die durch die künstliche
Kombination zweier ansonsten getrennter Segmente einer Sequenz erhalten wird.
Diese künstliche
Kombination wird oftmals entweder durch chemische Synthesemethoden
oder durch die künstliche
Manipulation isolierter Segmente von Nukleinsäuren, z. B. durch gentechnische
Methoden, erreicht. Dies wird gewöhnlich zur Ersetzung eines
Codons durch ein redundantes Codon vorgenommen, das für dieselbe
oder eine konservative Aminosäure
kodiert, wobei typischerweise eine Sequenz-Erkennungsstelle eingeführt oder
entfernt wird. Alternativ dazu wird dies zur Koppelung von Nukleinsäure-Segmenten
mit gewünschten
Funktionen zum Erhalt einer gewünschten
Kombination von Funktionen vorgenommen.
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„Regulatorische
Sequenzen” bezieht
sich auf jene Sequenzen, die normalerweise innerhalb von 100 kb
der kodierenden Region eines Locus liegen, doch auch entfernter
von der kodierenden Region sein können und welche die Exprimierung
des Gens (einschließlich
der Transkription des Gens, und Translation, Spleißen, Stabilität oder ähnliches
der Messenger-RNA) beeinflusst.
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„Wesentliche
Homologie oder Ähnlichkeit”. Eine
Nukleinsäure
oder ein Fragment davon ist „im
Wesentlichen homolog” (oder „im Wesentlichen ähnlich”) zu einem
anderen, wenn, sofern mit der anderen Nukleinsäure (oder ihrem komplementären Strang)
optimal angeordnet (mit geeigneten Nukleotid-Insertionen oder -Deletionen),
eine Nukleotid-Sequenzidentität
bei mindestens etwa 60% der Nukleotidbasen, gewöhnlich mindestens etwa 70%,
noch gewöhnlicher
mindestens etwa 80%, vorzugsweise mindestens etwa 90%, und noch bevorzugter
mindestens etwa 95 bis 98% der Nukleotidbasen, vorliegt.
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Alternativ
dazu liegt eine wesentliche Homologie (oder Ähnlichkeit) dann vor, wenn
eine Nukleinsäure oder
ein Fragment davon an eine andere Nukleinsäure (oder einen komplementären Strang
davon) unter selektiven Hybridisierungsbedingungen an den Strang
oder sein Komplement hybridisiert. Eine Selektivität der Hybridisierung
liegt vor, wenn die Hybridisierung, die wesentlich selektiver als
das völlige
Fehlen von Spezifität ist,
eintritt. Typischerweise tritt eine selektive Hybridisierung ein,
wenn eine Homologie von mindestens etwa 55% über eine Strecke von mindestens
etwa 14 Nukleotiden vorliegt, bevorzugt von mindestens etwa 65%, noch
bevorzugter mindestens etwa 75%, und am bevorzugtesten von mindestens
etwa 90%. Siehe Kanehisa, 1984. Die Länge des beschriebenen Homologie-Vergleichs
kann längere
Strecken betragen; bei bestimmten Ausführungsformen beträgt sie oftmals
eine Strecke von mindestens etwa neun Nukleotiden, gewöhnlich mindestens
etwa 20 Nukleotiden, gewöhnlicher
mindestens etwa 24 Nukleotiden, typischerweise mindestens etwa 28
Nukleotiden, noch typischer mindestens etwa 32 Nukleotiden und bevorzugt
mindestens etwa 36 oder mehr Nukleotiden.
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Die
Nukleinsäure-Hybridisierung
wird durch Bedingungen wie Salzkonzentration, Temperatur oder organische
Lösungsmittel, über die
Basenzusammensetzung, Länge
der komplementären
Stränge
und der Anzahl der Nukleotidbasen-Fehlpaarungen zwischen den hybridisierenden
Nukleinsäuren
hinaus beeinflusst, wie für
Fachleute des Bereichs ohne weiteres erkennbar sein wird. Stringente
Temperaturbedingungen umfassen allgemein Temperaturen von über 30°C, typischerweise über 37°C, und bevorzugt über 45°C. Stringente
Salzbedingungen betragen gewöhnlich
weniger als 100 mM, typischerweise weniger als 500 mM und bevorzugt weniger
als 200 mM. Allerdings ist die Kombination von Parametern viel wichtiger
als das Maß eines
einzelnen Parameters. Siehe z. B. Wetmur & Davidson, 1968.
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Auch
Sonden-Sequenzen können
unter bestimmten Bedingungen spezifisch an Duplex-DNA hybridisieren,
um Triplex-DNA oder andere DNA-Komplexe einer höheren Ordnung zu bilden. Die
Herstellung solcher Sonden und geeignete Hybridisierungs-Bedingungen
sind im Fachbereich wohlbekannt.
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Die
Begriffe „wesentliche
Homologle” oder „wesentliche
Identität” geben,
wenn auf Polypeptide bezogen, an, dass das in Frage stehende Polypeptid
oder Protein zu mindestens etwa 30% mit einem vollständigen, natürlich vorkommenden
Protein oder einem Abschnitt davon, gewöhnlich zu mindestens etwa 70%
und bevorzugt zu mindestens etwa 95% identisch ist.
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Eine „im Wesentlichen ähnliche
Funktion” bezieht
sich auf die Funktion einer modifizierten Nukleinsäure oder
eines modifizierten Proteins bezüglich
der Wildtyp-BRCA1-Nukleinsäure oder
des Wildtyp-BRCA1-Polypeptids. Das modifizierte Polypeptid ist im
Wesentlichen homolog zum Wildtyp-BRCA1-Polypeptid und weist im Wesentlichen
dieselbe Funktion auf. Das modifizierte Polypeptid kann eine veränderte Aminosäure-Sequenz
aufweisen und/oder kann modifizierte Aminosäuren enthalten. Über die Ähnlichkeit
der Funktion hinaus kann das modifizierte Polypeptid weitere nützliche
Eigenschaften wie eine längere
Halbwertszeit aufweisen. Die Ähnlichkeit
der Funktion (Aktivität)
des modifizierten Polypeptids kann im Wesentlichen dieselbe wie
die Aktivität
des Wildtyp-BRCA1-Polypeptids sein. Alternativ dazu kann die Ähnlichkeit
der Funktion (Aktivität)
des modifizierten Polypeptids höher
als die Aktivität
des Wildtyp-BRCA1-Polypeptids sein. Das modifizierte Polypeptid
wird unter Anwendung herkömmlicher
Methoden synthetisiert, oder wird durch eine modifizierte Nukleinsäure kodiert
und unter Anwendung herkömmlicher
Methoden erzeugt. Die modifizierte Nukleinsäure wird mittels herkömmlicher
Methoden hergestellt. Eine Nukleinsäure mit einer im Wesentlichen ähnlichen
Funktion zur Wildtyp-BRCA1-Genfunktion erzeugt das oben beschriebene
modifizierte Protein.
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Die
Homologle für
Polypeptide wird gewöhnlich
unter Verwendung von Sequenzanalyse-Software gemessen. Siehe z.
B. das Sequence Analysis Software Package der Genetics Computer
Group, University of Wisconsin Biotechnology Center, 910 University
Avenue, Madison, Wisconsin 53705. Die Proteinanalyse-Software vergleicht ähnliche
Sequenzen unter Anlegung eines Maßes der Homologie, das verschiedenen
Substitutionen, Deletionen und anderen Modifikationen zugeordnet
wird. Konservative Substitutionen umfassen typischerweise Substitutionen
innerhalb der folgenden Gruppen: Glycin, Alanin; Valin, Isoleucin,
Leucin; Asparaginsäure,
Glutaminsäure;
Asparagin, Glutamin; Serin, Threonin; Lysin, Arginin; und Phenylalanin,
Tyrosin.
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Bei
einem Polypeptid-„Fragment”, -„Abschnitt” oder -„Segment” handelt
es sich um eine Strecke von Aminosäure-Resten von mindestens etwa
fünf bis
sieben benachbarten Aminosäuren,
oftmals von mindestens etwa sieben bis neun benachbarten Aminosäuren, typischerweise
mindestens etwa neun bis 13 benachbarten Aminosäuren, und am bevorzugtesten
mindestens etwa 20 bis 30 oder mehr benachbarten Aminosäuren.
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Die
Polypeptide können,
sofern löslich,
an einen Festphasen-Träger
gekoppelt werden, z. B. Nitrocellulose, Nylon, Säulen-Füllstoffen (z. B. Sepharose-Kügelchen),
Magnetkügelchen,
Glaswolle, Kunststoff, Metall, Polymergele, Zellen oder andere Substrate.
Solche Träger
können
z. B. die Form von Kügelchen,
Wells, Röhrchen
oder Membranen aufweisen.
-
„Zielregion” bezieht
sich auf eine Region der Nukleinsäure, die amplifiziert und/oder
nachgewiesen wird. Der Begriff „Zielsequenz” bezieht
sich auf eine Sequenz, mit der eine Sonde oder ein Primer unter
erwünschten
Bedingungen ein stabiles Hybrid bilden wird.
-
Die
Ausführung
der vorliegenden Erfindung wendet, sofern nicht anders angegeben,
herkömmliche Methoden
der Chemie, Molekularbiologie, Mikrobiologie, rekombinanten DNA,
Genetik und Immunologie an. Siehe z. B. Maniatis et al., 1982; Sambrook
et al., 1989; Ausubel et al., 1992; Glover, 1985; Anand, 1992; Guthrie & Fink, 1991. Eine
allgemeine Erörterung
der Methoden und Materialien für
die Humangen-Kartierung, einschließlich der Kartierung des Humanchromosoms
17q, ist zu finden z. B. bei White and Lalouel, 1988.
-
Herstellung rekombinanter oder chemisch
synthetisierter Nukleinsäuren;
Vektoren, Transformation, Wirtszellen
-
Große Menge
der Sonden der vorliegenden Erfindung können durch Replikation in einer
geeigneten Wirtszelle hergestellt werden. Natürliche oder synthetische Polynukleotid-Fragmente
werden in rekombinante Polynukleotid-Konstrukte, gewöhnlich DNA-Konstrukte,
die zur Einführung
und Replikation in einer prokaryontischen oder eukaryontischen Zelle
fähig sind,
eingebaut. Gewöhnlich
eignen sich die Polynukleotid-Konstrukte zur Replikation in einem
einzelligen Wirt, wie etwa Hefe oder Bakterien, doch können auch
zur Einführung (mit
oder ohne Integration in das Genom) in kultivierte Säuger- oder
Pflanzen- oder andere eukaryontische Zelllinien vorgesehen sein.
Die Reinigung der mittels der Verfahren der vorliegenden Erfindung
erzeugten Nukleinsäuren
ist beschrieben z. B. bei Sambrook et al., 1989, oder Ausubel et
al., 1992.
-
Die
Sonden der vorliegenden Erfindung können auch mittels chemischer
Synthese hergestellt werden, z. B. durch die Phosporamidit-Methode,
wie beschrieben bei Beaucage & Carruthers,
1981, oder die Triester-Methode nach Matteucci und Caruthers, 1981,
und kann auf handelsüblichen
automatisierten Oligonukleotid-Synthesegeräten durchgeführt werden.
Ein doppelsträngiges
Fragment kann aus dem einzelsträngigen Produkt
der chemischen Synthese entweder durch Synthetisieren des komplementären Strangs
und Vereinigen der Stränge
unter geeigneten Bedingungen oder durch Zugabe des komplementären Strangs
unter Verwendung von DNA-Polymerase mit einer geeigneten Primersequenz
erhalten werden.
-
Die
zur Einführung
in einen prokaryontischen oder eukaryontischen Wirt präparierten
Polynukleotid-Konstrukte können
ein durch den Wirt erkanntes Replikationssystem umfassen, einschließlich des
angestrebten, für
das gewünschte
Polypeptid kodierenden Polynukleotid-Fragments, welches vorzugsweise
auch regulatorische Sequenzen für
den Transkriptions- und Translationsstart enthalten wird, die funktionsfähig an das
Polypeptid-kodierende Segment geknüpft sind. Expressionsvektoren
können
z. B. einen Replikationsursprung oder eine autonom replizierende
Sequenz (ARS) und Expressions-Kontrollsequenzen, einen Promotor, einen
Enhancer und die erforderlichen Processing-Informationsstellen,
wie z. B. Ribosom-Bindungsstellen, RNA-Spleißstellen, Polyadenylierungsstellen,
Transkriptions-Beendigungssequenzen und mRNA-stabilisierende Sequenzen
umfassen. Auch Sekretions-Signale können, wo geeignet, enthalten
sein, und zwar sowohl von einem nativen BRCA1-Protein als auch von
anderen Rezeptoren oder von sekretierten Polypeptiden derselben
oder verwandter Spezies, die es dem Protein ermöglichen, Zellmembranen zu durchqueren
und/oder darin deponiert zu werden, und so seine funktionelle Topologie
zu erreichen, oder aber um aus der Zelle ausgeschieden zu werden.
Solche Vektoren können
mittels standardmäßiger rekombinanter
Methoden hergestellt werden, wie im Fachbereich wohlbekannt und
erörtert
z. B. bei Sambrook et al., 1989, oder Ausubel et al., 1992.
-
Ein
geeigneter Promotor und weitere erforderliche Vektor-Sequenzen werden
so ausgewählt,
dass sie im Wirt funktionell sind, und können, wenn geeignet, solche
umfassen, die natürlicherweise
mit BRCA1-Genen verbunden sind. Beispiele zweckdienlicher Kombinationen
von Zelllinien und Expressionsvektoren sind beschrieben bei Sambrook
et al., 1989, oder Ausubel et al., 1992; siehe auch z. B. Metzger
et al., 1988. Im Fachbereich sind viele nützliche Vektoren bekannt, die
im Handel bezogen werden können
z. B. von Stratagene, New England Biolabs, Promega Biotech und anderen.
Promotoren, wie die trp-, lac- und Phagen-Promotoren, tRNA-Promotoren und glycolytischen
Enzym-Promotoren können
bei prokaryontischen Wirten verwendet werden. Zu nützlichen
Hefe-Promotoren zählen
Promotor-Regionen für
Metallothionein, 3-Phosphoglycerat-Kinase oder andere glycolytische
Enzyme, wie z. B. Enolase oder Glyceraldehyd-3-phosphatdehydrogenase, für die Verwertung
von Maltose und Galactose verantwortliche Enzyme und weitere. Zur
Verwendung in der Hefe-Expression geeignete Vektoren und Promotoren
sind weiterhin beschrieben bei Hitzemann et al., EP-Schrift Nr.
73.675 A. Geeignete nicht-native Säuger-Promotoren können die
frühen
und späten
Promotoren von SV40 (Fiers et al., 1978) oder Promotoren, die vom
murinen Moloney-Leukämievirus,
Mäusetumorvirus,
Vogelsarkomviren, Adenovirus II, Rinder-Papillomavirus oder Polyomavirus
hergeleitet sind, umfassen. Außerdem kann
das Konstrukt an ein amplifizierbares Gen (z. B. DHFR) gebunden
werden, so dass multiple Kopien des Gens herstellbar sind. Für geeignete
Enhancer und andere Expressions-Kontrollsequenzen siehe auch Enhancers
and Eukaryotic Gene Expression, Cold Spring Harbor Press, Cold Spring
Harbor, New York (1983).
-
Solche
Expressionsvektoren können
sich zwar autonom replizieren, können
aber auch durch Einführung
in das Genom der Wirtszelle mittels im Fachbereich wohlbekannter
Methoden repliziert werden.
-
Expressions-
und Kloniervektoren enthalten geeigneterweise einen selektierbaren
Marker, d. h. ein für ein
Protein kodierendes Gen, das für
das Überleben
oder Wachstum einer mit dem Vektor transformierten Wirtszelle notwendig
ist. Das Vorhandensein dieses Gens stellt das Wachstum lediglich
jener Wirtszellen sicher, die die Inserte exprimieren. Typische
Selektionsgene kodieren für
Proteine, die a) eine Resistenz gegenüber Antibiotika oder anderen
toxischen Substanzen, z. B. Ampicillin, Neomycin, Methotrexat etc.
verleihen; b) auxotrophe Defizite ergänzen oder c) entscheidende
Nährstoffe
liefern, die aus komplexen Medien, z. B. das für D-Alanin-Racemase von Bacilli kodierende
Gen nicht verfügbar
sind. Die Wahl des geeigneten selektierbaren Markers hängt von
der Wirtszelle ab, wobei geeignete Marker für verschiedene Wirte im Fachbereich
wohlbekannt sind.
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Die
die Nukleinsäuren
von Interesse enthaltenden Vektoren können in vitro transkribiert
und die resultierende RNA in die Wirtszelle mittels wohlbekannter
Methoden eingeführt
werden, z. B. durch Injektion (siehe Kubo et al., 1988); alternativ
können
die Vektoren mittels im Fachbereich wohlbekannter Methoden in Abhängigkeit
von der Art des zellulären
Wirts, einschließlich
der Elektroporation; der Transfektion unter Verwendung von Calciumchlorid,
Rubidiumchlorid, Calciumphosphat, DEA-Dextran oder anderen Substanzen;
dem Mikroprojektil-Beschuss;
der Lipofektion; der Infektion (wobei der Vektor ein infektiöses Agens
ist, wie etwa ein retrovirales Genom), und weiteren Methoden, eingebracht
werden. Siehe allgemein Sambrook et al., 1989, und Ausubel et al.,
1992. Die Einführung
der Polynukleotide in die Wirtszelle mittels einer im Fachbereich
bekannten Methode, einschließlich
unter anderem der oben beschriebenen, wird hierin als „Transformation” bezeichnet.
Bei den Zellen, in die die oben beschriebenen Nukleinsäuren eingeführt wurden,
soll auch die Nachkommenschaft dieser Zellen umfasst sein.
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Große Mengen
der Nukleinsäuren
der vorliegenden Erfindung sind präparierbar, indem die BRCA1-Nukleinsäure-Abschnitte
in Vektoren oder anderen Expressions-Trägern
in kompatiblen prokaryontischen oder eukaryontischen Wirtszellen
exprimiert werden. Bei den am häufigsten
verwendeten prokaryontischen Wirten handelt es sich um Stämme von
Escherichia coli, obschon auch andere Prokaryonten wie Bacillus
subtilis oder Pseudomonas verwendet werden können.
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Die
Klone werden unter Verwendung von Markern ausgewählt, die von der Art der Vektorkonstruktion abhängen. Die
Marker können
auf demselben oder einem unterschiedlichen DNA-Molekül, vorzugsweise
aber auf demselben DNA-Molekül,
vorhanden sein. Bei prokaryontischen Wirten kann der Transformant
z. B. mittels Resistenz gegenüber
Ampicillin, Tetracyclin oder anderen Antibiotika, ausgewählt werden.
Die Herstellung eines bestimmten Produkts auf der Grundlage der
Temperaturempfindlichkeit kann ebenfalls als ein geeigneter Marker
dienen.
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Mit
den Polynukleotiden der vorliegenden Erfindung transformierte prokaryontische
oder eukaryontische Zellen sind nicht nur zur Herstellung der Nukleinsäuren der
vorliegenden Erfindung nützlich,
sondern auch z. B. zur Untersuchung der Eigenschaften der BRCA1-Polypeptide.
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Antisense-Polynukleotid-Sequenzen
sind zur Verhinderung oder Verminderung der Expression des BRCA1-Locus
nützlich,
wie für
Fachleute des Bereichs erkennbar sein wird. Z. B. können Polynukleotid-Vektoren,
die den gesamten oder einen Teil des BRCA1-Locus oder andere Sequenzen
aus der BRCA1-Region enthalten (besonders jene, die den BRCA1-Locus
flankieren), unter die Kontrolle eines Promotors in einer Antisense-Orientierung
platziert und in eine Zelle eingeführt werden. Die Expression
solch eines Antisense-Konstrukts innerhalb einer Zelle beeinflusst
die BRCA1-Transkription
und/oder -Translation und/oder -Replikation.
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Die
Sonden und Primer, die auf den hierin beschriebenen BRCA1-Gensequenzen
basieren, werden zur Identifizierung homologer BRCA1-Gensequenzen
und -Proteine in anderen Spezies verwendet. Diese hierin beschriebenen
BRCA1-Gensequenzen
und -Proteine werden bei den hierin beschriebenen diagnostischen/prognostischen,
therapeutischen und Wirkstoff-Screening-Methoden für die Spezies,
aus der sie isoliert wurden, verwendet.
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Anwendungsmethoden: Nukleinsäure-Diagnose
und diagnostische Kits
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Um
das Vorhandensein eines BRCA1-Allels nachzuweisen, das ein Individuum
für Krebs
prädisponiert,
wird eine biologische Probe, z. B. Blut, präpariert und auf das Vorhandensein
oder die Abwesenheit der Anfälligkeits-Allele
von BRCA1 analysiert. Um das Vorhandensein einer Neoplasie und die
Weiterentwicklung einer Läsions-Vorstufe zur Malignität nachzuweisen
oder als ein prognostischer Indikator wird eine biologische Probe
der Läsion
präpariert
und auf das Vorhandensein oder die Abwesenheit mutanter Allele von
BRCA1 hin analysiert. Die Ergebnisse dieser Tests und interpretative
Informationen werden dem Gesundheitsvorsorge leistenden Arzt zur
Mitteilung an die getestete Person rückgemeldet. Diese Diagnosen
können
durch diagnostische Laboratorien vorgenommen werden, oder alternativ
dazu können
diagnostische Kits hergestellt und an die Gesundheitsvorsorge leistenden
Stellen oder an Privatpersonen für
die Selbstdiagnose vertrieben werden.
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Am
Anfang steht bei der Screening-Methode die Amplifikation der relevanten
BRCA1-Sequenzen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Screening-Methode eine nicht auf der PCR
basierende Strategie. Derartige Screening-Methoden wenden eine zweistufige
Markierungs-Amplifikations-Methode
an, die im Fachbereich wohlbekannt ist. Sowohl auf PCR als auch
nicht auf PCR basierende Screening-Strategien sind in der Lage,
Zielsequenzen bei einem hohen Grad der Empfindlichkeit nachzuweisen.
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Die
verbreitetste der heutzutage angewandten Methoden ist die Ziel-Amplifikation.
Hierbei wird die Ziel-Nukleinsäure-Sequenz
mit Polymerasen amplifiziert. Eine besonders bevorzugte Methode
unter Verwendung der Polymerase-angetriebenen Amplifikation ist
die Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction – PCR).
Die Polymerase-Kettenreaktion und andere Polymerase-angetriebene
Amplifikations-Assays
können
eine über
eine millionfache Vermehrung der Kopienzahl durch Ausnutzung der
Polymerase-angeregten Amplifikations-Zyklen erreichen. Einmal amplifiziert,
kann die resultierende Nukleinsäure
sequenziert oder als ein Substrat für DNA-Sonden verwendet werden.
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Werden
die Sonden zum Nachweis des Vorhandenseins der Zielsequenzen verwendet,
(z. B. beim Screening auf Krebs-Anfälligkeit), so kann die zu analysierende
biologische Probe, z. B. Blut oder Serum, zur Extrahierung der Nukleinsäuren behandelt
werden, wenn erwünscht.
Die Nukleinsäure
der Probe kann auf unterschiedliche Weise zur Vereinfachung des
Nachweises der Zielsequenz präpariert
werden; z. B. durch Denaturierung, Restriktionsverdau, Elektrophorese
oder Dot-Blotting. Die angezielte Region der Nukleinsäure des
Analyts muss gewöhnlich
zumindest teilweise einzelsträngig
sein, um Hybride mit der Zielsequenz der Sonde bilden zu können. Ist
die Sequenz von Natur aus einzelsträngig, so ist keine Denaturierung
erforderlich. Ist die Sequenz jedoch doppelsträngig, so macht die Sequenz
möglicherweise
eine Denaturierung erforderlich. Die Denaturierung kann mittels
verschiedener, im Fachbereich bekannter Methoden vorgenommen werden.
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Die
Nukleinsäure
des Analyts und die Sonde werden unter Bedingungen inkubiert, die
die Bildung eines stabilen Hybrids aus der Zielsequenz in der Sonde
mit der vermuteten angezielten Sequenz im Analyt fördert. Die
Region der Sonden, die zur Bindung an das Analyt dienen soll, kann
vollkommen komplementär
zur angezielten Region des Humanchromosoms 17q gemacht werden. Daher
sind hochstringente Bedingungen erwünscht, um falsch-positive Bindungen
zu vermeiden. Allerdings werden Bedingungen von hoher Stringenz lediglich
dann angelegt, wenn die Sonden komplementär zu Regionen des Chromosoms
sind, die im Genom einzigartig sind. Die Stringenz der Hybridisierung
wird durch eine Anzahl von Faktoren während der Hybridisierung und
während
des Waschvorgangs bestimmt, einschließlich der Temperatur, der Ionenstärke, der
Basen-Zusammensetzung, der Sondenlänge und der Konzentration an
Formamid. Diese Faktoren sind z. B. bei Maniatis et al., 1982, und
Sambrook et al., 1989, in groben Zügen dargestellt. Unter bestimmten
Umständen kann
die Bildung von Hybriden einer höheren
Ordnung, z. B. Triplexen, Quadruplexen etc. zur Bereitstellung der
Mittel zum Nachweis der Zielsequenzen erwünscht sein.
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Die
Detektion des resultierenden Hybrids, sofern vorhanden, wird gewöhnlich durch
die Verwendung markierter Sonden erreicht. Alternativ dazu kann
die Sonde unmarkiert sein, kann jedoch durch spezifische Bindung
mit einem Liganden, der entweder direkt oder indirekt markiert ist,
nachweisbar sein. Bekannte Marker und Methoden zur Markierung von
Sonden und Liganden sind im Fachbereich bekannt und umfassen z.
B. radioaktive Marker, die mittels bekannter Methoden eingebaut werden
können
(z. B. Nick-Translation, Zufallspriming oder Kinasieren), Biotin,
fluoreszierende Gruppen, chemilumineszierende Gruppen (z. B. Dioxetane, speziell
getriggerte Dioxetane), Enzyme, Antikörper und Ähnliches. Variationen dieses
Grundschemas sind im Fachbereich bekannt und umfassen jene Abwandlungen,
die die Abtrennung der nachzuweisenden Hybride von Fremdstoffen
erleichtern und/oder die das Signal aus der markierten Komponente
amplifizieren. Eine Übersicht über eine
Reihe dieser Variationen ist wiedergegeben z. B. bei Matthews & Kricka, 1988;
Landegren et al., 1988; Mittlin, 1989;
US-Patentschrift Nr. 4,868,105 und
in der
EPO-Veröffentlichung
Nr. 225.807 .
-
Wie
oben angemerkt, werden auch nicht auf PCR basierende Screening-Assays
bei dieser Erfindung in Betracht gezogen. Eine veranschaulichende
Darstellung einer nicht auf PCR basierenden Verfahrensweise ist
in Beispiel 11 wiedergegeben. Bei diesem Verfahren wird eine Nukleinsäure-Sonde
(oder ein Analogon, wie z. B. ein Methylphosphonat-Rückgrat als
Ersatz für
den normalen Phosphordiester) an ein geringfügig vorhandenes DNA-Ziel hybridisiert.
Diese Sonde kann ein kovalent an die Sonde geknüpftes Enzym aufweisen, so dass
die kovalente Bindung die Spezifität der Hybridisierung nicht
beeinflusst. Dieser Enzym-Sonde-Konjugat-Ziel-Nukleinsäure-Komplex kann dann aus dem
freien Sonde-Enzym-Konjugat wegisoliert und ein Substrat zum Enzymnachweis
zugefügt
werden. Die enzymatische Aktivität
wird als eine Veränderung
bei der Farbentwicklung oder der Lumineszenz-Abgabe beobachtet,
was zu einer Erhöhung
der Empfindlichkeit von 103–106 führt.
Für ein
Beispiel bezüglich
der Präparation
von Oligodesoxynukleotid-alkalische Phosphatase-Konjugaten und deren
Verwendung als Hybridisierungs-Sonden siehe Jablonski et al., 1986.
-
Im
Fachbereich sind zweistufige Markierungs-Amplifikations-Methoden
bekannt. Diese Assays gehen von dem Prinzip aus, dass ein kleiner
Ligand (wie z. B. Digoxigenin, Biotin oder Ähnliches) an eine Nukleinsäure-Sonde
gebunden wird, die zur spezifischen Bindung von BRCA1 fähig ist.
In Tabelle 9 dieser Patentanmeldung sind Beispiele der Sonden wiedergegeben,
die außerdem
die Nukleinsäure-Sonde
entsprechend der Nukleotid-Positionen 3631 bis 3930 der SEQ ID NO:
1 umfassen. Auch Allel-spezifische Sonden werden als im Rahmen dieser
Beispiele befindlich erachtet, wobei zu den Beispielen der Allel-spezifischen
Sonden solche zählen,
die die in Tabellen 11 und 12 dieser Patentanmeldung zusammengefassten
prädisponierenden
Mutationen umfassen.
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Bei
einem Beispiel wird der an die Nukleinsäure-Sonde gebundene kleine
Ligand spezifisch durch ein Antikörper-Enzym-Konjugat erkannt.
Bei einer Ausführungsform dieses
Beispiels ist Digoxigenin an die Nukleinsäure-Sonde gebunden. Die Hybridisierung
wird mittels eines Antikörper-alkalische
Phosphatase-Konjugats nachgewiesen, welches ein chemilumineszierendes
Substrat umsetzt. Methoden zur Markierung von Nukleinsäure-Sonden
gemäß dieser
Ausführungsform
siehe Martin et al., 1990. Bei einem zweiten Beispiel wird der kleine
Ligand durch ein zweites Ligand-Enzym-Konjugat erkannt, das zur
spezifischen Komplexbildung mit dem ersten Liganden fähig ist.
Eine wohlbekannte Ausführung
dieses Beispiels involviert die Biotin-Avidin-artigen Wechselwirkungen.
Methoden zur Markierung von Nukleinsäure-Sonden und ihre Verwendung
in auf Biotin-Avidin basierenden Assays siehe Rigby et al., 1977,
und Nguyen et al., 1992.
-
Es
wird auch als im Rahmen dieser Erfindung befindlich erachtet, dass
die Nukleinsäure-Sonde
dieser Erfindung in einem Cocktail von Nukleinsäuresonden verwendet wird, die
zum Nachweis von BRCA1 fähig sind.
Daher wird bei einem Beispiel zum Nachweis des Vorhandenseins von
BRCA1 in einer Zellprobe mehr als eine, zu BRCA1 komplementäre Sonde
verwendet; insbesondere beträgt
die Zahl der verschiedenen Sonden alternativ 2, 3 oder 5 unterschiedliche
Nukleinsäure-Sonden-Sequenzen.
Bei einem anderen Beispiel wird zum Nachweis des Vorhandensein von
Mutationen in der BRCA1-Gensequenz eines Patienten mehr als eine zu
BRCA1 komplementäre
Sonde verwendet, wobei der Cocktail Sonden umfasst, die zur Bindung
an die Allel-spezifischen Mutationen fähig sind, die in Patienten-Populationen
mit Veränderungen
bei BRCA1 identifiziert wurden. Bei dieser Ausführungsform kann eine beliebige
Zahl von Sonden verwendet werden, wobei vorzugsweise Sonden entsprechend
den wichtigsten Genmutationen umfasst sind, die als ein Individuum
für Brustkrebs
prädisponierend
identifiziert wurden. Zu einigen Kandidat-Sonden, die als in den
Rahmen der vorliegenden Offenbarung fallend betrachtet werden, zählen Sonden,
die die in Tabelle 11 und 12 identifizierten Allel-spezifischen
Mutationen sowie jene umfassen, die die BRCA1-Regionen entsprechend
der SEQ ID NO: 1 sowohl 5' als
auch 3' zur Mutationsstelle
aufweisen.
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Die
Offenbarung wird von den folgenden Beispielen gestützt. Es
wurden die im Fachbereich wohlbekannten standardmäßigen Methoden
oder die nachfolgend spezifisch beschriebenen Methoden angewandt.
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BEISPIEL 1
-
Ermittlung und Untersuchung von Stämmen, die
voraussichtlich einen 17g-gekoppelten Anfälligkeits-Locus für Brustkrebs
aufweisen
-
Ausgedehnte,
zu Krebs neigende Familienstämme
wurden aus einer definierten Population ermittelt, wodurch eine
große
Gruppe ausgedehnter Stämme
mit multiplen Fällen
von Brustkrebs und vielen, zur Untersuchung zur Verfügung stehenden
Verwandten erhalten wurde. Die große Zahl der bei diesen umfangreichen Stämmen vorliegenden
Meiosen bot die Möglichkeit
nachzuweisen, ob der BRCA1-Locus
sich aufspaltete, und erhöhten
die Wahrscheinlichkeit des Auftretens informativer Rekombinanter
innerhalb der untersuchten kleinen Region. Dies steigerte die Chancen
enorm, eine Verknüpfung
zur BRCA1-Region herzustellen, und erleichterte die Verminderung
der BRCA1-Region auf eine handhabbare Größe, die die Identifikation
des BRCA1-Locus selbst erlaubt, in starkem Maße.
-
Jeder
Stamm wurde durch alle verfügbaren
Verwandtschafts-Bindeglieder ausgedehnt und um alle informativen
Verwandten ersten Grades jedes Probanden oder Krebsfalles erweitert.
Bei diesen Familienstämmen
wurden weitere Fälle
von Brustkrebs und Individuen mit Krebs an anderen Stellen von Interesse
(z. B. Eierstöcke),
die ebenfalls in den Stämmen
auftraten, durch die Tumorregistrierungssakten identifiziert. Alle
im Familienstamm berichteten Fälle
von Brustkrebs, die nicht im Krebsregister von Utah bestätigt waren,
wurden untersucht. Die medizinischen Berichte oder Totenscheine
wurden zur Bestätigung
aller Krebsfälle
angefordert. Alle Schlüsselpersonen
und alle informativen Individuen wurden zur Teilnahme durch Bereitstellung
einer Blutprobe, aus der DNA extrahiert wurde, eingeladen. Ebenfalls
wurden Proben der Ehegatten und Verwandten der Todesfälle genommen,
so dass auf den Genotyp der Todesfälle von den Genotypen ihrer
Verwandten geschlossen werden konnte.
-
Zehn
Familienstämme,
bei denen drei oder mehr Krebsfälle
mit ableitbaren Genotypen vorlagen, wurden für Studien der Koppelung an
17q-Marker aus einer Gruppe von 29 Stämmen ausgewählt, die ursprünglich aus
den verbundenen Datenbanken für
eine Studie von proliferativen Mastopathien und Brustkrebs ermittelt worden
waren (Skolnick et al., 1990). Das Kriterium für die Auswahl dieser Stämme bestand
im Vorhandensein zweier Schwestern oder einer Mutter und ihrer Tochter
mit Brustkrebs. Außerdem
wurden zwei Familienstämme,
die seit 1980 als Teil unserer Brustkrebs-Kopplungsstudien (K1001,
K9018) untersucht worden waren, sechs Familienstämme, die aus den verbundenen
Datenbanken für
das Vorhandensein von Anhäufungen
von Brust- und/oder Eierstockkrebs ermittelt wurden (K2019, K2073,
K2079, K2080, K2039, K2082) und ein selbst zugewiesener Familienstamm
mit Brustkrebs im Frühstadium
(K2035) aufgenommen. Diese Familienstämme wurden untersucht und in
unserer Klinik in oben beschriebener Weise ausgedehnt. In Tabelle
1 sind die Charakteristika dieser 19 Stämme gezeigt, die die Objekte
der anschließenden
Beispiele sind. In Tabelle 1 ist für jeden Familienstamm die Gesamtzahl
der Individuen in unserer Datenbank gezeigt, die Zahl der typisierten
Individuen und das minimale, mittlere und maximale Alter bei Diagnose
von Brust/Eierstockkrebs. Die Familienstämme sind in aufsteigender Ordnung
des mittleren Alters bei Diagnose des Brustkrebses sortiert. Vier
sowohl mit Eierstock- als auch Brustkrebs diagnostizierte Frauen
sind in beiden Kategorien aufgeführt.
-
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BEISPIEL 2
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Auswahl der mit Chromosom 17q verknüpften Familienstämme und
Lokalisation des BRCA1 auf dem Intervall Mfd15–Mfd188
-
Aus
jeder bei diesen 19 Familienstämmen
entnommenen Probe wurde die DNA unter Anwendung standardmäßiger Laborprotokolle
aus Blut extrahiert (oder in zwei Fällen aus in Paraffin eingebetteten
Gewebeblöcken).
Die Genotypisierung in dieser Studie war auf kurze Tandem-Repeat-(STR)-Marker
beschränkt,
da sie im Allgemeinen eine hohe Heterozygotie aufweisen und die
PCR-Methoden einen schnellen Umsatz bei Verwendung sehr geringer
Mengen an DNA bieten. Zur Unterstützung dieser Bemühungen wurden
vier solcher STR-Marker auf Chromosom 17 durch Screening einer Chromosom-spezifischen
Cosmidbank für
CA-positive Klone entwickelt. Drei dieser Marker lokalisierten sich
am langen Arm: (46E6, Esston et al., 1993); (42D6, Esston et al.,
1993); 26C2 (D17S514, Oliphant et al., 1991), während sich der andere, 12G6
(D17S513, Oliphant et al., 1991) am kurzen Arm nahe des p53-Tumor-Suppressor-Locus
lokalisierte. Zwei davon, 42D6 und 46E6, wurden dem Breast Cancer
Linkage Consortium zur Typisierung der Brustkrebs-Familien durch
weltweite Untersuchungen vorgelegt. Oligonukleotid-Sequenzen für Marker,
die nicht in unserem Labor entwickelt worden waren, wurden aus veröffentlichten
Berichten oder als Teil des Breast Cancer Linkage Consortium oder von
anderen Forschern erhalten. Alle genotypisierten Filme wurden mit
einem standardmäßigen Bahnmarker, der
zur Aufrechterhaltung einer konsequenten Kodierung der Allele diente,
blind ausgewertet. Schlüsselproben der
vier hierin vorgestellten Familienstämme wurden einer doppelten
Typisierung für
alle relevanten Marker unterzogen. Alle 19 Stämme wurden für zwei polymorphe
CA-Repeat-Marker typisiert: 42D6 (D17S588), ein in unserem Labor
isolierter CA-Repeat, und Mfd15 (D17S250), ein von J. Weber (Weber
et al., 1990) verfügbar gemachter
CA-Repeat. Es wurden verschiedene Quellen von Sonden verwendet,
um genetische Marker auf Chromosom 17 zu schaffen, spezifisch Chromosom-17-Cosmid
und Lambda-Phagen-Banken,
die aus geordneten Chromosomen durch die Los Alamos National Laboratories
(van Dills et al., 1986) angelegt wurden.
-
Die
LOD-Scores für
jeden Familienstamm mit diesen beiden Markern (42D6, Mfd15) und
einem dritten Marker, Mfd188 (D17S579, Hall et al., 1992), der etwa
auf halbem Weg zwischen diesen beiden Markern lokalisiert ist, wurden
für zwei
Werte der Rekombinationsfraktion, 0,001 und 0,1 berechnet. (Zur
Berechnung der LOD-Scores siehe Oh, 1985). Die Wahrscheinlichkeiten
wurden mit dem von Claus et al., 1991, abgeleiteten Modell berechnet,
das eine geschätzte
Genhäufigkeit
von 0,003, ein lebenslanges Risiko bei Genträgern von etwa 0,80 und populationsbezogene, altersspezifische
Risiken von Brustkrebs bei Nicht-Genträgern zugrundelegt. Die Allelhäufigkeiten
für die
drei für
LOD-Score-Berechnungen verwendeten Marker wurden aus unseren eigenen
Labor-Typisierungen nicht-verwandter Individuen im CEPH-Panel berechnet
(White und Lalouel, 1988). In Tabelle 2 sind die Ergebnisse der
paarweisen Kopplungsanalyse jedes Familienstammes mit den drei Markern
42D6, Mfd188 und Mfd15 gezeigt.
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Unter
Anwendung eines Kriteriums für
die Kopplung mit 17q von einem LCD-Score > 1,0 für
mindestens einen Locus unter dem CASH-Modell (Claus et al., 1991)
schienen vier der 19 Familienstämme
mit 17q verknüpft
zu sein (K1901, K1925, K2035, K2082). Eine Reihe weiterer Familienstämme zeigte
gewisse Hinweise auf eine Verknüpfung,
konnten aber zu diesem Zeitpunkt nicht definitiv der Kopplungskategorie
zugeordnet werden. Zu diesen zählten
Familienstämme
K1911, K2073, K2039 und K2080. Drei der 17q-gekoppelten Familienstämme wiesen
informative Rekombinanten in dieser Region auf, wobei diese nachfolgend
ausführlich
beschrieben sind.
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Bei
Stamm 2082 handelt es sich um die größte, bisher von irgendeiner
Gruppe berichtete 17q-verknüpfte
Brustkrebsfamilie. Der Stamm umfasst 20 Fälle von Brustkrebs und 10 Fälle von
Eierstockkrebs. Zwei Fälle
weisen sowohl Eierstock- als auch Brustkrebs auf. Der Beweis einer
Kopplung mit 17q ist bei dieser Familie überwältigend; der LCD-Score mit
dem gekoppelten Haplotyp beträgt über 6,0,
trotz der Existenz dreier Fälle
von Brustkrebs, die sporadisch zu sein scheinen, d. h. diese Fälle teilen
sich den gekoppelten Haplotyp zu keinem Teil zwischen Mfd15 und
42D6 auf. Diese drei sporadischen Fälle wurden mit Brustkrebs im
Alter von 46, 47 und 54 Jahren diagnostiziert. Bei kleineren Stämmen verwirrt
das sporadische Auftreten von Krebs dieser Art die Kopplungsanalyse
und die korrekte Identifikation der Schlüssel-Rekombinanten hochgradig. Die Schlüssel-Rekombinante
in Stamm 2082 ist eine Frau, die im Alter von 45 Jahren Eierstockkrebs
ausbildete und deren Mutter und Tante im Alter von 58 bzw. 66 Jahren
Eierstockkrebs hatten. Sie erbte den gekoppelten Abschnitt des Haplotyps
sowohl für
Mfd188 als auch 42D6 und zugleich die ungekoppelten Allele bei Mfd15; dieses
rekombinante Ereignis platzierte BRCA1 distal zu Mfd15.
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K1901
ist ein typisches Beispiel eines Familienstamms mit früh auftretendem
Brustkrebs. Der Stamm enthält
zehn Fälle
von Brustkrebs im mittleren Alter bei einer Diagnose mit 43,5 Jahren;
vier Fälle
wurden unter dem Alter 40 Jahre diagnostiziert. Der LOD-Score für diesen
Stamm mit dem Marker 42D6 beträgt
1,5, was eine A-posteriori-Wahrscheinlichkeit
der 17q-Kopplung von 0,96 ergibt. Die Untersuchung der Haplotypen
in diesem Familienstamm identifizierte einen rekombinanten Haplotyp
bei einem obligaten männlichen
Träger und
seiner betroffenen Tochter, bei der im Alter von 45 Jahren Brustkrebs
diagnostiziert worden war. Ihr gekoppeltes Allel für Marker
Mfd15 unterscheidet sich von dem in allen anderen Fällen im
Familienstamm gefundenen Allel (außer einem Fall, der nicht gänzlich aus
ihren Kindern gefolgert werden konnte). Die beiden Haplotypen sind
für Mfd188
und 42D6 identisch. Demgemäß würden auch
die Daten aus Stamm 1901 den BRCA1-Locus distal zu Mfd15 platzieren.
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Stamm
2035 ist K1901 im Krankheits-Phänotyp ähnlich.
Das mittlere Alter der Diagnose bei acht Fällen von Brustkrebs in diesem
Stamm beträgt
37 Jahre. Ein Fall wies im Alter von 60 Jahren auch Eierstockkrebs
auf. Die Fälle
von Brustkrebs in dieser Familie stammten von zwei Schwestern ab,
die beide bis zu ihrem Tod in der achten Dekade nicht von Brustkrebs
betroffen waren. Jeder Zweig enthält vier Fälle von Brustkrebs, wobei dieser
bei mindestens einem Fall in jedem Zweig deutlich früh ausbrach.
Dieser Stamm weist einen LOD-Score von 2,34 bei Mfd15 auf. Die Haplotypen,
die sich in den beiden Zweigen mit Brustkrebs aufspalten, teilen
ein identisches Allel bei Mfd15, doch unterscheiden sich bei den
distalen Loci Mfd188 und NM23 (ein vom Konsortium typisierter Marker,
der direkt distal zu 42D6 lokalisiert ist (Hall et al., 1992)).
Obschon die beiden Haplotypen für
Marker 42D6 übereinstimmend
sind, ist es wahrscheinlich, dass die Allele identisch durch Lage
(dasselbe Allel, doch von unterschiedlichen Vorfahren stammend)
und nicht identisch durch Abkunft (von einem gemeinsamen Vorfahr
stammend) sind, da es sich bei dem geteilten Allel um das zweithäufigste,
an diesem Locus beobachtete Allel handelt. Im Gegensatz dazu weist
das verkoppelte, bei Mfd15 gemeinsame Allel eine Häufigkeit
von 0,04 auf. Es handelt sich hierbei um eine Schlüssel-Rekombinante
in unserer Datenbank, da es die einzige Rekombinante ist, bei der
sich BRCA1 mit dem proximalen Abschnitt des Haplotyps aufspaltet
und damit die distale Grenze für
die BRCA1-Region setzt. Damit dieses Ereignis nicht eine Schlüssel-Rekombinante
darstellt, ist es erforderlich, dass ein zweites mutantes BRCA1-Gen
bei einem in die Familie eingeheirateten Ehepartner vorhanden ist,
der ebenfalls das seltene Mfd15-Allel
teilt, das sich in beiden Zweigen des Familienstamms mit Brustkrebs
aufspaltet. Dieses Ereignis weist eine Wahrscheinlichkeit von weniger
als eins zu tausend auf. Der Nachweis aus diesem Familienstamm platzierte
daher den BRCA1-Locus proximal zu Mfd188.
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BEISPIEL 3
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Schaffung einer Feinstrukturkarte und
Verfeinerung der BRCA1-Region auf Mfd191–Mfd188 unter Anwendung weiterer
STR-Polvmorphismen
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Um
die Charakterisierung unserer Rekombinanten zu verbessern und enger
flankierende Marker zu definieren, war eine verdichtete Karte dieser
relativ kleinen Region auf Chromosom 17q erforderlich. Der Chromosom-17-Workshop
hat eine Konsensus-Karte dieser Region (1) auf
der Grundlage einer Kombination genetischer und physischer Kartierungsstudien
entwickelt (Fein, 1992). Diese Karte enthält sowohl hochgradig polymorphe
STR-Polymorphismen als auch eine Reihe nicht polymorph exprimierter
Gene. Da diese Karte keine Einzelheiten bezüglich des Nachweises dieser
Ordnung noch in irgendeinem Umfang eine lokale Belege für Inversionen
in der Ordnung der benachbarten Loci angab, betrachteten wir sie
als einen groben Leitfaden zum Erhalt von Ressourcen, die zur Entwicklung
neuer Marker und zur Konstruktion unserer eigenen detaillierten
genetischen und physischen Karte einer kleinen Region, umfassend
BRCA1, verwendet werden konnten. Unser Ansatz bestand in der Analyse
existierender STR-Marker, wie durch andere Forscher bereitgestellt, und
jeglicher neu entwickelter Marker aus unserem Labor bezüglich sowohl
eines Panels meiotischer (genetischer) Bruchstellen, wie unter Verwendung
von DNA aus den CEPH-Bezugsfamilien identifiziert, als auch eines
für diese
Region konstruierten Panels somatischer Zellhybride (physische Bruchstelle).
Diese Marker umfassten den in unserem Labor entwickelten 26C2, der
proximal zu Mfd15, Mfd191 (bereitgestellt von James Weber) kartiert,
THRA1 (Futreal et al., 1992a) und drei Polymorphismen, die uns freundlicherweise
von Dr. Donald Bleck zur Verfügung
gestellt wurden, nämlich
NM23 (Hall et al., 1992), SCG40 (D17S181) und 6C1 (D17S293).
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Genetische
Lokalisation der Marker. Um neue Marker innerhalb der Region von
Interesse genetisch zu lokalisieren, haben wir eine Reihe von meiotischen
Schlüssel-Bruchstellen innerhalb
der Region sowohl im CEPH-Bezugspanel als auch in unserem großen Brustkrebs-Familienstamm
(K2082) identifiziert. Auf Grund des geringen genetischen Abstands
in dieser Region handelt es sich wahrscheinlich um einen lediglich
relativ kleinen Satz von Rekombinanten, der für diesen Zweck verwendet werden
kann und durch die die Marker wahrscheinlich in Sätze gruppiert
werden. Die Ordnungen der Marker innerhalb jedes Satzes können nur
durch physische Kartierung bestimmt werden. Die Anzahl der Genotypisierungen
allerdings, die zur Positionierung eines neuen Markers erforderlich
ist, wird minimiert. Diese Bruchstellen sind in Tabellen 3 und 4
veranschaulicht. Unter Anwendung dieses Ansatzes waren wir in der
Lage, die Marker THRA1, 6C1, SCG40 und Mfd191 genetisch zu ordnen.
Wie aus Tabellen 3 und 4 ersichtlich, kartieren sowohl THRA1 als
auch Mfd191 innerhalb der Mfd15–Mfd188-Region,
die wir zuvor als den BRCA1-Locus
enthaltend identifiziert hatten. In Tabellen 3 und 4 steht M/V für eine mütterliche
oder väterliche
Rekombinante. Ein „1” steht
dafür,
dass das ererbte Allel großväterlichen
Ursprungs ist, während
eine „0” für einen
großmütterlichen
Ursprung steht, und „–” steht
dafür, dass
der Locus untypisiert oder uninformativ war.
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Analyse
der Marker Mfd15, Mfd188, Mfd191 und THRA1 in unseren rekombinanten
Familien. Mfd15, Mfd188, Mfd191 und THRA1 wurden in unseren rekombinanten
Familien typisiert und auf zusätzliche
Information zur Lokalisation des BRCA1-Locus untersucht. Bei Stamm
1901 war die Mfd15-Rekombinante für THRA1 rekombinant, doch für Mfd191
uninformativ, was BRCA1 distal zu THRA1 platzierte. In K2082 war
die Rekombinante mit Mfd15 auch mit Mfd191 rekombinant, was den
BRCA1-Locus distal zu Mfd191 platzierte (Goldgar et et., 1994).
Die Untersuchung von THRA1 und Mfd191 bei Stamm K2035 ergab keine
weitere Lokalisations-Information, da die beiden Zweige für beide
Marker übereinstimmend
waren. Allerdings zeigten SCG40 und 6C1 beide dasselbe Muster wie
Mfd188, was unser Vertrauen in die Lokalisations-Information durch
die Mfd188-Rekombinante in dieser Familie bestärkte. Der BRCA1-Locus, oder
zumindest ein Teil davon, liegt daher innerhalb eines durch Mfd191
an der proximalen Seite und Mfd188 an der distalen Seite begrenzten
Intervalls.
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BEISPIEL 4
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Entwicklung der genetischen und physischen
Ressourcen in der Region von Interesse
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Um
die Zahl der hochgradig polymorphen Loci in der Mfd191–Mfd188-Region
zu erhöhen,
entwickelten wir in unserem Labor eine Reihe von STR-Markern aus
Cosmiden und YACs, die die Region physisch kartieren. Diese Marker
ermöglichten
uns eine weitere Verfeinerung der Region.
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Die
STS wurden von Genen identifiziert, die als in der gewünschten
Region befindlich bekannt waren, um YACs zu identifizieren, die
diese Loci enthielten, welche dann wiederum zur Identifizierung
von Subklonen in Cosmiden, P1 oder BAC verwendet wurden. Diese Subklone
wurden dann auf das Vorhandensein eines CA-Tandem-Repeats unter Verwendung eines
(CA)n-Oligonukleotids (Pharmacia) gescreent.
Die Klone mit einem starken Signal wurden bevorzugt ausgewählt, da
sie mit größerer Wahrscheinlichkeit
die CA-Repeats repräsentierten,
die eine größere Anzahl
an Repeats aufweisen und/oder dem (CA)n-Muster
in nahezu perfekter Weise getreu sind. Von beiden dieser Eigenschaften
ist bekannt, dass sie die Wahrscheinlichkeit von Polymorphismus
erhöhen
(Weber, 1990). Diese Klone wurden direkt aus dem Vektor sequenziert,
um den Repeat zu lokalisieren. Wir erhielten eine einzigartige Sequenz
auf einer Seite des CA-Repeats, indem wir einen aus einem Satz möglicher
Primer verwendeten, der komplementär zum Ende eines CA-Repeats
war, wie etwa (GT)10T. Basierend auf dieser
einzigartigen Sequenz wurde ein Primer zur Rücksequenzierung über den
Repeat hinweg in die andere Richtung hergestellt, was eine einzigartige
Sequenz zum Design eines zweiten, den CA-Repeat flankierenden Primers
ergab. Dann wurden die STRs auf Polymorphismus an einer kleinen
Gruppe nicht-verwandter Individuen gescreent und gegen das Hybridpanel
getestet, um deren physische Lokalisation zu bestätigen. Neue
Marker, die diese Kriterien erfüllten,
wurden dann in einer Gruppe von 40 nicht miteinander verwandten
Individuen aus den Utah- und CEPH-Familien typisiert, um für die Studienpopulation
geeignete Allel-Häufigkeiten
zu erhalten. Viele der anderen, in dieser Studie berichteten Marker
wurden in einer kleinen Gruppe von nicht verwandten CEPH-Personen
getestet, um ähnlich
geeignete Allel-Häufigkeiten
zu erhalten.
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Unter
Anwendung der oben beschriebenen Verfahrensweise wurden insgesamt
acht polymorphe STRs von diesen YACs gefunden. Von den in dieser
Weise identifizierten Loci waren vier sowohl polymorph als auch
in der BRCA1-Region lokalisiert. Vier Marker lokalisierten nicht
auf Chromosom 17, was die chimäre Natur
der verwendeten YACs wiederspiegelte. Die vier Marker, die in der
Region lagen, wurden mit AA1, ED2, 4-7 und YM29 benannt. AA1 und
ED2 wurden aus für
das RNU2-Gen positiven YACs entwickelt, 4-7 aus einem EPB3-YAC und
YM29 aus einem Cosmid, das sich mittels des Hybridpanels in der
Region lokalisierte. Eine Beschreibung der Anzahl der Allele, der
Heterozygotie und der Quelle dieser vier und aller anderen STR-Polymorphismen,
wie bei den Familienstämmen
mit Brustkrebs analysiert, ist nachstehend in Tabelle 5 wiedergegeben.
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Die
vier STR-Polymorphismen, die physisch zur Region (4-7, ED2, AA1,
YM29) kartierten, wurden im meiotischen Bruchstellen-Panel analysiert,
das ursprünglich
in Tabellen 3 und 4 gezeigt ist. Tabellen 6 und 7 enthalten die
relevanten CEPH-Daten und Stamm-2082-Daten für die Lokalisation dieser vier
Marker. In den Tabellen gibt M/V eine mütterliche oder väterliche
Rekombinante an. Eine „1” gibt an,
dass das ererbte Allel großväterlichen
Ursprungs ist, während
eine „0” für einen
großmütterlichen
Ursprung steht und „–” anzeigt, dass
der Locus untypisiert oder uninformiert war.
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Aus
CEPH 1333-04 ist zu erkennen, dass AA1 und YM29 distal zu Mfd191
liegen müssen.
Aus 13292 ist folgerbar, dass sowohl AA1 als auch ED2 proximal zu
4-7, YM29 und Mfd188 liegen. Die bei K2082 gefundenen Rekombinanten
bieten einige zusätzliche
Anordnungs-Information. Drei unabhängige Beobachtungen (individuelle
Zahlen 22, 40 & 63)
platzieren AA1, ED2, 4-7, YM29 und Mfd188 distal zu Mfd191; ID 125
hingegen platziert 4-7, YM29 und Mfd188 proximal zu SCG40. Keine
genetische Information zur relativen Ordnung innerhalb der beiden
Cluster der Marker AA1/ED2 und 4-7/YM29/Mfd188 wurde aus der genetischen
Rekombinationsanalyse erhalten. Obschon eine Anordnung der Loci
bezüglich
Hybriden, die dafür
bekannt sind, dass sie „Löcher” enthalten,
in denen kleine Stücke
von interstitieller humaner DNA fehlen können, problematisch ist, weist
das Hybridmuster darauf hin, dass 4-7 oberhalb sowohl YM29 als auch
Mfd188 liegt.
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BEISPIEL 5
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Genetische Analysen der Brustkrebs-Stämme mit
Markern AA1, 4-7, ED2 und YM29
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Zusätzlich zu
den drei die Schlüssel-Rekombinanten
enthaltenden Stämmen,
die bereits zuvor erörtert worden
sind, wurde von Stamm K2039 durch Analyse der neu entwickelten STR-Marker
gezeigt, dass er an die Region gekoppelt ist und eine nützliche
Rekombinante enthält.
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In
Tabelle 8 sind die Haplotypen (gezeigt in kodierter Form) der Stämme bezüglich spezifischer
Marker-Allele an jedem Locus und ihre jeweiligen Häufigkeiten
definiert. In Tabelle 8 sind die Allele in abnehmender Ordnung der
Häufigkeit
aufgelistet; die Häufigkeiten
der Allele 1–5
für jeden
Locus sind in Tabelle 5 angegeben. Die mit H kodierten Haplotypen
sind BRCA1-assoziierte Haplotypen, P bezeichnet einen Teil-H-Haplotyp und ein
R gibt einen beobachtbaren rekombinanten Haplotyp an. Wie aus Tabelle
8 ersichtlich, wurden nicht alle Stämme für alle Marker typisiert; darüber hinaus
wurden nicht alle Individuen innerhalb eines Stamms für einen
identischen Satz von Markern typisiert, speziell nicht in K2082.
Mit einer Ausnahme sind lediglich Haplotypen, die von betroffenen
oder Risiko-Familienstamm-Mitgliedern ererbt sind, gezeigt; die
Haplotypen der Ehepartner, die in den Stamm eingeheiratet haben,
sind nicht beschrieben. Daher gibt in einer gegebenen Verwandtschaftsgruppe
das Auftauchen der Haplotypen X und Y an, dass beide Haplotypen
aus dem betroffenen/Risiko-Individuum gefunden wurden und keines
davon ein Brustkrebsassoziierter Haplotyp war.
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Bei
Stamm K1901 zeigten die neuen Marker keine beobachtbare Rekombination
mit der Brustkrebs-Anfälligkeit,
was darauf hinwies, dass das Rekombinations-Ereignis bei diesem
Stamm mit größter Wahrscheinlichkeit
zwischen THRA1 und ED2 stattfand. Daher wurde keine neue BRCA1-Lokalisations-Information
auf der Grundlage der Untersuchung der vier neuen Marker in diesem
Stamm erhalten. Bei Stamm 2082 hat das Individuum mit der Schlüssel-Rekombinante
die gekoppelten Allele für
ED2, 4-7, AA1 und YM29 geerbt und war für tdj1474 rekombinant, was
darauf hinwies, dass das Rekombinations-Ereignis bei diesem Individuum
zwischen tdj1474 und ED2/AA1 auftrat.
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Bei
Stamm K2035 gibt es drei Haplotypen von Interesse, nämlich die
in Tabelle 8 gezeigten H1, H2 und R2. H1 liegt in vier Fällen und
einem obligaten männlichen
Träger,
der von Individuum 17 abstammt, vor, während H2 in zwei Fällen und
zwei obligaten männlichen
Trägern
bei den Nachkommen von Individuum 10 vorliegt oder gefolgert ist.
R2 ist identisch zu H2 bei Loci zwischen und einschließlich Mfd15
und SCG40, hat sich aber zwischen SCG40 und 42D6 rekombiniert. Da
wir festgestellt haben, dass BRCA1 proximal zu 42D6 ist, ergibt
diese H2/R2-Differenz keine weitere Lokalisations-Information. H1
und R2 teilen ein identisches Allel bei Mfd15, THRA1, AA1 und ED2,
doch unterscheiden sich bei Loci, die als distal zu ED2 angenommen
werden, d. h. 4-7, Mfd188, SCG40 und 6C1. Obschon die beiden Haplotypen
beim fünften
Allel für
Marker YM29 übereinstimmen,
einem Marker, der physisch zwischen 4-7 und Mfd188 kartiert, ist
es wahrscheinlich, dass die Allele identisch durch Lage und nicht
identisch durch Abstammung geteilt werden, da dieses Allel das häufigste Allel
an diesem Locus bei einer bei CEPH-Eltern auf 0,42 geschätzten Frequenz
ist. Im Gegensatz dazu weisen die an den Mfd15- und ED2-Loci geteilten
gekoppelten Allele Häufigkeiten
von 0,04 bzw. 0,09 auf. Sie teilen auch häufigere Allele bei Mfd191 (Häufigkeit
= 0,52), THRA1 und AA1 (Häufigkeit
= 0,28). Dies ist die Schlüssel-Rekombinante
im Satz, wie es auch die einzige Rekombinante ist, bei der Brustkrebs
mit dem proximalen Abschnitt des Haplotyps aufspaltete und damit
die distale Begrenzung festlegte. Der Nachweis aus diesem Stamm
platziert daher den BRCA1-Locus proximal zu 4-7.
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Das
Rekombinations-Ereignis bei Stamm 2082, das BRCA1 distal zu tdj1474
platziert, ist das einzige der vier beschriebenen Ereignisse, das
direkt gefolgert werden kann; d. h. der Genotyp der betroffenen
Mutter kann von ihrem Ehegatten und ihren Nachkommen gefolgert werden
und der rekombinante Haplotyp ist in ihrer betroffenen Tochter feststellbar.
Bei dieser Familie stehen die Chancen zugunsten der betroffenen
Personen, die BRCA1-Anfälligkeits-Allele
tragen, extrem hoch; die einzig möglichen Interpretationen der
Daten sind die, dass BRCA1 distal zu Mfd191 liegt oder alternativ,
dass die gegebene Rekombinante ein sporadischer Fall von Eierstockkrebs
im Alter von 44 Jahren ist. Die Interpretation des Stamms 2035 hängt nicht
so sehr von einer direkt beobachtbaren oder folgerbaren Rekombinante
ab, sondern vielmehr von der Beobachtung unterschiedlicher 17q-Haplotypen,
die sich in verschiedenen und manchmal entfernt verwandten Zweigen
des Stamms aufspalten. Die Beobachtung, dass Abschnitte dieser Haplotypen
Allele für
einige Marker gemeinsam haben, während
sie bei anderen Markern abweichen, platziert den BRCA1-Locus in
die geteilte Region. Das Vertrauen in diese Platzierung hängt von
verschiedenen Faktoren ab: der Beziehung zwischen den die jeweiligen
Haplotypen tragenden Individuen, der Häufigkeit des geteilten Allels,
der Gewissheit, mit der von den Haplotypen gezeigt werden kann,
dass sie mit dem BRCA1-Locus aufspalten, und der Dichte der Marker
in der Region, die den Haplotyp definieren. Im Falle des Stamms
2035 sind die beiden Zweige eng verwandt, wobei jeder Zweig eine
Anzahl früh
auftretender Fälle
aufweist, die den jeweiligen Haplotyp tragen. Während zwei der geteilten Allele
häufig
sind (Mfd191, THRA1), betragen die geschätzten Häufigkeiten der geteilten Allele
bei Mfd15, AA1 und Ed2 0,04, 0,28 bzw. 0,09. Es ist daher in hohem
Maße wahrscheinlich,
dass diese Allele identisch durch Abstammung (von einem gemeinsamen
Vorfahr stammend) und nicht identisch durch Lage (dasselbe Allel,
doch aus der Allgemeinbevölkerung
stammend) sind.
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BEISPIEL 6
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Verfeinerte physische Kartierungsstudien
platzieren das BRCA1-Gen in einer durch tdj1474 und U5R flankierten
Region
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Seit
seiner Erstlokalisation auf Chromosom 17q im Jahre 1990 (Hall et
al., 1990) wurden umfangreiche Bemühungen in die Lokalisierung
des BRCA1-Gens auf eine Region gerichtet, die klein genug war, um
die Implementierung wirksamer positioneller Klonierstrategien zur
Isolierung des Gens zu ermöglichen.
Der BRCA1-Locus
wurde zunächst
auf dem Intervall Mfd15 (D17S250) 42D6 (D17S588) durch eine Multipunkt-Kopplungsanalyse
(Esston et al., 1993) in der kollaborativen Breast Cancer Linkage
Consortium Datenbank, bestehend aus 214 weltweit erhobenen Familien,
lokalisiert. Anschließende
Verfeinerungen der Lokalisation basierten auf individuellen Rekombinations-Ereignissen
in spezifischen Familien. Die Region THRA1-D17S183 wurde durch Bowcock
et al., 1993, definiert; und die Region THRA1-D17S78 wurde durch Simard
et al., 1993, definiert.
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Ferner
haben wir gezeigt, dass der BRCA1-Locus distal zum Marker Mfd191
(D17S776) liegen muss (Goldgar et al., 1994). Von diesem Marker
ist bekannt, dass er distal zu THRA1 und RARA liegt. Die kleinste veröffentlichte
Region für
den BRCA1-Locus liegt daher zwischen D17S776 und D17S78. Diese Region
enthält immer
noch etwa 1,5 Millionen Basen der DNA, was die Isolierung und den
Test aller Gene in der Region zu einer sehr schwierigen Aufgabe
macht. Wir haben daher die Aufgabe der Konstruktion einer physischen
Karte dieser Region übernommen,
wobei wir einen Satz polymorpher, in der Region lokalisierter STR-Marker
isolierten und diese neuen Marker in einer Gruppe informativer Familien
analysierten, um die Lokalisation des BRCA1-Gens auf ein handhabbares
Intervall zu verfeinern.
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Vier
Familien liefern einen wichtigen genetischen Nachweis für die Lokalisation
des BRCA1 auf einer ausreichend kleinen Region für die Anwendung der positionellen
Klonierstrategien. Zwei Familien (K2082, K1901) liefern die Daten
bezüglich
der proximalen Begrenzungen für
BRCA1 und die anderen beiden (K2035, K1813) fixieren die distale
Begrenzung. Diese Familien sind nachstehend ausführlich erörtert.
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Insgesamt
15 Short-Tandem-Repeat-Marker, die mittels PCR untersuchbar waren,
wurden zur Verfeinerung dieser Lokalisation in den untersuchten
Familien verwendet. Diese Marker umfassen DS17S7654, DS17S975, tdj474
und tdj1239. Die Primer-Sequenzen
für diese
Marker sind in SEQ ID NO: 3 und SEQ ID NO: 4 für DS17S754; in SEQ ID NO: 5
und SEQ ID NO: 6 für
DS17S975; in SEQ ID NO: 7 und SEQ ID NO: 8 für tdj1474; und in SEQ ID NO:
9 und SEQ ID NO: 10 für
tdj1239 wiedergegeben.
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Familienstamm 2082
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Bei
Stamm 2082 handelt es sich um die größte, bis heute untersuchte
Familie mit BRCA1-gekoppeltem Brust/Eierstockkrebs. Sie weist einen
LOD-Score von 8,6 auf und liefert damit einen eindeutigen Nachweis der
17q-Koppelung. Diese Familie wurde zuvor beschrieben und es wurde
gezeigt, dass sie eine entscheidende Rekombinante enthält, die
BRCA1 distal zu MFD191 (D17S776) platziert. Diese Rekombinante trat
bei einer im Alter von 45 Jahren mit Eierstockkrebs diagnostizierten
Frau auf, deren Mutter im Alter von 63 Jahren an Eierstockkrebs
erkrankt war. Die betroffene Mutter war verstorben; allerdings konnte
aus ihren Kindern gefolgert werden, dass sie den bei 30 anderen
in der Familie vorhandenen Fällen
von gekoppeltem Haplotyp in der Region zwischen Mfd15 und Mfd188
ebenfalls aufwies. Ihre betroffene Tochter erhielt das gekoppelte
Allel an den Loci ED2, 4-7 und Mfd188, doch außerdem das Allel auf dem Nicht-BRCA1-Chromosom
bei Mfd15 und Mfd191. Um diese Rekombinations-Bruchstelle weiter
zu lokalisieren, testeten wir die Schlüsselmitglieder dieser Familie
auf die folgenden, aus physischen Kartierungs-Quellen hergeleiteten
Marker: tdj1474, tdj1239, CF4, D17S855. Bei Markern tdj1474 und
CF4 zeigte sich, dass die betroffene Tochter das gekoppelte Allel nicht
erhalten hatte. Bei dem STR-Locus tdj1239 allerdings konnte bezüglich der
Mutter gefolgert werden, dass sie informativ war und ihre Tochter
das BRCA1-assoziierte
Allel erhalten hatte. D17S855 war in dieser Familie nicht informativ.
Basierend auf dieser Analyse ist die Reihenfolge 17q-Centromer – Mfd191 – 17HSD – CF4 – tdj1474 – tdj1239 – D17S855 – ED2 – 4-7 – Mfd188 – 17q-Telomer.
Die oben beschriebene Rekombinante platziert BRCA1 daher distal
zu tdj1474, und die Bruchstelle ist auf dem Intervall zwischen tdj1474
und tdj1239 lokalisiert. Die einzige alternative Erklärung für die Daten
in dieser Familie über
die hinaus, dass BRCA1 distal zu tdj1474 lokalisiert ist, besteht
darin, dass der im rekombinanten Individuum vorhandene Eierstockkrebs durch
vom BRCA1-Gen unabhängige
Gründe
verursacht ist. In Anbetracht dessen, dass vor einem Alter von 50
Jahren diagnostizierter Eierstockkrebs selten ist, ist diese alternative
Erklärung überaus unwahrscheinlich.
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Stamm 1901
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Bei
Stamm 1901 handelt es sich um eine Familie mit früh auftretendem
Brustkrebs, in der sieben der Brustkrebs-Fälle vor dem Alter 50 Jahre
diagnostiziert wurden, davon vier vor dem Alter 40 Jahre. Außerdem lagen
drei Fälle
von Brustkrebs im Alter 50 bis 70 Jahre vor. Bei einem Fall von
Brustkrebs trat außerdem
ein Eierstockkrebs im Alter 61 Jahre auf. Diese Familie weist derzeit
einen LOD-Score von 1,5 bei D17S855 auf. In Anbetracht dieses Kopplungsnachweises
und des Vorhandenseins von mindestens einem Fall von Eierstockkrebs
ist die A-posteriori-Wahrscheinlichkeit
des Zugrundeliegens von BRCA1 bei dieser Familie höher als
0,99. Bei dieser Familie resultiert die Rekombination aus der Tatsache,
dass ein Individuum, das der Bruder des Falles von Eierstockkrebs
ist, von dem der Großteil
der anderen Fälle
abstammen, lediglich einen Abschnitt des Haplotyps teilt, der bei
den anderen Fällen
in der Familie kosegregierte. Allerdings gab er diesen Teil-Haplotyp an seine
Tochter weiter, bei der im Alter von 44 Jahren Brustkrebs auftrat.
Sollte dieser Fall auf das BRCA1-Gen zurückzuführen sein, so kann nur der
zwischen seinem Bruder und seiner Schwester geteilte Teil des Haplotyps
das BRCA1-Gen enthalten. Die Schwierigkeit bei der Interpretation
dieser Art von Information ist die, dass man sich zwar der Marker
sicher sein kann, die nicht geteilt werden und daher rekombinant sind,
doch dass übereinstimmende
Marker entweder geteilt werden können,
da sie nicht-rekombinant sind oder da sein Elter homozygot war.
Ohne die parenteralen Genotyp-Daten ist die Unterscheidung zwischen
diesen Alternativen unmöglich.
Eine Untersuchung des Haplotyps bei K1901 zeigt, dass er das gekoppelte
Allel bei Mfd15 (D17S250), THRA1, CF4 (D17S1320) und tdj1474 (D17S1321)
nicht teilt. Er teilt das gekoppelte Allel bei Mfd191 (D17S776),
ED2 (D17S1327), tdj1239 (D17S1328) und Mfd188 (D17S579). Obschon
das bei Mfd191 geteilte Allel relativ seiten ist (0,07), würden wir
annehmen, dass der Elter homozygot war, da sie mit auf beiden Seiten
eng benachbart lokalisierten Markern rekombinant sind, und ein doppeltes
Rekombinations-Ereignis in dieser Region extrem unwahrscheinlich
wäre. Daher
würde der
Nachweis in dieser Familie den BRCA1-Locus ebenfalls distal zu tdj1474 platzieren.
Allerdings ist die Untergrenze dieser Bruchstelle unmöglich ohne
Information über
den Eltern-Genotyp bestimmbar. Es ist interessant, dass die Schlüssel-Rekombinations-Bruchstelle
bei dieser Familie das Ergebnis bei Stamm 2082 bestätigt. Wie
auch zuvor, ist die Lokalisations-Information in dieser Familie
nur dann von Bedeutung, wenn der Brustkrebs auf das BRCA1-Gen rückführbar war.
Das relativ frühe
Alter bei Diagnose (44) lässt
dies allerdings als sehr wahrscheinlich erscheinen, da das Risiko
von Brustkrebs vor dem Alter 45 Jahre in der Allgemeinbevölkerung
gering ist (etwa 1%).
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Stamm 2035
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Diese
Familie ist K1901 darin ähnlich,
dass die Information zu den entscheidenden Rekombinations-Ereignissen
nicht direkt beobachtbar ist, sondern aus der Beobachtung gefolgert
wird, dass die beiden Haplotypen, die bei dem früh auftretendem Brustkrebs in
den beiden Familienzweigen kosegregieren, für Marker identisch zu sein
scheinen, die im proximalen Abschnitt der 17q-BRCA1-Region lokalisiert
sind, doch an distaleren Loci unterschiedlich sind. Jeder der beiden
Haplotypen tritt bei mindestens vier Fällen von früh auftretendem oder bilateralem
Brustkrebs auf. Der Gesamt-LOD-Score bei ED2 in dieser Familie beträgt 2,2,
und unter Berücksichtigung
der Tatsache, dass ein Fall von Eierstockkrebs in der Familie vorliegt
(was auf eine A-priori-Wahrscheinlichkeit einer BRCA1-Verknüpfung von
80% hinweist), beträgt
die resultierende A-posteriori-Wahrscheinlichkeit, dass diese Familie
an BRCA1 gekoppelt ist, 0,0998. Die Haplotypen sind für die Marker Mfd15,
THRA1, Mfd191, ED2, AA1, D17S858 und D17S902 identisch. Die gemeinsamen
Allele bei Mfd15 und ED2 sind beide recht selten, was darauf hinweist,
dass dieser Haplotyp identisch durch Abstammung geteilt wird. Die
Haplotypen sind für
CA375, 4-7 und Mfd188 und verschiedene distalere Marker jedoch nicht übereinstimmend.
Dies weist darauf hin, dass der BRCA1-Locus über dem Marker CA-375 liegen
muss. Dieser Marker ist etwa 50 kb unterhalb von D17S78 lokalisiert,
so dass er in erster Linie als zusätzliche Bestätigung der
vorherigen unteren Grenze dient, wie berichtet bei Simard et al.,
(1993).
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Stamm 1813
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Bei
Stamm 1813 handelt es sich um eine kleine Familie mit vier Fällen von
vor dem Alter 40 Jahre diagnostiziertem Brustkrebs, bei deren Mutter
eine Brustkrebs-Diagnose im Alter von 45 Jahren und eine Eierstockkrebs-Diagnose
im Alter von 61 Jahren vorlag. Diese Situation ist durch die Tatsache
etwas verkompliziert, dass die vier Fälle offensichtlich drei verschiedene
Väter besitzen,
von denen lediglich einer genotypisiert worden ist. Durch Typisierung
einer Reihe unterschiedlicher Marker in der BRCA1-Region als auch
hochgradig polymorpher Marker an anderen Stellen im Genom wurde
jedoch die Vaterschaft bei allen Kindern der Familie mit einem hohen
Grad an Sicherheit nachgewiesen. Diese Familie erbringt einen maximalen
Multipunkt-LOD-Score von 0,60 mit 17q-Markern, was in Anbetracht
dessen, dass zumindest ein Fall von Eierstockkrebs vorliegt, zu
einer A-posteriori-Wahrscheinlichkeit,
eine BRCA1-gekoppelte Familie zu sein, von 0,93 führt. Diese
Familie enthält
ein direkt beobachtbares Rekombinations-Ereignis bei Individuum
18 (siehe 5 in Simard et al., Human Mol.
Genet 2: 1193-1199 (1993)), das im Alter von 34 Jahren Brustkrebs
entwickelte. Der Genotyp ihrer betroffenen Mutter an den relevanten
17q-Loci kann aus ihren Genotypen, den Genotypen ihrer betroffenen
Schwester und den Genotypen dreier weiterer nicht betroffener Geschwister
gefolgert werden. Individuum 18 erbte die BRCA1-gekoppelten Allele für die folgenden Loci: Mfd15,
THRA1, D17S800, D17S855, AA1 und D17S931. Bei den Markern unter
D17S931, d. h. U5R, vrs31, D17S858 und D17S579 hat sie allerdings
die Allele geerbt, die auf dem nicht die Krankheit tragenden Chromosom
lokalisiert sind. Der Nachweis aus dieser Familie würde daher
den BRCA1-Locus proximal zu Marker U5R platzieren. Aufgrund ihres
frühen
Alters bei der Diagnose (34) ist es extrem unwahrscheinlich, dass
der Krebs des rekombinanten Individuums nicht auf das für die anderen
Fälle von
Brust/Eierstockkrebs in dieser Familie verantwortliche Gen zurückführbar ist;
die Unsicherheit in dieser Familie resultiert aus unserer etwas
geringeren Menge an Belegen dafür,
dass Brustkrebs in dieser Familie auf BRCA1 und nicht auf einen
zweiten, bisher unkartierten, Brustkrebs-Anfälligkeitslocus rückzuführen ist.
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Größe der BRCA1-enthaltenden
Region
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Basierend
auf den oben ausführlich
beschriebenen genetischen Daten muss der BRCA1-Locus im Intervall
zwischen den Markern tdj1474 und U5R liegen, die beide in unserem
Labor isoliert wurden. Ausgehend von den in 2 und 3 gezeigten
physischen Karten können
wir den Versuch einer Schätzung
des physischen Abstands zwischen diesen beiden Loci unternehmen.
Es sind etwa 14 P1-Klone mit einer mittleren Insertgröße von etwa
80 kb zur Umspannung dieser Region erforderlich. Da sich alle diese
P1 in einem gewissen unbekannten Grad überlappen, ist die physische
Region jedoch mit größter Wahrscheinlichkeit
viel kleiner als 14 mal 80 kb. Basierend auf Restriktionskarten
der die Region abdeckenden Klone schätzen wir die Größe der BRCA1-enthaltenden
Region auf etwa 650 kb.
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BEISPIEL 7
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Identifikation der Kandidat-cDNA-Klone
für den
BRCA1-Locus durch Genomanalyse der Contig-Region
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Vollständiges Screening
der plausiblen Region. Die erste Methode zur Identifizierung der
Kandidat-cDNAs war zwar arbeitsintensiv, doch verwendete bekannte
Techniken. Das Verfahren umfasste das Screening von Cosmiden und
P1- und BAC-Klonen im Contig zur Identifizierung vermuteter kodierender
Sequenzen. Die Klone, die vermutete kodierende Sequenzen enthielten,
wurden dann als Sonden auf Filtern von cDNA-Banken verwendet, um
Kandidat-cDNA-Klone für
die weitere Analyse zu identifizieren. Die Klone wurden auf vermutete
kodierende Sequenzen mittels beider Methoden gescreent.
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Zoo-Blots.
Die erste Methode zur Identifizierung vermuteter kodierender Sequenzen
erfolgte durch Screening der Cosmid- und P1-Klone auf Sequenzen,
die durch die Evolution quer durch verschiedene Spezies konserviert
worden waren. Diese Methode wird als „Zoo-Blot-Analyse” bezeichnet
und ist beschrieben bei Monaco, 1986. Spezifisch wurde die DNA von
Kühen,
Hühnern,
Schweinen, Mäusen
und Ratten mit den Restriktionsenzymen EcoRI und HindIII (8 μg der DNA
pro Enzym) verdaut. Die verdaute DNA wurde über Nacht auf einem 0,7%igen
Gel bei 20 Volt über
16 Stunden hinweg (14 cm Gel) aufgetrennt und die DNA dann auf Nylonmembranen
unter Anwendung von Southern-Blot-Techniken übertragen. Zum Beispiel wurde
der Zoo-Blot-Filter bei 65°C
in 0,1 × SSC,
0,5% SDS und 0,2 M Tris, bei pH-Wert 8,0 über 30 Minuten hinweg behandelt
und dann über
Nacht bei 42°C
in 5 × SSC,
10% PEG 8000, 20 mM NaPO4, bei pH 6,8, 100 μg/ml Lachssperma-DNA,
1 × Denhardtsche
Lösung,
50% Formamid, 0,1% SDS und 2 μg/ml
Cot-1-DNA blockiert.
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Die
zu analysierenden Cosmid- und P1-Klone wurden mit einem Restriktionsenzym
verdaut, um humane DNA aus der Vektor-DNA freizusetzen. Die DNA
wurde auf 14 cm an 0,5% Agarose-Gel über 16 Stunden hinweg über Nacht
bei 20 Volt aufgetrennt. Die humanen DNA-Bande wurden aus dem Gel
ausgeschnitten und aus der Gelmasse bei 100 Volt über mindestens
zwei Stunden hinweg in 0,5 × Tris-Acetat-Puffer elektroeluiert
(Maniatis et al., 1982). Die eluierte Not-I-verdaute DNA (~15 kb
bis 25 kb) wurde dann mit EcoRI-Restriktionsenzym zum Erhalt kleinerer
Fragmente (~0,5 kb bis 5,06 kb) verdaut, die für den nächsten Schritt der Markierung
der DNA mit Radionukleotiden leichter auseinander schmelzen. Die
DNA-Fragmente wurden mittels der Hexamer-zufallsgeprimten Markierungsmethode
markiert (Boehringer-Mannheim, Kat. #1004760). Die markierte DNA
wurde aus Spermin ausgefällt
(unter Zugabe von 100 μl
TE, 5 μl
an 0,1 M-Spermin und 5 μl
an 10 mg/ml Lachssperma-DNA), um nicht-eingebaute Radionukleotide
zu entfernen. Die markierte DNA wurde dann in 100 μl TE, 0,5
M NaCl bei 65°C über 5 Minuten
hinweg resuspendiert und dann mit humaner Cot-1-DNA über 2 bis
4 Stunden hinweg gemäß den Anleitungen
des Herstellers (Gibco/BRL, Kat. #5279SA) blockiert. Die Cot-1 blockierte Sonde wurde auf den Zoo-Blot-Filtern
in der Blockierungslösung
bei 42°C über Nacht
inkubiert. Die Filter wurden 30 Minuten lang bei Raumtemperatur
in 2 × SSC,
0,1% SDS gewaschen und dann im gleichen Puffer 30 Minuten lang bei
55°C gewaschen.
Die Filter wurden dann 1 bis 3 Tage lang bei –70°C mit einem Kodak-XAR-5-Film
mit einem Verstärkerschirm
belichtet. Folglich wurden die Zoo-Blots entweder mit dem Pool der Eco-RI-Fragmente
aus dem Insert oder jedem einzelnen der Fragmente hybridisiert.
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HTF-Insel-Analyse.
Die zweite Methode zur Identifizierung von Cosmiden zur Verwendung
als Sonden an den cDNA-Banken bestand in der HTF-Insel-Analyse.
Da die Pulsfeld-Karte HTF-Inseln aufzeigen kann, wurden Cosmide,
die an diese HTF-Insel-Regionen kartieren, vorrangig analysiert.
Bei HTF-Inseln handelt es sich um Segmente von DNA, die eine sehr
hohe Häufigkeit
unmethylierter CpG-Dinukleotide enthalten (Tonolio et al., 1990)
und durch eine Anhäufung
von Restriktionsstellen der Enzyme, deren Erkennungssequenzen CpG-Dinukleotide
enthalten, offenbar werden. Zu Enzymen, die als nützlich bei
der HTF-Insel-Analyse bekannt sind, zählen AscI, NotI, BssHII, EagI,
SacII, NaeI, NarI, SmaI und M1uI (Anand, 1992). Eine Pulsfeld-Karte
wurde unter Verwendung der Enzyme NotI, NruI, EagI, SacII und SalI
erstellt und die beiden HTF-Inseln festgestellt. Diese Inseln sind
am distalen Ende der Region lokalisiert, wobei eine distal zum GP2B-Locus
und die andere proximal zu diesem Locus, doch beide außerhalb
der BRCA1-Region lokalisiert sind. Die von den YACs abstammenden
Cosmide, die diese beiden Lokalisationen abdecken, wurden zur Identifizierung
jener analysiert, die diese Restriktionsstellen und folglich die
HTF-Inseln enthalten.
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cDNA-Screening.
Jene Klone, die HTF-Inseln enthalten oder eine Hybridisierung an
die DNA anderer Spezies als des Menschen zeigen, enthalten wahrscheinlich kodierende
Sequenzen. Die humane DNA aus diesen Klonen wurde als Gesamtinsert
oder als EcoRI-Fragmente isoliert und wie oben beschrieben markiert. Die
markierte DNA wurde zum Screening von Filtern verschiedener cDNA-Banken
unter denselben Bedingungen wie die Zoo-Blots verwendet, außer dass
die cDNA-Filter
stringenteren zweimaligen Waschgängen
mit 0,1 × SSC,
0,1% SDS bei 65°C über 30 Minuten
hinweg unterzogen wurden.
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Der
Großteil
der bis heute in unseren Untersuchungen verwendeten cDNA-Banken
(Banken von gesundem Brustgewebe, Brustgewebe von einer Frau im
achten Schwangerschaftsmonat und einer Brustmalignität) wurden
bei Clonetech, Inc., präpariert.
Die aus dem Brustgewebe der im achten Monat schwangeren Frau generierte
cDNA-Bank ist beziehbar von Clonetech (Kat. #HL1037a) im Lambda-gt-10-Vektor, und wird in
der C600Hfl-Bakterien-Wirtszelle gezüchtet. Proben des gesunden
Brustgewebes und des bösartigen
Brustgewebes wurden aus einer 37 Jahre alten Kaukasierin isoliert
und ein Gramm jedes Gewebes an Clonetech zur mRNA-Aufarbeitung und
Konstruktion der cDNA-Bank gesandt. Die letzteren beiden Banken
wurden unter Verwendung sowohl von Zufalls- als auch Oligo-dT-Priming
bei einer Größenauswahl
der Endprodukte erzeugt, die dann in den Lambda-Zap-II-Vektor kloniert und
im XL1-blau-Bakterienstamm gezüchtet
wurden, wie vom Hersteller beschrieben. Zu weiteren gewebespezifischen
cDNA-Banken zählen
humanes fötales
Hirn (Stratagene, Kat. 936206), humane Hoden (Clonetech Kat. HL3024),
humaner Thymus (Clonetech Kat. HL1127n), humanes Hirn (Clonetech
Kat. HL11810), humane Plazenta (Clonetech Kat. 1075b) und humaner Skelettmuskel
(Clonetech Kat. HL1124b).
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Die
cDNA-Banken wurden mit ihren Wirtszellen auf NZCYM-Platten ausplattiert
und Filterhebungen von jeder Platte im Duplikat wie nach Maniatis
et al., (1982) vorgenommen. Insert-(humane)-DNA von den genomischen
Kandidat-Klonen wurden gereinigt und zu hoher spezifischer Aktivität radioaktiv
markiert. Die radioaktive DNA wurde dann an die cDNA-Filter hybridisiert,
um jene cDNAs zu identifizieren, die den innerhalb des Kandidat-Cosmid-Klons
lokalisierten Genen entsprechen. Die mittels dieser Methode identifizierten
cDNAs wurden herausgenommen, nochmals aufplattiert und mit dem markierten
Klon-Insert oder seiner abgeleiteten EcoRI-Fragment-DNA gescreent, um ihren positiven
Status zu verifizieren. Die Klone, die nach dieser zweiten Screening-Runde
positiv waren, wurden dann gezüchtet
und ihre DNA für
die Southern-Blot-Analyse und die Sequenzierung aufgereinigt. Die
Klone wurden entweder als Plasmid durch in vivo-Exzision des Plasmids
aus dem Lambda-Vektor aufgereinigt, wie in den Protokollen der Hersteller
beschrieben, oder aus dem Lambda-Vektor als ein Restriktions-Fragment
isoliert und in einem Plasmid- Vektor
subkloniert.
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Die
Southern-Blot-Analyse wurde im Duplikat vorgenommen, d. h. eine
unter Verwendung der ursprünglichen
genomischen Insert-DNA als eine Sonde zur Verifizierung dessen,
dass das cDNA-Insert hybridisierende Sequenzen enthält. Der
zweite Blot wurde mit cDNA-Insert-DNA aus dem größten cDNA-Klon hybridisiert,
um zu identifizieren, welche Klone dasselbe Gen repräsentieren.
Alle cDNAs, die mit dem genomischen Klon hybridisieren und einzigartig
sind, wurden sequenziert und die DNA analysiert, um zu bestimmen, wann
die Sequenzen bekannte oder einzigartige Gene repräsentieren.
Alle cDNA-Klone, die einzigartig zu sein scheinen, wurden als Kandidat-BRCA1-Loci
weiter analysiert. Spezifisch werden die Klone an Northern-Blots hybridisiert,
um sie auf eine Brust-spezifische Expression und differenzielle
Expression in gesunden versus Brusttumor-RNAs zu untersuchen. Sie
werden auch mittels PCR auf Klonen in der BRCA1-Region zur Verifizierung
ihrer Lokalisation analysiert. Um den Umfang des Locus zu kartieren,
wurden cDNAs der vollen Länge isoliert
und ihre Sequenzen als PCR-Sonden auf den YACs und den Klonen, die
die ursprünglich
identifizierenden Klone umgeben und enthalten, verwendet. Die Intron-Exon-Begrenzungen
werden dann durch Sequenzanalyse weiter definiert.
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Wir
haben die cDNA-Banken von gesundem Brustgewebe, einem Brustgewebe
nach achtmonatiger Schwangerschaft und Fötushirngewebe mit Zoo-Blot-positiven
EcoRI-Fragmenten
aus Cosmid-, BAC- und P1-Klonen in der Region gescreent. Innerhalb
der drei Banken wurden potentielle BRCA1-cDNA-Klone identifiziert.
Die Klone wurden herausgenommen, nochmals ausplattiert und mit der
ursprünglichen
Sonde gescreent, um zu verifizieren, dass sie positiv waren.
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Analyse
der Hybrid-selektierten cDNA. Die aus der Direktauswahl erhaltenen
cDNA-Fragmente wurden
mittels Southern-Blot-Hybridisierung gegen die Sonden-DNA geprüft, um zu
verifizieren, dass sie aus dem Contig stammten. Jene, die diesen
Test bestanden, wurden in ihrer Gesamtheit sequenziert. Die in dieser
Weise erhaltene Gruppe von DNA-Sequenzen wurde dann gegeneinander
geprüft,
um unabhängige
Klone zu finden, die sich überlappten.
Z. B. wurden die Klone 694-65, 1240-1 und 1240-33 unabhängig voneinander
erhalten und dann gezeigt, dass sie aus derselben benachbarten cDNA-Sequenz
stammten, die mit EST:489:1 bezeichnet wurde.
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Analyse
der Kandidat-Klone. Ein oder mehrere der oben erzeugten Kandidat-Gene
wurden sequenziert und die Information zur Identifikation und Klassifikation
jedes exprimierten Gens verwendet. Die DNA-Sequenzen wurden mit
bekannten Genen durch Vergleiche der Nukleotid-Sequenzen und durch
Translation in alle Raster, gefolgt von einem Vergleich mit bekannten
Aminosäure-Sequenzen,
verglichen. Dies wurde unter Verwendung der Genetic Data Environment
(GDE) Software Version 2.2 und der Basic Local Alignment Search Tool-(Blast)-Reihe
der Client/Server-Software-Packages
vorgenommen (z. B. BLASTN 1.3.13MP) zum Sequenzvergleich sowohl
gegen lokale als auch entfernte Sequenz-Datenbanken (z. B. GenBank)
vorgenommen auf Sun SPARC-Workstations, vorgenommen. Es wurden Sequenzen,
die aus Sammlungen von mit den Cosmiden und P1 identifizierten cDNA-Klonen
rekonstruiert wurden, erzeugt. Alle Kandidat-Gene, die neue Sequenzen
repräsentierten,
wurden zum Testen ihrer Kandidatur für den vermuteten BRCA1-Locus weiter analysiert.
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Mutations-Screening.
Zum Screening auf die Mutationen in den betroffenen Stammbäumen wurden zwei
verschiedene Ansätze
verfolgt. Erstens wurde eine aus Familienmitgliedern isolierte genomische
DNA, die als Träger
des Anfälligkeits-Allels
von BRCA1 bekannt waren, als ein Template zur Amplifikation der
Kandidat-Gensequenzen
mittels PCR verwendet. Flankieren oder Überlappen die PCR-Primer eine
Intron/Exon-Begrenzung, so ist das amplifizierte Fragment größer als
aus der cDNA-Sequenz vorausgesagt oder liegt nicht im amplifizierten
Gemisch vor. Durch eine Kombination solcher Amplifikations-Experimente
und der Sequenzierung von P1-, BAC- oder Cosmid-Klonen unter Verwendung
des Satzes designter Primer ist es möglich, die Intron/Exon-Struktur
aufzustellen und schließlich
die DNA-Sequenzen der genomischen DNA aus den Stammbäumen zu
erhalten.
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Ein
zweiter Ansatz, der viel schneller ist, wenn die Intron/Exon-Struktur
des Kandidat-Gens
komplex ist, umfasst die Sequenzierung von Fragmenten, die aus Stammbaum-Lymphozyt-cDNA
amplifiziert wurden. cDNA, die aus aus Stammbaum-Blut extrahierter Lymphozyten-mRNA synthetisiert
worden war, wurde als ein Substrat für die PCR-Amplifikation unter
Verwendung des Satzes der designten Primer verwendet. Wird das Kandidat-Gen
in signifikantem Umfang in Lymphozyten exprimiert, so führen solche
Experimente gewöhnlich zu
amplifizierten Fragmenten, die direkt ohne Kenntnis der Intron/Exon-Verbindungsstelle
sequenziert werden können.
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Die
Produkte solcher Sequenzierungs-Reaktionen wurden mittels Gelelektrophorese
analysiert, um Positionen in der Sequenz zu bestimmen, die entweder
Mutationen wie Deletionen oder Insertionen oder Basenpaar-Substitutionen
enthalten, die zu Aminosäure-Umlagerungen
oder anderen nachteiligen Wirkungen führen.
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Jegliche
Sequenz innerhalb der BRCA1-Region, die in Brustgewebe exprimiert
wird, wird als Kandidat-Gen für
BRCA1 erachtet. Der überzeugende
Beweis, dass ein gegebenes Kandidat-Gen dem BRCA1 entspricht, folgt
aus einem Nachweis, dass Stammbaum-Familien defekte Allele des Kandidats
enthalten.
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BEISPIEL 8
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Identifikation von BRCA1
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Identifikation
von BRCA1. Unter Anwendung verschiedener Strategien wurde eine detaillierte
Karte von Transkripten für
die 600-kb-Region von 17q21 zwischen D17S1321 und D17S1324 entwickelt.
Kandidat-exprimierte Sequenzen wurden als DNA-Sequenzen definiert,
wie erhalten aus: 1) direktem Screening von Brust-, Fötushirn-
oder Lymphozyten-cDNA-Banken, 2) Hybridselektion von Brust-, Lymphozyten-
oder Eierstock-cDNAs oder 3) Zufallssequenzierung von genomischer
DNA und Voraussage der kodierenden Exons mittels XPOUND (Thomas
und Skolnick, 1994). Diese exprimierten Sequenzen wurden in vielen
Fällen
in Contigs angeordnet, die sich aus verschiedenen, unabhängig voneinander
identifizierten Sequenzen zusammensetzten. Die Kandidat-Gene können mehr
als eine dieser Kandidat-exprimierten Sequenzen enthalten. 65 Kandidat-exprimierte
Sequenzen innerhalb dieser Region wurden mittels Hybridselektion,
durch direktes Screening von cDNA-Banken und mittels Zufallssequenzierung
von P1-Subklonen identifiziert. Die exprimierten Sequenzen wurden
durch Transkriptgröße, DNA-Sequenz,
Datenbank-Vergleich, Expressionsmuster, Genomstruktur und, am wichtigsten,
DNA-Sequenz-Analyse
bei Individuen aus Stämmen
charakterisiert, bei denen sich eine 17q-gekoppelte Brust- und Eierstockkrebs-Anfälligkeit
aufspaltete.
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Drei
unabhängige
Contigs von exprimierter Sequenz, 114:1 (649 bp), 694:5 (213 bp)
und 754:2 (1079 bp) wurden isoliert und schließlich der Nachweis erbracht,
dass sie Abschnitte von BRCA1 repräsentierten. Wurden ESTs für diese
Contigs als Hybridisierungs-Sonden für die Northern-Analyse verwendet,
so wurde ein einzelnes Transkript von etwa 7,8 kb in gesunder Brust-mRNA
beobachtet, was annehmen lässt,
dass sie für verschiedene
Abschnitte eines einzigen Gens kodieren. Screens von Brust-, Fötushirn-,
Thymus-, Hoden-, Lymphozyten- und Plazenta-DNA-Banken und PCR-Experimente
mit Brust-mRNA verknüpften
die 1141:1, 694:5 und 754:2-Contigs. 5'-RACE-Experimente mit Thymus-, Hoden-
und Brust-mRNA erweiterten das Contig auf das vermutete 5'-Ende, was eine zusammengesetzte
Sequenz der vollen Länge
ergab. Die PCR und Direktsequenzierung von P1s und BACs in der Region
wurde zur Identifizierung der Lokalisation von Introns angewandt
und ermöglichten
die Bestimmung von Spleiß-Donor
und -Akzeptor-Stellen. Diese drei exprimierten Sequenzen wurden
in eine einzige Transkriptionseinheit eingebracht, die in der abschließenden Analyse als
BRCA1 nachweisbar war. Diese Transkriptionseinheit ist angrenzend
an D17S855 im Zentrum der 600-kb-Region lokalisiert (4).
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Die
Kombination der aus cDNA-Klonen, Hybridselektions-Sequenzen und
amplifizierten PCR-Produkten erhaltenen Sequenzen ermöglichte
die Konstruktion einer zusammengesetzten BRCA1-cDNA der vollen Länge (SEQ
ID NO: 1). Die Sequenz der BRCA1-cDNA (aufwärts durch das Stopcodon) wurde
ebenfalls bei GenBank hinterlegt und mit der Zugriffsnummer U-14680
bezeichnet. Diese hinterlegte Sequenz ist hierin durch Bezugnahme
mitaufgenommen. Der sich am weitesten in die 3'-Richtung erstreckende cDNA-Klon enthält einen
Poly(A)-Trakt, dem ein Polyadenylierungs-Signal vorausgeht. Eine
konzeptuale Translation der cDNA ergab einen einzigen langen offenen
Leseraster von 208 Kilodalton (Aminosäure-Sequenz: SEQ ID NO: 2)
mit einem potentiellen Startcodon, flankiert durch Sequenzen, die
der Kozak-Konsensus-Sequenz ähneln (Kozak,
1987). Nachforschungen von Smith-Waterman (Smith and Waterman, 1981)
und BLAST (Altschul et al., 1990) identifizierten eine Sequenz nahe
dem Amino-Terminus mit beträchtlicher
Homologie zu Zinkfinger-Domänen
(5). Diese Sequenz enthält im Konsensus-C3HC4-Zinkfinger-Motiv
vorhandene Cystein- und Histidin-Reste
und teilt multiple andere Reste mit Zinkfinger-Proteinen in den
Datenbanken. Das BRCA1-Gen setzt sich aus 23 kodierenden Exons zusammen,
die über
mehr als 100 kb der genomischen DNA angeordnet sind (6).
Northern-Blots unter Verwendung von Fragmenten der BRCA1-cDNA als
Sonden identifizierten ein einzelnes Transkript von etwa 7,8 kb,
das am reichlichsten in Brust, Thymus und Hoden, aber auch in Eierstöcken vorhanden
ist (7). Vier alternativ gespleißte Produkte wurden als unabhängige cDNA-Klone
beobachtet; drei davon wurden in Brust- und zwei in Eierstock-mRNA
nachgewiesen (6). Eine PCR-Untersuchung von
Gewebe-cDNAs untermauert die Idee weiter, dass eine beträchtliche
Heterogenität nahe
dem 5'-Ende der
Transkripte von diesem Gen vorliegt; die molekulare Basis für die Heterogenität involviert
eine differenzielle Wahl der ersten Spleiß-Donor-Stelle, wobei die nachgewiesenen
Umlagerungen alle das Transkript in der Region 5' des identifizierten Startcodons verändern. Wir
haben sechs potentielle alternierende Spleiß-Donors in dieser 5'-untranslatierten
Region nachgewiesen, wobei die längste
Deletion 1,155 bp betrug. Der vorherrschenden Form des BRCA1-Proteins
in Brust und Eierstock fehlt Exon 4. Die Nukleotid-Sequenz für BRCA1-Exon
4 ist in SEQ ID NO: 11 gezeigt, und die vorausgesagte Aminosäure-Sequenz
ist in SEQ ID NO: 12 gezeigt.
-
Die
weitere 5'-Sequenz
der BRCA1-genomischen DNA ist in SEQ ID NO: 13 gezeigt. Das G bei
Position 1 steht für
die potentielle Startstelle bei Hoden. Das A in Position 140 steht
für die
potentielle Startstelle bei somatischem Gewebe. Es gibt sechs alternative
Spleiß-Formen
dieser 5'-Sequenz,
wie in 8 gezeigt. Das G bei Position
356 steht für
die kanonische erste Spleiß-Donor-Stelle.
Das G bei Position 444 steht für
die erste Spleiß-Donor-Stelle
in zwei Klonen (Hoden 1 und Hoden 2). Das G bei Position 889 steht
für die
erste Spleiß-Donor-Stelle
in Thymus 3. Eine vierte Spleiß-Donor-Stelle
ist das G bei Position 1230. Das T bei Position 1513 steht für die Spleiß-Akzeptor-Stelle
für alle
der oben genannten Spleiß-Donors.
Eine fünfte
alternative Spleißform
besitzt eine erste Spleiß-Donor-Stelle
bei Position 349 mit einer ersten Akzeptor-Stelle an Position 591
und einer zweiten Spleiß-Donor-Stelle
bei Position 889 und einer zweiten Akzeptor-Stelle an Position 1513.
Eine sechste alternative Form ist in dieser 5'-Region ungespleißt. Das A an Position 1532
ist die kanonische Startstelle, die bei Position 120 der SEQ ID
NO: 1 auftaucht. Für
BRCA1 bestimmte partielle genomische DNA-Sequenzen sind in 10A–10H und SEQ ID NO: 14–34 gezeigt. Die Kleinbuchstaben
(in 10A–10H)
kennzeichnen eine Intron-Sequenz, während die Großbuchstaben
eine ExonSequenz kennzeichnen. Unbestimmte Intervalle innerhalb
der Introns sind mit vvvvvvvvvvvvv in 10A–10H gekennzeichnet. Die Intron/Exon-Verbindungsstellen
sind in Tabelle 9 gezeigt. Das am 5'-Ende der Exons 8 und 14 gefundene CAG
ist in einigen cDNAs feststellbar, in anderen jedoch nicht. Bekannte
polymorphe Stellen sind in 10A–10H in fetter Schriftart und mit Unterstreichung
gezeigt. Die bekannten Polymorphismen sind in Tabellen 18 und 19
aufgelistet.
-
-
-
Gering
stringente Blots, bei denen genomische DNA aus Organismen von diversem
phylogenetischem Hintergrund mit BRCA1-Sequenzen, denen die Zinkfinger-Region
fehlte, sondiert wurden, zeigten stark hybridisierende Fragmente
beim Menschen, Affen, Schaf und Schwein auf, und sehr schwache Hybridisierungs-Signale
bei Nagern. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass, abgesehen von
der Zinkfinger-Domäne, BRCA1
lediglich in mäßigem Grade
durch die Evolution konserviert ist.
-
Keimbahn-BRCA1-Mutationen
bei 17q-gekoppelten Stämmen.
Der rigoroseste Test für
BRCA1-Kandidat-Gene besteht in der Suche nach potentiell aufbrechenden
Mutationen bei Träger-Individuen
aus Stämmen,
bei denen sich die 17q-gekoppelte Anfälligkeit für Brust- und Eierstockkrebs
aufspaltet. Solche Individuen müssen
BRCA1-Allele enthalten, die von der Wildtyp-Sequenz abweichen. Der
bei dieser Analyse verwendete Satz an DNA-Proben bestand in einer
DNA von Individuen, die acht verschiedene BRCA1-Stämme repräsentierten
(Tabelle 10). TABELLE 10 FAMILIENSTAMM-BESCHREIBUNGEN UND ASSOZIIERTE
LOD-SCORES
Stamm | Fälle (n) | Sporadische Fälle1 (n) | LOD-Score | Marker |
Br | Br < 50 | Ei. |
2082 | 31 | 20 | 22 | 7 | 9,49 | D17S1327 |
2099 | 22 | 14 | 2* | 0 | 2,36 | D17S800/D17S855 |
2035 | 10 | 8 | 1* | 0 | 2,25 | D17S1327 |
1901 | 10 | 7 | 1* | 0 | 1,50 | D17S855 |
1925 | 4 | 3 | 0 | 0 | 0,55 | D17S579 |
1910 | 5 | 4 | 0 | 0 | 0,36 | D17S579/D17S2502 |
1927 | 5 | 4 | 0 | 1 | –0,44 | D17S250 |
1911 | 8 | 5 | 0 | 2 | –0,20 | D17S250 |
- 1Anzahl der Frauen
mit Brustkrebs (diagnostiziert unter Alter 50 Jahre) oder Eierstockkrebs
(diagnostiziert in jedem Alter), die den BRCAI-gekoppelten Haplotyp
nicht teilen, der sich in den verbleibenden Fällen der Familie aufspaltet.
- 2Multipunkt-LOD-Score, wie unter Anlegung
beider Marker errechnet
- *Stamm enthält
ein Individuum, das sowohl Brust- als auch Eierstockkrebs hatte;
dieses Individuum ist als ein Fall von Brustkrebs und ein Fall von
Eierstockkrebs gezählt.
-
Die
Logarithmus der Chancen-(logarithm of the odds – LOD)-Scores bei diesen Stämmen rangierten im
Bereich von 9,49 bis –0,44
für einen
Satz von Markern in 17q21. Vier der Familien weisen überzeugende LOD-Scores
für die
Verknüpfung
auf, und vier weisen gering positive oder negative LCD-Scores auf.
Die letzteren Stämme
wurden aufgenommen, da sie bei zumindest drei betroffenen Mitgliedern
einen geteilten Haplotyp bei Chromosom 17q21 zeigen. Darüber hinaus
zeigen alle Stämme
in der Gruppe einen früh
auftretenden Brustkrebs, und vier der Stämme umfassen mindestens einen
Fall von Eierstockkrebs, beides Kennzeichen der BRCA1-Stämme. Ein
Stamm, 2082, weist ein nahezu gleiches Vorkommen von Brust- und
Eierstockkrebs auf, was in Anbetracht der relativen Seltenheit von
Eierstockkrebs in der Bevölkerung
ungewöhnlich
ist. Alle Stämme
außer
zweien wurden in Utah ermittelt. K2035 stammt aus dem mittleren
Westen. K2099 ist ein afroamerikanischer Stamm aus dem Süden der
USA.
-
Beim
Ausgangs-Screening auf prädisponierende
Mutationen in BRCA1 wurde DNA von einem Individuum, das den prädisponierenden
Haplotyp trägt,
in jedem Stamm getestet. Die 23 kodierenden Exons und assoziierten
Spleiß-Verbindungsstellen
wurden entweder aus genomischen DNA-Proben oder aus von Lymphozyt-mRNA
präparierter
cDNA amplifiziert. Wurden die amplifizierten DNA-Sequenzen zur Wildtyp-Sequenz verglichen,
so wurde bei vier der acht Familienstamm-Proben ein Gehalt an Sequenz-Varianten
gefunden (Tabelle 11). TABELLE 11 PRÄDISPONIERENDE
MUTATIONEN
Stamm
Nr. | Mutation | Kodierende
Wirkung | Lokalisation* |
2082 | C → J | Gln → Stop | 4056 |
1910 | extra
C | Frameshift | 5385 |
2099 | T → G | Met → Arg | 5443 |
2035 | ? | Verlust
von Transkript | |
1901 | 11
bp Deletion | Frameshift | 189 |
-
Alle
vier Sequenz-Varianten sind heterozygot, wobei jede bei lediglich
einem der Stämme
auftaucht. Stamm 2082 enthält
eine Nonsense-Mutation in Exon 11 (9A),
Stamm 1910 enthält
eine einzelne Nukleotid-Insertion in Exon 20 (9B) und Stamm 2099 enthält eine Missense-Mutation in
Exon 21, was zu einer Met → Arg-Substitution
führt.
Die Frameshift- und Nonsense-Mutationen wirken sich wahrscheinlich
zerstörend auf
die Funktion des BRCA1-Produkts aus. Das durch das Frameshift-Allel
in Stamm 1910 kodierte Peptid enthält eine veränderte Aminosäure-Sequenz,
beginnend 108 Reste vom Wildtyp-C-Terminus entfernt. Das durch das
Frameshift-Allel in Stamm 1901 kodierte Peptid enthält eine
veränderte
Aminosäure-Sequenz,
beginnend mit dem 24sten Rest vom Wildtyp-N-Terminus entfernt. Das
mutante Allel in Stamm 2082 kodiert für ein Protein, dem 551 Reste
von C-Terminus fehlen. Die bei Stamm 2099 beobachtete Missense-Substitution
ist potentiell zerstörend,
da sie die Ersetzung einer kleinen hydrophoben Aminosäure (Met)
durch einen großen
geladenen Rest (Arg) bewirkt. Elf häufige Polymorphismen wurden
ebenfalls identifiziert, davon acht in kodierender Sequenz und drei
in Introns.
-
Das
in Stamm 2035 untersuchte Individuum enthält offensichtlich eine regulatorische
Mutation in BRCA1. In ihrer cDNA erschien eine polymorphe Stelle
(A → G
bei Base 3667) als homozygot, wohingegen ihre genomische DNA eine
Heterozygotie an dieser Position aufzeigte (9C).
Eine mögliche
Erklärung
für diese
Beobachtung ist die, dass mRNA aus ihrem mutieren BRCA1-Allel aufgrund
einer Mutation, die ihre Produktion oder Stabilität beeinflusst,
abwesend ist. Diese Möglichkeit
wurde durch Untersuchung fünf
polymorpher Stellen in der BRCA1-kodierenden Region, die durch bis
zu 3,5 kb im BRCA1-Transkript voneinander getrennt sind, weiter
erforscht. In allen Fällen
erschien dort, wo ihre genomische DNA für einen Polymorphismus heterozygot
zu sein schien, die cDNA homozygot. Bei Individuen aus anderen Stämmen und
bei Nicht-Haplotyp-Trägern
in Stamm 2035 konnten diese polymorphen Stellen als heterozygot
in der cDNA beobachtet werden, was bedeutet, dass die Amplifikation
aus cDNA nicht zugunsten eines Allels beeinflusst war. Diese Analyse
zeigt auf, dass eine BRCA1-Mutation bei Stamm 2035 entweder die
Transkription verhindert oder zu Instabilität oder abweichendem Spleißen des
BRCA1-Transkripts führt.
-
Kosegregation
von BRCA1-Mutationen mit BRCA1-Haplotypen und Populations-Häufigkeitsanalyse. Über die
potentiell zerstörende
Proteinfunktion hinaus müssen
zwei Kriterien erfüllt
sein, damit sich eine Sequenz-Variante als Kandidat einer prädisponierenden
Mutation qualifiziert. Die Variante muss: 1) bei Individuen aus
dem Stamm vorhanden sein, die den prädisponierenden BRCA1-Haplotyp
tragen, wobei er bei anderen Mitgliedern des Stamms abwesend ist,
und 2) in der Allgemeinbevölkerung
selten sein.
-
Jede
Mutation wurde auf die Kosegregation mit BRCA1 getestet. Für die Frameshift-Mutation bei Stamm
1910 wurden zwei andere Haplotyp-Träger und ein Nicht-Träger sequenziert
(9B). Nur die Träger wiesen die Frameshift-Mutation
auf. Der C gegen T-Austausch bei Stamm 2082 schuf eine neue AvrII-Restriktionsstelle.
Weitere Träger
und Nicht-Träger
im Stamm wurden auf das Vorhandensein der Restriktionsstelle getestet
(9A). Ein Allel-spezifisches Oligonukleotid (ASO)
wurde zum Nachweis des Vorhandenseins der Sequenz-Variante bei Stamm
2099 entworfen. Verschiedene Individuen aus dem Stamm, von denen
einige als Träger
des mit dem prädisponierenden
Allel verknüpften
Haplotyps und andere als Nicht-Träger des assoziierten Haplotyps
bekannt sind, wurden mittels ASO auf die zuvor im Stamm nachgewiesene
Mutation gescreent. In jedem Stamm wurde das entsprechende mutante
Allel bei Individuen nachgewiesen, die den BRCA1-assoziierten Haplotyp
trugen, und war bei Nicht-Trägern
nicht nachweisbar. Im Falle der potentiellen regulatorischen Mutation,
die bei dem Individuum aus Stamm 2035 beobachtet wurde, wurde die
cDNA und genomische DNA aus Trägern
im Stamm auf die Heterozygotie an polymorphen Stellen verglichen.
In jedem Fall wurde gezeigt, dass das zerstörte Allel in der cDNA-Probe
auf dem Chromosom liegt, das das BRCA1-prädisponierende Allel trägt (9C).
-
Um
die Möglichkeit
auszuschließen,
dass es sich bei den Mutationen einfach um herkömmliche Polymorphismen in der
Population handelte, wurden die ASOs für jede Mutation zum Screening
eines Satzes normaler DNA-Proben verwendet. Schätzungen der Gen-Häufigkeit
bei Kaukasiern basierten auf Zufallsproben aus der Bevölkerung
von Utah. Schätzungen
der Gen-Häufigkeit
bei Afroamerikanern basierten auf Proben von 39 Afroamerikanern,
die von M. Peracek-Vance bereitgestellt und von ihr in ihren Kopplungsstudien
verwendet worden waren, und von 20 neugeborenen Afroamerikanern
aus Utah. Keine der vier potentiellen prädisponierenden Mutationen wurde
in der entsprechenden Kontrollpopulation festgestellt, was aufzeigt,
dass sie in der Allgemeinbevölkerung
selten sind. Folglich waren zwei wichtige Anforderungen an die BRCA1-Anfälligkeits-Allele
durch die Kandidat-prädisponierenden
Mutationen erfüllt:
1) die Kosegregation des mutanten Allels mit der Erkrankung und
2) die Abwesenheit des mutanten Allels in den Kontrollen, was auf
eine geringe Gen-Häufigkeit
in der Allgemeinbevölkerung
hinweist.
-
Phänotypische
Exprimierung von BRCA1-Mutationen. Die Auswirkung der Mutationen
auf das BRCA1-Protein korrelierten mit Unterschieden bei der beobachteten
phänotypischen
Expression bei den BRCA1-Stämmen.
Die meisten BRCA1-Stämme
weisen ein mäßig erhöhtes Risiko
für Eierstockkrebs
auf, und lediglich eine kleinere Untergruppe weist ein hohes Risiko
für Eierstockkrebs
vergleichbar dem für
Brustkrebs (Esston et al., 1993) auf. Drei der vier Stämme, bei
denen BRCA1-Mutationen
nachgewiesen wurden, fallen in die erstere Kategorie, während die
vierte (K2082) in die Gruppe mit hohem Risiko für Eierstockkrebs fällt. Da die
bei K2082 gefundene BRCA1-Nonsense-Mutation näher am Amino-Terminus liegt
als die anderen nachgewiesenen Mutationen, könnte erwartet werden, dass
sie einen unterschiedlichen Phänotyp
aufweist. Tatsächlich
erzeugt die Stamm-K2082-Mutation ein hohes Vorkommen von Eierstockkrebs
und ein späteres Durchschnittsalter
bei der Diagnose von Brustkrebsfällen
als die anderen Stämme
(Goldgar et al., 1994). Dieser Altersunterschied beim Auftreten
könnte
auf einen Ermittlungsfehler bei den kleineren, höher penetrierten Familien rückführbar sein
oder könnte
Gewebe-spezifische Unterschiede im Verhalten der BRCA1-Mutationen Wiederspiegeln.
Die anderen drei Stämme,
bei denen sich bekannte BRCA1-Mutationen aufspalten, weisen im Durchschnitt
einen Fall von Eierstockkrebs pro 10 Fällen von Brustkrebs auf, doch
zeigen einen hohen Anteil an im Alter von Ende 20 oder Anfang 30
diagnostizierten Fällen
von Brustkrebs. Stamm 1910, der eine Frameshift-Mutation aufweist,
ist bemerkenswert, da drei der vier betroffenen Individuen beidseitigen
Brustkrebs hatten, wobei in jedem Fall der zweite Tumor innerhalb
eines Jahres nach Auftreten des ersten diagnostiziert worden waren.
Bei Stamm 2035, bei dem sich eine potentielle regulatorische BRCA1-Mutation
aufspaltet, wäre
ebenfalls das Vorhandensein eines dramatischen Phänotyps zu
erwarten. Achtzig Prozent der Fälle von
Brustkrebs in diesem Stamm treten unter 50 Jahre auf. Diese Zahl
ist ebenso hoch wie jede andere in der Gruppe, was ein BRCA1-mutantes
Allel von hoher Penetranz nahe legt (Tabelle 10).
-
Obschon
die oben beschriebenen Mutationen eindeutig zerstörerisch
sind, indem sie Brustkrebs bei Frauen in sehr jungen Jahren bewirken,
umfasst jeder der vier Stämme
mit Mutationen mindestens eine Frau, die die Mutation trägt, doch
bis zum Alter von 80 Jahren lebte, ohne eine Malignität entwickelt
zu haben. Für künftige Studien
wird es von äußerster
Wichtigkeit sein, weitere genetische oder umweltbedingte Faktoren
zu identifizieren, die die Auswirkungen der BRCA1-Mutationen verbessern
können.
-
Bei
vier der acht vermuteten BRCA1-gekoppelten Stämme wurden keine potentiellen
prädisponierenden
Mutationen festgestellt. Drei dieser vier weisen LOD-Scores für BRCA1-gekoppelte
Marker von weniger als 0,55 auf. Folglich mag es sein, dass sich
bei diesen Stämmen
die BRCA1-prädisponierenden
Allele tatsächlich
nicht aufspalten. Alternativ dazu mag es sein, dass die Mutationen
bei diesen vier Stämmen
in Regionen des BRCA1 liegen, die z. B. den Umfang an Transkripten
beeinflussen und daher bis jetzt dem Nachweis entgangen sind.
-
Rolle
des BRCA1 bei Krebs. Die meisten bis heute identifizierten Tumor-Suppressorgene lassen
Proteinprodukte entstehen, die nicht vorhanden, nicht-funktionell oder
funktionsreduziert sind. Bei der Mehrzahl der TP53-Mutationen handelt
es sich um Missense-Mutationen; von einigen davon wurde gezeigt,
dass sie abnormale p53-Moleküle
produzieren, die in die Funktion des Wildtyp-Produkts eingreifen
(Shaulian et al., 1992; Srivastava et al., 1993). Ein ähnlich dominanter
negativer Wirkmechanismus wurde für einige adenomatöse Polyposis
coli-(APC)-Allele,
die beschnittene Moleküle
erzeugen (Su et al., 1993), und für Punktmutationen im Wilms-Tumorgen
(WT1) vorgeschlagen, die die DNA-Bindung an das Protein verändern (Little
et al., 1993). Die Natur der Mutationen, die in der BRCA1-kodierenden Sequenz
beobachtet wurden, stimmt mit der Produktion entweder dominant negativer
Proteine oder nicht-funktioneller Proteine überein. Die in Stamm 2035 gefolgerte
regulatorische Mutation kann nicht eine dominant negative sein;
wahrscheinlicher ist es, dass diese Mutation eine Verminderung oder
den vollständigen
Verlust der BRCA1-Expression vom betroffenen Allel bewirkt.
-
Das
BRCA1-Protein enthält
eine C3HC4-Zinkfinger-Domäne ähnlich der,
wie sie in zahlreichen DNA-bindenden Proteinen anzutreffen und mit
der Zink-abhängigen
Bindung an Nukleinsäuren
verwickelt ist. Die ersten 180 Aminosäuren von BRCA1 enthalten fünf basische
Reste mehr als saure Reste. Im Gegensatz dazu ist der Rest des Moleküls bei einem
Nettoüberschuss
von 70 sauren Resten sehr sauer. Die überschüssige negative Ladung konzentriert
sich besonders nahe dem C-Terminus. Daher besteht eine Möglichkeit
darin, dass BRCA1 für
einen Transkriptionsfaktor mit einer N-terminalen DNA-Bindungsdomäne und einer
C-teminalen transaktivierenden „sauren Blob”-Domäne kodiert.
Interessanterweise enthält
ein anderes hereditär bedingtes
Tumor-Suppressorgen, WT1, ebenfalls ein Zinkfinger-Motiv (Haber
et al., 1990). Viele Krebs-prädisponierenden
Mutationen in WT1 verändern
die Zinkfinger-Domänen (Little
et al., 1993; Haber et al., 1990; Little et al., 1992). WT1 kodiert
für einen
Transkriptionsfaktor, und alternatives Spleißen der Exons, die für Teile
der Zinkfinger-Domänen
kodieren, verändern
die DNA-bindenden Eigenschaften der WT1 (Bickmore et al., 1992). Einige
alternativ gespleißte
Formen von WT1-mRNA erzeugen Moleküle, die als Transkriptions-Repressoren wirken
(Drummond et al., 1994). Einige BRCA1-spleißten Varianten können das
Zinkfinger-Motiv verändern und
dabei die Möglichkeit
entstehen lassen, dass ein regulatorischer Mechanismus ähnlich dem,
der bei WT1 vorkommt, auf BRCA1 zutreffen kann.
-
BEISPIEL 9
-
Analyse von Tumoren auf BRCA1-Mutationen
-
Um
die Analyse auf Tumoren zu fokussieren, die mit größter Wahrscheinlichkeit
BRCA1-Mutationen enthalten, wurden Brust- und Eierstock-Primärkarzinome
für LOH
in der BRCA1-Region typisiert. Drei hochgradig polymorphe, einfache
Tandem-Repeat-Marker
wurden zur Beurteilung des LOH verwendet: D17S1323 und D17S855,
die intragen bei BRCA1 sind, und D17S1327, das etwa 100 kb distal
zu BRCA1 liegt. Die kombinierte LOH-Häufigkeit in informativen Fällen (d.
h. dort, wo die Keimbahn heterozygot war) betrug 32/72 (44%) bei
den Brustkarzinomen und 12/21 (57%) bei den Eierstockkarzinomen,
was mit früheren
Messungen des LOH in der Region übereinstimmt
(Futreal et al., 1992b; Jacobs et al., 1993; Sato et al., 1990;
Eccles et al., 1990; Cropp et al., 1994). Die Analyse definierte
in dieser Weise ein Panel von 32 Brusttumoren und 12 Eierstocktumoren
von gemischtem Rassen- und Alters-Ursprung des Auftretens für die Untersuchung
auf die BRCA-Mutationen. Die vollständige kodierende Region von
5.589 bp und die Intron/Exon-Begrenzungs-Sequenzen des Gens wurden
in diesem Tumorsatz durch direkte Sequenzierung allein oder durch
eine Kombination von Einzelstrang-Konformationsanalyse (SSCA) und
direkter Sequenzierung gescreent.
-
Insgesamt
sechs Mutationen wurden festgestellt, eine bei einem Eierstocktumor,
vier bei Brusttumoren und eine bei einem männlichen unbetroffenen Haplotyp-Träger (Tabelle
12). Eine Mutation, Glu1541Ter, führte ein Stopcodon ein, das
ein beschnittenes Protein schuf, dem 273 Aminosäuren am Carboxy-Terminus fehlten. Darüber hinaus
wurden zwei Missense-Mutationen identifiziert. Bei diesen handelt
es sich um Ala1708Glu und Met1775Arg, die Substitutionen kleiner,
hydrophober Reste durch geladene Reste umfassen. Patienten 17764 und
19964 stammen von derselben Familie. Bei Patient OV24 ist Nukleotid
2575 deletiert, und bei Patienten 17764 und 19964 sind Nukleotide
2993–2996
deletiert. TABELLE 12 Prädisponierende
Mutationen
Patient | Codon | Nukleotid-Austausch | Aminosäure-Austausch | Alter
bei Ausbruch | Familiengeschichte |
BT098 | 1541 | GAG → TAG | Glu → Stop | 39 | - |
OV24 | 819 | 1
bp Deletion | Frameshift | 44 | - |
BT106 | 1708 | GCG → GAG | Ala → Glu | 24 | + |
MC44 | 1775 | ATG → AGG | Met → Arg | 42 | + |
17764 | 958 | 4
bp Deletion | Frameshift | 31 | + |
19964 | 958 | 4
bp Deletion | Frameshift | | +* |
- *Nicht-betroffener Haplotyp-Träger, männlich
-
Verschiedene
Beweisstränge
legen nahe, dass alle fünf
Mutationen BRCA1-Anfälligkeits-Allele
repräsentieren:
- (i) alle Mutationen liegen in der Keimbahn
vor;
- (ii) alle sind in geeigneten Kontrollpopulationen abwesend,
was vermuten lässt,
dass sie keine häufig
anzutreffenden Polymorphismen sind;
- (iii) jedes mutante Allel ist im Tumor erhalten, wie bei Tumoren
aus Patienten der Fall, die zu Stämmen gehören, bei denen sich die BRCA1-Anfälligkeits-Allele
aufspalten (Smith et al., 1992; Kelsell et al., 1993) (stünden die
Mutationen für
neutrale Polymorphismen, so sollten sie in lediglich 50% der Fälle erhalten
bleiben);
- (iv) das Alter des Ausbruchs bei den vier Fällen von Brustkrebs mit Mutationen
variierte zwischen 24 und 42 Jahren, was mit dem frühen Alter
des Ausbruchs von Brustkrebs bei Individuen mit BRCA1-Anfälligkeit übereinstimmt;
entsprechend erfolgte die Diagnose des Falls von Eierstockkrebs
mit 44 Jahren, einem Alter, das unter die jüngsten 13% aller Fälle von
Eierstockkrebs fällt;
und schließlich
- (v) drei der fünf
Fälle weisen
Brust- oder Eierstockkrebs-positive Familiengeschichten auf, wie
rückblickend in
ihren Krankenberichten festgestellt, obschon die Tumorgruppe nicht
bezüglich
dieses Kriteriums ausgewählt
wurde.
-
Bei
BT106 wurde im Alter von 24 Jahren Brustkrebs diagnostiziert. Ihre
Mutter hatte Eierstockkrebs, ihr Vater ein Melanom und ihre Großmutter
väterlicherseits
ebenfalls Brustkrebs. Patientin MC44, eine Afroamerikanerin, hatte
beidseitigen Brustkrebs im Alter von 42 Jahren. Diese Patientin
hatte eine Schwester, die im Alter von 34 Jahren an Brustkrebs starb,
eine andere Schwester, die an einem Lymphom starb, und einen Bruder,
der an Lungenkrebs starb. Ihre Mutation (Met1775Arg) war zuvor bei
Stamm 2099 nachgewiesen worden, einer afroamerikanischen Familie,
bei der sich ein BRCA1-Anfälligkeits-Allel
aufspaltete, was bei afroamerikanischen und kaukasischen Kontrollen
abwesend war. Patientin MC44 ist nach unserer Kenntnis nicht mit
Stamm 2099 verwandt. Der Nachweis eines seltenen mutanten Allels,
einmal bei einem BRCA1-Stamm und einmal in der Keimbahn eines offensichtlich
nicht verwandten Falles von früh
auftretendem Brustkrebs, legt nahe, dass die Met1775 Arg-Veränderung
eine häufig
auftretende prädisponierende
Mutation bei Afroamerikanern sein kann. Kollektiv gesprochen zeigen
diese Beobachtungen auf, dass alle vier BRCA1-Mutationen in Tumoren
Anfälligkeits-Allele
repräsentieren;
in den analysierten Proben wurden keine somatischen Mutationen nachgewiesen.
-
Die
geringe Zahl der somatischen BRCA1-Mutationen ist in Anbetracht
der Häufigkeit
von LOH auf 17q und der üblichen
Rolle der Anfälligkeits-Gene
als Tumorsuppressoren in der Krebsentwicklung unerwartet. Dies sind
drei mögliche
Erklärung
für dieses
Ergebnis: (i) Einige BRCA1-Mutationen in kodierenden Sequenzen wurden
mit unserem Screening-Verfahren übersehen;
(ii) somatische BRCA1-Mutationen liegen primär außerhalb der kodierenden Exons;
und (iii) LOH-Ereignisse
bei 17q spiegeln nicht somatische BRCA1-Mutationen wieder.
-
Wären somatische
BRCA1-Mutationen tatsächlich
bei Brust- und Eierstockkarzinomen selten, so hätte dies in hohem Maße Folgen
für die
Biologie der BRCA1. Das offensichtliche Fehlen somatischer BRCA1-Mutationen
lässt folgern,
dass es einen grundlegenden Unterschied bei der Entstehung von Tumoren
bei genetisch prädisponierten
BRCA1-Trägern
im Vergleich zu Tumoren bei der Allgemeinbevölkerung geben kann. Z. B. können Mutationen
bei BRCA1 eine Wirkung lediglich auf die Tumorbildung in einem spezifischen
frühen Stadium
der Brust- und Eierstockentwicklung haben. Diese Möglichkeit
stimmt mit einer Primärfunktion
von BRCA1 bei prämenopausalem
Brustkrebs überein.
Solch ein Modell für
die Rolle des BRCA1 bei Brust- und Eierstockkrebs sagt eine Wechselwirkung
zwischen Reproduktionshormonen und der BRCA1-Funktion voraus. Allerdings
wurden keine klinischen oder pathologischen Unterschiede bei familiären versus
sporadischen Brust- und Eierstocktumoren außer dem Alter des Auftretens
beschrieben (Lynch et al., 1990). Andererseits mag der kürzlich erfolgte
Befund einer verstärkten
TP53-Mutation und
Mikrosatelliten-Instabilität
bei Brusttumoren von Patienten mit einer Familiengeschichte mit
Brustkrebs (Glebov et al., 1994) einen gewissen Unterschied bei
den Tumoren widerspiegeln, die bei genetisch prädisponierten Personen auftreten.
Die Beteiligung von BRCA1 an diesem Phänomen kann jetzt direkt angesprochen
werden. Alternativ dazu kann das Fehlen somatischer BRCA1-Mutationen
die Folge des Vorhandenseins multipler Gene sein, die auf derselben
Bahn der Tumorsuppression wie BRCA1 wirken, doch die insgesamt ein
bevorzugteres Ziel für
eine Mutation bei sporadischen Tumoren darstellen. Da die Mutation
eines einzelnen Elements in einer genetischen Bahn allgemein ausreicht,
um die Bahn zu spalten, könnte
BRCA1 bei einer Rate mutieren, die viel geringer ist als die Summe
der Mutationsraten der anderen Elemente.
-
Eine
separate Studie zur Analyse von Tumoren auf BRCA1-Mutationen wurde
in Japan vorgenommen. Ein Panel von 103 Patienten, zusammengesetzt
aus früh
aufgetretenen Fällen
(im Alter von < 35
Jahren) (46 Patienten), Mitgliedern vielfach betroffener Familien
(12 Patienten) und/oder Personen mit beidseitig entstandenem Brustkrebs
(59 Patienten) wurden auf Mutationen im BRCA1 gescreent. Primäre Brusttumoren
dieser Patienten wurden auf Mutationen in kodierenden Exons des
BRCA1 unter Anwendung einer Analyse mit einem einzelsträngigen Konformations-Polymorphismus (SSCP)
gescreent. Für
Exon 11, das 3425 bp lang ist, wurden PCR-Primer zur separaten Amplifizierung
von elf überlappenden
Segmenten dieses Exons entworfen. Jedes der anderen 22 Exons wurde
individuell in einer einzelnen PCR amplifiziert. So wurden 33 PCR-SSCP-Analysen
für jeden
Fall vorgenommen. Mutationen wurden in den Tumoren von vier Patienten nachgewiesen,
die alle beidseitig Brustkrebs entwickelt hatten (Tabelle 12A).
Eine Mutation führte
zu einem Frameshift aufgrund einer 2-bp-Deletion (Deletion von AA)
bei Codon 797. Dies ergibt ein beschnittenes Protein, dem 1065 Aminosäuren am
COOH-Terminus fehlen. Eine zweite Mutation bestand in einer Nonsense-Mutation
bei Codon 1214 aufgrund einer G → T-Transversion
des ersten Nukleotids des Codons. Dies ergibt ein verfrühtes Stopcodon
anstelle der Glutaminsäure
an dieser Stelle und führt
zu einem beschnittenen Protein, dem 649 Aminosäuren am COOH-Terminus fehlen.
Es lagen außerdem
zwei Missense-Mutationen vor. Eine bestand in einer G → A-Transition
am ersten Nukleotid des Codons 271, was zu einer Val → Met-Substitution
führte.
Die zweite lag bei Codon 1150 vor (eine C → T-Transition im ersten Nukleotid
des Codons), was zu einer Pro → Ser-Substitution
führte,
einer Ersetzung einer hydrophoben nichtpolaren Aminosäure durch
eine polare ungeladene Aminosäure.
Diese Mutationen wurden alle als Keimbahn-Mutationen befunden. Das durchschnittliche
Alter des Auftretens betrug bei diesen vier Patienten 49 Jahre.
Bei dieser Studie wurde auch ein gemeinsamer neutraler Polymorphismus
von entweder C oder T am ersten Nukleotid des Codons 771 festgestellt. TABELLE
12A Prädisponierende
Mutationen
Patient | Codon | Nukleotidaustausch | Aminosäureaustausch | Alter
des Auftretens |
23 | 1150 | CCT → TCT | Pro → Ser | 49 & 64 |
44 | 1214 | GAG → TAG | Glu → Stop | 51 & 51 |
98 | 271 | GTG → ATG | Val → Met | 45 & 45 |
100 | 797 | 2
bp Deletion | Frameshift | 50 & 71 |
5 | 482–483 | 4
bp Deletion | Frameshift | 45 |
6 | 856 | TAT → CAT | Tyr → His | 54 |
7 | 271 | GTG → ATG | Val → Met | 49 & 49 |
8 | 852 | 1
bp Deletion | Frameshift | 62 |
-
Zwar
weisen Patienten 98 und 7 dieselbe Mutation auf, doch sind sie nicht
miteinander verwandt.
-
BEISPIEL 10
-
Analyse des BRCA1-Gens
-
Die
Struktur und Funktion des BRCA1-Gens wird gemäß der folgenden Methoden bestimmt.
-
Biologische
Studien. Säuger-Expressionsvektoren,
die BRCA1-cDNA enthalten, werden konstruiert und in geeignete Brustkarzinomzellen
mit Läsionen
im Gen transfiziert. Es wird sowohl Wildtyp-BRCA1-cDNA als auch
veränderte
BRCA1-cDNA verwendet. Die veränderte
BRCA1-cDNA kann aus veränderten BRCA1-Allelen
erhalten oder wie unten beschrieben erzeugt werden. Die phänotypische
Reversion in Kulturen (z. B. Zeltmorphologie, Verdopplungszeit,
Verankerungs-unabhängiges
Wachstum) und in Tieren (z. B. Tumorgenität) wird untersucht. Die Studien
verwenden sowohl Wildtyp- als auch mutante Formen (Sektion B) des Gens.
-
Molekulargenetische
Studien. Eine in vitro-Mutagenese wird zur Konstruktion von Deletions-Mutanten und
Missense-Mutanten (durch einzelne Basenpaar-Substitutionen in individuellen Codons
und → Alanin
geladener Cluster-Scanning-Mutagenese)
vorgenommen. Die Mutanten werden in biologischen, biochemischen und
biophysikalischen Studien angewandt.
-
Mechanismusstudien.
Die Bindungsfähigkeit
von BRCA1-Protein an bekannte und unbekannte DNA-Sequenzen wird
untersucht. Seine Fähigkeit
zur Transaktivierung von Promotoren wird mittels vorübergehender
Reporter-Expressionssysteme in Säugerzellen
analysiert. Herkömmliche
Verfahrensweisen wie das Einfangen von Partikeln und Hefe-Doppelhybrid-System
werden zur Entdeckung und Identifizierung jeglicher funktioneller
Partner angewandt. Die Beschaffenheit und Funktionen der Partner
werden charakterisiert. Diese Partner wiederum sind Ziele für die Findung
von Wirkstoffen.
-
Strukturelle
Studien. Rekombinante Proteine werden in E. coli, Hefe, Insekten
und/oder Säugerzellen erzeugt
und in kristallographischen und NMR-Studien verwendet. Auch eine
Molekular-Modellerstellung der Proteine wird angewandt. Diese Studien
erleichtern das Struktur-bezogene Wirkstoff-Design.
-
BEISPIEL 11
-
Zweistufiger Assay zum Nachweis des Vorhandenseins
von BRCA1 in einer Probe
-
Eine
Patientenprobe wird gemäß dem von
Antonarakis et al. (1985) beschriebenen Verfahren aufgearbeitet,
durch ein 1%iges Agarosegel aufgetrennt und auf eine Nylonmembran
für die
Southern-Blot-Analyse übertragen.
Die Membranen werden bei 150 mJ unter Verwendung eines GS-Gen-Linkers
(Bio-Rad) UV-vernetzt. Eine BRCA1-Sonde entsprechend den Nukleotid-Positionen
3631–3930
der SEQ ID NO: 1 wird in pTZ18U subkloniert. Die Phagemiden werden
in E. coli MV1190, infiziert mit M13KO7-Helfer-Phage (Bio-Rad, Richmond,
CA) transformiert. Einzelsträngige
DNA wird gemäß standardmäßiger Verfahrensweisen
isoliert (siehe Sambrook et al. 1989).
-
Die
Blots werden über
15 bis 30 Minuten hinweg bei 65°C
in 7% Natriumdodecylsulfat (SDS) in 0,5 M NaPO4 vorhybridisiert.
Die Methoden folgen den von Nguyen et al., 1992 beschriebenen Methoden.
Die Blots werden über
Nacht bei 65°C
in 7% SDS, 0,5 M NaPO4 mit 25 bis 50 ng/ml
einzelsträngiger
Sonden-DNA hybridisiert. Die Waschgänge nach der Hybridisierung
bestehen in zwei 30minütigen
Spülungen
in 5% SDS, 40 mM NaPO4 bei 65°C, gefolgt
von zwei 30minütigen
Spülungen
in 1% SDS, 40 mM NaPO4 bei 65°C.
-
Als
Nächstes
werden die Blots mit Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung (pH
6,8) über
5 Minuten hinweg bei Raumtemperatur gespült und mit 0,2% Casein in PBS über 30 bis
60 Minuten hinweg bei Raumtemperatur inkubiert und in PBS 5 Minuten
lang gespült.
Die Blots werden dann 5 bis 10 Minuten lang in einem Schüttelwasserbad
bei 45°C
mit Hybridisierungs-Puffer, bestehend aus 6 M Harnstoff, 0,3 M NaCl
und 5 × Denhardtsche
Lösung,
vorinkubiert (siehe Sambrook et al., 1989). Der Puffer wird entfernt
und durch 50 bis 75 μl/cm2 frischen Hybridisierungs-Puffer, plus 2,5
nM des kovalent vernetzten Oligonukleotid/alkalische Phosphatase-Konjugats
mit der zur universalen Primerstelle (UP-AP, Bio-Rad) komplementären Nukleotid-Sequenz,
ersetzt. Die Blots werden 20 bis 30 Minuten lang bei 45°C hybridisiert
und die Waschvorgänge
nach der Hybridisierung als zwei zehnminütige Spülungen in 6 M Harnstoff, 1 × standardmäßiges Kochsalzcitrat (SSC),
0,1% SDS, und eine 10minütige
Spülung
in 1 × SSC,
0,1% Triton® X-100
bei 45°C
inkubiert. Die Blots werden 10 Minuten lang bei Raumtemperatur mit
1 × SSC
gespült.
-
Die
Blots werden 10 Minuten lang bei Raumtemperatur unter Schütteln im
Substrat-Puffer,
bestehend aus 0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl2,
0,02% Natriumazid, pH 10,0, inkubiert. Einzelne Blots werden in
hitzeversiegelbare Beutel mit Substrat-Puffer und 0,2 mM AMPPD (3-(2'-Spirodamantan)-4-methoxy-4-(3'- phophoryloxy)phenyl-1,2-dioxetan, Dinatriumsalz,
Bio-Rad) eingebracht. Nach einer 20minütigen Inkubation bei Raumtemperatur
unter Schütteln
wird die überschüssige AMPPD-Lösung entfernt.
Der Blot wird über
Nacht Röntgen-Bestrahlung
ausgesetzt. Positive Banden weisen auf das Vorhandensein von BRCA1
hin.
-
BEISPIEL 12
-
Erzeugung polyklonaler Antikörper gegen
BRCA1
-
Segmente
der BRCA1-kodierenden Sequenz wurden als Fusionsprotein in E. coli
exprimiert. Das überexprimierte
Protein wurde mittels Gelelution gereinigt und zur Immunisierung
von Kaninchen und Mäusen unter
Anwendung einer ähnlichen
Verfahrensweise wie bei Harlow und Lane, 1988, beschrieben, verwendet. Von
dieser Verfahrensweise wurde gezeigt, dass sie Antikörper gegen
verschiedene andere Proteine erzeugt (siehe z. B. Kraemer et al.,
1993).
-
Kurz
gesagt wurde eine Strecke der BRCA1-kodierenden Sequenz als ein
Fusionsprotein in Plasmid-PET5A kloniert (Novagen, Inc., Madison,
WI). Die Sequenz mit eingebautem BRCA1 umfasst die Aminosäuren entsprechend
#1361–1554
der SEQ ID NO: 2. Nach Induktion mit IPTG wurde die Überexpression
eines Fusionsproteins mit dem erwarteten Molekulargewicht mittels
SDS/PAGE verifiziert. Das Fusionsprotein wurde aus dem Gel mittels
Elektroelution ausgereinigt. Die Identifikation des Proteins als
das BRCA1-Fusionsprodukt wurde mittels Protein-Sequenzierung am N-Terminus verifiziert.
Als Nächstes
wurde das gereinigte Protein als Immunogen bei Kaninchen verwendet.
Die Kaninchen wurden mit 100 μg
des Proteins in kompletter Freund-Adjuvans immunisiert, wobei sie
zweimal in dreiwöchigen
Intervallen Auffrischungen zunächst
mit 100 μg
Immunogen in inkomplettem Freund-Adjuvans, gefolgt von 100 μg Immunogen
in PBS, erhielten. Das Antikörper-haltige
Serum wurde zwei Wochen später
entnommen.
-
Diese
Verfahrensweise wird zur Erzeugung von Antikörpern gegen die mutanten Formen
des BRCA1-Gens wiederholt. Diese Antikörper, in Verbindung mit Antikörpern zum
Wildtyp-BRCA1, werden zum Nachweis des Vorhandenseins und der relativen
Menge der mutanten Formen in verschiedenen Geweben und biologischen
Flüssigkeiten
verwendet.
-
BEISPIEL 13
-
Erzeugung von BRCA1-spezifischen monoklonalen
Antikörpern
-
Monoklonale
Antikörper
werden gemäß dem folgenden
Protokoll erzeugt. Mäuse
werden mit Immunogen, umfassend intakte BRCA1 oder BRCA1-Peptide
(Wildtyp oder mutant) in Konjugation an Napfschnecken-Hämocyanin
unter Verwendung von Glutaraldehyd oder EDC immunisiert, wie wohlbekannt.
-
Das
Immunogen wird mit einem Adjuvans gemischt. Jede Maus erhält vier
Injektionen von 10 bis 100 μg
Immunogen, woraufhin nach der vierten Injektion Blutproben von den
Mäusen
genommen werden, um zu bestimmen, ob das Serum Antikörper gegen
das Immunogen enthält.
Der Serumtiter wird mittels ELISA oder RIA bestimmt. Mäuse mit
Seren, die auf das Vorhandensein von Antikörper gegen das Immunogen hinweisen, werden
für die
Hybridom-Erzeugung ausgewählt.
-
Immunen
Mäusen
werden die Milzen entnommen und es wird eine Einzelzell-Suspension zubereitet (siehe
Harlow und Lane, 1988). Es werden Zellfusionen vorgenommen, wie
im Wesentlichen beschrieben bei Kohler und Milstein, 1975. Kurz
gesagt werden P3.63.3-Myelomzellen (American Type Culture Collection, Rockville,
MD) mit immunen Milzzellen unter Verwendung von Polyethylenglycol
vereinigt, wie beschrieben bei Harlow und Lane, 1988. Die Zellen
werden bei einer Dichte von 2 × 105 Zellen/Well in 96-Well-Gewebekulturplatten
ausplattiert. Einzelne Wells werden auf das Wachstum untersucht
und die Überstände der
Wells mit Wachstum auf das Vorhandensein von BRCA1-spezifischen
Antikörpern
mittels ELISA oder RIA unter Verwendung von Wildtyp- oder mutantem
BRCA1-Zielprotein getestet. Die Zellen in positiven Wells werden
zur Feststellung und Bestätigung
der Monoklonalität
expandiert und subkloniert.
-
Die
Klone mit den gewünschten
Spezifitäten
werden als Aszites in Mäusen
oder in einem Hohlfasersystem expandiert und gezüchtet, um ausreichende Mengen
an Antikörpern
für die
Charakterisierung und Assay-Entwicklung zu erzeugen.
-
BEISPIEL 14
-
Sandwich-Assay für BRCA1
-
Monoklonaler
Antikörper
wird an eine feste Oberfläche,
wie z. B. eine Platte, ein Röhrchen,
ein Kügelchen
oder einen Partikel, gebunden. Vorzugsweise wird der Antikörper an
die Well-Oberfläche
einer 96-Well-ELISA-Platte gebunden. Eine 100-μl-Probe (z. B. Serum, Urin, Gewebecytosol),
enthaltend das BRCA1-Peptid/Protein (Wildtyp oder mutant) wird dem
Festphasen-Antikörper
zugegeben. Die Probe wird zwei Stunden lang bei Raumtemperatur inkubiert.
Daraufhin wird die Probenflüssigkeit
abgeschöpft
und die Festphase mit Puffer gewaschen, um ungebundenes Material
zu entfernen. 100 μl
eines zweiten monoklonalen Antikörpers
(gegen eine unterschiedliche Determinante auf dem BRCA1-Peptid/Protein)
wird der Festphase zugegeben. Dieser Antikörper wird mit einem Detektor-Molekül (z. B. 125I, Enzym, Fluorophor oder ein Chromophor)
markiert und die Festphase mit dem zweiten Antikörper zwei Stunden lang bei
Raumtemperatur inkubiert. Der zweite Antikörper wird abgeschöpft und
die Festphase mit Puffer gewaschen, um ungebundenes Material zu
entfernen.
-
Die
Menge an gebundener Markierung, die proportional zur Menge an in
der Probe vorhandenem BRCA1-Peptid/Protein ist, wird quantifiziert.
Separate Assays werden unter Verwendung monoklonaler Antikörper vorgenommen,
die spezifisch für
das Wildtyp-BRCA1 sind, als auch monoklonaler Antikörper, die
spezifisch für
jede der in BRCA1 identifizierten Mutationen sind, vorgenommen.
-
BEISPIEL 15
-
Analyse der BRCA1-Mutationen
-
Die
DNA-Proben, die auf BRCA1-Mutationen gescreent wurden, wurden aus
Blut- oder Tumorproben von
Patienten mit Brust- oder Eierstockkrebs (oder bekannten Trägern mittels
Haplotyp-Analyse) extrahiert, die an Forschungsstudien zur Genetik
von Brustkrebs teilnahmen. Alle Patienten unterschrieben die entsprechende
Einverständniserklärung des
Patienten. In Tabelle 13 sind die Anzahl der Proben, die Auswertungskriterien und
die Screeningmethoden für
jeden gescreenten Probensatz aufgelistet.
-
-
-
Obschon
die bei Miki et al., 1994, beschriebenen ursprünglichen Mutationen durch Screening
der cDNA nachgewiesen wurden, wurden 25 Paare intronischer PCR-Primer zur Amplifikation
der gesamten kodierenden Sequenz und der Spleißstellen aus genomischer DNA
für den
Großteil
der verbliebenen Proben verwendet. Eine auf den neuesten Stand gebrachte
Primer-Information steht öffentlich
zur Verfügung über anonymen
ftp von morgan.med.utah.edu im Verzeichnis pub/BRCA1. Wo möglich, wurden
DNA-Sequenz-Variationen auf eine Kosegregation mit Brust- oder Eierstockkrebs
in der Familie getestet. Ein weiterer Nachweis einer kausalen Rolle
einer Sequenz-Variante bei Krebs wurde dadurch erbracht, dass für das Nichtvorhandensein
einer mutmaßlichen
Mutation bei einer Gruppe von Kontrollpersonen gesorgt wurde. Das
Screening auf spezifische, zuvor identifizierte Mutationen bei großen Sätzen ausgewählter Proben
wurde unter Anwendung der ASO-Hybridisierung vorgenommen.
-
In
Tabelle 14 sind viele der beim Screening der gesamten BRCA1-kodierenden
Sequenz als auch der Exon/Intron-Grenzen und durch Auffinden der
polymorphen Stellen in der genomischen DNA, reduziert zu monomorphen
Stellen in cDNA, aufgefundenen Mutationen beschrieben. Zwei häufige Mutationen
wurden festgestellt, wobei ihre Häufigkeit in anderen Proben
mittels ASO-Analyse untersucht wurde (Tabelle 15). In Tabellen 16
und 17 ist die Verteilung der Mutationen nach Art bzw. Lokation
innerhalb der BRCA1-kodierenden Sequenz beschrieben. Bei weitem
die meisten der identifizierten Mutationen waren Frameshift-Mutationen.
Pauschal gesagt wurde keine statistisch signifikante Abweichung
von der Zufallsverteilung über
die gesamte kodierende Sequenz des BRCA1 (χ
2 =
2,00, 2 df, p = 0,37) unter den verschiedenen, bisher in der kodierenden Sequenz
von BRCA1 gefundenen Mutationen festgestellt.
TABELLE
15 Häufigkeit
zweier häufiger
BRCA1-Mutationen
| Untersuchte | Zahl der
festgestellten Mutationen |
Satz | Anzahl | 185
del Ag | 5382
ins C |
USC-1 | 59 | 4 | 1 |
MSK/UT-2 | 109 | 3 | 0 |
GLASGOW-2 | 100 | nicht
getestet | 3 |
GLASGOW-3 | 100 | nicht
getestet | 2 |
CRV-OV | 250 | nicht
getestet | 1 |
TABELLE
16 Beobachtete
Häufigkeit
der verschiedenen Mutationsarten
| Anzahl (Prozent) |
Mutationsart | Verschiedene
Mutationen1 | Alle
Mutationen2 |
Frameshift | 42(65) | 81(72) |
Nonsense | 10(16) | 13(12) |
Missense | 9(14) | 14(12) |
andere | 3(5) | 5(4) |
- 1Identische Mutationen
wurden für
diese Spalte jeweils nur einmal gezählt.
- 2Für
diese Spalte wurde jede Probe, in der eine Mutation identifiziert
wurde, gezählt.
TABELLE
17 Verteilung
der identifizierten Mutationen in der BRCA1-kodierenden Sequenz | Aminosäuren |
Mutationen | 1–621 | 622–1242 | 1243–1863 |
verschiedene | 18 | 23 | 21 |
alle | 44 | 28 | 39 |
-
In
vielen verschiedenen Regionen des Gens wurden Mutationen festgestellt,
wobei phänotypisch schwerwiegende
Mutationen sowohl am extremen 5'-Ende
des BRCA1 als auch im extremen 3'-Abschnitt
des Gens gefunden wurden. Bei einer solchen Mutation, die bei einer
Familie mit sieben früh
aufgetretenen Fällen von
Brustkrebs festgestellt wurde, wird ein Protein erzeugt, dem lediglich
die 10 endständigen
Aminosäuren fehlen,
was darauf hinweist, dass diese Region des BRCA1 eine Rolle bei
der normalen Genfunktion spielt. Bemerkenswert ist, dass die überwältigende
Mehrheit der Veränderungen
im BRCA1 entweder Frameshift- oder Nonsense-Mutationen waren, was zu einem instabilen
oder beschnittenen Proteinprodukt führt.
-
Beim
BRCA1 scheinen bis dato zwei Mutationen relativ häufig vorzuliegen.
Die 5382 ins C BRCA1-Mutation in Codon 1756 und die 185 del AG-Mutation
in Codon 23 wurden zunächst
durch direkte Sequenzierung bei sieben (10%) bzw. acht (12%) der
68 Probanden identifiziert, die in den anfänglichen Studien zur Identifikation
von Mutationen untersucht wurden. Über diese häufigen Mutationen hinaus wurden
weitere Mutationen bei mehr als einer Familie mittels eines vollständigen Screenings
der cDNA gefunden. Viele der bis dato auf BRCA1-Mutationen gescreenten
Probanden wurden aufgrund einer hohen a priori-Wahrscheinlichkeit,
mit der sie solche Mutationen aufweisen würden, ausgewählt. Folglich
mögen diese
bei diesem Set vorgefundenen Mutationen nicht repräsentativ
für jene
sein, die bei einem anderen Set von Patienten identifizierbar wären. Die beiden
häufigsten
BRCA1-Mutationen
(5382 ins C und 185 del AG) wurden jedoch bei gezieltem Screening
in Probanden-Sets vielfach vorgefunden, die entweder nicht nach
Familiengeschichte ausgewählt
oder bei mininaler Familiengeschichte bestimmt wurden.
-
Neben
den oben gezeigten Mutationen wurden auch viele Polymorphismen während des
Proben-Screenings gefunden. Diese Polymorphismen sind in Tabellen
18 und 19 aufgelistet.
-
Industrielle Nutzung
-
Wie
oben bereits beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung die Materialien
und Methoden zur Verwendung beim Testen von BRCA1-Allelen eines
Individuums und eine Interpretation der gesunden oder prädisponierenden
Beschaffenheit der Allele bereit. Individuen mit einem höheren als
normalen Risiko wären
dadurch in der Lage, ihren Lebensstil entsprechend zu verändern. Im
Falle des BRCA1 kann der signifikanteste nicht-genetische Risikofaktor
durch die schützende
Wirkung einer frühen
Terminschwangerschaft eingedämmt werden.
Folglich könnten
Risikoträgerinnen
eine frühe
Kindsgeburt oder eine auf die Simulierung der hormonellen Wirkungen
einer frühen
Terminschwangerschaft hin ausgerichtete Therapie in Betracht ziehen.
Frauen mit einem hohen Risiko würden
ebenfalls den frühen
Nachweis anstreben und wären
höher motiviert,
die Selbstuntersuchung der Brust zu erlernen und zu praktizieren.
Diese Frauen wären
auch hochgradig motiviert, sich einer regelmäßigen Mammographie zu unterziehen,
und zwar möglicherweise
von einem früheren
Alter an als die Allgemeinbevölkerung.
Auch ein Eierstock-Screening könnte
häufiger
vorgenommen werden. Auf einer Sequenzanalyse des BRCA1-Locus basierende
diagnostische Methoden könnten
auch zum Tumor-Nachweis und seiner Klassifikation angewandt werden,
ebenso wie die Sequenzanalyse zur Diagnose von Vorläufer-Läsionen angewandt
werden könnte.
-
-
-
Mit
der Entstehung der Methode und der Anhäufung von Information über BRCA1
und andere ursächliche
Loci könnte
es möglich
werden, Krebsformen in gutartige und bösartige zu unterscheiden.
-
Frauen
mit Brustkrebs können
sich verschiedenen operativen Prozeduren unterziehen, wenn sie prädisponiert
sind und dadurch die Wahrscheinlichkeit, weitere Krebsarten zu entwickeln
im Vergleich dazu zunimmt, wenn sie nicht prädisponiert sind. Weitere Therapieformen
können
entweder unter Verwendung von Peptiden oder von kleinen Molekülen (rationelles
Wirkstoff-Design) entwickelt werden. Bei den Peptiden könnte es
sich um das fehlende Genprodukt selbst oder um einen Abschnitt des
fehlenden Genprodukts handeln. Alternativ dazu könnte das therapeutische Mittel
ein anderes Molekül
sein, das die Funktion des deletären Gens
nachahmt, nämlich
entweder ein Peptid- oder ein Nicht-Peptid-Molekül, das der gesundheitsschädlichen Wirkung
des ererbten Locus eine Gegenwirkung entgegensetzt. Die Therapie
könnte
auch auf Gentechnik basieren, indem ein normales BRCA1-Allel in
Individuen zum Erhalt eines Proteins eingeführt wird, das der Wirkung des
deletären
Alleis entgegenwirkt. Diese Gentherapien können viele Formen annehmen
und können entweder
auf die Prävention
der Tumorausbildung, auf die Heilung eines bereits ausgebrochenen
Krebses oder auf das Aufhalten der Metastasenbildung eines Krebses
gerichtet sein.
-
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Liste der Patente und Patentanmeldungen:
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No. 3,817,837
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U.S. Patent No. 3,850,752
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U.S. Patent No. 3,939,350
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U.S. Patent No. 3,996,345
-
U.S. Patent No. 4,275,149
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U.S. Patent No. 4,277,437
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U.S. Patent No. 4,366,241
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U.S. Patent No. 4,376,110
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U.S. Patent No. 4,486,530
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U.S. Patent Na. 4,683,195
-
U.S. Patent No. 4,683,202
-
U.S. Patent No. 4,816,567
-
U.S. Patent No. 4,868,105
-
U.S. Patent No. 5,252,479
-
EPO Publication Nr. 225,807
-
Europäische Patentanmeldung Nr. 0332435
- Geysen, H., PCT Offenlegungsschrift WO 84/03564 , veröffentlicht am 13. September
1984
- Hitzeman et al., EP
73,675A
- PCT Offenlegungsschrift WO
93/07282
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