-
Die
vorliegende Erfindung betrifft das Peg3-Gen und die Erkenntnis,
dass es an Wärmeregulierung, Fettleibigkeit
(Adipositas), dem Verhalten der Mutter, dem Geruchssinn (Olfactus),
männlichem
Verhalten, Apoptose, Zellüberleben
und -abbau sowie infektiösen
Krankheiten beteiligt ist.
-
Das
Peg3-Gen wurde in einem Screen hinsichtlich der Expression epigenetisch
markierter Gene in Mäusen
identifiziert. Epigenetisch markierte („imprinted") Gene zeigen ein ungewöhnliches
Expressionsmuster, da ihre Expression ausschließlich durch ihren parentalen
Ursprung bestimmt wird. Peg3 weist Imprinting auf, wobei die paternale
Kopie des Gens in Nachkommen exprimiert wird, während die maternale Kopie inaktiv ist.
Das Gen exprimiert eine mRNA einer Größe von etwa 9 kb, die für ein ungewöhnliches
Zink-Finger-Protein mit 11 weit beabstandeten „C2H2"-Motiven und 2 Gruppen von Aminosäure-Wiederholungen
kodiert: Die vorhergesagte Größe des Proteins
ist 1.572 Aminosäuren.
Siehe Kuroiwa et al., Nature Genetics 12, 186–189 (1996). Die Sequenz von
Peg3 ist in GenBank, Zugriffsnummer AF038939 (NCBI – REF 363877)
zu finden.
-
Peg3
wird früh
in der Entwicklung von Somiten, Kiemenbögen und anderen mesodermalen
Geweben exprimiert. In Erwachsenen wird es vor allem im Gehirn exprimiert,
z.B. in der medialen präoptischen
Hypothalamusregion, in den Amygdala sowie im Riechkolben (Bulbus
olfactorius). Es wird auch in wenigen anderen Adultgeweben wie z.B.
in der Nebenniere exprimiert. Die Funktion des Gens ist unbekannt,
obwohl von Kuroiwa et al., ebda., festgehalten wird, dass sich das
Gen auf eine Region von Mäuse-Chromosom
7 ausdehnt, das mit der Humanchromosomen-Position für Gene syntenisch ist, die
mit myotonischer Dystrophie und Tumorsuppression assoziiert sind.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Die
Anmelder entwickelten ein transgenes Mäusemodell, in dem das Peg3-Gen
zerstört
wurde. Es wurden einige überraschende
phänotypische
Veränderungen
festgestellt, insbesondere Adipositas, niedrigere Kerntemperatur,
beeinträchtigtes
mütterliches
Verhalten, abnormales männliches
Verhalten, kleinere Körpergröße bei der
Geburt und Reduktion spezifischer Neuronen im Hypothalamus. Außerdem stellte sich
heraus, dass sich bei den Mäusen
trotz Einnahme einer geringeren Nahrungsmenge als bei den Tieren
der Kontrollgruppe Fettleibigkeit entwickelte. Diese Erkenntnisse
legen nahe, dass Peg3 bei der Regulierung von Körpergewicht und Temperatur
eine Rolle spielt, und bieten ein Modellsystem, in dem Therapien
zur Behandlung von Adipositas, Stoffwechselstörungen, Wachstumsregulierung
und Verhalten untersucht werden können.
-
Die
Erfindung bietet ein Verfahren zur Prüfung eines mutmaßlichen
Modulators für
Körpergewicht,
das die Verabreichung dieses mutmaßlichen Modulators an ein transgenes
nichtmenschliches Tier umfasst, das als Ergebnis einer genetischen
Modifikation eine inaktive Kopie des Peg3-Gens umfasst oder das
Peg3 in einer Menge exprimiert, die größer als jene des Wildtyps ist.
-
Die
Entdeckung der Funktion des Peg3-Gens ermöglicht die Untersuchung anderer
Gene, die an der Stoffwechselregulierung beteiligt sind; die Erfindung
bietet somit ein Verfahren zum Screenen auf Gene, die an der Regulierung
von Körpergewicht
oder Temperatur beteiligt sind, welches Verfahren die Bereitstellung
eines Peg3-Proteins, das In-Kontakt-Bringen des Proteins mit anderen
Zellproteinen und die Bestimmung, an welche Zellproteine sich das
Peg3-Protein binden kann, umfasst. Solche Gene können isoliert werden, was einen
weiteren Aspekt der Erfindung darstellt.
-
Die
Rolle von Peg3 in Mäusen
erlaubt die Bestimmung eines PEG3-Genotyps bei Menschen mit einer phänotypischen
Störung,
die mit Fettleibigkeit oder Wärmeregulierung
assoziiert ist, mittels eines Verfahrens, das einen weiteren Aspekt
der Erfindung darstellt. Dieses Verfahren umfasst Folgendes:
Bereitstellen
von Nucleinsäure
aus einer Gruppe fettleibiger Patienten und einer Kontrollgruppe
nicht-fettleibiger Patienten;
Analysieren der Nucleinsäure; und
Bestimmen
eines oder mehrere Merkmale der mit dem fettleibigen Phänoytp assoziierten
Nucleinsäure.
-
Ein
analoges Verfahren kann auf Proteinebene unter Verwendung von Antikörpern durchgeführt werden,
um Epitope von PEG3 zu ermitteln, die sich in bestimmten Gruppen
unterscheiden – entweder
hinsichtlich der relativen Bindungsstärke oder hinsichtlich ihrer
Gegenwart oder Abwesenheit.
-
Die
anhand dieses Screenings identifizierten Unterschiede der Proteinepitope
oder des Genotyps können
dazu dienen, ein Verfahren zur Prüfung der Anfälligkeit
eines Individuums für
Fettleibigkeit oder einer Wärmeregulierungsstörung bereitzustellen,
umfassend das Analysieren der Nucleinsäure dieses Individuums auf ein
oder mehrere Merkmale des PEG3-Gens, die mit Adipositas oder Wärmeregulierungsstörungen assoziiert sind.
-
Die
Ausdrücke „umfasst/umfassen/umfassend" werden hierin gleichbedeutend
wie „enthält/enthalten/enthaltend" oder „beinhaltet/beinhalten/beinhaltend" verwendet.
-
Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
-
PEG3-Gen
-
Peg3,
das von den Anmeldern in Mäusen
zerstört
wurde, ist das Gen, dessen Sequenz in GenBank unter der Zugriffsnummer
AF038939 zu finden ist (diese Offenbarung ist hierin durch Verweis
aufgenommen) und das sich in Mäusen
in der proximalen Region von Chromosom 7 befindet. Der Ausdruck „Peg3" umfasst hierin jedoch
auch Allel-Formen des Wildtyps dieses Gens in Mäusen sowie Homologe in anderen
Tieren, etwa Säugetieren,
wie z.B. Menschen. „PEG3" bezieht sich hierin
spezifisch auf das Human-Homolog des Gens und auf Diagnoseverfahren
u.dgl., die mit Menschen oder menschlichen Proben durchgeführt werden.
Das Human-PEG3-Gen wurde isoliert, und seine Teilsequenz ist in
der NCBI-Datenbank (AB006625, Homo sapiens-mRNA für das KIAA0287-Gen,
partielles cds) zu finden. Die 5'-Region,
umfassend das erste Exon (Nucleotide 1–174) von PEG3 ist auch in
GenBank-Eintrag AC006115 zu finden; es zeigt sich hohe Homologie
mit der Mäuse-Peg3-Sequenz
(GenBank-Zugriffsnummer AF105262), die gemeinsam mit AF105266 weitere Peg3-Sequenzen darstellt.
Die komplette Sequenz kann unter Verwendung von Primern auf Basis
der Datenbanksequenz als Sonden auf cDNA-Bibliotheken oder durch
Erweiterung einer mRNA-Quelle des Gens mittels PCR bestimmt werden.
Die EST W49208 und W90868 (Database Est) bieten weitere Mäuse-Peg3-Quellen; HS201-228 und HS403225
(Database Est) bieten weitere Humanquellen von PEG3-Sequenzen.
-
Eine
Wildtyp-Sequenz ist hierin jede beliebige Sequenz, die in Mäusen oder
anderen Tieren zu finden ist, die in Bezug auf Gewicht und Temperaturregulierung
phänotypisch
normal sind.
-
Homologe
Sequenzen können
durch auf dem Gebiet bekannte Routineverfahren ermittelt werden.
Nucleinsäuresequenzen,
die für
die Gesamtheit oder einen Teil eines Peg3-Gens und/oder seiner regulatorischen Elemente
kodieren, können
von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung unter Verwendung der
hierin enthaltenen Informationen und Verweise sowie unter Zuhilfenahme
der auf dem Gebiet bekannten Techniken problemlos hergestellt werden
(siehe z.B. Sambrook, Fritsch und Maniatis, „Molecular Cloning, A Laboratory
Manual", Cold Spring
Harbor Laboratory Press, 1989, und Ausubel et al., „Short
Protocols in Molecular Biology", John
Wiley and Sons, 1992). Diese Techniken umfassen (i) die Anwendung
von Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zur Amplifikation von Proben
derartiger Nucleinsäure,
z.B. aus genomischen Quellen, (ii) chemische Synthese oder (iii)
die Herstellung von cDNA-Sequenzen.
-
Beispielsweise
sehen PCR-Klonierungstechniken die Verwendung von Primern (z.B.
mit etwa 15–50 Nucleotiden)
auf Basis der Sequenz von Mäuse-Peg3
für eine
Region von mRNA oder für
genomische DNA vor, die für
die mRNA kodiert, die kloniert werden soll. Die Primer werden mit
der mRNA oder DNA (z.B. aus einer Hirnzelle, insbesondere einer
Fötenhirnzelle)
oder anderen embryonalen oder fötalen
Geweben in Kontakt gebracht; es erfolgt PCR unter Bedingungen, die
zur Amplifikation der gewünschten
Region führen,
und ein amplifiziertes Fragment wird isoliert (z.B. durch Reinigung
des Reaktionsgemisches auf einem Agarosegel). Die Primer können so
ausgebildet sein, dass sie geeignete Restriktionsenzym-Erkennungsstellen
enthalten, so dass die amplifizierte DNA in einen zweckmäßigen Klonierungsvektor
kloniert werden kann.
-
Solche
Techniken können
dazu dienen, die Gesamtheit oder einen Teil eines Peg3-Gens aus anderen Tieren
zu erhalten, z.B. aus Amphibien oder Säugetieren. Genomische Klone,
die ein Peg3-Gen und seine Introns und Promotorregionen enthalten,
können
auch in analoger Weise erhalten werden – beginnend mit genomischer
DNA aus einer primären
Zelle wie etwa einer Leberzelle, einer Gewebekulturzelle oder einer
Bibliothek wie etwa einer Phagen-, Cosmid-, YAC- (künstliches
Hefe-Chromosom), BAC- (künstliches
bakterielles Chromosom) oder PAC- (künstliches P1/P2-Phagen-Chromosom)
Bibliothek.
-
Alternativ
dazu können
Homologe gebildet werden, indem cDNA oder genomische DNA-Bibliotheken hergestellt
oder erhalten werden und solche Bibliotheken mit Sonden sondiert
werden, die die Gesamtheit oder einen Teil des Peg3-Mäuse-Gens
umfassen; dies erfolgt unter Bedingungen mittlerer bis hoher Stringenz
(z.B. 0,03 M Natriumchlorid und 0,03 M Natriumcitrat bei etwa 50 °C bis etwa
60 °C).
-
Im
Allgemeinen sind Homologe zu zumindest etwa 60 %, noch bevorzugter
zumindest 70 % und sogar zumindest 80 %, z.B. zumindest 90 %, 95
%, 98 % oder 99%, homolog mit Mäuse-Peg3
innerhalb des offenen mRNA-Leserahmens. Säugetier-Homologe sind besonders vorzuziehen.
-
Prozentuelle
Homologie (auch als Identität
bezeichnet) von DNA und Aminosäuresequenzen
kann unter Anwendung im Handel erhältlicher Algorithmen berechnet
werden. Die folgenden Programme (zur Verfügung gestellt vom National
Center for Biotechnology Information) können zur Bestimmung von Homologien verwendet
werden, BLAST, gapped BLAST und PSI-BLAST, die mit Standardparametern
eingesetzt werdeb können.
Der Algorithmus (GAP (Genetics Computer Group, Madison, WI, USA)
bedient sich des Needleman-Wunsch-Algorithmus, um zwei vollständige Sequenzen
vergleichend anzuordnen, was die Anzahl an Übereinstimmungen maximiert
und die Anzahl an Lücken
minimiert. Im Allgemeinen werden die Standardparameter verwendet;
es gelten: Gap Creation Penalty = 12 und Gap Extension Penalty =
4. Die Verwendung der Ausdrücke „homolog" oder „Homologie" impliziert hierin
keinerlei notwendige evolutionäre
Beziehung zwischen verglichenen Sequenzen; dies steht beispielsweise
in Einklang mit der herkömmlichen
Verwendung von Ausdrücken
wie „homologe
Rekombination" – die einzige
Voraussetzung ist hier, dass zwei Nucleotidsequenzen ausreichend ähnlich sind,
um unter den geeigneten Bedingungen zu rekombinieren.
-
„Inaktiv"
-
Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung ist davon auszugehen, dass der Ausdruck „inaktive
Kopie des Peg3-Gens" jegliche
Nicht-Wildtyp-Variante des Gens umfasst, die zum fettleibigen oder
hypothermischen Phänotyp
oder zu Verhaltensstörungen
führt.
Somit kann das Gen in seiner Gesamtheit deletiert oder mutiert werden,
so dass das Tier ein verkürztes
Protein produziert, z.B. mittels Einsetzung eines Stoppcodons und
gegebenenfalls stromauf angeordneter Kodiersequenzen in den offenen
Leserahmen des Peg3-Gens. Ebenso kann der offene Leserahmen intakt
und die inaktive Kopie des Gens durch Mutationen in den Promotorregionen
gebildet sein.
-
Allgemein
kann die Inaktivierung des Gens durch zielgerichtete homologe Rekombination
erfolgen. Dafür
geeignete Techniken sind als solche auf dem Gebiet der Erfindung
bekannt. Sie können
in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden. Eine typische Strategie
besteht darin, zielgerichtete homologe Rekombination durchzuführen, um
das Gen des Wildtyps in einer embryonalen Stammzelle (ES-Zelle)
zu substituieren, zu modifizieren oder zu deletieren. Ein Targeting-Vektor,
der ein modifiziertes Peg3-Gen umfasst, wird durch Elektroporation,
Lipofektion oder Mikroinjektion in ES-Zellen eingesetzt. In einigen
ES-Zellen paart sich der Targeting-Vektor mit der verwandten chromosomalen
DNA-Sequenz und überträgt die gewünschte,
vom Vektor getragene Mutation durch homologe Rekombination in das
Genom. Screening- oder Anreicherungsverfahren dienen dazu, die transfizierten
Zellen zu identifizieren, und es wird eine transfizierte Zelle kloniert
und als reine Population aufrechterhalten. Als nächstes werden die modifizierten
ES-Zellen in die Blastozyste eines Präimplantations-Mäuseembryos
eingesetzt, oder es wird – alternativ
dazu – eine
Aggregationschimäre
gebildet, in der die ES-Zellen zwischen zwei Blastozysten positioniert
sind, die mit den ES-Zellen fusionieren, um eine einzige chimäre Blastozyste
zu bilden. Die chimäre
Blastozyste wird chirurgisch in den Uterus einer Leihmutter übertragen,
wo die Entwicklung bis zur Geburt fortschreiten kann. Das resultierende
Tier ist eine Chimäre
von normalen und Donorzellen. Typischerweise stammen die Do norzellen
aus einem Tier mit einem klar unterscheidbaren Phänotyp, wie
z.B. Hautfarbe, so dass die chimäre
Nachkommenschaft leicht identifizierbar ist. Die Nachkommenschaft
wird dann gezüchtet
und ihre Nachkommen gekreuzt, was zu Heterozygoten und Homozygoten
bezüglich
der abgezielten Mutation führt.
Die Erzeugung transgener Tiere wird von Capecchi, M.R., Science
244, 1288–1292
(1989); Valancius und Smithies, Mol. Cell. Biol. 11, 1402–1408 (1991);
und Hasty et al., Nature 350, 243–246 (1991), ausführlich beschrieben,
wobei diese Offenbarungen hierin durch Verweis aufgenommen sind.
-
Die
homologe Rekombination im Gen-Targeting kann für die Ersetzung des Peg3-Gens des Wildtyps mit
einer spezifisch definierten Mutantenform verwendet werden (z.B.
verkürzt
oder mit einer oder mehreren Substitutionen).
-
Das
inaktive Gen kann auch eines sein, dessen Expression entweder permanent
oder temporär
selektiv blockiert sein kann. Für
permanente Blockierung kann gesorgt werden, indem das Gen als Reaktion
auf ein Signal deletiert wird. Ein Beispiel dafür ist das cre-lox-System, wobei
Phagen-lox-Stellen an beiden Enden des Transgens oder zumindest
zwischen einem ausreichenden Abschnitt davon angeordnet sind (z.B.
in zwei Exons auf beiden Seiten eines oder mehrerer Introns). Die
Expression von cre-Recombinase bewirkt Exzision und Zirkularisierung
der Nucleinsäure
zwischen den zwei lox-Stellen. Verschiedene Linien transgener Tiere, insbesondere
von Mäusen,
stehen derzeit auf dem Gebiet der Erfindung zur Verfügung, die
cre-Recombinase in einer hinsichtlich der Entwicklung oder des Gewebes
eingeschränkten
Weise exprimieren; siehe z.B. Tsien, Cell, Bd. 87(7), 1317–1326 (1996),
und Betz, Current Biology, Bd. 6(10), 1307–1316 (1996). Diese Tiere können mit
den transgenen lox-Tieren der Erfindung gekreuzt werden, um die
Funktion des Peg3-Gens zu untersuchen. Ein alternativer Steuermechanismus
ist das Vorsehen eines Promotors aus einem Tetracyclin-Resistenz-Gen,
tet, in den Steuerregionen des Peg3-Locus, so dass sich das der
Zelle zugesetzte Tetracyclin an den Promotor bindet und die Expression
des Peg3-Gens blockiert. Alternativ dazu könnten GAL4, VP16 und andere
Transaktivatoren zwecks Modulation der Peg3-Expression verwendet
werden, z.B. jener eines das Peg3-Gen umfassenden Transgens. Außerdem könnte Peg3
auch im ektopen Stellen exprimiert werden, d.h. in Stellen, wo das
Gen normalerweise – zeitlich
oder räumlich – nicht
exprimiert wird.
-
Transgene
Targeting-Techniken können
zur Deletion des Peg3-Gens herangezogen werden. Verfahren für gerichtete
Gen-Deletion werden von Brenner et al., WO 94/21787 (Cell Genesys)
beschrieben; diese Offenbarung ist hierin durch Verweis aufgenommen.
-
Eine
weitere Alternative ist das Insertieren eines Vektors in das Peg3-Gen,
der für
die Expression eines gekürzten
Gens des Wildtyps sorgt, durch Spleißen einer Exon-mRNA an eine
Spleiß-Akzeptorstelle
und in Nicht-Peg3-Gen-Sequenz.
-
Es
sei auf die weiter unten angeführten
Beispiele für
die Produktion geeigneter transgener Mäuse verwiesen, worin das Gen
durch einen Vektor aufgebrochen wird, der ein Marker-Gen und ein
Stoppcodon umfasst. Der zur Veranschaulichung der Erfindung verwendete
Peg3-Targetingvektor enthält
Folgendes:
- (1) eine Spleiß-Akzeptorstelle am 5'-Ende, die die Insertion
der βgeo-Selektionskassette
innerhalb eines Introns ermöglicht;
- (2) translationale Stoppcodons in den 3 Leserahmen, die vorzeitige
translationale Termination des gerichteten Gens sicherstellen;
- (3) eine interne Ribosomen-Eingangsstelle (IRES) stromauf von βgeo, wodurch
präferentielle
Translations-Reinitiation am 5'AUG
von βgeo
im Fusionstranskript unabhängig
von der Translations-Initiation im endogenen Gen ermöglicht wird;
- (4) ein Promotor-loses βgeo-Gen,
das aus einer Rahmen-internen Fusion zwischen den bakteriellen Genen lacZ
und neo besteht (kodiert für
ein bifunktionelles Protein), was sowohl die Selektion gerichteter
Klone als auch die Analyse des Expressionsmusters des gerichteten
Gens während
der Entwicklung erlaubt; und
- (5) ein SV40-Polyademethylierungs-Signal in der Nähe des Endes
des Kassetten-terminierenden Transkripts des Fusionsgens.
-
Ähnliche
Konstrukte können
von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung gewählt werden, um Vektoren bereitzustellen,
die die Inaktivierung des Peg3-Locus erzielen. In einem der Targeting-Konstrukte
ist die βgeo-Kassette
stromab von der Peg3-Translations-Startstelle
an Exon 3 insertiert. Dies sorgt für ein verkürztes Protein, das anhand der
Nachkommenschaft detektierbar ist. Analoge Verfahren können in anderen
Mäusen oder
nichtmenschlichen Säugetieren
angewendet werden, z.B. die Verwendung anderer Markerproteine wie etwa
Luciferase, Chloramphenicol-Acetyl-Transferase und Green Fluorescent Protein.
-
Peg3-exprimierende transgene
Tiere
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Verwendung eines nichtmenschlichen Tiers vorgesehen,
das Peg3 in einer Menge exprimiert, die größer als jene des Wildtyps ist.
Vorzugsweise bedeutet dies, dass das Peg3-Gen zumindest in 120–200 % jener
Menge exprimiert wird, die man in Tieren des Wildtyps der gleichen
Spezies vorfindet, wenn das Gen exprimierende Zellen (z.B. Hypothalamus)
verglichen werden. Dieses Gen könnte
an einer ektopen Position exprimiert werden, an der das Peg3-Gen
zeitlich oder räumlich normalerweise
nicht exprimiert wird. Vergleiche können günstigerweise durch Northern
Blotting und Quantifizierung der Transkriptmenge erfolgen. Das höhere Expressionsausmaß kann auf
die Gegenwart einer oder mehrerer – beispielsweise von 2 oder
3 – zusätzlicher
Kopien von Peg3 oder auf Modifikation der Peg3-Gene zurückzuführen sein,
um Überexpression
zu bewirken, z.B. durch Einführen
eines starken Promotors oder Enhancers in operabler Verbindung mit
dem Gen des Wildtyps. Wenn man Tiere mit zusätzlichen Kopien von Genen versehen
möchte,
kann dies unter Anwendung von Techniken erfolgen, die hierin in
Zusammenhang mit der Bereitstellung von „Knock-out"-Tieren beschrieben sind.
-
Ein
weiterer Aspekt betrifft die Verwendung von Tieren, in denen das
Peg3-Gen an einer ektopen Position exprimiert wird. Dies bedeutet,
dass das Gen an einer Position oder zu einem Zeitpunkt während der Entwicklung
exprimiert wird, die bzw. der in einem Tier des Wildtyps nicht auftritt.
Beispielsweise kann das Gen mit einem entwicklungsregulierten Promotor
wie z.B. Wnt-1 u.dgl. (Echeland, Y. et al., Development 120, 2213–2224 (1998);
Rinkenberger, J.C. et al., Dev. Genet. 21, 6–10 (1997) oder einem gewebespezifischen Promotor
wie z.B. HoxB (Machonochie, M.K. et al., Genes & Dev. 11, 1885–1895 (1997)) verbunden sein.
-
Tiere
dieses Aspekts der Erfindung können
auch als Modelle für
die Entwicklung von Prüfungen
hinsichtlich Modulatoren von Fettleibigkeit, Temperaturregelung
oder Ver haltensstörungen
verwendet werden. Solche Tiere können
als zusätzliche
Kontrollgruppen für
Tests der Erfindung dienen, die ein inaktives Peg3-Gen umfassen.
-
Nichtmenschliches
Tier
-
Nichtmenschliche
Tiere der Erfindung können
bezüglich
des inaktiven Peg3-Gens homozygot oder heterozygot sein. Wenn heterozygote
Tiere verwendet werden, ist es vorzuziehen, dass das inaktive (oder zwecks
Expression anderweitig modifizierte) Gen im Tier paternal vererbt
wird. Dies deshalb, weil das maternale Peg3-Gen unterdrückt wird
und inaktiv ist. Heterozygote, in denen das modifizierte Gen maternal
vererbt wird, sind allerdings auch Teil der Erfindung. Säugetiere
sind hierin nichtmenschliche Primaten, Nagetiere, Hasen, Schafe,
Rinder, Ziegen und Schweine. Zu Nagetieren zählen hierin Mäuse, Ratten
und Meerschweinchen. Zu Amphibien zählen hierin Frösche. Fische,
wie z.B. Zebrafische, eignen sich ebenfalls.
-
Die
transgenen nichtmenschlichen Säugetiere
der Erfindung können
für experimentelle
Zwecke zur Untersuchung von Adipositas, Wärmeregulierung oder Verhaltensstörungen und
für die
Entwicklung von Therapien verwendet werden, die die Symptome oder
das Fortschreiten von Zuständen
lindern bzw. stoppen sollen, die durch einen Defekt im Peg3-Gen
hervorgerufen werden. Unter „experimentellen
Zwecken" ist hierin die
zulässige
Verwendung in Tierversuchen unter Einhaltung der herrschenden Gesetze
zu verstehen, die für die
solche Experimente durchführende
Forschungseinrichtung gelten.
-
Testverfahren
-
Die
Erfindung kann in Verfahren angewandt werden, die mutmaßliche Modulatoren
von Gewicht, Temperaturregelung oder Verhalten prüfen sollen.
Im Allgemeinen wird eine Versuchsgruppe transgener nichtmenschlicher
Tiere der Erfindung gemeinsam mit einer Kontrollgruppe von Tieren
der gleichen Spezies untersucht – vorzugsweise mit Tieren des
gleichen Stamms, die auch eine inaktive Kopie des Peg3-Gens aufweisen,
gegebenenfalls mit einer Kontrollgruppe von Tieren des Wildtyps.
Die Tiere aller Gruppen erhalten Nahrung, die hypo-, hyper- oder
isokalorisch sein kann, wobei die Gewichtszunahme oder der Gewichtsverlust
der Testgruppe gemessen und mit geeigneten Kontrollgruppen verglichen
wird. Üblicherweise
erhalten die Versuchstiere einen Überschuss an Nahrung, deren
Aufnahme dann durch Messen des Unterschieds zwischen der zur Verfügung gestellten
Nahrung und der nach einer Zeitdauer noch verbleibenden Nahrung
bestimmt wird.
-
Der
mutmaßliche
Modulator kann jede beliebige Kandidatensubstanz sein, die an der
Regulierung von Gewicht, Temperatur oder Verhalten beteiligt sein
kann. Beispiele für
solche Kandidaten sind Hormone oder andere Peptide (z.B. Leptin,
Insulin, Schilddrüsenhormon,
TNF) (Huang, Q. et al., Endocrinology 139, 1524–1532 (1998); Hwang, C.S. et
al., Ann. Rev. Cell. Dev. Biol. 13, 231–259 (1997), Prostaglandine,
synthetische oder natürlich
vorkommende chemische Verbindungen, z.B. Pflanzenextrakte, Steroide,
Benzodiazepene, Dexfluoramphetamine oder andere Amphetamin-Derivate
(Popovich, N.G. et al., J. Am. Pharm. Assoc. Wash. 37, 31–39 (1997)).
Verbindungen können
an Versuchstiere auf jedem zweckmäßigen Weg verabreicht werden,
z.B. oral oder durch intravenöse
Injektion, obwohl auch andere Verabreichungsweisen (z.B. bukkal, nasal,
transdermal, rektal usw.) nicht ausgeschlossen sind. Die Dosis eines
mutmaßlichen
Modulators hängt von
seiner Beschaffenheit und seinem Wirkungsgrad ab und kann von Fachleuten
auf dem Gebiet der Erfindung unter Berücksichtigung der Beschaffenheit
der Prüfsubstanz
ermittelt werden.
-
In
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung werden die Versuchstiere
in der Prüfung
mutmaßlicher Gewichtsmodulatoren
verwendet. Die Untersuchung der anderen Wirkungen von Peg3-Knockout
ist jedoch auch möglich.
Beispielsweise können
sich die mutmaßlichen
Modulatoren, die korrekte Wärmeregulierung wiederherstellen
oder die Temperaturreduktion einschränken (Gong et al., J. Biol.
Chem. 26, 24129–24132 (1997)),
möglicherweise
dafür eignen,
Zustände
wie etwa Hypothermie oder Pyrexie beliebigen Ursprungs zu behandeln,
z.B. Pyrexie infolge von Endotoxin-Stimulus während Infektion (Doig, G.S.
et al., Crit. Care Med. 25, 1956–1561 (1997), mit Zellnekrose
assoziierte Pyrexie oder Hyperpyrexie als Folge von Halothan-Verabreichung
oder Verabreichung eines anderen Medikaments (Kim, S.H. et al.,
J. Trauma 44, 485–491
(1998)).
-
Außerdem können die
phänotypischen
Auswirkungen auf das Verhalten, insbesondere das maternale Verhalten,
als Determinante für
die Entwicklung medikamentöser Therapien
für Depression,
z.B. postnatale Depression oder andere Verhaltensstörungen,
verwendet werden. Die phänotypischen
Wirkungen können auch
bei der Entwicklung von Therapien zur Modifikation von Olfactus,
Kognition und männlichem
Verhalten herangezogen werden.
-
In
einem weiteren Aspekt de Erfindung ist die Verwendung transgener
Tiere mit einem inaktiven oder modifizierten Peg3-Gen vorgesehen.
Die Manipulation von Peg3-Funktion oder die Verabreichung von gewichtsregulierenden
Verbindungen an solche transgenen Tiere kann zu einer Veränderung
des Fett-Muskel-Verhältnisses
von Haus- und Nutztieren führen.
-
In
einem weiteren Aspekt der Erfindung beobachteten die Anmelder, dass
im präoptischen
Nucleus des Hypothalamus deutlich weniger Oxytocin-enthaltende Neuronen
in transgenen Tieren zu finden sind als in Vergleichstieren. Dies
legt nahe, dass sich entweder weniger Neuronen bildeten oder dass
sie – eine
sehr interessante Vermutung – durch
einen mehrerer Prozesse abgebaut wurden. Peg3 kann daher für die Steuerung von
Zelltod oder -abbau, insbesondere im Nervensystem, eine wichtige
Rolle spielen. Demzufolge bietet die vorliegende Erfindung transgene
Tiere in Verfahren zur Prüfung
von Verbindungen mit der Fähigkeit,
den Abbau von Neuronen im Gehirn oder anderen Geweben zu steigern
oder zu unterdrücken.
Die Messung der Aktivität,
Menge oder Integrität
von Peg3 kann auch als diagnostischer oder Staging-Test für Krankheiten
dienen, die Zelltod und -abbau umfassen, z.B. die Alzheimer-Krankheit. Außerdem können Verbindungen,
die Zellabbau über
den Peg3-Weg modifizieren, in Verfahren zur Krebsbehandlung zum
Einsatz kommen.
-
Demzufolge
können
in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung transgene Tiere in einem Verfahren zur Prüfung der
potenziellen Karzinogenität
von Verbindungen verwendet werden, indem eine Prüfverbindung an ein transgenes
Tier der Erfindung verabreicht und dann bestimmt wird, ob das Tier
ein höheres Risiko
aufweist, einen Tumor zu entwickeln, als nicht-transgene Kontrolltiere
und/oder unbehandelte transgene Kontrolltiere.
-
Tiere
der Erfindung können
auch als Rezipienten von Xenotransplantaten, insbesondere Xenotransplantaten
menschlicher Tumorzellen, dienen. Der FXC-Wert von Anti- Tumor-Verbindungskandidaten
kann dann in transgenen Tieren geprüft werden, um die Wirkungsweise
der Versuchsverbindung zu analysieren und zu bestimmen, welche Wirkungsweise
einen Weg verfolgt, der von Peg3 reguliert wird oder es erfordert.
-
Gen-Screening
-
Die
Identifikation von Peg3 als Regulator von Gewicht, Temperatur und
Verhalten stellt eine Möglichkeit
dar, weitere Gene zu identifizieren, die mit Peg3 in Wechselwirkung
treten und so die beobachteten Phänotypen regulieren können. Somit
umfasst die Erfindung Prüfverfahren
und Mittel, diese durchzuführen.
Im Allgemeinen beruhen solche Tests auf dem Detektieren der Wechselwirkung
des Peg3-Proteins mit anderen Proteinen auf Proteinebene.
-
Eine
Möglichkeit,
dies zu erreichen, ist die Durchführung eines Zwei-Hybrid-Screening-Tests.
Zwei-Hybrid-Tests können
gemäß den Verfahren
von Fields und Song, Nature 340, 245–246 (1989) durchgeführt werden.
In einem solchen Test werden die DNA-Bindungsdomäne (DBD) und die transkriptionale
Aktivierungsdomäne
(TA) des Hefe-GAL4-Transkriptionsfaktors mit dem ersten bzw. zweiten
Molekül
fusioniert, dessen Wechselwirkung untersucht werden soll. Ein funktionaler
GAL4-Transkriptionsfaktor wird nur wiederhergestellt, wenn zwei
Moleküle
von Interesse miteinander in Wechselwirkung treten. Somit kann die
Wechselwirkung der Moleküle
durch Verwendung eines Reporter-Gens gemessen werden, das operabel
mit einer GAL4-DNA-Bindungsstelle
verbunden ist, die zur Aktivierung der Transkription des Reporter-Gens
fähig ist.
Es können
anstelle von GAL4-TAD andere transkriptionelle Aktivatordomänen verwendet
werden, z.B. die virale VP16-Aktivierungsdomäne. Im allgemeinen können Fusionsproteine
produziert werden, die DNA-Bindungsdomänen und Aktivierungsdomänen enthalten.
-
Im
vorliegenden Fall können
Polypeptide der Erfindung als Fusionsproteine mit einer zweckmäßigen Domäne exprimiert
werden, und Kandidaten für
zweite Polypeptide, mit denen sich jene der Erfindung assoziieren
können,
können
als Fusionsproteine mit einer geeigneten korrespondierenden Domäne produziert
werden. Dies kann in geeigneten Zellen, z.B. Hefe-, Insekten- oder
Säugetierzelllinien
erfolgen. Alternativ dazu können
Bibliotheken wie z.B. Phage-Display-Bibliotheken solcher Fusionsproteine
mit einem Fusionspolypeptid der Erfindung gescrennt werden.
-
Die
Verwendung des Zwei-Hybrid-Ansatzes ermöglicht die Isolierung des Gens
(oder zumindest eines Abschnitts davon, der zum Klonieren des gesamten
Gens dienen kann), das für
das Protein kodiert, das mit Peg3-Protein in Wechselwirkung steht.
-
Eine
alternative Methode ist die Immunfällung. Es können Antikörper gegen Peg3 gebildet und
dazu verwendet werden, dieses Protein aus Zellen, in denen es produziert
wird, unter Bedingungen, in denen ein mit Peg3 assoziiertes Protein
mitgefällt
wird, einer Immunfällung
zuzuführen.
Das Protein kann durch traditionelle Proteinchemie analysiert und
die Primärsequenz
dazu verwendet werden, Sonden zu bilden, um es zu klonieren. Alternativ
dazu können
die Daten in Bezug auf die Primärsequenz
mit EST-Datenbanken für
Genkandidaten verglichen werden.
-
Isolierte
Sequenzen von auf diese Weise erhältlichen Nucleinsäuren bilden
einen weiteren Aspekt der Erfindung.
-
Peg3-Genotypen
-
Die
Erkenntnis, dass Peg3 mit den hierin angeführten phänotypischen Störungen assoziiert
ist, ermöglicht
die Entwicklung genetischer Marker, um die Prädisposition eines Individuums
gegenüber
Adipositas oder anderen Störungen
zu ermitteln. Somit kann in einem weiteren Aspekt der Erfindung
das Peg3-Gen aus fettleibigen Probanden, z.B. menschlichen Probanden,
analysiert und mit dem in nicht-fettleibigen Probanden identifizierten
Gen verglichen werden. Im Fall menschlicher Probanden sind fettleibige
Individuen vorzugsweise jene mit einem Body-Mass-Index (BMI, berechnet
als Gewicht (kg) dividiert durch Körpergröße (m) zum Quadrat) von über 25,
vorzugsweise über
30.
-
Nucleinsäure – z.B. mRNA
aus Peg3 exprimierenden Zellen oder DNA aus beliebigen Zellen – kann durch
jedes in Frage kommende Verfahren zum Detektieren von Variation
in Individuen analysiert werden. Geeignete Verfahren sind die Bestimmung
von Restriktionsfragment-Längepolymorphismen
(RFLP), PCR-Produkt-Polymorphis men (d.h. die Länge einer amplifizierten Region
des Gens (produziert unter Einsatz eines Primerpaars)), direktes
Sequenzieren der Gesamtheit oder eines Teils des Gens oder Heteroduplex-Analyse.
Ein oder mehrere dieser Techniken kann zur Bestimmung der Merkmale
im Peg3-Gen fettleibiger Individuen dienen, das mit Fettleibigkeit
assoziiert ist. Ebenso können
Assoziationen mit anderen Störungen
festgelegt werden.
-
Die
Assoziation muss nicht notwendigerweise eine sein, die bei 100 %
der fettleibigen Probanden und 0 % der nicht-fettleibigen Probanden
vorliegt. Vorhersage-Marker für
phänotypische
Merkmale können
jene sein, die mit höherer
Häufigkeit
in der Probandenpopulation als in der Kontrollgruppe auftreten.
Somit können Marker
entwickelt werden, die eine höhere
Prädisposition
gegenüber
Adipositas oder anderen mit Peg3-Defizienz assoziierten Merkmalen
aufzeigen, so dass Risikopatienten vor dem Auftreten von Symptomen
behandelt werden können.
-
In
analoger Weise können
Individuen, die Symptome beliebiger jener Störungen aufweisen, die gemäß den Untersuchungen
der Anmelder mit Peg3-Inaktivierung assoziiert sind, hinsichtlich
des Peg3-Proteins gescreent werden, z.B. mittels Antikörpern gegen
das Protein. Antikörper
können
unter Anwendung von Techniken erhalten werden, die auf dem Gebiet
allgemein bekannt sind. Verfahren zur Produktion von Antikörpern sind
z.B. das Immunisieren eines Säugetiers
(z.B. einer Maus, einer Ratte oder eines Kaninchens) mit einem Polypeptid
der Erfindung. Antikörper
können
unter Anwendung einer Vielzahl von auf dem Gebiet bekannten Techniken
aus immunisierten Tieren erhalten und gescreent werden, vorzugsweise
mittels Bindung von Antikörper
an das Antigen von Interesse. Beispielsweise kommen Western Blotting-Techniken
oder Immunfällung in
Frage (Armitage et al., Nature 357, 80–82 (1992)).
-
Als
Alternative oder Ergänzung
zum Immunisieren eines Säugetiers
mit einem Peptid kann ein für
ein Protein spezifischer Antikörper
aus einer rekombinant produzierten Bibliothek exprimierter variabler
Immunglobulin-Domänen
erhalten werden, z.B. unter Verwendung von Lambda-Bakteriophagen
oder filamentösen
Bakteriophagen, die funktionelle Immunglobulin-Bindungsdomänen auf
ihren Oberflächen
aufweisen; siehe z.B. WO 92/01047.
-
Antikörper der
Erfindung können
in unterschiedlicher Weise modifiziert sein. Der Ausdruck „Antikörper" ist hierin so auszulegen,
dass er jede Bindungssubstanz umfasst, die eine Bindungsdomäne mit der
erforderlichen Spezifität
aufweist. Somit umfasst die Erfindung Antikörperfragmente, die zur Bindung
eines Antigens oder eines anderen Bindungspartners fähig sind,
z.B. das Fab-Fragment, bestehend aus den VL-, CH-, C1- und CH1-Domänen; das
Fd-Fragment, bestehend aus VH- und CH1-Domänen;
das Fv-Fragment, bestehend aus den VL- und CH-Domänen eines
einzelnen Arms eines Antikörpers;
das dAbFragment, bestehend aus einer CH-Domäne; isolierte CDR-Regionen
und F(ab')2-Fragmente,
ein zweiwertiges Fragment mit zwei Fab-Fragmenten, die durch eine
Disulfidbrücke
in der Hinge-Region verbunden sind. Einzelkettige Fv-Fragmente sind
auch möglich.
-
Antikörper können gegen
Epitope des Peg3-Proteins gebildet werden; Unterschiede hinsichtlich
der Bindung der Antikörper
an Körperproben
fettleibiger Individuen (oder von an Hypothermie oder einer Verhaltensstörung Leidenden)
und von Individuen der Kontrollgruppe können vergleichen werden, um
ein Epitop zu ermitteln, dessen Bindung zwischen den zwei Gruppen
divergiert.
-
Die
Identifikation von Nucleinsäure-
oder Proteinmarkern des Peg3-Gens, das mit Fettleibigkeit, Temperaturregulierung,
Verhaltensstörungen,
Apoptose, Zellüberleben
oder Resistenz gegenüber
infektiösen Krankheiten
assoziiert ist, bildet einen weiteren Aspekt der Erfindung. Diagnostische
Verfahren und Marker können
auf Proben eines individuellen Probanden eingesetzt werden, um die
Prädisposition
dieses Individuums gegenüber
einem dieser Zustände
zu bestimmen oder die Prognose zur Behandlung des Zustands zu erstellen.
Wenn sich beispielsweise herausstellt, dass bestimmte Polymorphismen
wie etwa Deletionen, Kürzungen
oder Substitutionen des Peg3-Gens des Wildtyps mit einem dieser
Zustände
assoziiert sind, kann eine Nucleinsäuresonde gebildet werden, um
die Gegenwart oder Abwesenheit des jeweiligen Polymorphismus zu detektieren.
-
Tests
zum Detektieren von Nucleinsäure
umfassen im Allgemeinen das In-Kontakt-Bringen einer DNA oder RNA enthaltenden
menschlichen oder tierischen Körperprobe
mit einer Sonde, die ein Polynucleotid oder einen Primer der Erfindung
umfasst, unter hybridisierenden Bedingungen und das Detektieren
der Bildung von Doppel strang-DNA zwischen der Sonde und Nucleinsäure in der
Probe. Eine derartige Detektion kann unter Anwendung von Techniken
wie z.B. PCR oder durch Immobilisieren der Sonde auf einem festen
Träger,
Entfernen von Nucleinsäure
in der Probe, die nicht an die Sonde hybridisiert ist, und anschließendes Detektieren von
Nucleinsäure,
die an die Sonde hybridisierte, erfolgen. Alternativ dazu kann die
Nucleinsäureprobe
auf einem festen Träger
immobilisiert und die Menge der an einen solchen Träger gebundenen
Sonde detektiert werden. Geeignete Prüfverfahren dieses oder eines
anderen Formats sind z.B. in WO 89103891 und WO 90/13667 beschrieben.
-
Für solche
Techniken verwendete Sonden können
in Form einer kurzen Sonde (z.B. mit 15–50, z.B. 18–4 Nucleotiden)
vorliegen, die an die Sequenz des Wildtyps und nicht an die mit
Krankheit assoziierte Sequenz oder umgekehrt hybridisieren kann.
Die Sonde kann in einem Set mit zweckmäßigen Vergleichsreagenzien,
Bedienungsanleitungen u.dgl. bereitgestellt werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Nucleinsäureprobe
in Form von Vollchromosomen vorliegen, z.B. als Metaphase-Spread.
Die Nucleinsäure-Sonde
oder der Primer der Erfindung kann mit einem fluoreszierenden Marker
markiert werden, um die chromosomale Position eines Peg3-Gens im
Spread zu detektieren.
-
In ähnlicher
Weise können
Antikörper,
die zur Bindung diagnostisch signifikanter Epitope von Peg3 fähig sind,
in einem Set, zusammen mit Vergleichen, Anweisungen u.dgl., bereitgestellt
werden. Immunoassay-Verfahren sind auf dem Gebiet der Erfindung
allgemein bekannt und umfassen üblicherweise
Folgendes:
- (a) Bereitstellen eines Antikörpers, der
zur Bindung eines Epitops von Peg3 fähig ist;
- (b) Inkubieren einer biologischen Probe mit dem Antikörper unter
Bedingungen, die für
die Bildung eines Antikörper-Antigen-Komplexes
sorgen; und
- (c) Bestimmen, ob sich Peg3 umfassender Antikörper-Antigen-Komplex
gebildet hat.
-
Peg3-Therapeutika
-
Die
Identifikation einer Funktion von Peg3 in der oben erläuterten
Wiese bietet ein neues Ziel von Therapeutika. Modulatoren von Peg3
(erhalten durch die Testverfahren der Erfindung) können dazu
dienen, eine Vielzahl an Zuständen
zu behandeln, z.B. Depression, beeinträchtigte mütterliche Fürsorge, aberrante Wärmeregulierung
und Adipositas. Diese kann – in
Form von spät
einsetzender Fettleibigkeit – mit
dem Alter auftreten, teilweise infolge von Veränderungen des Energiehaushalts
und mangelnder Wärmeregulierung;
Peg3 bildet somit ein Ziel, das die zwei miteinander in Verbindung
bringt, und kann für
die Entwicklung von auf solche Krankheitszustände ausgerichteten Behandlungen
entscheidend sein.
-
Die
Identifikation von Peg3-Allelen oder Polymorphismen in Humanpopulationen,
die mit Fettleibigkeit assoziiert sind, bietet eine Möglichkeit,
Individuen mit Prädisposition
gegenüber
Adipositas in einem Frühstadium
zu identifizieren; dies ebnet den Weg für geeignete Behandlungsmethoden
oder Änderungen
des Lebensstils, die die Wirkung eines riskoassoziierten Allels
oder Phänotyps
reduzieren können.
-
Die
Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele erklärt.
-
Materialien
und Verfahren
-
Konstruktion
von Targeting-Vektoren
-
Genomische
Peg3-Klone wurden aus zwei Phagen-Bibliotheken, λKO und λPS (Nehls, 1994), von Mäusestamm
129/Sv unter Verwendung von Peg3-cDNA-Klonen als Sonden isoliert.
Das DNA-Insert der Phagen wurde in Plasmidform (in pKS+) nach der
Infektion von cre-Recombinase-exprimierendem E. coli-Stamm BNN132
exzidiert. Die Struktur des Peg3-Gens wurde teilweise festgelegt;
der mutmaßliche
offene Leserahmen beginnt bei Exon 3, und alle Zink-Finger-Motive
werden vom letzten Kodierungsexon 9 kodiert (Li, 1997). Ein genomisches
Klon pB*, das Exons 3–9 von Peg3 überspannt,
wurde als Rückgrat
des Targeting-Vektors verwendet. Ein 4,8 kb großes Xhol-Fragment der IRES-βgeo-Selektionskassette
aus plFstop wurde in die Xhol-Stelle von pb* in
der gleichen transkriptionalen Orientierung wie Peg3 insertiert,
um den Peg3aβgeo-Targeting-Vektor
zu erzeugen.
-
Elektroporation
und Screening von ES-Zellklonen
-
ES-Zellen
wurden im Wesentlichen gemäß bereits
beschriebenen Verfahren manipuliert (Robertson, 1987; Joyner, 1993).
R1-ES-Zellen (Nagy, 1993) wurden auf Feederschichten von mit Mitomycin
C behandelten primären
embryonalen Fibroblasten (PEF) in ES/LIF-Medium bei 37 °C mit 6 %
CO2 kultiviert. 50 μg Notl-linearisierter Targeting-Vektor
wurde in 107 ES-Zellen in 1 ml Kulturmedium
bei 125 μF
und 250 V elektroporiert. Anschließend wurden die Zellen auf
NeoPEF-Feedern in ES/LIF-Medium 1 Tag lang kultiviert, gefolgt von
Selektion in Gegenwart von 150 μg/ml
G418 über
10 Tage. Resistente Kolonien wurden gezüchtet und in Doppelansätzen in
24-Napf-Platten
expandiert: einer, um gefrorene Stammkulturen zu erhalten, der andere,
um DNA für
Southern-Analyse zu präparieren.
-
Erzeugung chimärer, heterozygoter
und homozygoter Mäuse
-
Die
gerichteten ES-Klone wurden karyotypisiert (Tada, M. et al., EMBO
J. 21, 6510-6520
(1997)) und in 2,5 dpc ("days
post coitum", Tage
nach dem Koitus) MF1- (oder C57BL/6J-) Blastozysten injiziert, die
in scheinträchtige
Weibchen übertragen
wurden. Die chimäre
männliche
Nachkommenschaft wurde mit MF1- (oder C57BL/6J-) Weibchen gepaart
und Keimlinien-Übertragung
durch die Agouti-Fellfarbe in den Nachkommen erkannt. Heterozygoten,
die das mutierte Allel vom Vater vererbt bekamen, wurden durch β-gal-Einfärbung ihrer
Schwanzknospen oder Dottersackmembran (im Falle von Embryonen) oder
Zehen (im Falle von Neugeborenen bei 10 dpp) oder durch DNA-Southern-Analyse
detektiert. Die Nachkommenschaft aus Kreuzungen von Heterozygoten
wurde durch eine Kombination von β-gal-Einfärbung und
DNA-Southern- oder PCR-Analyse der Genotypisierung unterzogen.
-
Southern-
und Northern-Analyse
-
Genomische
DNA wurden unter Verwendung von Proteinase-K/SDS-Lyse-Lösung isoliert
(Hogan et al., 1994). Voll-RNA aus Embryonen oder ES-Zellen wurden
unter Verwendung des Gibco BRL TRIzol®-Reagens
gebildet und Poly A+ RNA mittels des Quiagen
OligotexTM-Direkt-mRNA-Kits gereinigt. Northern-
und Southern-Analyse erfolgten auf der Grundlage herkömmlicher
Arbeitsvorschriften (z.B. Sambrook et al., 1992, s.o.).
-
Reverse Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion
(RT-PCR) und PCR
-
Die
reverse Transkriptionsreaktion erfolgte unter Verwendung von 0,5–1 μg Voll-RNA in einem 20 μl-Volumen,
umfassend 1,0 μM
Zufalls-Hexamer-Primer, 1,0 U/μl
RNase-Inhibitor, 1 × Reaktionspuffer,
0,5 mM dNTP und 10,0 U/μl
MMLV reverse Transkriptase (Clontech) bei 42 °C 1 h lang. PCR erfolgte mit
1 ml reversen Transkriptionsprodukten oder 1/2500 Volumen Schwanz-DNA
(1 cm Länge
bei 10 dpp) in einer 50 ml-Reaktion, umfassend 1 × PCR-Puffer,
200 mM dNTP, 0,5 mM jedes Primers und 0,05 Einheit/m Taq-DNA-Polymerase
(Boehringer-Mannheim). Die Reaktion wurde einem Denaturierungsschritt
(3 min bei 93 °C),
30 oder 35 Zyklen (30 s bei 93 °C,
30 s bei (Primer-Temperatur – 5)°C und 1 min/kb
der Länge
von PCR-Produkten bei 72 °C)
und einem letzten Verlängerungsschritt
(5 min bei 72 °C)
unterzogen. Es wurden die folgenden Primer verwendet:
-
Histologie
und histochemische Analyse
-
Embryonen
oder Gewebe wurden in 4 % Formaldehyd/PBS bei 4 °C über Nacht (für Routine-Histologie)
oder über
wenige Stunden (für
Cryo-Schnitt-β-gal-Einfärbung und
Immunohistochemie).
-
Whole-mount-β-gal-Einfärbung
-
Embryonen
und Gewebe wurden in der Fixierlösung
(2 % Formaldehyd, 0,2 % Glutaraldehyd, 0,02 % NP-40, 1 mM MgCl2 und 0,24 mM Natriumdesoxycholat in PBS)
1–2 h
lang bei 4 °C
fixiert und mit β-gal-Einfärbungslösung (1
mg/ml X-gal, 4 mM K4Fe(CN)6-3H2O, 4 mM K3Fe(CN)6, 2 mM MgCl2 und
0,02 % NP-40 in PBS) bei 30 °C
im Dunkeln eingefärbt,
bis sich die Farbe entwickelte. Die Embryonen wurden in 4 % Formaldehyd
in PBS bei 4 °C
postfixiert, dehydriert und in 70 % Ethanol gelagert.
-
Cryo-Schnitt-β-gal-Einfärbung
-
Fixierte
Gewebe wurden in 30 % Saccharose in PBS bei 4 °C über Nacht äquilibriert und auf Trockeneis
gefroren. Die 15 mm-dicken Cryo-Schnitte wurden mit β-gal-Einfärbungslösung eingefärbt, postfixiert
und mit Eosin oder Nuclear Fast-Rot (Kernechtrot) gegengefärbt.
-
Immunohistochemie
-
Das
Immunofärben
erfolgte unter Einsatz des Bectastain® ABC
Elite-Kits. Schnitte wurden in 4 % Formaldehyd in PBS postfixiert,
mit 0,25 % Trypsin 5 min lang bei Raumtemperatur verdaut und mit
der ABC-Blockierlösung
1 h lang blockiert. Die Schnitte wurden mit polyklonalen Antikörpern gegen
Mäuse-Prolactin
(UCB), Mäuse-Wachstumshormon (UCB)
oder adrenocorticotropes Hormon (ACTH 1-24) (Biogenesis), 1000fach
verdünnt
in der ABC-Blockierlösung,
0,3 % Triton X-100 und 0,2 % NaN3 bei Raumtemperatur über Nacht
inkubiert. Die Antikörper
wurden unter Verwendung des biotinylierten Ziegen-Anti-Kaninchen-IgG/Avidin-DH-biotinylierten
Meerrettich-Peroxidase-N/DAB-NI-Systems detektiert. Vor dem Inkubieren
mit Avidin-DH-biotinylierter Merrettich-Peroxidase H wurden die
Schnitte mit 0,3 % H2O2 in
Methanol 30 min lang behandelt, um endogene Peroxidase zu inaktivieren.
Schließlich
wurden die Schnitte dehydriert und in DPX montiert.
-
Analyse des
mütterlichen
Verhaltens
-
3
Gruppen von Weibchen – jungfräuliche Weibchen
im Alter von 50–60
Tagen, primipare, unmittelbar postpartale Weibchen und multipare
menstruierende bzw. geschlechtsreife Weibchen – wurden auf mütterliches
Verhalten untersucht (Yeo und Keverne, 1986). Im Falle der postpartalen
Weibchen wurden ihre eigenen Jungen vorübergehend aus den Käfigen entfernt.
3 Neugeborene wurden getrennt voneinander gegenüber dem Nest jedes im Käfig untersuchten
Weibchens platziert und die Nestmaterialien in den Mittelpunkt des
Käfigs
verschoben. Die Reaktionen der Weibchen (Beschreibung siehe unten)
wurden für
die folgenden 30 min aufgezeichnet. (1) Rückholung: Das Weibchen hob
das Junge auf und brachte es in ihr Nest zurück. (2) Nestbau: Das Weibchen
brachte Nestmaterialien in ihr Nest. (3) Kauern über dem Jungen: Das Weibchen
kauerte über
den 3 Jungen und wölbte
seinen Rücken
so, dass es sie stillen konnte. Folgende Zeiten wurden aufgezeichnet:
Die Zeit bis zum Zurückholen
des ersten Jungen (Latenzperiode des Zurückholens) und aller 3 Jungen
(Rückholzeit),
des Nestbaus (Latenzperiode des Nestbaus) und des Kauerns über den
Jungen (Latenzperiode des Kauerns).
-
Männliches
Sexualverhalten
-
Um
das männliche
Sexualverhalten zu untersuchen, wurden einzelne Mutanten oder jungfräuliche männliche
Vergleichstiere mit Weibchen im Östrus
in einem 15-minütigen
Standard-Interaktionstest untersucht. Alternativ dazu wurden einzelne
Kontrolltiere und jungfräuliche
Mutantenmännchen
in einen großen
Käfig mit
5 Weibchen gesteckt, von denen nur eines im Östrus war. Die Fähigkeit
der Männchen,
dieses Weibchen zu identifizieren und Sexualverhalten an den Tag
zu legen, wurde analysiert.
-
Körpergewicht-
und Fütterungsanalyse
-
Für diesen
Versuch wurden Tiere einzeln untergebracht, um Konkurrenz zwischen
den Tieren zu vermeiden; die Unterbringungsbedingungen waren standardmäßig – Temperatur,
t 21 ± 1 °C mit 15
Lüftungen/h. Umgekehrte
Beleuchtungsphasen (Licht ein 19:00 Uhr, Licht aus 7:00 Uhr). Jedes
Tier erhielt 100 g „Expanded Diet
(erweiterte Nahrung). Die Nahrung war immer im Überfluss vorhanden. Jedes Tier
erhielt 100 g RM3-Expanded Diet. In wöchentlichen Intervallen wurde
die übrig
gebliebene Nahrung gewogen und durch weitere 100 g Nahrung ersetzt.
Der durchschnittliche Nahrungsverbrauch betrug 27–35 g/Woche/Maus.
In wöchentlichen
Intervallen wurden die Tiere gewogen und ihre rektale Temperatur
um 9:00 jede Woche aufgezeichnet. Die Kontrolltiere und männlichen
Mutanten waren hinsichtlich des Alters (17 Monate) abgestimmt. Sie
wurden 16 Wochen lang überwacht.
-
Ergebnisse
-
Targeting des Peg3-Gens
-
RT-PCR-Analyse
ergab, dass Peg3 in ES-Zellen exprimiert wird. Um das Peg3-Gen zu
zerstören
und gleichzeitig sein Expressionsmuster zu verfolgen, wurde der
Peg3βgeo-Targeting-Vektor
konstruiert, der eine promotorlose IRES-βgeo-Selektionskassette (insertiert
in Exon 5 von Peg3) enthält.
Die interne Ribosomen-Eintrittsstelle (IRES) ermöglicht die präferentielle
Translationsinitiation am 5'AUG
von βgeo
im Fusionstranskript (Mountford und Smith, 1995). Diese Kassette
besteht aus den Translations-Stoppcodons in 3 Leserahmen am 5'-Ende und aus dem
SV40-Polyadenylierungssignal am 3'-Ende, um die Expression der endogenen
bzw. Fusionsgene zu terminieren.
-
Der
linearisierte Targeting-Vektor wurde in R1-ES-Zellen Elektroporation
unterzogen (Nagy et al., 1993). 17 von 68 (25 %) G418-resistente
Klone wurden als homologe Rekombinanten durch Southern-Analyse mit
einer externen 5'-
und 3'-Sonde detektiert.
Die Einzelkopie-Ersetzung des Targeting-Konstrukts wurde unter Verwendung
eines 5'-Fragments
von βgeo
bestätigt.
Die hohe Häufigkeit
homologer Rekombination spiegelte die selektive Anreicherung sowohl
aus der Promotor-Trap als auch der IRES-Funktion wider.
-
Erzeugung von Peg3βgeo-Mausmutanten
-
2
Klone mit normaler Chromosomenzahl wurden in MF1-Blastozysten injiziert,
weitere 4 in C57BL/6J-Blastozysten. Männlicher Chimären wurden
mit MF1- oder (C57BL/6J-) Weibchen gekreuzt. Männliche Chimären mit
100 % Keimlinienübertragung
wurden mit 129/Sv-Weibchen gepaart, um das Peg3βgeo-Allel auf
einem gekreuzten genetischen Hintergrund zu bilden. Da die Peg3-Expression
nur des paternalen Allels erfolgt (Kuroiwa et al., 1996, s.o.),
kann man davon ausgehen, dass die Peg3βgeo-Phänotypmutation
und die lacZ-Expression nach paternaler Übertragung dieses Allels detektiert
wird. (Nachstehend werden Heterozygote, die Peg3βgeo
vom Vater bzw. der Mutter vererbt bekommen, als +/– bzw. –/+ Mäuse bezeichnet.)
Die +/– Mäu se wurden
durch β-gal-Einfärbung von
Zehen oder Southern-Analyse von Schwanz-DNA identifiziert. Sie waren kleiner
und wurden im erwarteten Mendelschen Verhältnis (50 %) erhalten. Außerdem spaltete
das Kreuzen von +/– Mäusen die
4 Genotypen (+/+, +/–, –/+ und –/–) etwa
im Verhältnis
von 1:1:1:1 auf.
-
Die
Expression von Peg3 in Peg3βgeo-Embryomutanten wurde
durch Northern-Analyse unter Verwendung einer Peg3-cDNA-Sonde untersucht,
die an eine Region 3' von
der βgeo-Inertionsstelle
hybridisiert. In den +/+ und –/+
Embryonen mit einer intakten paternalen Kopie wurde die9 kb-Peg3-mRNA
voller Länge
deutlich detektiert. Im Gegensatz dazu gab es keine oder wenige
Transkripte in +/– und –/– Embryonen.
Die gleiche Membran wurde mit Human-GAPDH-cDNA neu sondiert, um
etwa gleiche Mengen der 4 verwendeten Proben zu bestätigen. Andererseits
hybridisierte ein 5'-Fragment der βgeo-Kassette
nur in +/– und –/– Embryomutanten
an ein 5-6 kb großes
Haupttranskript. Die Größe dieses
Transkripts stimmte mit dem erwarteten Peg3βgeo-Fusionstranskript überein,
das an der SV40-Polyadenylationsstelle am 3'-Ende der βgeo-Kassette endet. Eine weitere
Raumtemperatur-PCR-Analyse detektierte aberrante Peg3βgeo-Transkripte
in den +/– Embryomutanten:
eines war durch das Primerpaar amplifiziert, das für Exons
4 und 6 von Peg3 spezifisch ist, und flankiert die βgeo-Insertionsstelle,
das andere war durch das Primerpaar amplifiziert, das für neo und
Exon 6 spezifisch ist, und flankiert die 3'-Integrationsstelle von βgeo. DNA-Sequenzierung
zeigte, dass das erste den Großteil
der βgeo-Kassette
und Exon 5 deletiert und dass dem zweiten die 3'-Hälfte
von Exon 5 fehlt (beide Phänomene
sind auf alternatives Spleißen
zurückzuführen). Trotzdem
enthalten beide Transkripte Translations-Stoppcodons innerhalb des
offenen Peg3-Leserahmens, der an Exon 3 beginnt. Es stehen derzeit
Antikörper
gegen den C-Terminus des Peg3-Proteins nicht zur Verfügung, und
deshalb können
die Anmelder auch nicht beweisen, ob Peg3βgeo als
echtes Null-Allel oder als Hypomorph agiert. Doch die Peg3-Funktion
muss aufgrund der beobachteten dramatischen Reduktion seiner Transkription
beeinträchtigt
sein.
-
Expression von Peg3βgeo während der
Mäuse-Entwicklung
-
Die
Expression von lacZ wurde in Peg3βgeo +/– Heterozygoten
in verschiedenen Entwicklungsstadien durch Whole Mount oder histochemische
Cryo-Schnitt-β-gal-Einfärbung untersucht.
Proben des Wildtyps wurden parallel eingefärbt; sofern unten nicht anders
angegeben, wies keine β-gal-Aktivität auf.
-
Expression
von lacZ während
der Embryogenese
-
Die β-gal-Aktivität wurde
zunächst
schwach in den extraembryonalen Geweben von frühen Postimplantations-Embryonen
(6,5 dpc) detektiert. Später
war die Einfärbung
in der Dottersack-, Amnion- und Chorionmembran sowie in der Allantois
deutlich, und dies setzte sich während
der übrigen
Trächtigkeit
fort. In Embryonen von 7,5 dpc war die β-gal-Aktivität im Kopffalten-Ektoderm, im
lateralen Mesoderm und im Primitivstreifen zu sehen. Ein ähnliches
Muster war bei der Expression von Peg3-mRNA durch Whole-Mount-in-situ-Hybridisierung
zu beobachten. 8,5 dpc war die β-gal-Einfärbung in
den prospektiven Darmregionen stark, in den Somiten schwach und
im Neuralrohr nicht vorhanden. 9,5 und 12,5 dpc stimmte das Einfärbungsmuster gut
mit dem Expressionsmuster von Peg3-mRNA überein, die von Kuroiwa et
al., 1986, s.o., bereits beschrieben wurde; ein hohes Maß an Aktivität war vor
allem in aus Mesoderm und Endoderm stammenden Geweben wie z.B. im
sich entwickelnden Darm und Skelett feststellbar. Zusätzliche
Stellen mit lacZ-Expression waren die Extremitätenknospen, die Augen- und
Ohrenbläschen
und das Oberflächenektoderm.
-
Expression
von lacZ während
des postnatalen Lebens
-
Das
Expressionsmuster von lacZ bei Neugeborenen ähnelte jenem der Embryonen,
während
sich das Muster im adulten Stadium nachhaltig veränderte.
Die β-gal-Einfärbung war
in der Zunge, in der Rippe, in der Interkostalmuskulatur und in
der Darmwand der Neugeborenen stark, doch die Signale nahmen ab
oder blieben nur in einer Untergruppe von Zellen in adulten Tieren
bestehen. Schwache endogene β-gal-Aktivität wurde im
neonatalen Darm des Wildtyps festgestellt. Mit Ausnahme der Regionen
einschließlich
des Hypothalaus, wo Peg3 bekanntermaßen stark exprimiert wird (Kuroiwa
et al., 1996), wies das Gehirn relativ niedrige β-gal-Aktivität in Neugeborenen auf. Die
Aktivität
nahm jedoch im adulten Stadium zu. Ein starkes β-gal-Signal wurde auch im Atrium
des Herzens, in der mittleren und vorderen Hypophyse und im Nebennierenmark
detektiert; die Einfärbungsmuster
blieben während
des postnatalen Lebens bestehen. Keine β-gal-Einfärbung wurde im Thymus, in der
Milz und in der Leber festgestellt.
-
Wachstumsreduktion von
Peg3βgeo-Mutanten
-
Peg3βgeo +/– Mäuse waren
kleiner als ihre geschlechtsmäßig angepassten
(+/+) Geschwister des Wildtyps. Sie waren proportional gesehen zwergwüchsig, wie
sich dies anhand ihres relativ geringeren Gewichts in ihren Organen
(und Karkassen) zeigte. Um zu bestimmen, wann ihr Wachstum beeinflusst
wurde, wurden die Würfe
aus (+/+ × +/–) Kreuzungen
1, 10 und 30 dpp ("days
post partum", Tage
nach der Geburt) gewogen. 1 dpp wiesen die +/– Mutanten 80–85 % des
normalen Gewichts auf. Dieses Verhältnis blieb auf den MF1/129/Sv-
oder C57BL/6J/129/Sv-Mischhintergründen relativ konstant, nahm
aber ab Zeitpunkt der Entwöhnung
auf dem 129/Sv-Kreuzungshintergrund auf 65 % ab. Die adulten 129/Sv-Mutanten
holten jedoch mit 80-85 % des normalen Gewichts auf. Die Würfe von
(+/– × +/–) Kreuzungen
auf dem MF1/129/Sv-Hintergrund wurden ebenfalls analysiert. In Bezug
auf die Wachstumsrate, waren die paternalen Heterozygoten (+/–) ähnlich den
Homozygoten (–/–), während die
maternalen Heterozygoten (–/+)
von Mäusen
des Wildtyps (+/+) nicht unterscheidbar waren; die erste Gruppe
war kleiner als die zweite Gruppe. Die weitere Untersuchung während der
Embryogenese ergab, dass die Wachstumsverlangsamung der +/– Embryonen
16 dpc offensichtlich (8 %), aber 18 dpc signifikant war (15 %).
Außerdem
waren ihre Plazenten in diesen Stadien um 20–30 % kleiner. Diese Ergebnisse
zeigen, dass die paternale Übertragung
von Peg3βgeo fötale und
plazentale Wachstumsverlangsamung sowie postnatale Wachstumsverlangsamung
(auf dem Kreuzungshintergrund) bewirkte.
-
Beeinträchtigtes
mütterliches
Verhalten in weiblichen Peg3βgeo-Mutanten
-
Überraschenderweise
starben alle Jungen aus den ersten Kreuzungen zwischen 129/sv +/– Mutanten innerhalb
weniger Tage, was man auf dem Mischhintergrund nicht beobachtete.
Die Jungen wurden intakt geboren und konnten von den Pflegemüttern gerettet
werden, was ein Problem mit den +/– Mutantenmüttern nahe legt. Daher wurden
die weiblichen Mutanten mit ihren Geschwistern des Wildtyps (jeweils
gepaart mit den männlichen
Mutanten) hinsichtlich ihrer Fürsorgefähigkeit
verglichen (Tabelle 1, +/– × +/– im Vergleich
zu +/+ × +/–). 10 von
12 (83 %) der Weibchen des Wildtyps zogen ihre ersten Würfe auf,
und 68 % ihrer Nachkommenschaft wuchs bis zur Entwöhnung heran.
Im Gegensatz dazu überlebte
nur 1 von 12 (8 %) der ersten Würfe
und 7 % der Jungen der weiblichen Mutanten. Die 10fache Abnahme
der Überlebensrate
der Jungen legt nahe, dass der Phänotyp der Peg3βgeo-Mutation
und nicht der Wirkung der schlechten 129/Sv-Züchtungserbanlage zuzuschreiben
ist. Ähnliche
Ergebnisse wurden für
5 Monate alte Weibchen erzielt, die mit Männchen des Wildtyps gepaart
wurden (Tabelle 1, +/– × +/+ im
Vergleich zu +/+ × +/+);
nur 1 von 8 weiblichen Mutanten stillte bzw. kümmerte sich um ihre ersten
Würfe – im Vergleich
zur Mehrheit (6/7) der Weibchen des Wildtyps. Dies bestätigte, dass
das Sterben der Mäusejungen
durch Mutantenmütter
verursacht wurde, da es selbst bei Fehlen von Mutanten der Väter und
Jungen eintrat (Peg3βgeo ist nach der maternalen Übertragung
inaktiv); außerdem
zeigte sich, dass die Still- bzw. Fürsorgedefekte in den weiblichen
Mutanten ungeachtet ihrer Größe auftraten.
Trotzdem verbesserte sich ihre Still- bzw. Fürsorgefähigkeit mit steigender Anzahl
an Geburten. 50 % (5/10) der weiblichen Mutanten zeigten nach der
zweiten Geburt und 70 % (7/10) nach der dritten Geburt Still- bzw.
Fürsorgefähigkeit.
-
Es
ist bekannt, dass unreif geborene Nagetierjungen für das Überleben
beträchtliche
mütterliche
Zuwendung benötigen,
z.B. ein warmes Nest und die Mutter, die die Jungen wieder ins Nest
zurückbringt,
sich über
sie kauert und sie stillt (Numan, 1994a). Im Gegensatz zu neugeborenen
Jungen, die normal von Müttern großgezogen
werden, stellte sich heraus, dass jene, deren Mütter primipare Peg3βgeo-Mutanten
waren, in den Käfigen
verstreut lagen, was auf einen Mangel mütterlicher Fürsorge hindeutet.
Die Anmelder untersuchten daher das mütterliche Verhalten der primiparen
postpartalen Mutanten (+/–)
und der Weibchen des Wildtyps gegenüber ihren Neugeborenen. Die
Weibchen des Wildtyps brachten das erste bzw. alle Jungen innerhalb von
28 ± 11,6
s bzw. 190 ± 107
s zurück.
Im Gegensatz dazu brauchten die weiblichen Mutanten etwa das 11- bzw.
3fache der Zeit, um diese Verhaltensweise in Angriff zu nehmen und
abzuschließen.
97,8 s ± 58
s, nachdem den Weibchen des Wildtyps die Jungen präsentiert
wurden, begannen sie mit dem Nestbau, während die weiblichen Mutanten
eine 8fach längere
Latenzperiode an den Tag legten. Die weiblichen Mutanten begannen während der
900 s dauernden Versuchsdauer kein einziges Mal, sich über die
Jungen zu kauern, während
die Weibchen des Wildtyps dies nach 390 ± 121 s taten. Ihre eingeschränkte mütterliche
Aufmerksamkeit war nicht auf die Unfähigkeit zurückzuführen, die Jungen zu beobachten,
da sie sie ebenso beschnüffelten
wie die Weibchen des Wildtyps.
-
Nichtträchtige Mäuse zeigen
auch mütterliches
Verhalten, obwohl ihre mütterliche
Aufmerksamkeit nicht so unmittelbar ist wie bei postpartalen Weibchen
(Numan, 1994a). Um die Frage zu klären, ob die Peg3βgeo-Mutation
mütterliches
Verhalten außerhalb
des Kontexts der Entbindung beeinflusst, wurden jungfräuliche und
multipare menstruierende Weibchen untersucht. In Übereinstimmung
mit der Erkenntnis, dass vorherige mütterliche Erfahrung die Expression
von mütterlichem
Verhalten erleichtert (Numan, 1994a), wiesen die multiparen Weibchen
(mütterliche
Erfahrung) eine Latenzperiode auf, die in Bezug auf die meisten Messungen
sowohl auf dem Wildtyp- als auch auf dem Peg3βgeo-Hintergrund
zwischen den jungfräulichen
und postpartalen Weibchen lag. Wenn die zwei Genotypen miteinander
verglichen wurden, brauchten die weiblichen Mutanten mit oder ohne
Erfahrung bedeutend länger,
alle Jungen wieder zurückzuholen
und Nestbauaktivitäten
an den Tag zu legen. Obwohl sich während der Versuchsdauer diese
menstruierenden Weibchen nur selten über die Jungen kauerten, zeigten
die meisten (5/6) der multiparen Weibchen des Wildtyps dieses Verhalten
nach 1,5 Stunden Kontakt mit den Jungen, während dies wenige (1/6) der
multiparen weiblichen Mutanten taten. Insgesamt belegen die Ergebnisse,
dass die weiblichen Peg3βgeo-Mutanten ungeachtet
der Frage der Entbindung weniger mütterlich waren als die Weibchen
des Wildtyps.
-
Tabelle
1: Fürsorgedefekte
in Peg3
βgeo +/– und –/– Weibchen
-
Die
eingeschränkte
mütterliche
Aufmerksamkeit in den weiblichen Peg3βgeo-Mutanten
korrelierte mit starker Peg3-Expression im adulten Gehirn; dies
brachte die Erfinder dazu, das Expressionsmuster im Gehirn weiter
zu untersuchen. Die Expression von Peg3-mRNA, die in Hirnregionen
weit verbreitet war, wurde in Hypothalamuskernen deutlich beobachtet,
z.B. im medialen präoptischen
Bereich (MPOA) sowie im limbischen System wie etwa in den medialen
Amygdala, im zentralen Kern der Amygdala, im Hippocampus und im
Gyrus dentatus. Studien wie z.B. Läsions- und Messerschnittexperimente
zeigten deutlich die Beteiligung dieser Regionen am mütterlichen
Verhalten (Numan, 1994b). Dieses hier beobachtete Expressionsmuster
von Peg3 legt nahe, dass das Gen auf diese Regionen einwirken kann,
um mütterliches
Verhalten zu beeinflussen.
-
Einer
der molekularen Marker zum Kartieren der neuralen Schaltkreise,
die am mütterlichen
Verhalten beteiligt sind, ist die Fos-Gen-Familie, da die Mitglieder
dieser Familie wie etwa c-Fos und FosB im MPOA postpartaler Weibchen
oder jungfräuli cher
Weibchen aktiviert werden, deren Mütterlichkeit nach dem Kontakt mit
Jungen induziert wird (Brown et al., 1996; Calamandrei und Keverne,
1994). Außerdem
zeigten FosB-defiziente Mäuse
ein beeinträchtigtes
mütterliches
Verhalten Brown et al., 1996). Die Anmelder untersuchten dann, ob
die FosB-positiven aktivierten neuronalen Schaltkreise in Peg3βgeo-Mutanten
normal sind. Das Immunfärben
mit FosB-Antikörper
ergab, dass FosB-positive neuronale Zellen in den jungfräulichen
Mutanten nach Kontakt mit Jungen in einem Ausmaß zunahmen, das mit dem Wildtyp
vergleichbar ist. Somit schien dieser neuronale Schaltkreis durch
die Peg3βgeo-Mutation
nicht beeinflusst zu sein. Im Gegensatz zur FosB-Induktion wies β-gal-Einfärbung von
Mutantengehirn-Cryo-Schnitten ein Muster auf, das jenem der Peg3-Expression ähnelt; außerdem traten
keine deutlichen Veränderungen
nach der durch die Jungen induzierten mütterlichen Aufmerksamkeit auf.
Ferner konnte man keine deutliche anatomische Anomalie in den Mutantengehirnen während dieser
Studien feststellen.
-
Reduzierte Oxytocin-produzierende
Zellen in Peg3βgeo-Mutantenmüttern
-
Die
Jungen von Mutantenmüttern
nahmen während
der Fütterungszeit
weniger Gewicht zu als jene von Weibchen des Wildtyps. Dies könnte das
Ergebnis eingeschränkter
mütterlicher
Aufmerksamkeit (s.o.) und/oder eines Laktationsproblems in den weiblichen
Mutanten sein. Um diese Möglichkeiten
zu untersuchen, maßen
die Erfinder den Gewichtszuwachs der Jungen dieser Weibchen. Nach
2-stündiger
Trennung von den Jungen waren die Mutantenmütter langsamer, die Verhaltensweise
des Kauerns über
die Jungen an den Tag zu legen als Mütter des Wildtyps (15,3 im
Vergleich zu 8,7 min, p < 0,004).
Die Jungen der Weibchen des Wildtyps nahmen nach 6 h und nach 24
h zu. Im Gegensatz dazu nahmen die Jungen der Mutanten nicht nach
6 h, sondern erst nach 24 h zu. Da alle Jungen 1 h nach der Trennung
an den Zitzen hingen, muss die nicht erfolgte Gewichtszunahme in
der zweiten Gruppe auf das Laktationsproblem in den weiblichen Mutanten
zurückzuführen sein.
-
Die
weiblichen Mutanten schienen relativ normale Brustdrüsen aufzuweisen
(beurteilt anhand ihrer histologischen Morphologie prä- als auch
post-partum). Das Ausspritzen der Milch hängt sowohl von der Saugstimulation
der Jungen als auch von der Funktion von Oxytocin ab. Es stellte
sich heraus, dass sie durch Immunfärbung weni ger Oxytocin-exprimierende
Zellen in ihrem Hypothalamus aufweisen als Weibchen des Wildtyps.
-
Männliches Sexualverhalten
-
Die
Paarung von Männchen
und Weibchen im Östrus
in einem herkömmlichen
15-Minuten-Interaktionstest
zeigte keine signifikante Differenz zwischen Peg3-Männchen und
129 Kontrolltieren. Als jedoch ein jungfräuliches Männchen in einen großen Käfig mit
5 Weibchen gesteckt wurde (nur eines davon war im Östrus),
ergaben sich signifikante Unterschiede im Verhalten der männlichen
Mutanten und der 129 Kontrolltiere. Die männlichen Mutanten zeigten Interesse
an den Weibchen, aber sie konnten das Weibchen im Östrus viel langsamer
identifizieren und Sexualverhalten initiieren.
-
Latenzperiode
bis zum Besteigen (min)
-
Körpergewicht und Füttern
-
Der
Gesamtfutterverbrauch, Gewichtszuwachs und rektale Temperaturwert
wurden in Gruppen transgener Mäuse
und Kontrolltiere untersucht. Die Kontrollgruppe (5 Tiere) und Mutantengruppe
(6 Tiere) waren hinsichtlich des Alters (17 Monate) und Geschlechts
(männlich)
aufeinander abgestimmt. Die Tiere wurden über eine Dauer von 16 Wochen
kontrolliert. Ihr Gewicht, Futterverbrauch und rektaler Temperaturwert
wurden in wöchentlichen
Intervallen aufgezeichnet. Dies führte zu einem deutlichen Gewichtszuwachs
im Vergleich zur Kontrollgruppe (p > 0,003), während gleichzeitig der Futterverbrauch
durch die Tiermutanten niedriger war als durch die Kontrolltiere.
Die Kern- bzw. Rektaltemperatur der Mäusemutanten war auch signifikant
niedriger als jene in den Kontrolltieren (p > 0,005).
-
Literaturverweise:
-
- Nehls, M., et al (1994) Biotechniques 17, 770–775
- Li, E., et al (1993) Nature 366: 362–365
- Robertson, E. J., (1987) Teratocarcinoma and embryonic stem
cells: A parctical approach., IRL, Oxford University Press, UK
- Joyner, A. L., Ed (1993) Gene targeting. A practical approach.
IRL Press, Oxford University Press, Oxford, UK
- Nagy, A., et al (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 8424–8428
- Hogan, B., et al (1994) Manipulating the mouse embryo. Cold
Spring Harbor Laboratory Press, New York
- Yeo J. A. G. and Keverne, E. B., (1986) Physiol-Behav. 37, 23–26
- Mountford, P. S. and Smith, A. G., (1995) Trends-Genet. 1995:11:179–184
- Numan-M. and Numan-MJ., (1994) Behav-Neurosci. 1994 109: 379–394
- Numan, M.,(1994) Acta Paediatr Suppl 397: 19–28 996) Cell 86: 297–309
- Brown et al., (1996) Cell 86: 297–309
- Calamandrei, G. and Keverne, E. B., (19994) Behav-Neurosci.
1994 Feb: 108(1): 113–120