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Die
Erfindung betrifft allgemein Zusammensetzungen und Verfahren zum
Behandeln von Störungen bezüglich der
Tyrosinasegenexpression und der Melaninbiosynthese. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein Modell für die Haarpigmentierung.
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Die
Behandlung des Haars und der Haut mit verschiedenen Cremes oder
Lotionen mit biologisch aktiven Bestandteilen zur Verbesserung des
Haarwachstums und der Pigmentierung war im Allgemeinen nicht zufrieden
stellend. Von vielen verschiedenen verfügbaren, äußerlich angewandten Mitteln
wird behauptet, dass sie den Körper,
die Flexibilität,
die Lockenbildung und die Haarfarbe verbessern. Diese weisen jedoch einen
beschränkten
und nur kurzzeitigen Nutzen auf. Insbesondere erfordert das Färben des
Haars mit verschiedenen Farbstoffen häufige Wiederholungen und stellt
nicht immer ein natürliches
Aussehen bereit. Die Erfindung stellt verbesserte Alternativen bereit,
wobei Tyrosinase und Zellzyklusinhibitoren im Mittelpunkt stehen.
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Tyrosinase
ist eine ubiquitär
verteilte Kupfer-enthaltende Monoxygenase, die für die Melaninbiosynthese in
Pigmentzellen essentiell ist. Sie katalysiert die Umwandlung von
Tyrosin in Dihydroxyphenylalanin (DOPA) und die Umwandlung von DOPA
in Dopachinon, was als Tyrosinhydroxylaseaktivität bzw. als DOPA-Oxidaseaktivität bezeichnet
wird.
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Störungen der
Tyrosinasegenexpression und der Melaninbiosynthese liegen bei vielen
Krankheiten vor, an denen eine Pigmentierung beteiligt ist, wie
z.B. Albinismus, Haarpigmentverlust und Vitiligo. Die Tyrosinase
ist ein Schlüsselenzym
für die
Melaninsynthese in Pigmentzellen, Melanozyten und retinalen Pigmentepithelzellen
bei Wirbeltieren. Tyrosinase fehlt in menschlichen weißen Haarzwiebeln
sowie in Albino-Epithelzellen. Folglich könnte der Verlust an Tyrosinase
die Basis eines Pigmentverlusts im Haar sein. Es wird auch angenommen,
dass die Tyrosinaseaktivität
bei der Parkinson-Krankheit anomal ist. Die Tyrosinase wird in Gehirnzellen
in der Substantia nigra, dem Vorderhirn und dem Mittelhirn exprimiert,
und folglich könnte
Tyrosinase an der Neuromelaninbildung in der Substantia nigra beteiligt
sein und deshalb mit neurodegenerativen Störungen zusammenhängen.
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Die
Tyrosinasegene der Maus und des Menschen wurden geklont (Kwon et
al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1987) 84, 7473–7477; Yamamoto et al., Jpn.
J. Genet. (1989) 64, 121–135;
Ruppert et al., EMBO J. (1988) 7, 2715–2722). Die Strukturgene für die Tyrosinase
vom Men schen und der Maus weisen lange DNA-Sequenzen auf. In Mäusen befindet
sich das Strukturgen für
Tyrosinase auf der c-Stelle von Chromosom 7, die einen Bereich von
mehr als 70 kb umfasst. In Menschen befindet sich das Tyrosinasegen
auf der c-Stelle auf dem Chromosom 11. Es wurde berichtet, dass
nur das volle Komplement von fünf
Exons Tyrosinasenegativen Zellen die Tyrosinaseenzymaktivität verleihen
konnte.
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Tyrosinase-cDNA's von der Maus und
vom Menschen wurden in Säugerzellen
nach der Transfektion exprimiert, vgl. Muller et al. (1988), Tomita
et al. (1989), Yamamoto et al. (1989), vorstehend, Geibal et al. (1990),
Porter et al., Gene (1991) 97, 277–282, Mishima et al. (1993)
und US-Patent 5,753,263. Mehrere cDNA-Klone der Maus-Tyrosinase
wurden unabhängig
voneinander isoliert. Bei diesen cDNA-Klonen gibt es mehrere Unterschiede
bei der abgeleiteten Aminosäuresequenz.
Muller et al. (1988), vorstehend, haben berichtet, dass einer ihrer
cDNA-Klone, pmcTYr1, das Kodierungsvermögen für Tyrosinase aufwies, und sie
zeigten, dass pmcTYr1 in kultivierte menschliche amelanotische Melanomzellen
insertiert werden konnte. Sie haben jedoch keinerlei Pigmenterzeugung
beschrieben. Andererseits haben Yamamoto et al. (1989), vorstehend, das
Maus-Tyrosinase-cDNA-Minigen mg-Tyr1-J konstruiert, das mit einer
genomischen 5'-nicht-kodierenden flankierenden
Sequenz ligiert wurde, und haben kultivierte Albino-Melanozyten
transfiziert, die Tyrosinase und Melanin erzeugten.
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Das
Tyrosinasegen in Albino-Mäusen
weist eine einzelne Basenpaar-Mutation im Exon 1 auf, die zu einem
nicht-funktionellen Tyrosinaseprotein und einem Fehlen von Melanin
in den Albino-Melanozyten führt. Melanin
wurde in amelanotischen Melanozyten in transgenen Albino-Mäusen erzeugt,
in deren befruchtete Eier ein Tyrosinase-Transgen einer normalen
Maus insertiert wurde, und Melanin wurde in den Haarzwiebeln, den
Haarschäften,
der Aderhaut und dem Pigmentepithel festgestellt, Tanaka et al.,
Development (1990) 108, 223–227,
Beerman et al., Pigment Cell Research (1992) 5, 295–299. Menschliche
Tyrosinase-cDNA wurde verwendet, um amelanotische Melanomzellen
zu transfizieren und eine Melaminerzeugung zu induzieren, Ando et
al., J. Invest. Dermatol. (1993) 101, 864–870.
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Die
Tyrosinasekonstrukte vom Menschen und von der Maus können aufgrund
ihrer Komplexität
und Größe nur schwer
gehandhabt werden. Viele Streptomyces-Arten können aufgrund der Expression
von Tyrosinase von dem mel-Operon ebenfalls Melanin bilden, vgl.
Kuster et al. (1976), Chromogenicity of actinomycetes, Actinomycetes:
The Boundary Of Microorganisms, Hrsg. T. Arai, Tokio: Toppan Co.,
43–45.
Die 1,2 kb-mel-Stelle von S. antibioticus wurde geklont und sequenziert
und es hat sich gezeigt, dass sie ein Tyrosinase-Strukturgen und
ein offenes Leseraster ORF-438 enthält. Das ORF-438-Protein reguliert
den Kupfereinbau, der für
die Expression und Funktion der Tyrosinase und die Melaninerzeugung
in Streptomyces essentiell ist. Das ORF-438-Gen und das Tyrosinasegen
werden von dem gleichen Promotor transkribiert, der sich in der 5'-Region angrenzend
an ORF-438 befindet, was zeigt, dass diese Gene ein Operon bilden,
Bernan et al., Gene (1985) 37, 101–110. Das ORF-438-Protein wirkt als
Transaktivator von Tyrosinase, vgl. Lee et al., Gene (1988) 65,
71–81.
Das ORF-438-Protein führt
Apotyrosinase auch Kupfer zu, so dass aktive Tyrosinase erzeugt
wird. Die Erzeugung von Melanin in E. coli von der mel-Stelle von
S. antibioticus hing von der Coexpression eines Volllängen-ORF-438-Gens
sowie von dem Tyrosinasegen ab, vgl. Della-Cioppa et al., Biotechnology (1990)
8, 634–638.
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Die
Eigenschaften des mel-Operons, das eine geringere Größe aufweist,
keine Introns besitzt und ein Potenzial für eine starke Expression zeigt,
wurden zur Konstruktion von Vektoren genutzt, die zum Aufbau von Modellen
für Pigmentierungsstörungen und
zur Behandlung eines Tyrosinasemangels geeignet sind.
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Die
Verwendung von Zellzyklusinhibitoren, um den Effekten einer Alopezie
entgegen zu wirken, durch die Abgabe von Genen, die solche Inhibitoren
kodieren, in liposomalen Formulierungen an Haarfollikel wurde im
US-Patent 5,753,263, veröffentlicht
am 19. Mai 1998, vorgeschlagen. Die vorliegende Erfindung beschreibt die
erfolgreiche Expression des p21-Gens in Haarfollikeln in einer Haut-Gewebekultur,
die durch eine GFP-Fluoreszenz überwacht
wurde. Die Verabreichung dieses Zellzyklusinhibitors oder anderer
Zellzyklusinhibitoren zur Eindämmung
von Alopezie kann zusammen mit einer Korrektur der Tyrosinaseeffizienz
oder unabhängig davon
durchgeführt
werden.
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Allgemein
betrifft die vorliegende Erfindung Zusammensetzungen und Verfahren
zum Behandeln von Störungen,
die mit der Tyrosinasegenexpression und der Melaninbiosynthese zusammenhängen, und
Modellsysteme für
solche Störungen.
Sie betrifft auch die Verwendung von Zellzyklusinhibitoren zur Eindämmung von Alopezie
durch das Bewirken einer Expression dieser Inhibitoren in Haarfollikeln.
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In
einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Nukleinsäuremolekül zur effizienten Erzeugung
einer funktionellen Streptomyces-Tyrosinase in Säugerzellen, das eine bicistronische
Nukleotidsequenz umfasst, die eine Tyrosinase-kodierende Nukleotidsequenz
und eine Nukleotidsequenz, die ein ORF-438 kodiert, umfasst, die durch
eine interne Ribosomen-Eintrittsstelle-Sequenz
(IRES) gekoppelt sind.
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In
einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Expressionssystem
der Erfindung zur Verwendung in einem Verfahren zum Behandeln eines
Tyrosinasemangels oder einer Pigmentierungsstörung in einem Lebewesen, wobei
das Verfahren das Modifizieren der Zellen des Lebewesens mit dem
erfindungsgemäßen Expressionssystem
umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zu behandelnden
Zellen Haarfollikelzellen und die Lebewesen sind Säuger, wie
z.B. Primaten, einschließlich
Menschen, domestizierte Tiere und Nager. Das Expressionssystem kann
als einziges Behandlungsverfahren verwendet werden, jedoch kann das
System auch in Kombination mit einer Verabreichung anderer nutzbringender
Verbindungen verwendet werden, wie z.B. Proteine, Pigmente, Farbstoffe,
Wachstumsregulatoren und andere Verbindungen, welche die Eigenschaften
der Haut und der Haare beeinflussen. Folglich kann das Expressionssystem
zusätzlich
zu Zellzyklus-regulierenden Proteinen oder den Mehrfacharzneistoffresistenzproteinen
verwendet werden, die eine Resistenz gegen eine durch eine Chemotherapie
induzierte Alopezie verleihen.
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In
einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung Zellen, die so modifiziert
sind, dass sie das erfindungsgemäße Expressionssystem
zur Expression von aktiver Tyrosinase und zur Erzeugung von Melanin
enthalten. In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein nicht-menschliches Tier,
das die modifizierten Zellen umfasst. Die Erfindung betrifft auch
Vektoren, welche die Nukleotidsequenz umfassen, die Tyrosinase und
ein Protein für
das Einbringen von Kupfer kodiert.
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In
einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen des Effekts von Verbindungen
oder von Protokollen auf Pigmentstörungen unter Verwendung von
Gewebekulturen von Zellen, welche die erfindungsgemäßen Expressionssysteme
enthalten.
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1 zeigt
schematisch, wie der retrovirale Vektor pLmelSN konstruiert wurde.
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2 zeigt die Nukleotidsequenz des bicistronischen
pLmelSN-Inserts; wie es gezeigt worden ist, liegt vor der ORF-438-Sequenz
und der Tyrosinase-Sequenz die Kozak-Sequenz vor und die ORF-438-Sequenz
und die Tyrosinase-Sequenz enden mit TAA.
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3 zeigt
die Tyrosinaseaktivität
in pLmelSN-transduzierten Verpackungszellen.
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Tyrosinase
ist das Schlüsselenzym
für die
Melaninbiosynthese. Störungen
der Tyrosinaseaktivität
umfassen Parkinson-Krankheit, Vitiligo und Albinismus. Wie es hier
beschrieben ist, stellt diese Erfindung ein Verfahren zum genetischen
Modifizieren der Tyrosinaseexpression und der Melaninerzeugung bereit.
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Folglich
stellt die Erfindung einzigartig effektive Protokolle und Materialien
zum Behandeln von Störungen,
die mit der Tyrosinaseaktivität
zusammenhängen,
sowie Testsysteme zum Überwachen
der Erzeugung von Tyrosinase oder Melanin in Zellen bereit. Insbesondere
stellt die Erfindung Protokolle und Materialien zum Behandeln von
Pigmentierungsstörungen
sowie Testsysteme zum Überwachen
des Effekts verschiedener Behandlungen auf die Erzeugung von Tyrosinase
oder Melanin in Haarfollikelzellen bereit.
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Die
Expressionssysteme, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, umfassen im Allgemeinen eine bicistronische Nukleotidsequenz,
die eine modifizierte Streptomyces mel-Stelle umfasst. Die bicistronische Nukleotidsequenz,
die einen Tyrosinase-kodierenden Abschnitt, einen ORF438-kodierenden
Abschnitt und eine IRES, welche die beiden Komponenten koppelt,
umfasst, kann in einer beliebigen Reihenfolge angeordnet werden.
D.h., gemäß der 2 kann das Konstrukt die ORF438-kodierende
Sequenz gefolgt von IRES gefolgt von dem Tyrosinase-kodierenden
Gen enthalten, oder umgekehrt können
nach dem Tyrosinase-kodierenden Abschnitt IRES und dann ORF438 folgen.
Typischerweise wird die bicistronische Nukleotidsequenz in einen
Vektor insertiert, der Kontrollsequenzen enthält, die operabel mit der bicistronischen
Sequenz verknüpft sind,
um eine Abgabe in die vorgesehene Zelle, typischerweise Haarfollikel,
zu bewirken. Wie es jedoch in dem Fachgebiet bekannt ist, kann die
bicistronische Sequenz der Erfindung in eine Wirtszelle insertiert
werden, so dass eine Expression unter der Kontrolle endogener Promotoren
und Terminationssequenzen bewirkt wird. Vektoren zur Abgabe der
Nukleotidsequenz können
so gestaltet werden, dass sie extrachromosomal repliziert werden,
jedoch vorzugsweise die Insertion der Nukleotidsequenz in das Genom
des Wirts bewirken können, und
sie können
folglich endogene Steuersequenzen zum Bewirken einer Expression
nutzen. Die zu insertierende Nukleotidsequenz kann mit Sequenzen
gekoppelt werden, die eine homologe Rekombination an bekannten Zielstellen
in dem Genom bewirken, es kann eine statistische Integration in
das Genom genutzt werden oder es kann ein retroviraler Vektor eingesetzt
werden. Die Verwendung viraler Vektoren, insbesondere retroviraler
Vektoren, die das erfindungsgemäße Expressionssystem
enthalten, ist ein bevorzugtes Verfahren.
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Retrovirale
Vektoren wurden in Gentherapiestudien verbreitet verwendet, vgl.
Jolly et al. (1997), Viral Vector Systems for Gene Therapy, The
Internet Book Of Gene Therapy, Hrsg. R. E. Sobol und K. J. Scanlon, Stamford,
CT, Appleton and Lange, Seiten 3 bis 16. Retrovirale Vektoren integrieren
eine DNA-Kopie ihres Genoms in das Wirtschromosom, wodurch eine
stabile Übertragung
von Vektorsequenzen auf Zellen der Nachkommenschaft möglich ist,
was eine Langzeitexpression von Transgenen möglich macht. Während retrovirale Vektoren bevorzugt
sind, können
auch andere Verfahren auf viraler Basis eingesetzt werden, wie z.B.
Herpes simplex-Vektoren, J. H. Wolfe et al., Nature Genetics (1992)
1, 379–384,
oder Adenovirusvektoren, wie z.B. Ad2 oder Ad5. Diese Viren sind
nicht onkogenisch und relativ stabil und leicht handhabbar. Die
vollständigen Genome
von Ad2 und Ad5 sind bekannt und es gibt eine Anzahl bekannter Mutanten,
die zur genetischen Therapie im Allgemeinen zur Verfügung gestellt
wurden, K. L. Berkner, Biotechniques (1988) 6, 612–629. Während Vektoren
auf viraler Basis bevorzugt sind, kann jedweder geeignete Transformationsvektor
eingesetzt werden.
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Wenn
virale Vektoren verwendet werden, kann die Spezifität der Infektiosität durch
Einbeziehen von Rezeptor-bindenden Resten in den Vektor erhöht werden.
Es ist in dem Fachgebiet bekannt, virale Oberflächenmoleküle mit bindenden Domänen von
Liganden zu modifizieren, wie z.B. Erythropoietin, das auf Erythroleukämie gerichtet
ist, Heregulin, das auf Brustkrebs gerichtet ist, und Neurotensin,
das auf das Kolon gerichtet ist. Folglich können virale Oberflächenmoleküle so modifiziert
werden, dass sie bindende Domänen
von Liganden enthalten, die auf Haarfollikelzellen oder andere,
mit dem Haar und der Hautpigmentierung zusammenhängende Zellen gerichtet sind.
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Das
erfindungsgemäße Expressionssystem
nutzt geeignete Promotoren und Verstärker. Allgemeine konstitutive
Promotoren, wie z.B. SV40- oder CMV-Promotoren, können zusammen
mit ihren Verstärkerelementen
einbezogen werden, oder gewebespezifische Promotoren können zur
Erhöhung
der Spezifität
verwendet werden. Mittel zur Konstruktion geeigneter Vektoren zur
Abgabe eines Gens zusammen mit der Bereitstellung seiner Expression
sind bekannt.
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Um
die Modifizierung von Zellen zur Expression von Tyrosinase und zur
Erzeugung von Melanin zu bewirken, muss das Expressionssystem oder
die integrierende kodierende Nukleotidsequenz so formuliert werden,
dass es bzw. sie in die Zelle eintritt. Die Integration der gewünschten
Nukleotidsequenzen in virale Vektoren stellt dieses Eintrittsmittel
bereit. Es können
jedoch auch andere Mediatoren der zellulären Aufnahme, wie z.B. Lipide
oder verschiedene Zusammensetzungen oder Emulsionen des liposomalen
Typs eingesetzt werden.
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Die
Zusammensetzung, die eine Nukleotidsequenz, welche ein Protein mit
einer Tyrosinaseaktivität kodiert,
vorzugsweise operabel verknüpfte
Kontrollsequenzen oder Sequenzen umfasst, die eine genomische Integration
bewirken, kann folglich ein Mittel zum Bewirken einer zellulären Aufnahme
enthalten. Diese Zusammensetzung wird den Zellen entweder in vitro
oder in vivo zugeführt.
Eine in vitro-Verabreichung ist besonders bei der Bewertung der Wirksamkeit
des therapeutischen Ansatzes für
ein bestimmtes Lebewesen sowie des Expressions- und Erzeugungsniveaus
der Tyrosinase und des Melanins in den Zellen im Vorhinein hilfreich.
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Darüber hinaus
kann das Expressionssystem ohne einen Träger in die Haut abgegeben werden.
Beispielsweise kann nackte DNA durch direkte Injektion mit einer
Genpistole oder unter Verwendung eines elektrischen Impulses in
die Haut eingebracht werden, vgl. Furth et al., Hybridoma (1996)
14, 149–152,
Hengge et al., Nature Genet. (1995) 110, 161–166, Ciernik et al., Hum.
Gene Ther. (1996) 7, 893–899,
Williams et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1991) 88, 2726–2730, Zhang
et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. (1996) 220, 633–636. Die
topische Anwendung des Expressionssystems als nackte Plasmid-DNA,
die ein Tyrosinasegen und ein Gen umfasst, welches ein Protein kodiert,
das den Kupfereinbau reguliert, wie z.B. ORF-438 von S. antibioticus,
ist ebenfalls als Gentherapieverfahren zum Behandeln von Störungen vorgesehen,
die mit der Tyrosinaseexpression und der Melaninerzeugung zusammenhängen. Das
Expressionssystem kann mit den verschiedenen bekannten Verfahren
direkt auf die Haut aufgebracht werden, vgl. Fan et al., Nature
Biotech. (1990) 17, 870–872,
Yu et al., J. Invest. Dermatology (1999) 112, 370–375, Tang
et al., Nature (1997) 338, 729–730.
Das Expressionssystem kann auch durch eine genetische Impfung oder
eine Polynukleotid-Impfung abgegeben werden, wie es von Shi et al.,
Vaccine (1999) 17(17), 2136–41,
L. D. Falo, Proc. Assoc. Am. Physicians (1999) 111(3), 211–9 und Tuting
et al., J. Invest. Dermatol. (1998) 111(2), 183–8 beschrieben worden ist.
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In
manchen Zusammenhängen
kann es vorteilhaft sein, das Protein mit einer Tyrosinaseaktivität als Fusionsprotein
zu einer Reporter-Aminosäuresequenz
zu verwenden, insbesondere einer Aminosäuresequenz, die dem Fusionsprotein
eine Fluoreszenz verleiht. Die Verwendung von grün fluoreszierendem Protein (GFP),
um einem Fusionsprotein eine Fluoreszenz zu verleihen, ist in dem
Fachgebiet bekannt, vgl. z.B. M. Chalfie et al., Science (1994)
263, 802–805.
Das Expressionssystem kann unter Verwendung einer Liposom-vermittelten
Abgabe, wie sie in dem US-Patent 5,641,508 beschrieben ist, gezielt
zu den interessierenden Zellen, wie z.B. Haarfollikelzellen, gebracht
werden.
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Die
Erfindung sieht die Verwendung der bicistronischen Nukleotidsequenz
zur Behandlung von Krankheiten vor, die mit einer Tyrosinaseexpression
zusammenhängen,
wie z.B. Parkinson-Krankheit, Albinismus, Haarpigmentverlust und
Vitiligo. Entsprechend sieht die Erfindung die Verwendung des Expressionssystems in
in vitro-Modellen und in Tiermodellen vor, um die Effekte verschiedener
Substanzen auf die Pigmentierung zu bestimmen. In beiden Fällen müssen Zellen,
die Tyrosinase-Anomalitäten
aufweisen, ungeachtet dessen, ob sie in vitro oder in vivo vorliegen,
durch die bicistronische Nukleotidsequenz in einer Weise erreicht
werden, dass sie deren Expression bewirken. Zur Verwendung bei der
Bewertung von Protokollen oder Verbindungen bezüglich ihres Effekts auf die
Pigmentierung werden die Zellen im Allgemeinen in vitro oder in
vivo modifiziert und in einer Gewebekultur gehalten. Zellkulturen
können
in vitro mit verschiedenen Verfahren modifiziert werden, einschließlich Elektroporation,
Lipofektion, virale Infektion, osmotische Veränderung und dergleichen. Sie können dann
in einer dreidimensionalen Matrix kultiviert werden, wie es in dem
Fachgebiet bekannt ist. Alternativ können Zellen entweder zur Behandlung
oder zur Bildung von Gewebekulturen durch Verabreichen einer geeigneten
Zusammensetzung, welche die erforderlichen Sequenzen enthält, an das
Lebewesen, das solche Zellen enthält, in vivo modifiziert werden.
Eine solche Verabreichung kann die Verwendung von „nackter
DNA", von viralen
Vektoren, die z.B. die Haut oder die Haarfollikel infizieren, wenn
sie topisch verabreicht werden, oder eine Verabreichung mit anderen
bekannten Verfahren umfassen. Schnitte der Haut, die vorzugsweise Haarfollikel
enthalten, können
dann die Basis für
eine Gewebekultur bilden.
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Die
Erfindung umfasst auch die Behandlung von Zellen mit vielen verschiedenen
nutzbringenden oder in anderer Weise therapeutischen Verbindungen
zusätzlich
zu dem Tyrosinaseexpressionssystem. Die therapeutischen Verbindungen
können
Nukleinsäuren,
Hormone, Proteine, Enzyme, Vitamine und andere biochemische Cofaktoren
sein, bei denen davon ausgegangen wird, dass sie einen therapeutischen
Effekt auf das Wachstum, den Zustand, die Farbe und dergleichen
einer Haar- oder Hautzelle haben. Besonders bevorzugt sind Mittel,
die das Wachstum des Haarschafts verbessern, Mittel, welche die
Erzeugung von Haarfarbgebungspigmenten im Haarfollikel stimulieren,
Mittel, die das Pigment in der Follikelzelle oder dem Haarschaft ersetzen
(d.h. die Haarfarbe wiederherstellen), Mittel, die das Haarwachstum
stimulieren und Mittel, die einen Haarausfall verhindern. Am meisten
bevorzugt sind Zellzyklusinhibitoren, die eine Alopezie verhindern.
Andere Mittel, die bei Zuständen
eines Haarausfalls (Alopezie) nützlich
sind, sind diejenigen, die das Haarwachstum stimulieren, oder diejenigen,
die den Haarausfall inhibieren. Haarwachstumsstimulatoren sind allgemein
bekannt und umfassen Minoxidil, Cyclosporin und dergleichen bekannte
Haarwachstumsstimulatoren.
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Die
Erfindung sieht zusätzlich
die Verabreichung jedweden Gens vor, das für die Haarfollikel durch von einem
viralen Vektor vermittelte Systeme nutzbringend ist, wie sie bezüglich der
Tyrosinasestelle hier beschrieben worden sind. Ein Gen ist nutzbringend
für Haarfollikel,
wenn es bei einer selektiven Abgabe an die Haarfollikel mit den
vorliegenden Verfahren einen nutzbringenden Effekt auf das Haarfollikel
aufweist. Beispiele für nutzbringende
Gene umfassen Gene, die normalerweise und vorzugsweise im Haarfollikel
exprimiert werden und daher für
die normale Genfunktion wichtig sind. Nutzbringende Gene können durch
jedwedes von verschiedenen molekularbiologischen Verfahren identifiziert
werden. Beispielsweise kann eine cDNA-Bibliothek von exprimierten
Genen aus Haarfollikelgewebe hergestellt werden, das gesundes Haar
trägt,
und sie kann durch eine subtraktive Hybridisierung gegen eine cDNA-Bibliothek
angereichert werden, die von einem nicht-Haar-erzeugenden oder Vellushaar-erzeugenden
Follikelgewebe abgeleitet ist, wodurch eine Bibliothek von cDNA-Molekülen erzeugt
wird, deren Expression für
Haarfollikel spezifisch ist. Individuelle cDNA-Moleküle von der haarspezifischen
cDNA-Bibliothek können
unter Verwendung des Haut-Gewebekulturtests,
der im US-Patent 5,641,508 beschrieben ist, bezüglich einer therapeutischen
Effektivität
weiter gescreent werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sieht die Erfindung eine bicistronische Sequenz zur Verwendung in
einem Verfahren zur Wiederherstellung der Haarfarbe in Säugern, insbesondere
in einem Menschen, vor, bei dem die Haarfarbe aus irgendeinem einer
Vielzahl von Gründen,
einschließlich
des Alters, grau wird. Das Verfahren umfasst das Aufbringen einer
therapeutisch wirksamen Menge der bicistronischen Sequenz der Erfindung
auf einen Hautbereich auf dem Säuger,
der eine Mehrzahl von Haarfollikeln aufweist, die eine verblassende
oder grau werdende Haarfarbe aufweisen. Eine „therapeutisch wirksame" Menge ist die Menge
einer Nukleinsäure,
die zur Expression von Tyrosinase und die Erzeugung von Melanin
in den Zellen der Haarfollikel erforderlich ist. Es ist auch die
Abgabe von Zellzyklusinhibitoren, wie z.B. p21, an Haarfollikel
beschrieben, um eine Alopezie zu verhindern oder zu inhibieren.
Wie es in dem Fachgebiet bekannt ist, werden die Zellen in der Haarmatrix,
da sie sich schnell vermehren, d.h. anagen sind, von toxischen Mitteln,
die auf sich schnell teilende Zellen gerichtet sind, wie z.B. solchen,
die in der Chemotherapie verwendet werden, nachteilig beeinflusst.
Durch Inhibieren der Vermehrung dieser Zellen, d.h. durch Zuführen von
Zellzyklusinhibitoren, kann der Effekt dieser Mittel auf Haarzellen
abgeschwächt
werden. Es ist ein Verfahren zur genetischen Modifizierung von Haarzellen
durch selektive Abgabe eines Gens, das einen Zellzyklusinhibitor
kodiert, an ein Haarfollikel und Bewirken von dessen Expression
beschrieben. Folglich kann, wie es in den nachstehenden Beispielen
beschrieben ist, das Gen, das den Zellzyklusinhibitor p21 kodiert
(der im Vorhinein geklont und sequenziert worden ist), selektiv
abgegeben und in diesen Zellen exprimiert werden. Folglich werden
die Zellen in einen Zustand einer Telogen- oder Ruhephase gebracht,
der sie gegen die Wirkungen chemotherapeutischer Mittel, wie z.B.
Doxorubicin, Cytoxain und dergleichen, effektiv immunisiert.
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Die
Anwendung der bicistronischen Sequenzen oder eines anderen Expressionssystems
der Erfindung kann gegebenenfalls bei definierten Intervallen wiederholt
werden, um eine verlängerte
Effektivität
bereitzustellen.
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Ausdrücke, wie
z.B. „pharmazeutisch
verträglich" und dergleichen,
beziehen sich hier auf Zusammensetzungen, Träger, Verdünnungsmittel und Reagenzien
und bedeuten, dass die Materialien an einen Säuger oder einen Menschen verabreicht
werden können,
ohne dass sie unerwünschte
physiologische Effekte erzeugen, wie z.B. Übelkeit, Schwindel, Magenverstimmung
und dergleichen.
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Die
Herstellung einer pharmakologischen Zusammensetzung, die darin dispergierte
Wirkstoffe enthält, ist
bekannt. Typischerweise werden solche Zusammensetzungen als sterile
Zusammensetzungen entweder als flüssige Lösungen oder Suspensionen, die
wässrig
oder nicht-wässrig
sind, hergestellt, jedoch können auch
Suspensionen in einer Flüssigkeit
vor der Anwendung hergestellt werden.
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Der
Wirkstoff kann mit Vehikeln gemischt werden, die pharmazeutisch
verträglich
sind und mit dem Wirkstoff kompatibel sind, und zwar in Mengen,
die zur Verwendung in den hier beschriebenen therapeutischen Verfahren
geeignet sind. Geeignete Vehikel umfassen z.B. Wasser, Kochsalzlösung, Dextrose,
Glycerin, Ethanol oder dergleichen und Kombinationen davon. Darüber hinaus
kann die Zusammensetzung gegebenenfalls kleinere Mengen von Hilfssubstanzen,
wie z.B. Netzmittel oder Emulgatoren, pH-Puffermittel und dergleichen,
enthalten, welche die Wirksamkeit des Wirkstoffs erhöhen. Flüssige Zusammensetzungen
können
auch flüssige
Phasen zusätzlich
zu und zum Ausschluss von Wasser enthalten. Beispiele für solche
zusätzlichen
flüssigen
Phasen sind Glycerin, pflanzliche Öle, wie z.B. Baumwollsaatöl, organische
Ester, wie z.B. Ethyloleat, und Wasser-Öl-Emulsionen.
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Eine
therapeutische Zusammensetzung enthält eine therapeutisch effektive
Menge des erfindungsgemäßen Expressionssystems
und, falls diese vorliegen, andere nutzbringende Materialien, die
in Mengen vorgegeben sind, sie so berechnet sind, dass sie die gewünschten
Wirkungen erzielen, d.h. um die Pigmentierung der Haut- oder Haarzellen
effektiv zu beeinflussen oder um eine Alopezie zu inhibieren. Folglich
kann eine wirksame Menge an den Verbesserungen eines Symptoms oder
mehrerer Symptome bezüglich
Haut- oder Haarzellen in dem Lebewesen gemessen werden.
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Die
Dosierung kann von dem jeweiligen Arzt in dem Fall irgendeiner Komplikation
eingestellt werden. Die Zusammensetzungen werden in einer Weise,
die mit der Dosierungsformulie rung verträglich ist, und in einer therapeutisch
wirksamen Menge verabreicht. Die zu verabreichende Menge hängt von
dem zu behandelnden Lebewesen, dem Vermögen des Systems des Lebewesens,
den Wirkstoff zu nutzen, und dem Grad des gewünschten therapeutischen Effekts
ab. Die genauen Mengen des Wirkstoffs, der verabreicht werden soll, hängen von
der Beurteilung des Anwenders ab und sind für jedes Lebewesen bzw. jede
Person spezifisch. Geeignete Verabreichungsvorschriften sind ebenfalls
variabel, umfassen jedoch typischerweise eine anfängliche
Verabreichung gefolgt von wiederholten Dosen in ein- oder mehrstündigen Intervallen
durch eine nachfolgende Verabreichung.
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DNA-Segmente
(d.h. synthetische Oligonukleotide), die verwendet werden, um ein
größeres DNA-Segment
zu erzeugen, das die bicistronische Kodierungsregion der Erfindung
umfasst, können
einfach durch chemische Techniken synthetisiert werden, z.B. mit
dem Phosphotriesterverfahren von Matteucci et al. (J. Am. Chem.
Soc., 103, 3185–3191,
1981) oder unter Verwendung automatisierter Syntheseverfahren. Darüber hinaus
können
größere DNA-Segmente
einfach aus kleineren DNA-Segmenten mit bekannten Verfahren hergestellt
werden, wie z.B. durch die Synthese einer Gruppe von Oligonukleotiden,
die das DNA-Segment
definieren, und anschließend
Hybridisieren und Ligation von Oligonukleotiden zum Aufbau des vollständigen Segments.
Die erforderlichen Sequenzen können
z.B. auch aus nativen Kodierungsregionen amplifiziert werden.
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Der
hier verwendete Begriff „Vektor" bezieht sich auf
ein DNA-Molekül,
das in eine Zelle eindringen und diese modifizieren kann. Die Auswahl
des Vektors, der ein DNA-Segment der vorliegenden Erfindung umfasst,
hängt von
dem Verabreichungsmodus ab. Der Vektor kann einfach nackte DNA,
ein Plasmid oder ein viraler Vektor sein. Der Vektor kann ein „Expressionsvektor" sein, d.h. er kann
Kontrollsequenzen zur Expression enthalten, die z.B. mit der bicistronischen
Kassette der Erfindung operativ verknüpft sind.
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Expressionsvektoren,
die mit Säugerzellen
und insbesondere Haarfollikelzellen verträglich sind, sind bekannt und
von verschiedenen kommerziellen Quellen erhältlich. Typischerweise enthalten
solche Quellen zweckmäßige Restriktionsstellen
zur Insertion des gewünschten
DNA-Segments und stellen die Signale bereit, die für eine Genexpression
in einer Säugerzelle
erforderlich sind. Typisch für
solche Vektoren sind die Vektoren der pREP-Reihe und pEBVhis, die
von Invitrogen (San Diego, Kalif.) erhältlich sind, die Vektoren pTDT1 (ATCC
#31255), pCP1 (ATCC #37351) und pJ4W (ATTC #37720), die von der
American Type Culture Collection (ATCC) erhältlich sind, und dergleichen
Säuger-Expressionsvektoren.
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Wenn
Säuger-Expressionsvektoren
zur Korrektur von Haarpigmentierungsstörungen verwendet werden, sind
insbesondere Säuger-Expressionsvektoren
bevorzugt, welche die Expression des Gens in einer gewebespezifischen
Weise ermöglichen,
in diesem Fall durch die Wirkung eines regulatorischen Promotors,
der die Genexpression auf Haarfollikelzellen beschränkt.
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Erfolgreich
modifizierte Haarfollikelzellen, d.h. Follikelzellen, welche die
bicistronische Kassette der vorliegenden Erfindung enthalten, können mit
bekannten Techniken identifiziert werden, z.B. unter Verwendung
eines Hybridisierungsverfahrens, wie z.B. demjenigen, das von Southern,
J. Mol. Biol. (1975) 98, 503, oder von Berent et al., Biotech (1985)
3, 208, beschrieben worden ist. Zusätzlich zu einem direkten Testen
bezüglich
der Gegenwart der Nukleotidsequenz kann eine erfolgreiche Transformation
mit bekannten immunologischen Verfahren bezüglich der Gegenwart eines exprimierten
Proteins bestätigt
werden.
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Alternativ
kann eine erfolgreiche Transformation des Zielgewebes durch die
Bewertung des Zielgewebes bezüglich
Indizien im Hinblick auf eine Funktion, die von der verabreichten
Verbindung ausgeübt
wird, bestätigt
werden. Wenn die Verbindung beispielsweise eine Nukleinsäure ist,
die Tyrosinase exprimiert, wie es in den Beispielen beschrieben
ist, kann die ausgeübte
Funktion der Pigmentierung oder das Vorliegen einer Tyrosinaseaktivität oder einer
enzymatischen Umwandlung von L-Dopa in das Produkt direkt in dem
Zielgewebe nachgewiesen werden.
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Die
folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung, sind jedoch bezüglich der
Erfindung nicht beschränkend
aufzufassen.
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Beispiel 1
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Klonierung des Streptomyces-Tyrosinasegens,
des stromaufwärts
liegenden ORF-438 und der internen Ribosomen-Eintrittsstelle (IRES)
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Die
Sequenzen, die das Streptomyces antibioticus-Tyrosinasegen und ORF-438
kodieren, wurden mittels PCR von dem Plasmid pIJ702, das von der
American Type Culture Collection (ATCC #35287) erhältlich ist,
amplifiziert, vgl. E. Katz et al., J. Gen. Microbiol. (1983) 129,
2703–2714.
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Oligomere
für die
PCR-Amplifizierung wurden gemäß der Sequenz
der S. antibioticus-Tyrosinasegen- und
ORF-438-cDNA konstruiert, vgl. V. Berman et al., Gene (1985) 37,
101–110.
Zur Verstärkung
der Expression des bakteriellen Gens in Säugerzellen wurden die ORF-438-
und Tyrosinasegen-TGA-Terminationscodons zu TAA verändert. Die
Kozak-Consensus-Sequenz,
GCCGCCACC, wurde in jedem Fall stromaufwärts unmittelbar vor dem ATG-Initiatorcodon
hinzugefügt,
um die Translationseffizienz zu erhöhen.
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Die
Sequenz des ORF-438-Stromaufwärtsprimers,
der die Kozak-Consensus-Sequenz umfasst, war
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Die
Stromabwärtsprimer-Sequenz
war
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Die
Sequenz des Tyrosinase-Stromaufwärtsprimers,
der die Kozak-Consensus-Sequenz umfasst, war
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Die
Stromabwärtsprimer-Sequenz
war
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Die
PCR-Reaktionsbedingungen sowohl für ORF-438 als auch für die Tyrosinase
waren wie folgt: Zuerst Denaturierung bei 97°C für 10 min, dann 10 Zyklen Denaturierung
bei 97°C
für 30
s, Annealing bei 66°C für 30 s und
Verlängerung
bei 72°C
für 45
s, dann eine letzte Verlängerung
bei 72°C
für 10
min.
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PCR-Oligomere
wurden gemäß der Sequenz
der internen Ribosomen-Eintrittsstelle (IRES) konstruiert, die in
dem retroviralen Vektor pLISN enthalten ist, der von Clonetech (Palo
Alto, CA) erhalten wurde. Die Sequenz des Stromaufwärtsprimers
war
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Die
Stromabwärtsprimer-Sequenz
war
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Das
IRES-Gen wurde mittels PCR von pLXIN als Templat amplifiziert. Die
PCR-Reaktionsbedingungen
waren wie folgt: Zuerst Denaturierung bei 96°C für 10 min, dann 30 Zyklen Denaturierung
bei 94°C
für 30 s,
Annealing bei 50°C
für 30
s und Verlängerung
bei 72°C
für 45
s, dann eine letzte Verlängerung
bei 72°C
für 10
min.
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Eine
elektrophoretische Analyse zeigte, dass die amplifizierten Produkte
die vorhergesagten Größen 438
bp, 800 bp und 580 bp für
ORF-438, Tyrosinase bzw. IRES aufwiesen.
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Beispiel 2
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Konstruktion und Verpackung
des retroviralen Vektors pLmelSN
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Die
Konstruktion von pLmelSN ist in der 1 gezeigt.
Der retrovirale Vektor pLXSN (Clonetech, Palo Alto, CA) ist ein
Vektor auf Mäuseleukämievirus-Basis,
der zwei Promotoren umfasst: Die 5'-lange terminate Wiederholung (5'-LTR) zur Kontrolle
der insertierten Gene und den SV40-Promotor zur Kontrolle der Neomycinphosphotransferase
(neoR). Das 800 bp-Tyrosinase-PCR-Produkt
wurde mit XhoI abgebaut und in die HapI/XhoI-Klonierungsstelle von
pLXSN insertiert, um pLtySN zu erhalten. Die ORF-438- und IRES-PCR-Produkte
wurden an der BclI-Stelle ligiert und dann in die EcoRI/XhoI-Klonierungsstelle
von pLtyrSN insertiert, um pLmelSN zu erhalten. Sowohl das ORF-438-Gen
als auch das Tyrosinase-Gen werden von der Moloney-Mäuseleukämievirus-5'-LTR in pLmelSN gesteuert,
vgl. die 1. Die bicistronische Sequenz,
welche die ORF-438-, IRES- und Tyrosinasegene unter der Kontrolle
des 5'-LTR-Promotors
enthält,
ist in der 2 gezeigt.
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pLmelSN
wurde unter Verwendung von lipoTAXI (Clonetech, Palo Alto, CA; Stratagene,
San Diego, CA) in die PT67-Verpackungszelllinie transfiziert. Die
transfizierte PT67-Zelllinie wurde in DMEM-Medium, das 0,4 mg/ml
G418 (Gibco BRL) enthielt, selektiert. Die G418-resistenten Zellen wurden geklont und
expandiert. Nach zwei Wochen eines selektiven Kultivierens mit G418
wurden positiv transfizierte Zellen, PT67-mel, erhalten.
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Beispiel 3
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Expression in PT67-mel-Zellen
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Um
die Expression sowohl des ORF-438-Gens als auch des Tyrosinasegens
zu bestätigen,
wurde eine RT-PCR-Analyse eingesetzt, um deren mRNA in den transfizierten
Verpackungszellen nachzuweisen. Die RT-PCR-Produkte zeigten, dass
die Tyrosinase- und ORF-438-Gene
von S. antibioticus spezifisch amplifizierte Produkte von der gesamten
RNA pLmelSN-transduzierter
PT-7-Zellen waren. Als Kontrolle wurde Mäuse-β-Actin sowohl von PT67-mel- als auch von PT67-Zellen
mittels RT-PCR amplifiziert. Eine elektrophoretische Analyse zeigte,
dass die amplifizierten Produkte von PT67-mel-Zellen die vorhergesagten
Größen von 800
bp und 438 bp für
Tyrosinase bzw. ORF-438 aufwiesen. Die RT-PCR-Reaktion mit der gesamten
RNA von nicht infizierten PT67-Zellen amplifizierte diese Fragmente
nicht.
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Insbesondere
wurden PT67-mel-Zellen mit Trypsin abgebaut und mittels Zentrifugation
pelletiert. Die gesamte RNA wurde mit dem Guanidiniumthiocyanatverfahren
(MicroRNA Reagent Kit, Stratagene, San Diego, CA) extrahiert. RNA
wurde durch Messen der Absorption bei 260 nm quantifiziert. Etwa
10 μg der
gesamten RNA wurde zu ersten cDNA-Ketten revers transkribiert. Die
reverse Transkription wurde in 20 μl erster Strang-Puffer, jeweils
500 μM dNTP
und 20 Einheiten AMV-reverse Transkriptase (Stratagene, San Diego,
CA) durchgeführt.
Der PCR-Primer für
den ersten Strang war pORF-438-Antisense und pTyr-Antisense. Die
Proben wurden 50 min bei 42°C
inkubiert. Die Produkte der reversen Transkription wurden mit der
PCR-Reaktion amplifiziert. Mäuse-β-Actin wurde
als Standard verwendet, um die Qualität der RNA zu kontrollieren
(Stratagene, San Diego, CA).
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Beispiel 4
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Tyrosinaseaktivitätstest
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Die
transfizierten Verpackungszellen wurden bezüglich der Expression von aktivem
Tyrosinaseprotein durch Messen der Tyrosinaseaktivität in den
Lysaten von Klonen von G418-resistenten
Verpackungszellen gescreent. Die Tyrosinaseaktivität wurde
mit dem von Nakajima et al., Pigment Cell Res. (1998) 11, 12–17, beschriebenen
Verfahren bewertet. Die pLmelSN-infizierten PT67-Verpackungszellen
wurden in einer Dichte von 2000 Zellen/Well in einer 96 Well-Platte
ausplattiert. Nach 24 Stunden in Kultur wurden die Verpackungszellen mit
PBS gewaschen und mit 1% Triton-100 (45 μl/Well) lysiert. Nach dem Mischen
der Lysate durch Schütteln wurden
jedem Well 5 μl
10 mM L-DOPA zugesetzt. Nach der Inkubation der Kultur bei 37°C für 30 min
wurde die Extinktion bei 490 nm spektrophotometrisch gemessen.
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Die
DOPA-Oxidasereaktion wurde auch verwendet, um die Melaninerzeugung
in intakten transfizierten PT67-Zellen nachzuweisen. Die Zellen
wurden mit 1 mg/ml DOPA und 2 mg/ml Tyrosin in PBS (pH 7,4) für 12 Stunden
bei 37°C
inkubiert, wie es bereits beschrieben worden ist, vgl. T. Kugelman
et al., J. Invest. Dermatol. (1961) 37, 66–73.
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Unter
Verwendung der gleichen Bedingungen wurden die Zellüberstände bezüglich des
Melaningehalts bei 490 nm gemessen. Die 3 zeigt
PT67-Klone 1 bis 4, die mehr Melanin erzeugen als die PT67-Kontrolle.
Die Tyrosinase-positiven Zellen wurden durch die Erzeugung von braungefärbten Melaninkörnchen identifiziert,
die mittels Hellfeldmikroskopie beobachtet wurden. Die braunen Pigmentkörnchen wurden
nur in pLmelSN-transfizierten Zellen beobachtet.
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Beispiel 5
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Retrovirale Infektion
von amelanotischen Melanom 695T-Zellen
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Menschliche
amelanotische Melanom 695T-Zellen (ATCC) wurden 12 Stunden mit retroviralen Überständen infiziert,
die 8 μg/ml
Polybrene (Sigma, St. Louis, MO) enthielten. Frisches MEM-Medium
ersetzte den Überstand.
Die Kulturen wurden dann 48 Stunden inkubiert. Zellen wurden dann
für zwei
Wochen in MEM-Medium selektiert, das 0,4 mg/ml G418 enthielt. Einzelne
Klone wurden isoliert und expandiert.
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Braune
Melaninpigmente wurden in den infizierten 695T-Zellen erzeugt. Diese
braunen Melaninkörnchen
waren ohne die DOPA-Reaktion sichtbar. In den nicht transduzierten
695T-Zellen waren
keine Pigmentkörnchen
sichtbar.
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Beispiel 6
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Kultur von
anagenen Albino-Maus-Haarfollikeln
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8
Wochen alte weibliche Albino-Mäuse
C57BU6J-Tyrosinase (c-2J) wurden vom Jackson Laboratory erworben.
Die Wachstumsphase des Haarzyklus (Anagen) wurde in der Rückenhaut
induziert, bei der alle Follikel in der Ruhephase des Haarzyklus
vorlagen (Telogen). Nach einer Allgemeinanästhesie wurde ein warmes Wachs/Kolophonium-Gemisch
aufgebracht und dann von der Haut abgelöst, wodurch alle telogenen
Haarschäfte
entfernt wurden und der Eintritt der Follikel in das Anagen induziert
wurde, vgl. Schilli, J. Invest. Dermatol. (1998) 111, 598–604.
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Am
sechsten Tag nach der Enthaarung wurden, als sich alle Haarfollikel
im Anagen befanden, die Rückenhäute der
Mäuse nach
der Tötung
gesammelt. Kleine Stücke
der Mäusehaut
(2 × 5 × 2 mm)
wurden mit einer Schere herausgeschnitten und dreimal in HBSS gewaschen.
Die gewonnene Haut wurde 30 min bei 37°C in MEM mit Antibiotika (100 μg Gentamycin
pro mol, 10 μg
Ciprofloxacin pro ml, 2,5 μg
Amphotericin-B pro ml, 100 IU-100 μg Penicillin-Streptomycin pro ml) (Sigma) inkubiert.
Die Häute
wurden dreimal mit HBSS-Medium gewaschen, um restliche Antibiotika
zu entfernen und in Kollagen-enthaltende Gele für eine Gewebekultur in Eagle's Minimal Essentiell
Medium (MEM), das mit 10% fetalem Rinderserum und Gentamycin ergänzt war,
gelegt. Die Kulturen wurden bei 37°C in einem begasten Inkubator
mit 5% CO2 gehalten.
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Beispiel 7
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Infektion
kultivierter Albino-Maus-Haarfollikel
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Die
in einer Gewebekultur gehaltene Albino-Mäusehaut von Beispiel 6 wurde
mit PT67-mel-Zellen
wie folgt cokultiviert:
Die PT67-mel-Zellen von dem am stärksten erzeugenden
Klon wurden gezählt,
in 24 Well-Platten
ausgesät und
bei 37°C
bis zu 80% Konfluenz wachsen gelassen und mit der in einer Gewebekultur
gehaltenen Albino-Mäusehaut
in 24 Well-Platten 12, 24 und 72 Stunden cokultiviert. Die in Gewebekultur
gehaltenen Häute wurden
dann in 24 Well-Platten mit frischem MEM-Medium monokultiviert und
weitere 4 bis 6 Tage inkubiert. Kleine Stücke von Virus-infizierter Haut
wurden statistisch als Probe entnommen. Frische und gefrorene Schnitte
wurden mittels Standardtechniken hergestellt.
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Vier
Tage nach der retroviralen Infektion wurde Melanin in der Haarmatrix
tief in den Haarzwiebeln der Gewebekulturen festgestellt. Melanin
wurde auch in dem oberen Teil der Haarfollikel gefunden und konnte sechs
Tage nach der Infektion sowohl in der Haarmatrix als auch im Haarschaft
festgestellt werden.
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In
den anfänglichen
Experimenten, die ein Cokultivieren von in Gewebekultur gehaltener
Albino-Mäusehaut
mit PT67-mel-Zellen für
24 Stunden umfassten, enthielten etwa 2,5 bis 15% der Haut-Gewebekulturen Melanin-erzeugende
Haarfollikel. In der in einer Gewebekultur gehaltenen Albino-Mäusehaut,
die nicht mit PT67-mel cokultiviert worden ist, wurde kein Melanin
festgestellt.
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Dann
wurde ein Zeitverlaufexperiment durchgeführt, um zu bestimmen, ob längere Inkubationszeiten der
Cokulturen der Albino-Haut und von PT67-mel die Effizienz der Tyrosinaseinfektion
erhöhten.
Die Effizienz der Infektion der in einer Gewebekultur gehaltenen
Haut wurde bei einer längeren
Cokultur signifikant erhöht. Nach
12 Stunden Cokultur erzeugten 7% (2 von 30 Stücken) der Haut Melanin und
15% der Haarfollikel (6 von 40) erzeugten Melanin. Nach 24 Stunden
Cokultur erzeugten 25% der Hautstücke (5 von 20) und 35% der Haarfollikel
(28 von 80) Melanin. Nach 72 Stunden Cokultur erzeugten 60% der
Hautstücke
(12 von 20) und 53% der Haarfollikel (42 von 80) Melanin.
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Diese
Ergebnisse legen nahe, dass der Virustiter und die Zeit des Aussetzens
gegenüber
dem Virus die Transduktionsfrequenz erhöhen können.
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Beispiel 8
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Klonierung des menschlichen
p21-Gens
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Die
Nukleotidsequenz, die das menschliche p21-Gen kodiert, wurde mittels
PCR von dem Plasmid MBP-p21 amplifiziert, vgl. Zhang et al., Gene
(1994) 3, 1750–1758
(1994). Oligomere wurden gemäß der Sequenz
des menschlichen p21-Gens konstruiert, vgl. Xiong et al., Nature
(1993) 366, 701. Der Stromaufwärtsprimer
war
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Der
Stromabwärtsprimer
war
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Die
PCR-Primerreaktionsbedingungen waren wie folgt: Zuerst Denaturierung
bei 94°C
für 10
min, dann 30 Zyklen Denaturierung bei 94°C für 30 s, Annealing bei 50°C für 30 s und
Verlängerung
bei 72°C
für 45
s, dann eine letzte Verlängerung
bei 72°C
für 10
min.
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Eine
elektrophoretische Analyse zeigte, dass die amplifizierten Produkte
die vorhergesagte Größe von 500
bp aufwiesen.
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Beispiel 9
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Konstruktion von pEGFP-p21
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Der
Vektor pEGFP-C3 (Clonetech, Palo Alto, CA)
kodiert eine rotverschobene Variante von Wildtyp-GFP, die bezüglich einer
helleren Fluoreszenz und einer stärkeren Expression in Säugerzellen
optimiert worden ist. Die Mehrfachklonierungsstelle (MCS) in pEGFP-C3 liegt zwischen den EGFP-kodierenden Sequenzen
und dem SV40-polyA. Gene, die in die MCS kloniert worden sind, werden
als Fusion an den C-Terminus von EGFP exprimiert, wenn sie sich
im gleichen Leseraster (NeoR) befinden,
das in dem Vektor enthalten ist, was es ermöglicht, unter Verwendung von
G418 stabile transfizierte eukaryotische Zellen zu selektieren.
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Das
amplifizierte 500 bp-p21-Gen wurde in die XhoI/BamHI-Klonierungsstelle
des pEGFP-C3-Vektors kloniert, um pEGFP-p21 zu erhalten,
und eine korrekte Insertion wurde durch eine Restriktionsenzymanalyse bestätigt.
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Beispiel 10
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Haut-Gewebekultur und
Transfektion von kultivierter Haut mit dem pEGFP-p21-Vektor
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Baby-balb-c-Mäuse (2 Wochen)
wurden mit einem Haarentferner behandelt. Kleine Stücke von
Mäusehaut
(2 × 5 × 2 mm)
wurden mit einer Schere herausgeschnitten und auf Kollagenenthaltende
Gele für
eine Gewebekultur in Eagle's
Minimal Essentiell Medium (MEM), das mit 10% fetalem Rinderserum
und Gentamycin ergänzt
war, gelegt, wie es von Li et al., PNAS USA (1991) 88, 1908–1912, beschrieben
worden ist. Die Kulturen wurden bei 37°C in einem begasten Inkubator
mit 5% CO2 gehalten. Die Liposomenwechselwirkung mit
der Haut wurde 24 Stunden nach der Gewebekultur initiiert.
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40
ml LipoTAXI-Transfektionsreagenz (Stratagene, San Diego, CA) wurden
20 ml (10 μg) pEGFP-p21-Plasmid-DNA
zugesetzt, dann gemischt und 30 min bei Raumtemperatur inkubiert.
400 μl serumfreies
MEM wurden dem Gemisch zugesetzt und dann auf die Hautkulturschale
unter Verwirbeln übertragen und
die Gemische wurden 4 Stunden bei 37°C inkubiert. Das Medium wurde
durch 2 ml MEM mit 10% Serum ersetzt und 48 Stunden bei 37°C in 5% CO2 inkubiert.
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Zur
Untersuchung der Expression wurde ein Nikon-Fluoreszenzmikroskop
verwendet, das mit aGFP-Würfeln
ausgestattet war. Das EGFP-p21-Gen wurde selektiv in Haarfollikeln
exprimiert, wie es durch eine HelI-GFP-Fluoreszenz visualisiert
wurde.