PTX-sens i t ive G-Proteme , ihre Herstellung und Verwendung PTX-sensitive G-Proteme, its production and use
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft neue humane G-Proteme, insbesondere ß3-Unteremheιten der G-Proteme, Verfahren zu deren Herstellung und ihre Verwendung in Diagnostik und TherapieThe present invention relates to new human G-Proteme, in particular ß3-Unteremheιten G-Proteme, processes for their preparation and their use in diagnostics and therapy
Heterotnmere Guan nukleotid-bmdende Proteine (G-Proteme) haben eine herausragende Bedeutung bei der intrazellularen Signaltransduktion Sie vermitteln die Weiterleitung extra zellularer Signale nach Stimulation von Hormonrezeptoren und anderen Rezeptoren, welche nach Rezeptoraktivierung eine Kon formationsanderung durchmachen. Dies fuhrt zur Aktivierung von G-Protemen, welche nachfolgend intrazellulare Effektoren (z.B Ionenkanale, Enzyme) aktivieren oder hemmen können Heterotnmere G-Proteme sind aus drei Untereinheiten, den α- , ß- und γ-Unter einheiten zusammengesetzt. Bislang wurden mehrere unterschied- liehe α-Unteremheiten, 5 ß-Untereinheiten und ca. 12 γ-Unterem- heiten mittels biochemischer und molekularbiologischer Methoden nachgewiesen (Birnbaumer, L and Birnbaumer, M. Signaltrans - duction by G proteins- 1994 edition. J.Recept . Res . 15:213-252, 1995; Offermanns, S. and Schultz, G. Complex Information process g by the transraembrane signaling System mvolving G proteins. Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol . 350:329-338, 1994; Nürnberg, B., Gudermann, T., and Schultz, G. Receptors and G proteins as pπmary components of transmembrane Signal trans duction Part 2 G proteins: strueture and function. J.Mol.Med. 73 123-132, 1995; Neer, E.J. Heterotrimeric G proteins- Organizers of Transmembrane Signals. Cell 80:249-257, 1995; Rens- Do iano, S. and Hamm, H.E. Structural and functional relation- ships of heterotrimeric G-proteins. FASEB J. 9:1059-1066, 1995).Heterotomeric guan nucleotide-binding proteins (G-proteins) are of outstanding importance in intracellular signal transduction. They mediate the forwarding of extra cellular signals after stimulation of hormone receptors and other receptors, which undergo a conformational change after receptor activation. This leads to the activation of G-proteins, which can subsequently activate or inhibit intracellular effectors (e.g. ion channels, enzymes). Heterotomeric G-proteins are composed of three subunits, the α, β and γ subunits. So far, several different α subunits, 5 β subunits and approx. 12 γ subunits have been detected using biochemical and molecular biological methods (Birnbaumer, L and Birnbaumer, M. Signal transduction by G proteins- 1994 edition. J. Recept. Res. 15: 213-252, 1995; Offermanns, S. and Schultz, G. Complex Information process g by the transraembrane signaling System mvolving G proteins. Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 350: 329-338, 1994; Nürnberg, B., Gudermann, T., and Schultz, G. Receptors and G proteins as pπmary components of transmembrane Signal transduction Part 2 G proteins: strueture and function. J. Mol. Med. 73 123-132, 1995; Neer, EJ Heterotrimeric G proteins- Organizers of Transmembrane Signals. Cell 80: 249-257, 1995; Rens- Do iano, S. and Hamm, HE Structural and functional relation- ships of heterotrimeric G-proteins. FASEB J. 9: 1059-1066, 1995).
Die rezeptorvermittelte Aktivierung bestimmter α-Unteremheiten kann durch Vorbehandlung mit Pertussistox (PTX) gehemmt werden. Dazu gehören insbesondere die α-Isoformen il, αι2 und αι3, sowie unterschiedliche αo -Untereinheiten. Solche G-Proteine werden auch als "PTX-sensitive G-Proteme" bezeichnet.The receptor-mediated activation of certain α-subunits can be inhibited by pretreatment with pertussis tox (PTX). These include, in particular, the α isoforms il, αι2 and αι3, and different αo subunits. Such G proteins are also referred to as "PTX-sensitive G proteins".
ßγ-Untere heiten erfüllen wesentliche Funktionen bei der G-Protemaktivierung sowie bei der Modulation intrazellularer Reaktionen. Alle bisher bekannten G-Protein-ß-Unteremheiten weisen auf der Ebene der Nukleotidsequenz und auf der Ebene der Aminosauresequenz hohe Homologien auf Dabei werden diese Ähnlichkeiten nicht nur innerhalb der humanen ß-Untereinneiten
gefunden (ßl, ß2, ß3 ) sondern auch im Vergleich zu ß-Unterem- heiten anderer Spezies, beispielsweise Fruchtfliege oder Hefe.ßγ subunits perform essential functions in G-prototype activation and in the modulation of intracellular reactions. All previously known G-protein ß subunits have high homologies at the level of the nucleotide sequence and at the level of the amino acid sequence. These similarities are not only within the human ß subunits found (ßl, ß2, ß3) but also in comparison to ß subunits of other species, for example fruit flies or yeast.
Aus Rontgenstrukturanalysen konnten diejenigen Aminosäuren in α, ß und γ-Untereinheiten ermittelt werden, welche untereinander in Kontakt stehen und die für die geordnete Ausbildung des Hetero- trimers erforderlich sind.From X-ray structure analyzes, those amino acids in α, β and γ subunits were determined which are in contact with each other and which are necessary for the orderly formation of the hetero trimer.
Alle bislang bekannten G-Protem ß-Untereinheiten gehören zu den sog. "WD-Repeat" -Proteinen. Der N-Terminus der ß-Untereinhei t interagiert vorwiegend mit γ-Untereinheiten, der C-Terminus ist an der Interaktion mit Rezeptoren beteiligt.All previously known G-Prot ß subunits belong to the so-called "WD repeat" proteins. The N-terminus of the ß-subunit mainly interacts with γ-subunits, the C-terminus is involved in the interaction with receptors.
ß-Unteremheiten bilden sogenannte Propellerstrukturen aus. Die ß-Propeller der Gß-Untereinheiten bestehen aus 7 "ß-Propeller - blättern", wobei jedes Propellerblatt aus 4 antiparallel angeordneten Aminosäurebereichen besteht. Die siebenfache Symmetrie der ß-Propeller läßt sich auf Ebene der Aminosauresequenz nachweisen, die 7 sogenannte WD-Repeats beinhaltet. Ein WD-Repeat Motiv umfaßt ca. 40 Aminosäuren und weist eine Anzahl konservierter Aminosäuren auf, darunter Trp-Asp-Dipeptidsequenzen . Dieses WD-Mot v beendet häufig das WD repeat (Abb. 1).ß sub-units form so-called propeller structures. The ß-propellers of the Gß subunits consist of 7 "ß-propellers - blades", each propeller blade consisting of 4 amino acid regions arranged in antiparallel. The seven-fold symmetry of the ß-propeller can be demonstrated at the level of the amino acid sequence, which contains 7 so-called WD repeats. A WD repeat motif comprises approximately 40 amino acids and has a number of conserved amino acids, including Trp-Asp dipeptide sequences. This WD mot v often ends the WD repeat (Fig. 1).
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß beispielsweise bei Hypertonikern G-Protein ß3-Untereinheiten vorkommen, die nur aus 6 anstatt der sonst beschriebenen 7 WD-Repeat Motiven bestehen. Diese Hypertoniker wiesen eine gesteigerte zellulare Aktivierbar- keit von PTX-sensitiven G-Proteinen gegenüber Normotonikern auf.Surprisingly, it has now been found that, for example, hypertensives have G-protein β3 subunits which consist only of 6 instead of the otherwise described 7 WD repeat motifs. These hypertensives showed an increased cellular activation of PTX-sensitive G proteins compared to normotonics.
Die molekulare Analyse ergab eine neue Aminosauresequenz für die ß3-Untereinheit bei diesen Hypertonikern, die gegenüber der bekannten Sequenz um 41 Aminosäuren verkürzt ist. Die Sequenz ist in SEQ ID NO: 2 dargestellt. Formal geht sie aus der bekannten humanen ß3-Untereinheit durch Deletion der Aminosäuren 167-207 hervor.The molecular analysis revealed a new amino acid sequence for the ß3 subunit in these hypertensives, which is shortened by 41 amino acids compared to the known sequence. The sequence is shown in SEQ ID NO: 2. Formally, it emerges from the well-known human β3 subunit by deleting amino acids 167-207.
Die entsprechende dafür codierende DNA-Sequenz ist in SEQ ID NO:l beschrieben.The corresponding DNA sequence coding therefor is described in SEQ ID NO: 1.
Die Ursache für das Auftreten der verkürzten Gß3-Untereinheit bei Hypertonikern ist vermutlich ein alternatives Spleißen des entsprechenden Gens. Es findet sich auf DNA-Ebene genau vor der putativen Spleißstelle ein Intron. Das Intron beginnt hinter dem Nukleotid 497 des offenen Leserahmens (Numerierung gemäß SEQ ID NO: 1) .
Mittels PCR an genomischer DNA konnte auch ein Intron beginnend etwa bei Nukleotid 620 nachgewiesen werden. Die verkürzte Form kommt offenbar durch Deletion eines kompletten Exons zustande. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Her- Stellung von verkürzten Formen von humanen Gß3-Untereinheiten wie sie oben erwähnt sind, durch Expression einer dafür codierenden Nukleinsäuresequenz in einem Wirtsorganismus.The reason for the appearance of the truncated Gß3 subunit in hypertensives is probably an alternative splicing of the corresponding gene. There is an intron at the DNA level just in front of the putative splice point. The intron begins behind nucleotide 497 of the open reading frame (numbering according to SEQ ID NO: 1). An intron could also be detected using PCR on genomic DNA, starting at nucleotide 620. The shortened form is evidently the result of the deletion of a complete exon. Another object of the invention is a method for producing shortened forms of human Gß3 subunits as mentioned above, by expressing a nucleic acid sequence coding therefor in a host organism.
Die rekombinante Expression geschieht bevorzugt durch Herstellen eines Genkonstruktes, das neben der codierenden Nukleinsäuresequenz auch noch weitere Signal- und Regulationssequenzen enthält, wie Promotoren, Terminatoren, Riboso ale Bindungsstellen, Polyadenylierungsstellen und ähnliche. Die allgemeine Vorgehensweise zur rekombinanten Expression eines Gens ist dem Fachmann gelaufig.The recombinant expression is preferably carried out by producing a gene construct which, in addition to the coding nucleic acid sequence, also contains further signal and regulatory sequences, such as promoters, terminators, riboseal binding sites, polyadenylation sites and the like. The general procedure for the recombinant expression of a gene is familiar to the person skilled in the art.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erf indungsgemaßen Nukleinsauresequenzen zur Herstellung von Arzneimitteln zur gentherapeutischen Behandlung. Durch Einbringen dieser Nukleinsauresequenzen in direkter Form oder nach Herstellung eines entsprechenden Genvektors in Zellen von Patienten kann in diesen eine erhöhte Aktivierbarkeit von G-Proteinen erreicht werden.Another object of the invention is the use of the nucleic acid sequences according to the invention for the production of medicaments for gene therapy treatment. By introducing these nucleic acid sequences in direct form or after producing a corresponding gene vector in the cells of patients, an increased activatability of G proteins can be achieved in these.
Dies ist bei einer Reihe von Erkrankungen, bei denen eine G-Protein assoziierte Fehlsteuerung vorliegt, wünschenswert.This is desirable in a number of diseases in which G protein-associated misregistration is present.
Unter Krankheiten, die mit einer G-Protein Fehlsteuerung assoziiert sind, sind solche Erkrankungen zu verstehen, bei denen das G-Protein in der Signaltransduktion mvolviert ist und seine Funktion nicht in physiologischer Weise erfüllt.Diseases which are associated with a G protein malfunction are to be understood as diseases in which the G protein is involved in signal transduction and does not fulfill its function in a physiological manner.
Bei den Erkrankungen handelt es sich u.a. um Herz-Kreislauf Erkrankungen, Stoffwechselstorungen und Immunerkrankungen.The diseases include cardiovascular diseases, metabolic disorders and immune diseases.
Als Herz-Kreislauf Erkrankungen sind zu nennen: Hypertonie, Schwangerschaftshypertonie (Gestose, "hypertension in pregnancy" ) , koronare Herzkrankheit, lokalisierte und/oder generalisierte Atherosklerose, Stenosen der Blutgefäße, Restenose nach revaskularisierenden Gef ßeingriffen (z.B. PTCA mit und ohne Stentimplantation) , Apoplexneigung. Thromboseneigung und gesteigerte Thrombozytenaggregation.Cardiovascular diseases include: hypertension, gestational hypertension (gestosis, "hypertension in pregnancy"), coronary heart disease, localized and / or generalized atherosclerosis, stenosis of the blood vessels, restenosis after revascularizing vascular interventions (e.g. PTCA with and without stent implantation), Apoplex tendency. Thrombosis tendency and increased platelet aggregation.
Als Stoff echselstorungen sind zu nennen: Metabolisches Syndrom, Insulinresistenz und Hyperinsulinämie, Typ II-Diabetes mellitus, diabetische Komplikationen (z.B. Nephro- pathie, Neuropathie, Retmopathie, etc.) Fettstoffwecnsel -
Störungen, gestörte zentrale Chemorezeption (C02-Toleranz , Azido- setoleranz, plötzlicher Kindstod (SIDS)).Metabolic disorders include: Metabolic syndrome, insulin resistance and hyperinsulinemia, type II diabetes mellitus, diabetic complications (e.g. nephropathy, neuropathy, retmopathy, etc.). Disorders, disturbed central chemoreception (C0 2 tolerance, acidosis tolerance, sudden child death (SIDS)).
Als Immunerkrankungen sind zu nennen: Gestorte Starke der körpereigenen Immunantwort (Bildung von Immunglobulinen, Aggressivität von T-Zellen und NK-Zellen) , gestörte generelle Proliferationsneigung inkl. Wundheilungs- vermogen, Neigung zur Tumorentstehung und Proliferation inkl. Metastasierungspotential maligne transformierter Zellen, Dauer der Latenzzeit nach HIV-Infektion bis zum klinischen Ausbruch der Erkrankung, Kaposi-Sarkom, Neigung zu Leberzhirrose, Trans - plantatoleranz und Transplantatabstoßung .The following can be mentioned as immune diseases: disturbed strength of the body's immune response (formation of immunoglobulins, aggressiveness of T cells and NK cells), impaired general tendency to proliferate including wound healing ability, tendency to tumor development and proliferation including metastatic potential of malignant transformed cells, duration of the Latency after HIV infection until the clinical onset of the disease, Kaposi's sarcoma, tendency to cirrhosis of the liver, graft tolerance and graft rejection.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erf indungsgemaßen Nukleinsauresequenzen zur Diagnostik vonAnother object of the invention is the use of the nucleic acid sequences according to the invention for the diagnosis of
Erkrankungen, vor allem auch zur Ermittlung des Risikos, ein einer Krankheit, die mit G-Protem-Fehlsteuerung assoziiert ist, zu erkranken.Diseases, especially to determine the risk of developing an illness associated with G-Protem malfunction.
Neben der Ermittlung des Risikos für bestimmte Erkrankungen können auch allgemeine physiologische Daten und Aussagen durch die erfindungsgemäße Verwendung gemacht werden, beispielsweise zu zentralen Chemorezeption, C0 -Toleranz, Azidosetoleranz, Gefahr des plötzlichen Kindstods (SIDS) , Tauglichkeit für bestimmte Sportarten.In addition to determining the risk for certain diseases, general physiological data and statements can also be made through the use according to the invention, for example on central chemoreception, C0 tolerance, acidosis tolerance, risk of sudden child death (SIDS), suitability for certain sports.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Nukleins uresequenzen, die komplementär sind zu den für die verkürzte Form der Gß3-Untereinheit codierenden Nukleinsaure - Sequenzen. Solche Sequenzen lassen sich als Antisense Konstrukte verwenden zur Behandlung oder zur Prävention von Erkrankungen, die mit einer G-Protein Fehlsteuerung assoziiert sind.Another object of the invention is the use of nucleic acid sequences which are complementary to the nucleic acid sequences coding for the shortened form of the Gß3 subunit. Such sequences can be used as antisense constructs for the treatment or prevention of diseases which are associated with a G-protein malfunction.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung eines relativen Erkrankungsrisikos an mit G-Protein- Fehlsteuerung assoziierten Krankheiten für einen Probanden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gensequenz für humanes G-Protein ß3-Untere heit des Probanden mit der Gensequenz SEQ ID NO:l vergleicht und für den Fall, daß sie mit SEQ ID N0:1 übereinstimmt, dem Probanden ein erhöhtes Erkrankungsrisiko zuordnet .Another object of the invention is a method for determining a relative risk of disease in diseases associated with G-protein malfunction for a subject, characterized in that the gene sequence for human G-protein β3-lower unit of the subject with the gene sequence SEQ ID NO : l compares and, if it matches SEQ ID N0: 1, assigns the subject an increased risk of disease.
Bei dem erf indungsgemaßen Verfahren zur Ermittlung des relativen Erkrankungsrisikos wird einem Probanden Korpermaterial entnommen, das die genetische Information des Probanden enthalt. Dies wird
in der Regel durch Blutentnahme und Isolierung der Nukleinsaure hieraus erreicht.In the method according to the invention for determining the relative risk of disease, body material which contains the genetic information of the subject is removed from a subject. this will usually achieved by taking blood and isolating the nucleic acid from it.
Aus der isolierten Nukleinsaure des Probanden wird die Gen Struktur für das G-Protein ß3 Untereinheit ermittelt und mit der in SEQ ID N0:1 angegebenen Sequenz verglichen.The gene structure for the G-protein β3 subunit is determined from the isolated nucleic acid of the test subject and compared with the sequence given in SEQ ID N0: 1.
Die Ermittlung der Genstruktur kann durch Sequenzierung der Nukleinsaure erfolgen. Dies kann entweder direkt aus der genomischen DNA oder nach Amplif lzierung der Nukleinsaure beispielsweise mittels PCR-Technik erfolgen.The gene structure can be determined by sequencing the nucleic acid. This can be done either directly from the genomic DNA or after amplification of the nucleic acid, for example using the PCR technique.
Die Genstruktur kann auf auf mRiMA oder cDNA Ebene erfolgen.The gene structure can occur at the mRiMA or cDNA level.
Bevorzugt ist die Ermittlung durch Sequenzierung nach PCR-Ampli fikation der cDNA. Die für die PCR-Reaktion geeigneten Primer lassen sich für den Fachmann leicht aus den in SEQ ID NO:l dar gestellten Sequenzen ableiten. Man verfahrt dabei vorteilhaf ter - weise so, daß jeweils ein Strang und Gegenstrang bindender Primer vor und nach der Deletionsstelle gewählt wird.The determination by sequencing after PCR amplification of the cDNA is preferred. The primers suitable for the PCR reaction can easily be derived for the person skilled in the art from the sequences set out in SEQ ID NO: 1. The procedure is advantageously such that a strand and counter strand binding primer are chosen before and after the deletion site.
Der Genvergleich kann jedoch auch mit anderen Methoden, beispielsweise durch selektive Hybridisierung oder durch entsprechende Kartierung mit Restriktionsenzymen durchgeführt werden.However, the gene comparison can also be carried out using other methods, for example by selective hybridization or by appropriate mapping with restriction enzymes.
Die oben beschriebenen diagnostischen Verfahren können auch auf Proteinebene durchgeführt werden. Beispielsweise können die erfindungsgemaßen Proteine dazu verwendet werden, spezifische Antikörper herzustellen, die die verkürzte Form der Gß3-Unter emheit gezielt erkennen. Mittels solcher Antikörper können dann ggf. mittels üblicher ELISA-Methoden proteinchemische Untersuchungen zusatzlich oder alternativ zu den genetischen Untersuchungen durchgeführt werden.The diagnostic procedures described above can also be performed at the protein level. For example, the proteins according to the invention can be used to produce specific antibodies which specifically recognize the shortened form of the Gß3 subunit. Using such antibodies, protein-chemical tests can then be carried out in addition to or alternatively to the genetic tests, if necessary using conventional ELISA methods.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von transgenen Tieren, die die oben beschriebene Genveranderung (Verkürzung der Gß3-Untereιnheιt) tragen. Solche transgenen Tiere sind vor allem als Tiermodelle für die Untersuchung und Therapie der oben beschriebenen Krankheiten von großer Bedeutung. Die Verfahren zur Erzeugung transgener Tiere sind dem Fachmann allgemein bekannt.Another object of the invention is the production of transgenic animals that carry the gene modification described above (shortening the Gß3-Untereιnheιt). Such transgenic animals are particularly important as animal models for the investigation and therapy of the diseases described above. The methods for producing transgenic animals are generally known to the person skilled in the art.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung der Erfindung.
Experimenteller TeilThe following examples serve to further illustrate the invention. Experimental part
1 Funktionelle Ergebnisse zur G Protein-Aktivierung bei essentieller Hypertonie1 Functional results for G protein activation in essential hypertension
Es erfolgte eine detaillierte Charakterisierung der Aktivierung von G- Proteinen aus Zellen normotensiver Probanden und hyper tensiver Patienten. Dazu wurde der stimulierte Einbau von radioaktiv markiertem [35S] GTPγS nach der von Wieland et al. beschrie- benen Methode (Wieland, T., Liedel, K., Kaldenberg Stasch, S., Meyer zu Heπngdorf , D , Schmidt, M , and Jakobs, K H. Analysis of receptor-G protem mteractions m permeabilized cells Naunyn - Schmiedeberg ' s Arch. Pharmacol 351:329 336, 1995) quantifiziert. Die Aktivierung von G- Proteinen erfolgte zunächst durch Stimulation von mit Digitonm permeabiliserten Zellen mittels des Peptids Mastoparan-7. Dieses Peptid ahmt die Konfiguration eines aktivierten, G Protem-gekoppelten Rezeptors nach, so daß damit eine rezeptorunabhangige, direkte G Proteinaktivierung induziert werden kann (Ross, E.M. and Higashi i a, T. Regulation of G-protein activation by mastoparan and other cationic peptides. Methods Enzy ol. 237:27-38, 1994). Die durch MAS - 7 induzierte Bindung von GTPγS ist vollständig PTX-sensitiv, so daß damit die Aktivierung heterotπmerer G-Proteme vom Gi Typ quantifiziert wird. In Abb. 2 ist die Konzentrationsabhangigkei t der durch Mastιparan-7 (MAS-7) induzierten G- Proteinaktivierung bei Normotonie (NT) und Hypertonie (HT) dargestellt. An HT-Zellen induziert MAS-7 e ne starke [35S] GTPγS -Bindung, deren EC50 bei ca. 5 μiM liegt (Abb. 2). Ein Bindungsmaximum wird bei etwa 25 bis 50 μM MAS-7 erreicht. Im Gegensatz dazu werden für die gleiche [35S] GTPγS -Bindung an NT-Zellen lOfach höhere Konzentration benotigt (Abb. 2). Diese Daten belegen, daß die Aktivierung PTX sensitiver G-Proteme in HT-Zellen deutlich weniger aktivierten Rezeptor benotigt als die in NT-Zellen.The activation of G proteins from cells of normotensive subjects and hypertensive patients was characterized in detail. For this purpose, the stimulated incorporation of radioactively labeled [ 35 S] GTPγS according to the method described by Wieland et al. described method (Wieland, T., Liedel, K., Kaldenberg Stasch, S., Meyer zu Heπngdorf, D, Schmidt, M, and Jakobs, K H. Analysis of receptor-G protem mteractions m permeabilized cells Naunyn - Schmiedeberg 's Arch. Pharmacol 351: 329 336, 1995). G proteins were first activated by stimulation of cells permeabilized with Digitonm using the peptide mastoparan-7. This peptide mimics the configuration of an activated, G protein-coupled receptor, so that it can be used to induce receptor-independent, direct G protein activation (Ross, EM and Higashi ia, T. Regulation of G-protein activation by mastoparan and other cationic peptides. Methods Enzy ol. 237: 27-38, 1994). The binding of GTPγS induced by MAS - 7 is completely PTX-sensitive, so that the activation of heterotimeric G-type proteins of the Gi type is thus quantified. Fig. 2 shows the concentration dependence of the G protein activation induced by Mastιparan-7 (MAS-7) in normotonia (NT) and hypertension (HT). MAS-7 induces a strong [ 35 S] GTPγS binding on HT cells, the EC50 of which is approx. 5 μiM (Fig. 2). A binding maximum is reached at about 25 to 50 μM MAS-7. In contrast, the same [ 35 S] GTPγS binding to NT cells requires a tenfold higher concentration (Fig. 2). These data demonstrate that the activation of PTX-sensitive G-Proteme in HT cells requires significantly less activated receptor than that in NT cells.
in Abb. 3 ist der Zeitverlauf der durch Mastoparan-7 stimulierten Bindung von [35S] GTPγS an Zellmien von Normotomkern (NT) und Hypertonikern (HT) dargestellt.Fig. 3 shows the time course of the binding of [ 35 S] GTPγS stimulated by mastoparan-7 to cell lines of the normotome nucleus (NT) and hypertensive (HT).
Die Bindung von [35S] GTPγS an Hypertonikerzellen erfolgt deutlich beschleunigt (Geschwindigkeitskonstanten 0,005 s - bei Normotonie versus 0,01 s l bei Hypertonie).The binding of [ 35 S] GTPγS to hypertensive cells is significantly accelerated (rate constants 0.005 s - for normotonia versus 0.01 s l for hypertension).
In Abb. 4 ist die GDP -Abhängigkeit der durch Mastoparan-7 st mu lierten Bindung von [35S] GTPγS an isolierte Zellmembranen von Normotomkern und Hypertonikern dargestellt. Man erkennt, daß das Maximum der stimulierten [35S] GTPγS -Bindung an Membranen von Hypertonikern bereits bei geringeren Konzentrationen von GDP
erfolgt (ca. 0,2 μmol/L), wahrend für den gleichen Effekt bei Normotomkern eine Konzentration von 1 μmol/L GDP benotigt wird.Fig. 4 shows the GDP dependency of the binding of [ 35 S] GTPγS, which was muted by mastoparan-7 st, to isolated cell membranes of normotome nuclei and hypertensives. It can be seen that the maximum of the stimulated [ 35 S] GTPγS binding on membranes of hypertensive patients is already at lower concentrations of GDP takes place (approx. 0.2 μmol / L), whereas a concentration of 1 μmol / L GDP is required for the same effect with normotome cores.
In ähnlicher Weise benotigt die maximale, durch Mastoparan-7 stimulierte Bindung von [35S] GTPγS an Membranpraparationen von Hypertonikerzellen eine geringe Konzentration an freiem Mg2+ (ca 0,01 mmol/L), wahrend für die gleiche maximale [35S] GTPγS Bindung an Membranen von Normotonikerzellen eine freie Mg2+-Konzentratιon von 0,1 mmol/1 erforderlich ist (Abb. 5).Similarly, the maximum binding of [ 35 S] GTPγS stimulated by mastoparan-7 to membrane preparations of hypertensive cells requires a low concentration of free Mg 2+ (about 0.01 mmol / L), while for the same maximum [ 35 S] GTPγS binding to membranes of normotonic cells requires a free Mg 2+ concentration of 0.1 mmol / 1 (Fig. 5).
Nachfolgend wurden Experimente zur Rekonstitution der gesteiger ten Aktivierbarkeit von G Proteinen aus Hypertonikerzellen durchgeführt Dazu wurden aus Rinderauge der Photorezeptor Rhodopsm, sowie die G- Proteme-α-Untereinheit Transducm (αt) gereinigt (Phillips, W.J., Wong, S.C., and Ceπone, R.A Rhodopsm/trans ducm mteractions . II Influence of the transducm-ßγ subunit romplex on the couplmg of the transducm a subunit to rhodopsm J.Biol.Chem. 267:17040 17046, 1992). Zusatzlich wurden aus Mem branen von Normotoniker- und Hypertonikerzellen G Proteine durch Zugabe von Cholat extrahiert (Mitchell, J., Northup, J.K., and Schimmer, B.P. Defective guanyl nucleotidebmdmg prote ßγ sub units in a forskolin resistant mutant of the Yl adrenocortical cell lme. Proc.Natl . Acad . Sei . U. S . A. 89 (19) : 8933 - 8937 , 1992). Es wurde die durch Rhodopsm (= Rezeptor) induzierte spezifische Bindung von [35S] GTPγS an α-Transducin (αt) gemessen und der Einfluß von Cholatextrakten aus Membranen von Normotoniker und Hypertonikerzellen auf diese Bindung wurde untersucht. Die Proteinkonzentration der Cholatextrakte war bei allen Versuchen identisch.Subsequently, experiments were carried out to reconstitute the increased activatability of G proteins from hypertensive cells. For this purpose, the photoreceptor Rhodopsm and the G-Proteme-α subunit Transducm (αt) were purified from cattle eye (Phillips, WJ, Wong, SC, and Ceπone, RA Rhodopsm / trans ducm mteractions. II Influence of the transducm-ßγ subunit romplex on the couplmg of the transducm a subunit to rhodopsm J.Biol.Chem. 267: 17040 17046, 1992). In addition, G proteins were extracted from membranes of normotonic and hypertensive cells by adding cholate (Mitchell, J., Northup, JK, and Schimmer, BP Defective guanyl nucleotidebmdmg prote ßγ sub units in a forskolin resistant mutant of the Yl adrenocortical cell lme. Proc.Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89 (19): 8933-8937, 1992). The specific binding of [ 35 S] GTPγS to α-transducin (αt) induced by Rhodopsm (= receptor) was measured and the influence of cholate extracts from membranes of normotonic and hypertensive cells on this binding was investigated. The protein concentration of the chola extracts was identical in all experiments.
In Abb. 6 ist der Einfluß von Cholatextrakten von Normotoniker und Hypertonikerzellen auf die durch Rhodopsm stimulierte Bindung von [35S] GTPγS an αt dargestellt.Fig. 6 shows the influence of cholate extracts from normotonic and hypertensive cells on the Rhodopsm-stimulated binding of [ 35 S] GTPγS to αt.
Hier wird ersichtlich, daß Cholatextrakte aus Hypertonikerzellen die durch Rhodopsm katalysierte Bindung von [35S] GTPγS an αt deutlich starker fordern, als dies durch Cholatextrakte von Normotomkern vermittelt wird.It can be seen here that cholate extracts from hypertensive cells require the rhodopsm-catalyzed binding of [ 35 S] GTPγS to αt to be significantly higher than is mediated by cholate extracts from normotome nuclei.
Die gezeigten Experimente erlauben die folgenden Schluß - folgerungen-The experiments shown allow the following conclusions - conclusions -
• Bei Hypertonikerzeilen liegt eine gesteigerte Aktivierbarkeit von G-Protemen vor. Diese erfolgt im Vergleich zur G- Proteinaktivierung bei Normotonikerzellen der Weise effizienter, als Hypertonikerzellen deutlich weniger akti vierten Rezeptor benotigen und zusätzlich die Kinetik der
G- Proteinaktivierung deutlich beschleunigt ist (Abb. 2 und 3 ) .• In hypertensive lines there is an increased activatability of G-Protemen. Compared to G-protein activation, this takes place more efficiently in normotonic cells, in that hypertension cells require significantly less activated receptor and additionally the kinetics of the G protein activation is significantly accelerated (Fig. 2 and 3).
• Zudem benotigt die maximale G-Protemaktivierung bei Hyper- tonikerzellen im Vergleich zu Normotonikerzellen deutlich geringere Konzentrationen an freiem GDP und an freiem Mg-2-'* . Dies fuhrt zu der Schlußfolgerung, daß die Proteininter - aktionen von α- , ß- und γ-Unteremheiten in Hypertoniker - zellen gegenüber der in Normotonikerzellen deutlich effizienter erfolgen (Abb. 4 und 5) .• In addition, the maximum G-protein activation in hypertonic cells requires significantly lower concentrations of free GDP and free Mg- 2 - ' * compared to normotonic cells. This leads to the conclusion that the protein interactions of α, ß and γ subunits in hypertensive cells are significantly more efficient than those in normotonic cells (Fig. 4 and 5).
• Die durch Rhodopsm katalysierte Bindung von [35S] GTPγS an αt wird durch Cholatextrakte aus Hypertonikerzellen deutlich mehr verst rkt als durch Cholatextrakte aus Normotoniker - zellen. Dies beweist, daß die verstärkte G-Protemaktivierung bei Hypertonikerzellen in einem vitro- System rekonsti- tuierbar ist (Abb. 6). Zudem kann aus diesen Befunden die eindeutige Schlußfolgerung gezogen werden, daß die zugrundeliegende Alteration in Hypertonikerzellen bei ßγ-Untere hei - ten heterotrimerer G- Proteine zu suchen ist. In dem genannten Rekonsti tutionssyste werden bei Anwesenheit von αt die in den Cholatextrakten noch vorhandenen α-Unteremheiten nicht mehr aktiviert. Zudem aktiviert der zugegebene Fotorezeptor Rhodopsm spezifisch nur das zugegebene αt, nicht hingegen die endogen in Cholatextrakten verbliebenen α-Unteremheiten.• The binding of [ 35 S] GTPγS to αt, which is catalyzed by Rhodopsm, is significantly increased by cholate extracts from hypertensive cells than by cholate extracts from normotonic cells. This proves that the increased G-protein activation in hypertensive cells can be reconstructed in a vitro system (Fig. 6). In addition, the unequivocal conclusion can be drawn from these findings that the underlying alteration is to be found in hypertensive cells in the case of β-lower parts, ie heterotrimeric G proteins. In the reconstitution system mentioned, in the presence of αt, the α subunits still present in the cholate extracts are no longer activated. In addition, the added photoreceptor Rhodopsm specifically activates only the added αt, but not the α-subunits remaining endogenously in chola extracts.
Das neue Protein besteht aus 299 Aminosäuren. Gegenüber der vormals beschriebenen humanen Gß3 -Untereinheit findet sich eine Deletion im Bereich des 4. WD-Repeats. Aufgrund der Regelmäßig - keit der Abfolge bestimmter Aminosäuren laßt sich jedoch vorhersagen, daß das neue, kurze Gß3-Protem ebenfalls eine regelrechte Propellerstruktur ausbildet, wobei dieser neue Propeller nicht mehr aus sieben (Abb. 1), sondern nunmehr aus 6 Propellerblattern besteht (Abb. 7) .The new protein consists of 299 amino acids. Compared to the previously described human Gß3 subunit, there is a deletion in the area of the 4th WD repeat. However, due to the regularity of the sequence of certain amino acids, it can be predicted that the new, short Gß3 protein also forms a regular propeller structure, whereby this new propeller no longer consists of seven (Fig. 1), but now consists of 6 propeller blades (Fig 7).
Da sowohl der N-Terminus, als auch der C-Terminus der neuen, kurzen Gß3- Untereinheiten gegenüber der früher bekannten Gß3 -Untereinheit unverändert sind, läßt sich eine ungestörte Interaktion mit α- und γ-Untereinheiten heterotrimerer G- Proteine sowie mit koppelnden Rezeptoren vorhersagen. Im Zusammenhang mit den oben beschriebenen, funktionellen Ergebnissen ergibt sich, daß die neue, kurze Gß3 -Untereinheit funktionell die bei Hypertonikern beobachtete, gesteigerte Aktivierung heterotrimerer G- Proteine vermittelt.
Als Ursache für das Auftreten der verkürzten Gß3 -Untereinheiten bei Hypertonikern wird ein alternatives Spleißen des 'für humanes Gß3 -kodierenden Gens angenommen. Tatsächlich findet sich auf DNS- Ebene genau vor der putativen Spleißstelle ein Intron (Abb. 10) .Since both the N-terminus and the C-terminus of the new, short Gß3 subunits are unchanged from the previously known Gß3 subunit, an undisturbed interaction with α- and γ-subunits of heterotrimeric G proteins as well as with coupling receptors can be achieved predict. In connection with the functional results described above, it follows that the new, short Gß3 subunit functionally mediates the increased activation of heterotrimeric G proteins observed in hypertensives. An alternative splicing of the gene coding for human Gß3 is assumed to be the cause of the occurrence of the shortened Gß3 subunits in hypertensives. In fact, there is an intron at the DNA level just before the putative splice (Fig. 10).
Das Intron beginnt hinter der Base 497 des offenen Leserahmens, wenn das A des ATG- Startcodons als +1 definiert ist.The intron begins behind base 497 of the open reading frame when the A of the ATG start codon is defined as +1.
Die Introngrenzen und die "Branch-site" sind kursiv wiedergegeben und unterstrichen.The intron boundaries and the "branch site" are shown in italics and underlined.
GGA CAC CAC GTG ≤tgaggctgaacattgctggtgctggggcttgggagtgggcccgg cctttctctaacaαtctccctccattttσαcaσ TGC CTT GTG GGAGGA CAC CAC GTG ≤tgaggctgaacattgctggtgctggggcttgggagtgggcccgg cctttctctaacaαtctccctccattttσαcaσ TGC CTT GTG GGA
Da mittels PCR an genomischer DNS auch ein Intron beginnend bei ca. Base 620 des offenen Leserahmens nachweisbar ist, ist die hier beschriebene verkürzte Form des humanen Gß3 offensichtlich das Ergebnis eines alternativen Spleißens des ursprünglichen Gß3 , wobei es zur Deletion eines kompletten Exons kommt.
Since an intron can also be detected using PCR on genomic DNA starting at approximately base 620 of the open reading frame, the shortened form of human Gß3 described here is obviously the result of an alternative splicing of the original Gß3, with the deletion of a complete exon.
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CAG ATT GCA GAT GCC AGG AAA GCC TGT GCT GAC GTT ACT CTG GCA GAG 96 Gin Ile Ala Asp Ala Arg Lys Ala Cys Ala Asp Val Thr Leu Ala GluCAG ATT GCA GAT GCC AGG AAA GCC TGT GCT GAC GTT ACT CTG GCA GAG 96 Gin Ile Ala Asp Ala Arg Lys Ala Cys Ala Asp Val Thr Leu Ala Glu
20 25 3020 25 30
CTG GTG TCT GGC CTA GAG GTG GTG GGA CGA GTC CAG ATG CGG ACG CGG 144 Leu Val Ser Gly Leu Glu Val Val Gly Arg Val Gin Met Arg Thr ArgCTG GTG TCT GGC CTA GAG GTG GTG GGA CGA GTC CAG ATG CGG ACG CGG 144 Leu Val Ser Gly Leu Glu Val Val Gly Arg Val Gin Met Arg Thr Arg
35 40 4535 40 45
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TCC TCC TGG GTC ATG ACC TGT GCC TAT GCC CCA TCA GGG AAC TTT GTG 336 Ser Ser Trp Val Met Thr Cys Ala Tyr Ala Pro Ser Gly Asn Phe ValTCC TCC TGG GTC ATG ACC TGT GCC TAT GCC CCA TCA GGG AAC TTT GTG 336 Ser Ser Trp Val Met Thr Cys Ala Tyr Ala Pro Ser Gly Asn Phe Val
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GCA TGT GGG GGG CTG GAC AAC ATG TGT TCC ATC TAC AAC CTC AAA TCC 384 Ala Cys Gly Gly Leu Asp Asn Met Cys Ser Ile Tyr Asn Leu Lys SerGCA TGT GGG GGG CTG GAC AAC ATG TGT TCC ATC TAC AAC CTC AAA TCC 384 Ala Cys Gly Gly Leu Asp Asn Met Cys Ser Ile Tyr Asn Leu Lys Ser
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130 135 140130 135 140
TAT CTC TCC TGC TGC CGC TTC CTG GAT GAC AAC AAT ATT GTG ACC AGC 480 Tyr Leu Ser Cys Cys Arg Phe Leu Asp Asp Asn Asn Ile Val Thr Ser 145 150 155 160TAT CTC TCC TGC TGC CGC TTC CTG GAT GAC AAC AAT ATT GTG ACC AGC 480 Tyr Leu Ser Cys Cys Arg Phe Leu Asp Asp Asn Asn Ile Val Thr Ser 145 150 155 160
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TGC CGC TTG TTT GAC CTG CGG GCA GAC CAG GAG CTG ATC TGC TTC TCC 672 Cys Arg Leu Phe Asp Leu Arg Ala Asp Gin Glu Leu Ile Cys Phe SerTGC CGC TTG TTT GAC CTG CGG GCA GAC CAG GAG CTG ATC TGC TTC TCC 672 Cys Arg Leu Phe Asp Leu Arg Ala Asp Gin Glu Leu Ile Cys Phe Ser
210 215 220210 215 220
CAC GAG AGC ATC ATC TGC GGC ATC ACG TCT GTG GCC TTC TCC CTC AGT 720 His Glu Ser Ile Ile Cys Gly Ile Thr Ser Val Ala Phe Ser Leu Ser 225 230 235 240CAC GAG AGC ATC ATC TGC GGC ATC ACG TCT GTG GCC TTC TCC CTC AGT 720 His Glu Ser Ile Ile Cys Gly Ile Thr Ser Val Ala Phe Ser Leu Ser 225 230 235 240
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AGG GTG AGC TGC CTG GGA GTC ACA GCT GAC GGG ATG GCT GTG GCC ACA 864 Arg Val Ser Cys Leu Gly Val Thr Ala Asp Gly Met Ala Val Ala ThrAGG GTG AGC TGC CTG GGA GTC ACA GCT GAC GGG ATG GCT GTG GCC ACA 864 Arg Val Ser Cys Leu Gly Val Thr Ala Asp Gly Met Ala Val Ala Thr
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GGT TCC TGG GAC AGC TTC CTC AAA ATC TGG AAC TGAGGAGGCT GGAGAAAGGG 917 Gly Ser Trp Asp Ser Phe Leu Lys Ile Trp AsnGGT TCC TGG GAC AGC TTC CTC AAA ATC TGG AAC TGAGGAGGCT GGAGAAAGGG 917 Gly Ser Trp Asp Ser Phe Leu Lys Ile Trp Asn
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AAGTGGAAGG CAGTGAACAC ACTCAGCAGC CCCCTGCCCG ACCCCATCTC ATTCAGGTGT 977 TCTCTTCTAT ATTCCGGGTG CCATTCCCAC TAAGCTTTCT CCTTTGAGGG CAGTGGGGAG 1037
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35 40 4535 40 45
Arg Thr Leu Arg Gly His Leu Ala Lys Ile Tyr Ala Met His Trp AlaArg Thr Leu Arg Gly His Leu Ala Lys Ile Tyr Ala Met His Trp Ala
50 55 6050 55 60
Thr Asp Ser Lys Leu Leu Val Ser Ala Ser Gin Asp Gly Lys Leu Ile 65 70 75 80Thr Asp Ser Lys Leu Leu Val Ser Ala Ser Gin Asp Gly Lys Leu Ile 65 70 75 80
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100 105 110100 105 110
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