EP1751308A2 - Use of a genetic modification in the human gnaq gene for predicting risk of disease, the course of a disease, and reaction to treatments - Google Patents

Use of a genetic modification in the human gnaq gene for predicting risk of disease, the course of a disease, and reaction to treatments

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Publication number
EP1751308A2
EP1751308A2 EP05752556A EP05752556A EP1751308A2 EP 1751308 A2 EP1751308 A2 EP 1751308A2 EP 05752556 A EP05752556 A EP 05752556A EP 05752556 A EP05752556 A EP 05752556A EP 1751308 A2 EP1751308 A2 EP 1751308A2
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EP
European Patent Office
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gene
disease
gnaq
polymorphism
receptors
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05752556A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrich Frey
Winfried Siffert
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Universitaet Duisburg Essen
Original Assignee
Universitaet Duisburg Essen
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6883Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for diseases caused by alterations of genetic material
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/118Prognosis of disease development
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12Q2600/156Polymorphic or mutational markers
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    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/172Haplotypes

Definitions

  • the invention relates to methods for determining the presence of various polymorphisms in the human G ⁇ q gene (GNAQ) for predicting disease risks, disease courses and selecting individually suitable therapy methods.
  • GNAQ human G ⁇ q gene
  • All cells of the human body have membrane receptors on their surface that control all cell functions.
  • Such receptors include the so-called heptahelical receptors for hormones, neurotransmitters and che okine.
  • receptors for growth factors and receptors with intrinsic tyrosine kinase activity for example receptors for insulin, insulin-like growth factor, epidermal growth factor, platelet-derived growth factor and many more.
  • receptors that are responsible for regulating blood formation such as the receptor for erythropoietin.
  • Cell receptors, motility, gene expression, apoptosis and chemotaxis are controlled via such receptors.
  • the receptors mentioned transmit their signals into the cell interior via the activation of so-called heterotrimeric G proteins.
  • These G proteins consist of a large family of different isoforms and are each composed of different ⁇ , ⁇ and ⁇ subunits. At present 5 ⁇ subunits, 13 ⁇ subunits and more than 20 ⁇ subunits are known which are encoded by different genes (Farfel et al., 1999). The combination of these different ⁇ , ⁇ and ⁇ subunits creates a large number of different heterotrimeric G proteins.
  • the isoform combination determines which heterotrimer can be activated by a specific receptor.
  • the ß ⁇ subunits are to be considered functionally as a monomer.
  • the ⁇ subunit bound GDP Figure 1
  • Both the free a and the ß ⁇ subunits can control the activity of a variety of different effectors. These include, for example, ion channels, adenylyl cyclase, PI3 kinase, different MAP kinases etc.
  • the ⁇ subunits have an intrinsic GTPase activity which hydrolyzes the GTP bound after activation to GDP.
  • FIG. 1 A scheme of the G protein cycle is shown in Figure 1.
  • the activation of such G proteins is the crucial step for cell activation. Due to the paramount importance of G proteins, it is immediately obvious that mutations or genetic polymorphisms in genes coding for G proteins must have a lasting influence on the activatability of cells if these mutations influence the function or expression of G protein subunits. This also has a decisive influence on the risk of illness or the course of illness. In addition, the response to the therapy of diseases, be it through pharmaceuticals or other measures such as radiation, diets, operations, invasive interventions, etc. depends on the activability of G proteins.
  • the G ⁇ q subunit is expressed in all human body cells. Their stimulation leads, among other things, to the activation of phospholipase C and thus to an increase in the intracellular Ca + concentration ( Figure 1). So z. B. Ca 2+ -dependent processes can be activated. G ⁇ q can also regulate the activity of ion channels, for example potassium or calcium channels.
  • G ⁇ q Almost all known receptors couple to G ⁇ q, for example the receptors for acetylcholine, adenosine, adrenaline, angiotensin, bradykinin, endothelin, histamine, noradrenaline, P2-purinergic receptors, opioids, dopamine, epidermal growth factor, FSH, VIP, thyroliberin, glucagon , Vasopressin, histamine and many more.
  • FSH epidermal growth factor
  • VIP thyroliberin
  • glucagon glucagon
  • Vasopressin histamine and many more.
  • G ⁇ q-coupled receptors After stimulation G ⁇ q-coupled receptors, apoptosis is induced in many cell types, so 'is that a relationship to tumor diseases and their progression and response to therapy, but also with inflammatory and immunological diseases and their progression and treatment response is obtained.
  • G ⁇ q Changes in expression of G ⁇ q (overexpression or lack of expression)
  • the object on which the invention is based is to find polymorphisms and to clarify their physiological or pathophysiological significance. Therefore a. to provide function-changing genomic polymorphisms and haplotypes in the GNAQ gene which either lead to an amino acid exchange, or b. that affect the splicing behavior, or c. which lead to a change in the protein expression or to a change in the expression of splice variants, or d. which are suitable for finding and / or validating further polymorphisms or haplotypes in the GNAQ gene. e. To provide nucleotide exchanges and haplotypes that are suitable to generally predict disease risks and courses f.
  • nucleotide exchanges and haplotypes that are suitable for generally predicting drug response and side effects.
  • G To provide nucleotide exchanges and haplotypes that are suitable to generally predict the effects of other forms of therapy (radiation; heat, heat, cold, movement, etc.)
  • polymorphisms or haplotypes are suitable for generally predicting disease risks or disease courses in all diseases or for predicting therapy response / therapy failure or undesirable side effects for all pharmaceuticals or non-pharmacological therapies.
  • This object is achieved by a method for the determination of disease risk, progression of a disease, the effects of drugs, drug side effects and drug targets which 'is connected to a base substitution in the gene GNAQ, the subunit G ⁇ q encoding the human G proteins, in which is in the 5 'untranslated region of the gene for the G ⁇ q subunit human G proteins identified a base exchange (polymorphism).
  • Another object of the invention is a genetic test containing a probe for identifying one or more of the polymorphisms in the 5 'untranslated region of the GNAQ gene.
  • FIG. 1 The G ⁇ q signaling pathway.
  • the diagram shows how the G ⁇ q pathway after receptor stimulation is linked to a variety of signal transduction components, including ion channels, transcription factors and the synthesis of eicosanodes.
  • PLC phospholipase C
  • IP3 inositol triphosphate
  • PKC protein kinase C
  • PLA2 phospholipase A2
  • AA arachidonic acid
  • MLCK myosin light chain kinase
  • CaM calmodulin
  • p42 / p44 p42 and p44 MAP kinase.
  • Figure 3 Putative binding sites for transcription factors in the promoter of the GNAQ gene; The numbers on the right represent the reference to. ATG, the numbers on the left refer to the transcription start point.
  • FIG. 4 Results of the Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) with constructs containing the GC or the TT genotype in the GNAQ promoter. After adding nuclear extract, an increased binding can be seen of core protein and the "GC construct", which has a further binding site for the transcription factor SP-1. The binding is specifically inhibited by an anti-SP-1 antibody or in the presence of a displacing SP-1 oligonucleotide.
  • ESA Electrophoretic Mobility Shift Assay
  • FIG. 5 Constructs for measuring promoter activity using secreted alkaline phosphatase (SEAP).
  • SEAP secreted alkaline phosphatase
  • FIG. 6 Genotype-dependent activity of the GNAQ promoter.
  • FIG. 7 Expression of GNAQ mRNA in tissue depending on the GC (-909 / -908) TT polymorphism. The quotient G ⁇ q / ⁇ -actin mRNA is shown.
  • Figure 8 Protein / DNA ratio in the human heart in atrial fibrillation (VF) and sinus rhythm (SR) and dependence of the protein / DNA ratio on GC (-909 / - 908) TT polymorphism.
  • Figure 9 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and Ca 2+ increases in skin fibroblasts after stimulation with bradykinin. You can see higher increases in the cytoplasmic table-free Ca 2+ concentration in cells from subjects with at least one GC allele.
  • Figure 10 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and circulatory parameters in healthy people.
  • the stroke volume of the heart (left) and total peripheral resistance (right) are shown depending on the genotype.
  • Figure 11 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and disease progression in patients with chronic heart failure. The time from the initial diagnosis to the heart transplant is shown as a measure of the disease progression. One recognizes the more favorable course of the disease with the GC / GC genotype.
  • FIG. 12 Expression of GNAQ mRNA in adipose tissue depending on the GC (-909 / -908) TT polymorphism. The quotient G ⁇ q / ⁇ -actin mRNA is shown.
  • FIG. 13 Inhibitory effect of insulin on isoprenaline-induced lipolysis depending on the GC (-909 / -908) TT polymorphism.
  • the glycerol release is shown as a marker for lipolysis.
  • Figure 15 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and serum cholesterol in healthy individuals.
  • Figure 16 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and disease progression in patients with CLL. The time from the initial diagnosis to the start of therapy is shown as a measure of disease progression. One recognizes the more favorable course of the disease with the TT / TT genotype.
  • Figure 17A - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and time to metastasis in patients with bladder cancer.
  • Figure 17B - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and time to tumor progression in patients with bladder cancer.
  • Figure 17C - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and survival in patients with bladder cancer.
  • Figure 18 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism vasoconstriction after injection of noradrenaline, angiotensin, or endothelin into the skin. The change in skin circulation following the injection is shown.
  • polymorphisms are identified in the 5 'untranslated region of the GNAQ gene.
  • Polymorphisms which are preferably identified by the method according to the invention include a GC (-909 / -908) TT, a G (-382) A or a G (-387) A polymorphism or two or three of these polymorphisms.
  • the genetic test according to the invention contains one or more probes for identifying one or more of the polymorphisms GC (-909 / -908) TT, G (-382) A or G (-387) A in the 5 'untranslated region of the GNAQ gene.
  • the human G ⁇ q gene (GNAQ) is located on chromosome 9q21 (GenBank Accession number NM_002072, Fig. 2).
  • An essential element of the invention is the finding of the gene polymorphisms GC (-909 / -908) TT, G (-382) A and G (-387) A located in front of exon 1 in the promoter of the gene, which are obtained by systematic sequencing of DNA Samples of people have been found.
  • gene sequences which are located before exon 1 of GNAQ were amplified by means of a PCR reaction and sequenced according to the Sanger method.
  • PCR reactions can be carried out according to the so-called slowdown method and the corresponding PCR and / or sequencing primer according to a method described in Bachmann et al. , Pharmacogenetics 13 (12) 759-766, December 2003 algorithm described and established. Reference is made to the disclosure of this publication for the purposes of the invention.
  • the polymorphisms found according to the invention show a substitution of guanine by thymine (G-909T) at position -909 and at the same time a substitution of cytosine by thymine at position -908 (C-908T).
  • the exchanges G (-909) T and C (- 908) T always occur simultaneously, so that the genotypes TT / TT, GC / GC and TT / GC result.
  • G (-382) A polymorphism at position -382 there is a substitution of guanine by adenine
  • the G (-387) A polymorphism there is a substitution of guanine by adenine at position -387.
  • the corresponding partial sequences are accordingly for the GC (-909 / -908) TT polymorphism: GGTGCGGGAG CAGTAGGCGT CCGCAGAGCC CGCGGGGGCC GGCCCAGCCC -
  • the partial sequences for the G (-382) A and G (-387) A polymorphisms are:
  • SNPs are numbered in such a way that the nucleotide A of the start codon ATG is assigned the number +1. Since the number 0 does not exist in accordance with the convention, the number -1 is assigned to the nucleotide located in front of the A of the start codon ATG.
  • SNPs in the sense of their use according to the invention can be demonstrated using any method known to the person skilled in the art, for example direct sequencing, PCR with subsequent restriction analysis, reverse hybridization, dot blot or slot blot method, mass spectrometry, Taqman®- or Light-Cycler® technology, Pyrosequencing®. Invader® technology, Luminex method, etc.
  • these gene polymorphisms can be detected simultaneously after multiplex PCR and hybridization on a DNA chip. Distribution of the GC (-909 / -908) TT, G (-382) A and G (-387) A polymorphisms among different ethnic groups and use of these genotypes to find other relevant polymorphisms and haplotypes.
  • the GC (-909 / - 908) represents the "original state" in terms of development history (based on Caucasians).
  • Such differences in genotype distribution among different ethnic groups usually indicate that associated phenotypes are important for evolution and it brought the carriers a certain advantage.
  • ethnically different genotype distributions are an indication that certain genotype and haplotypes with certain diseases or physiological chemical and pathophysiological responses or response to therapy, e.g. associated with pharmaceuticals.
  • This genotype distribution is significantly different in the chi 2 test between Caucasians and Chinese with a chi 7.7 and a P ⁇ 0.01.
  • the G (-387) allele frequency (% G) is highest in Chinese, followed by Black Africans and Caucasians.
  • Another analysis shows a coupling imbalance between the three polymorphisms in Caucasians. Coupling imbalance is the occurrence of allele combinations (haplotypes) that statistically clearly occur more frequently or less frequently than would be expected in relation to their frequency.
  • the following 'table shows for Caucasians, the distribution of G (-387) A stratified by genotype G (-382) A genotypes.
  • the following table shows the distribution of G (-387) A genotypes stratified for GC (-909 / -908) TT genotypes.
  • the G (-382) A and the G (-387) A SNP are inherited independently of one another.
  • Another object of the invention is that these newly found polymorphisms can be used to detect and validate further relevant genomic gene changes in GNAQ or neighboring genes, which are, for example, in coupling imbalance with genotypes in the GNAQ gene. These can also be genes that are also located on chromosome 9, but at a great distance from the GNAQ gene. To do this, proceed as follows: 1. For certain phenotypes (cellular properties, disease states, disease courses, drug responses, etc.), an association with the polymorphisms GC (-909 / -908) TT or the G (- 387) A or the G (-382) A is first established ,
  • the GC is (-909 / -908) polymorphism in TT 'of a consensus sequence of the binding site for the transcription factor SP-1, its binding ability may be affected by the polymorphism.
  • This impairment relates to the genotype (-909 / -908) TT.
  • the appearance of this genotype leads to the loss of an SP-1 binding site to its consensus sequence: GGGGCGGGGC.
  • EMSA electrospreading mobility shift assay
  • FIG. 4 shows the result of this experiment with specific constructs containing either the TT or the GC genotype.
  • the stronger intensity of the GC construct band shows a stronger binding of a transcription factor to this region.
  • the disappearance of the band by adding an SP-1 antibody and the displacement of the binding by a commercial SP-1 oligonucleotide shows that the binding transcription factor is SP-1.
  • the constructs are cloned in front of a gene which codes for secreted alkaline phosphatase (SEAP) . If the construct has a promoter activity, the SEAP gene is increasingly transcribed and the increased secretion of alkaline phosphatase into the cell culture medium can be measured.
  • SEAP secreted alkaline phosphatase
  • construct -798 / + 89 exhibits the highest opened (the numbers refer to the transcription start point, which is -214 in the GNAQ gene). Since the polymorphism is in this region (-694 / -695 relative to the transcription start point), which shows the highest reporter activity and also a transcription factor binding site is influenced by the nucleic acid exchange, it has now been investigated whether stimulation of HEK cells unites Influences the reporter activity of these constructs.
  • the construct -789 / + 89 with the polymorphisms GC (- 909 / -908) and TT (-909 / -908) was transfected into HEK cells and the cells were stimulated with serum and angiotensin II ( Figure 6) .
  • stimulation with serum or 10 nM angiotensin II leads to a significantly (p ⁇ 0.05) 2 to 4-fold increased promoter activity compared to the TT genotype.
  • the GC polymorphism in the promoter of the GNAQ gene thus means that the promoter activity is increased and, accordingly, the G ⁇ q protein is increasingly expressed.
  • the expression of G ⁇ q was examined at the mRNA level by means of real-time PCR in cardiac tissue.
  • mRNA was obtained from human surgical tissue during cardiac surgery and was transcribed into cDNA using reverse transcriptase. The process is familiar to the person skilled in the art. The expression level was subsequently determined using real-time PCR (Taqman method) and compared with the expression level of the housekeeping gene ⁇ -actin. The results are shown in Figure 7.
  • the GCGC genotype leads to an increase in G ⁇ q transcription of at least 25% compared to the T allele.
  • GC (-909 / -908) TT polymorphism can be involved in the development of cardiac hypertrophy, the protein content was determined in comparison to the DNA content of heart samples from patients with chronic atrial fibrillation and patients with sinus rhythm. Fig.
  • FIG. 8 shows that the relative cellular protein content in samples from patients with atrial fibrillation is increased compared to samples from patients in the sinus rhythm. Since the occurrence of cardiac hypertrophy in patients with chronic atrial fibrillation is higher than in patients with sinus rhythm, the protein / DNA index represents a marker for cardiac hypertrophy.
  • Fig. 8 shows the protein / DNA index, divided according to the GC (-909 / - 908) TT polymorphism. This figure shows that both samples from patients with chronic atrial fibrillation and samples from patients with sinus rhythm have the highest protein / DNA index in GC / GC genotypes.
  • G ⁇ q in the heart tissue and on the other hand can lead to a change in the amount of protein in the heart.
  • This can be the GC (-909 / -908) TT polymorphism or polymorphisms that are in coupling imbalance with them (eg the G (-382) A or the G (-387) A polymorphism).
  • Part of the invention described here is therefore also to quantify the expression of G ⁇ q at the mRNA level or protein level, to associate it with known polymorphisms of the GNAQ and to discover and validate new, even more suitable polymorphisms.
  • the results shown here of a genotype-dependent expression of G ⁇ q and a changed total amount of protein in human hearts is extremely important.
  • the overexpression of G ⁇ q when carrying the GC allele leads to a consecutively increased signal transduction after stimulation of cells with agonists whose signal transduction comprises the G ⁇ q protein.
  • the detection was carried out in human skin fibroblasts loaded with the Ca 2+ indicator Fura-2 after stimulation with the hormone bredykinin, in whose effect Gq is known to be involved (Fig. 9). It can clearly be seen that the extent of the increase in the intracellular Ca 2+ concentration increases with an increasing number of GC alleles.
  • the detection of gene changes in the GNAQ gene is suitable for predicting the strength of the activation of Gq and thus the efficiency of signal transduction via Gq-coupled receptors. Use of a gene modification in GNAQ to predict disease risks and disease courses
  • ⁇ -isoforms there are 13 different ⁇ -isoforms ( ⁇ l - ⁇ l3), at least 5 different ß-isoforms (ßl- ß5) and a variety of different ⁇ -isoforms ( ⁇ s (short and long), ⁇ o, ⁇ il-3, ⁇ q, ⁇ ll- 16, ⁇ olf etc.)
  • ⁇ s short and long
  • ⁇ o ß-isoforms
  • ⁇ s short and long
  • ⁇ o ⁇ il-3
  • ⁇ q ⁇ ll- 16, ⁇ olf etc.
  • G proteins are known to play a central role in controlling the function of all human cells, regardless of which cell receptors are activated, it can be expected that the course of diverse and very different diseases in a genetically determined, increased activability of G proteins is influenced.
  • function-changing mutations become particularly important and predictive. This is in contrast to mutations in other genes which are responsible for other proteins, e.g. Encode hormones or hormone receptors.
  • Cardiovascular diseases include, in particular, hypertension, stroke, coronary heart disease and myocardial infarction, heart failure, cardiac arrhythmia, preeclampsia or gestosis.
  • Enocrinological and metabolic diseases include, in particular, obesity, metabolic syndrome, type 2 diabetes mellitus, gout, osteoporosis, thyroid diseases such as hyper- and hypothyroidism and M.Basedow, hyper- and hypoparathyroidism, Cushing's disease, hyper- and hypoaldosteronism and many others more; 3.
  • Psychiatric disorders such as depression, schizophrenia, alcoholism and anxiety disorders, phobias, neuroses; 4.
  • Neurological diseases such as Parkinson's disease, multiple sclerosis, epilepsy; 5. Dermatological diseases such as psoriasis, neurodermatitis 6. Tumor diseases. Use of gene changes in the GNAQ gene to predict the risk of cardiovascular diseases
  • glucose uptake in adipose tissue is regulated by tyrosine phosphorylation of IRS-1 followed by binding to the p85 subunit of PI-3 kinase.
  • IRS-1 independent glucose transport into the cell. This is mediated by either insulin or endothelin.
  • the endothelin-mediated glucose uptake is Gq dependent, but PI-3K independent.
  • TNFalpha is considered to be an important mediator for insulin resistance (Hotamisligil, 2000), with adipose tissue being one of the main sites of action for TNFalpha (Ruan et al., 2002).
  • TNF alpha led to a reduced endothelin-1 dependent glucose uptake. It also resulted in decreased Gq / 11 expression, and this decreased expression resulted in decreased cell glucose uptake (Rachdaoui and Nagy, 2003).
  • a genotype-dependent change in Gq expression in adipose tissue leads to different insulin responses and to the pathogenesis of insulin resistance, as can contribute to diseases such as type II diabetes mellitus or polycystic ovarian syndrome (PCOS).
  • PCOS polycystic ovarian syndrome
  • TT polymorphism greater activability of the promoter in GC alleles and increased mRNA expression in GCGC genotypes
  • the effects observed could also be transferred to Gq-mediated effects in adipose tissue are.
  • the genotype-dependent mRNA expression in human adipose tissue was first examined. For this purpose, mRNA was obtained from human subcutaneous adipose tissue using breast reduction plastics and was transcribed into cDNA using reverse transcriptase. The process is familiar to the person skilled in the art.
  • the expression level was subsequently determined using real-time PCR (Taqman method) and compared with the expression level of the housekeeping gene ⁇ -actin. As shown in Figure 12, GC homozygotes show around 40% increased Gq mRNA expression in human adipose tissue compared to heterozygote or homozygote TT carriers.
  • the inhibitory effect of insulin on lipolysis was investigated in cultivated human fat cells.
  • lipolysis in human fat cells was induced ex vivo with isoprenaline and the inhibitory influence of insulin was examined by adding it.
  • Lipolysis was quantified based on the release of glycerol (Hauner et al., 2002). This shows the strongest inhibitory insulin effect in fat cells of individuals with the GCGC genotype ( Figure 13). This is true with the observation of an increased gene expression of Gq in this this genotype.
  • these results are an indication that gene changes in the GNAQ gene are suitable for predicting drug effects, as shown here by way of example for insulin.
  • PCOS Polycystic Ovarian Syndrome
  • BMI body mass index
  • HOMA-IR homeostasis model assessment for insulin resistance
  • cancer cells In malignant tumors, also known as cancer, there are characteristic changes in basic functions that promote the growth of such cells in an unfavorable manner. Cancer cells are characterized by a loss of contact inhibition and uncontrolled cell growth. Such changes are triggered by a large number of noxae, known as carcinogens, which damage the genome. Such chemicals include many chemicals, tobacco smoke, but also UV light. In addition, genetic factors play an outstanding role in the development of cancer. In addition to their uninhibited growth, cancer cells are also characterized by the tendency to colonize daughter tumors (metastases) in other organs. The metastases spread regularly via the bloodstream or lymphatic vessels. Cancer diseases are incurable in most cases and lead to death. Therapeutically, attempts are made to surgically remove the initial tumor and metastases.
  • cytostatic agents antibodies against certain proteins or surface markers or immunomodulating substances (cytokines, interferons) are used to try to kill the rapidly dividing cancer cells or to convert them to programmed cell death (apoptosis).
  • cytokines antibodies against certain proteins or surface markers or immunomodulating substances
  • apoptosis programmed cell death
  • prognostic factors for the course of cancer that Provide information about the response to certain forms of therapy or which are predictive of the occurrence of metastases, tumor progression and survival.
  • prognostic factors that are generally known to the person skilled in the art have been used in medicine. These include, for example, the size of the tumor, its depth of penetration into the surrounding tissue, growth beyond organs, penetration into blood or lymphatic vessels or lymph nodes, and the degree of differentiation of the tumor cells. There are also some relatively non-specific serological markers.
  • the procedure for classifying the tumors is generally referred to as "staging" and “grading". In general, the presence of distant metastases and a low degree of differentiation are prognostically very unfavorable parameters.
  • markers that are predictive of the occurrence of tumors.
  • Such markers fulfill the function of promptly introducing the affected individuals to further screening measures (serology, X-ray, ultrasound, NMR, etc.). This enables early-stage cancer to be identified and treated therapeutically, whereby the chances of recovery and survival in early-stage tumors are much better than in advanced-stage tumors.
  • Urogenital tract tumors include bladder carcinoma, renal cell carcinoma, prostate carcinoma and seminoma. Tumors of the female genital organs: breast carcinoma, carcass carcinoma, ovarian carcinoma, cervical carcinoma.
  • Tumors of the gastrointestinal tract oral carcinoma, esophageal carcinoma, gastric carcinoma, liver carcinoma, bile duct carcinoma, pancreatic carcinoma, colon carcinoma, rectal carcinoma.
  • Tumors of the respiratory tract larynx carcinoma, bronchial carcinoma.
  • Skin tumors malignant melanoma, basalioma, T-cell lymphoma
  • Tumor diseases of the hematopoietic system Hodgkin and non-Hodgkin lymphomas, acute and chronic leukaemias etc.
  • Tumor diseases of the brain or nerve tissue glioblastoma, neuroblastoma, medulloblastoma, meningeal sarcoma, astrocytoma.
  • Soft tissue tumors such as sarcomas and head and neck tumors.
  • Gip2 G ⁇ i2- Subunit
  • Gsp gas subunit
  • An essential part of the present invention is the provision of diagnostically relevant gene changes in the GNAQ gene as a prognostic factor for all tumor diseases in humans. Naturally, not all tumor diseases can be described here. The principle is therefore explained using selected examples that demonstrate its general applicability:
  • Chronic lymphoblastic leukemia is a chronic form of leukemia.
  • a large number of degenerate lymphocytes are characteristic of the disease.
  • a total of 30% of all leukemic diseases are chronic lymphatic leukemias.
  • the median age of onset is 65 years. Only ten percent of the patients are younger than 50 years. Men are affected two to three times more often than women.
  • Risk factors for the development of a CLL are not known. However, the disease rarely occurs in Japan and China. Japanese people who immigrated to the USA very rarely develop CLL. This fact suggests that genetic factors are a Role-play. Therapy depends on the stage of the disease.
  • a CLL can be benign for up to 20 years, which means that the patient shows no symptoms apart from enlarged lymph nodes and possible fatigue and loss of appetite.
  • CLL leads to changes in the immune system, making people suffering from this disease more at risk of developing other types of cancer.
  • patients show very different disease courses.
  • gene changes in the GNAQ gene are suitable for predicting the course of the CLL.
  • patients with CLL were genotyped with regard to the described gene changes in GNAQ and the gene status was compared with the disease progression. Under progress Here we define the time interval between the initial diagnosis of CLL and the need for therapy.
  • Bladder cancer is a malignant tumor of the urinary bladder. Bladder cancer most often occurs between the ages of 60 and 70. Men are affected three times as often as women. Bladder cancer is the third most common form of cancer in men after lung and prostate cancer. Bladder cancer can be caused by external factors. Risk factors include smoking, constant exposure of the organism to chemicals such as dyes, painkiller abuse. For many patients, the studies show that it is a superficial tumor. This can be surgically removed using the cystoscope. More than 70% of patients treated for superficial bladder cancer show a tumor recurrence in the course. Recurring tumors with non-muscle-invasive disease occur in more than half of them. These can be treated or controlled curatively by transurethral resection.
  • the first priority is cystoscopy with urine cytology. Elimination urograms are used at regular intervals to check for possible tumor manifestations in the kidney pelvis and ureters. So far there are hardly any valid markers for the further course of the disease are predictive. Therefore, the classic factors such as depth of penetration, degree of differentiation, metastasis, lymph node involvement etc. are currently used for the prognosis. Genetic markers for tumor progression, tendency to relapse, probability of survival and response to therapy would significantly improve the care of patients with bladder cancer.
  • Figure 17A shows the time until the occurrence of metastases depending on the GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism.
  • the risk of metastasis in patients with a C allele is increased by about two times.
  • the median time to metastasis is 108 months for the GC / TT and GC / GC genotypes, but 64 months for the TT / TT genotype.
  • Figure 17B shows the time to tumor progression.
  • GNAQ gene changes in the GNAQ gene can increase the risk of many different diseases or influence the course of diseases. It is generally not possible to examine all human diseases and their course. However, we have shown this as an example for three different diseases: left heart hypertrophy, CLL, and bladder cancer. These data clearly demonstrate the usability of the gene changes in the GNAQ gene for the purpose described here. These diseases have no connection a priori.
  • the effectiveness of drugs and / or the occurrence of undesirable side effects is defined in addition to the specific substance properties of the chemically defined products by a number of parameters.
  • Two important parameters, the achievable plasma concentration and the plasma half-life largely determine the effectiveness or ineffectiveness of pharmaceuticals or the occurrence of undesirable effects.
  • the plasma half-life is determined, among other things, by determining the rate at which certain pharmaceuticals are metabolized in the liver or other body organs to form effective or ineffective metabolites and at which they leave the body can be excreted, whereby the excretion can take place via the kidneys, via the breathing air, over the sweat, over the sperm fluid, over the stool or over other body secretions.
  • the effectiveness when given orally is limited by the so-called "first pass effect", since after absorption of pharmaceuticals via the intestine, a certain proportion in the liver is metabolized to ineffective metabolites.
  • Mutations or polymorphisms in genes of metabolizing enzymes can change their activity by changing their amino acid composition, which increases or decreases the affinity for the metabolizing substrate and thus the metabolism can be accelerated or slowed down.
  • mutations or polymorphisms in transport proteins can change the amino acid composition in such a way that the transport and thus the excretion from the body is accelerated or slowed down.
  • the optimal dosage To select the most suitable substance for a patient, the optimal dosage, the optimal dosage form and to avoid undesirable, sometimes Knowledge of genetic polymorphisms or mutations that lead to changes in gene products is of paramount importance in terms of harmful or fatal side effects.
  • a common Glyl ⁇ Arg polymorphism in the gene coding for the ⁇ 2-adrenoceptor influences the strength of the response to the ⁇ 2-sympathomimetic salbutamol (Martinez et al., 1997).
  • Polymorphisms in the D2 receptor gene determine the frequency of occurrence of dyskinesia in the treatment of Parkinson's disease (Parkinson's disease) with Levadopa (Oliveri et al., 1999).
  • Polymorphisms in the ⁇ -opiate receptor gene determine the analgesic effectiveness of opiates (Uhl et al., 1999).
  • the gene changes mentioned in specific receptors can only be used to diagnose the effects of pharmaceuticals if they are specific agonists or antagonists at the receptors under consideration. On the other hand, it is desirable to individually diagnose the general responsiveness to all pharmaceuticals and to individually predict the risk of undesirable effects under therapy with pharmaceuticals.
  • the diagnosis of the activatability of G proteins allows a general diagnosis of the effectiveness of pharmaceuticals, their optimal dosage and the occurrence of side effects.
  • pharmaceuticals as substances that are supplied to the human body from the outside in order to produce certain conditions.
  • Such substances can be hormones, low or high molecular substances, peptides or proteins, antibodies and others.
  • Most of the pharmaceuticals used to treat diseases, physical malfunctions or mental disorders are hormones, agonists on hormone receptors, antagonists on hormone receptors or other substances which directly or indirectly influence the expression of receptors or the concentration of hormones.
  • a number of pharmaceuticals exert this influence in that physiological counterregulations take place during therapy with such substances, which increase the concentrations of hormones that activate G protein-coupled receptors.
  • Therapy with diuretics (diuretics), in particular loop diuretics and thiazide diuretics may be mentioned here as a generally known example.
  • the increased hormone angiotensin II stimulates an increased absorption of sodium in the kidney, stimulates salt absorption, increases blood pressure through a direct vasoconstrictive effect on smooth vascular muscle cells and induces proliferation processes. It is well known that these mechanisms, which are caused by angiotensin II, occur after the hormone has been coupled to receptors, which Mediate effect via activation of heterotrimeric G proteins. The efficiency of these effects can be predicted if the strength of the activability of G proteins can be diagnosed.
  • sibutramine can be used to treat obesity. Since noradrenaline and serotonin activate G protein-coupled receptors, the diagnosis of the activability of G proteins is particularly suitable for predicting the effectiveness of sibutramine and the occurrence of typical side effects associated with sibutramine (eg increase in heart rate and blood pressure) ,
  • a method is now provided which is generally suitable for the diagnosis of the activatability of G proteins.
  • one or more polymorphisms in the GNAQ gene are examined, which codes for the human G ⁇ q subunit of heterotrimeric G proteins.
  • Polymorphisms which diagnose the occurrence or non-occurrence of an alternative splicing process of the gene or a modified one are particularly suitable for this
  • Predict expression of G ⁇ q Overexpression predictably leads to an increased activation of heterotrimeric G proteins and an increased activation of all cells of the human body.
  • a determination of the presence of polymorphisms in GNAQ thus allows the diagnosis of the effectiveness and undesired Effects of drugs, especially agonists and antagonists of all receptors, the effects of which are mediated by heterotrimeric G proteins.
  • polymorphisms in GNAQ can be used to diagnose the effects of drugs that either indirectly or as a result of body counter-regulation mechanisms increase or decrease the concentrations of endogenous hormones whose receptors activate heterotrimeric G proteins.
  • the invention allows a diagnosis of effects and undesirable effects of all pharmaceuticals and is not limited to pharmaceuticals that influence specific receptors in an agonistic or antagonistic manner.
  • diagnosis of the allelic or haplotype status in GNAQ can be used to determine the individually optimal and tolerable dosage of drugs.
  • GC -909 / -908
  • TT polymorphism is used either alone or in all conceivable combinations for the diagnosis of an increased or reduced activatability of G proteins.
  • all further gene changes in GNAQ can be used for diagnosis, which are in a coupling imbalance to these polymorphisms and / or which additionally promote or inhibit the alternative splicing process or expression.
  • genes mutations can use any, known to the expert procedure be detected, such as direct sequencing, restriction analysis, reverse hybridization, dot blot or slot-blot method, spectrometry mass, Taqman ® - or Light Cycler ® - technology, Pyrosequencing etc Furthermore, these gene polymorphisms can be carried out simultaneously after multiplex PCR and hybrid detection on a DNA chip. In addition, other methods can be used for the diagnosis of an increased activatability of G proteins, which enable the direct detection of the expression level of G ⁇ q or splice variants of G ⁇ q.
  • the method mentioned is particularly suitable for diagnosing the action of agonists or antagonists on receptors, the effects of which are known to be mediated by G proteins.
  • the following examples are given here, although the list of examples could be extended:
  • ⁇ and ⁇ adrenoceptors and their isoforms and subgroups i.e. ⁇ l and ⁇ 2 adrenoceptors as well as ßl, ß2, ß3 and ß4 adrenoceptors
  • Muscarinic receptors and their isoforms e.g. ml, m2, m3, m4 and m5 muscarinic receptors and their subtypes.
  • Typical antagonists on muscarinic receptors are, for example, atropine, scopolamine, ipratroprium, pirencezine and N-butylscopolamine.
  • Typical agonists are carbachol, bethanechol, pilocarpine etc.
  • dopamine receptors e.g. D1, D2, D3, D4, and D5 receptors and their isoforms and splice variants
  • Serotonin receptors e.g. 5-HT1- 5-HT2, 5-HT3, 5-HT4, 5HT-5, 5HT-6 and 5-HT7 receptors and their subtypes, isoforms and splice variants.
  • Typical agonists are sumatriptan and cisapride, antagonists are for example ondansetron, methysergide, buspirone and U-rapidil.
  • Endothelin receptors and their subtypes isoforms and splice variants 6.
  • Bradykinin receptors for example Bl and B2 receptors and their subtypes, isoforms and splice variants
  • Angiotensin receptors e.g. AT II type and type 2 receptor
  • typical antagonists on the AT II receptor are losartan and other sartans.
  • Receptors for endorphins and opiates e.g. the ⁇ -opiate receptor
  • Chemokine receptors CCR1-12 and CXCR1-8 for e.g. Interleukin-1/2/3/4/5/6/7/8/9/10/11/12, RANTES, MlP-l ⁇ , MlP-lß, stromal cell-derived factor, MCP1-5, TARC, Lymphotactin, Fractalkine, Eotaxin 1-2, NAP-2, LIX etc.
  • Receptors for thrombin prote-activated receptors
  • Receptors for prostaglandins and thromboxanes e.g. B. for PGE1, PGE2, PGF, PGD2, PGI2, PGF2 ⁇ , Thromboxan A2, etc.
  • Receptors for neuropetides e.g. NPY1-5
  • histamine receptors e.g. Hl-H3 receptors
  • GH growth hormone
  • SSTR1-5 somatostatin
  • TSH thyreotropic hormone
  • oxytocin prolactin
  • Receptors for cytokines eg interferons 21.
  • Receptors for purines eg interferons 21.
  • Orphan receptors the effects of which are mediated by G proteins.
  • the effects of pharmaceuticals which influence the reuptake, breakdown or re-synthesis of neurotransmitters or which have changes in the expression or responsiveness of the abovementioned receptors can also be predicted.
  • the effects of all pharmaceuticals can also be diagnosed, which directly or indirectly change the concentrations of agonists which activate the above-mentioned receptors as a result of a physiological counter-reaction.
  • the influence of radiation therapy in cancer patients can also be predicted.
  • Antihypertensives e.g. ⁇ -blockers (propanolol, bisproolol, etc.), diuretics (hydrochlorothiazide and other thiazide diuretics; furosemide, piretanide and other loop diuretics, chlorothalidone), ⁇ l adrenoreceptor blockers (e.g.
  • doxazosin angiotensin
  • prazosin Zeptor blocker for example losartan
  • ACE inhibitors enalapril, captopril, ramipril, etc.
  • Ca 2 + channel blockers eg Ni fedipin, verapamil, amlodipine, felodipine
  • clonidine e.g Ni fedipin, verapamil, amlodipine, felodipine
  • clonidine eg Ni fedipin, verapamil, amlodipine, felodipine
  • clonidine clonidine
  • reserpine renin inhibitors
  • ⁇ -blockers for example propanolol, metoprolol
  • ACE inhibitors eg captopril, enalapril, ramipril, etc.
  • angiotensin receptor blockers eg losartan
  • digitalis glycosides catecholamines, diuretics.
  • Pharmaceuticals for the treatment of low blood pressure or heart failure eg ⁇ - and ⁇ -smpathomimetics (Effortil, adrenaline, noradrenaline, dobutamine, ⁇ -adrenoceptor blockers, ACE inhibitors, angiotensin II receptor blockers.)
  • Morphine-type analgesics (morphine, codeine, etc.)
  • ⁇ -blockers eg propanolol, acebutolol
  • nitrates e.g., nitrates and Ca 2+ channel blockers
  • psychiatric disorders schizophrenia, manic-depressive disorders, psychoses, depression
  • addictive disorders such as alcoholism (e.g. fluoxetine, paoxetine, imipramine, desipramine, doxepin, Mianserin, trazodone, lofepramine), anxiety syndromes (diazepam, etc.), which, for example affect the dopaminergic, serotonergic or adrenergic system.
  • alcoholism e.g. fluoxetine, paoxetine, imipramine, desipramine, doxepin, Mianserin, trazodone, lofepramine
  • anxiety syndromes e.g. fluoxetine, paoxetine, imipramine, desipramine, doxepin, Mianserin, trazodone, lofepramine
  • anxiety syndromes e.g. fluoxetine, paoxetine, imipramine, desipramine, doxepin, Mianserin,
  • bronchial asthma which, for example, either directly bronchodilate or have an anti-inflammatory effect, for example salbutamol, terbutalin, albuterol, theophylline, montelukast, zafirlukast, cromoglicinic acid, ipratropium bromide.
  • Such pharmaceuticals also include antibodies directed against certain proteins and receptors.
  • irritable bowel syndrome e.g. N-butylscopolamine, pirenzepin, metoclopramide
  • compositions for the treatment of obesity which either directly activate lipolytically active receptors, e.g. ⁇ 3-adrenergic agonists, or are centrally active, e.g. Sibutramine, or similar substances that change the feeling of satiety or affect thermogenesis. This includes pharmaceuticals that affect gastric emptying.
  • Cytokines in the treatment of viral hepatitis or interleukin-2 for HIV infection.
  • diseases also include Crohn's disease, ulcerative colitis, asthma, psoriasis, neurodermatitis, hay fever.
  • This also includes antibodies against cytokines or against cytokine receptors, e.g. against TNF ⁇
  • Antidiabetic drugs (acarbose, insulin, troglitazone, metformin, etc.)
  • Hypnotics, antiemetics and antiepileptics 18.
  • Pharmaceuticals for the treatment of disorders of sexual life e.g. erectile dysfunction, female sexual dysfunction, libido deficiency, orgasm disorders (phosphodiesterase inhibitors such as sildenafil, prostaglandin El, agonists on dopamine receptors, e.g. apomorphine, yohimbine, phentolamine)
  • chemotherapeutic agents e.g. 5-fluorouracil, antibodies against proteins and receptors (e.g. against HER-2), substances that block tyrosine kinases, etc.
  • compositions for the treatment of obesity, metabolic syndrome or diabetes e.g. B. sibutramine, orlistat, leptin, topiramate, glinide, glitazone, biguanide etc.
  • G (q) / G (ll) alpha subunit is required for insulin-stimulated GLUT4 translocation in 3T3L1 adipocytes. J. Biol. Chem. 275, 7167-7175.
  • the CC genotype of the C825T polymorphism of the G protein beta3 gene is associated with a high relapse rate in patients with chronic lymphocytic leukaemia. Leuk. Lymphoma 44, 1739-1743.
  • Sildenafil response is influenced by the G protein beta 3 subunit GNB3 C825T polymorphism: a pilot study. J. Urol. 169, 1048-1051.
  • Endothelin stimulates glucose uptake and GLUT4 translocation via activation of endothelin ETA receptor in 3T3-L1 adipocytes. J. Biol. Chem. 274, 8103-8110.

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Abstract

In order to determine the risk of disease, the course of a disease, the action of medicaments, the side-effects of medicaments and drug targets, a base substitution is identified in the non-translated region 5' of the gene for the G alpha q sub-unit of human G proteins, preferably the presence of two or three of the polymorphisms GC(-909/-908)TT, G(-382)A or G(-387)A being detected.

Description

Verwendung einer Genveränderung im Humanen GNAQ-Gen zur Vorhersage von Erkrankungsrisiken, Krankheitsverläufen und zur Vorhersage des Ansprechens auf KrankheitstherapienUse of a gene modification in the human GNAQ gene to predict disease risks, disease courses and to predict the response to disease therapies
TECHNISCHES GEBIET, AUF DAS SICH DIE ERFINDUNG BEZIEHTTECHNICAL FIELD TO WHICH THE INVENTION RELATES
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung der Gegenwart verschiedener Polymorphismen im humanen Gαq-Gen (GNAQ) zur Vorhersage Erkrankungsrisiken, Krankheitsverläufen und Auswahl individuell geeigneter Therapieverfahren.The invention relates to methods for determining the presence of various polymorphisms in the human Gαq gene (GNAQ) for predicting disease risks, disease courses and selecting individually suitable therapy methods.
Alle Zellen des menschlichen Körpers verfügen über Membranrezeptoren an ihrer Oberfläche, über die alle Zellfunktionen gesteuert werden. Zu solchen Rezeptoren gehören die so genannten heptahelikalen Rezeptoren für Hormone, Neurotransmitter und Che okine . Daneben gibt es eine Vielzahl von Rezeptoren für Wachstumsfaktoren und Rezeptoren mit intrinsischer Tyrosinkinaseaktivität , beispielsweise Rezeptoren für Insulin, Insulin-like Growth Factor, Epidermal Growth Factor, Platelet-derived Growth Factor und viele mehr. Weiterhin existieren viele Rezeptoren, die für die Regulation der Blutbildung verantwortlich sind, wie der Rezeptor für Erythropoietin, Über solche Rezeptoren werden unter anderem Zellwachstum, Motili- tät, Genexpression, Apoptose und Chemotaxis gesteuert. Die genannten Rezeptoren übermitteln ihre Signale ins Zellinnere über die Aktivierung sogenannter heterotrime- rer G-Proteine. Diese G-Proteine bestehen aus einer großen Familie unterschiedlicher Isoformen und sind jeweils aus unterschiedlichen α- , ß- und γ-Untereinheiten zusammengesetzt. Derzeit sind 5 ß-Untereinheiten, 13 γ- Untereinheiten und mehr als 20 α-Untereinheiten bekannt, die durch unterschiedliche Gene kodiert werden (Farfel et al . , 1999) . Durch die Kombination aus diesen verschiedenen α-, ß- und γ-Untereinheiten entsteht eine Vielzahl unterschiedlicher heterotrimerer G-Proteine.All cells of the human body have membrane receptors on their surface that control all cell functions. Such receptors include the so-called heptahelical receptors for hormones, neurotransmitters and che okine. There are also a variety of receptors for growth factors and receptors with intrinsic tyrosine kinase activity, for example receptors for insulin, insulin-like growth factor, epidermal growth factor, platelet-derived growth factor and many more. Furthermore, there are many receptors that are responsible for regulating blood formation, such as the receptor for erythropoietin. Cell receptors, motility, gene expression, apoptosis and chemotaxis are controlled via such receptors. The receptors mentioned transmit their signals into the cell interior via the activation of so-called heterotrimeric G proteins. These G proteins consist of a large family of different isoforms and are each composed of different α, β and γ subunits. At present 5 β subunits, 13 γ subunits and more than 20 α subunits are known which are encoded by different genes (Farfel et al., 1999). The combination of these different α, β and γ subunits creates a large number of different heterotrimeric G proteins.
Dabei determiniert die Isoform-Kombination, welches He- terotrimer durch einen bestimmten Rezeptor aktiviert werden kann. Die ßγ-Untereinheiten sind funktioneil als Monomer zu betrachten. Im Ruhezustand hat die α-Untereinheit GDP gebunden (Abbildung 1) . Nach Aktivierung eines koppelnden Rezeptors setzt die α-Untereinheit GDP im Austausch gegen GTP frei und es kommt zur Dissoziation der ßγ-Untereinheiten von den α- Untereinheiten. Sowohl die freien a- als auch die ßγ-Untereinheiten können die Aktivität einer Vielzahl unterschiedlicher Effektoren steuern. Hierzu gehören beispielsweise Ionenkanäle, die Ade- nylylzyklase, die PI3-Kinase, unterschiedliche MAP- Kinasen usw. Die α-Untereinheiten verfügen über eine in- trinsische GTPase-Aktivität die das nach Aktivierung gebundene GTP zu GDP hydrolysiert . Nachfolgend reassoziieren die freigesetzten ßγ-Untereinheiten wieder mit der α-Untereinheit, wodurch der Aktivierungszyklus beendet wird. Damit steht das Heterotrimer für einen erneuten Aktivierungszyklus zur Verfügung (Bourne, 1997) . Ein Schema des G-Proteinzyklus ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Aktivierung solcher G-Proteine ist der entscheidende Schritt für die Zellaktivierung. Aufgrund der überragenden Bedeutung von G-Proteinen ist es unmittelbar einleuchtend, dass Mutationen oder genetische Polymorphismen in Genen, die für G-Proteine kodieren, einen nachhaltigen Einfluss auf die Aktivierbarkeit von Zellen haben müssen, falls diese Mutationen die Funktion oder Expression von G-Protein-Untereinheiten beeinflussen. Damit werden auch Erkrankungsrisiken oder Krankheitsverläufe in entscheidender Weise beeinflusst. Zudem ist das Ansprechen auf die Therapie von Erkrankungen, sei es durch Pharmaka oder durch andere Maßnahmen wie Bestrahlung, Diäten, Operationen, invasive Eingriffe etc. von der Aktivierbarkeit von G-Proteinen abhängig.The isoform combination determines which heterotrimer can be activated by a specific receptor. The ßγ subunits are to be considered functionally as a monomer. At rest, the α subunit bound GDP (Figure 1). After activating a coupling receptor, the α subunit releases GDP in exchange for GTP and the β subunits dissociate from the α subunits. Both the free a and the ßγ subunits can control the activity of a variety of different effectors. These include, for example, ion channels, adenylyl cyclase, PI3 kinase, different MAP kinases etc. The α subunits have an intrinsic GTPase activity which hydrolyzes the GTP bound after activation to GDP. Subsequently, the released β-subunits reassociate with the α-subunit, thereby ending the activation cycle. The heterotrimer is thus available for a renewed activation cycle (Bourne, 1997). A scheme of the G protein cycle is shown in Figure 1. The activation of such G proteins is the crucial step for cell activation. Due to the paramount importance of G proteins, it is immediately obvious that mutations or genetic polymorphisms in genes coding for G proteins must have a lasting influence on the activatability of cells if these mutations influence the function or expression of G protein subunits. This also has a decisive influence on the risk of illness or the course of illness. In addition, the response to the therapy of diseases, be it through pharmaceuticals or other measures such as radiation, diets, operations, invasive interventions, etc. depends on the activability of G proteins.
Bedeutung der Gαq-UntereinheitMeaning of the Gαq subunit
Die Gαq-Untereinheit wird in allen Körperzellen des Menschen exprimiert . Ihre Stimulation führt unter anderem zur Aktivierung der Phospholipase C und damit zu einem Anstieg der intrazellulären Ca+-Konzentration (Abbildung 1) . Damit können z. B. Ca2+-abhängige Prozesse aktiviert werden. Ferner kann Gαq die Aktivität von Ionenkanälen, beispielsweise von Kalium- oder Calcium-Kanälen, regulieren. Nahezu alle bekannten Rezeptoren koppeln an Gαq, beispielsweise die Rezeptoren für Acetylcholin, Adenosin, Adrenalin, Angiotensin, Bradykinin, Endothelin, Histamin, Noradrenalin, P2-purinerge Rezeptoren, Opioide, Dopamin, Epidermal Growth Factor, FSH, VIP, Thyroliberin, Gluca- gon, Vasopressin, Histamin und viele mehr. Nach Stimulation Gαq-gekoppelter Rezeptoren wird in vielen Zelltypen Apoptose induziert, so' dass sich ein Zusammenhang zu Tumorerkrankungen und deren Verlauf und Therapieansprechen, aber auch ein Zusammenhang zu entzündlichen und immunologischen Erkrankungen und deren Verlauf und Therapieansprechen ergibt. Daneben werden vielfältige Stoffwechselwege durch Gαq reguliert. Änderungen der Expression von Gαq (Überexpression oder fehlende Expression) führen im Tierexperiment oder auf zellulärer Ebene zu einer Reihe von Krankheitszuständen oder Phänotypen:The Gαq subunit is expressed in all human body cells. Their stimulation leads, among other things, to the activation of phospholipase C and thus to an increase in the intracellular Ca + concentration (Figure 1). So z. B. Ca 2+ -dependent processes can be activated. Gαq can also regulate the activity of ion channels, for example potassium or calcium channels. Almost all known receptors couple to Gαq, for example the receptors for acetylcholine, adenosine, adrenaline, angiotensin, bradykinin, endothelin, histamine, noradrenaline, P2-purinergic receptors, opioids, dopamine, epidermal growth factor, FSH, VIP, thyroliberin, glucagon , Vasopressin, histamine and many more. After stimulation Gαq-coupled receptors, apoptosis is induced in many cell types, so 'is that a relationship to tumor diseases and their progression and response to therapy, but also with inflammatory and immunological diseases and their progression and treatment response is obtained. In addition, a variety of metabolic pathways are regulated by Gαq. Changes in expression of Gαq (overexpression or lack of expression) lead to a number of disease states or phenotypes in animal experiments or at the cellular level:
1. Die Überexpression von Gαq im Herzen führt zu Hypertrophie, Herzinsuffizienz und Apotpose;1. Overexpression of Gαq in the heart leads to hypertrophy, heart failure and apotosis;
2. Konstitutiv aktives Gαq induziert Apoptose über den Proteinkinase C-Weg;2. Constitutively active Gαq induces apoptosis via the protein kinase C pathway;
3. Knockout von Gαq hemmt die Thrombozytenaggregation, führt zu Ataxie und stört die motorische Koordination3. Knockout of Gαq inhibits platelet aggregation, leads to ataxia and disrupts motor coordination
4. Knockout von Gαq führt zu Adipositas und Gαq ist an der Signaltransduktion von Insulin beteiligt;4. Knockout of Gαq leads to obesity and Gαq is involved in the signal transduction of insulin;
5. Konstitutiv aktive Gαq-Untereinheiten sind onkogen (De et al . , 1992) und an der Regulation des Glucosestoff- wechseis beteiligt.5. Constitutively active Gαq subunits are oncogenic (De et al., 1992) and are involved in the regulation of glucose metabolism.
Bereits diese wenigen Beispiele belegen, dass funktions- verändernde Mutationen in Gαq oder die Unter- oder Überexpression des Proteins auch beim Menschen zu unterschiedlichen Krankheiten und/oder Funktionsstörungen führen können.These few examples already show that function-changing mutations in Gαq or under- or overexpression of the protein can also lead to different diseases and / or functional disorders in humans.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Polymorphismen aufzufinden und physiologisch oder pa- thophysiologische Bedeutung aufzuklären. Mithin sollen a. funktionsverändernde genomische Polymorphismen und Haplotypen im Gen GNAQ bereitzustellen, die entweder zu einem Aminosäurenaustausch führen, oder b. die das Spleißverhalten beeinflussen, oder c. die zur Änderung der Proteinexpression oder zur Änderung der Expression von Spleißvarianten führen, o- der d. die zum Auffinden und/oder Validieren weiterer Polymorphismen bzw. Haplotypen im Gen GNAQ geeignet sind. e. Nukleotidaustausche und Haplotypen bereitzustellen, die geeignet sind, generell Krankheitsrisiken- und Verläufe vorherzusagen f. Nukleotidaustausche und Haplotypen bereitzustellen, die geeignet sind, generell Ansprechen auf Pharmaka und Nebenwirkungen vorherzusagen g. Nukleotidaustausche und Haplotypen bereitzustellen, die geeignet sind, generell die Wirkung anderer Therapieformen vorherzusagen (Bestrahlung; Wärme, Hitze, Kälte, Bewegung etc.)The object on which the invention is based is to find polymorphisms and to clarify their physiological or pathophysiological significance. Therefore a. to provide function-changing genomic polymorphisms and haplotypes in the GNAQ gene which either lead to an amino acid exchange, or b. that affect the splicing behavior, or c. which lead to a change in the protein expression or to a change in the expression of splice variants, or d. which are suitable for finding and / or validating further polymorphisms or haplotypes in the GNAQ gene. e. To provide nucleotide exchanges and haplotypes that are suitable to generally predict disease risks and courses f. To provide nucleotide exchanges and haplotypes that are suitable for generally predicting drug response and side effects. G. To provide nucleotide exchanges and haplotypes that are suitable to generally predict the effects of other forms of therapy (radiation; heat, heat, cold, movement, etc.)
Wegen der grundlegenden Bedeutung von Gαq für die Signaltransduktion sind solche Polymorphismen bzw. Haplotypen geeignet, generell Erkrankungsrisiken bzw. Krankheitsverläufe bei allen Erkrankungen vorherzusagen bzw. Therapieansprechen/Therapieversagen oder unerwünschte Nebenwirkungen für alle Pharmaka oder nicht- pharmakologische Therapien vorherzusagen.Because of the fundamental importance of Gαq for signal transduction, such polymorphisms or haplotypes are suitable for generally predicting disease risks or disease courses in all diseases or for predicting therapy response / therapy failure or undesirable side effects for all pharmaceuticals or non-pharmacological therapies.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Krankheitsrisikos, des Verlaufs einer Krankheit, von Arzneimittelwirkungen, Arzneimittelnebenwirkungen und Drug-Targets, die' mit einer Basensubstitution im Gen GNAQ, das die Gαq-Untereinheit menschlicher G- Proteine kodiert, verbunden ist, in dem man im 5 'nicht translatierten Bereich des Gens für die Gαq-Untereinheit menschlicher G-Proteine einen Basenaustausch (Polymorphismus) identifiziert.This object is achieved by a method for the determination of disease risk, progression of a disease, the effects of drugs, drug side effects and drug targets which 'is connected to a base substitution in the gene GNAQ, the subunit Gαq encoding the human G proteins, in which is in the 5 'untranslated region of the gene for the Gαq subunit human G proteins identified a base exchange (polymorphism).
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Gentest, enthaltend eine Sonde zur Identifizierung eines oder mehrerer der Polymorphismen im 5' nicht translatierten Bereich des Gens GNAQ.Another object of the invention is a genetic test containing a probe for identifying one or more of the polymorphisms in the 5 'untranslated region of the GNAQ gene.
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
Abbildung 1 - Der Gαq Signalweg. Das Diagramm zeigt wie der Gαq-Weg nach Rezeptorstimulation mit vielfältigen Signaltransduktionskomponenten verbunden ist, einschließlich Ionenkanäle, Transkriptionsfaktoren und Synthese von Eicosanodien. PLC, Phospholipase C; IP3 , Inosi- toltrisphophat ; PKC, Proteinkinase C; PLA2 , Phospholipase A2 ; AA, Arachidonsäure; MLCK, Myosin Light Chain Kinase; CaM, Calmodulin; p42/p44; p42- und p44-MAP-Kinase.Figure 1 - The Gαq signaling pathway. The diagram shows how the Gαq pathway after receptor stimulation is linked to a variety of signal transduction components, including ion channels, transcription factors and the synthesis of eicosanodes. PLC, phospholipase C; IP3, inositol triphosphate; PKC, protein kinase C; PLA2, phospholipase A2; AA, arachidonic acid; MLCK, myosin light chain kinase; CaM, calmodulin; p42 / p44; p42 and p44 MAP kinase.
Abbildung 2 - Intron/Exon-Struktur des humanen GNAQ und Position des GC (-909/-908) TT-Polymorphismus (nicht maßstabsgetreu) .Figure 2 - Intron / exon structure of human GNAQ and position of GC (-909 / -908) TT polymorphism (not to scale).
Abbildung 3 - Putative Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren im Promoter des Gens GNAQ; Die Zahlen auf der rechten Seite repräsentieren den Bezug zum. ATG, die Zahlen auf der linken Seite beziehen sich auf den Transkriptionsstartpunkt .Figure 3 - Putative binding sites for transcription factors in the promoter of the GNAQ gene; The numbers on the right represent the reference to. ATG, the numbers on the left refer to the transcription start point.
Abbildung 4 - Ergebnisse des Electrophoretic Mobility Shift Assays (EMSA) mit Konstrukten, die den GC oder den TT-Genotyp im Promoter von GNAQ enthalten. Nach Zugabe von Zellkernextrakt erkennt man eine vermehrte Bindung von Kernprotein and das „GC-Konstrukt " , das eine weitere Bindungsstelle für den Transkriptionsfaktor SP-1 aufweist. Die Bindung wird durch einen Anti-SP-1-Antikörper oder in Gegenwart eines verdrängenden SP-1-Oligonukleo- tids spezifisch gehemmt.Figure 4 - Results of the Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) with constructs containing the GC or the TT genotype in the GNAQ promoter. After adding nuclear extract, an increased binding can be seen of core protein and the "GC construct", which has a further binding site for the transcription factor SP-1. The binding is specifically inhibited by an anti-SP-1 antibody or in the presence of a displacing SP-1 oligonucleotide.
Abbildung 5 - Konstrukte zur Messung der Promoteraktivität mittels sezernierter alkalischer Phosphatase (SEAP) . Im linken Teil der Abbildung sind die verwendeten Konstrukte für den Reporterassay beschrieben. Der rechte Teil der Abbildung zeigt die 24h nach Transfektion von HEK-Zellen und glatten Muskelzellen der Rattenaorta (A- 10) gemessene SEAP-Aktivität .Figure 5 - Constructs for measuring promoter activity using secreted alkaline phosphatase (SEAP). The constructs used for the reporter assay are described in the left part of the figure. The right part of the figure shows the SEAP activity measured 24 hours after transfection of HEK cells and smooth muscle cells of the rat aorta (A-10).
Abbildung 6 - Genotypabhängige Aktivität des GNAQ- Promotors . Das Promotorkonstrukt -798/+89 mit jeweils dem GC- oder dem TT-Genotyp wurde in HEK-Zellen transfiziert . Die Sekretion von alkalischer Phosphatase wurde nach Stimulation mit Serum oder Angiotensin. Man erkennt eine gesteigerte Aktivierung des Promotors mit dem GC-Genotyp.Figure 6 - Genotype-dependent activity of the GNAQ promoter. The promoter construct -798 / + 89, each with the GC or the TT genotype, was transfected in HEK cells. The secretion of alkaline phosphatase was increased after stimulation with serum or angiotensin. One recognizes an increased activation of the promoter with the GC genotype.
Abbildung 7 - Expression von GNAQ mRNA in Gewebe in Abhängigkeit vom GC (-909/-908) TT-Polymorphismus . Dargestellt ist der Quotient Gαq/ß-Actin mRNA.Figure 7 - Expression of GNAQ mRNA in tissue depending on the GC (-909 / -908) TT polymorphism. The quotient Gαq / β-actin mRNA is shown.
Abbildung 8 - Protein/DNA -Quotient im menschlichen Herzen bei Vorhofflimmern (VF) und Sinusrhythmus (SR) und Abhängigkeit des Protein/DNA-Quotienten vom GC(-909/- 908) TT-Polymorphismus .Figure 8 - Protein / DNA ratio in the human heart in atrial fibrillation (VF) and sinus rhythm (SR) and dependence of the protein / DNA ratio on GC (-909 / - 908) TT polymorphism.
Abbildung 9 - GNAQ GC (-909/-908) TT- Polymorphismus und Ca2+-Anstiege in Hautfibroblasten nach Stimulation mit Bradykinin. Man erkennt höhere Anstiege des cytoplasma- tisch freien Ca2+-Konzentration bei Zellen von Probanden mit mindesten einem GC-Allel.Figure 9 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and Ca 2+ increases in skin fibroblasts after stimulation with bradykinin. You can see higher increases in the cytoplasmic table-free Ca 2+ concentration in cells from subjects with at least one GC allele.
Abbildung 10 - GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus und Kreislaufparameter beim Gesunden. Dargestellt sind Schlagvolumen des Herzen (links) und totaler peripherer Widerstand (rechts) in Abhängigkeit vom Genotyp.Figure 10 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and circulatory parameters in healthy people. The stroke volume of the heart (left) and total peripheral resistance (right) are shown depending on the genotype.
Abbildung 11 - GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus und Krankheitsprogression bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz. Dargestellt ist die Zeit von der Erstdiagnose bis zur Herztransplantation als Maß für die Krankheitsprogression. Man erkennt den günstigeren Krankheits- verlauf beim GC/GC-Genotyp.Figure 11 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and disease progression in patients with chronic heart failure. The time from the initial diagnosis to the heart transplant is shown as a measure of the disease progression. One recognizes the more favorable course of the disease with the GC / GC genotype.
Abbildung 12 - Expression von GNAQ mRNA in Fettgewebe in Abhängigkeit vom GC (-909/-908) TT-Polymorphismus . Dargestellt ist der Quotient Gαq/ß-Actin mRNA.Figure 12 - Expression of GNAQ mRNA in adipose tissue depending on the GC (-909 / -908) TT polymorphism. The quotient Gαq / β-actin mRNA is shown.
Abbildung 13 - Hemmende Wirkung des Insulins auf die durch Isoprenalin induzierte Lipolyse in Abhängigkeit vom GC (-909/-908) TT-Polymorphismus . Dargestellt ist die Gly- cerolfreisetzung als Marker für die Lipolyse.Figure 13 - Inhibitory effect of insulin on isoprenaline-induced lipolysis depending on the GC (-909 / -908) TT polymorphism. The glycerol release is shown as a marker for lipolysis.
Abbildung 14 - BMI, HOMA-IR und Insulinkonzentration bei PCOS Patientinnen in Abhängigkeit vom GC (-909/-908) TT- Polymorphismus .Figure 14 - BMI, HOMA-IR and insulin concentration in PCOS patients depending on the GC (-909 / -908) TT polymorphism.
Abbildung 15 - GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus und Serumcholesterin beim Gesunden.Figure 15 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and serum cholesterol in healthy individuals.
Abbildung 16 - GNAQ GC ( -909/-908) TT-Polymorphismus und Krankheitsprogression bei Patienten mit CLL. Dargestellt ist die Zeit von der Erstdiagnose bis zum Therapiebeginn als Maß für die Krankheitsprogression. Man erkennt den günstigeren Krankheitsverlauf beim TT/TT-Genotyp.Figure 16 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and disease progression in patients with CLL. The time from the initial diagnosis to the start of therapy is shown as a measure of disease progression. One recognizes the more favorable course of the disease with the TT / TT genotype.
Abbildung 17A - GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus und Zeit bis zur Metastasierung bei Patienten mit Harnblasenkarzinom.Figure 17A - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and time to metastasis in patients with bladder cancer.
Abbildung 17B - GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus und Zeit bis zur Tumorprogression bei Patienten mit Harnblasenkarzinom.Figure 17B - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and time to tumor progression in patients with bladder cancer.
Abbildung 17C - GNAQ GC (-909/ -908) TT-Polymorphismus und Überleben bei Patienten mit Harnblasenkarzinom.Figure 17C - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and survival in patients with bladder cancer.
Abbildung 18 - GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus Vaso- konstriktion nach Injektion von Noradrenalin, Angioten- sin, oder Endothelin in die Haut. Dargestellt ist die auf die Injektion folgende Veränderung der Hautdurchblutung.Figure 18 - GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism vasoconstriction after injection of noradrenaline, angiotensin, or endothelin into the skin. The change in skin circulation following the injection is shown.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein oder mehrere Polymorphismen im 5' nicht translatierten Bereichs des Gens GNAQ identifiziert. Polymorphismen, die nach dem er- findungsgemäßen Verfahren vorzugsweise identifiziert werden, umfassen einen GC ( -909/-908) TT, einen G(-382)A oder einen G(-387)A Polymorphismus oder zwei oder drei dieser Polymorphismen.In the method according to the invention, one or more polymorphisms are identified in the 5 'untranslated region of the GNAQ gene. Polymorphisms which are preferably identified by the method according to the invention include a GC (-909 / -908) TT, a G (-382) A or a G (-387) A polymorphism or two or three of these polymorphisms.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Gentest eine oder mehrere Sonden zur Identifizierung eines oder mehrerer der Polymorphismen GC(-909/-908)TT, G(-382)A oder G(-387)A im 5' nicht translatieren Bereich des Gen GNAQ.According to a preferred embodiment, the genetic test according to the invention contains one or more probes for identifying one or more of the polymorphisms GC (-909 / -908) TT, G (-382) A or G (-387) A in the 5 'untranslated region of the GNAQ gene.
Das humane Gαq Gen (GNAQ) ist auf Chromosom 9q21 lokalisiert (GenBank Accession number NM_002072, Abb. 2) . Wesentliche Element der Erfindung ist das Auffinden der vor Exon 1 im Promotor des Gen liegenden Gen-Polymorphismen GC(-909/-908)TT, G(-382)A und G(-387)A, die durch systematische Sequenzierung von DNA-Proben von Menschen gefunden wurde. Hierzu wurden Gensequenzen, die vor Exon 1 von GNAQ liegen, mittels PCR-Reaktion amplifiziert und gemäß der Methode nach Sanger sequenziert. Die PCR-Reaktionen können nach dem sogenannten Slowdown-Verfahren durchgeführt und die entsprechenden PCR- und/oder Sequenzierpri- mer nach einem in Bachmann et al . , Pharmacogenetics 13 (12) 759-766, Dezember 2003 beschriebenen und etablierten Algorithmus ausgewählt werden. Auf die Offenbarung dieser Publikation wird für die Zwecke der Erfindung Bezug genommen.The human Gαq gene (GNAQ) is located on chromosome 9q21 (GenBank Accession number NM_002072, Fig. 2). An essential element of the invention is the finding of the gene polymorphisms GC (-909 / -908) TT, G (-382) A and G (-387) A located in front of exon 1 in the promoter of the gene, which are obtained by systematic sequencing of DNA Samples of people have been found. For this purpose, gene sequences which are located before exon 1 of GNAQ were amplified by means of a PCR reaction and sequenced according to the Sanger method. The PCR reactions can be carried out according to the so-called slowdown method and the corresponding PCR and / or sequencing primer according to a method described in Bachmann et al. , Pharmacogenetics 13 (12) 759-766, December 2003 algorithm described and established. Reference is made to the disclosure of this publication for the purposes of the invention.
Die erfindungsgemäß aufgefundenen Polymorphismen zeigen in der Promotorregion an Position -909 eine Substitution von Guanin durch Thymin (G-909T) und wobei gleichzeitig an Position -908 eine Substitution von Cytosin durch Thymin vorliegt (C-908T) . Die Austausche G(-909)T und C(- 908) T kommen immer gleichzeitig vor, so dass die Genotypen TT/TT, GC/GC und TT/GC resultieren. Bei dem G(-382)A Polymorphismus liegt an Position -382 eine Substitution von Guanin durch Adenin vor, bei dem G(-387)A Poly- morphismus liegt an Position -387 eine Substitution von Guanin durch Adenin vor. Die entsprechenden Teilsequenzen lauten demnach für den GC(-909/-908)TT Polymorphismus : GGTGCGGGAG CAGTAGGCGT CCGCAGAGCC CGCGGGGGCC GGCCCAGCCC -The polymorphisms found according to the invention show a substitution of guanine by thymine (G-909T) at position -909 and at the same time a substitution of cytosine by thymine at position -908 (C-908T). The exchanges G (-909) T and C (- 908) T always occur simultaneously, so that the genotypes TT / TT, GC / GC and TT / GC result. In the G (-382) A polymorphism at position -382 there is a substitution of guanine by adenine, in the G (-387) A polymorphism there is a substitution of guanine by adenine at position -387. The corresponding partial sequences are accordingly for the GC (-909 / -908) TT polymorphism: GGTGCGGGAG CAGTAGGCGT CCGCAGAGCC CGCGGGGGCC GGCCCAGCCC -
901 und901 and
GGTGCGGGAG CAGTAGGCGT CCGCAGAGCC CGCGGGGGCC GTTCCAGCCC -GGTGCGGGAG CAGTAGGCGT CCGCAGAGCC CGCGGGGGCC GTTCCAGCCC -
901901
Für die G(-382)A und G(-387)A Polymorphismen lauten die Teilsequenzen:The partial sequences for the G (-382) A and G (-387) A polymorphisms are:
GTAGGGGAGC CTCGCAGGCG GCGGCGGCGG -361 undGTAGGGGAGC CTCGCAGGCG GCGGCGGCGG -361 and
GTAAGGGAÄC CTCGCAGGCG GCGGCGGCGG -361GTAAGGGAÄC CTCGCAGGCG GCGGCGGCGG -361
Die Nummerierung dieser SNPs erfolgt in der Weise, dass dem Nukleotid A des Startcodon ATG die Nummer +1 zugeordnet wird. Da es der Konvention entsprechend die Nummer 0 nicht gibt, ist dem vor dem A des Startcodon ATG liegenden Nukleotid die Nummer -1 zugeordnet.These SNPs are numbered in such a way that the nucleotide A of the start codon ATG is assigned the number +1. Since the number 0 does not exist in accordance with the convention, the number -1 is assigned to the nucleotide located in front of the A of the start codon ATG.
Der Nachweis dieser SNPs im Sinne ihrer erfindungsgemäßen Verwendung kann mit beliebigen, dem Fachmann geläufigen Verfahren nachgewiesen werden, z.B. direkte Sequenzierung, PCR mit nachfolgender Restriktionsanalyse, reverse Hybridisierung, Dot-blot- oder Slot-blot-Verfahren, Mas- senspektrometrie, Taqman®- oder Light-Cycler®- Technologie, Pyrosequencing® . Invader®-Technologie, Lumi- nex-Verfahren etc. Ferner können diese Genpolymorphismen gleichzeitig nach Mulitplex-PCR und Hybridisierung an ein DNA-Chip detektiert werden. Verteilung der GC (-909/-908) TT, G(-382)A und G(-387)A- Polymorphismusen bei unterschiedlichen Ethnien und Verwendung dieser Genotypen zum Auffinden weiterer relevanter Polymorphismen und Haplotypen.The detection of these SNPs in the sense of their use according to the invention can be demonstrated using any method known to the person skilled in the art, for example direct sequencing, PCR with subsequent restriction analysis, reverse hybridization, dot blot or slot blot method, mass spectrometry, Taqman®- or Light-Cycler® technology, Pyrosequencing®. Invader® technology, Luminex method, etc. Furthermore, these gene polymorphisms can be detected simultaneously after multiplex PCR and hybridization on a DNA chip. Distribution of the GC (-909 / -908) TT, G (-382) A and G (-387) A polymorphisms among different ethnic groups and use of these genotypes to find other relevant polymorphisms and haplotypes.
Hierzu wurden unterschiedliche DNA-Proben von Kaukasiern, Schwarzafrikanern und Chinesen genotypisiert . Das Ergebnis ist in der folgenden Tabelle dargestelltFor this purpose, different DNA samples from Caucasians, Black Africans and Chinese were genotyped. The result is shown in the following table
Diese Genotypverteilung ist im Chi -Test mit einem Chi 86,1 und einem P<0.0001 hochsignifikant verschieden. Der GC-Genotyp tritt bei Schwarzafrikanern am häufigsten auf.This genotype distribution is highly significantly different in the Chi test with a Chi 86.1 and a P <0.0001. The GC genotype is most common in black Africans.
Aus dieser Verteilung kann man folgern, dass entwicklungsgeschichtlich (bezogen auf Kaukasier) der GC(-909/- 908) den „Urzustand" darstellt. Solche Unterschiede der Genotypverteilung bei unterschiedlichen Ethnien weisen in der Regel darauf hin, dass assoziierte Phanotypen für die Evolution bedeutsam waren und den Trägern einen bestimmten Vorteil brachten. Es ist dem Fachmann bekannt, dass ethnisch unterschiedliche Genotypverteilung ein Hinweis darauf sind, dass auch heute noch bestimmte Genotypen- und Haplotypen mit bestimmten Erkrankungen oder physiolo- gischen und pathopyhsiologischen Reaktionsweisen oder Ansprechen auf Therapie, z.B. mit Pharmaka, assoziiert sind.From this distribution it can be concluded that the GC (-909 / - 908) represents the "original state" in terms of development history (based on Caucasians). Such differences in genotype distribution among different ethnic groups usually indicate that associated phenotypes are important for evolution and it brought the carriers a certain advantage. It is known to the person skilled in the art that ethnically different genotype distributions are an indication that certain genotype and haplotypes with certain diseases or physiological chemical and pathophysiological responses or response to therapy, e.g. associated with pharmaceuticals.
Diese Genotypverteilung ist im chi2 -Test zwischen Kaukasiern und Chinesen mit einem Chi 18,30 und einem P<0.001 hochsignifikant verschieden. Die G (-382) -Allelfrequenz (%G) ist bei Chinesen am höchsten, gefolgt von Schwarzafrikanern und Kaukasiern. This genotype distribution is highly significantly different in the chi 2 test between Caucasians and Chinese with a Chi 18.30 and a P <0.001. The G (-382) allele frequency (% G) is highest in Chinese, followed by Black Africans and Caucasians.
Diese Genotypverteilung ist im chi2 -Test zwischen Kaukasiern und Chinesen mit einem Chi 7,7 und einem P<0.01 signifikant verschieden. Die G (-387) -Allelfrequenz (%G) ist bei Chinesen am am höchsten, gefolgt von Schwarzafrikanern und Kaukasiern. Eine weitere Analyse zeigt ein Kopplungsungleichgewicht zwischen den drei Polymorphismen bei Kaukasiern. Unter Kopplungsungleichgewicht versteht man das Auftreten von Allelkombinationen (Haplotypen) , die statistisch eindeutig häufiger oder seltener gemeinsam vorkommen, als dies bezogen auf ihre Frequenz zu erwarten wäre.This genotype distribution is significantly different in the chi 2 test between Caucasians and Chinese with a chi 7.7 and a P <0.01. The G (-387) allele frequency (% G) is highest in Chinese, followed by Black Africans and Caucasians. Another analysis shows a coupling imbalance between the three polymorphisms in Caucasians. Coupling imbalance is the occurrence of allele combinations (haplotypes) that statistically clearly occur more frequently or less frequently than would be expected in relation to their frequency.
Die folgenden' Tabelle zeigt für Kaukasier die Verteilung von G(-387)A Genotypen stratifiziert nach G(-382)A Genotypen.The following 'table shows for Caucasians, the distribution of G (-387) A stratified by genotype G (-382) A genotypes.
Man erkennt keinen statistisch signifikanten Zusammenhang zwischen diesen Polymorphismen. Es besteht kein Kopplungsungleichgewicht zwischen dem G(-382)A und dem G(-387) SNP. Die folgenden Tabelle zeigt für Kaukasier die Verteilung von G(-382)A Genotypen stratifiziert nach GC(- 909/-908) TT-Genotypen .There is no statistically significant connection between these polymorphisms. There is no coupling imbalance between the G (-382) A and the G (-387) SNP. The following table shows the distribution of G (-382) A genotypes stratified for GC (- 909 / -908) TT genotypes.
Kopplungsanalysen zeigen ein signifikantes Kopplungsungleichgewicht zwischen dem GC (-909/-908) TT und dem G(- 382)A SNP (Chi-Square = 18.3; p=0.01). Die folgenden Tabelle zeigt für Kaukasier die Verteilung von G(-387)A Genotypen stratifiziert nach GC ( -909/-908) TT-Genotypen. Coupling analyzes show a significant coupling imbalance between the GC (-909 / -908) TT and the G (- 382) A SNP (Chi-Square = 18.3; p = 0.01). The following table shows the distribution of G (-387) A genotypes stratified for GC (-909 / -908) TT genotypes.
Kopplungsanalysen zeigen ein signifikantes Kopplungsungleichgewicht zwischen dem GC (-909/-908) TT und dem G(- 387)A SNP (Chi-Square = 14.1; p=0.01). Zusammenfassend findet sich ein signifikantes Kopplungsungleichgewicht zwischen dem GC (-909/-908) TT sowohl mit dem G(-382)A als auch mit dem G(-387)A SNP. Dagegen werden der G(-382)A und der G(-387)A SNP untereinander unabhängig vererbt.Coupling analyzes show a significant coupling imbalance between the GC (-909 / -908) TT and the G (- 387) A SNP (Chi-Square = 14.1; p = 0.01). In summary, there is a significant coupling imbalance between the GC (-909 / -908) TT with both the G (-382) A and the G (-387) A SNP. In contrast, the G (-382) A and the G (-387) A SNP are inherited independently of one another.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, dass diese neu aufgefundenen Polymorphismen dazu benutzt werden können, um weitere relevante genomische Genveränderungen in GNAQ oder benachbarten Genen zu detektieren und zu validieren, die z.B. mit Genotypen im Gen GNAQ im Kopplungsungleichgewicht stehen. Dies können auch Gene sein, die ebenfalls auf Chromosom 9 liegen, aber in großer Entfernung vom Gen GNAQ. Hierzu wird folgendermaßen vorgegangen: 1. Für bestimmte Phanotypen (zelluläre Eigenschaften, Krankheitszustände, Krankheitsverläufe, Arzneimittelansprechen usw.) wird zunächst eine Assoziation mit den Polymorphismen GC(-909/-908)TT oder dem G(- 387)A oder dem G(-382)A hergestellt.Another object of the invention is that these newly found polymorphisms can be used to detect and validate further relevant genomic gene changes in GNAQ or neighboring genes, which are, for example, in coupling imbalance with genotypes in the GNAQ gene. These can also be genes that are also located on chromosome 9, but at a great distance from the GNAQ gene. To do this, proceed as follows: 1. For certain phenotypes (cellular properties, disease states, disease courses, drug responses, etc.), an association with the polymorphisms GC (-909 / -908) TT or the G (- 387) A or the G (-382) A is first established ,
2. Für neu detektierte Genveränderungen in GNAQ oder benachbarten Genen wird untersucht, ob bereits bestehende Assoziationen unter Verwendung oben beschriebener Genotypen oder Haplotypen verstärkt oder abgeschwächt werden.2. For newly detected gene changes in GNAQ or neighboring genes, it is examined whether existing associations are strengthened or weakened using the genotypes or haplotypes described above.
Funktionelle Bedeutung des GC (-909/-908) T PolymorphismusFunctional importance of the GC (-909 / -908) T polymorphism
Es wurde untersucht, welche funktioneilen Änderungen Genveränderungen im Gen GNAQ zuzuordnen sind. Denkbar sind hier beispielsweise eine Korrelation zu alternativem Spleißen, gewebespezifische Expression oder eine Überexpression des Gαq-Proteins in Abhängigkeit von Genotypen des GC (-909/-908) TT Polymorphismus . Hierzu wurde zunächst mittels eines Computer-Programms untersucht, ob die gefundenen Nukleotidänderungen die Bindung von Transkriptionsfaktoren beeinflussen können. Transkriptionsfaktoren binden an spezifische Konsensus-Sequenzen und können die Promoteraktivität steigern oder vermindern, so dass eine verstärkte oder verminderte Transkription des Gens resultiert und somit das Expressionsniveau des kodierten Proteins gesteigert oder vermindert wird. Wie in Abbildung 3 dargestellt, befindet sich der GC (-909/-908) TT- Polymorphismus in' einer Konsensus-Sequenz der Bindungsstelle für den Transkriptionsfaktor SP-1, dessen Bindungsfähigkeit durch den Polymorphismus beeinträchtigt werden kann. Diese Beeinträchtigung bezieht sich auf den Genotyp (-909/-908) TT. Das Auftreten dieses Genotyps führt zu einem Wegfall einer SP-1 Bindungsstelle an ihre Konsensus-Sequenz : GGGGCGGGGC. Zur experimentellen Untersuchung dieses Effekts wird ein sogenanntes EMSA (electrophoretic mobility shift assay) durchgeführt. Bei diesem Versuch werden kurze Nukleinsäureabschnitte, die den Polymorphismus beinhalten, mit Zellkernextrakten inkubiert. Transkriptionsfaktor-Proteine, die sich in diesen Extrakten befinden, binden nun mit unterschiedlicher Intensität an die Nukleinsäureabschnitte. Die Bindung an die DNA wird schließlich im Röntgenfilm sichtbar gemacht. Dabei resultiert aus einer starken Bindung eine intensive Bande. Abbildung 4 zeigt das Resultat dieses Versuches mit spezifischen Konstrukten, die entweder den TT- oder den GC-Genotyp enthalten. Die stärkere Intensität der GC- Konstrukt Bande beweist eine stärkere Bindung eines Transkriptionsfaktors an diese Region. Das Verschwinden der Bande durch Zugabe eines SP-1 Antikörpers sowie die Verdrängung der Bindung durch ein kommerzielles SP-1 Oli- gonukleotid zeigt, dass es sich bei dem bindenden Transkriptionsfaktor um SP-1 handelt.It was examined which functional changes gene changes in the gene GNAQ can be assigned. A correlation to alternative splicing, tissue-specific expression or an overexpression of the Gαq protein depending on genotypes of the GC (-909 / -908) TT polymorphism are conceivable here, for example. For this purpose, a computer program was first used to investigate whether the nucleotide changes found could influence the binding of transcription factors. Transcription factors bind to specific consensus sequences and can increase or decrease the promoter activity, so that an increased or decreased transcription of the gene results and thus the expression level of the encoded protein is increased or decreased. As shown in Figure 3, the GC is (-909 / -908) polymorphism in TT 'of a consensus sequence of the binding site for the transcription factor SP-1, its binding ability may be affected by the polymorphism. This impairment relates to the genotype (-909 / -908) TT. The appearance of this genotype leads to the loss of an SP-1 binding site to its consensus sequence: GGGGCGGGGC. A so-called EMSA (electrophoretic mobility shift assay) is carried out to experimentally investigate this effect. In this experiment, short nucleic acid sections that contain the polymorphism are incubated with cell nucleus extracts. Transcription factor proteins that are in these extracts now bind to the nucleic acid sections with different intensities. The binding to the DNA is finally made visible in the X-ray film. A strong bond results in an intense bond. Figure 4 shows the result of this experiment with specific constructs containing either the TT or the GC genotype. The stronger intensity of the GC construct band shows a stronger binding of a transcription factor to this region. The disappearance of the band by adding an SP-1 antibody and the displacement of the binding by a commercial SP-1 oligonucleotide shows that the binding transcription factor is SP-1.
Zum funktioneilen Nachweis einer geänderten Promotoraktivität abhängig von bestimmten Genotypen wurden unterschiedliche Fragmente des Promoters mit dem GC- bzw. mit dem TT-Genotyp in den Vektor pSEAP kloniert um nach Expression des Vektors in HEK-Zellen die Promotoraktivität mittels eines sogenannten „Reporterassays" zu quantifizieren (Abbildung 5) . Hierzu werden die Konstrukte vor ein Gen kloniert, das für sezernierte alkalische Phosphatase (SEAP) kodiert. Falls das Konstrukt eine Promoteraktivität hat, wird das SEAP-Gen vermehrt transkribiert und die vermehrte Sekretion von alkalischer Phosphatase ins Zellkulturmedium ist messbar. Wie Abbildung 5 zeigt, weist das Konstrukt -798/+89 die höchste Promotoraktivi- tat auf (die Zahlenangaben beziehen sich auf den Transkriptionsstartpunkt, der im GNAQ-Gen bei -214 liegt) . Da sich der Polymorphismus in dieser Region befindet (-694/-695 relativ vom Transkriptionsstartpunkt), die die höchste Reporteraktivität zeigt und außerdem eine Transkriptions-Faktorbindungsstelle durch den Nukleinsäu- reaustausch beeinflusst wird, wurde nun untersucht, ob die Stimulation von HEK-Zellen einen Einfluss auf die Reporteraktivität dieser Konstrukte hat. Hierfür wurde das Konstrukt -789/+89 mit jeweils den Polymorphismen GC ( - 909/-908) und TT (-909/-908) in HEK-Zellen transfiziert und die Zellen wurden mit Serum bzw. Angiotensin II stimuliert (Abbildung 6) . Bei Konstrukten mit dem GC-Genotyp führt die Stimulation mit Serum oder 10 nM Angiotensin II zu einer signifikant (p < 0,05) um das 2- bis 4-fache gesteigerten Promotoraktivität im Vergleich zum TT-Genotyp. Der GC-Polymorphismus im Promotor des GNAQ-Gens führt also dazu, dass die Promotoraktivität gesteigert ist und demnach das Gαq-Protein vermehrt exprimiert wird. Um zu überprüfen, ob diese Regulation auch in vivo stattfindet, wurde die Expression von Gαq auf mRNA-Ebene mittels Real- time-PCR in Herzgewebe untersucht.For the functional detection of a changed promoter activity depending on certain genotypes, different fragments of the promoter with the GC or with the TT genotype were cloned into the vector pSEAP in order to quantify the promoter activity by means of a so-called "reporter assay" after expression of the vector in HEK cells (Figure 5) For this purpose, the constructs are cloned in front of a gene which codes for secreted alkaline phosphatase (SEAP) .If the construct has a promoter activity, the SEAP gene is increasingly transcribed and the increased secretion of alkaline phosphatase into the cell culture medium can be measured. As Figure 5 shows, construct -798 / + 89 exhibits the highest opened (the numbers refer to the transcription start point, which is -214 in the GNAQ gene). Since the polymorphism is in this region (-694 / -695 relative to the transcription start point), which shows the highest reporter activity and also a transcription factor binding site is influenced by the nucleic acid exchange, it has now been investigated whether stimulation of HEK cells unites Influences the reporter activity of these constructs. For this purpose, the construct -789 / + 89 with the polymorphisms GC (- 909 / -908) and TT (-909 / -908) was transfected into HEK cells and the cells were stimulated with serum and angiotensin II (Figure 6) , In constructs with the GC genotype, stimulation with serum or 10 nM angiotensin II leads to a significantly (p <0.05) 2 to 4-fold increased promoter activity compared to the TT genotype. The GC polymorphism in the promoter of the GNAQ gene thus means that the promoter activity is increased and, accordingly, the Gαq protein is increasingly expressed. In order to check whether this regulation also takes place in vivo, the expression of Gαq was examined at the mRNA level by means of real-time PCR in cardiac tissue.
Dazu wurde mRNA aus menschlichem Operationsgewebe bei Herzoperationen gewonnen und mittels reverser Transkrip- tase in cDNA umgeschrieben. Das Verfahren ist dem Fachmann geläufig. Nachfolgend wurde das Expressionsniveau mittels Realtime-PCR (Taqman-Verfahren) bestimmt und mit dem Expressionsniveau des Housekeeping-Gens ß-Actin abgeglichen. Die Ergebnisse sind in Abbildung 7 dargestellt. Der GCGC-Genotyp führt zu einer Steigerung der Gαq- Transkription von mindestens 25% gegenüber dem T-Allel. Um weiterhin zu untersuchen, ob der GC (-909/-908) TT Poly- morphismus an der Entstehung kardialer Hypertrophie beteiligt sein kann, wurde der Proteingehalt im Vergleich zum DNA-Gehalt von Herzproben von Patienten im chronischen Vorhofflimmern und Patienten im Sinusrhythmus bestimmt. Abb. 8 zeigt, dass der relative zelluläre Proteingehalt bei Proben von Patienten mit Vorhofflimmern gegenüber Proben von Patienten im Sinusrhyhtmus erhöht ist. Da das Auftreten einer Herzhypertrophie bei Patienten mit chronischen Vorhofflimmern gegenüber Patienten im Sinusrhythmus erhöht ist, stellt der Protein/DNA Index einen Marker für die Herzhypertrophie dar. Abb. 8 zeigt den Protein/DNA- Index, aufgeteilt nach dem GC (-909/-908) TT Polymorphismus . Diese Abbildung zeigt, dass sowohl bei Proben von Patienten mit chronischem Vorhofflimmern als auch bei Proben von Patienten im Sinusrhyhtmus der Protein/DNA-Index bei GC/GC-Genotypen am höchsten ist.For this purpose, mRNA was obtained from human surgical tissue during cardiac surgery and was transcribed into cDNA using reverse transcriptase. The process is familiar to the person skilled in the art. The expression level was subsequently determined using real-time PCR (Taqman method) and compared with the expression level of the housekeeping gene β-actin. The results are shown in Figure 7. The GCGC genotype leads to an increase in Gαq transcription of at least 25% compared to the T allele. To further investigate whether GC (-909 / -908) TT polymorphism can be involved in the development of cardiac hypertrophy, the protein content was determined in comparison to the DNA content of heart samples from patients with chronic atrial fibrillation and patients with sinus rhythm. Fig. 8 shows that the relative cellular protein content in samples from patients with atrial fibrillation is increased compared to samples from patients in the sinus rhythm. Since the occurrence of cardiac hypertrophy in patients with chronic atrial fibrillation is higher than in patients with sinus rhythm, the protein / DNA index represents a marker for cardiac hypertrophy. Fig. 8 shows the protein / DNA index, divided according to the GC (-909 / - 908) TT polymorphism. This figure shows that both samples from patients with chronic atrial fibrillation and samples from patients with sinus rhythm have the highest protein / DNA index in GC / GC genotypes.
Damit wurde nachgewiesen, dass es im Gen GNAQ Genveränderungen gibt, die zum einen eine Expressionsanderung vonIt was thus proven that there are gene changes in the GNAQ gene which, on the one hand, change the expression of
Gαq im Herzgewebe bewirken und zum anderen zu einer Veränderung der Proteinmenge in Herzen führen kann. Dies kann der GC (-909/-908) TT-Polymorphismus sein oder Polymorphismen, die mit diesen im Kopplungsungleichgewicht stehen (z.B. der G(-382)A oder der G(-387)A Polymorphis- mus) . Bestandteil der hier beschrieben Erfindung ist damit auch, die Expression von Gαq auf mRNA-Ebene oder Proteinebene zu quantifizieren, mit bekannten Polymorphismen des GNAQ zu assoziieren und neue, noch besser geeignete Polymorphismen zu entdecken und zu validieren. Die hier gezeigten Befunde einer genotypabhängigen Expression von Gαq und veränderter Gesamtproteinmenge in menschlichen Herzen ist überaus bedeutsam. Bei transgenen Tieren führt die Überexpression von Gαq zur vermehrten Apoptose kardialer Myozyten als Ursache einer Herzinsuffizienz (Adams and Brown, 2001; Mende et al . , 1998). Gleiche Effekte sind daher auch bei Menschen zu erwarten, die auf Grund einer Genveränderung in GNAQ das Gαq- Protein überexprimieren. Hier erwarten wir ein erhöhtes kardiovaskuläres Risiko. Dazu gehört ein erhöhtes Risiko für Adipositas, Hypertonie, Schlaganfall, koronare Herzkrankheit, Myokardinfarkt , Präeklampsie etc. Außerdem erwarten wir ein geändertes Ansprechen auf Substanzen, deren Rezeptoren Gαq aktivieren oder Substanzen, die indirekt Agonisten induzieren, deren Wirkungen über Gαq vermittelt werden. Die geänderte Apoptoseneigung kann eine Vielzahl von Krankheitsverläufen (z. B. von Tumor- und Immunerkrankungen) beeinflussen und das Ansprechen auf Pharmaka bestimmen.Gαq in the heart tissue and on the other hand can lead to a change in the amount of protein in the heart. This can be the GC (-909 / -908) TT polymorphism or polymorphisms that are in coupling imbalance with them (eg the G (-382) A or the G (-387) A polymorphism). Part of the invention described here is therefore also to quantify the expression of Gαq at the mRNA level or protein level, to associate it with known polymorphisms of the GNAQ and to discover and validate new, even more suitable polymorphisms. The results shown here of a genotype-dependent expression of Gαq and a changed total amount of protein in human hearts is extremely important. In transgenic Animals overexpressing Gαq leads to increased apoptosis of cardiac myocytes as the cause of heart failure (Adams and Brown, 2001; Mende et al., 1998). The same effects can therefore also be expected in people who overexpress the Gαq protein due to a gene change in GNAQ. Here we expect an increased cardiovascular risk. This includes an increased risk of obesity, hypertension, stroke, coronary artery disease, myocardial infarction, pre-eclampsia etc. We also expect a changed response to substances whose receptors activate Gαq or substances which indirectly induce agonists whose effects are mediated via Gαq. The changed tendency to apoptosis can influence a variety of disease courses (e.g. tumor and immune diseases) and determine the response to pharmaceuticals.
Ferner führt die Überexpression von Gαq beim Trägern des GC-Allels zu einer konsekutiv gesteigerten Signaltrans- duktion nach Stimulation von Zellen mit Agonisten, deren Signaltransduktion das Gαq-Protein umfasst. Der Nachweis erfolgte in mit dem Ca2+-Indikator Fura-2 beladenen humanen Hautfibroblasten nach Stimulation mit dem Hormon Bra- dykinin, bei dessen Wirkung bekanntlich Gq beteiligt ist (Abb.9) . Man erkennt deutlich, dass das Ausmaß des Anstiegs der intrazellulären Ca2+-Konzentration mit zunehmender Anzahl von GC-Allelen ansteigt. Damit ist der Nachweis von Genveränderungen im Gen GNAQ prinzipiell geeignet, die Stärke der Aktivierung von Gq und damit die Effizienz der Signaltransduktion über Gq-gekoppelte Rezeptoren vorherzusagen. Verwendung einer Genveränderung in GNAQ zur Vorhersage von Erkrankungsrisiken und KrankheitsverläufenFurthermore, the overexpression of Gαq when carrying the GC allele leads to a consecutively increased signal transduction after stimulation of cells with agonists whose signal transduction comprises the Gαq protein. The detection was carried out in human skin fibroblasts loaded with the Ca 2+ indicator Fura-2 after stimulation with the hormone bredykinin, in whose effect Gq is known to be involved (Fig. 9). It can clearly be seen that the extent of the increase in the intracellular Ca 2+ concentration increases with an increasing number of GC alleles. In principle, the detection of gene changes in the GNAQ gene is suitable for predicting the strength of the activation of Gq and thus the efficiency of signal transduction via Gq-coupled receptors. Use of a gene modification in GNAQ to predict disease risks and disease courses
Aufgrund der Schlüsselfunktion der Gαq-Untereinheit für die Zellaktivierung ist es ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung, dass unter Verwendung von Genveränderungen in GNAQ generell Erkrankungsrisiken und Krankheitsverläufe vorhergesagt werden können. Menschliche heterotrimere G-Proteine sind aus den Untereinheiten α, ß und γ zusammengesetzt. Hiervon sind wiederum eine Reihe von Isoformen bekannt, die durch unterschiedliche Gene kodiert werden. Beispielweise gibt es 13 unterschiedliche γ-Isoformen (γl - γl3) , mindestens 5 unterschiedliche ß-Isoformen (ßl- ß5) und eine Vielzahl unterschiedlicher α-Isoformen (αs (short and long) , αo, αil-3, αq, αll-16, αolf etc.) Da G- Proteine bekannterweise eine zentrale Rolle bei der Steuerung der Funktion aller menschlichen Zellen einnehmen, unabhängig davon, welche Zellrezeptoren aktiviert werden, ist unmittelbar zu erwarten, dass der Verlauf vielfältiger und ganz unterschiedlicher Erkrankungen bei einer genetisch determinierten, verstärkten Aktivierbarkeit von G-Proteinen beeinflusst wird. Gerade bei den vielfältigen Funktionen von G-Proteinen erlangen funktionsverändernde Mutationen eine ganz besonders herausragende Bedeutung und Vorhersagekraft. Diese steht im Gegensatz zu Mutationen in anderen Genen, welche für andere Proteine, z.B. Hormone oder Hormonrezeptoren kodieren.Because of the key function of the Gαq subunit for cell activation, it is an essential part of the invention that disease changes and disease courses can be generally predicted using gene changes in GNAQ. Human heterotrimeric G proteins are composed of the subunits α, β and γ. A number of isoforms are in turn known which are encoded by different genes. For example, there are 13 different γ-isoforms (γl - γl3), at least 5 different ß-isoforms (ßl- ß5) and a variety of different α-isoforms (αs (short and long), αo, αil-3, αq, αll- 16, αolf etc.) Since G proteins are known to play a central role in controlling the function of all human cells, regardless of which cell receptors are activated, it can be expected that the course of diverse and very different diseases in a genetically determined, increased activability of G proteins is influenced. Especially with the diverse functions of G-proteins, function-changing mutations become particularly important and predictive. This is in contrast to mutations in other genes which are responsible for other proteins, e.g. Encode hormones or hormone receptors.
Dies bedeutet, dass durch Genveränderungen in Proteinen, die in allen menschlichen Körperzellen exprimiert werden und dort an zentraler Stelle eingehende Hormonsignale bündeln und dadurch Zellfunktionen regulieren, alle physiologischen und pathophysiologischen Vorgänge entschei- dend beeinflusst oder zumindest moduliert werden. Daneben werden auch Antworten auf Pharmaka in besonderer Weise beeinflusst. Hiervon sind erwünschte, aber auch unerwünschte Arzneimittelwirkungen betroffen.This means that gene changes in proteins that are expressed in all human body cells and concentrate incoming hormone signals at a central point and thereby regulate cell functions, determine all physiological and pathophysiological processes. be influenced or at least modulated. In addition, responses to pharmaceuticals are influenced in a special way. This affects both undesirable and undesirable drug effects.
Es wurde in der wissenschaftlichen Literatur wiederholt postuliert, dass Funktionsveränderungen von G-Proteinen einen nachhaltigen Einfluss auf vielfältige Erkrankungen bzw. auf den Verlauf vielfältiger Erkrankungen haben. Solche Genveränderungen können strukturverändernde Mutationen in G-Protein-Untereinheiten sein, die beispielsweise die Aktivierbarkeit durch einen Rezeptor verändern, die enzymatische GTPase Aktivität betreffen oder die Di- merisierung von ßγ-Untereinheiten beeinflussen. Daneben könnten solche Veränderungen die Zusammensetzung hete- rotrimerer G-Proteine verändern. Ferner kann das Expressionsniveau solcher G-Proteinuntereinheiten verändert sein oder es können Spleißvarianten -mit geänderter Funktion auftreten (Farfel et al . , 1999; Iiri and Bourne, 1998; Iiri et al . , 1998; Spiegel, 1999; Spiegel, 1997; Spiegel, 1996) .It has been repeatedly postulated in the scientific literature that changes in the function of G proteins have a lasting influence on diverse diseases or on the course of various diseases. Such gene changes can be structure-changing mutations in G-protein subunits which, for example, alter the activatability by a receptor, affect the enzymatic GTPase activity or influence the dimerization of β-subunits. In addition, such changes could change the composition of heterrotrimeric G proteins. Furthermore, the expression level of such G-protein subunits can be changed or splice variants with changed function can occur (Farfel et al., 1999; Iiri and Bourne, 1998; Iiri et al., 1998; Spiegel, 1999; Spiegel, 1997; Spiegel, 1996).
Aus den zuvor genannten Beispielen geht folgendes hervor:The following can be seen from the examples given above:
1. Genveränderungen in Genen, die für ubiquitär exprimier- te Proteine kodieren, beeinflussen vielfältige Erkrankungen bzw. verursachen vielfältige Erkrankungsrisiken.1. Genetic changes in genes that code for ubiquitously expressed proteins influence a variety of diseases or cause a variety of disease risks.
2. G-Proteine steuern nahezu alle Signaltransduktionsvor- gänge im menschlichen Körper.2. G proteins control almost all signal transduction processes in the human body.
3. Während aus der zitierten Literatur eindeutig hervorgeht, dass man ganz allgemein davon auszugehen hat, dass Mutationen und Polymorphismen in Genen, die für G-Proteine kodieren, solche Erkrankungen hervorrufen können, so wurde ein Zusammenhang mit genomischen Mutationen im Gen GNAQ für die Gαq-Untereinheit hete- rotrimerer G-Proteine mit Erkrankungsrisiken in der Literatur weder beschrieben noch vermutet.3. While it is clear from the literature cited that it can generally be assumed that mutations and polymorphisms in genes which code for G proteins cause such diseases a connection with genomic mutations in the GNAQ gene for the Gαq subunit of heterotrimeric G proteins with disease risks was neither described nor assumed in the literature.
Als Erkrankungen, die mit einer Genveränderung in GNAQ einhergehen, und beispielsweise durch ein geändertes Expressionsniveau von Gαq-Protein bestimmt werden, können genannt werden :The following can be mentioned as diseases which are associated with a gene change in GNAQ and which are determined, for example, by a changed expression level of Gαq protein:
1. Herz-Kreislauferkrankungen. Darunter fallen insbesondere Hypertonie, Schlaganfall, koronare Herzkrankheit und Myokardinfarkt , Herzinsuffizienz, HerzrhythmusStörungen, Präeklampsie bzw. Gestose. 2. Enokrinologische und StoffWechselerkrankungen. Darunter fallen insbesondere Adipositas, metabolisches Syndrom, Typ-2 Diabetes-mellitus, Gicht, Osteoporo- se, Schilddrüsenerkrankungen wie Hyper- und Hypothy- reose und M.Basedow, Hyper- und Hypoparathyreodis- mus, Morbus Cushing, Hxper- und Hypoaldosteronismus und viele mehr; 3. Psychiatrische Erkrankungen wie Depression, Schizophrenie, Alkoholismus und Angststörungen, Phobien, Neurosen; 4. Neurologische Erkrankungen wie Morbus Parkinson, multiple Sklerose, Epilepsien; 5. Dermatologische Erkrankungen wie Psoriasis, Neuro- dermitis 6. Tumorerkrankungen. Verwendung von Genveränderungen im Gen GNAQ zur Vorhersage des Risikos für Herz- Kreislauferkrankungen1. Cardiovascular diseases. These include, in particular, hypertension, stroke, coronary heart disease and myocardial infarction, heart failure, cardiac arrhythmia, preeclampsia or gestosis. 2. Enocrinological and metabolic diseases. These include, in particular, obesity, metabolic syndrome, type 2 diabetes mellitus, gout, osteoporosis, thyroid diseases such as hyper- and hypothyroidism and M.Basedow, hyper- and hypoparathyroidism, Cushing's disease, hyper- and hypoaldosteronism and many others more; 3. Psychiatric disorders such as depression, schizophrenia, alcoholism and anxiety disorders, phobias, neuroses; 4. Neurological diseases such as Parkinson's disease, multiple sclerosis, epilepsy; 5. Dermatological diseases such as psoriasis, neurodermatitis 6. Tumor diseases. Use of gene changes in the GNAQ gene to predict the risk of cardiovascular diseases
Bei transgenen Tieren, die im Herzen Gαq überexprimieren beobachtet man eine vermehrte Neigung zur Herzhypertrophie, Herzinsuffizienz und Apoptose. Es ist daher davon auszugehen, dass eine gesteigerte Expression von Gαq beim Menschen, wie sie beim GC-Genotyp des GC (-909/-908) TT- Polymorphismus, zu einem gesteigerten kardiovaskulären Risiko führt. Wie in Abbildung 10 dargestellt, findet man bereits bei jungen Männern, die den GC-Genotyp tragen, ein erhöhtes Schlagvolumen des Herzens bei reduziertem peripheren Widerstand. Dies ist bekanntlich Ausdruck einer hyperdynamischen KreislaufSituation, die mit einem erhöhten Risiko für Hypertonie und Herzhypertrophie einhergeht. Bei älteren Menschen finden wir eine deutliche Abhängigkeit des linksventrikulären Massenindex vom GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus (p < 0,05):In transgenic animals that overexpress Gαq in the heart, an increased tendency to heart hypertrophy, heart failure and apoptosis is observed. It can therefore be assumed that an increased expression of Gαq in humans, as is the case with the GC genotype of the GC (-909 / -908) TT polymorphism, leads to an increased cardiovascular risk. As shown in Figure 10, young men who have the GC genotype have an increased heart stroke volume with reduced peripheral resistance. As is well known, this is an expression of a hyperdynamic circulatory situation that is associated with an increased risk of hypertension and cardiac hypertrophy. In the elderly we find a clear dependence of the left ventricular mass index on the GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism (p <0.05):
Somit besteht für GC-Genotypen eine erhöhte Gefahr für Linksherzhypertrophie mit erhöhtem Risiko für Vorhofflim- mern, andere RhythmusStörungen und den plötzlichen Herztod. Verwendung von Genveränderungen im Gen GNAQ zur Vorhersage des Risikos für Herzversagen bei chronischer Herzschwäche (Herzinsuffizienz) Die Rolle von Gq bei der Entstehung der kardialen Hypertrophie ist durch Versuche an transgenen Mäusen gut belegt. Der Verlauf dieser Erkrankung wird jedoch von mehreren Faktoren beeinflusst: Auswurfvolumen des Herzens, neurohumorale Aktivierbarkeit des Herzens, physiologische Konditionierung und genetische Variabilität (Molkentin and Dorn II, 2001; Givertz et al . , 2004) . Diese und weitere Faktoren determinieren den Krankheitsverlauf, der zum Tod oder zu einer Herztransplantation aufgrund einer chronischen Herzinsuffizienz führen kann. Es ist daher davon auszugehen, dass eine veränderte Aktivierbarkeit des Gq-Gens über neurohumorale Aktivierung z.B. über Angiotensin II, wie es bei dem GC (-909/-908) TT Polymorphis- mus der Fall ist, zu einer Beeinflussung des Krankheits- Verlaufes der Herzinsuffizienz führen kann. Bei Patienten mit einer chronischen Herzinsuffizienz aufgrund einer Kardiomyopathie zeigt sich die stärkere neurohumorale Aktivierbarkeit im Sinne einer besseren Auswurfleistung des Herzens bei homozygoten GC-Trägern:Thus there is an increased risk of left heart hypertrophy for GC genotypes with an increased risk of atrial flickering, other rhythm disturbances and sudden cardiac death. Use of gene changes in the GNAQ gene to predict the risk of heart failure in chronic heart failure (heart failure) The role of Gq in the development of cardiac hypertrophy has been well proven by tests on transgenic mice. However, the course of this disease is influenced by several factors: ejection volume of the heart, neurohumoral activability of the heart, physiological conditioning and genetic variability (Molkentin and Dorn II, 2001; Givertz et al., 2004). These and other factors determine the course of the disease, which can lead to death or a heart transplant due to chronic heart failure. It can therefore be assumed that a changed activatability of the Gq gene via neurohumoral activation, eg via angiotensin II, as is the case with the GC (-909 / -908) TT polymorphism, has an influence on the course of the disease Heart failure can result. In patients with chronic heart failure due to cardiomyopathy, the stronger neurohumoral activability is shown in terms of a better ejection performance of the heart in homozygous GC carriers:
Diese Unterschiede in der Auswurfleistung des Herzens gehen einher mit Unterschieden im Krankheitsverlauf: Die mediane Zeit bis zu einer Herztransplantation bei Herzinsuffizienz aufgrund von Kardiomyopathie beträgt bei homo- zygoten GC-Tägern 7 Jahre, bei Heterozygoten 5 Jahre und bei homozygoten TT-Trägern nur 1,5 Jahre (Abbildung 11) .These differences in the ejection output of the heart go hand in hand with differences in the course of the disease: the median time to a heart transplant for heart failure due to cardiomyopathy is in homo- zygote GC subjects 7 years, heterozygotes 5 years and homozygous TT subjects only 1.5 years (Figure 11).
Die Rolle von GNAQ bei der Insulin- und Endothelinwirkung im FettgewebeThe role of GNAQ in the action of insulin and endothelin in adipose tissue
Normalerweise wird die Glukoseaufnahme im Fettgewebe über eine Tyrosinphosphorylierung von IRS-1, gefolgt von einer Bindung an die p85-Untereinheit der PI-3 Kinase geregelt. Einige Studien zeigten jedoch auch einen IRS-1 unbhängi- gen Glukosetransport in die Zelle. Dieser ist entweder durch Insulin- oder Endothelin vermittelt. Die durch Ent- dothelin vermittelte Glukoseaufnahme ist Gq abhängig, jedoch PI-3K unabhängig. (Kanzaki et al . , 2000; Wu-Wong et al., 1999; Rachdaoui and Nagy, 2003). TNFalpha gilt als wichtiger Mediator bei der Insulinresistenz (Hotamisligil, 2000), wobei das Fettgewebe zu den Haupt- wirkorten von TNFalpha gehört (Ruan et al . , 2002) . In Fettzellen konnte gezeigt werden, dass chronische Behandlung mit TNF alpha zu einer reduzierten Endothelin-1 abhängigen Glukoseaufnahme führte . Außerdem führte es zu einer verminderten Gq/11 Expression, und diese verminderte Expression führte zu einer verringerten Glukoseaufnahme in die Zelle (Rachdaoui and Nagy, 2003) . Es ist daher davon auszugehen, dass eine genotypabhängige veränderte Gq Expression im Fettgewebe zu unterschiedlichen Insulinantworten und zur Pathogenese der Insulinresistenz, wie sie bei Erkrankungen wie Diabetes mellitus Typ II oder polycystischem Ovarialsyndrom (PCOS) beitragen kann. Verwendung von Genveränderungen im Gen GNAQ zur Vorhersage der Insulinwirkung im FettgewebeNormally, glucose uptake in adipose tissue is regulated by tyrosine phosphorylation of IRS-1 followed by binding to the p85 subunit of PI-3 kinase. However, some studies also showed IRS-1 independent glucose transport into the cell. This is mediated by either insulin or endothelin. The endothelin-mediated glucose uptake is Gq dependent, but PI-3K independent. (Kanzaki et al., 2000; Wu-Wong et al., 1999; Rachdaoui and Nagy, 2003). TNFalpha is considered to be an important mediator for insulin resistance (Hotamisligil, 2000), with adipose tissue being one of the main sites of action for TNFalpha (Ruan et al., 2002). In fat cells it could be shown that chronic treatment with TNF alpha led to a reduced endothelin-1 dependent glucose uptake. It also resulted in decreased Gq / 11 expression, and this decreased expression resulted in decreased cell glucose uptake (Rachdaoui and Nagy, 2003). It can therefore be assumed that a genotype-dependent change in Gq expression in adipose tissue leads to different insulin responses and to the pathogenesis of insulin resistance, as can contribute to diseases such as type II diabetes mellitus or polycystic ovarian syndrome (PCOS). Use of gene changes in the GNAQ gene to predict insulin effects in adipose tissue
Aufgrund der molekularen Untersuchung zum GC(-909/- 908) TT-Polymorphismus (stärkere Aktivierbarkeit des Promotors bei GC-Allelen und vermehrte mRNA Expression bei GCGC Genotypen) war davon auszugehen, dass die beobachteten Effekte auch auf Gq-vermittelte Wirkungen im Fettgewebe übertragbar sind. Zur Bestätigung dieser Hypothese wurde zunächst die genotypabhängige mRNA Expression im menschlichen Fettgewebe untersucht. Dazu wurde mRNA aus menschlichem subkutanen Fettgewebe bei Mamma- Reduktionsplastiken gewonnen und mittels reverser Transkriptase in cDNA umgeschrieben. Das Verfahren ist dem Fachmann geläufig. Nachfolgend wurde das Expressionsniveau mittels Realtime-PCR (Taqman-Verfahren) bestimmt und mit dem Expressionsniveau des Housekeeping-Gens ß- Actin abgeglichen. Wie in Abbildung 12 dargestellt, findet sich im menschlichen Fettgewebe bei GC-Homozygoten eine um etwa 40% erhöhte Gq mRNA Expression im Vergleicht zu Heterozygoten oder homozygoten TT-Trägern.Based on the molecular analysis of the GC (-909 / - 908) TT polymorphism (greater activability of the promoter in GC alleles and increased mRNA expression in GCGC genotypes), it was assumed that the effects observed could also be transferred to Gq-mediated effects in adipose tissue are. To confirm this hypothesis, the genotype-dependent mRNA expression in human adipose tissue was first examined. For this purpose, mRNA was obtained from human subcutaneous adipose tissue using breast reduction plastics and was transcribed into cDNA using reverse transcriptase. The process is familiar to the person skilled in the art. The expression level was subsequently determined using real-time PCR (Taqman method) and compared with the expression level of the housekeeping gene β-actin. As shown in Figure 12, GC homozygotes show around 40% increased Gq mRNA expression in human adipose tissue compared to heterozygote or homozygote TT carriers.
Die hemmende Wirkung des Insulins auf die Lipolyse wurde an kultivierten menschlichen Fettzellen untersucht. Hierzu wurden die Lipolyse in menschlichen Fettzellen ex vivo mit Isoprenalin induziert und der hemmende Einfluss von Insulin durch dessen Zugabe untersucht. Die Lipolyse wurde anhand der Freisetzung von Glycerol quantifiziert (Hauner et al . , 2002). Hier zeigt sich der stärkste hemmende Insulin-Effekt bei Fettzellen von Individuen mit dem GCGC-Genotyp (Abbildung 13) . Dies stimmt mit der Beobachtung einer vermehrten Gen-Expression von Gq bei die- sem Genotyp überein. Zudem sind diese Ergebnisse ein Hinweis darauf, dass Genveränderungen im Gen GNAQ zur Vorhersage von Arzneimittelwirkungen geeignet sind, wie hier beispielhaft für Insulin gezeigt.The inhibitory effect of insulin on lipolysis was investigated in cultivated human fat cells. For this purpose, lipolysis in human fat cells was induced ex vivo with isoprenaline and the inhibitory influence of insulin was examined by adding it. Lipolysis was quantified based on the release of glycerol (Hauner et al., 2002). This shows the strongest inhibitory insulin effect in fat cells of individuals with the GCGC genotype (Figure 13). This is true with the observation of an increased gene expression of Gq in this this genotype. In addition, these results are an indication that gene changes in the GNAQ gene are suitable for predicting drug effects, as shown here by way of example for insulin.
Insulinresistenz am Beispiel von PCOS-PatientenInsulin resistance using the example of PCOS patients
Das Polycystische Ovarial Syndrom (PCOS) ist eine häufige endokrine Erkrankung, die durch chronische Anovulation und Hyperandrogenismus charakterisiert ist. Etwa 5 % aller prämenopausalen Frauen sind davon betroffen. Die meisten Frauen mit PCOS haben eine Insulinresistenz und damit ein erhöhtes Risiko für ein metabolisches Syndrom (Adipositas, Typ-2 Diabetes, FettstoffWechselstörung und Hypertonie) . Der Body Mass Index (BMI) und die Insulinresistenz, gemessen nach der HOMA-IR-Methode (homeostasis model assessment for insulin resistance) , wurden mit Gq- Genotypen des GC (-909/-908) TT-Polymorphismus untersucht. Abbildung 14 zeigt deutlich, dass TT/TT-Homozygote Patientinnen einen signifikant erhöhten BMI, HOMA-IR und Insulinkonzentration im Serum aufweisen.Polycystic Ovarian Syndrome (PCOS) is a common endocrine disorder characterized by chronic anovulation and hyperandrogenism. About 5% of all premenopausal women are affected. Most women with PCOS have insulin resistance, which increases the risk of a metabolic syndrome (obesity, type 2 diabetes, fat metabolism disorders, and hypertension). The body mass index (BMI) and insulin resistance, measured according to the HOMA-IR method (homeostasis model assessment for insulin resistance), were examined using Gq genotypes of the GC (-909 / -908) TT polymorphism. Figure 14 clearly shows that TT / TT homozygous patients have a significantly increased BMI, HOMA-IR and insulin concentration in the serum.
Damit ist gezeigt, dass Genveränderungen im Gen GNAQ dazu verwendet werden können, die Insulinresistenz vorherzusagen. ' This shows that gene changes in the GNAQ gene can be used to predict insulin resistance. '
Risiko von StoffwechselstörungenRisk of metabolic disorders
Eine der häufigsten Stoffwechselstörungen ist Hypercho- lesterinämie, die bekanntlich mit einem erhöhten Risiko für koronare Herzkrankheit, Myokardinfarkt , Schlaganfall und Alzheimer-Krankheit assoziiert ist. Bereits bei jungen gesunden Personen findet man, dass der GC(~909/~ 908) TT-Polymorphismus mit einer geänderten Cholesterin- konzentration im Serum assoziiert ist (Abbildung 15) . Grundlegende Eigenschaften von malignen TumorenOne of the most common metabolic disorders is hypercholesterolemia, which is known to be associated with an increased risk of coronary artery disease, myocardial infarction, stroke and Alzheimer's disease. Even in healthy young people, it can be found that the GC (~ 909 / ~ 908) TT polymorphism is associated with a changed cholesterol concentration in the serum (Figure 15). Basic properties of malignant tumors
Bei malignen Tumoren, auch als Krebs bezeichnet, kommt es zu charakteristischen Veränderungen grundlegender Funktionen, die das Wachstum solcher Zellen in ungünstiger Weise befördern. Krebszellen sind gekennzeichnet durch einen Verlust der Kontaktinhibition und ein unkontrolliertes Zellwachstum. Ausgelöst werden solche Veränderungen durch eine Vielzahl von Noxen, sogenannte Kanzerogene, welche das Erbgut schädigen. Zu solchen Noxen gehören viele Chemikalien, Tabakrauch, aber auch UV-Licht. Daneben spielen genetische Faktoren bei der Krebsentstehung eine heraus- ragende Rolle. Kennzeichnend für Krebszellen ist neben ihrem ungehemmten Wachstum auch die Neigung, Tochtergeschwülste (Metastasen) in anderen Organen abzusiedeln. Die Ausbreitung der Metastasen erfolgt regelmäßig über die Blutbahn oder über Lymphgefäße. Krebserkrankungen sind bei einem Großteil der Fälle nicht heilbar und führen zum Tode. Therapeutisch wird versucht, den Ausgangs- tumor und Metastasen operativ zu entfernen. Daneben können Tumore bestrahlt werden. Mittels sogenannter Zytosta- tika, Antikörper gegen bestimmte Proteine oder Oberflä- chenmarker oder immunmodulierender Substanzen (Zytokine, Interferone) wird versucht, die sich schnell teilenden Krebszellen abzutöten oder in den programmierten Zelltod (Apoptose) zu überführen. Die derzeit verfügbaren therapeutischen Maßnahmen führen in den meisten Fällen nur zu einem verlängerten Überleben, nicht zur definitiven Heilung.In malignant tumors, also known as cancer, there are characteristic changes in basic functions that promote the growth of such cells in an unfavorable manner. Cancer cells are characterized by a loss of contact inhibition and uncontrolled cell growth. Such changes are triggered by a large number of noxae, known as carcinogens, which damage the genome. Such chemicals include many chemicals, tobacco smoke, but also UV light. In addition, genetic factors play an outstanding role in the development of cancer. In addition to their uninhibited growth, cancer cells are also characterized by the tendency to colonize daughter tumors (metastases) in other organs. The metastases spread regularly via the bloodstream or lymphatic vessels. Cancer diseases are incurable in most cases and lead to death. Therapeutically, attempts are made to surgically remove the initial tumor and metastases. In addition, tumors can be irradiated. So-called cytostatic agents, antibodies against certain proteins or surface markers or immunomodulating substances (cytokines, interferons) are used to try to kill the rapidly dividing cancer cells or to convert them to programmed cell death (apoptosis). The therapeutic measures currently available in most cases only lead to prolonged survival, not to definitive healing.
Prognosefaktoren bei KrebserkrankungenCancer prognostic factors
Es ist von medizinisch großer Relevanz, Prognosefaktoren für den Verlauf von Krebserkrankungen zu definieren, die Auskunft über das Ansprechen auf bestimmte Therapieformen geben oder die prädiktiv für das Auftreten von Metastasen, die Tumorprogression und das Überleben sind. Bislang werden in der Medizin dem Fachmann allgemein bekannte Prognosefaktoren eingesetzt. Hierzu gehören beispielsweise die Größe des Tumors, seine Eindringtiefe in das umgebende Gewebe, organüberschreitendes Wachstum, das Eindringen in Blut- oder Lymphgefäße oder in Lymphknoten, sowie der Differenzierungsgrad der Tumorzellen. Daneben existieren einige relativ unspezifische serologische Marker. Das Verfahren zur Klassifikation der Tumore wird generell als „Staging" und „Grading" bezeichnet. Generell gilt, dass das Vorhandensein von Fernmetastasen und ein geringer Differenzierungsgrad prognostisch sehr ungünstige Parameter darstellen. Dennoch ist es die allgemeine Erfahrung in der Medizin, dass Patienten bei gleichem Tumorstadium drastisch unterschiedliche Krankheitsverläufe aufweisen. Während man bei manchen Patienten eine schnelle Progression der Erkrankung und das Auftreten von Metastasen und Rezidiven beobachtet, kommt die Erkrankung bei anderen Patienten aus unklaren Gründen zum Stillstand. Metastasen können hierbei lokal, regional und fern der Muttergeschwulst auftreten. Dazu ist es notwendig, dass eine hohe Zahl von Geschwulstzellen über den Lymphoder Blutweg durch einfache Fortschwemmung in Flüssigkeit oder durch Abklatschen in benachbartes Gewebe gelangt. Unter Rezidivneigung versteht man das erneute Auftreten einer Geschwulst nach operativer unvollständiger oder Teilentfernung des Tumors. Hierbei handelt es sich nicht um eine erneute maligne Transformation, sondern um das Nachwachsen eines nicht vollständig entfernten Tumorgewebes. Eine Rezidivbildung ist auch durch Metastasen möglich, die viele Jahre latent bleiben können. Unter Progression versteht man das Wiederauftreten eines Tumors mit höherem Grading (mehr Entdifferenzierung) oder das Neuauftreten von Metastasen.It is of great medical relevance to define prognostic factors for the course of cancer that Provide information about the response to certain forms of therapy or which are predictive of the occurrence of metastases, tumor progression and survival. Up to now, prognostic factors that are generally known to the person skilled in the art have been used in medicine. These include, for example, the size of the tumor, its depth of penetration into the surrounding tissue, growth beyond organs, penetration into blood or lymphatic vessels or lymph nodes, and the degree of differentiation of the tumor cells. There are also some relatively non-specific serological markers. The procedure for classifying the tumors is generally referred to as "staging" and "grading". In general, the presence of distant metastases and a low degree of differentiation are prognostically very unfavorable parameters. Nevertheless, it is the general experience in medicine that patients with the same tumor stage have drastically different disease courses. While rapid progression of the disease and the appearance of metastases and recurrences are observed in some patients, the disease comes to a standstill in other patients for unclear reasons. Metastases can occur locally, regionally and far from the mother tumor. To do this, it is necessary for a large number of tumor cells to reach the adjacent lymph or blood path by simply flushing them into liquid or by clapping into neighboring tissue. Recurrence tendency is the recurrence of a tumor after incomplete or partial removal of the tumor. This is not a new malignant transformation, but the regrowth of a tumor tissue that has not been completely removed. Recurrence is also possible through metastases, which can remain latent for many years. Progression is the recurrence of a tumor with higher grading (more dedifferentiation) or the emergence of metastases.
Ganz offensichtlich gibt es eine Vielzahl individueller, unerkannter biologischer Variablen, die den Verlauf einer Tumorerkrankung unabhängig von Staging und Grading in hohem Masse determinieren. Zu solchen Faktoren gehören genetische Wirtsfaktoren.Obviously, there are a large number of individual, undetected biological variables that largely determine the course of a tumor disease, regardless of staging and grading. Such factors include genetic host factors.
Daneben ist es wünschenswert, genetische Marker zu entwickeln, die prädiktiv für das Auftreten von Tumoren sind. Solche Marker erfüllen die Funktion, die betroffenen Individuen frühzeitig weiteren Screening-Maßnahmen (Serologie, Röntgen, Ultraschall, NMR etc.) zuzuführen. Damit können Krebserkrankungen im Frühstadium erkannt und therapeutisch angegangen werden, wobei die Heilungs- und Überlebenschancen bei Tumoren im Frühstadium wesentlich besser sind als bei fortgeschrittenen Tumoren.In addition, it is desirable to develop genetic markers that are predictive of the occurrence of tumors. Such markers fulfill the function of promptly introducing the affected individuals to further screening measures (serology, X-ray, ultrasound, NMR, etc.). This enables early-stage cancer to be identified and treated therapeutically, whereby the chances of recovery and survival in early-stage tumors are much better than in advanced-stage tumors.
Arten von TumorenTypes of tumors
Generell können alle Zellen des menschlichen Körpers maligne entarten und zu einer Krebserkrankung führen. Die hier und im weiteren gemachten Ausführungen beschreiben generelle Mechanismen der Tumorprogression, der Metastasierung und des therapeutischen Ansprechens . Insofern gelten die hier beschriebenen Mechanismen und Ansprüche für alle Tumore des Menschen, beispielsweise für die folgende Tumoren:In general, all cells of the human body can malignant and lead to cancer. The statements made here and below describe general mechanisms of tumor progression, metastasis and therapeutic response. In this respect, the mechanisms and claims described here apply to all tumors in humans, for example to the following tumors:
Tumoren des Urogenitaltrakts: Hier sind zu nennen das Harnblasenkarzinom, das Nierenzellkarzinom, das Prostatakarzinom und das Seminom. Tumoren der weiblichen Geschlechtsorgane: Das Mammakarzi- nom, das Korpuskarzinom, das Ovarialkarzinom, das Zervix- karzinom.Urogenital tract tumors: These include bladder carcinoma, renal cell carcinoma, prostate carcinoma and seminoma. Tumors of the female genital organs: breast carcinoma, carcass carcinoma, ovarian carcinoma, cervical carcinoma.
Tumoren des Gastrointestinaltraktes : Das Mundhöhlenkarzinom, das Ösophaguskarzinom, das Magenkarzinom, das Leberkarzinom, das Gallengangskarzinom, das Pankreaskarzinom, das Kolonkarzinom, das Rektumkarzinom.Tumors of the gastrointestinal tract: oral carcinoma, esophageal carcinoma, gastric carcinoma, liver carcinoma, bile duct carcinoma, pancreatic carcinoma, colon carcinoma, rectal carcinoma.
Tumore des Respirationstraktes: das Kehlkopfkarzinom, das Bronchialkarzinom.Tumors of the respiratory tract: larynx carcinoma, bronchial carcinoma.
Tumore der Haut: das maligne Melanom, das Basaliom, das T-Zell-LymphomSkin tumors: malignant melanoma, basalioma, T-cell lymphoma
Tumorerkrankungen des blutbildenden Systems : Hodgkin- und non-Hodgkin-Lymphome, akute und chronische Leukämien etc. Tumorerkrankungen des Gehirns bzw. des Nervengewebes: Glioblastom, Neuroblastom, Medulloblastom, meningeales Sarkom, Astrozytom.Tumor diseases of the hematopoietic system: Hodgkin and non-Hodgkin lymphomas, acute and chronic leukaemias etc. Tumor diseases of the brain or nerve tissue: glioblastoma, neuroblastoma, medulloblastoma, meningeal sarcoma, astrocytoma.
Weichteiltumore, beispielsweise Sarkome und Kopf-Hals- Tumore .Soft tissue tumors, such as sarcomas and head and neck tumors.
G-Proteine und maligne Transformation von ZellenG proteins and malignant transformation of cells
Experimentelle in vitro Untersuchungen belegen, dass Mutationen in G-Proteinuntereinheiten eine maligne Transformation von Zellen bewirken können. Die Expression einer konstitutiv aktiven Gαq-Untereinheit mit fehlender GTPase-Aktivität führt zur malignen Transformation von Fibroblasten (Kalinec et al . , 1992).Experimental in vitro studies show that mutations in G protein subunits can cause a malignant transformation of cells. The expression of a constitutively active Gαq subunit with a lack of GTPase activity leads to the malignant transformation of fibroblasts (Kalinec et al., 1992).
G-Protein-Mutationen und Krebserkrankungen beim MenschenG protein mutations and human cancers
Beim Menschen wurden bei einigen seltenen Adenomen soma- tische Mutationen in den Untereinheiten Gas und Gai2 nachgewiesen. Diese werden als Gip2 (Gαi2- Untereinheit) bzw. als Gsp (Gas-Untereinheit) bezeichnet. Hierbei handelt es sich dagegen nicht um genetische Wirtsfaktoren, die den Krankheitsverlauf modulieren, sondern um kausal wirkende Faktoren (Übersicht bei: (Farfel et al. , 1999) .In humans, some rare adenomas have shown somatic mutations in the Gas and Gai2 subunits. These are called Gip2 (Gαi2- Subunit) or called Gsp (gas subunit). In contrast, these are not genetic host factors that modulate the course of the disease, but causal factors (overview in: (Farfel et al., 1999).
Verwendung von Genveränderungen im Gen GNAQ zur Vorhersage des Verlaufs von TumorerkrankungenUse of gene changes in the GNAQ gene to predict the course of tumor diseases
Ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung diagnostisch relevanter Genveränderungen im Gen GNAQ als Prognosefaktor für alle Tumorerkrankungen des Menschen. Naturgemäß können hierbei nicht alle Tumorerkrankungen beschrieben werden. Das Prinzip wird daher an ausgewählten Beispielen erläutert, welche die generelle Verwendbarkeit demonstrieren:An essential part of the present invention is the provision of diagnostically relevant gene changes in the GNAQ gene as a prognostic factor for all tumor diseases in humans. Naturally, not all tumor diseases can be described here. The principle is therefore explained using selected examples that demonstrate its general applicability:
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.The following examples serve to further explain the invention.
Beispiel 1: Chronisch lymphatische Leukämie (CLL)Example 1: Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL)
Bei der chronischen lymphatischen Leukämie handelt es sich um eine chronisch verlaufende Form einer Leukämie. Charakteristisch für die Krankheit ist eine große Zahl von entarteten Lymphozyten. Insgesamt 30 % aller leukämi- schen Erkrankungen sind chronisch lymphatische Leukämien. Das mittlere Erkrankungsalter liegt bei 65 Jahren. Nur zehn Prozent der Patienten sind jünger als 50 Jahre. Männer sind etwa zwei- bis dreimal häufiger betroffen als Frauen. Risikofaktoren für die Entstehung einer CLL sind nicht bekannt. Jedoch tritt die Krankheit in Japan und China selten auf. Auch Japaner, die in die USA eingewandert sind, erkranken äußerst selten an einer CLL. Diese Tatsache deutet darauf hin, dass genetische Faktoren eine Rolle spielen. Die Therapie richtet sich nach dem Stadium der Erkrankung. Eine CLL kann bis zu 20 Jahre lang gutartig verlaufen, das heißt, der Patient zeigt außer vergrößerten Lymphknoten und eventueller Müdigkeit sowie Appetitlosigkeit keine Symptome. Die Behandlung setzt erst dann ein, wenn die Zahl der Lymphozyten über ein bestimmtes Maß anzusteigen beginnt, der Anteil der roten Blutkörperchen und die Zahl der Blutplättchen absinkt oder andere Komplikationen auftreten. Eine frühzeitige Behandlung hat keinen Einfluss auf den Verlauf und den Ausgang der Krankheit. Die wichtigste therapeutische Maßnahme ist die Chemotherapie. In bestimmten Fällen muss sich der Patient auch bestrahlen oder operieren lassen. Patienten können bis zu 20 Jahre mit der Diagnose CLL leben, ohne dass sich schwer wiegende Symptome zeigen. Je weiter die Erkrankung fortgeschritten ist, desto größer sind allerdings auch die Gesundheitsstörungen durch die Veränderung des Organsystems. Je nach Binet-Stadium der Krankheit kann der Arzt die Prognose abschätzen. Das Stadium einer CLL ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, wie viele Lymphozyten sich im Blut und Knochenmark befinden, wie groß Milz und Leber sind und ob eine Blutarmut vorliegt oder nicht. Eine CLL führt zu Veränderungen im Immunsystem, so dass Menschen, die an dieser Krankheit leiden, stärker gefährdet sind, andere Arten von Krebs zu entwickeln. Bei gleichem Binet-Stadium zeigen Patienten jedoch ganz unterschiedliche Krankheitsverläufe. Bestandteil der Erfindung ist es zu zeigen, dass Genveränderungen im Gen GNAQ geeignet sind, den Verlauf der CLL vorherzusagen. Hierzu wurden Patienten mit CLL bezüglich der beschrieben Genveränderungen in GNAQ genotypisiert und der Genstatus mit der Krankheitsprogression verglichen. Unter Progres- sion definieren wir hier das Zeitintervall zwischen Erstdiagnose der CLL und der Therapiebedürftigkeit.Chronic lymphoblastic leukemia is a chronic form of leukemia. A large number of degenerate lymphocytes are characteristic of the disease. A total of 30% of all leukemic diseases are chronic lymphatic leukemias. The median age of onset is 65 years. Only ten percent of the patients are younger than 50 years. Men are affected two to three times more often than women. Risk factors for the development of a CLL are not known. However, the disease rarely occurs in Japan and China. Japanese people who immigrated to the USA very rarely develop CLL. This fact suggests that genetic factors are a Role-play. Therapy depends on the stage of the disease. A CLL can be benign for up to 20 years, which means that the patient shows no symptoms apart from enlarged lymph nodes and possible fatigue and loss of appetite. Treatment only begins when the number of lymphocytes begins to rise above a certain level, the proportion of red blood cells and the number of platelets decreases or other complications occur. Early treatment does not affect the course and outcome of the disease. The main therapeutic measure is chemotherapy. In certain cases, the patient also has to have radiation or surgery. Patients can live with the diagnosis of CLL for up to 20 years without showing serious symptoms. However, the further the disease has progressed, the greater are the health disorders due to changes in the organ system. Depending on the Binet stage of the disease, the doctor can estimate the prognosis. The stage of CLL is characterized, among other things, by how many lymphocytes there are in the blood and bone marrow, how large the spleen and liver are and whether or not there is anemia. CLL leads to changes in the immune system, making people suffering from this disease more at risk of developing other types of cancer. At the same Binet stage, however, patients show very different disease courses. It is part of the invention to show that gene changes in the GNAQ gene are suitable for predicting the course of the CLL. For this purpose, patients with CLL were genotyped with regard to the described gene changes in GNAQ and the gene status was compared with the disease progression. Under progress Here we define the time interval between the initial diagnosis of CLL and the need for therapy.
Abbildung 16 zeigt einen signifikanten Unterschied bezüglich Therapiefreiheit in Abhängigkeit vom GNAQ GC(-909/- 908) TT-Polymorphismus, wobei der CC-Genotyp mit einer um das Zweifache beschleunigten Krankheitsprogression assoziiert ist (Hazard Ratio 2.07; p = 0.02).Figure 16 shows a significant difference in therapy freedom depending on the GNAQ GC (-909 / - 908) TT polymorphism, whereby the CC genotype is associated with a two-fold accelerated disease progression (hazard ratio 2.07; p = 0.02).
Beispiel 2 : HarnblasenkarzinomExample 2: Bladder cancer
Blasenkrebs ist ein bösartiger Tumor der Schleimhaut der Harnblase. Blasenkrebs tritt am häufigsten zwischen dem 60. und 70. Lebensjahr auf. Männer sind davon dreimal so häufig betroffen wie Frauen. Bei Männern ist Blasenkrebs nach Lungen- und Prostatakrebs die dritthäufigste Krebs- form. Blasenkrebs kann durch äußere Einflüsse hervorgerufen werden. Zu den Risikofaktoren gehören, Rauchen, ständige Belastung des Organismus durch Chemikalien beispielsweise Farbstoffe, Schmerzmittelmissbrauch. Bei vielen Patienten ergeben die Untersuchungen, dass es sich um einen oberflächlichen Tumor handelt. Dieser kann operativ mit Hilfe des Zystoskops entfernt werden. Mehr als 70 % der Patienten, die wegen eines oberflächlichen Blasenkarzinoms behandelt wurden, zeigen im Verlauf ein Tumorrezidiv. Dabei kommen in mehr als der Hälfte Rezidivtumoren mit nicht-muskelinvasiver Erkrankung vor. Diese können durch transurethrale Resektion kurativ behandelt bzw. kontrolliert werden. Es ist deshalb wichtig, diese Läsionen frühzeitig zu erkennen und den Patienten regelmäßig und engmaschig nachzusorgen. Dabei steht an erster Stelle die Zystoskopie mit Urinzytologie. In regelmäßigen Intervallen dienen Ausscheidungsurogramme zur Kontrolle möglicher Tumormanifestationen in Nierenbecken und Harnleitern. Bislang gibt es kaum valide Marker, die für den weiteren Verlauf der Erkrankung prädiktiv sind. Derzeit werden daher die klassischen Faktoren wie Eindringtiefe, Differenzierungsgrad, Metastasierung, Lymphknotenbefall etc. für die Prognose herangezogen. Genetische Marker für Tumorprogression, Rezidivneigung, Überlebenswahrscheinlichkeit und Therapieansprechen würden die Betreuung von Patienten mit Harnblasenkarzinom wesentlich verbessern.Bladder cancer is a malignant tumor of the urinary bladder. Bladder cancer most often occurs between the ages of 60 and 70. Men are affected three times as often as women. Bladder cancer is the third most common form of cancer in men after lung and prostate cancer. Bladder cancer can be caused by external factors. Risk factors include smoking, constant exposure of the organism to chemicals such as dyes, painkiller abuse. For many patients, the studies show that it is a superficial tumor. This can be surgically removed using the cystoscope. More than 70% of patients treated for superficial bladder cancer show a tumor recurrence in the course. Recurring tumors with non-muscle-invasive disease occur in more than half of them. These can be treated or controlled curatively by transurethral resection. It is therefore important to recognize these lesions early and to follow up the patient regularly and closely. The first priority is cystoscopy with urine cytology. Elimination urograms are used at regular intervals to check for possible tumor manifestations in the kidney pelvis and ureters. So far there are hardly any valid markers for the further course of the disease are predictive. Therefore, the classic factors such as depth of penetration, degree of differentiation, metastasis, lymph node involvement etc. are currently used for the prognosis. Genetic markers for tumor progression, tendency to relapse, probability of survival and response to therapy would significantly improve the care of patients with bladder cancer.
Erfindungsgemäß werden Genveränderungen in GNAQ dazu genutzt, den weiteren verlauf der Erkrankung vorherzusagen. Abbildung 17A zeigt den Zeitpunkt bis zum Auftreten von Metastasen in Abhängigkeit vom GNAQ GC (-909/-908) TT- Polymorphismus . Hierbei ist das Metastasierungsririko bei Patienten mit C-Allel um etwa das Zweifache erhöht. Die mediane Zeit bis zur Metastasierung beträgt 108 Monate bei GC/TT- und GC/GC Genotyp, hingegen 64 Monate beim TT/TT-Genotyp. Eine ähnliche Beziehung wird gefunden, wenn die Zeit bis zur Tumorprogression untersucht wird (Abbildung 17B) . Hierunter verstehen wir, das Auftreten von Metastasen oder das Wiederauftreten des Tumors mit höherem Staging oder Grading. Der Kurvenverlauf ist für die Genotypen signifikant verschieden (p = 0.045, Logrank-Test, wobei den GC-Genotypträgern der günstigere Verlauf zugeordnet wird. Schließlich wird der Zusammenhang zwischen GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus und Ü- berleben dargestellt (Abbildung 17C) . Auch hier erkannt man wiederum, dass Patienten mit dem GNAQ TT//TT-Genotyp früher versterben als Patienten mit dem GC-Allel. Die Ü- berlebenszeit beträgt im Mediän 102 Monate bei Patienten mit dem GC-Allel, hingegen nur 66 Monate für den TT/TT- Genotyp . Verwendung von Genveränderungen im Gen GNAQ zur Vorhersage von Krankheitsrisiken und VerläufenAccording to the invention, gene changes in GNAQ are used to predict the further course of the disease. Figure 17A shows the time until the occurrence of metastases depending on the GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism. The risk of metastasis in patients with a C allele is increased by about two times. The median time to metastasis is 108 months for the GC / TT and GC / GC genotypes, but 64 months for the TT / TT genotype. A similar relationship is found when examining the time to tumor progression (Figure 17B). By this we mean the occurrence of metastases or the recurrence of the tumor with higher staging or grading. The curve shape is significantly different for the genotypes (p = 0.045, log rank test, with the GC genotype carriers being assigned the more favorable shape. Finally, the relationship between GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism and survival is shown (Figure 17C.) Again, it can be seen that patients with the GNAQ TT // TT genotype die earlier than patients with the GC allele, while the median survival time is 102 months for patients with the GC allele, however only 66 months for the TT / TT genotype. Use of gene changes in the GNAQ gene to predict disease risks and courses
Da die vielfältigen Funktionen von Gαq gut bekannt sind können Genveränderungen im Gen GNAQ das Risiko für viele unterschiedliche Krankheiten erhöhen bzw. Krankheitsverläufe beeinflussen. Es ist generell nicht möglich, alle Krankheiten des Menschen und der Verläufe zu untersuchen. Wir haben dies hier jedoch exemplarisch für drei unterschiedliche Krankheiten gezeigt: Linksherzhypertrophie, CLL, und Harnblasenkarzinom. Diese Daten belegen eindeutig die Verwendbarkeit der Genveränderungen im Gen GNAQ für den hier beschriebenen Zweck. Diese Erkrankungen stehen a priori in keinerlei Zusammenhang.Since the diverse functions of Gαq are well known, gene changes in the GNAQ gene can increase the risk of many different diseases or influence the course of diseases. It is generally not possible to examine all human diseases and their course. However, we have shown this as an example for three different diseases: left heart hypertrophy, CLL, and bladder cancer. These data clearly demonstrate the usability of the gene changes in the GNAQ gene for the purpose described here. These diseases have no connection a priori.
Pharmakogenetik - Diagnostik der Wirksamkeit von Pharmaka, der Potenz und Effizienz von Pharmaka und dem Auftreten unerwünschter WirkungenPharmacogenetics - Diagnostics of the effectiveness of pharmaceuticals, the potency and efficiency of pharmaceuticals and the occurrence of undesirable effects
Grundlagen und Ziele der PharmakogenetikBasics and goals of pharmacogenetics
Die Wirksamkeit von Arzneimitteln und/oder das Auftreten unerwünschter Nebenwirkungen wird neben den spezifischen Stoffeigenschaften der chemisch definierten Produkte durch eine Reihe von Parametern definiert. Zwei wichtige Parameter, die erzielbare Plasmakonzentration und die Plasmahalbwertszeit bestimmen in hohen Maße die Wirksamkeit oder Unwirksamkeit von Pharmaka oder das Auftreten unerwünschter Wirkungen. Die Plasmahalbwertszeit wird unter anderem durch Ermittlung der Geschwindigkeit bestimmt, mit der bestimmte Pharmaka in der Leber oder anderen Körperorganen zu wirksamen oder unwirksamen Metabo- liten verstoffwechselt und mit der sie aus dem Körper ausgeschieden werden, wobei die Ausscheidung über die Nieren, über die Atemluft, über den Schweiß, über die Spermaflüssigkeit, über den Stuhl oder über andere Körpersekrete erfolgen kann. Daneben wird die Wirksamkeit bei oraler Gabe durch den sogenannten "first-pass-Effekt " limitiert, da nach Resorption von Pharmaka über den Darm ein bestimmter Anteil in der Leber zu unwirksamen Metabo- liten verstoffwechselt wird.The effectiveness of drugs and / or the occurrence of undesirable side effects is defined in addition to the specific substance properties of the chemically defined products by a number of parameters. Two important parameters, the achievable plasma concentration and the plasma half-life largely determine the effectiveness or ineffectiveness of pharmaceuticals or the occurrence of undesirable effects. The plasma half-life is determined, among other things, by determining the rate at which certain pharmaceuticals are metabolized in the liver or other body organs to form effective or ineffective metabolites and at which they leave the body can be excreted, whereby the excretion can take place via the kidneys, via the breathing air, over the sweat, over the sperm fluid, over the stool or over other body secretions. In addition, the effectiveness when given orally is limited by the so-called "first pass effect", since after absorption of pharmaceuticals via the intestine, a certain proportion in the liver is metabolized to ineffective metabolites.
Mutationen oder Polymorphismen in Genen metabolisierender Enzyme können die Aktivität derselben in der Weise verändern, dass deren AminosäureZusammensetzung verändert wird, wodurch die Affinität zum metabolisierende Substrat erhöht oder erniedrigt wird und damit der Metabolismus beschleunigt oder verlangsamt sein kann. In ähnlicher Weise können Mutationen oder Polymorphismen in Transport- proteinen die Aminosäurezusammensetzung in der Weise verändern, dass der Transport und damit die Ausscheidung aus dem Körper beschleunigt oder verlangsamt wird.Mutations or polymorphisms in genes of metabolizing enzymes can change their activity by changing their amino acid composition, which increases or decreases the affinity for the metabolizing substrate and thus the metabolism can be accelerated or slowed down. Similarly, mutations or polymorphisms in transport proteins can change the amino acid composition in such a way that the transport and thus the excretion from the body is accelerated or slowed down.
Zur Auswahl der für einen Patienten optimal geeigneten Substanz, der optimalen Dosierung, der optimalen Darreichungsform und zur Vermeidung unerwünschter, z.T. gesundheitsschädlicher oder tödlicher Nebenwirkungen ist die Kenntnis von genetischen Polymorphismen oder von Mutation, die zur Änderung der Genprodukte führen, von heraus- ragender Bedeutung.To select the most suitable substance for a patient, the optimal dosage, the optimal dosage form and to avoid undesirable, sometimes Knowledge of genetic polymorphisms or mutations that lead to changes in gene products is of paramount importance in terms of harmful or fatal side effects.
Die Wirkung von Hormonen im menschlichen Körper und die Bedeutung von Polymorphismen in HormonrezeptorenThe effect of hormones in the human body and the importance of polymorphisms in hormone receptors
Ein Vielzahl von Hormonen und Peptidhormonen des menschlichen Körpers aber auch Rezeptorantagonisten üben ihre Wirkung an sogenannten Rezeptoren der Körperzellen aus. Dies sind Proteine unterschiedlicher Zusammensetzung. Nach Aktivierung dieser Rezeptoren müssen diese Signale ins Zellinnere geleitet werden, was über die Aktivierung von heterotrimeren G-Proteinen vermittelt wird. Solche G- Proteine sind aus unterschiedlichen α- , ß- und γ- Untereinheiten zusammengesetzt. Diese Rezeptoren lassen sich, je nach Aktivierbarkeit durch definierte Hormone, in bestimmte Gruppen unterteilen. Dem Fachmann ist bekannt, dass Mutationen oder Polymorphismen in bestimmten Rezeptoren die Wirksamkeit bestimmter Agonisten oder Antago- nisten an diesen Rezeptoren determinieren können. So beeinflusst ein häufiger GlylδArg-Polymorphismus im Gen, das für den ß2-Adrenozeptor kodiert, die Stärke der Ansprechbarkeit auf das ß2-Sympathomimetikum Salbutamol (Martinez et al . , 1997). Polymorphismen im D2-Rezeptorgen bestimmen die Häufigkeit des Auftretens von Dyskinesien bei der Behandlung des Morbus Parkinson (Parkinson' s disease) mit Levadopa (Oliveri et al . , 1999). Polymorphismen im μ-Opiatrezeptor-Gen bestimmen die analgetische Wirksamkeit von Opiaten (Uhl et al . , 1999).A large number of hormones and peptide hormones in the human body, but also receptor antagonists, exert their effect on so-called receptors of the body cells. These are proteins of different compositions. After activation of these receptors, these signals must be directed into the cell, which is mediated by the activation of heterotrimeric G proteins. Such G proteins are composed of different α, β and γ subunits. These receptors can be divided into specific groups, depending on the activability by defined hormones. Those skilled in the art are aware that mutations or polymorphisms in certain receptors can determine the effectiveness of certain agonists or antagonists at these receptors. For example, a common GlylδArg polymorphism in the gene coding for the β2-adrenoceptor influences the strength of the response to the β2-sympathomimetic salbutamol (Martinez et al., 1997). Polymorphisms in the D2 receptor gene determine the frequency of occurrence of dyskinesia in the treatment of Parkinson's disease (Parkinson's disease) with Levadopa (Oliveri et al., 1999). Polymorphisms in the μ-opiate receptor gene determine the analgesic effectiveness of opiates (Uhl et al., 1999).
Die genannten Genveränderungen in spezifischen Rezeptoren können nur in der Weise zur Diagnostik der Wirkungen von Pharmaka benützt werden, als diese Pharmaka spezifische Agonisten oder Antagonisten an den betrachteten Rezeptoren sind. Wünschenswert ist hingegen eine individuelle Diagnostik der generellen Ansprechbarkeit gegenüber allen Pharmaka und die individuelle Vorhersage des Risikos unerwünschter Wirkungen unter Therapie mit Pharmaka. Die Diagnostik der Aktivierbarkeit von G-Proteinen erlaubt eine generelle Diagnostik der Wirksamkeit von Pharmaka, deren optimale Dosierung und das Auftreten von Ne- benwirkunge .The gene changes mentioned in specific receptors can only be used to diagnose the effects of pharmaceuticals if they are specific agonists or antagonists at the receptors under consideration. On the other hand, it is desirable to individually diagnose the general responsiveness to all pharmaceuticals and to individually predict the risk of undesirable effects under therapy with pharmaceuticals. The diagnosis of the activatability of G proteins allows a general diagnosis of the effectiveness of pharmaceuticals, their optimal dosage and the occurrence of side effects.
Unter Pharmaka verstehen wir generell Stoffe, die dem menschlichen Körper von außen zugeführt werden, um bestimmte Zustände herzustellen. Solche Stoffe können Hormone, nieder- oder hochmolekulare Substanzen, Peptide- oder Proteine, Antikörper und weitere sein. Die meisten zur Behandlung von Krankheiten, körperlichen Fehlfunktionen oder Befindlichkeitsstörungen eingesetzten Pharmaka sind Hormone, Agonisten an Hormonrezeptoren, Antagonisten an Hormonrezeptoren oder andere Substanzen, welche die Expression von Rezeptoren oder die Konzentration von Hormonen direkt oder indirekt beeinflussen. Eine Reihe von Pharmaka übt diesen Einfluss dadurch aus, dass unter Therapie mit solchen Substanzen physiologische Gegenregulationen erfolgen, welche die Konzentrationen von Hormonen erhöhen, die G-Protein- gekoppelte Rezeptoren aktivieren. Als allgemein bekanntes Beispiel sei hier die Therapie mit harntreibenden Substanzen (Diuretika) , insbesondere Schleifendiuretika und Thiaziddiuretika genannt. Der bei Therapie auftretende Verlust von Kochsalz und die Blut- drucksenkung führen zur Aktivierung des Renin- Angiotensin-Aldosteronsystems . Das vermehrt gebildete Hormon Angiotensin II stimuliert eine vermehrte Resorption von Natrium in der Niere, stimuliert die Salzaufnahme, erhöht den Blutdruck durch einen direkten vasokonstrikto- rischen Effekt auf glatte Gefäßmuskelzellen und induziert Proliferationsvorgänge. Es ist allgemein bekannt, dass diese von Angiotensin II hervorgerufenen Mechanismen nach Kopplung des Hormons an Rezeptoren erfolgt, welche ihre Wirkung über eine Aktivierung heterotrimerer G-Proteine vermitteln. Die Effizienz dieser Wirkungen sind dann vorhersagbar, wenn die Stärke der Aktivierbarkeit von G- Proteinen diagnostiziert werden kann. Andere Pharmaka ü- ben ihre Wirkung dadurch aus, dass sie die Wiederaufnahme von aus Neuronen freigesetzten Transmittern, z.B. No- radrenalin, Adrenalin, Serotonin oder Dopamin, hemmen. Hier kann als Beispiel das Pharmakon Sibutramin genannt werden, welches im Zentralnervensystem die Wiederaufnahme von Serotonin und Noradrenalin hemmt, dadurch das Hungergefühl reduziert und die Thermogenese steigert. Entsprechend kann Sibutramin zur Therapie der Adipositas eingesetzt werden. Da Noradrenalin und Serotonin G-Protein- gekoppelte Rezeptoren aktivieren, ist die Diagnostik der Aktivierbarkeit von G-Proteinen zur Vorhersage der Wirksamkeit von Sibutramin und dem Auftreten typischer, Si- butramin-assoziierter Nebenwirkungen (z.B. Anstieg von Herzfrequenz und Blutdruck) in besonderem Maße geeignet.We generally understand pharmaceuticals as substances that are supplied to the human body from the outside in order to produce certain conditions. Such substances can be hormones, low or high molecular substances, peptides or proteins, antibodies and others. Most of the pharmaceuticals used to treat diseases, physical malfunctions or mental disorders are hormones, agonists on hormone receptors, antagonists on hormone receptors or other substances which directly or indirectly influence the expression of receptors or the concentration of hormones. A number of pharmaceuticals exert this influence in that physiological counterregulations take place during therapy with such substances, which increase the concentrations of hormones that activate G protein-coupled receptors. Therapy with diuretics (diuretics), in particular loop diuretics and thiazide diuretics, may be mentioned here as a generally known example. The loss of table salt that occurs during therapy and the lowering of blood pressure lead to the activation of the renin-angiotensin-aldosterone system. The increased hormone angiotensin II stimulates an increased absorption of sodium in the kidney, stimulates salt absorption, increases blood pressure through a direct vasoconstrictive effect on smooth vascular muscle cells and induces proliferation processes. It is well known that these mechanisms, which are caused by angiotensin II, occur after the hormone has been coupled to receptors, which Mediate effect via activation of heterotrimeric G proteins. The efficiency of these effects can be predicted if the strength of the activability of G proteins can be diagnosed. Other drugs exert their effect in that they inhibit the reuptake of transmitters released from neurons, for example noradrenaline, adrenaline, serotonin or dopamine. The pharmacon sibutramine, which inhibits the reuptake of serotonin and norepinephrine in the central nervous system, can be mentioned as an example, thereby reducing the feeling of hunger and increasing thermogenesis. Accordingly, sibutramine can be used to treat obesity. Since noradrenaline and serotonin activate G protein-coupled receptors, the diagnosis of the activability of G proteins is particularly suitable for predicting the effectiveness of sibutramine and the occurrence of typical side effects associated with sibutramine (eg increase in heart rate and blood pressure) ,
Erfindungsgemäß wird nun ein Verfahren bereitgestellt, das generell zur Diagnostik der Aktivierbarkeit von G- Proteinen geeignet ist. Hierzu werden eine oder mehrere Polymorphismen im Gen GNAQ untersucht, das für die humane Gαq-Untereinheit heterotrimerer G-Proteine kodiert. Besonders geeignet sind hierfür Polymorphismen, welche die Diagnose des Auftretens oder des Nichtauftretens eines alternativen Spleißvorgangs des Gens oder eine geänderteAccording to the invention, a method is now provided which is generally suitable for the diagnosis of the activatability of G proteins. For this purpose, one or more polymorphisms in the GNAQ gene are examined, which codes for the human Gαq subunit of heterotrimeric G proteins. Polymorphisms which diagnose the occurrence or non-occurrence of an alternative splicing process of the gene or a modified one are particularly suitable for this
Expression von Gαq vorhersagen. Bei Überexpression kommt es vorhersagbar zu einer gesteigerten Aktivierbarkeit von heterotrimeren G-Proteinen und zur verstärkten Aktivierbarkeit aller Zellen des menschlichen Körpers. Damit erlaubt eine Bestimmung des Vorliegens von Polymorphismen in GNAQ die Diagnostik der Wirksamkeit und unerwünschten Wirkungen von Arzneimitteln, insbesondere Agonisten und Antagonisten aller Rezeptoren, deren Wirkungen über hete- rotrimere G-Proteine vermittelt werden. Daneben können solche Polymorphismen in GNAQ dazu verwendet werden, die Wirkungen von Pharmaka zu diagnostizieren, die entweder indirekt oder infolge von Gegenregulationsmechnanismen des Körpers die Konzentrationen von endogenen Hormonen erhöhen oder erniedrigen, deren Rezeptoren heterotrimere G-Proteine aktivieren. Somit erlaubt die Erfindung eine Diagnostik von Wirkungen und unerwünschten Wirkungen aller Pharmaka und beschränkt sich nicht auf Pharmaka die in agonistischer oder antagonistischer Weise spezifische Rezeptoren beeinflussen. Zusätzlich kann die Diagnostik des Allel- oder Haplotypstatus in GNAQ dazu eingesetzt werden, die individuell optimale und verträgliche Dosierung von Arzneimitteln zu ermitteln.Predict expression of Gαq. Overexpression predictably leads to an increased activation of heterotrimeric G proteins and an increased activation of all cells of the human body. A determination of the presence of polymorphisms in GNAQ thus allows the diagnosis of the effectiveness and undesired Effects of drugs, especially agonists and antagonists of all receptors, the effects of which are mediated by heterotrimeric G proteins. In addition, such polymorphisms in GNAQ can be used to diagnose the effects of drugs that either indirectly or as a result of body counter-regulation mechanisms increase or decrease the concentrations of endogenous hormones whose receptors activate heterotrimeric G proteins. Thus, the invention allows a diagnosis of effects and undesirable effects of all pharmaceuticals and is not limited to pharmaceuticals that influence specific receptors in an agonistic or antagonistic manner. In addition, the diagnosis of the allelic or haplotype status in GNAQ can be used to determine the individually optimal and tolerable dosage of drugs.
Zur Diagnostik einer gesteigerten oder reduzierten Aktivierbarkeit von G-Proteinen dient insbesondere der Nachweise des GC (-909/-908) TT-Polymorphismus entweder allein oder in allen denkbaren Kombination. Daneben können zur Diagnostik alle weiteren Genveränderungen in GNAQ verwendet werden, die in einem Kopplungsungleichgewicht zu diesen Polymorphismen stehen und/oder den alternativen Spleißvorgang oder die Expression zusätzlich fördern oder hemmen.The detection of the GC (-909 / -908) TT polymorphism is used either alone or in all conceivable combinations for the diagnosis of an increased or reduced activatability of G proteins. In addition, all further gene changes in GNAQ can be used for diagnosis, which are in a coupling imbalance to these polymorphisms and / or which additionally promote or inhibit the alternative splicing process or expression.
Diese Genveränderungen können mit beliebigen, dem Fachmann geläufigen Verfahren nachgewiesen werden, beispielsweise direkte Sequenzierung, Restriktionsanalyse, reverse Hybridisierung, Dot-blot- oder Slot-blot-Verfahren, Mas- senspektrometrie, Taqman®- oder Light-Cycler®- Technologie, Pyrosequencing etc. Ferner können diese Gen- polymorphismen gleichzeitig nach Mulitplex-PCR und Hybri- disierung an ein DNA-Chip detektiert werden. Daneben können zur Diagnostik einer gesteigerten Aktivierbarkeit von G-Proteinen auch andere Verfahren eingesetzt werden, die den direkten Nachweis des Expressionsniveaus von Gαq oder Spleißvarianten von Gαq ermöglichen.These gene mutations can use any, known to the expert procedure be detected, such as direct sequencing, restriction analysis, reverse hybridization, dot blot or slot-blot method, spectrometry mass, Taqman ® - or Light Cycler ® - technology, Pyrosequencing etc Furthermore, these gene polymorphisms can be carried out simultaneously after multiplex PCR and hybrid detection on a DNA chip. In addition, other methods can be used for the diagnosis of an increased activatability of G proteins, which enable the direct detection of the expression level of Gαq or splice variants of Gαq.
Das genannte Verfahren eignet sich insbesondere zur Diagnostik der Wirkung von Agonisten oder Antagonisten an Rezeptoren, deren Wirkungen bekanntermaßen von G- Proteinen vermittelt werden. Hierzu werden die folgenden Beispiele genannt, wobei die Liste der Beispiele verlängert werden könnte :The method mentioned is particularly suitable for diagnosing the action of agonists or antagonists on receptors, the effects of which are known to be mediated by G proteins. The following examples are given here, although the list of examples could be extended:
1. Adrenerge Rezeptoren, inbesondere α- und ß- Adrenozeptoren und deren Isoformen und Untergruppen, d.h. αl- und α2-Adrenozeptoren sowie ßl-, ß2-, ß3 und ß4-Adrenozeptoren1.Adrenergic receptors, especially α and β adrenoceptors and their isoforms and subgroups, i.e. αl and α2 adrenoceptors as well as ßl, ß2, ß3 and ß4 adrenoceptors
2. Muskarinrezeptoren und deren Isoformen, z.B. ml-,m2-, m3-, m4 und m5-Muskarinrezeptoren und deren Subtypen. Typische Antagonisten an Muskarinrezeptoren sind beispielsweise Atropin, Scopolamin, Ipratroprium, Piren- zepin und N-Butylscopolamin. Typische Agonisten sind Carbachol, Bethanechol, Pilocarpin etc.2. Muscarinic receptors and their isoforms, e.g. ml, m2, m3, m4 and m5 muscarinic receptors and their subtypes. Typical antagonists on muscarinic receptors are, for example, atropine, scopolamine, ipratroprium, pirencezine and N-butylscopolamine. Typical agonists are carbachol, bethanechol, pilocarpine etc.
3. Dopaminrezeptoren, z.B. Dl-, D2-, D3-, D4-, und D5- Rezeptoren und deren Isoformen und Spleißvarianten3. dopamine receptors, e.g. D1, D2, D3, D4, and D5 receptors and their isoforms and splice variants
4. Serotoninrezeptoren, z.B. 5-HT1- 5-HT2-, 5-HT3-, 5- HT4-, 5HT-5, 5HT-6 und 5-HT7-Rezeptor und deren Subtypen, Isoformen und Spleißvarianten. Typische Agonisten sind Sumatriptan und Cisaprid, Antagonisten sind beispielsweise Ondansetron, Methysergid, Buspiron und U- rapidil .4. Serotonin receptors, e.g. 5-HT1- 5-HT2, 5-HT3, 5-HT4, 5HT-5, 5HT-6 and 5-HT7 receptors and their subtypes, isoforms and splice variants. Typical agonists are sumatriptan and cisapride, antagonists are for example ondansetron, methysergide, buspirone and U-rapidil.
5. Endothelinrezeptoren und deren Subtypen, Isoformen und Spleißvarianten 6. Bradykininrezeptoren, z.B. Bl- und B2-Rezeptoren und deren Subtypen, Isoformen und Spleißvarianten5. Endothelin receptors and their subtypes, isoforms and splice variants 6. Bradykinin receptors, for example Bl and B2 receptors and their subtypes, isoforms and splice variants
7. Angiotensinrezeptoren, z.B. AT II Typl und Typ2 Rezeptor, typische Antagonisten am AT II-Rezeptor sind Lo- sartan und andere Sartane .7. Angiotensin receptors, e.g. AT II type and type 2 receptor, typical antagonists on the AT II receptor are losartan and other sartans.
8. Rezeptoren für Endorphine und Opiate, z.B. der μ- Opiatrezeptor8. Receptors for endorphins and opiates, e.g. the μ-opiate receptor
9. Chemokinrezeptoren CCR1-12 und CXCR1-8 für z.B. Inter- leukin-1/2/3/4/5/6/7/8/9/10/11/12, RANTES, MlP-lα, MlP-lß, stromal cell-derived factor, MCP1-5, TARC, Lymphotactin, Fractalkine, Eotaxin 1-2, NAP-2, LIX etc.9. Chemokine receptors CCR1-12 and CXCR1-8 for e.g. Interleukin-1/2/3/4/5/6/7/8/9/10/11/12, RANTES, MlP-lα, MlP-lß, stromal cell-derived factor, MCP1-5, TARC, Lymphotactin, Fractalkine, Eotaxin 1-2, NAP-2, LIX etc.
10. Adenosinrezeptoren und deren Subtypen, Isoformen und Spleißvarianten10. Adenosine receptors and their subtypes, isoforms and splice variants
11. Rezeptoren für Thrombin (Protease-aktivierte Rezeptoren)11. Receptors for thrombin (protease-activated receptors)
12. Rezeptoren für Lyso-Phophatidsäure, Phosphatidsäure, Rezeptoren für Sphingosinphosphate und deren Derivate12. Receptors for lysophosphatidic acid, phosphatidic acid, receptors for sphingosine phosphates and their derivatives
13. Rezeptoren für Prostaglandine und Thromboxane, z. B. für PGE1, PGE2, PGF, PGD2 , PGI2, PGF2α, Thromboxan A2 , etc .13. Receptors for prostaglandins and thromboxanes, e.g. B. for PGE1, PGE2, PGF, PGD2, PGI2, PGF2α, Thromboxan A2, etc.
14. Rezeptoren für Neuropetide, z.B. NPY1-514. Receptors for neuropetides, e.g. NPY1-5
15. Histaminrezeptoren, z.B. Hl-H3 -Rezeptoren15. histamine receptors, e.g. Hl-H3 receptors
16. Rezeptoren für Plättchen-aktivierender Faktor (PAF- Rezeptor)16. Receptors for platelet activating factor (PAF receptor)
17. Rezeptoren für Leukotriene17. Receptors for leukotrienes
18. Rezeptoren für Insulin, Glucagon, Insulin-like growth factor (IGF-1 und IGF-2) , Epidermal Growth Factor (EGF) and platelet-derived growth factor (PDGF)18. Receptors for insulin, glucagon, insulin-like growth factor (IGF-1 and IGF-2), epidermal growth factor (EGF) and platelet-derived growth factor (PDGF)
19. Rezeptoren für Wachstumshormon (GH), Somatostatin (SSTR1-5) , thyreotropes Hormon (TSH) , Oxytocin, Pro- lactin, Gonadotropine19. Receptors for growth hormone (GH), somatostatin (SSTR1-5), thyreotropic hormone (TSH), oxytocin, prolactin, gonadotropins
20. Rezeptoren für Zytokine, z.B. Interferone 21. Rezeptoren für Purine20. Receptors for cytokines, eg interferons 21. Receptors for purines
22. Orphanrezeptoren, deren Wirkungen durch G- Proteine vermittelt werden.22. Orphan receptors, the effects of which are mediated by G proteins.
23. Rezeptoren für Leptin23. Receptors for leptin
24. CpG-Oligonucleotide24. CpG oligonucleotides
Vorhergesagt werden können ferner die Wirkungen von Pharmaka, welche die Wiederaufnahme, den Abbau oder die Neusynthese von Neurotransmittern beeinflussen oder bei denen unter Therapie Veränderungen bei der Expression oder Ansprechbarkeit der oben genannten Rezeptoren auftreten (z.B. Sibutramin, Fluoxetin) . Diagnostiziert werden können außerdem die Wirkungen aller Pharmaka, welche auf direktem oder indirektem Wege auch in Folge einer physiologischen Gegenreaktion die Konzentrationen von Agonisten, welche die oben genannten Rezeptoren aktivieren, verändern. Vorausgesagt werden kann ferner der Einfluss der Strahlentherapie bei Krebspatienten.The effects of pharmaceuticals which influence the reuptake, breakdown or re-synthesis of neurotransmitters or which have changes in the expression or responsiveness of the abovementioned receptors (e.g. sibutramine, fluoxetine) during therapy can also be predicted. The effects of all pharmaceuticals can also be diagnosed, which directly or indirectly change the concentrations of agonists which activate the above-mentioned receptors as a result of a physiological counter-reaction. The influence of radiation therapy in cancer patients can also be predicted.
Insbesondere die Wirkungen und unerwünschten Wirkungen der folgenden Pharmaka aus den folgenden Indikationsbereichen können diagnostiziert werden:In particular, the effects and undesirable effects of the following drugs from the following indication areas can be diagnosed:
1. Antihypertensiva, z.B. ß-Blocker (Propanolol, Bispro- lol, etc.), Diuretika (Hydrochlorothiazid und weitere Thiaziddiuretika; Furosemid, Piretanid und weitere Schleifendiuretika, Chlorthalidon) , αl-Adrenorezep- torblocker (z.B. Doxazosin, Prazosin) , Angiotensinre- zeptor-Blocker (z.B. Losartan) , ACE-Hemmer (Enalapril, Captopril, Ramipril etc.), Ca2+-Kanalblocker (z.B. Ni- fedipin, Verapamil, Amlodipin, Felodipin) , Clonidin, Reserpin, Renin- Inhibitoren1. Antihypertensives, e.g. β-blockers (propanolol, bisproolol, etc.), diuretics (hydrochlorothiazide and other thiazide diuretics; furosemide, piretanide and other loop diuretics, chlorothalidone), αl adrenoreceptor blockers (e.g. doxazosin), angiotensin, prazosin Zeptor blocker (for example losartan), ACE inhibitors (enalapril, captopril, ramipril, etc.), Ca 2 + channel blockers (eg Ni fedipin, verapamil, amlodipine, felodipine), clonidine, reserpine, renin inhibitors
2. Pharmaka zur Behandlung der Herzinsuffizienz, z.B. ß- Blocker (z.B. Propanolol, Metoprolol) , ACE-Hemmer (z.B. Captopril, Enalapril, Ramipril, etc.), Angioten- sin-Rezeptorblocker (z.B. Losartan) , Digitalisglykosi- de, Katecholamine, Diuretika. 3. Pharmaka zur Behandlung des niedrigen Blutdrucks oder einer Herzinsuffizienz, z.B. α- und ß-Smpathomimetika (Effortil, Adrenalin, Noradrenalin, Dobutamin, ß- Adrenozeptorblocker, ACE-Hemmer, Angiotensin II- Rezeptorblocker . )2. Pharmaceuticals for the treatment of heart failure, for example β-blockers (for example propanolol, metoprolol), ACE inhibitors (eg captopril, enalapril, ramipril, etc.), angiotensin receptor blockers (eg losartan), digitalis glycosides, catecholamines, diuretics. 3. Pharmaceuticals for the treatment of low blood pressure or heart failure, eg α- and β-smpathomimetics (Effortil, adrenaline, noradrenaline, dobutamine, β-adrenoceptor blockers, ACE inhibitors, angiotensin II receptor blockers.)
4. Pharmaka zur Behandlung der Migräne, z.B. Sumatriptan, Rizatriptan, Zolmitriptan und weitere Agonisten an Se- rotoninrezeptoren, ß-Blocker (Propanolol, Timolol) , Ergotamin und Dihydroergotamin4. Pharmaceuticals for the treatment of migraines, e.g. Sumatriptan, rizatriptan, zolmitriptan and other agonists at serotonin receptors, ß-blockers (propanolol, timolol), ergotamine and dihydroergotamine
5. Analgetika vom Morphintyp (Morphin, Codein, etc.)5. Morphine-type analgesics (morphine, codeine, etc.)
6. Pharmaka zur Behandlung der koronaren Herzkrankheit wie Adenosin, ß-Blocker (z.B. Propanolol, Acebutolol) , Nitrate und Ca2+-Kanalblocker6. Pharmaceuticals for the treatment of coronary heart disease such as adenosine, β-blockers (eg propanolol, acebutolol), nitrates and Ca 2+ channel blockers
7. Pharmaka zur Behandlung psychiatrischer Erkrankungen (Schizophrenie, manisch-depressive Erkrankungen, Psychosen, Depressionen) und von Suchtkrankheiten wie Alkoholismus, (z.B. Fluoxetin, Paoxetin, Imipramin, De- sipramin, Doxepin, Mianserin, Trazodon, Lofepramin) , Angstsyndrome (Diazepam, etc.), welche z.B. das dopa- minerge, serotonerge oder adrenerge System beeinflussen. Aber auch Pharmaka, die ihre Wirkung über Rezeptoren für GABA- , Glycin- oder Glutamat bzw. deren Derivate vermitteln.7. Pharmaceuticals for the treatment of psychiatric disorders (schizophrenia, manic-depressive disorders, psychoses, depression) and addictive disorders such as alcoholism (e.g. fluoxetine, paoxetine, imipramine, desipramine, doxepin, Mianserin, trazodone, lofepramine), anxiety syndromes (diazepam, etc.), which, for example affect the dopaminergic, serotonergic or adrenergic system. But also pharmaceuticals that mediate their effect via receptors for GABA, glycine or glutamate or their derivatives.
8. Pharmaka zur Behandlung des Morbus Alzheimer (z.B. Tacrin) und zur Behandlung des Morbus Parkinson (z.B. Bromocriptin, L-DOPA, Carbidopa, Biperiden, Seleginil, etc.) welche Transmitterkonzentrationen an z.B. muska- rinergen oder dopaminergen Substanzen, beeinflussen8.Drugs for the treatment of Alzheimer's disease (e.g. tacrine) and for the treatment of Parkinson's disease (e.g. bromocriptine, L-DOPA, carbidopa, biperiden, seleginil, etc.) which transmitter concentrations at e.g. muscarinic or dopaminergic substances
9. Pharmaka zur Behandlung von Asthma bronchiale, welche z.B. entweder direkt bronchodilatierend oder antiinflammatorisch wirken, z.B. Salbutamol, Terbuta- lin, Albuterol, Theophyllin, Montelukast, Zafirlukast, Cromoglicinsäure, Ipratropiumbromid. Zu solchen Pharmaka gehören auch Antikörper die gegen bestimmte Proteine und Rezeptoren gerichtet sind.9. Pharmaceuticals for the treatment of bronchial asthma, which, for example, either directly bronchodilate or have an anti-inflammatory effect, for example salbutamol, terbutalin, albuterol, theophylline, montelukast, zafirlukast, cromoglicinic acid, ipratropium bromide. Such pharmaceuticals also include antibodies directed against certain proteins and receptors.
10. Pharmaka zur Behandlung von Motilitätsstörungen des Magens oder Darms und Pharmaka zur Behandlung des Reizdarmsyndroms (irritable bowel syndrome) z.B. N- Butylscopolamin, Pirenzepin, Metoclopramid)10. Pharmaceuticals for the treatment of gastric or intestinal motility disorders and pharmaceuticals for the treatment of irritable bowel syndrome (irritable bowel syndrome) e.g. N-butylscopolamine, pirenzepin, metoclopramide)
11. Pharmaka zur Behandlung der Adipositas, welche entweder direkt lipolytisch wirksame Rezeptoren aktivieren, z.B. ß3-adrenerge Agonisten, oder zentral wirksam sind, z.B. Sibutramin, oder ähnliche Substanzen, die das Sättigungsgefühl verändern oder die Thermogenese beeinflussen. Dazu gehören auch Pharmaka, die die Magenentleerung beeinflussen.11. Pharmaceuticals for the treatment of obesity, which either directly activate lipolytically active receptors, e.g. β3-adrenergic agonists, or are centrally active, e.g. Sibutramine, or similar substances that change the feeling of satiety or affect thermogenesis. This includes pharmaceuticals that affect gastric emptying.
12. Pharmaka zur Behandlung chronischer Entzündungsvorgänge oder von Störungen des Immunsystems, z.B. Zytokine (Interferone) bei der Therapie von Virushepatitideri o- der Interleukin-2 bei HIV-Infektion. Zu solchen Erkrankungen zählen auch Morbus Crohn, Colitis ulcerosa, Asthma, Psoriasis, Neurodermitits, Heuschnupfen. Dazu gehören auch Antikörper gegen Zytokine oder gegen Zy- tokinrezeptoren, z.b. gegen TNFα12. Pharmaceuticals for the treatment of chronic inflammatory processes or disorders of the immune system, e.g. Cytokines (interferons) in the treatment of viral hepatitis or interleukin-2 for HIV infection. Such diseases also include Crohn's disease, ulcerative colitis, asthma, psoriasis, neurodermatitis, hay fever. This also includes antibodies against cytokines or against cytokine receptors, e.g. against TNFα
13. Pharmaka zur Behandlung der Gestose und der Präeklampsie/Eklampsie und des HELLP-Syndroms13. Pharmaceuticals for the treatment of gestosis and preeclampsia / eclampsia and HELLP syndrome
14. Pharmaka zur Behandlung von Fertilitatsstörungen oder zur Beseitigung von ZyklusStörungen bei der Frau oder zur Empfängnisverhütung14. Pharmaceuticals for the treatment of fertility disorders or for the elimination of menstrual disorders or for contraception
15. Pharmaka zur Behandlung von HerzrhythmusStörungen15. Pharmaceuticals for the treatment of cardiac arrhythmia
16. Antidiabetika (Acarbose, Insulin, Troglitazone, Met- formin, etc.)16. Antidiabetic drugs (acarbose, insulin, troglitazone, metformin, etc.)
17. Hypnotika, Antiemetika und Antiepileptika 18. Pharmaka zur Behandlung von Störungen des Sexuallebens, z.B. der erektilen Dysfunktion, der weiblichen sexuellen Dysfunktion, Libidomangel , Orgasmusstörungen (Phosphodiesteraseinhibitoren wie Sildenafil, Prostaglandin El, Agonisten an Dopamin-Rezeptoren, z.B. Apomorphin, Yohimbin, Phentolamin)17. Hypnotics, antiemetics and antiepileptics 18. Pharmaceuticals for the treatment of disorders of sexual life, e.g. erectile dysfunction, female sexual dysfunction, libido deficiency, orgasm disorders (phosphodiesterase inhibitors such as sildenafil, prostaglandin El, agonists on dopamine receptors, e.g. apomorphine, yohimbine, phentolamine)
19. Pharmaka zur Therapie von Krebserkrankungen und Che- motherapeutika, z.B. 5-Fluoruracil , Antikörper gegen Proteine und Rezeptoren (z.B. gegen HER-2) , Substanzen, die Tyrosinkinasen blockieren, etc.19. Pharmaceuticals for the treatment of cancer and chemotherapeutic agents, e.g. 5-fluorouracil, antibodies against proteins and receptors (e.g. against HER-2), substances that block tyrosine kinases, etc.
20. Pharmaka zur Behandlung von allergischen und Tumorerkrankungen, bei denen die Wirkung über die Verabreichung von CpG-Nukleotiden erzielt wird.20. Pharmaceuticals for the treatment of allergic and tumor diseases, in which the effect is achieved by the administration of CpG nucleotides.
21. Pharmaka zur Behandlung des Adipositas, des metaboli- schen Syndroms oder des Diabetes, z. B. Sibutramin, Or- listat, Leptin, Topiramat, Glinide, Glitazone, Bigua- nide etc.21. Pharmaceuticals for the treatment of obesity, metabolic syndrome or diabetes, e.g. B. sibutramine, orlistat, leptin, topiramate, glinide, glitazone, biguanide etc.
22. Pharmaka zur Behandlung der HIV-Infektion, auch Antikörper und Rezeptorblocker . Vorhersage des Entstehens einer Lipodystrophie unter Therapie mit Proteinasein- hibitoren.22. Pharmaceuticals for the treatment of HIV infection, including antibodies and receptor blockers. Prediction of the development of lipodystrophy under therapy with proteinase inhibitors.
Selbstverständlich ist es nicht möglich, im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung den Nachweis zu führen, dass alle Pharmakawirkungen durch den GNAQ- Genstatus determiniert werden. Naturgemäß kann man auch nicht die genotypabhängigen Wirkungen von Pharmaka untersuchen, die erst in Zukunft entwickelt und eingesetzt werden. Dagegen sollen hier Beispiele für Pharmaka mit unterschiedlichen Wirkmechanismen exemplarisch gezeigt werden, so dass diese Befunde generalisiert werden können. Als Beispiel für die allgemeine Verwendbarkeit des GNAQ GC (-909/-908) TT-Polymorphismus zur Vorhersage von Arzneimittelwirkungen wurde bei Menschen die Vaso- konstriktoren Angiotensin II, Noradrenalin oder Endothe- lin in die Haut gespritzt und die nachfolgende Änderung der Durchblutung registriert (Abbildung 18) . Man erkennt nach Gabe aller drei Hormone, die an unterschiedliche Rezeptoren koppeln, dass die Reduktion der Hautdurchblutung beim GC/GC-Genotyp am stärksten ausgeprägt ist, was durch mit der gesteigerten Expression von Gαq erklärt werden kann.Of course, it is not possible within the scope of the invention described here to provide evidence that all pharmaceutical effects are determined by the GNAQ gene status. Naturally, one cannot investigate the genotype-dependent effects of pharmaceuticals that will only be developed and used in the future. In contrast, examples of pharmaceuticals with different mechanisms of action are to be shown here by way of example, so that these findings can be generalized. As an example of the general applicability of the GNAQ GC (-909 / -908) TT polymorphism to predict drug effects, the vasoconstrictors angiotensin II, noradrenaline or endothelin were injected into the skin in humans and the subsequent change in blood flow was recorded ( Figure 18). After administration of all three hormones, which couple to different receptors, it can be seen that the reduction in blood flow to the skin is most pronounced in the GC / GC genotype, which can be explained by the increased expression of Gαq.
Ein weiterer Beleg für die generelle Anwendung von Genveränderungen im Gen GNAQ zur Vorhersage von Pharmakawir- kungen ergibt sich auch aus dem beobachteten Genotyp abhängigen Krankheitsverläufen bei Harnblasenkarzinom Diese Patienten wurden alle mit unterschiedlichen Pharmaka behandelt. Die durch Verwendung von Genveränderungen im Gen GNAQ sichtbar gemachten unterschiedlichen Krankheitsverläufe belegen ein unterschiedliches Ansprechen auf diese Therapieformen . Further evidence of the general use of gene changes in the GNAQ gene to predict pharmacological effects also results from the observed genotype-dependent disease courses in bladder carcinoma. These patients were all treated with different pharmaceuticals. The different disease courses made visible by using gene changes in the GNAQ gene demonstrate a different response to these forms of therapy.
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Claims

P A T E NT A N S P R Ü C H E PATE NT REQUESTS
1. Verfahren zur Ermittlung des Krankheitsrisikos, des Verlaufs einer Krankheit, von Arzneimittelwirkungen, Arzneimittelnebenwirkungen und Drug-Targets, die mit einer Basensubstitution im Gen GNAQ, das die Gαq-Untereinheit menschlicher G-Proteine kodiert, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass man im 5' nicht translatierten Bereich des Gens für die Gαq-Untereinheit menschlicher G- Proteine einen Basenaustausch (Polymorphismus) identifiziert.1. A method for the determination of disease risk, course of a disease, the effects of drugs, drug side effects and which is drug targets, connected to a base substitution in the gene GNAQ encoding the Gαq subunit of human G-proteins characterized in that A base exchange (polymorphism) was identified in the 5 'untranslated region of the gene for the Gαq subunit of human G proteins.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen GC(-909/-908)TT Polymorphismus identifiziert .2. The method according to claim 1, characterized in that one identifies a GC (-909 / -908) TT polymorphism.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen G(-382)A Polymorphismus identifiziert.3. The method according to claim 1, characterized in that one identifies a G (-382) A polymorphism.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen G(-387)A Polymorphismus identifiziert.4. The method according to claim 1, characterized in that one identifies a G (-387) A polymorphism.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Vorhandensein von zwei oder drei der Polymorphismen GC(-909/-908)TT, G(-382)A oder G(-387)A identi iziert . 5. The method according to claim 1, characterized in that the presence of two or three of the polymorphisms GC (-909 / -908) TT, G (-382) A or G (-387) A identi ized.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Identifizierung eines oder mehrerer Polymorphismus/men im Gen GNAQ eine Sequenzierung desselben durchführt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that to identify one or more polymorphism / men in the GNAQ gene, the same is carried out.
7. Verfahren nach nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man den Polymorphismus im Gen GNAQ durch reverse Hybridisierung untersucht oder nachweist.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the polymorphism in the gene GNAQ is examined or detected by reverse hybridization.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man den Polymorphismus im Gen GNAQ durch Spaltung mit Restriktionsenzymen untersucht oder nachweist .8. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the polymorphism in the GNAQ gene is examined or detected by cleavage with restriction enzymes.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man vor der Sequenzierung einen Genabschnitt des GNAQ-Gens, der eine oder mehrere der Positionen -909, - 908, -382 oder -387 enthält, amplifiziert .9. The method according to claim 6, characterized in that prior to sequencing, a gene section of the GNAQ gene which contains one or more of positions -909, -908, -382 or -387 is amplified.
10. Gentest, enthaltend eine Sonde zur Identifizierung eines oder mehrerer Polymorphismen im 5' nicht translatierten Bereich des Gens GNAQ.10. Genetic test, containing a probe for identifying one or more polymorphisms in the 5 'untranslated region of the GNAQ gene.
11. Gentest nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Sonde zur Identifizierung eines oder mehrerer der Polymorphismen GC(-909/-908)TT, G(-382)A oder G(-387)A. 11. Genetic test according to claim 10, characterized by a probe for identifying one or more of the polymorphisms GC (-909 / -908) TT, G (-382) A or G (-387) A.
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