ES2263290T3 - Dominios de union d dedo de cinc para gnn. - Google Patents
Dominios de union d dedo de cinc para gnn.Info
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Abstract
Un polipéptido de unión a nucleótido de dedo de cinc aislado y purificado que contiene al menos una región de unión a nucleótido en el que la secuencia de la región de unión es cualquiera de SEQ ID Nº 1, SEQ ID Nº 13, SEQ ID Nº 17, SEQ ID Nº 18, SEQ ID Nº 25, SEQ ID Nº 59, SEQ ID Nº 60 o SEQ ID Nº 77.
Description
Dominios de unión de dedo de cinc para GNN.
El campo de esta invención es la proteína dedo
de cinc que se une a nucleótidos diana. Más particularmente, la
presente invención pertenece a secuencias de restos de aminoácidos
dentro del dominio de hélice \alpha de dedos de cinc que se une
específicamente a nucleótidos diana de la fórmula
5'-(GNN)-3'.
El paradigma que el mecanismo primario para
gobernar la expresión de genes implica que los interruptores de las
proteínas que se unen a ADN de una manera específica de la secuencia
se estableció en 1967 (Ptashne, M, (1967) Nature (Londres) 214, 323,
4).Se han descrito diversas familias estructurales de proteínas de
unión a ADN. A pesar de una abundancia de diversidad estructural, el
motivo de dedo de cinc Cys_{2}-His_{2}
constituye el motivo de unión de ácido nucleico más frecuentemente
utilizado en eucariotas. Esta observación es tanto verdad para
levaduras como para el hombre. El motivo de dedo de cinc
Cys_{2}-His_{2}, identificado primero en el ADN
y ARN que se unen al factor de transcripción TFIIIA (Miller, J.,
McLachlan, A. D. y Klug, A. (1985) Embo J 4,
1609-14), es quizás la estructura ideal sobre la que
se puede construir una proteína específica de la secuencia. Un solo
dominio de dedo de cinc consta se aproximadamente 30 aminoácidos con
un pliegue \beta\beta\alpha sencillo estabilizado por
interacciones hidrófobas y la quelación de un solo in de cinc
(Miller, J., McLachlan, A. D. y Klug, A. (1985) Embo J 4,
1609-14, Lee, M. S., Gippert, G. P., Soman, K. V.,
Case, D. A. y Wright, P. E. (1989) Science 245,
635-7). La presentación de la hélice \alpha de
este dominio en el surco mayor de ADN permite los contactos de base
específicos de la secuencia. Cada dominio de dedo de cinc reconoce
tres pares de bases de ADN (Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1991)
Science (Washington, D. C., 1883-) 252, 809-17,
Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L. y
Pabo, C. O. (1996) Structure (Londres) 4, 1171-1180,
Elrod-Erickson, M., Benson, T. E. y Pabo, C. O.
(1998) Structure (Londres) 6, 451-464, Kim, C. A. y
Berg, J. M. (1996) Nature Structural Biology 3,
940-945), aunque la variación en la presentación de
hélice puede permitir el reconocimiento de más de un sitio extendido
(Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1993) Science (Washington, D. C.,
1883-) 261, 1701-7, Houbaviy, H. B., Usheva, A.,
Shenk, T. y Burley, S. K. (1996) Proc Natl Acad Sci Estados Unidos
93, 13577-82, Fairfall, L.., Schwabe, J. W. R.,
Chapman, L., Finch, J. T. y Rhodes, D. (1993) Nature (Londres) 366,
483-7, Wuttke, D. S., Foster, M. P.; Case, D. A.,
Gottesfeld, J. M. y Wright, P. E. (1997) J. Mol. Biol. 273,
183-206). En contraste a la mayoría de los factores
de transcripción que dependen de la dimerización de dominios de
proteína para extender los contactos de proteína - ADN a secuencias
o direcciones más largas de ADN, las repeticiones de tándem
covalentes sencillas del dominio de dedo de cinc permiten el
reconocimiento de secuencias asimétricas más largas de ADN por este
motivo.
Los inventores recientemente han descrito
proteínas de dedo de cinc polidáctilos que contienen 6 dominios de
dedo de cinc y se unen a 18 pares de bases de secuencia de ADN
contigua (Liu, Q., Segal, D. J., Ghiara, J. B. y Barbas III, C. F.
(1997) PNAS 94, 5525-5530). El reconocimiento de 18
pares de bases de ADN es suficiente para describir una única
dirección de ADN dentro de todos los genomas conocidos, un
requerimiento para usar proteínas polidáctilos como interruptores de
genes altamente específicos. Por supuesto, el control de tanto la
activación como la represión de genes se ha mostrado que usan estas
proteínas polidáctilas en un sistema de modelo (Liu, Q., Segal, D.
J., Ghiara, J. B. y Barbas III, C. F. (1997) PNAS 94,
5525-5530).
Ya que cada dominio de dedo de cinc se une
típicamente a tres pares de bases de secuencia, un alfabeto de
reconocimiento completo requiere la caracterización de 64 dominios.
La información existente que podría guiar la construcción de estos
dominios ha venido de tres tipos de estudios: determinación de
estructura (Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1991) Science
(Washington, D. C., 1883-) 252, 809-17,
Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L y
Pabo, C. O. (1996) Structure (Londres) 4, 1171-1180,
, Elrod-Erickson, M., Benson, T. E. y Pabo, C. O.
(1998) Structure (Londres) 6, 451-464, Kim, C. A. y
Berg, J. M. (1996) Nature Strctural Biology 3,
940-945, Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1993)
Science (Washington, D. C., 1883-) 261, 1701-7,
Houbaviy, H. B., Usheva, A., Shenk, T. y Burley, S. K. (1996) Proc
Natl Acad Sci Estados Unidos 93, 13577-82, Faifall,
L., Schwabe, J. W. R., Chapman, L., Finch, J. T. y Rhodes, D. (1993)
Nature (Londres) 366, 483-7, 11, Wuttke, D. S.,
Foster, M. P.; Case, D. A., Gottesfeld, J. M. y Wright, P. E. (1997)
J. Mol. Biol. 273, 183-206., Nolte, R. T., Conlin,
R. M., Harrison, S. C. y Brown, R. S. (1998) Proc. Natl. Acad.
Estados Unidos, 95, 2938-2943, Narayan, V. A.,
Kriwacki, R. W. y Caradonna, J. P. (1997) J. Biol. Chem. 272,
7801-7809, mutagénesis dirigida al sitio (Isalan,
M., Choo, Y. y Klug, A. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos
94, 5617-5621, Nardelli, J. Gibson, T. J., Vesque,
C. y Charnay, P. (1991) Nature 349, 175-178,
Nardelli, J., Gibson, T. y Charnay, P. (1992) Nucleic acids Res. 20,
4137-44, Taylor, W. E., Suruki, H. K., Lin, A. H.
T., Naraghi-Arani, P., Igarashi, R. Y., Younessian,
M., Katkus, P. y Vo, N. V. (1995) Biochemistry 34,
3222-3230, Desjarlais, J. R. y Berg, J. M. (1992)
Proteins: Struct., Funct., Genet. 12, 101-4,
Desjarlais, J. R. y Berg, J. M. (1992) Proc Natl Acad Sci Estados
Unidos 89, 7345-9), y selecciones de representación
visual de fago (Choo, Y. y Klug, A. (1994) Proc Natl Acad Sci
Estados Unidos 91, 11163-7, Greisman, H. A. y Pabo,
C. O. (1997) Science (Washington, D. C.) 275,
657-661.23, Rebar, E. J. y Pabo, C. O. (1994)
Science (Washington, D. C., 1883-) 263, 671-3,
Jamieson, A. C. Kim, S. -H. y Wells, J. A. (1994) Biochemistry 33,
5689-5695, Jamieson, A. C., Wang, H. y Kim, S. -H.
(1996) PNAS 93, 12834-12839, Isalan, M., Klug, A. y
Choo, Y. (1998) Biochemistry 37, 12026-33, Wu, H.,
Yang, W. -P. y Barbas III, C. F. (1995) PNAS 92,
344-348). Todos han contribuido significativamente
al mejor entendimiento de los inventores del reconocimiento de dedo
de cinc/ADN, pero cada uno tiene sus limitaciones. Los estudios
estructurales han identificado un espectro diverso de interacciones
proteína /ADN pero no explican si las interacciones alternativas
podrían ser más óptimas. Además, aunque se observan las
interacciones que permiten que el reconocimiento específico de de
secuencia, se proporciona poca información sobre cómo secuencias
alternativas se excluyen de la unión. Estas cuestiones han estado
parcialmente dirigidas parcialmente por mutagénesis de proteínas
existentes, pero los datos están siempre limitados por el número de
mutantes que pueden estar caracterizados. La representación visual
de fago y selección de genotecas aleatorias supera ciertas
limitaciones numéricas, pero que proporcionan la presión selectiva
apropiada para asegurar que tanto la especificidad como la afinidad
dirigen la selección es difícil. Los estudios experimentales de
varios laboratorios (Choo, Y. y Klug, A. (1994) Proc Natl Acad Sci
Estados Unidos 91, 11163-7, Greisman, H. A. y Pabo,
C. O. (1997) Science (Washington, D. C.) 275,
657-661, Rebar, E. J. y Pabo, C. O. (1994) Science
(Washington, D. C., 1883-) 263, 671-3, Jamieson, A.
C., Kim, S. -H y Wells, J. A. (1994) Biochemistry 33,
5689-5695.25, Jamieson, A. C., Wang, H. y Kim, S. -H
(1996) PNAS 93, 12834-12839, Isalan, M., Klug, A. y
Choo, Y. (1998) Biochemistry 37, 12026-33), que
incluye la propia de los inventores (Wu, H., Yang, W. -P. y Barbas
III, C. F. (1995) PNAS 92, 344-348), han demostrado
que es posible diseñar o seleccionar unos pocos miembros de este
alfabeto de reconocimiento, la especificidad y afinidad de estos
dominios para su ADN diana se investigó de manera excepcional de uña
manera rigurosa y sistemática en estos estudios tempranos.
Desde que Jacob y Monod cuestionaron la
naturaleza química del represor y propusieron un esquema mediante el
que la síntesis de proteínas individuales dentro de una célula
podría estar provocada o reprimida, el control experimental
específico de expresión génica ha sido una expectativa tentadora
(Jacob, F. y Monod, J. (1961) J. Mol. Biol. 3,
318-356). Ahora está bien establecido que los
genomas están regulados al nivel de transcripción principalmente a
través de la acción de las proteínas conocidas como factores de
transcripción que se unen a ADN de una manera específica de la
secuencia. A menudo estos factores de proteínas actúan de una manera
combinatoria compleja que permiten el control de la expresión génica
temporal, espacial, y sensible al ambiente (Ptashne, M. (1997)
Nature Medicine 3, 1069-1072). Los factores de
transcripción frecuentemente actúan tanto a través de un dominio de
unión a ADN que localiza la proteína a un sitio específico con el
genoma, como a través de los dominios efectores accesorios que
actúan para provocar (activar) o reprimir la transcripción en o
cerca de ese sitio (Cowell, I. G. (1994) Trends Biochem. Sci. 19,
38-42). Los dominios efectoers, tal como el dominio
de activación VP 16 (Sadowski, I. Ma, J., Triezenberg, S. y Ptashe,
M. (1988) Nature 335, 563-564) y el dominio de
represión KRAB (Margolin, J. F., Friedman, J. R. Meyer, W., K. -H.,
Vissing, H., Thiesen, H. -J. y Rauscher III, F. J. (1994) Proc.
Natl.Acad. Sci. Estados Unidos 91, 4509-4513), son
típicamente modulares y retienen su actividad cuando están
condensados a otras proteínas de unión a ADN. Mientras que los genes
podrían estar fácilmente controlados mediante la dirección de
factores de transcripción a sitios particulares dentro de un genoma,
el diseño de las proteínas de unión a ADN que se podrían adaptar
para unirse a cualquier secuencia dada ha sido un desafío
desalentador.
La presente descripción está basada en el
reconocimiento de las características estructurales únicas para la
clase Cys_{2}-His_{2} de proteínas de dedo de
cinc, de unión a ácido nucleico. El dominio de dedo de cinc de
Cys_{2}-His_{2} consta de un pliegue
\beta\beta\alpha sencillo de aproximadamente 30 aminoácidos de
longitud. la estabilidad estructural de este pliegue se logra por
interacciones hidrófobas y mediante quelación de un ion de cinc
sencillo por los restos Cys_{2}-His_{2}
conservados (Lee, M. S., Gippert, G. P., Soman, K. V., Case, D. A. y
Wright, P. E. (1989) Science 245, 635-637). El
reconocimiento de ácido nucleico se logra mediante contactos de
cadena lateral de aminoácidos específicos que se originan a partir
de la hélice \alpha del dominio, que típicamente se une a tres
pares de bases de la secuencia de ADN (Pavletich, N. P. y Pabo, C.
O. (1991) Science 252, 809-17,
Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L. y
Pabo, C. O. (1996) Structure 4, 1171-1180). Otros
motives de reconocimiento de ácido nucleico diferente, enlace
covalente sencillo de múltiples dominios de dedo de cinc permite el
reconocimiento de secuencias asimétricas extendidas de ADN. Los
estudios de proteínas de dedo de cinc naturales han mostrado que
tres dominios de dedo de cinc se pueden unir a 9 pares de bases de
secuencia de ADN contiguas (Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1991)
Science 252, 809-17, Swimoff, A. H. y Milbrandt,
(1995) Mol. Cell. Biol. 15, 2275-87). Aunque el
reconocimiento de los 9 pares de bases de secuencia es insuficiente
para especificar un único sitio dentro de incluso el pequeño genoma
de E. coli, las proteínas polidáctilas que contienen seis
dominios de dedo de cinc pueden especificar 18 pares de bases de
reconocimiento (Liu, Q., Segal, D. J., Ghiara, J. B. y Barbas III,
C. F. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci Estados Unidos 94,
5525-5530). Con respecto al desarrollo de un sistema
universal para el control de genes, una dirección de 18 pares de
bases puede ser suficiente para especificar un sitio sencillo dentro
de todos los genomas conocidos. Sin embargo, aunque las proteínas
polidáctilas de este tipo son desconocidas en la naturaleza, se ha
mostrado recientemente su eficacia en la activación y represión de
genes dentro de las células humanas vivas (Liu, Q., Segal, D. J.,
Ghiara, J. B. y Barbas I, 11, C. F. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci
Estados Unidos 94, 5525-5530).
En un aspecto, la presente invención proporciona
un polipéptido de unión a nucleótido de dedo de cinc aislado y
purificado que contiene al menos una región de unión a nucleótido en
al que la secuencia de la región de unión está en cualquiera de las
SEQ ID Nº 1, SEQ ID Nº 13, SEQ ID Nº 17, SEQ ID Nº 18, SEQ ID Nº 25,
SEQ ID Nº 59, SEQ ID Nº 60 o SEQ ID Nº 77. En un aspecto
relacionado, esta invención además proporciona composiciones que
comprenden entre 2 y 12 de tales polipéptidos de unión de
nucleótidos de dedo de cinc que tienen la secuencia de cualquiera de
la SEQ ID Nº 1-110, en la que al menos uno de los
polipéptidos es cualquiera de la SEQ ID Nº 1, SEQ ID Nº 13, SEQ ID
Nº 17, SEQ ID Nº 18, SEQ ID Nº 25, SEQ ID Nº 59, SEQ ID Nº 60 o SEQ
ID Nº 77. La composición preferiblemente contiene entre 2 y 6
polipéptidos. En una realización preferida, el polipéptido de unión
a nucleótido de dedo de cinc está unido de manera operativa,
preferiblemente mediante un engarce de resto de aminoácido que tiene
la secuencia de la SEQ ID Nº 111. Una composición de esta invención
se une específicamente a una diana de nucleótido que contiene la
secuencia 5'-(GNN) n-3', en la que cada N es A, C,
G, o T con la condición de que todas las N no pueden ser C y donde n
es preferiblemente 2 a 6. Un polipéptido o composición puede estar
además ligado de manera operativa a uno o más factores de modulación
de transcripción tales como activadores de transcripción o
supresores o represores de transcripción. La presente invención
también proporciona un polinucleótido aislado y purificado que
codifica un polipéptido o composición de esta invención y un vector
de expresión que contiene tal polinucleótido.
Todavía en un aspecto adicional, la presente
invención proporciona el uso de una composición de esta invención en
la fabricación de un medicamento para regular la función de una
secuencia de nucleótidos que contiene la secuencia 5'-(GNN)
n-3', en la que n es un número entero entre 1 y 6.
La composición puede estar ligada de manera operativa a uno o más
factores de modulación de la transcripción. La secuencia 5'-(GNN)
n-3', se puede encontrar en la región transcrita o
región promotora del nucleótido o dentro de una etiqueta de
secuencia expresada.
La presente descripción demuestra la simplicidad
y eficacia de una estrategia general para la producción rápida de
interruptores de genes. Con una familia de dominios de dedo de cinc
que reconoce las secuencias del subconjunto de
5'-GNN-3', de un alfabeto de dedo de
cinc de 64 miembros, proteínas polidáctilas que reconocen de manera
específica secuencias de 9 ó 18 pares de bases novedosas para la
primera vez se construyeron y caracterizaron. Los potentes factores
de transcripción se generaron y se mostró que controlan tanto la
activación como la represión de genes. La activación de genes se
logró usando el dominio de activación VP 16 del virus herpes simplex
(Sadowski, I., Ma, J., Triezenberg, S. y Ptashne, M. (1988) Nature
335, 563-564) y una repetición tetrámera de su
dominio de mínima activación. La represión o silenciamiento de genes
se logró usando tres dominios efectores de origen humano, la casilla
asociada krüppel (KRAB) (Margolin, J. F., Friedman, J. R.,
Meyer, W., K. -H., Vissing, H., Thiesen, H. -J. y Rauscher III, F.
J. (1994) Proc. Natl.Acad. Sci. Estados Unidos 91,
4509-4513), el dominio represor
ERF (ERD) (sgoura, D. N., Athanasiou, M. A., Beal, G. J.,
Jr., Fisher, R. J., Blair, D. G. y Mavrothalassitis, G. J. (1995)
EMBO J. 14, 4781-4793), y el dominio de interacción
mSIN3 (SID) (Ayer, D. E., Laherty, C. D., Lawrence, Q. A.,
Armstrong, A. P. y Eisenman, R. N. (1996) Mol. Cell. Biol. 16,
5772-5781). Usando ensayos de gen indicador de la
luciferasa en células epiteliales humanas, los datos muestran que
los reguladores transcripcionales artificiales, diseñados para
dirigir el promotor del proto-oncogen
erb-2/HER-2, puede eliminar o
activar la expresión de genes de una manera específica. Para la
primera vez, la activación o represión de genes se logró dirigiendo
dentro de la transcripción de genes, sugiriendo que la información
obtenida a partir de las etiquetas de secuencias expresadas (EST)
pueden ser suficientes para la construcción de los interruptores de
genes. La metodología y materiales novedosos descritos en esta
memoria descriptiva prometen diversas aplicaciones en la terapia
génica, organismos transgénicos, genómicos funcionales, y otras
áreas de la biología celular y molecular.
En el dibujo, que forma una parte de la memoria
descriptiva.
La Fig. 1 (mostrada en seis paneles) muestra la
especificidad de unión de las regiones de polipéptidos de unión a
nucleótidos de dedo de cinc de la invención.
La presente invención proporciona polipéptidos
de unión de nucleótidos de dedo de cinc, conteniendo las
composiciones uno o más de tales polipéptidos y el uso de los
polipéptidos y composiciones para modular la expresión génica.
Un compuesto de esta invención es un polipéptido
de unión a nucleótido de dedo de cinc aislado que se une a una
secuencia de nucleótidos GNN y modula la función de la secuencia de
nucleótidos. El polipéptido puede potenciar o suprimir la
transcripción de un gen, y se puede unir a ADN o ARN. un polipéptido
de unión a nucleótido de dedo de cinc se refiere a un polipéptido
que es una forma derivatizada de una proteína de dedo de cinc de
tipo salvaje o una producida mediante recombinación. Un polipéptido
puede ser un híbrido que contiene dominio (s) de dedo de cinc de una
proteína ligada a dominio (s) de dedo de cinc de una segunda
proteína, por ejemplo. Los dominios pueden ser de tipo salvaje o
mutagenizada. Un polipéptido incluye una forma truncada de una
proteína de dedo de cinc de tipo salvaje. Los
ejemplos de proteínas de dedo de cinc a partir de las que se pueden producir un polipéptido incluyen TFIII y zif268.
ejemplos de proteínas de dedo de cinc a partir de las que se pueden producir un polipéptido incluyen TFIII y zif268.
Un polipéptido de unión a nucleótido de dedo de
cinc de esta invención comprende un único heptámero (la secuencia
contigua de 7 residuos de aminoácidos) dentro del dominio de hélice
\alpha del polipéptido, dicha secuencia heptámera determina la
especificidad de unión a un nucleótido diana. La secuencia heptámera
se puede localizar en cualquier parte dentro del dominio de la
hélice \alpha pero se prefiere que el heptámero se extienda desde
la posición -1 a la posición 6 como los restos se numeran de manera
convencional en la técnica. Un polipéptido de esta invención puede
incluir cualesquiera secuencias de hoja \beta y marco conservado
conocidas en la técnica para funcionar como parte de una proteína de
dedo de cinc. Se prepararon un gran número de polipéptidos de unión
de nucleótidos de dedo de cinc y se ensayaron para evaluar la
especificidad de unión contra nucleótidos diana que contienen un
triplete GNN. Los resultados de aquellos estudios se resumen en la
Fig. 1. En la Fig. 1, la especificidad de unión de triplete GNN para
cada péptido se muestra en la columna de la derecha, con la más alta
especificidad mostrada primero y en negrita. En la Fig. 1, las SEQ
números: se muestran entre paréntesis. Para cada diana de GNN
particular (por ejemplo, GAA, mostrada en la columna de la derecha
de la Fig. 1), las secuencias se enumeran en orden de especificidad
decreciente para ese triplete.
Como se muestra en la Fig. 1, los datos muestran
una conservación sorprendente de las tres posiciones de contacto de
ADN (-1, 3, y 6) se observaron para prácticamente todos los clones
de una diana dada. Aunque muchos de estos restos se observaron
previamente en estas posiciones después de las selecciones con
genotecas mucho menos completas, el grado de conservación observado
en esta memoria descriptiva representa una mejora notable sobre los
estudios anteriores (Choo, Y. y Klug, A. (1994) Proc. Natl. Acad.
Sci. Estados Unidos 91, 11163-7, Greisman, H. A. y
Pabo, C. O. (1997) Science (Washington, D. C.) 275,
657-661, Rebar, E. J. & Pabo C.O. (1994) Science
(Washington, D. C., 1883-) 263, 671-3, Jamieson, A.
C. Kim, S. -H. y Wells, J. A. (1994) Biochemistry 33,
5689-5695, Jamieson, A. C., Wang, H. y Kim, S. -H.
(1996) PNAS 93, 12834-12839, Wu, H., Yang, W. -P. y
Barbas III, C. F. (1995) PNAS 92, 344-348). La
presente invención describe las enseñanzas de la técnica anterior
que las tres posiciones helicoidales -1, 3, y 6 de un dominio de
dedo de cinc son suficientes para permitir la descripción detallada
de al especificidad de unión a ADN del dominio son incorrectos.
Típicamente, las selecciones de fagos han
mostrado una selección de consenso en solamente una o dos de estas
posiciones. La variación de secuencia mayor se producía en los
residuos en las posiciones 1 y 5, que no hace que las bases se
pongan en contacto en la estructura Zif268/ADN y se esperaron que no
contribuyan de manera significativa al reconocimiento (Pavletich, N.
P. y Pabo, C. O. (1991) Science (Washington, D. C., 1883-) 252,
809-17, Elrod-Erickson, M., Rould,
M. A., Nekludova, L. y Pabo, C. O. (1996) Structure (Londres) 4,
1171-1180). La variación en las posiciones 1 y 5
también implican que la conservación en las otras posiciones se
debía a su interacción con el ADN y no simplemente la amplificación
fortuita de un solo clon debido a otras razones. También se observó
la conservación de la identidad de residuo en la posición 2. La
conservación de la posición 2 es algo artificial, la genoteca NNK
tenía este residuo fijado como serina. Ese resto hace contactos con
la estructura central de ADN en al estructura Zif268. Ambas
genotecas contenían una leucina invariable en la posición 4, un
resto crítico en el núcleo hidrófobo que estabiliza el plegamiento
de este dominio.
La impresionante conservación de aminoácidos se
observó para el reconocimiento del mismo nucleótido en dianas
diferentes. Por ejemplo, Asn en la posición 3 (Asn 3) se seleccionó
prácticamente siempre para reconocer adeninaen la posición media, si
en el contexto de GAG, GAA, GAT, o GAC. Gln-1 y
Arg-1 se seleccionaban siempre para reconocer
adenina o guanina, respectivamente, en la posición 3'
independientemente del contexto. El reconocimiento basado en la
cadena lateral de amida de adenina por Gln o Asn está bien
documentado en estudios estructurales como es la cadena lateral de
guanidinio de Arg al contacto de guanina con una guanina en 3' ó 5'
(Elrod-Erickson, M, Benson, T. E. y Pabo, C. O.
(1998) Structure (Londres) 6, 451-464, Kim, C. A. y
Berg, J. M. (1996) Nature Structural Biology 3,
940-945, Fairall, L., Schwabe, J. W. R., Chapman,
L., Finch, J. T. y Rhodes, D. (1993) Nature (Londres) 366,
483-7). Sin embargo, más a menudo, se seleccionaron
dos o tres aminoácidos para el reconocimiento de nucleótidos. His3 o
Lys3 (y hasta un grado menor, Gly3) se seleccionaron para el
reconocimiento de una guanina central. Ser3 y Ala3 se seleccionaron
para reconocer una timina intermedia. Thr3, Asp3, y Glu3 se
seleccionaron para reconocer uan citosina intermedia. Asp y Glu
también se seleccionaron en la posición -1 para reconocer una
citosina 3', mientras que Thr-1 y
Ser-1 se seleccionaron para reconocer una timina
3'.
Las variantes de Zif268 seleccionadas se
subclonaron en un vector de expresión bacteriano, y las proteínas se
sobre expresaron (proteínas de dedo-2, de aquí en
adelante hechas referencia por el subsitio para el que estaban
encuadradas). Es importante estudiar proteínas solubles mejor que
fusiones de fagos ya que se sabe que los dos pueden diferir
significativamente en sus características de unión (Crameri, A.,
Cwirla, S y Stemmer, W. P. (1996) Nat. Med. 2,
100-102). Las proteínas se ensayaron para evaluar su
capacidad de reconocer cada uno de los 16 subsitios de dedo -2 de
5'-GNN-3' usando un ensayo ELISA
multidiana. Este ensayo proporcionó un ensayo extremadamente
riguroso para especificidad ya que eran siempre seis sitios "no
específicos" que difiere del sitio "específico "en
solamente un sólo nucleótido fuera de una diana de nueve
nucleótidos. Muchas de las proteínas de dedo-2
seleccionadas de fagos mostraron una especificidad exquisita,
mientras otras demostraban grados variables de reactividad cruzada.
Realmente algunos polipéptidos se unen mejor a otros subsitios que
aquellos para los que se seleccionaron.
Se realizaron intentos para mejorar la
especificidad de unión modificando la hélice de reconocimiento
usando la mutagénesis dirigida al sitio. Los datos de las
selecciones de los inventores e información estructural guiaban al
diseño de mutantes. Como el estudio más exhaustivo realizado hasta
la fecha, se caracterizaron más de 100 proteínas mutantes en un
esfuerzo para expandir nuestro entendimiento de las reglas de
reconocimiento. Aunque las posiciones de hélice 1 y 5 no se espera
que jueguen un papel directo en el reconocimiento de ADN, las
mejores mejoras en al especificidad siempre implicaban
modificaciones en estas posiciones. Estos residuos se han observado
que hacen contactos de estructura central del fosfato, que
contribuyen a la afinidad de una manera no específica de la
secuencia. La retirada de los contactos no específicos incruenta la
importancia de los contactos específicos a la estabilidad global del
complejo, potenciando por lo tanto la especificidad. Por ejemplo, la
especificidad de los polipéptidos para los tripletes diana GAC, GAA,
y GAG se mejoraron simplemente reemplazando los restos atípicos,
cargados en las posiciones 1 y 5 con restos más pequeños, no
cargados.
Otra clase de modificaciones implicaba cambios
en los restos tanto de unión como de no unión. La reactividad
cruzada de los polipéptidos para GGG y el subsitio de dedo -2 GAG
estaba suprimido por las modificaciones HiseLys y Thr5Val. Es
interesante notar que His3 se seleccionaba por unanimidad durante el
"panning" para reconocer la guanina intermedia, aunque Lys3
proporcionaba mejor discriminación de A y G. Esto sugiere que las
condiciones de "panning" para esta proteína puede tener una
selección favorecida por un parámetro tal como afinidad sobre la de
especificidad. en la estructura Zif268, His3 proporciona un enlace
de hidrógeno al N7 de la guanina intermedia (Pavletich, N. P. y
Pabo, C. O. (1991) Science (Washington, D. C., 1883-) 252,
809-17, Elrod-Erickson, M., Rould,
M. A., Nekludova, L. y Pabo, C. O. (1996) Structure (Londres) 4,
1171-1180. este enlace también se podría hacer con
N7 de adenina, y de hecho Zif268 no discrimina entre G y A en esta
posición (Swirnoff, A. H. y Milbrandt, J. (1995) Mol. Cell. Biol.
15, 2275-87). His3 se encontró que esepcifica
solamente uan guanina intermedia en polipéptidos dirigidos a GGA,
GGC, y GGT, incluso aunque Lys3 se seleccionó durante el
"panning" para GGC y GGT. De manera similar, las múltiples
reactividades cruzadas de polipéptidos dirigidos a GTG se atenuaron
por las modificaciones Lys1Ser y Ser3Glu, dando como resultado una
pérdida de afinidad de 5 veces. Glu3 se ha mostrado que es muy
específica para citosina en los estudios de selección de sitio de
unión de Zif268 (Swimoff, A. H. y Milbrandt, (1995) Mol. Cell. Biol.
15, 2275-87). Ningún de los estudios estructurales
muestran una interacción de Glu3 con la timina intermedia, y Glu3
nunca se seleccionó para reconocer una timina intermedia en el
estudio de los inventores o cualesquiera otros (Choo, Y. y Klug, A.
(1994) Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 91,
11163-7, Greisman, H. A. y Pabo, C. O. (1997)
Science (Washington, D. C.) 275, 657-661.23, Rebar,
E. J. y Pabo, C. O. (1994) Science (Washington, D. C., 1883-) 263,
671-3, Jamieson, A. C. Kim, S. -H. y Wells, J. A.
(1994) Biochemistry 33, 5689-5695, Jamieson, A. C.,
Wang, H. y Kim, S. -H. (1996) PNAS 93, 12834-12839,
Isalan, M., Klug, A. y Choo, Y. (1998) Biochemistry 37,
12026-33, Wu, H., Yang, W. -P. y Barbas III, C. F.
(1995) PNAS 92, 344-348). A pesar de esto, la
modificación Ser3Glu favorecía el reconocimiento de una tiamina
intermedia sobre citosina. Estos ejemplos ilustran las limitaciones
de dependencia de de las estructuras previas y datos de selección
para entender los elementos estructurales que son la razón
fundamental de la especificidad. También se debe enfatizar que las
mejoras mediante modificaciones que implican las posiciones 1 y 5 no
han estado predichas por existir "códigos de reconocimiento"
(Desjarlais, J. R y Berg, J. M. (1992) Proc Natl Acad Sci Estados
Unidos 89, 7345-9. Suzuki, M., Gerstein, M. y Yagi,
N. (19949 Nucleic Acids Res. 22, 3397-405, Choo, Y.
y Klug, A. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 91,
11168-72, Choo, Y. y Klug, A. (1997) Curr. Opin.
Struct. Biol. 7, 117-125), que típicamente solamente
consideran las posiciones -1, 2, 3, y 6. Solamente mediante la
combinación de selección y mutagénesis dirigida al sitio los
inventores pueden comenzar a comprender completamente las
problemáticas del reconocimiento dedo de cinc/ADN.
A partir de los datos de la selección combinada
y mutagénesis parecía que el reconocimiento específico de muchos
nucleótidos se podrían llevar a cabo usando motivos, en lugar de y
aminoácido sencillo. Por ejemplo, la mejor especificación de una
guanina en 3' se logró usando la combinación de
Arg-1, Ser1, y Asp2 (el motivo RSD). Usando Val5 y
Arg6 para especificar una guanina en 5', reconocimiento de los
subsidios GGG, GAG, GTG, y GCG se podría llevar a cabo usando una
estructura de hélice común
(SRSD-X-LVR) que difiere solamente
en el resto de la posición 3 (Lys3 para GGG, Asn3 para GAG, Glu3
para GTG, y Asp3 para GCG). De manera similar, la timina en 3' se
especificó usando Thr-1, Ser1, y Gly2 en los clones
finales (el motivo TSG). Además, una citosina en 3' se puede
especificar usando Asp-1, Pro1, y Gly2 (el motivo
DPG) excepto cuando el subsitio era GCC; Pro1 no estaba tolerado por
este subsitio. La especificación de una adenina en 3' era con
Gln-1, Ser1, Ser2 en dos clones (motivo QSS). Los
residuos de las posiciones 1 y 2 de los motivos se estudiaron para
cada una de las bases en 3' y se encontró que proporcionaban
especificidad óptimo para una base en 3' dada se describen en esta
memoria descriptiva.
El ensayo ELISA multidiana asumían que las
proteínas preferían guanina en la posición 5' ya que todas las
proteínas contenían Arg6 y este residuo se conoce a partir de
estudios estructurales que ponen en contacto guanina en esta
posición (Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1991) Science (Washington,
D. C., 1883-) 252, 809-17,
Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L. y
Pabo, C. O. (1996) Structure (Londres) 4, 1171-1180,
Elrod-Erickson, M., Benson, T. E. y Pabo, C. O.
(1998) Structure (Londres) 6, 451-464, Kim, C. A. y
Berg, J. M. (1996) Nature Structural Biology 3,
940-945, Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1993)
Science (Washington, D. C., 1883-) 261, 1701-7,
Houbaviy, H. B., Usheva, A., Shenk, T. y Burley, S. K. (1996) Proc
Natl Acad Sci Estados Unidos 93, 13577-82, Fairfall,
L.., Schwabe, J. W. R., Chapman, L., Finch, J. T. y Rhodes, D.
(1993) Nature (Londres) 366, 483-7, Wuttke, D. S.,
Foster, M. P.; Case, D. A., Gottesfeld, J. M. y Wright, P. E. (1997)
J. Mol. Biol. 273, 183-206, Nolte, R. T., Conlin, R.
M., Harrison, S. C. y Brown, R. S. (1998) Proc. Natl. Acad. Sci.
Estados Unidos 95, 2938-2943). Esta interacción se
demostró en esta memoria descriptive usando el ensayo de firma de
sitio de unión 5' ((Choo, Y. y Klug, A. (1994) Proc. Natl. Acad.
Sci. Estados Unidos 91, 11168-72); Fig. 2, barras
blancas). Cada proteína se aplicó a conjuntos de dinas de 16
oligonucleótidos en los que el nucleótido 5' del subsitio de dedo -2
se fijó como G, A, T, o C y los nucleótidos intermedios y en 3' se
hicieron aleatorios. Todas las proteínas preferían el conjunto GNN
sin reactividad cruzada esencialmente.
Los resultados del ensayo ELISA multidiana se
confirmaron mediante estudios de afinidad de proteínas purificadas.
En los casos en los que la reactividad cruzada era mínima en el
ensayo ELISA, una falta de coincidencia de nucleótido individual
típicamente dio como resultado una pérdida de afinidad mayor que 100
veces. Este grado de especificidad se tenía todavía que demostrar
con proteínas de dedo de cinc. En general, las proteínas
seleccionadas o diseñadas para unirse a subsidios con G o A en la
posición central y 3' tenían la mayor afinidad, seguido de las que
solamente tenían una G o A en la posición central o 3', seguido de
aquellos que contenían solamente T o C. El grupo anterior
típicamente se unían a sus dianas con una mayor afinidad que Zif268
(10 nM), el último con algo de menor afinidad, y casi todas las
proteínas tenían una menor afinidad que la proteína parental C7. No
existía ninguna correlación entre la afinidad de unión y
especificidad de unión que sugiere que la especificidad se puede
producir no solamente a partir de los contactos específicos de
proteína - ADN, sino también a partir de interacciones que excluyen
todos excepto el nucleótido correcto.
Asp2 se co-seleccionaba siempre
con Arg-1 en todas las proteínas para las que el
subsitio diana era GNG. Ahora se entendía que existen dos razones
para esto. Para los estudios estructurales de Zif268 (Pavletich, N.
P. y Pabo, C. O. (1991) Science (Washington, D. C., 1883-) 252,
809-17, Elrod-Erickson, M., Rould,
M. A., Nekludova, L. y Pabo, C. O. (1996) Structure (Londres) 4,
1171-1180, se sabe ahora que Asp2 de dedo 2 hace un
par de enlaces de hidrógeno de refuerzo con Arg-1
que estabiliza la interacción Arg-1/guanina en 3',
así como algunos contactos mediados por agua. Sin embargo, el
carboxilato de Asp2 acepta un enlace de hidrógeno del N4 de una
citosina que es una base apareada a una guanina en 5' del subsitio
dedo-1. La base adenina apareada a T en esta
posición puede hacer un contacto análogo al vista con citosina. Esta
interacción es particularmente importante debido a que extiende el
subsitio de reconocimiento de dedo 2 de tres nucleótidos (GNG) a
cuatro (GNG (G/T)) (Isalan, M., Choo, Y. y Klug, A. (1997) Proc.
Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 94, 5617-5621,
Jamieson, A. C., Wang, H. y Kim, S. -H. (1996) PNAS 93,
12834-12839, Isalan, M., Klug, A. y Choo, Y. (1998)
Biochemistry 37, 12026-33). Este fenómeno se
denomina "superposición de sitio diana", y tiene tres
importantes ramificaciones. Primero, Asp2 estaba favorecida por la
selección por cuatro librerías cuando el subsitio
dedo-2 era GSN debido a que el subsitio
dedo-1 de los inventores contenía una guanina en 5'.
Segundo, puede limitar la utilidad de las genotecas usadas en este
estudio para seleccionar sobre subsidios de sedo-2
GNN o TNN debido a que dedo 3 de estas genotecas contienen un Asp2,
que puede ayudar a especificar que el nucleótido en 5' del subsitio
de dedo -2 sea G o T. En Zif268 y C7, que tienen Thr6 en dedo 2,
Asp2 de dedo 3 refuerza el reconocimiento de G o T en la posición 5'
(T/G) GG. Esta interacción también puede explicar por qué los
estudios de representación visual de fago previo, que usaban todos
genotecas basados en Zif268, han encontrado una selección limitada
principalmente al reconocimiento de GNN (Choo, Y. y Klug, A. (1994)
Proc Natl Acad Sci Estados Unidos 91, 11163-7,
Rebar, E. J. y Pabo, C. O. (1994) Science (Washington, D. C., 1883-)
263, 671-3, Jamieson, A. C. Kim, S. -H. y Wells, J.
A. (1994) Biochemistry 33, 5689-5695, Jamieson, A.
C., Wang, H. y Kim, S. -H. (1996) PNAS 93,
12834-12839, Isalan, M., Klug, A. y Choo, Y. (1998)
Biochemistry 37, 12026-33, Wu, H., Yang, W. -P. y
Barbas III, C. F. (1995) PNAS 92, 344-348).
Finalmente, la superposición del sitio diana
limita potencialmente el uso de estos dedos de cinc como bloques de
construcción modular. A partir de los datos estructurales se sabe
que existen algunos dedos de cinc en los que la superposición del
sitio diana es completamente amplia, tales como aquellos en GLI e
YY1, y otros que son similares a Zif268 y muestran solamente una
superposición modesta. En el conjunto final de proteínas de los
inventores, Asp2 se encuentra en polipéptidos que se unen a GGG,
GAG, GTG, y GCG. La superposición potencial de otros residuos
encontrados en la posición 2 se desconoce en gran parte, sin embargo
los estudios estructurales revelan que otros muchos residuos
encontrados en esta posición pueden participar en tales contactos de
subsitio cruzado. Los dedos que contie-
nen Asp2 pueden limitar la capacidad de modulación, ya que requerirían que a cada subsitio GNG siga una T o G.
nen Asp2 pueden limitar la capacidad de modulación, ya que requerirían que a cada subsitio GNG siga una T o G.
La tabla 1, a continuación, muestra las
secuencias (SEQ ID números 1-16) que muestra la
selectividad mayor para las 16 realizaciones de tripletes diana
GNN.
\vskip1.000000\baselineskip
Especificidad diana | posiciones de aminoácidos | SEQ ID NO: |
-1123456 | ||
GAA | QSSNLVR | 1 |
GAC | DPGNLVR | 2 |
GAG | RSDNLVR | 3 |
GAT | TSGNLVR | 4 |
GCA | QSGDLRR | 5 |
GCC | DCRDLAR | 6 |
GCG | RSDDLVK | 7 |
GCT | TSGELVR | 8 |
GGA | ORAHLER | 9 |
GGC | DPGNLVR | 10 |
GGG | RSDKLVR | 11 |
GGT | TSGHLVR | 12 |
Especificidad diana | posiciones de aminoácidos | SEQ ID NO: |
-1123456 | ||
GTA | OSSSLVR | 13 |
GTC | DPGALVR | 14 |
GTG | RSDELVR | 15 |
GtT | TSGSLVR | 16 |
Los datos muestran que todas las secuencias
posibles del triplete GNN se pueden reconocer con una especificidad
exquisita por dominios de dedo de cinc. Los dominios de dedo de cinc
optimizados pueden discriminar diferencias de bases individuales en
más de 100 veces de pérdida de afinidad. Aunque muchos de los
aminoácidos encontrados en las proteínas optimizadas en las
posiciones de contacto claves -1, 3, y 6 son aquellas que son
consistentes con un código sencillo de reconocimiento, se ha
descubierto que el reconocimiento específico óptimo es sensible al
contexto en el que estos residuos se presentan. Los residuos en las
posiciones 1, 2, y 5 se han encontrado que son críticos para el
reconocimiento específico. Además los datos demuestran que para la
primera vez que los motivos de secuencia en las posiciones -1, 1, y
2 mejor que la simple identidad del residuo de la posición 1 se
requieren para el reconocimiento altamente específico de la base 3'.
Estos residuos probablemente proporcionan el contexto estereoquímico
propio para las interacciones de la hélice tanto en términos de
reconocimiento de bases específicas como en la exclusión de otras
bases, siendo el resultado neto interacciones altamente específicas.
La amplia utilidad de estos dominios se realizaría si eran modulares
tanto en sus interacciones con ADN como en los otros dominios de
dedo de cinc. Esto se podría lograr trabajando dentro de las
probables limitaciones impuestas por la superposición del sitio
diana, a saber, se deben dirigir las secuencias del tipo
5'-(GNN)_{n}-3'. La recombinación preparada
de los dominios descritos después permite la creación de proteínas
polidáctilas de especificidad definida que imposibilitan la
necesidad de desarrollar genotecas de representación visual de fago
en su generación. Estas proteínas polidáctilas se han usado para
activar y reprimir la transcripción conducida por el promotor humano
erbB-2 en células vivas. La familia de los
dominios de dedo de cinc descritos en esta memoria descriptiva es
probablemente suficiente para la construcción de 10^{6} ó 17
millones de proteínas novedosas que se unen a la familia
5'-(GNN)_{n}-3' de secuencias de ADN.
El derivado de polipéptidos de unión a
nucleótidos de dedo de cinc se puede derivar o producir a partir de
una proteína de dedo de cinc de tipo salvaje mediante truncamiento o
expansión, o como una variante del polipéptido derivado de tipo
salvaje mediante un procedimiento de mutagénesis dirigida al sitio,
o mediante una combinación de los procedimientos. El término
"truncado" se refiere a un polipéptido de unión a nucleótido de
dedo de cinc que contiene menos que el número completo de dedos de
cinc encontrados en la proteína de unión de dedo de cinc nativa o
que se ha suprimido de las secuencias no deseadas. Por ejemplo, el
truncamiento de la proteína de unión a nucleótido de dedo de cinc
TFIIIA, que consiste naturalmente nueve dedos de cinc, podría ser un
polipéptido con solamente uno a tres dedos de cinc. La expansión se
refiere a un polipéptido de dedo de cinc al que se han añadido
módulos de dedo de cinc adicionales. Por ejemplo, TFIIIA se puede
extender a 12 dedos añadiendo 3 dominios de dedo de cinc. Además, un
polipéptido de unión a nucleótido de dedo de cinc truncado puede
incluir módulos de dedo de cinc de más de polipéptido de tipo
salvaje, de este modo dando como resultado un polipéptido de unión a
nucleótido de dedo de cinc "híbrido".
El término "mutagenizado" se refiere a un n
polipéptido de unión a nucleótido derivado de dedo de cinc que se ha
obtenido realizando cualquiera de los procedimientos conocidos para
llevar a cabo la mutagénesis aleatoria o dirigida al sitio del ADN
que codifica la proteína. Por ejemplo, en TFIIIA, la mutagénesis se
puede realizar para reemplazar los residuos no conservados en una o
más de las repeticiones de la secuencia de consenso. Las proteínas
de unión de nucleótidos de dedo de cinc truncadas también se pueden
mutagenizar.
Los ejemplos de polipéptidos de unión a
nucleótido de dedo de cinc conocidos que se pueden truncar,
expandir, y/o mutagenizar de acuerdo con la presente invención con
el fin de inhibir la función de una secuencia de nucleótidos que
contiene un motivo de unión a nucleótido de dedo de cinc incluye
TFIIIA y Zif268. Otras proteínas de unión de nucleótido de dedo de
cinc serán bien conocidos por los expertos en la técnica.
Un polipéptido de esta invención se puede
preparar usando una diversidad de técnicas convencionales bien
conocidas en la técnica (Véase, por ejemplo, la solicitud de patente
de Estados Unidos Nº 8/676.318, presentada el 18 de enero de 1995,
cuya descripción completa se incorpora en esta memoria descriptiva
como referencia). Las genotecas de representación visual de fago de
proteínas de dedo de cinc se crearon y se seleccionaron en
condiciones que favorecían el enriquecimiento de proteínas
específicas de secuencia. Los dominios de dedo de cinc que reconocen
un número de secuencias de refinamiento requerido mediante
mutagénesis dirigida al sitio que fue guiada tanto por datos de
selección de fago como información estructural.
La proteína Zif268 de dedo de cinc
Cis_{2}-His_{2} murina se usa para la
construcción de genotecas de representación visual de fagos (Wu,
Yang, W. -P. y Barbas III, C. F. (1995) PNAS 92,
344-348). Zif268 es estructuralmente la mejor
caracterizada de las proteínas de dedo de cinc (Pavletich, N. P. y
Pabo, C. O. (1991) Science (Washington, D. C., 1883-) 252,
809-17, Elrod-Erickson, M., Rould,
M. A., Nekludova, L. y Pabo, C. O. (1996) Structure (Londres) 4,
1171-1180, Swirnoff, A. H. y Milbrandt, J. (1995)
Mol. Cell. Biol. 15, 2275-87). El reconocimiento de
ADN en cada uno de los tres dominios de dedo de cinc de esta
proteína está mediado por los restos en el extremo N de la hélice
\alpha que pone en contacto principalmente tres nucleótidos sobre
una sola cadena del ADN. El sitio de unión a operador para esta
proteína de tres dedos es
5'-GCGTGGGCG-3' (subsitio de
dedo-2 está subrayado). Los estudios estructurales
de Zif268 y otros complejos de dedo de cinc - ADN relacionados
(Elrod-Erickson, M., Benson, T. E. y Pabo, C. O.
(1998) Structure (Londres) 6, 451-464, Kim, C. A. y
Berg, J. M. (1996) Nature Structural Biology 3,
940-945), Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1993)
Science (Washington, D. C., 1883-) 261, 1701-7,
Houbaviy, H. B., Usheva, A., Shenk, T. y Burley, S. K. (1996) Proc
Natl Acad Sci Estados Unidos 93, 13577-82, Fairfall,
L.., Schwabe, J. W. R., Chapman, L., Finch, J. T. y Rhodes, D.
(1993) Nature (Londres) 366, 483-7, Wuttke, D. S.,
Foster, M. P.; Case, D. A., Gottesfeld, J. M. y Wright, P. E. (1997)
J. Mol. Biol. 273, 183-206., Nolte, R. T., Conlin,
R. M., Harrison, S. C. y Brown, R. S. (1998) Proc. Natl. Acad.
Estados Unidos, 95, 2938-2943, Narayan, V. A.,
Kriwacki, R. W. y Caradonna, J. P. (1997) J. Biol. Chem. 272,
7801-7809) han mostrado que los residuos de
principalmente tres posiciones en la hélice \alpha, -1, 3, y 6,
están implicados en contactos de base específicos. Típicamente, el
residuo en la posición -1 de los contactos de la hélice \alpha y
la base en 3'
del subsitio de dedo mientras que las posiciones 3 y 6 ponen en contacto la base central y la base 5', respectivamente.
del subsitio de dedo mientras que las posiciones 3 y 6 ponen en contacto la base central y la base 5', respectivamente.
Con el fin de seleccionar una familia de
dominios de dedo de cinc que reconoce el subconjunto
5'-GNN-3' de secuencias, dos
genotecas de dedo de cinc altamente diversas se construyeron en el
vector de representación visual de fago pComb3H (Barbas III, C. F.,
Kang, A. S., Lerner, R. A. y Benkovic, S. J. (1991) Proc. Natl.
Acad. Sci. Estados Unidos 88, 7978-7982., Arder, C.
y Barbas III, C. F. (1997) Curr. Opin. Biotechnol. 8,
503-508). Ambas genotecas implicadas en la
distribución al azar de los restos dentro de la hélice \alpha de
dedo 2 de C7, una variante de Zif268 (Wu, H., Yang, W. -P. y Barbas
III, C. F. (1995) PNAS 92, 344-348). La genoteca 1
se construyó mediante distribución al azar de las posiciones -1, 1,
2, 3, 5, 6 usando una estrategia de estimulación de VNS con
distribución al azar de las posiciones -2, -1, 1, 2, 3, 5, 6. La
estrategia de estimulación de NNK permite que todas las
combinaciones de aminoácidos dentro de 32 codones mientras que VNS
evita Tyr, Phr, Cys y todos los codones de parada en su conjunto de
24 codones. Las genotecas constaban de 4,4 x 10^{9} y 3,5 x
10^{9} miembros, respectivamente, cada uno capaz de reconocer
secuencias del tipo 5'-GCGNNNGCG-3'.
El tamaño de la genoteca NNK aseguraba que podría estar reconocida
con un 99% de confianza mientras que la genoteca VNS era en gran
parte diversa pero algo incompleta. Estas librerías son, sin
embargo, significativamente mayor que las genotecas de dedo de cinc
reseñador previamente (Choo, Y. y Klug, A. (1994) Proc. Natl. Acad.
Sci. Estados Unidos 91, 11163-7, Greisman, H. A. y
Pabo, C. O. (1997) Science (Washington, D. C.) 275,
657-661, Rebar, E. J. y Pabo, C. O. (1994) Science
(Washington, D. C., 1883-) 263, 671-3, Jamieson, A.
C. Kim, S. -H. y Wells, J. A. (1994) Biochemistry 33,
5689-5695, Jamieson, A. C., Wang, H. y Kim, S. -H.
(1996) PNAS 93, 12834-12839, Isalan, M., Klug, A. y
Choo, Y. (1998) Biochemistry 37, 12026-33). Se
realizaron siete rondas de selección sobre el fago que muestra dedo
de cinc con cada una de las 16 dianas de los ADN de horquilla
biotiniladas 5'-GCGGNNGCG-3' usando
un protocolo de unión en solución. La rigurosidad se incrementó en
cada ronda mediante la adición de ADN competidor. Se proporcionó ADN
de esperma de esperma de arenque fragmentado para selección contra
el gafo que está unido no específicamente a ADN. La presión
selectiva rigurosa para la especificidad de secuencia se obtuvo
proporcionando ADN de los tipos
5'-GCGNNNGCG-3' como competidores
específicos. El exceso de ADN del tipo
5'-GCGGNNGCG-3' se añadió para
proporcionar incluso una selección más rigurosa contra la unión a
los ADN con cambios de bases único o dobles cuando se compara con la
diana biotinilada. El fago que se une al ADN biotinilado único se
recubrieron usando perlas revestidas de estreptavidina. En algunos
casos el procedimiento de selección se repitió. Los datos presentes
muestran que estos dominios son funcionalmente modulares y se pueden
recombinar con otro para crear proteínas polidáctilas capaces de
unirse a secuencias de 18 pares de bases con afinidad subnanomolar.
La familia de los dominios de dedo de cinc descritos en esta memoria
descriptiva es suficiente
para la construcción de 17 millones de proteínas que se unen a la familia 5'-(GNN)_{6}-3' de las secuencias de ADN.
para la construcción de 17 millones de proteínas que se unen a la familia 5'-(GNN)_{6}-3' de las secuencias de ADN.
La invención incluye una secuencia de
nucleótidos que codifican un polipéptido de unión a nucleótido de
dedo de cinc. Las secuencias de ADN que codifican polipéptidos de
unión a nucleótidos de dedo de cinc de la invención, que incluye
polipéptidos nativos, truncados y expandidos, se pueden obtener
mediante varios procedimientos. Por ejemplo, el ADN se puede aislar
usando procedimientos de hibridación que se conocen bien en la
técnica. Éstos incluyen, pero no se limitan a: (1) hibridación de
sondas a librerías genómicas o ADNc para detectar secuencias de
nucleótidos compartidas; (2) selección de anticuerpo de genotecas de
expresión para detectar características estructurales compartidas; y
(3) síntesis por la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Las
secuencias de ARN de la invención se pueden obtener mediante
procedimientos conocidos en la técnica (véase, por ejemplo, Current
Protocols in Molecular Biology Ausubel, y col., Eds., 1989).
El desarrollo de las secuencias de ADN
específicas que codifican polipéptidos de unión a nucleótidos de
dedo de cinc de la invención se pueden obtener mediante: (1)
aislamiento de una secuencia de ADN de doble cadena a partir del ADN
genómico; (2) fabricación química de una secuencia de ADN para
proporcionar los codones necesarios para el polipéptido de interés;
y (3) síntesis in vitro de una secuencia de ADN de doble
cadena mediante la transcripción inversa de ARNm aislado a partir de
una célula donante eucariótica. En este último caso, un ADN de doble
cadena de ARNm se forma eventualmente que se refiere en general a
ADNc. De estos tres procedimientos para desarrollar las secuencias
de ADN específicas para uso en los procedimientos recombinantes, el
aislamiento de ADN genómico es el menos común. Esto es especialmente
verdad cuando es deseable obtener la expresión microbiana de
polipéptidos de mamíferos debido a la presencia de intrones.
Para obtener polipéptidos de unión a ADN
derivado de dedo de cinc, se conoce la síntesis de secuencias de ADN
es frecuentemente el procedimiento de elección cuando la secuencia
entera de restos de aminoácidos del producto de polipéptido deseado.
Cuando la secuencia entera de los restos de aminoácidos del
polipéptido deseado no se conoce, la síntesis directa de secuencias
de ADN no es posible y el procedimiento de elección es la formación
de las secuencias de ADNc. Entre los procedimientos convencionales
para aislar las secuencias de ADNc de interés es la formación de
genotecas de ADNc que llevan plásmido que se derivan de
transcripción de fase inversa de ARNm que es abundante en células
donantes que tienen un alto nivel de expresión genética. Cuando se
usa en combinación con la tecnología de reacción en cadena de
polimerasa, incluso los productos raros de expresión pueden ser
clones. En aquellos casos en los que se conocen las partes
significativas de la secuencia de aminoácido del polipéptido, se
puede emplear la producción de secuencias de sonda de ADN o ARN de
cadena sencilla o doble que duplican una secuencia supuestamente
presente en el ADNc diana se puede emplear en los procedimientos de
hibridación ADN/ADN que se llevan a cabo sobre copias clonadas del
ADNc que se han desnaturalizado en una forma de cadena sencilla.
(Jay, y col., Nucleic Acid, Research 11: 2325, 1983).
En otro aspecto, la presente invención
proporciona una composición farmacéutica que comprende una cantidad
terapéuticamente eficaz de un polipéptido de unión a nucleótido de
dedo de cinc o una cantidad terapéuticamente eficaz de una secuencia
de nucleótidos que codifica un polipéptido de unión a nucleótido de
dedo de cinc en combinación con un vehículo farmacéuticamente
aceptable.
Como se usa en esta memoria descriptiva, los
términos "farmacéuticamente aceptable", "fisiológicamente
tolerable" y las variaciones gramaticales de los mismos, como se
refieren a composiciones, vehículos, diluyentes y reactivos, se unas
de manera indistinta y representan que los materiales son capaces de
administración a o sobre un ser humano sin la producción de efectos
fisiológicos indeseables tales como nauseas, vértigo, perturbación
gástrica y similares que estarían hasta un grado que prohibiría la
administración de la composición.
La preparación de una composición farmacológica
que contiene ingredientes activos disueltos o dispersados en ella se
entiende bien en la técnica. Típicamente tales composiciones se
preparan como inyectables estériles como soluciones o suspensiones
líquidas, acuosas o no acuosas, sin embargo, también se pueden
preparar las formas sólidas para solución, o suspensión, en líquido
antes de usar. La preparación también puede estar emulsionada.
El ingrediente activo se puede mezclar con
excipientes que son farmacéuticamente aceptables y compatibles con
el ingrediente activo en cantidades adecuadas para uso en los
procedimientos terapéuticos descritos en esta memoria descriptiva.
Los excipientes adecuados son, por ejemplo, agua, solución salina,
dextrosa, glicerol, etanol o similares y las combinaciones de los
mismos. Además, si se desea, la composición puede contener
cantidades menores de sustancias auxiliares tales como agentes
humectantes o emulsionantes, así como agentes de tamponación de pH y
similares que potencian la eficacia del ingrediente activo.
La composición farmacéutica terapéutica de la
presente invención pueden incluir sales farmacéuticamente aceptables
de los componentes en esta memoria descriptiva. Las sales
farmacéuticamente aceptables incluyen las sales de adición de ácido
(formadas con los grupos amino libres del polipéptido) que se forman
con ácidos inorgánicos tales como, por ejemplo, ácidos clorhídrico o
fosfórico, o ácidos orgánicos tales como acético, tartárico,
mandélico y similares. Las sales formadas con los grupos carboxilo
libre también se pueden derivar de bases inorgánicas tales como,
por ejemplo, hidróxido de sodio, potasio, calcio o férrico, y bases
orgánicas tales como isopropilamina, trimetilamina,
2-etilamino etanol, histidina, procaína y
similares.
Los vehículos fisiológicamente tolerables se
conocen bien en la técnica. Los ejemplos de vehículos líquidos son
soluciones acuosas estériles que no contienen materiales además de
los ingredientes activos y agua, o contienen un tampón tal como
fosfato de sodio a un valor de pH fisiológico, solución salina
fisiológica o ambos, tal como solución salina tamponada con fosfato.
Todavía adicionalmente, los vehículos acuosos pueden contener más de
una sal tampón, así como sales tales como cloruros de sodio y
potasio, dextrosa, propilenglicol, polietilenglicol y otros solutos.
Las composiciones líquidas también pueden contener fases líquidas
además de y la exclusión de agua. Los ejemplos de tales fases
líquidas adicionales son glicerina, aceites vegetales tales como
aceite de semilla de algodón, ésteres orgánicos tales como electo de
etilo, y emulsiones de agua-aceite.
En otro aspecto, la presente invención
proporciona una pluralidad de polipéptidos de unión a nucleótidos de
dedo de cinc unidos de manera operativa de tal manera que se una
específicamente a un motivo de diana de nucleótido definido como
5'-(GNN)n-3', en la que n es un número entero
mayor que 1. Preferiblemente, n es un número entero entre 2 y
aproximadamente 6.
Los medios para enlazar el polipéptido de unión
de nucleótido de dedo de cinc se describen en esta memoria
descriptiva en los ejemplos así como en la solicitud de patente de
Estados Unidos Nº 08/676.318, presentada el 18 de enero de 1995).
Los polipéptidos individuales están unidos preferiblemente con
engarces de oligopéptidos. Tales engarces preferiblemente se parecen
al engarce que se encuentra en las proteínas de dedo de cinc de
origen natural. Un engarce preferido para uso en la presente
invención es la secuencia del resto aminoácido TGEKP (SEQ ID Nº
111).
Para examinar la eficacia de preparación de
tales composiciones y su uso en el control génico, el gen humano
erbB-2 se eligió como un modelo. Una proteína
polidáctila que reconoce específicamente una secuencia de 18 pares
de bases en la región no traducida en 5' de este gen se convirtió en
un represor transcripcional por la fusión con dominios de represores
KRAB, ERD, o SID. Los activadores transcripcionales se generaron
mediante la fusión con el dominio de activación VP16 del virus
herpes simplex o con una repetición tetrámera del dominio de
activación mínimo de VP16, denominado VP64. Los datos muestran
durante la primera vez que tanto la represión como la activación
génica como se puede lograr dirigiendo las proteínas diseñadas a un
solo sitio dentro de la región transcrita de un gen.
El gen humano erbB-2 se
eligió como una diana modelo para el desarrollo de interruptores
transcripcionales basados en dedo de cinc. Los miembros de la
familia del receptor de ErbB juegan papeles importantes en el
desarrollo de malignidades humanas. En particular,
erbB-2 se sobreexpresa como resultado de una
amplificación de genes y/o desregulación transcripcional en un alto
porcentaje de adenocarcinomas humanos que surgen en numerosos
sitios, incluyendo mama, ovario, pulmón, estómago, y glándula
salivar (Hynes, N. E. y Stern, D. F. (1994) Biochim. Biophys. Acta
1198, 165-184). El aumento de expresión de
erbB-2 conduce a la activación constitutiva
de su tirosina quinasa intrínseca, y se ha mostrado que provoca la
transformación de células cultivadas. Numerosos estudios clínicos
han mostrado que los pacientes que llevan tumores con elevados
niveles de expresión de ErbB-2 tienen una prognosis
más pobre (Hynes, N. E. y Stern, D. F. (1994) Biochim. Biophys. Acta
1198, 165-184). Además de su implicación en cáncer
humano, erbB-2 juega papales biológicos
importantes, tanto en el adulto como durante el desarrollo
embrionario de mamíferos (Hynes, N. E. y Stern, D. F. (1994)
Biochim. Biophys. Acta 1198, 165-184, Altiok, N.,
Bessereau, J-L. y Changeux, J. -P. (1995) EMBO J.
14, 4258-4266, Lee, K. -F., Simón, H., Chen, H.,
Bates, B., Hung, M. -C y Hausser, C. (1995) Nature 378,
394-398).
El promotor de erbB-2 por
lo tanto representa un caso de ensayo interesante para el desarrollo
de reguladores transcripcionales artificiales. este promotor se ha
caracterizado en detalle y se ha mostrado que es relativamente
complejo, conteniendo tanto un sitio de inicio transcripcional
dependiente de TATA como independiente de TATA (Ishii, S., Imamoto,
F., Yamanashi, Y., Toyoshima, K. y Yamamoto, T. (1987) Proc. natl.
Acad. Sci Estados Unidos 84, 4374-4378). Mientras
que los estudios tempranos mostraron que las proteínas polidáctilas
podrían actuar como reguladores transcripcionales que activan
específicamente o reprimen la transcripción, estas proteínas se unen
cadena arriba de un promotor artificial a repeticiones de seis
tándems del sitio de unión a proteínas (Liu, Q., Segal, D. J.,
Ghiara, J. B. y Barbas III, C. F. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci
Estados Unidos 94, 5525-5530). Además, este estudio,
utilizaba proteínas polidáctilas ensambladas a partir de bloques de
construcción predefinidas para unirse a un solo sitio en el promotor
de erbB-2 nativo. Se ha descrito
anteriormente la generación y caracterización de una familia de
dominios de dedo de cinc que se unen a cada uno de los 16 tripletes
de ADN 5'-GNN-3'. Una razón que los
inventores fijan sobre la producción de esta familia de dominios de
reconocimiento es que las regiones promotoras de la mayoría de los
organismos son relativamente ricas en GC en su contenido en base. De
este modo, si las proteínas que reconocen los sitios
5'-(GNN)_{x}-3' se pueden fácilmente
ensamblar desde este sitio de dominios de dedo de cinc definidos,
muchos genes podrían dirigir rápidamente y específicamente para
regulación. Una proteína que contiene seis dominios de dedo de cinc
y que reconocen 18 pares de base de ADN deben ser suficientes para
definir una sola dirección dentro de todos los genomas conocidos. El
examen de la región promotora de erbB-2
reveló dos sitios 5'-(GNN)_{n}-3' y un
sitio 5'-(GNN)_{n}-3'. Uno de estos sitios,
identificados en esta memoria descriptiva como e2c, cae dentro de la
región no traducida en 5' del gen erbB-2 y se
eligió como el sitio diana para la generación de un interruptor
transcripcional específico de gen. Una investigación similar de
secuencia BLAST de la base de datos del GenBank confirmó que esta
secuencia es única para erbB-2. La posición
de al secuencia diana e2c, cadena abajo y en la vecindad de los dos
sitios de inicio de transcripción principal, permitía el examen de
represión a través de la inhibición de o bien el inicio o elongación
de transcripción. Una característica interesante del sitio de diana
de e2c es que se encuentra dentro de un tramo corto de secuencia que
se conserva entre genes de erbB-2 humanos, de
rata, y de ratón (White, M. R. -A y Hung, M. -C (1992) Oncogene 7,
677-683). De este modo, la dirección de este sitio
permitiría el estudio de esta estrategia en modelos animales antes
de su aplicación a una enfermedad humana.
Para generar proteínas polidáctilas con
especificidad de unión de ADN deseada, los estudios presentes se han
centrado en el conjunto de dominios de dedo de cinc predefinidos,
que contrasta la estrategia de selección secuencial propuesta por
Greiman y pabo (Greisman, H. A. y Pabo, C. O. (1997) Science 275,
657-661). Tal estrategia requeriría la generación y
selección secuencial de seis genotecs de dedo de cinc para cada
proteína requerida, haciendo este planteamiento experimental
inaccesible a la mayoría de laboratorios y extremadamente durando
mucho tiempo para todo. Además, ya que es difícil aplicar una
selección negativa específica contra la unión de secuencias
alternativas en esta estrategia, las proteínas pueden resultar que
son relativamente inespecíficas como se ha reseñado recientemente
(Kim, J. -S y Pabo, C. O. (1997) J. Biol. Chem. 272,
29795-29800).
Se investigó la utilidad general de dos
estrategias diferentes para generar tres proteínas de dedo que
reconocen 9 pares de bases de secuencia de ADN. Cada estrategia se
basó en la naturaleza modular del dominio de dedo de cinc, y tiene
la ventaja de una familia de dominios de dedo de cinc que reconoce
tripletes de la 5'-GNN-3'. Dos
proteínas de tres dedos que reconocen los medios sitios (HS) 1 y 2
de sitio e2c diana de 5'-(GNN)_{6}-3'
erbB-2 se generaron en la primera estrategia
condensando las variantes de dominio de dedo 2 (F2) predefinidas
juntas usando una estrategia de ensamblaje de PCR. Para examinar la
generalidad de este planteamiento, se prepararon usando el mismo
planteamiento tres proteínas de res dedos que reconocen secuencias
del tipo 5'-(GNN)3-3'. Las proteínas de dedo
de cinc purificadas se prepararon como fusiones con la proteína de
unión a maltosa (MBP). El análisis de ELISA reveló que las proteínas
F2 conectadas en serie eran capaces de actuar en concierto para
reconocer específicamente las secuencias diana de ADN de 9 pares de
bases deseadas. Cada una de las cinco proteínas mostradas era capaz
de discriminar entre secuencia de
5'-(GNN)_{3}-3' diana y no diana.
La afinidad de cada una de las proteínas para su
diana se determinó mediante ensayos de desplazamiento de movilidad
electroforética. Estos estudios demostraron que los péptidos de dedo
de cinc tienen afinidades comparables a Zif268 y otros factores de
transcripción naturales con los valores de K_{d} que varían entre
3 y 70 nM. En esta memoria descriptiva la K_{d} de Zig268 para
este operador era 10 nM. Se debe indicar que, por razones que quedan
por explicarse, un grupo tiene valores de K_{d} reseñados para la
proteína Zif268 natural que varía entre 6 nM y 10 pM, una variación
de 600 veces (Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1991) Science 252,
809-17, Greisman, H. A. y Pabo, C. O. (1997) Science
275, 657-661). La mayoría de los estudios han
reseñado que la K_{d} de la interacción Zif268-ADN
estaba entre 3 y 10 nM, Choo, Y. y Klug, A. (1994) Proc. Natl. Acad.
Sci. Estados Unidos 91, 11163-11167, Hamilton, T.
B., Borel, F. y Romaniuk, P. J. (1998) (Biochemistry 37,
2051-2058). De este modo con el fin de comparar los
resultados reseñados en esta memoria descriptiva con los reportados
en otra parte, las k_{d} relativas se comparan, (Mutant
K_{d})/Zif268 K_{d})y donde ambos valores se derivan del
mismo informe. Los datos presentes se comparan favorablemente a
otros estudios de las proteínas de tres dedos novedosos preparados
usando la representación visual de fago donde las afinidades 10 a
200 veces más débiles que Zif268 se reseñaron (Greisman, H. A. y
Pabo, C. O. (1997) Science 275, 657-661, Choo, Y.,
Sánchez-García, I. y Klug, A. (1994) Nature 372,
642-5).
Como una alternativa a la conexión en serie de
las variantes del dominio F2, en la segunda estrategia, las
proteínas de tres dedos específicas para los dos medios sitios de
e2c 5'-(GNN)_{3}-3' se produjeron por
"injerto de hélice". Los residuos de marco conservado de los
dominios de dedo de cinc, aquellos residuos que soportan la
presentación de la hélice de reconocimiento, varían entre las
proteínas. Los inventores anticiparon que los residuos de marco
conservado pueden jugar un papel en afinidad y especificidad. Para
el injerto de hélice, las posiciones de aminoácidoso -2 a 6 de las
hélices de reconocimiento de ADN estaban o bien injertados en Zif268
(Pavletich, N. P. y Pabo, C. O. (1991) Science 252,
809-17) o un marco conservado SpC1 (Desjarlais, J.
R. y Berg, J. M. (1993) Proc.Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 90,
2256-60). La proteína SpC1 es una proteína de
consenso diseñada que muestra que tiene estabilidad potenciada hacia
los agentes quelantes. Las proteínas se expresaron a partir de
moldes de ADN preparados mediante una estrategia rápida de conjunto
de genes basada en PCR. En cada caso, el análisis de ELISA de las
proteínas de fusión MBP mostraron que se retenían las
especificidades y afinidades de unión a ADN observadas con las
construcciones de marco conservado F2.
Como se ha descrito anteriormente, el
reconocimiento de 9 pares de bases de la secuencia de ADN no es
suficiente para especificar un sitio único dentro de un genoma
complejo. Por el contrario, una proteína de seis dedos que reconoce
18 pares de bases de la secuencia de ADN contigua podría definir un
solo sitio en el genoma humano, se este modo cumpliendo un
importante prerrequisito para la generación de un interruptor
transcripcional específico de gen. Las proteínas de seis dedos que
se unen a la secuencia ec2 diana de erbB-2 se
generaron a partir de las construcciones de tres dedos mediante la
digestión con enzima de restricción sencilla y clonando con los ADN
de molde de los marco conservados F2, Zif268, y Sp1C. El análisis de
ELISA de las proteínas de fusión MBP purificadas mostraron que cada
una de las proteínas de seis dedos era capaz de reconocer la
secuencia diana específica, con poca reactividad cruzada a sitios
5'-(GNN)_{6}-3' no dianas o una repetición
tándem del sitio diana Zif268.
La afinidad de cada proteína para el sitio diana
de ADN e2c se determinó mediante análisis de desplazamiento de gel.
Un valor modesto de k_{d} de 25 nM se observó con la proteína de
seis dedos E2C(F2) construida a partir del marco conservado
F2, un valor que es solamente 2 a 3 veces mejor que sus proteínas
constituyentes de tres dedos. En los estudios previos de los
inventores de proteínas de seis dedos, los inventores observaron una
afinidad potenciada de aproximadamente 70 veces de las proteínas de
seis dedos para su ligando de ADN cuando se compara con sus
constituyentes de tres dedos (Liu, Q., Segal, D. J., Ghiara, J. B. y
Barbas III, C. F. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 94,
5525-5530). La ausencia de un incremento sustancial
en al afinidad del ppéptido E2C(F2) sugirió que la conexión
en serie de los dominios F2 no es óptima. Es posible que la
periodicidad de los dominios F2 de la proteína de seis dedos no
coincide con la del ADN sobre esta secuencia extendida, y la de una
fracción significativa de la energía de unión de esta proteína se
gasta en el desenrollado de ADN (Shi, Y y Berg, J. M. (1996)
Biochemistry 35, 3845-8). En contraste con la
proteína del dominio F2, las proteínas de seis dedos E2C(Zif)
y E2C(Sp1) mostraban un incremento de afinidad de 40 a 70
veces comparada con sus constituyentes de proteínas de tres dedos
originales, con valores de K_{d} de 1,6 nM y 0,5 nM,
respectivamente. De manera significativa, ambos componentes de tres
dedos de estas proteínas estaban implicados en la unión, ya que la
mutación de cualquier medio sitio conducía a un descenso aproximado
de 100 veces en la afinidad. La preponderancia de los factores de
transcripción conocidos se unen a sus ligandos de ADN específicos
con afinidad nanomolar, sugiriendo que el control de la expresión
génica está gobernada por los complejos proteína/ADN de vidas no
excepcionales. De este modo, las proteínas de dedo de cinc de
afinidad incrementada no se deben requerir y podrían ser
desventajosas, especialmente si la unión a ADN no específico también
aumenta.
El dominio de dedo de cinc está generalmente
considerado que es de naturaleza modular, reconociendo con cada dedo
un subsitio de tres pares de bases (Pavletich, N. P. y Pabo, C. O.
(1991) Science 252, 809-17). Esto está reforzado por
la capacidad de los inventores de recombinar dominios de dedo de
cinc en cualquier secuencia deseada, produciendo proteínas
polidáctilas que reconocen secuencias extendidas de la estructura
5'-(GNN)_{x}-3'. Sin embargo, se debe
indicar que al menos en algunos casos, los dominios de dedo de cinc
parece que especifican la superposición de sitios de 4 pares de
bases mejor que sitios de 3 pares de bases individuales. En Zif268,
los residuos además de aquellos encontrados en las posiciones de
hélice -1, 3, y 6 están implicadas en poner en contacto ADN
(Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L. y
Pabo, C. O. (1996) Structure 4, 1171-1180).
Específicamente, un aspartato en la posición de hélice 2 de F2 juega
varios papeles en reconocimiento y hace una variedad de contactos.
El carboxilato del hidrógeno de la cadena lateral de aspartato se
une con arginina en la posición -1, estabilizando su interacción con
la guanina en 3' de su sitio diana. Este aspartato también participa
en los contactos mediados por agua con la citosina complementaria de
guanina. Además, este carboxilato se observa que hace un contacto
directo con el N4 de la base citosina en la hebra opuesta de la base
guanina en 5' del sitio de unión de dedo 1. Es esta interacción que
es la base química para la superposición del sitio diana. De hecho,
cuando las genotecas Zif268 se seleccionaron contra las cuatro
secuencias 5'-GCG GNG GCG-3', se
obtuvieron tanto una arginina en la posición -1 como un aspartato en
la posición 2, análogo a los residuos en Zif268. Ya que la secuencia
diana e2c 5'-GGG GCC GGA GCC GCA
GTG-3' (SEQ ID Nº 112) está seguida de una A mejor
que una G, se anticipó un problema potencial de superposición en el
sitio diana con el dedo 1 de una proteína de seis dedos específica
de e2c. Sin embargo, tanto en las proteínas de seis dedos de marco
conservado Zif como Sp1C, el dedo 1 específico de GTG que contenía
un aspartato en la posición 2 parece que reconoce las secuencias
5'-GTGA-3' y
5'-GTGG-3' igual de bien, como se
indica por sus afinidades muy similares a los sitios diana
e2c-a y e2c-g.
Un polinucleótido o composición de esta
invención como se ha establecido anteriormente, se puede ligar de
manera operativa a uno o más factores de modulación de la
transcripción. Los factores de modulación tales como activadores de
transcripción o supresores o represores de transcripción se conocen
bien en la técnica. Los medios para unir de manera operativa
polipéptidos a tales factores se conocen bien en la técnica. Los
factores dichos ejemplares y preferidos y su uso para modular la
expresión génica se describen en detalle den esta memoria
descriptiva más adelante.
En una realización, un procedimiento de la
invención incluye un procedimiento para modular (inhibir o suprimir)
la función de una secuencia de nucleótidos que comprende un motivo
de unión de nucleótidos de dedo de cinc que comprende poner en
contacto el motivo de unión de nucleótido de dedo de cinc con una
cantidad eficaz de un polipéptido de unión da nucleótido de dedo de
cinc que se une al motivo. En el caso en que la secuencia de
nucleótidos sea un promotor, el procedimiento incluye la inhibición
de un promotor que contiene un motivo de unión de ADN a dedo de
cinc. El término "inhibición" se refiere a la supresión del
nivel de activación de transcripción de un gen estructural ligado a
un promotor, que contienen, por ejemplo, un motivo de unión a
nucleótido de dedo de cinc. Además, el derivado polipeptídico de
unión a nucleótido de dedo de cinc se puede unir a un motivo dentro
de un gen estructural o dentro de una secuencia de ARN.
El término "cantidad eficaz" incluye la
cantidad que da como resultado la desactivación de un promotor
activado previamente o la cantidad que da como resultado la
inactivación de un promotor que contiene un motivo de unión a
nucleótido de dedo de cinc, o la cantidad que bloquea la
transcripción de un gen estructural o traducción de ARN. La cantidad
de polipéptido de unión a nucleótido derivado de dedo de cinc
requerida es la cantidad necesaria para que o bien desplace una
proteína de unión a nucleótido de dedo de cinc nativo en un complejo
existente de proteína promotor, o la cantidad necesaria para
competir con la proteína nativa de unión a nucleótido de dedo de
cinc para formar un complejo con el propio promotor. De manera
similar, la cantidad requerida para bloquear un gen o ARN
estructural es la cantidad que se une a y bloquea la ARN polimerasa
de lectura mediante el gen o la cantidad que inhibe la traducción,
respectivamente. Preferiblemente, el procedimiento se realiza de
manera intracelular. Mediante la inactivación de manera funcional de
un promotor o gen estructural, se suprime la transcripción o
traducción. La distribución de una cantidad eficaz de la proteína
inhibidora para unirse a o "poner en contacto" la secuencia de
nucleótidos celular que contiene el motivo de proteína de unión a
nucleótido de dedo de cinc, se puede realizar mediante uno de los
mecanismos descritos en esta memoria descriptiva, tal como mediante
vectores retrovirales o liposomas, u otros procedimientos bien
conocidos en la técnica.
El término "modulando" se refiere a la
supresión, potenciación o inducción de una función. Por ejemplo, el
polipéptido de unión a nucleótido de dedo de cinc de la invención
puede modular una secuencia de promotor mediante la unión a un
motivo dentro del promotor, por lo tanto potenciando o suprimiendo
la transcripción de un gen ligado de manera operativa a la secuencia
de nucleótidos del promotor. Como alternativa, la modulación puede
incluir la inhibición de la transcripción de un gen en el que el
polipéptido de unión a nucleótido de dedo de cinc se une al gen
estructural y bloquea la ARN polimerasa dependiente de ADN a partir
de la lectura a través del gen, de este modo, inhibiendo la
transcripción del gen. Por ejemplo, el gen estructural puede ser un
gen celular normal o un encogen. Como alternativa, la modulación
puede incluir la inhibición de la traducción de una
transcripción.
La región promotora de un gen incluye los
elementos reguladores que típicamente ubican 5' a un gen
estructural. Si un gen se va a activar, las proteínas conocidas como
factores de transcripción se unen a la región promotora del gen.
este ensamblaje se parece a un "interruptor" permitiendo que
una enzima transcriba un segundo segmento genético de ADN a ARN. En
la mayoría de los casos la molécula de ARN resultante sirve como un
molde para la síntesis de una proteína específica; algunas veces el
propio ARN es el producto final.
La región promotora puede ser un promotor
celular normal o, por ejemplo, un oncopromotor. Un oncopromotor es
generalmente un promotor derivado de virus. Por ejemplo, la
repetición terminal larga (LTR) de retrovirus es una región
promotora que puede ser una diana para una variante de polipéptido
de unión de de dedo de cinc de la invención. Los promotores de los
miembros del grupo Lentivirus, que incluyen tales patógenos como
virus linfotrófico de células T de tipo humano (HTLV) 1 y 2, o virus
de inmunodeficiencia humana (VIH) 1 ó 2, son ejemplos de regiones
promotoras virales que pueden estar dirigidas para la modulación
transcipcional por un polipéptido de unión a dedo de cinc de la
invención.
Con el fin de ensayar el concepto de usar
proteínas de dedo de cinc como reguladores transcripcionales
específicos de gen, la proteína de seis dedos E2X(Sp1) se
condensó a un número de dominios efectores. Los represores
transcripcionales se generaron uniendo cualquiera de los tres
dominios represores derivados de seres humanos a la proteína de dedo
de cinc. la primera proteína represora se preparó usando el
dominio represor de ERF (ERD) (Sgouras, D. N.,
Athanasiou, M. A., Beal, G. J., Jr., Fisher, R. J., Blair, D. G. y
Mavrothalassitis, G. J. (1995) EMBO J. 14,
4781-4793), definido por los aminoácidos 473 a 530
del factor represor de ets2 (ERF). Este
dominio media el efecto antagonista de ERF sobre la actividad de los
factores de transcripción de la familia ets. Un represor
sintético se construyó mediante la fusión de este dominio al extremo
C de la proteína de dedo de cinc. La segunda proteína represora se
preparó usando el dominio de caja asociada
Krüppel (KRAB) (Margolin, J. F., Friedman, J. R., Meyer, W.,
K. -H., Vissing, H., Thiesen, H. -J. y Rauscher III, F. J. (1994)
Proc. Natl.Acad. Sci. Estados Unidos 91, 4509-4513).
Este dominio represor se encuentra comúnmente en el extremo N de las
proteínas de dedo de cinc y presumiblemente ejerce su actividad
represora sobre la transcripción dependiente de TATA de una manera
independiente de la distancia y orientación (Penhue, G. y Lania, L.,
(1996) Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 93,
1015-1020), mediante la interacción con la proteína
de dedo de ANILLO KAP-1 (Friedman, J. R.,
Fredericks, W. J., Jensen, D. E., Speicher, D. W., Huang, X. -P.,
Neilson, E. G. y Rauscher III, F. J. (1996) Genes & Dev. 10,
2067-2078). Los autores utilizaron el dominio KRAB
encontrado entre los aminoácidos 1 y 97 de la proteían de dedo de
cinc KOX1 (Margolin, J. F., Friedman, J. R., Meyer, W., K. -H.,
Vissing, H., Thiesen, H. -J. y Rauscher III, F. J. (1994) Proc.
Natl.Acad. Sci. Estados Unidos 91, 4509-4513). En
este caso se construyó una fusión N-terminal con la
proteína de seis dedos. Finalmente, para explorar la utilidad de la
desacetilación de la histona para represión, los aminoácidos 1 a 36
del dominio de interacción mSIN3 (SID) se condensaron al
extremo N de la proteína de dedo de cinc (Ayer, D. E., Latherty, C.
D., Lawrence, Q. A., Armstrong, A. P. y Eisenman, R. N. (1996) Mol.
Cel. Biol. 16, 5772-5781). Este pequeño dominio se
encuentra en el extremo N del factor de transcripción Mad y es
responsable de la mediación de su represión transcripcional
interactuando con mSIN3, que a su vez interactúa el
co-represor N-CoR y con al histona
desacetilasa mRPD1 (Heinzel, T., Lavinsky, R. M., Mullen, T. -M.,
Sšderstršm, M., Laherty, C. D., Torchia, J., Yang, W. -M., Brard,
G., Ngo, S. D. y col., e. (1997) Nature 387, 43-46).
Para examinar la activación específica de gen, los activadores
transcripcionales se generaron condensando la proteína de dedo de
cinc a los aminoácidos 413 a 489 de la proteína VP16 del virus
herpes simplex (Sadowski, I., Ma, J., Triezenberg, S. y Ptashne, M.
(1988) Nature 335, 563-564), o a una repetición
tetrámera artificial del dominio de activación mínima de VP16,
DALDDFDLDML (SEQ ID Nº 113) (Seipel, K., Georgiev, O. y Schaffner,
W. (1992) EMBO J. 11, 4961-4968), denominado
VP64.
Las construcciones indicadoras que contienen
fragmentos del promotor erbB-2 acoplado a un
gen indicador de la luciferasa se generaron para ensayar las
actividades específicas de los reguladores transcripcionales de los
inventores. El plásmido indicador diana que contenía nucleótidos
-758 a -1 con respecto al codón de inicio ATG, mientras que el
plásmido indicador control contenía los nucleótidos -1571 a -24, de
este modo careciendo todos excepto un nucleótido del sitio de unión
a E2C abarcado en las posiciones -24 a -7. Ambos fragmentos
promotores mostraron actividades similares cuando se transfectan de
manera transitoria en células HeLa, de acuerdo con las observaciones
previas (Hudson, L. G., Ertl, A. P. y Gill, G. N. (1990) J. Biol.
Chem. 265, 4389-4393). Para ensayar el efecto de las
construcciones de fusión de dominio del represor de dedo de cinc
sobre la actividad del promotor de erbB-2, se
co-transfectaron de manera transitoria células HeLa
con cada uno de los vectores de expresión de dedo de cinc y las
construcciones del indicador de la luciferasa (Fig. 5 A). Se observó
represión significativa con cada construcción. Las proteínas de
fusión de ERD y SID produjeron aproximadamente 50% y 80% de
represión, respectivamente. El represor más potente era la proteína
de fusión KRAB. Esta proteína provocaba la represión completa de la
actividad del promotor erbB-2. La actividad
residual observada estaba al nivel del fondo del indicador pGL3
menos promotor. Por el contrario, ninguna de las proteínas provocaba
una represión significativa del control de la construcción del
indicador erbB-2 que carece del sitio diana
de E2C, demostrando que al represión esta de hecho mediada por la
unión específica de la proteína E2C(Sp1) a su sitio diana. La
expresión de una proteína de dedo de cinc que carece de cualquier
dominio efector daba como resultado una represión débil,
aproximadamente 30%, que indica que la mayoría de la represión
observada con las construcciones SID y KRAB está provocada por sus
dominios efectores, en lugar de por la unión a ADN solo. Esta
observación sugiere en gran medida que el mecanismo de represión es
una inhibición activa del inicio de la transcripción en lugar de la
elongación. Una vez que el inicio de la transcripción por la ARN
polimerasa II se haya producido, la proteína de dedo de cinc parece
que se desplaza fácilmente a partir del ADN mediante la acción de la
polimerasa.
La utilidad de las proteínas polidáctilas
específicas de gen para mediar la activación de la transcripción se
investigó usando las mismas dos construcciones del indicador. La
proteína de fusión VP16 se encontró que estimula la transcripción
aproximadamente 5 veces, mientras que la proteína de fusión VP64
producía una activación de 27 veces. Esa dramática estimulación de
la actividad del promotor provocada por un solo activador
transcripcional basado en VP16 es excepcional en vista del hecho de
que la proteína de dedo de cinc se une en la región transcrita del
gen. Esto de nuevo demuestra que el mero de unión de una proteína de
dedo de cinc, incluso con una con afinidad subnanomolares, en la
ruta de la ARN polimerasa necesitan no necesariamente afectar de
manera negativa a la expresión génica.
Los datos en esta memoria descriptiva muestran
que las proteínas de dedo de cinc capaces de unirse a sitios diana
de ADN de 9 y 18 pares de bases de pueden preparar rápidamente
usando dominios predefinidos que reconocen sitios
5'-GNN-3'. Esta información es
suficiente para la preparación de 10^{6} ó 17 millones de
proteínas novedosas de seis dedos cada una capaz de unirse a la
secuencia de ADN de 18 pares de bases. Esta rápida metodología para
la construcción de proteínas novedosas de dedo de cinc tiene
ventajas sobre la generación y selección secuencial de los dominios
de dedo de cinc propuestos por otros (Greisman, H. A. y Pabo, C. O.
(1997) Science 275, 657-661) y toma ventaja de
información estructural que sugiere que el potencial para el
problema de solapamiento diana como se ha definido anteriormente se
podría evitar en las proteínas que dirigen los sitios
5'-GNN-3'. Usando el complejo y bien
estudiado promotor erbB-2 y células humanas
vivas, los datos demuestran que estas proteínas, cuando se
proporcionan con el dominio efector apropiado, se pueden usar para
provocar o activar la expresión y producir niveles graduados de
represión por debajo del nivel de fondo en estos experimentos. Estos
estudios sugieren que el dominio KRAB es significativamente más
potente que un represor transcripcional que los dominios ERD o SID,
y que es capaz de inhibir el inicio transcripcional tanto
dependiente de TATA como el independiente de TATA de este promotor.
Estos dominios represores no se han comparado directamente
previamente. La presente estrategia de usar dominios de dedo de cinc
predefinidos para construir las proteínas polidáctilas acopladas a
los dominios efectores tiene ventajas significativas sobre las
estrategias que intentan solamente reprimirla transcripción
compitiendo o interfiriendo con las proteínas implicadas en el
complejo de transcripción (Kim, J. -S y Pabo, C. O. (1997) J. Biol.
Chem. 272, 29795-29800, Kim, J. -S., Kim, J., Cepek,
K. L., Sharp, P. A. y Pabo, C. O. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci.
Estados Unidos 94, 3616-3620). La utilización de
dominios efectores que tienen el potencial de actuar sobre una
distancia debe permitir la aplicación de estos interruptores de
genes para la regulación de genes no caracterizados u promotores. Ya
que estos reguladores transcripcionales se podrían preparar usando
la estrategia de ensamblaje de la PCR de los inventores de una
manera de alto rendimiento, los inventores creen que es apropiado
comentar sus aplicaciones prácticas potenciales. Las proteínas
novedosas de unión a ADN generadas de esta manera deben tener
utilidad potencial en las aplicaciones diagnósticas basadas en ADN.
Para el estudio de la función génica, los inventores creen que al
capacidad de tanto activar como reprimir la transcripción de genes,
niveles graduados si es necesario, pueden asistir en al asignación
de la función génica. Ya que estas proteínas ejercen su control
actuando en trans, la inactivación génica o activación se
podría producir en animales heterocigóticos transgénicos. Esto
reduciría de manera notable el tiempo requerido para producir una
inactivación génica en un animal entero y extendería el intervalo de
de organismos al que la tecnología de inactivación se podría
aplicar. Estas proteínas también se podrían usar en las aplicaciones
de terapia génica que inhiben la producción de productos génicos
virales o que activan los genes implicados en la lucha contra
enfermedades. De manera significativa, la facilidad con la que estas
proteínas se pueden preparar facilitará el ensayo de estas ideas por
la comunidad científica.
Los ejemplos que siguen ilustran realizaciones
preferidas de la presente invención y no son limitantes de la
memoria descriptiva o reivindicaciones de ninguna manera.
Ejemplo
1
La construcción de genotecas de dedo de cinc
mediante la extensión de superposición de PCR era esencialmente como
se ha descrito previamente (Shi, Y. y Berg, J. M. (1996)
Biochemistry 35, 3845-8). El crecimiento y
precipitación del fago eran como se ha descrito previamente (Pengue,
G. y Lania, L. (1996) Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 93,
1015-1020, Friedman, J. R., Fredericks, W. J.,
Jensen, D. E., Speicher, D. W., Huang, X. -P., Neilson, E. G. y
Rauscher III, F. J. (1996) Genes y Dev. 10,
2067-2078), excepto que las células ER2537 (New
England Biolabs) se usaron para propagar el fago y se añadieron 90
\muM de ZnCl_{2} al medio de crecimiento. Los fagos precipitados
se resuspendieron en tampón de cinc A (ZBA; Tris 10 mM, pH 7,5/KCl
90 mM, MgCl_{2}, ZnCl_{2} 90 \muM) BSA al 1% / DTT 5 mM. Las
reacciones de unión (500 \mul: ZBA/DTT 5 mM/Blotto al 1%
(BioRad)/oligonucleótidos de competidor/ 4 \mug de ADN de esperma
de arenque fragmentado (Sigma)/100 \mul de fago filtrado
(\approx 10^{13} unidades formadoras de colonias)) se incubaron
durante 30 minutos a temperatura ambiente, antes de la adición de
oigonucleótido diana de horquilla biotinilado 72 nM. La incubación
continuó durante 3,5 horas con mezcla constante suave. Se lavaron
dos veces perlas magnéticas revestidas con estreptavidina (50
\mul; Dynal) con 500 \mul de ZBA/BSA al 1%, después se bloqueó
con 500 \mul de ZBA/Blotto al 5%/ anticuerpo/que representa
visualmente (irrelevante) fago (\approx 10^{12} unidades
formadoras de colonias) durante aproximadamente \approx 4 horas a
temperatura ambiente. Al final de período de unión, la solución de
bloqueo se reemplazó mediante la reacción de unión y se incubó 1
hora a temperatura ambiente. Las perlas se lavaron 10 veces durante
un período de 1 hora con 500 \mul de ZBA/DTT 5 mM/Tween 20 al 2%
después una vez con Tween 20. El fago unido se eluyó 30 minutos con
10 \mug/\mul de tripsina.
Los oligonucleótidos diana de horquilla tenían
la secuencia
5'-Biotin-GGACGCN'N'N'CGCGGGTTTTCCCGCG
NNNGCGTCC-3' (SEQ ID Nº 114), donde NNN era la secuencia diana de dedo-2 del nucleótido 3 y N'N'N' su complemento. Un oligonucleótido no biotinilado similar, en el que la secuencia diana era TGG (comp TGG), se incluyó a 7,2 nM en cada ronda de selección para seleccionar contra fago parenteral contaminante. También se usaron dos combinaciones de oligonucleótidos no biotinilados como competidores: uno que contenía las 64 posibles secuencias dianas de 3-nucleótido (comp NNN), conteniendo el otro todas las secuencias diana de GNN excepto para la actual diana de selección (comp GNN). Estas combinaciones se usaron típicamente comosigue: ronda 1, sin compNNN o compGNN; ronda 2, compGNN 7,2 nM; ronda 3, compGNN 10,8 nM; ronda 4, compNNN 1,8 \muM, compGNN 25 nM; ronda 5, compNNN 2,7 \muM, compGNN 90 nM; ronda 6, compNNN 2,7 \muM, compGNN 250 nM; ronda 7, compNNN 3,6 \muM, compGNN 250 nM.
NNNGCGTCC-3' (SEQ ID Nº 114), donde NNN era la secuencia diana de dedo-2 del nucleótido 3 y N'N'N' su complemento. Un oligonucleótido no biotinilado similar, en el que la secuencia diana era TGG (comp TGG), se incluyó a 7,2 nM en cada ronda de selección para seleccionar contra fago parenteral contaminante. También se usaron dos combinaciones de oligonucleótidos no biotinilados como competidores: uno que contenía las 64 posibles secuencias dianas de 3-nucleótido (comp NNN), conteniendo el otro todas las secuencias diana de GNN excepto para la actual diana de selección (comp GNN). Estas combinaciones se usaron típicamente comosigue: ronda 1, sin compNNN o compGNN; ronda 2, compGNN 7,2 nM; ronda 3, compGNN 10,8 nM; ronda 4, compNNN 1,8 \muM, compGNN 25 nM; ronda 5, compNNN 2,7 \muM, compGNN 90 nM; ronda 6, compNNN 2,7 \muM, compGNN 250 nM; ronda 7, compNNN 3,6 \muM, compGNN 250 nM.
Ejemplo
2
El fragmento de pComb3H (Pengue, G. y Lania, L.
(1996) Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 93,
1015-1020, Heinzel, T., Lavinsky, R. M., Mullen, T.
-M., Sšderstršm, M., Laherty, C. D., Torchia, J., Yang, W. -M.,
Brard, G., Ngo, S. D. y col., e. (1997) Nature 387,
43-46).ADN de fagémido RF que contiene la secuencia
codificadora de dedo de cinc se subclonó en un vector de expresión
bacteriana pMAL-c2 modificado (New England BioLabs)
y se transformó en XL1-Blue (Stratagene). Los
extractos congelados/descrongelados que contenían las proteínas de
fusión de dedo de cinc de unión a maltosa sobreexpresadas se
prepararon a partir de cultivos inducidos por IPTG usando la
proteína de fusión y sistema de purificación (New England BioLabs).
En placas de 96 pocillos de ELISA, se aplicaron 0,2 \mug de
estreptavidina (Pierce) a cada pocillo durante una hora a 37ºC,
después se lavaron dos veces con agua. Se aplicó oligonucleótido
biotinilado diana (0,025 \mug) de manera similar. ZBA/BSA al 3% se
aplicó para bloqueo, pero los pocillos s no se lavaron después de la
incubación. Todas las incubaciones posteriores eran a temperatura
ambiente. Se aplicaron ocho diluciones en serie dos veces de los
extractos en tampón de unión 1 x (ZBA/BSA al 1%/DTT 5 mM/0,12
\mug/\mul de ADN de esperma de arenque fragmentado). Las
muestras se incubaron 1 hora, seguido de 10 lavados con agua. Se
aplicó proteína de unión a anti-maltosa de ratón mAb
(Sigma) en ZBA/BSA al 1% a los pocillos durante 30 minutos, seguido
de 10 lavados con agua. Se aplicó anti-ratón IgG mAb
de cabra conjugado a fosfatasa alcalina (Sigma) a los pocillos
durante 30 minutos, seguido de 10 lavados con agua. Se aplicó
sustrato de fosfatasa alcalina (Sigma), y la DO_{405} se
cuantificó con SOFTmáx 2,35 (Molecular Devices).
Ejemplo
3
Las proteínas de fusión se purificaron hasta
> 90% de homogeneidad usando Proteína de Fusión y sistema de
purificación (New England BioLabs), excepto que se usó ZBA/DTT 5 mM
como el tampón de columna. Se determinaron la pureza y concentración
de proteína a partir de geles SDS al 15% - PAGE teñidos con azul de
Coomassie mediante comparación a BSA convencionales. Los
oligonucleótidos diana se marcaron en sus extremos 5' ó 3' con
[^{32}P] y se purificaron en gel. Once diluciones en serie 3 veces
de proteína se incubaron en 20 \mul de reacciones de unión (1 x de
tampón de unión/glicerol al 10%/ oligonucleótido diana \approx 1
pM) durante tres horas a temperatura ambiente, después se
resolvieron sobre un gel de poliacrilamida al 5% en 0,5 x de tampón
TBE. La cuantificación de ges secos se realizó usando un
PhosphorImager y software ImageQuant (Molecular Dynamics), y se
determinó la K_{D} mediante análisis de Scatchard.
Ejemplo
4
Los estudios reseñados en esta memoria
descriptiva usan las variantes de dedo 2 (F'') pmGAC, pmGAG, pGCA,
pGCC, pmGGA, pmGGC, pmGGG, y pGTG definidas en el manuscrito
acompañante (Hudson, L. G., Ertl, A. P. y Gill, G. N. (1990) J.
Biol. Chem. 265, 4389-4393). Para generar los ADN
que codifican proteínas de tres dedos. se amplificaron mediante la
PCR regiones codificadoras a partir de variantes F2 seleccionadas o
diseñadas y se ensamblaron mediante extensión de superposición de
PCR. Como alternativa, los ADN que codifican proteínas de tres dedos
con un marco conservado de Zif268 o Sp1C se sintetizaron a partir de
8 ó 10 oligonucleótidos de superposición, respectivamente. Las
construcciones de marco conservado Sp1C, usadas para todos los
ensayos de indicador descritos en esta reseña, se generaron como
sigue. En el caso de E2C-HS1 (Sp1), 0,4 pmoles de
cada uno de los oligonucleótidos SPE2-3
(5'-GCG AGC AAG GTC GCG GCA GTC ACT AAA AGA TTT GCC
GCA CTC TGG GCA TTT ATA CGG TTT TTC ACC-3') (SEQ ID
Nº 115) y SPE2-4 (5'-GTG ACT GCC GCG
ACC TTG CTG GCC ATC AAC GCA CTC ATA CTG GCG AGA AGC CAT ACA AAT GTC
CAG AAT GTG CG-3')SEQ ID Nº 116) se mezclaron con 40
pmoles de cada uno de los oligonucleótidos SPE2-2
(5'-GGT AAG TCCTTC TCT CAG AGC TCT CAC CTG GTG CGC
CAC CAG CGT ACC CAC AGC GGT GAA AAA CCG TAT AAA TGC CCA
GAG-3'(SEQ ID Nº 117) y SPE2-5'
(5'-ACG CAC CAG CTT GTC AGA GCG GCT GAA AGA CTT GCC
ACA TTC TGG ACA TTT GTA TGG C-3') (SEQ ID Nº 118( en
una mezcla convencional de PCR y se cicló 25 veces (30 segundos a
94ºC, 30 segundos a 60ºC, 30 segundos a 72ºC). Una alícuota de esta
reacción de pre-ensamblaje se amplificó después con
40 pmols de cada uno de los cebadores SPE2-1
(5'-GAG GAG GAG GAG GTG GCC CAG GCG GCC CTC GAG CCC
GGG GAG AAG CCC TAT GCT TGT CCG GAA TGT CCT AAG TCC TTC TCT CAG
AGC-3') (SEQ ID Nº 119) y SPE2-6
(5'-GAG GAG GAG GAG CTGGCC GGC CTG GCC ACT AGT TTT
TTT ACC GGT GTG AGT ACG TTG GTG ACG CAC CAG CTT GTC AGA
GCG-3') (SEQ ID Nº 120) usando las mismas
condiciones de ciclación. El ADN de
A2C-HS2(Sp1) se generó de la misma manera,
usando un conjunto análogo de oligonucleótidos que se diferencian
solamente en las regiones codificadoras de hélice de reconocimiento.
Todas las regiones codificadoras de ters dedos ensambladas se
digirieron con la endonucleasa Sfi1 de restricción y se
clonaron en pMal-CSS, un derivado del vector de
expresión bacteriano pMal-C2 (New England BioLabs).
Los ADN que codifican proteínas de seis dedos con cada uno de los
marcos conservados diferentes se ensamblaron en
pMal-CSS usando sitios de restricción Xma1 y
BsrF1 incluidos en las secuencias que flanquean las regiones
codificadoras de tres dedos. Cada una de las proteínas de dedo de
cinc se expresó en la cepa de E. coli
XL1-blue y se investigaron las propiedades de unión
mediante ELISA y análisis de desplazamiento de gel como se describe
en el manuscrito acompañante (Hudson, L. G., Ertl, A. P. y Gill, G.
N. (1990) J. Biol. Chem. 265, 4389-4393).
Ejemplo
5
Para la construcción de proteínas de fusión de
dominio de efector de dedo de cinc, los ADN que codifican los
aminoácidos 473 a 530 del dominio represor del factor
represor ets (ERF) (Sgouras, D. N., Athanasiou, M. A.,
Beal, G. J., Fisher, R. J., Blair, D. G. y Mavrothalassitis, G. J.
(1995) EMBO J. 14, 4781-4793), aminoácidos 1 a 97
del dominio KRAB de KOX1 (Margolin, J. F., Friedman, J. R., Meyer,
W., K. -H., Vissing, H., Thiesen, H. -J. y Rauscher III, F. J.
(1994) Proc. Natl.Acad. Sci. Estados Unidos 91,
4509-45139, o los aminoácidos 1 a 36 del dominio de
interacción Mad mSIN3 (SID) (Ayer, D. E., Laherty, C. D., Lawrence,
Q. A., Armstrong, A. P. y Eisenman, R. N. (1996) Mol. Cell. Biol.
16, 5772-5781) se ensamblaron a partir de
oligonucleótidos de superposición usando Taq ADN polimerasa. La
región codificadora para los aminoácidos 413 a 489 del dominio de
activación transcripcional VP16 (Sadowski, I. Ma, J., Triezenberg,
S. y Ptashne, M. (1988) Nature 335, 563-564) se
amplificó por PCR a partir de
pcDNA3/C7-C7-VP16 (10). El ADN de
VP16, que codifica una repetición tetrámera del dominio de
activación mínima de VP16, que comprende los aminoácidos 437 a 447
(Seipel, K., Georgiev, O. y Schaffner, W. (1992) EMBO J. 11,
4961-4968), se generó a partir de dos pares de
oligonucleótidos complementarios. Los fragmentos resultantes se
condensaron a regiones codificadoras mediante procedimientos de
clonación convencionales, de manera que cada construcción resultante
contenía una señal de localización nuclear SV40 interna, así como
una etiqueta decapéptídica HA C-terminal. Las
construcciones de fusión se clonaron en el vector de expresión
eucariótico pcDNA3 (Invitrogen).
Ejemplo
6
Un fragmento promotor
erbB-2 que comprende los nucleótidos -758 a
-1, con relación al codón de inicio de ATG, se amplificó por PCR a
partir de ADN genómico de médula ósea humana con la mezcal de
TaqExpand ADN polimerasa (Boehringer Mannheim) y se clonó en
pGL3basic (Promega), cadena arriba del gen de la luciferasa de
luciérnaga. Un fragmento del promotor de
erbB-2 humano que abarca los nucleótidos
-1571 a -24, se escindió a partir de
pSVOAL\Delta5'/erbB-2(N-N)
(Hudson, L. G., Ertl, A. P. y Gill, G. N. (1990) J. Biol. Chem. 265,
4389-4393) por digestión con Hind3 y se
subclonó en pGL3basic, cadena arriba del gen de la luciferasa de
luciérnaga.
Ejemplo
7
Para todas las transfecciones, células Hela se
usaron a una confluencia de 40-60%. Típicamente, las
células se transfectaron con 400 ng de plásmido reportero
(construcciones del promotor pGL3 o, como control negativo,
pGL3basic), 50 ng de plásmido de efector (construcciones de dedo de
cinc en pcDNA3 o, como control negativo, pcDNA3 vacío), y 200 ng de
plásmido convencional interno (phrAct-\betaGal) en
un pocillo de una placa de 6 pocillos usando el reactivo
lipofectamina (Gibcol BRL). Los extractos de células se prepararon
aproximadamente 48 horas después de la transfección. La actividad de
la luciferasa se midió con reactivo de ensayo de luciferasa
(Promega), actividad \betaGal con galacto-Light
(tropix), en un luminómetro MicroLumat LB96P (EG&g Berthold). La
actividad de la luciferasa se normalizó sobre la actividad de
\betaGal.
Ejemplo
8
El gen erbB-2-se
dirigió para regulación impuesta. El gen erbB-2 se
sobreexpresa frecuentemente en cánceres humanos, particularmente de
mama y de ovario, y niveles elevados de ErbB-2 se
correlacionan con escasa prognosis (N. E. Hynes y D. F. Stern,
Biochim. Biophys. Acta 1198, 165 (1994)). Para regular el gen nativo
erbB-2, se utilizaron una proteína represora
sintética, designada E2C-KRAB, y una proteína
transactivadora, designada E2C-VP64, (R. R. Beerli,
D. J. Segal, B. Dreier, C. F. Barbas III, Proc. Natl. Acad. Sci.
Estados Unidos 95, 14628 (1998)). Ambas proteínas contienen la misma
proteína de dedo de cinc designada E2C que reconoce la secuencia de
ADN de 18 pares de bases 5'-GGG GCC GGA GCC GCA
GTG-3' (SEQ ID Nº 121= en la región no traducida en
5'del prto-oncogen erbB-2. Esta
proteína de unión a ADN se construyó a partir de 6 dominios de dedo
de cinc predefinidos y modulares (D. J. Segal, B. Dreier, R. R.
Beerli, C. F. Barbas III, Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 96,
2758 (1999)). La proteína represora contiene el dominio
Kox-1 KRAB (J. F. Margolin y col., Proc. Natl. Acad.
Sci. Estados Unidos 91, 4509 (1994)), mientras que VP64
transactivador contiene una repetición tetrámera del dominio de
activación mínimo (K. Seipel, O. Georgiev, W. y Schaffner, EMBO J.
11, 4961 (1992)) derivado de la proteína de virus herpes simplex
VP16.
Se utilizó un derivado de la línea celular HeLa
de carcinoma cervical humano, HeLa/tet-off, (M.
Gossen y H. Bujard,Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 89, 5547
(1992)). Ya que las células HeLa son de origen epitelial expresan
ErbB-2 y se adaptan bien a los estudios de dirección
génica de erbB-2. Las células
HeLa/tet-off producen el tranasactivador controlado
por tetraciclina, permitiendo la inducción de un gen de interés bajo
el control de un elemento de respuesta de tetraciclina (TRE)
mediante la eliminación de tetraciclina o su derivado doxiciclina
(Dox) del medio de crecimiento. Los inventores han usado este
sistema para colocar los factores de transcripción de los inventores
bajo control químico. de este modo, se construyeron los plásmidos
pRevTRE/E2C-SKD y pRevTRE/E2C-VP64
(las regiones codificadoras de E2C(Sp1)-KRAB
y E2C(Sp1)-VP64 se amplificaron por PCR a
partir de plásmidos de expresión basados en pcDNA3 (R. R. Beerli, D.
J. Segal, B. Dreier, C. F. Barbas III, Proc. Natl. Acad. Sci.
Estados Unidos 95, 14628 (1998)) y se subclonó en pRevTRE (Clontech)
usando los sitios de restricción BamH1 y Cla 1, y en
pMX-IRES-GFP [X. Liu y col., Proc.
Natl. Acad. Sci Estados Unidos 94, 10669 (1997)] usando los sitios
de restricción BamH1 y Not1. La fidelidad de la amplificación de PCR
se confirmó mediante secuenciación, se transfectó en células
HeLa/tet-off, y 20 clones estables se aislaron cada
uno y se analizaron para evaluar la regulación génica diana
dependiente de Dox (las construcciones
pRevTRE/E2C-KRAB y pRevTRE/E2C-VP64
se transfectaron en la línea celular HeLa/tet-off
(M. Gossen y H. Bujard, Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 89,
5547 (1992)) usando reactivo Lipofectamina Plus (Gibco BRL). Después
de dos semanas de selección en medio que contenía higromicina, en
presencia de 2 \mug/ml de Dox, se aislaron clones estables y se
analizaron para evaluar la regulación dependiente de Dox de la
expresión ErbB-2. Se llevaron a cabo transferencias
Western, inmunoprecipitaciones, transferencias de Northern, y
análisis de citometría de flujo esencialmente como se describe [D.
Graus-Porta, R. R. Beerli, N. E. Hynes, Mol. Cell.
Biol. 15, 1182 (1995)].). Como una lectura de la actividad del
promotor de erbB-2, los niveles de proteína de
ErbB-2 se analizaron inicialmente por transferencia
de Western. Una fracción significativa de estos clones mostraron
regulación de la expresión de erbB-2 tras la
retirada de Dox durante 4 días, es decir, regulación hacia debajo de
erbB-2 en clones de E2C-KRAB y
regulación hacia arriba en clones de E2C-VP64. Los
niveles de proteínas de ErbB-2 se correlacionaron
con niveles alterados de su ARNm específico, indicando que la
regulación de la expresión de ErbB-2 era un
resultado de la represión o activación de la transcripción. La
proteína adicional de ErbB-2 en los clones
E2C-VP64 era indistinguible de la proteína expresada
de manera natural y biológicamente activa, ya que el factor de
crecimiento epidérmico (EGF) inducía fácilmente su fosforilación de
tirosina. Los niveles de ErbB-2 en el clon nº 27
E2C-KRAB, en ausencia de Dox, se redujeron los
niveles de detección a medida que lo era su fosforilación de
tirosina inducida por EGF. Por lo tanto, la expresión de
ErbB-2 también se analizó mediante citometría de
flujo, no revelando expresión de ErbB-2 detectable
en el clon nº 27 de E2C-KRAB, en un brusco contraste
con la espectacular regulación hacia arriba (5,6 veces) de
erbB-2 en el clon nº 18 de E2C-VP64.
De este modo, el grado de regulación génica de
erbB-2 variaba entre la represión total (clon nº 27
de E2C-KRAB) hasta casi 6 veces de activación (clon
nº 18 de E2C-KRAB). No se observó ningún efecto
significativo sobre la expresión de la proteína de
ErbB-1, indicando que la regulación de la expresión
de la ErbB-2 no era resultado de la regulación
general hacia arriba o hacia debajo de la transcripción. En
contraste a la eficacia de estos factores de transcripción que
dirigen 18 pares de bases de la secuencia de ADN usando seis
dominios de dedo de cinc, los activadores transcripcionales
preparados con tres dominios de dedo de cinc que se unen a
cualquiera de los medios sitios de 9 pares de bases de la secuencia
diana de E2C eran incapaces de activarla transcripción de un
indicador de la luciferasa de erbB-2. Estos
resultados sugieren que el aumento de especificidad y afinidad de
seis proteínas de dedo de se pueden requerir para proporcionar un
efecto dominante sobre la regulación génica.
Ejemplo
9
Con el fin de expresar las proteínas de
E2C-KRAB y E2C-VP64 en varias líneas
celulares diferentes, sus regiones codificadoras se introdujeron en
el vector retroviral pMX-IRES-GFP.
Las regiones codificadoras de E2C(Sp1)-KRAB y
E2C(Sp1)-VP64 se amplificaron por PCR a
partir de plásmidos de expresión basados en pcDNA3 (R. R. Beerli, D.
J. Segal, B. Dreir, C. F. Barbas III, Proc. Natl. Acad. Sci. Estados
Unidos 95, 14628 (1998)9 y se subclonaron en pRevTRE
(Clontech) usando los sitios de restricción BamH1 y Cla1, y en
pMX-IRES-GFP [X. Liu y col., Proc.
Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 94, 10669 (1997)] usando los sitios
de restricción BamH1 y Not1. La fidelidad de la amplificación de PCR
se confirmó mediante secuenciación. Este vector expresa un solo
mensaje biscistrónico para la traducción de la proteína de dedo de
cinc, y a partir del sitio de entrada de ribosomas (IRES), la
proteína fluorescente verde (GFP). Ya que ambas regiones
codificadoras comparten el mismo ARNm, su expresión está ligada
físicamente a otra y al expresión de GFP es un indicador de la
expresión de dedo de cinc. Los virus preparados a partir de estos
plásmidos se usaron después para infectar la línea celular A431 de
carcinoma humano (plásmidos
pMX-IRES-GFP/E2C-KRAB
y
pMX-IRES-GFP/E2C-VP64
se transfectaron transitoriamenteen la línea celular Phonix Ampho de
empaquetamiento anfotrótrópico usando Lipofectamina Plus (Gibcol
BRL) y, dos días después, se usaron sobrenadantes de cultivos para
la infección de células diana en presencia de 8 \mug/ml de
polibreno. Tres días después de la infección, las células se
recogieron para análisis). Tres días después de la infección, la
expresión de ErbB-2 se midió mediante citometría de
flujo. De manera significativa, aproximadamente 59% de las células
tratadas con virus E2C-KRAB eran esencialmente
ErbB-2 negativas, mientras que en aproximadamente el
27% de los niveles de ErbB-2 de las células tratadas
con el virus E2C-VP64 se incrementaron. La
representación gráfica de la fluorescencia de GFP frente la
fluorescencia de ErbB-2 reveló que existían dos
poblaciones de células, una con niveles normales de
ErbB-2 que era GFp negativa, y otra con niveles de
ErbB-2 alterados que era GFP positiva. La
especificidad de la dirección génica se investigó midiendo los
niveles de expresión de las proteínas de ErbB-1 y
ErbB-e relacionadas. No se detectaron alteraciones
significativas de estos niveles de proteínas, indicando que la
dirección génica de erbB-e es específica y no un
resultado no específico de alteraciones generales en la expresión o
sobreexpresión génica de los dominios efectores. La carencia de
cualquier regulación apreciable de erbB-3 es
particularmente notable ya que su 5'UTR contiene la secuencia de 18
pares de bases 5'-GGa GCC GGA GCC GgA
GTc-3' (SEQ ID Nº 122), que presenta solamente 3
discordancias con la secuencia diana designada de E2C (15 pares de
bases de identidad - la letras minúsculas indican diferencias) (M.
H. Kraus, W. Issing, T. Miki, N. C. Popescu, S. A. Aaronson, Proc.
Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 86, 9193 (1989)).
Ejemplo
10
La secuencia diana de dedo de cinc dentro de
erbB-2's 5'-UTR cae dentro de un
tramo de secuencia de 28 pares de bases que se conserva en muchas
especies. Para investigar la regulación de la expresión génica de
erbB-2 en células de primate no humanas,
fibroblastos COS-7 se infectaron con el retrovirus
E2C-KRAB y se analizaron por citometría de flujo.
Como en las células humanas, la expresión de la proteína represora
como se indica por el marcador de GFP se correlaciona bien con una
pérdida de proteína de ErbB-2. De manera similar, la
dirección génica en células murinas se evaluó mediante al infección
de células NIH/3T3 con retrovirus que codifica
E2C-KRAB y E2C-VP64. Los niveles de
expresión de erbB-2 se controlaban después mediante
transferencia de Western en lugar de citometría de flujo, debido a
una falta de reactividad del mAb con el dominio extracelular de
ErbB-2. De nuevo en esta memoria descriptiva, se
observó con E2C-KRAB una inactivación transcipcional
completa tras la corrección para células infectadas. Sin embargo, a
diferencia de la líneas celulares humanas, la regulación de
ErbB-2 inducida por E2C-VP64 era más
bien modesta en las células NIH/3T3, aproximadamente 1,8 veces tras
la corrección para eficacia de infección. Una explicación similar
para esta discrepancia se ubica en las diferentes estructuras de los
promotores humanos y de ratón. El promotor erbB-2 de
ratón, a diferencia del humano, no contiene una casilla TATA (M. R.
White y M. C. Hung, Oncogene 7, 677 (1992)). La activación
transcripcional por VP16 está, al menos en parte, mediada por su
interacción con TFIID, un complejo de multiproteínas que también
contenía la proteína de unión a TATA (C. J. Ingles, M. Shales, W. D.
Cress, S. J. Triezenberg, J. Greenblatt, Nature 351, 588 (1991)).
Por lo tanto es plausible que la proteína E2C-VP64
active la transcripción menos eficazmente en ausencia de una casilla
TATA. Estos datos sugieren que mientras un sitio de unión a ADN se
puede conservar con respecto a la secuencia y posición relativa
dentro de una célula diana, los dominios efectores pueden necesitar
optimizarse para la eficacia máxima debida a los efectos del
contexto. Independientemente, aunque sus potencias pueden diferir,
los factores de transcripción artificial descritos en esta memoria
descriptiva son capaces de imponer la regulación de la transcripción
génica de erbB-2 en células derivadas de especies
diferentes, proporcionando una estrategia para el estudio de la
función génica en una diversidad de organismos.
Ejemplo
11
Las sobreexpersión de ErbB-2
conduce a la activación constitutiva de suactividad intrínseca de la
tirosina quinasa (P. P. Di Fiore y col., Science 237, 178 (1987)), y
se ha mostrado que al regulación hacia debajo de
ErbB-2 en células tumorales que sobreeexpresan el
receptor conduce a la inhibición de crecimiento (R. M. Hudziak y
col., Mol. Cell. Biol. 9, 1165 (1989); J. Deshane y col., Gene Ther.
1, 332 (1994); J. M. Daly y col., Cáncer Res. 57, 3804 (1997)). El
mecanismo de inhibición de crecimiento parece que ser que previene
la progresión de las células de la fase G1 a la S del ciclo celular
(R. M. Neve, H. Sutterluty, N. Pullen, H. A. Lane, J. M. Daly, W.
Krek, N. E. Hynes, remitido para publicación). De este modo, los
inventores investigaron si al expresión del represor transcripcional
designado de los inventores en células tumorales que sobreexpresan
erbB-2 conducirían a a un bloque de G1. Por lo
tanto, se infectaron células de cáncer de mama SKBR3 con retrovirus
de E2C-KRAB y se analizó la distribución del ciclo
celular en relación con los niveles de expresión de
ErbB-2 mediante citometría de flujo (22). Se
observaron dos poblaciones de células: aproximadamente el 40% de las
células no estaban infectadas y tenían niveles normales de
ErbB-2, mientras que las células infectadas,
\sim60%, mostró aproximadamente una reducción de 7 veces después
de 3 días. Comparado con las células con niveles de receptor
normales, una fracción significativamente mayor de células con una
disminución en los niveles de expresión de ErbB-2
estaba en la fase G1 del ciclo celular. Para determinar que la
acumulación en G1 observada con las células SKBR3 era específica
para las células tumorales que sobreexpresan ErbB-2,
un análisis similar se llevó a cabo con la línea celular de cáncer
de mama T47D, que no muestra niveles elevados de
ErbB-2 (Fig. 4B). De hecho, cuando las células T47D
se infectaron con el retrovirus de E2C-KRAB y se
sometieron a análisis de citometría de flujo, se encontraron
poblaciones celulares con niveles normales y reducidos de
ErbB-2 que muestran un contenido de ADN
indistinguible. De este modo, la proteína represora diseñada de los
inventores es capaz de inducir específicamente la acumulación de G1
de células tumorales que sobre expresan ErbB-2. La
capacidad de inhibir la progresión del ciclo celular, y que por lo
tanto inhiben el crecimiento de células tumorales que sobreexpresan
ErbB-2 sugiere el potencial de factores de
transcripción designada para la terapia génica de cáncer.
<110> Novartis AG
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<120> Dominios de unión de dedo de cinc
para GNN
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<130> 30746/A
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<140>
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<141>
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<160> 122
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artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
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<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
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<223> Descripción de la secuencia
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 85
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Arg Ser Ser Ser His Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 86
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 86
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Arg Ser Asp Glu Leu Val Lys}
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\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
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\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 87
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Arg Ser Asp Ala Leu Val Lys}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
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<211> 7
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 88
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Arg Ser Asp Val Leu Val Lys}
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\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
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\sa{Arg Ser Ser Ala Leu Val Arg}
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<212> PRT
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 90
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\sa{Arg Lys Asp Ser Leu Val Lys}
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<211> 7
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<212> PRT
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<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
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\sa{Arg Ser Ala Ser Leu Val Arg}
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<213> Secuencia artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
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\sa{Arg Ser Asp Ser Leu Val Arg}
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\vskip0.400000\baselineskip
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
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\sa{Arg Ile His Ser Leu Val Arg}
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
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\sa{Arg Pro Gly Ser Leu Val Arg}
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
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\sa{Arg Gly Pro Ser Leu Val Arg}
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\vskip0.400000\baselineskip
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
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\sa{Arg Pro Gly Ala Leu Val Arg}
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<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
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<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
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\sa{Lys Ser Ala Ser Leu Val Arg}
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<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
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\sa{Lys Ser Ala Ala Leu Val Arg}
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 99
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Lys Ser Ala Val Leu Val Arg}
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\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 100
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\sa{Thr Ser Gly Ser Leu Thr Arg}
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\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 101
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Ser Gln Ser Leu Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 102
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Ser Ser Ser Leu Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 103
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Pro Gly Ser Leu Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 104
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Ser Gly Ala Leu Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 105
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 105
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Pro Gly Ala Leu Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 106
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 106
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Gly Gly Ser Leu Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 107
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Ser Gly Glu Leu Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 108
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
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<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 108
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Ser Gly Glu Leu Thr Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 109
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 109
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Ser Ser Ala Leu Val Lys}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 110
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: polipéptidos unión a nucleótidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 110
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Ser Ser Ala Leu Val Arg}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 111
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 5
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: engarce de péptidos
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 111
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Thr Gly Glu Lys Pro}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 112
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 18
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: secuencia diana de e2c
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 112
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipggggccggag ccgcagtg
\hfill
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 113
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 11
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: dominio de activación mínimo de VP16
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 113
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Asp Ala Leu Asp Asp Phe Asp Leu Asp Met
Leu}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 114
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 34
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: oligonucleótido diana de horquilla
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 114
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipggacgcnnnc gcgggttttc ccgcgnnngc gtcc
\hfill34
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 115
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 66
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: oligonucleótido SPE2-3
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 115
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 116
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 74
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: oligonucleótido SPE2-3
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 116
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 117
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 81
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: oligonucleótido SPE2-4
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 117
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 118
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 58
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: oligonucleótido SPE2-5
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 118
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipacgcaccagc ttgtcagagc ggctgaaaga cttgccacat tctggacatt tgtatggc
\hfill58
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 119
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 87
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: oligonucleótido SPE2-1
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 119
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 120
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 81
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: oligonucleótido SPE2-6
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 120
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 121
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 18
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: parte de erbB-2 5'UTR
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 121
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipggggccggag ccgcagtg
\hfill18
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 122
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 18
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de la secuencia
artificial: parte de erbB-32 5'UTR
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 122
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipggagccggag ccggagtc
\hfill18
Claims (20)
1. Un polipéptido de unión a nucleótido de dedo
de cinc aislado y purificado que contiene al menos una región de
unión a nucleótido en el que la secuencia de la región de unión es
cualquiera de SEQ ID Nº 1, SEQ ID Nº 13, SEQ ID Nº 17, SEQ ID Nº 18,
SEQ ID Nº 25, SEQ ID Nº 59, SEQ ID Nº 60 o SEQ ID Nº 77.
2. Una composición que comprende entre 2 y 12
polipéptidos de unión a nucleótido de dedo de cinc que tiene la
secuencia de cualquiera de SEQ ID Nº 1-110, en la
que al menos uno de los polipéptidos es un polipéptido se acuerdo
con la reivindicación 1.
3. La composición de la reivindicación 2 que
contiene entre 2 y 6 polipéptidos de unión de dedo de cinc.
4. La composición de la reivindicación 2 ó 3 en
la que los polipéptidos están ligados de manera operativa.
5. La composición de cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4 en la que los polipéptidos están ligados
mediante un engarce que tiene la secuencia de SEQ ID Nº 111.
6. La composición de cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5 en la que cada uno de los polipéptidos se une
a una secuencia de nucleótidos diferentes.
7. La composición de cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6 que se une a un nucleótido que contiene las
secuencias 5'-(GNN)_{n}-3', en la que cada
N es A, C, G, o T con la condición que todos los n no pueden ser C y
donde n es 2 a 6.
8. El polipéptido de la reivindicación 1 ligado
de manera operativa adicionalmente a uno o más factores de
regulación de la transcripción.
9. La composición de cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 7 en la que los polipéptidos están ligados
adicionalmente de manera operativa a uno o más factores de
regulación de la transcripción.
10. Un polipéptido aislado y purificado que
codifica el polipéptido de la reivindicación 1.
11. Un polipéptido aislado y purificado que
codifica los polipéptidos de cualquiera de las reivindicaciones 2 a
7.
12. Un vector de expresión que contiene el
polinucleótido de la reivindicación 10.
13. Un vector de expresión que contiene el
polinucleótido de la reivindicación 11.
14. Uso de una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 en la fabricación de un
medicamento para regular la función de una secuencia de nucleótidos
que contiene la secuencia 5'-(GNN)_{n}-3',
donde n es un número entero entre 1 y 6.
15. El uso de la reivindicación 14 en el que la
secuencia 5'-(GNN)_{n}-3' se localiza en la
región transcrita de la secuencia de nucleótidos.
16. El uso de la reivindicación 14 en el que la
secuencia 5'-(GNN)_{n}-3' se localiza en
una región promotora de la secuencia de nucleótidos.
17. El uso de la reivindicación 14 en el que la
secuencia 5'-(GNN)_{n}-3' se localiza
dentro de una etiqueta de secuencia expresada.
18. El uso de la reivindicación 14 en el que la
composición está ligada a uno o más factores de modulación de
transcripción.
19. Una composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 7 para uso en medicina.
20. Uso de la composición de cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 7 para la fabricación de un medicamento para
el tratamiento de cáncer.
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