JP2002535003A - アポトーシスを誘導するdna配列の単離方法及び検出システム - Google Patents

アポトーシスを誘導するdna配列の単離方法及び検出システム

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グリム シュテファン
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Abstract

(57)【要約】 本発明はターゲット細胞中で選択不可能な活性を示す核酸配列を同定するための方法、診断薬及び治療薬の調製のための同定された遺伝子の使用並びにアポトーシスプロセスのためのレポーターシステムとしての分泌される酵素の使用に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明はターゲット細胞において選択不可能な活性を有する核酸配列の同定方
法、同定された遺伝子の診断薬及び治療薬の調製のための使用並びにアポトーシ
スプロセスのためのレポーターシステムとしての分泌される酵素の使用に関する
【0002】 アポトーシスは真核細胞において規定の生理学的または病理学的な条件下に誘
導される遺伝子にコードされる自殺プログラムである。アポトーシスの誘導は非
常に厳密に制御されていなければならない。それというのも過剰活性は変性疾患
をもたらすからである。他方、アポトーシス誘導の低下は腫瘍進行に寄与するこ
とがある。
【0003】 種々の低分子量のアポトーシス誘導物が既に記載されている。1つの重要なク
ラスは細胞増殖抑止剤である。しかしながら、これらの細胞増殖抑止剤または別
の物質がどのようにアポトーシスを誘導しうるかは殆どの場合において未知であ
る。
【0004】 アポトーシスを誘導する遺伝子または選択不可能な活性を有する別のドミナン
トな(dominant)遺伝子は問題がある。それというのも、かかる遺伝子をターゲ
ット細胞中で安定に組み換え発現させるのが全く不可能であるか、又は非常に困
難だからである。従って係る遺伝子の同定のための特別なスクリーニング法を使
用する必要がある。このために既に種々のインビトロ法が開発された(King et
al., Science 277 (1997), 973-974及びLustig et al., Meth. Enzymol. 283 (1
997), 83-99)。別の研究グループによって、複数のトランスジーンを有するト
ランスジェニックマウスが作成され、その機能は表現型の差異によって規定され
る(Simonet et al., Cell 89 (1997), 309-319及びSmith et al., Nat. Genet.
16 (1997), 28-36)。インビトロ法における欠点は、得られる結果が複雑に制
御された細胞生物学的効果と簡単に関連しないことにある。またトランスジェニ
ック動物の検査は非常に高価であり、かつ困難である。
【0005】 グリム及びレダー(Grimm und Leder)(J. Exp. Med. 185 (1997), 1137-114
2)はドミナントなアポトーシスを誘導する核酸配列の同定及び単離のための方
法を記載している。ここでは、ヒトの腎臓細胞系統293におけるノーマリゼー
ションされた(normalisierten)cDNA−発現ライブラリーからの20個のク
ローンに相当する小規模のプラスミドプールを導入している。核酸配列のアポト
ーシス誘導活性は顕微鏡による観察によって手動で、アポトーシスに特徴的な形
態学的特徴に関して測定される。レポータープラスミドはアポトーシスを誘導す
る核酸配列の同定のためには使用されない。該方法は高価であり、アポトーシス
誘導活性を形態学的特徴の顕微鏡による観察によって規定する必要性に基づいて
自動化が困難であり、従ってマススクリーニングのためには不適である。更に該
方法は特に効率的にトランスフェクション可能な細胞系統に制限される。
【0006】 DE−OS4342769号はRNAに結合するタンパク質をコードするcD
NAを、RNAに結合するタンパク質を有すると見込まれる細胞系統からcDN
A−遺伝子バンクを作成し、該遺伝子バンクを発現ベクターにライゲーション導
入し、かつこれらを1つのマーカー遺伝子及び遺伝子の5′−非翻訳領域におい
て当該RNA結合性タンパク質の結合部位を有するもう一つの発現ベクターを既
に有する細胞中で発現させ、かつcDNAの存在をマーカー遺伝子の発現の低下
を介して検出することによって単離及びクローニングするための方法を記載して
いる。しかしながら、これらの方法では、細胞中で安定に組み換え発現できない
選択不可能な活性を有するドミナントな遺伝子を同定できない。
【0007】 DE−OS3806617号は真核細胞中における選択不可能な遺伝子の発現
方法を記載しており、その際、選択不可能な遺伝子を有する2つ以上の選択マー
カー遺伝子がトランスフェクションされ、かつ選択マーカー遺伝子及び選択不可
能な遺伝子は1つ以上のベクターまたはDNA構造上に存在し、引き続きトラン
スフェクションされた全ての選択マーカーで選択される。また該方法で選択不可
能な活性を有するドミナントな遺伝子を同定できず、その安定な組み換え発現は
細胞中では不可能である。
【0008】 WO91/19796号は、細胞ゲノムの所定の遺伝子配列の内部に挿入され
た選択不可能な遺伝子配列を有する動物または植物の細胞を相同組み換えによっ
て得るための方法を記載している。また該方法はマススクリーニングによるドミ
ナントな選択不可能な遺伝子の同定のためには適当でない。
【0009】 WO91/00361号は選択不可能な遺伝子をドミナントな選択可能な多剤
耐性遺伝子MDR1の使用下に同定可能な発現をさせるための方法を記載してお
り、その際、MDR1遺伝子での選択によって選択不可能な遺伝子の増幅及び過
剰発現を実施する。また該方法はドミナントな選択不可能な遺伝子を同定するた
めに原則的に不適である。
【0010】 従って本発明の根底を成す課題は、選択不可能な活性を有するドミナントな核
酸配列の新規の同定方法及びそのために適当なレポーターシステムもしくは検出
システムを準備することにあり、これらによって前記の従来の技術の欠点を少な
くとも部分的に排除できる。
【0011】 本発明は核酸配列のドミナントな活性を同定するための容易であり、かつイン
タクトな細胞において実施でき、かつ自動化できる方法に関する。この場合、核
酸配列を有利な真核性発現ベクターにクローニングし、かつこれらのライブラリ
ーから単一のクローンまたはクローンの小規模なプールを細菌中で増大させる。
プラスミドDNAの単離は、有利には自動化されたプロトコールによって実施し
、これは96ウェルのフォーマット中で実施できる。このために単離されたプラ
スミドDNAを、それぞれレポーターベクターと一緒にトランスフェクションバ
ッチによって真核細胞に導入してよい。それによって本願に記載のやり方はマス
スクリーニング、所謂“スクリーニング”である。引き続きトランスフェクショ
ンされた真核細胞中でレポーターベクターの活性を測定し、核酸配列の活性と相
関させる。ターゲット細胞のトランスフェクション後の有利な形式のスクリーニ
ングにおいて依然としてそれぞれのバッチからのプラスミドDNAが留置される
ので、プラスミドはターゲット細胞から単離する必要がない。これはアポトーシ
ス誘導において有利である。それというのもこのやり方においてDNAは細胞内
で分解するからである。DNA単離、トランスフェクション及び活性検出の工程
は簡単な方法でロボットの使用によって自動化できる。
【0012】 更に、選択不可能な活性を有する遺伝子の同定を容易にする新規の検出システ
ムを準備する。これらの検出システムは分泌される酵素、特に分泌されるアルカ
リ性ホスファターゼ(SEAP)の使用を包含し、該酵素は、有利には調査され
る細胞中にレポーターベクターとして導入でき、その分泌を調査されるべき選択
不可能な活性の量として役立つ。分泌される酵素の使用の利点は、活性の測定の
ために細胞を分解させる必要がないことにある。従って活性は上清中で複数回測
定でき:トランスフェクションの直後に、細胞に導入された調査されるべき核酸
配列の作用、例えばアポトーシス誘導をまだ使用しないときに細胞内で発現され
る核酸配列に基づく酵素活性の変更が測定される。例えばアポトーシス細胞にお
いてタンパク質の分泌は減少するので、コントロール細胞に対してレポーター酵
素の活性は増大しない。
【0013】 従って本発明の第一の態様は、ターゲット細胞中で選択不可能な活性を有する
核酸配列の同定するにあたり、以下の工程: (a)調査されるべき核酸配列をそれぞれ発現ベクター上に機能的な結合で、タ
ーゲット細胞中で活性の発現制御配列と一緒に有する多数の宿主細胞を有するD
NAライブラリーを準備する工程、 (b)宿主細胞を培養する工程、 (c)培養された宿主細胞から発現ベクターを得る工程、 (d1)ターゲット細胞に (i)工程(c)で得られた発現ベクター及び (ii)レポーターベクター をコトランスフェクションさせる工程、または (d2)既にレポーターベクターを有するターゲット細胞に工程(c)で得られ
た発現ベクターをトランスフェクションさせる工程、及び (e)ターゲット細胞または培養上清中でのレポーターベクターの活性を、調査
されるべき核酸配列の選択不可能な活性に関して定性的または定量的な量として
測定する工程 を含む方法に関する。
【0014】 調査されるべき核酸配列は原則的に任意の起源、例えば真核性物、例えば植物
、脊椎動物、例えばホニュウ類、菌類、寄生生物などに由来してよいが、細菌、
古細菌又はウイルスまたは合成起源もしくは半合成起源に由来してもよい。これ
らは、例えば任意の起源のゲノム配列、cDNA配列、cDNA断片もしくは部
分配列または合成的に作成される配列、例えばアンチセンス分子または組み合わ
せて改変された核酸配列から選択される。
【0015】 本発明による方法の目的は、ターゲット細胞において選択不可能な活性を示す
、すなわち例えば細胞の増殖を阻害するか、または細胞死を、例えばアポトーシ
スによって引き起こすので不安定にターゲット細胞中で組み換え的に(過剰)発
現されうる核酸配列を同定することである。かかる選択不可能な活性の例は、例
えばアポトーシス誘導、細胞周期停止、細胞分化、細胞代謝の阻害及び、例えば
転写因子による遺伝子発現の阻害または活性化である。特に有利には本発明によ
る方法はドミナントなアポトーシス誘導遺伝子の同定のために使用される。
【0016】 方法の工程(a)は、それぞれ調査されるべき核酸配列を有する多数の宿主細
胞を有するDNAライブラリーを準備することにある。このDNAライブラリー
は、特に有利にはcDNAライブラリーであるときにノーマリゼーションされた
ライブラリー、すなわち多数の種類に対して減らされているライブラリーである
。かかるノーマリゼーションされたライブラリーの作成は、ササキ他(Sasaki e
t al)によって記載されている(Nucleic Acid Res. 22 (1994), 9987-9992)。
mRNA分子のポピュレーションにおいて多数の種類を減らすのは、例えばラテ
ックスビーズ上に固定されたcDNA分子の添加によって、場合により複数回の
ハイブリダイゼーションサイクルにおいて達成される。
【0017】 核酸ライブラリーは発現ベクター中に設けられており、該ベクターはそれぞれ
所望のターゲット細胞、有利には真核細胞及び、特にホニュウ類細胞において活
性である、すなわち調査されるべき核酸は発現ベクター上に機能的な結合でター
ゲット細胞中に構成的または調節可能に活性な発現制御配列と一緒に存在する。
更に発現ベクターは宿主細胞中で複製および選択を可能にするエレメント、すな
わち相応の複製開始点及び選択マーカー遺伝子、例えば抗生物質耐性遺伝子を有
する。発現ベクターの選択をターゲット細胞中で実施しないので、複製及び選択
をターゲット細胞中で可能にするエレメントの存在は不必要である。宿主細胞と
して、有利には細菌細胞、特にグラム陰性細菌及び、特に有利にはE.coli
細胞を使用するので、発現ベクターは原核性配列エレメントも真核性配列エレメ
ントも有しているシャトルベクターであってよい。
【0018】 発現ベクターは、目的に応じて染色体外ベクター及び一過性にトランスフェク
ション可能なプラスミドである。しかしながら、選択的に安定なエピソームの発
現ベクターを使用してもよい。そのような発現ベクターは分子生物学の分野の当
業者に公知であり、例えばサンブローク他(Sambrook et al)のモレキュラーク
ローニング.研究室マニュアル(Molecular Cloning. A Laboratory Manual (19
89), Cold Spring Harbor Laboratory Press)または標準的な教科書に記載され
ている。
【0019】 本発明による方法の工程(b)は宿主細胞の培養を含む。有利には少数の宿主
細胞を培養のための出発材料として使用する。かかる少数の宿主細胞は、例えば
固形培養プレートまたは相応の希釈の液体培養培地に核酸ライブラリーのクロー
ンから取り出してプレーティング(ausplattieren)することによって得ること
ができる。場合により、種々の宿主細胞、例えばトランスフェクションバッチあ
たり最大20種の異なるクローン、特に最大10種の異なるクローンの小規模の
プールを一緒に培養してもよいが、殆どの場合においてあまり有利でない。
【0020】 本発明による方法の工程(c)は培養された細胞からの発現ベクターの回収を
含む。このために、先行技術から公知の方法を染色体外DNA(例えば前記のSa
mbrook et al参照)の単離のために使用してよい。しかしながら、この場合に宿
主細胞から単離されるDNAが十分な純度を示すべきことを顧慮すると、高い効
率で後のターゲット細胞のコトランスフェクションを可能にすることができる。
【0021】 細菌宿主細胞では、有利にはアルカリリシスが実施される。得られるプラスミ
ドDNAの質は固相(feste Matrix)、特にシリカ吸着相上での吸着、有機溶剤
での洗浄及び引き続いての溶離によって改善することができる。意想外にも、こ
の場合にはDNAをアルカリリシス後に、先行技術に記載のようにカオトロピッ
ク物質を必要とせずに高い効率で吸着相上に結合させることができると判明した
。添加されるカオトロピック物質の不在は引き続いての精製手順において著しい
改善及び簡素化をもたらし、従って要求される方法の前後の工程とは無関係に本
願発明の他の態様を意味する。
【0022】 工程(d)は宿主細胞、特に真核細胞、例えばホニュウ類細胞を事前に単離さ
れた発現ベクター及び、場合によりレポーターベクターでトランスフェクション
またはコトランスフェクションさせることを含む。真核性のターゲット細胞では
、有利にはリン酸カルシウム−共沈殿、リポフェクション、エレクトロポレーシ
ョン、粒子打ち込み(Partikelbeschuss)またはウイルス感染(レトロウイルス
、アデノウイルスなど)によってトランスフェクションもしくはコトランスフェ
クションを実施する。トランスフェクションまたはコトランスフェクションによ
って生成したターゲット細胞においては、発現ベクターは一過性に発現し、レポ
ーターベクターは一過性または安定に発現することができる。
【0023】 有利なコトランスフェクションにおいて発現ベクターは、有利にはレポーター
ベクターに対してモル過剰で使用される。特に有利にはレポーターベクターと発
現ベクターとのモル比は1:2〜1:20である。発現ベクターをモル過剰で使
用するとき、ターゲット細胞中のレポーターベクターの存在はターゲット細胞中
に同時に存在する発現ベクターのためのマーカーとして役立つ。それというのも
細胞はコトランスフェクションにおいて使用されるベクターをコトランスフェク
ションバッチ中のそのモル比に応じて収容するからである。
【0024】 本発明による方法は、その他の点では種々のレポーターベクターの使用を可能
にし、これらに関して一方では既に(染色体内または染色体外で)ターゲット細
胞中に存在し、かつ他方では発現ベクターと一緒にコトランスフェクションする
ことによって細胞中に導入される。
【0025】 レポーターベクターは、有利にはレポーターベクター及び発現ベクターの間に
直接的な機能的関連が存在しない、すなわち発現ベクターによってコードされる
遺伝子産物はレポーターベクターの活性に直接作用しないが、発現ベクターによ
ってコードされる遺伝子産物は間接的にのみ、すなわちターゲット細胞の代謝の
影響を介してレポーターベクターの活性に作用するように選択される。しかしな
がらレポーターベクター及び発現ベクターの間の直接的な相互作用の検出を可能
にするスクリーニングの実施形も可能である。
【0026】 発現ベクターと一緒にコトランスフェクションされるか、または既にターゲッ
ト細胞中に存在するレポーターベクターは一般に検出可能な遺伝子産物をコード
する核酸配列をターゲット細胞中に発現可能な形で有する。レポーターベクター
は、有利には染色体外ベクター、特に有利には一過性トランスフェクション可能
なプラスミドである。他方では、安定なエピソームまたはクロモソームのレポー
ターベクターを使用してもよい。この場合にレポーターベクターはターゲット細
胞中で選択及び、場合により複製が可能なエレメントを有する。検出可能な遺伝
子産物の発現は、構成的または調節可能な制御配列、有利には構成的な発現制御
配列を介して実施できる。
【0027】 レポーターベクターによってコードされる遺伝子産物は特に有利な実施形にお
いては、分泌される酵素、すなわちターゲット細胞から分泌される酵素である。
かかる酵素の例は、分泌されるアルカリ性ホスファターゼ(SEAP)(Berger
et al., Gene 66 (1988), 1-10)並びにルシフェラーゼ(Lui et al., Gene 20
2(1977), 141-148)である。特に有利にはSEAPが分泌される酵素として使用
される。レポーターシステムとしての分泌される遺伝子産物の使用において、活
性測定はターゲット細胞の培養上清中で実施する。他方では、レポーターベクタ
ーによってコードされる検出可能な遺伝子産物は、インタクトな細胞において細
胞内で検出される分泌されないポリペプチド、例えば蛍光タンパク質、例えばG
FPであってよい。同様に、レポーターベクターによって発現される検出可能な
遺伝子産物は、例えば抗体またはアフィニティーリガンドとのインキュベートに
よって検出可能な膜常設のポリペプチドであってよい。
【0028】 本発明による方法の工程(e)はターゲット細胞またはその培養上清における
レポーターベクターの活性を、調査される核酸配列の選択不可能な活性に関する
量として測定することを含む。この測定法は、発現ベクターに存在する調査され
るべき核酸配列がターゲット細胞において発現後に細胞代謝への、例えばアポト
ーシス誘導による影響を有し、これは他方ではレポーターベクターの活性もしく
は該ベクターによってコードされる検出可能な遺伝子産物の活性に測定可能な形
で影響することに基づく。有利にはレポーターベクターの活性はトランスフェク
ションまたはコトランスフェクション後の少なくとも2つの時点で測定され、そ
の際、第1の時点は発現ベクター上にある核酸配列の発現がレポーターベクター
の活性にまだ影響を及ぼさず、従ってそれぞれの調査されるターゲット細胞に関
するベース活性を規定するために使用できるように選択する。第2の時点は、そ
れぞれの細胞中に存在する核酸配列が調査される選択不可能な活性を有する場合
は、発現ベクター上にある核酸配列の発現が既にレポーターベクターの活性に測
定可能な影響を及ぼすように選択される。こうして、トランスフェクションまた
はコトランスフェクションの際のトランスフェクション効率に依存するレポータ
ーベクターのベース活性とは無関係に、規定の細胞中に導入された核酸配列の活
性を測定できる。本発明による方法の実施は、有利には少なくとも部分的に自動
化され、その際、工程(b)〜(e)は少なくとも50種の試料に対してそれぞ
れ並行に実施できる。
【0029】 本発明による方法を、ターゲット細胞の分泌特性に、例えばアポトーシス誘導
のように影響を及ぼす核酸配列の同定のために使用する場合、細胞上清における
レポーターベクターの活性の測定は所望の核酸配列の同定のために十分である。
方法のもう一つの実施形、例えば細胞分化に影響を及ぼす物質の同定においては
、レポーターベクターによってコードされる検出可能な遺伝子産物、例えば蛍光
タンパク質、例えばGFPを細胞内で、トランスフェクションされた細胞の標識
のために発現させてよい。この標識は、場合により付加的な細胞パラメータの検
出、例えば抗体または受容体リガンドによる表面マーカーの検出と組み合わせて
よい。この付加的なパラメータの検出のために、蛍光性試薬を使用してよい。次
いで細胞への標識の存在および/またはその強度を、蛍光サイトメトリー、例え
ばFACS(Fluorscence activated cell sorting)によって測定できる。
【0030】 本発明による方法によって同定された遺伝子は診断薬及び治療薬の調製のため
に使用できる。そのため、該方法の実施において種々のターゲット細胞(正常細
胞、腫瘍細胞)を使用することができる。また規定の遺伝的変異を有する細胞、
例えば活性化された腫瘍遺伝子または不活性化された癌抑制遺伝子並びにウイル
ス感染した細胞をスクリーニングのために使用してもよい。それによって、一定
の細胞型において選択的に活性を示す核酸配列、例えば腫瘍細胞またはウイルス
感染した細胞において選択的なアポトーシス誘導をもたらす遺伝子を同定もしく
は単離することができる。これらの遺伝子を次いで、例えば腫瘍疾患またはウイ
ルス感染の遺伝子治療的な撲滅のために患者の体内で発現させることもできる。
アポトーシス誘導のためには一過性の活性が必要とされるに過ぎないが、目下の
ところ依然困難な永続的な発現が遺伝子治療において普及している。
【0031】 本発明の他の態様は分泌される酵素をアポトーシスプロセスのためのレポータ
ーシステムとして、例えばアポトーシス関連の遺伝子の同定のためか、またはア
ポトーシスに作用する薬剤の同定のために使用することである。特に有利にはア
ポトーシス誘導遺伝子またはアポトーシス抑制遺伝子の同定のためのレポーター
システムとして使用される。
【0032】 特に有利には分泌されるアルカリ性ホスファターゼ(SEAP)をレポーター
システムとして使用する。酵素活性の検出は、有利にはそれぞれの酵素に対する
クロモゲンまたは蛍光性物質の使用下に実施する。そのような酵素基質は公知で
ある。前記の方法におけるレポーターシステムとしての使用が特に有利である。
【0033】 なお本発明の他の態様は、前記の方法の自動化された実施のための装置である
。該装置は、有利には2つのロボット(宿主細胞からのプラスミドDNAの単離
及びターゲット細胞の感染のため)を有する(図4及び図5)。DNA単離ロボ
ットは多数の宿主細胞の培養のための手段、例えばブロックまたはマイクロタイ
タープレートを有する。宿主細胞のための培養容量は、有利には0.5〜2.5
ml、特に有利には0.5〜1mlの範囲である。更に該装置はプラスミドDN
Aを多数の宿主細胞から得る手段を有し、該手段は、例えばマイクロタイタープ
レートまたはブロックであり、これらは場合によりプラスミドDNAの精製のた
めのミニカラムを有していてよい。トランスフェクションロボットは多数の宿主
細胞のトランスフェクション及び培養のための手段を有し、該手段は同様にブロ
ックまたはマイクロタイタープレートであってよい。最後に該装置はターゲット
細胞中のレポーターベクターの活性測定のための手段、有利には分光測定装置ま
たは蛍光測定装置を有する。両者のロボットはマルチチャンネルピペットを使用
して作業し、その際、それぞれの液体を同時にピペット操作して、適切な試料ス
ループットを達成することができる。
【0034】 考えられる多数のロボットの構成はスクリーニングの実施を可能にする。図4
及び図5に2つの有利な態様が示されており、そこにはDNA試料及び宿主細胞
もしくはDNA試料及びターゲット細胞で処理されたプレートが表面上に配置さ
れており、かつx、y、z−方向に可動なピペットヘッドによって互いに接続さ
れている。
【0035】 更に本発明を以下に記載の図面及び実施例によって詳細に説明する。
【0036】 図1はドミナントな選択不可能な核酸活性に関する96ウェル−フォーマット
中でのスクリーニング法を図示している図を示す。
【0037】 図2は細菌細胞のアルカリリシス後のDNAが塩酸グアニジニウムの濃度に依
存して酸化ケイ素上に結合する能力を示している。
【0038】 図3はドミナントなアポトーシス誘導遺伝子の検出のためのSEAP活性の測
定を示している: A:SEAP発現ベクター及びコントロールベクター(○)、細胞周期停止遺伝
子p21をコードする発現ベクター(□)及びアポトーシス誘導遺伝子(◇)を
使用するコトランスフェクション試験におけるSEAP活性の時間経過。該デー
タは活性に関してはトランスフェクションの16時間後に正規化されている。
【0039】 B:アポトーシス誘導によるSEAP活性(ΔA405nm)の低下。トランス
フェクションの16時間後のSEAP活性は36時間後の活性の正規化のために
使用し、その平均値及び標準偏差は3つの独立の試験から示される。
【0040】 図4はDNA単離ロボットを図示している図を示している。宿主細胞またはそ
こから単離されるDNA並びにその中間段階を有するブロック、例えば96ウェ
ル−ブロックのための置き場をA、B、C、dと呼ぶ。DNAを得るために必要
な試薬は両側に配置されている。P1、P2、P4、SiO(酸化ケイ素溶液
)、Acet(アセテート溶液)及びHOは、DNAを得るために必要な相応
の溶液を有するレザバーを示す。洗浄所(“washing”)はピペットヘッドの先
の洗浄のために必要である。遠心分離のための手段(“centrifuge”)、真空を
施すための手段(“vacuum”)、振盪のための手段(shaking)及びインキュベ
ーションステーション(inc)はDNAの精製のためのプレートの処理に使用さ
れる。駆動装置(X,Y,Z)によって種々の方向に動くことができるグリップ
アームを有する全表面にわたり可動のピペットヘッドはプレート及び処理ステー
ションを互いに結ぶ。上半分においてロボットを側面図で示している。
【0041】 図5はトランスフェクションロボットを図示している図を示している。トラン
スフェクションのためのターゲット細胞はマルチウェル−プレートにおいて上下
に配置された4つの領域につけられている。トランスフェクションされるべきD
NA試料は96ウェル−プレート中の上方領域に配置されている。その下方の領
域でトランスフェクション反応が生ずる。その他のDNAのために必要とされる
試薬はL1及びL2として表す。洗浄ステーション、同様に廃棄ステーション(
waste)は、X,Y,Zの方向に可動でありかつステップモータ(X,Y,Z)
によって動くピペットヘッド(“Z”)の先の浄化に使用される。右上隅にはロ
ボットもしくは可動のピペットヘッドの側面図が描写されている。
【0042】 図6はGFPのコトランスフェクションによるANT−1でのアポトーシス誘
導における表現型の変化の図を示している。ANT−1のための3μgの発現ベ
クターまたは空の発現ベクターをHeLa細胞にトランスフェクションさせた。
そのために、GFP(“緑色蛍光タンパク質”)のための発現ベクターをそれぞ
れ1μgコトランスフェクションさせて、トランスフェクションされた細胞を標
識した。蛍光をトランスフェクションの24時間後に200倍の拡大で撮影した
【0043】 実施例 例1 マーカープラスミド上のSEAP遺伝子をコトランスフェクションさせること
によるアポトーシスを誘導する遺伝子の単離 1. 実験プロトコール 1.1 細胞培養及びトランスフェクション ベビーハムスターの腎臓細胞(BHK)を、5%のウシ胎仔血清(Sigma, Deisen
hofen, Deutschland)を補ったDMEM中で給湿された5%のCO雰囲気下で
培養した。トランスフェクションのために細胞を24ウェル−プレート中に添加
し、2μgのプラスミドDNAでリン酸カルシウム共沈殿法によってロウッセル
他(Roussel et al)(Mol. Cell. Biol. 4 (1984), 1999-2009)に記載のよう
にトランスフェクションさせた。このために有する25μlのDNA溶液を25
μlの2×HBSバッファー(pH6.9)(274mMのNaCl、10mM
のKCl、40mMのHepes、1.4mMのNaHPO)と4℃で96
ウェル−プレートにおいて12チャンネルのピペット操作自動装置(Eppendorf,
Hamburg, Deutschland)で混合した。20μlの0.25MのCaCl溶液
(4℃)の添加及び混合の後に38μlを25分のインキュベート後に室温で細
胞上に添加した。
【0044】 1.2 ノーマリゼーションされたライブラリーの作成及びcDNAスクリー ニング 腎臓のcDNAライブラリーのノーマリゼーション及び構築をグリム及びレダ
ー(J.Ecp.Meth.185(1997),1137-1142)及びササキ他(Nucleic Acids Res. 22
(1994), 987-992)に記載されているように実施した。
【0045】 4〜6週齢のFVBマウスの腎臓からのmRNAを多数の種のmRNAとラテ
ックスビーズに共有結合されたアンチセンスcDNA分子とを会合させ、引き続
き遠心分離によって分離することによってノーマリゼーションした。2回のハイ
ブリダイゼーションサイクルの後に、200ng(当初の2μgのうち)のmR
NAが得られ、これをcDNAライブラリーの作成のためにcDNA合成キット
(Gibco BRL, Gaithersburg, MD)の使用下に使用した。BstXIアダプター
(Invitrogen, San Diego, CA)のライゲーション及びNotIでの分解の後に
、cDNA分子を、ネオマイシン耐性遺伝子を欠失している改変されたpcDN
A3−ベクター(Invitrogen)中にサイトメガロウイルス(CMV)プロモータ
ーのコントロール下に挿入した。このDNAをエレクトロポレーションによって
E.coli SURE細胞(Stratagene, Corp. La Jolla, CA)中に導入し、
引き続きこれらを直ちに凍結させた。
【0046】 形質転換バッチのアリコートをアガー上にプレーティングすることによって、
ライブラリーは約2.5×10個のクローンを含んでいることが判明した。統
計的に単一のクローンを有するアリコートを96ウェル−ブロック(Qiagen, Hi
lden, Deutschland)のウェルにおいて900μlのLB培地中に接種し、かつ
300rpmの撹拌下に30時間培養した。陽性プールの同定後に、DNAを効
果の証明のために再びトランスフェクションさせた。残留しているDNAを細菌
の形質転換のために大規模にプラスミドを単離するために使用した。
【0047】 1.3 分泌されるアルカリ性ホスファターゼ(SEAP)の活性測定 SEAP活性をベルガー他(berger et al)(Gene 66 81988), 1-10)によっ
て記載されるように測定した。このために培養上清を4000rpmで遠心分離
した。65℃で30分間熱処理した後に、活性をSEAPバッファー中で記載の
ように試験した。
【0048】 1.4 カラムによるプラスミド単離 細菌を含有する96ウェル−ブロックを3000gで5分間遠心分離した(Si
gma Zentrifugen Osterode am Harz, Deutschland)。上清をデカンテーション
し、かつブロックを2〜3分間転回させた。次いで170μlのバッファーP1
(50mMのトリス−HCl/10mMのEDTA(pH8.0))を添加し、
細菌ペレットを完全なボルテックス処理によって10〜20分間再懸濁した。1
70μlのバッファーP2(200mMのNaOH、1%のSDS)の添加後に
、ブロックをフィルムで密封し、転回によって混合し、かつ室温で5分間インキ
ュベートした。リシスを、4℃に冷却したバッファーP3(3Mの酢酸カリウム
pH5.5)170μlを添加することによって完了させた。次いで10μlの
RNaseA溶液(1.7mg/ml)を添加し、室温で5分間、次いで−20
℃でインキュベートし、再び6000rpmで10分間遠心分離した。上清を新
たなブロック中にデカンテーションし、かつ100μlのバッファーP4(イソ
プロパノール中の2.5%のSDS)を添加した。ブロックを5分間ボルテック
ス処理し、次いで4℃で15分間、次いで−20℃で15分間インキュベートし
た。これらのブロックを6000rpmで10分間遠心分離し、かつ上清を、市
販のカラム(Qiagen)の使用によって相応に切断された96ウェル−プレート中
で作成されている96個のカラムの配列中に移送した。これらのプレートを真空
チャンバ(Qiagen)中に置いた。次いで150μlの酸化ケイ素懸濁液を添加し
、室温で20分間インキュベートした(前記の酸化ケイ素懸濁液は50mg/m
lのSiO(Sigma)の250mlの懸濁液に150μlのHCl(37%)
を添加することによって製造し、引き続きオートクレーブにかけた)。
【0049】 真空を施した後に、カラムを600μlのアセトン(−20℃)で2回洗浄し
た。96ウェル−カラムプレートを96ウェル−マイクロタイタープレートの上
にゆだね、かつ6000rpmで4分間遠心分離した。カラムプレートをまず3
7℃で5分間、次いで真空チャンバ中で5分間乾燥させた。次いでこれらを他の
マイクロタイタープレート上に配置した。70μlのHO(60℃)を添加し
、次いで6000rpmでの3分間の遠心分離を実施した。マイクロタイタープ
レートを−20℃で貯蔵した。
【0050】 1.5 カラムを使用しないプラスミドの単離 この方法はバッファーP4を添加するところまでは項目1.4に記載のように
実施した。次いで上清を6000rpmで10分間遠心分離した後に96ウェル
−ポリオキシメチレン−マイクロタイターブロック中に添加した。150μlの
酸化ケイ素懸濁液を添加し、室温で20分間インキュベートした。これらのプレ
ートを6000rpmで5分間遠心分離した。上清を慎重にデカンテーションし
、400μlのアセトン(−20℃)を添加した。これらのプレートを再びボル
テックス処理(30秒)し、6000rpmで3分間遠心分離した。このアセト
ン洗浄プロセスを一回繰り返した。これらのプレートをまず室温で5分間、次い
で真空チャンバ中で5分間乾燥させた。ペレットを75μlの水(60℃)中で
再懸濁し、かつ6000rpm及び4℃で10分間遠心分離した。上清を96ウ
ェル−マイクロタイタープレート中で−20℃において貯蔵した。
【0051】 2.結果 96ウェル−フォーマットにおける選択不可能な遺伝子に関するスクリーニン
グ法の図解による実施は図1に示されている。この場合、培地を含有する96ウ
ェル−ブロックにノーマリゼーションされた増幅されない、統計的に単一の細菌
クローンを有するcDNA発現ライブラリーのアリコートを接種した。この細菌
培養からプラスミドDNAをミニカラム(項目1.4を参照のこと)の使用下に
単離した。カラムを使用しない相応のプロトコールは項目1.5に記載している
。前記のフォーマット中でのスクリーニングは、4人の作業員が通常約2500
00個のクローンを有する完全にノーマリゼーションされたcDNAライブラリ
ーを約14週間でサンプリングすることを可能にする。
【0052】 このスクリーニング法のためには、非常に高純度のプラスミド−DNAを得る
ことが重要である。このために酸化ケイ素をプラスミド−DNAの結合相として
使用した。カオトロピック物質の存在下でのDNAの酸化ケイ素への結合は知ら
れている(Vogelstein und Gillespie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76(1979),
615-619)。しかしながら、意想外にも供給されるカオトロピック物質、例えば
塩酸グアニジンの不在下でさえ、プラスミド−DNAは十分な能力で酸化ケイ素
に結合することが確認された(図2)。アセトン中での、場合によりSDSを添
加する引き続きの洗浄の後に、プラスミドDNAは(塩化セシウムグラジエント
による精製に相応して)卓越した品質で得られる。通常は、約10μgのプラス
ミドDNAは1.8より大きいOD260/280を有する900μlのLB−
培地から得られ、その内、90%がスーパーコイル形で存在していた。
【0053】 アポトーシスを誘導する遺伝子に関するスクリーニングは上清中の分泌される
アルカリ性ホスファターゼ(SEAP)の活性を測定することによって実施した
。SEAPをコードするDNA配列をレポータープラスミド(Flanagan und Led
er, Cell 63 (1990), 185-195)に構成的なモロニーウイルスLTR−プロモー
ターのコントロール下にcDNA発現ベクターと一緒にBHK細胞(又はHeL
a細胞のような他の細胞)にコトランスフェクションさせることによって導入し
た。
【0054】 トランスフェクションの16時間後に、まずSEAP活性の測定を実施した。
最初の活性を後続の活性測定の正規化のために使用し、ゼロ点として設定した(
図3A)。この正規化は種々のトランスフェクション効率の補正のために実施し
た。
【0055】 コントロールベクターでのコトランスフェクションにおいて、SEAP活性の
激しい増大を見ることができる。しかしながらアポトーシス誘導遺伝子を有する
ベクターでのコトランスフェクションにおいては、SEAP活性の非常に僅かな
増大のみが認められた(図3A)。
【0056】 アポトーシス誘導によるSEAP活性の低下は培養上清(トランスフェクショ
ンの16時間及び36時間後)の2度の測定によって再現的に測定できた。図3
Bは、SEAP活性がアポトーシス誘導遺伝子のコトランスフェクションの場合
にコントロールと比較して10分の1に減少することを示している。記載の方法
を使用して、既に種々のアポトーシス誘導遺伝子を同定できた。
【0057】 例2 マーカープラスミド上のGFP遺伝子のコトランスフェクションによるアポト
ーシス誘導遺伝子の単離 アポトーシス誘導遺伝子によるスクリーニングは、トランスフェクションされ
た細胞の標識のためのGFP遺伝子のコトランスフェクションならびに引き続い
てのアポトーシスを特徴付ける表現型の変化の検出によるアポトーシスの測定に
よって実施した。このように、アポトーシス細胞は細胞質の退縮ひいては細胞容
量の低下を示す。
【0058】 このために遺伝子ライブラリーからの3μgの発現ベクターをそれぞれ1μg
のGFPベクター(pLantern, Gibco BRL)とコトランスフェクションした。ト
ランスフェクションされた細胞(および従ってGFP陽性なので蛍光を発する細
胞)を種々の時点(トランスフェクションの12〜48時間後)に対して蛍光顕
微鏡(Axiovert 25 CFL, Zeiss)中でアポトーシスによって引き起こされる表現
型の変化に応じて調査した。この場合、細胞容量の減少を示す細胞を調査した。
GFPタンパク質が細胞全体に分配されているので、かかる細胞は容易に同定で
きた。適当なコンピュータプログラム及び蛍光カメラの使用下に、該検出を容易
に自動化できた。
【0059】 この形式のスクリーニングによって、アデノシン−ヌクレオチド−トランスロ
カーゼ−1(ANT−1)のための遺伝子が単離された。図6は、細胞中にAN
T−1をトランスフェクションさせることによって引き起こされる形態学的変化
を示している。該遺伝子は、アポトーシスに特異的な別の生物化学的なプロセス
、例えばDNAの分解、ミトコンドリアからのシトクロムcの遊離及びカスパー
ゼファミリーのシステインプロテアーゼの活性化をも誘導する。ANT−1は、
公知のようにアポトーシス誘導に関与するミトコンドリア中の“透過性亢進”複
合体の成分である。該遺伝子の単離は従って、該スクリーニングがアポトーシス
誘導に関与する遺伝子の単離を可能にすることの証明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はドミナントな選択不可能な核酸活性に関する96ウェル−フォーマット
中でのスクリーニング法を図示している図を示す。
【図2】 図2は細菌細胞のアルカリリシス後のDNAが塩酸グアニジニウムの濃度に依
存して酸化ケイ素上に結合する能力を示している。
【図3A】 図3AはSEAP発現ベクター及びコントロールベクター(○)、細胞周期停
止遺伝子p21をコードする発現ベクター(□)及びアポトーシス誘導遺伝子(
◇)を使用するコトランスフェクション試験におけるSEAP活性の時間経過を
示している。
【図3B】 図3Bはアポトーシス誘導によるSEAP活性(ΔA405nm)の低下を示
している。
【図4】 図4はDNA単離ロボットを図示している図を示している。
【図4/I】 図4/IはDNA単離ロボットを図示している図を示している。
【図5】 図5はトランスフェクションロボットを図示している図を示している。
【図5/II】 図5/IIはトランスフェクションロボットを図示している図を示している。
【図6】 図6はGFPのコトランスフェクションによるANT−1でのアポトーシス誘
導における表現型の変化の図を示している。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年1月12日(2001.1.12)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項34
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項35
【補正方法】変更
【補正の内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12M 1/00 C12M 1/34 B 1/34 C12Q 1/02 C12Q 1/02 1/42 1/42 G01N 30/48 K G01N 30/48 30/88 E 30/88 33/483 C 33/483 33/68 33/68 C12N 15/00 A (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 2G045 AA25 AA35 BB20 DA12 DA13 DA14 DA20 DA36 FA11 FA19 FA37 FB01 FB06 4B024 AA11 BA80 CA04 CA11 DA02 EA04 FA02 GA11 HA11 4B029 AA01 AA07 BB11 CC02 DG10 FA10 FA12 4B063 QQ01 QQ33 QR33 QR58 QR77 QR80 QS05 QS36 QX02 4C084 AA13 ZB21 ZB26 ZB33

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターゲット細胞中で選択不可能な活性を示す核酸配列を同定
    するために、 (a)それぞれ1つの調査されるべき核酸配列を発現ベクター上にターゲット細
    胞において活性の発現制御配列と機能的に結合して有する多数の宿主細胞を含む
    DNAライブラリーを作成する工程、 (b)宿主細胞を培養する工程、 (c)培養された宿主細胞から発現ベクターを得る工程、 (d1)ターゲット細胞を (i)工程(c)において得られた発現ベクター及び (ii)レポーターベクター でコトランスフェクションさせる工程または (d2)既にレポーターベクターを有するターゲット細胞を工程(c)で得られ
    た発現ベクターでトランスフェクションさせる工程並びに (e)レポーターベクターの活性をターゲット細胞またはその培養上清において
    、調査される核酸配列の選択不可能な活性に関する定量的量または定性的量とし
    て測定する工程 を含む方法。
  2. 【請求項2】 核酸配列を、任意の由来のゲノム配列、cDNA配列、cD
    NA断片及びアンチセンス分子から選択する、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 選択不可能な活性を、アポトーシス誘導、細胞周期停止、細
    胞分化、細胞代謝の阻害及び遺伝子発現の阻害もしくは活性化から選択する、請
    求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 選択不可能な活性としてアポトーシス誘導を選択する、請求
    項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 ノーマリゼーションされたDNAライブラリーを作成する、
    請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 細菌宿主細胞、特にE.coli宿主細胞を使用する、請求
    項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 発現ベクターとしてプラスミドを使用する、請求項1から6
    までのいずれか1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 工程(b)が少数の宿主細胞の培養を含む、請求項1から7
    までのいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 工程(c)が宿主細胞のアルカリリシスを含む、請求項6か
    ら8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】 アルカリリシス後のDNAをカオトロピック物質を添加せ
    ずに吸着相、特にシリカ吸着相上に結合させる、請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 ターゲット細胞として、遺伝子操作されていてよい真核細
    胞、特にホニュウ類細胞を使用する、請求項1から10までのいずれか1項記載
    の方法。
  12. 【請求項12】 工程(d)におけるトランスフェクションまたはコトラン
    スフェクションをリン酸カルシウム共沈殿、リポフェクション、エレクトロポレ
    ーション、粒子打ち込みまたはウイルス感染によって実施する、請求項11記載
    の方法。
  13. 【請求項13】 工程(d)が発現ベクター及びレポーターベクターの一過
    性トランスフェクションを含む、請求項1から12までのいずれか1項記載の方
    法。
  14. 【請求項14】 レポーターベクターが検出可能な遺伝子産物をコードする
    核酸配列を発現可能な形で有する、請求項1から13までのいずれか1項記載の
    方法。
  15. 【請求項15】 検出可能な遺伝子産物を分泌される酵素から選択する、請
    求項14記載の方法。
  16. 【請求項16】 分泌されるアルカリ性ホスファターゼ(SEAP)を使用
    する、請求項15記載の方法。
  17. 【請求項17】 レポーターベクターの活性測定が培養上清において分泌さ
    れる酵素の活性測定を含む、請求項15または16記載の方法。
  18. 【請求項18】 クロモゲンまたは蛍光を発する酵素基質を使用する、請求
    項17記載の方法。
  19. 【請求項19】 検出可能な遺伝子産物を細胞内で検出可能なポリペプチド
    から選択する、請求項14記載の方法。
  20. 【請求項20】 検出可能な遺伝子産物を蛍光タンパク質から選択する、請
    求項14または19記載の方法。
  21. 【請求項21】 検出可能な遺伝子産物を膜常設の検出可能なポリペプチド
    から選択する、請求項14記載の方法。
  22. 【請求項22】 ターゲット細胞の付加的なパラメータを分析する、請求項
    1から21までのいずれか1項記載の方法。
  23. 【請求項23】 レポーターベクターの活性測定及び、場合により付加的な
    パラメータの測定を蛍光サイトメトリーによって実施する、請求項1から28ま
    でのいずれか1項記載の方法。
  24. 【請求項24】 レポーターベクターの活性をトランスフェクションまたは
    コトランスフェクションの後の少なくとも2つの時点で測定し、その際、第1の
    時点を、発現ベクター上に含む核酸配列の発現がレポーターベクターの活性に影
    響を及ぼさないように選択し、かつ第2の時点を、発現ベクター上に含む核酸配
    列の発現が既にレポーターベクターの活性に測定可能な影響を及ぼしうるように
    選択する、請求項1から23までのいずれか1項記載の方法。
  25. 【請求項25】 実施を少なくとも部分的に自動化する、請求項1から24
    までのいずれか1項記載の方法。
  26. 【請求項26】 工程(b)〜(e)を少なくとも50種の試料に関してそ
    れぞれ並行に実施する、請求項1から25までのいずれか1項記載の方法。
  27. 【請求項27】 更に、同定された遺伝子を診断薬及び治療薬の調製のため
    に使用することを含む、請求項1から26までのいずれか1項記載の方法。
  28. 【請求項28】 アポトーシスプロセスのためのレポーターシステムとして
    の、分泌される酵素の使用。
  29. 【請求項29】 アポトーシスに関連する遺伝子を同定するためのレポータ
    ーシステムとしての、請求項28記載の使用。
  30. 【請求項30】 アポトーシス誘導遺伝子またはアポトーシス抑制遺伝子の
    同定のためのレポーターシステムとしての、請求項29記載の使用。
  31. 【請求項31】 アポトーシスに作用する薬剤を同定するためのレポーター
    システムとしての、請求項28記載の使用。
  32. 【請求項32】 分泌されるアルカリ性ホスファターゼ(SEAP)をレポ
    ーターシステムとして使用する、請求項28から31までのいずれか1項記載の
    使用。
  33. 【請求項33】 請求項1から27までのいずれか1項記載の方法における
    、レポーターシステムとしての分泌される酵素の使用。
  34. 【請求項34】 請求項1から27までのいずれか1項記載の方法を自動的
    に実施するための、 (a)多数の宿主細胞の培養のための手段、 (b)多数の宿主細胞からプラスミドDNAを得る手段、 (c)多数のターゲット細胞のトランスフェクション及び培養のための手段及び
    (d)ターゲット細胞におけるレポーターベクターの活性を測定するための手段
    を有する装置。
  35. 【請求項35】 宿主細胞からプラスミドDNAを得るためのロボット及び
    ターゲット細胞のトランスフェクションのためのロボットを有する、請求項34
    記載の装置。
JP2000596136A 1999-01-29 2000-01-28 アポトーシスを誘導するdna配列の単離方法及び検出システム Pending JP2002535003A (ja)

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