WO1993025678A1 - BETA-SUBUNIT OF A Na+/D-GLUCOSE COTRANSPORTER - Google Patents

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WO1993025678A1
WO1993025678A1 PCT/EP1993/001343 EP9301343W WO9325678A1 WO 1993025678 A1 WO1993025678 A1 WO 1993025678A1 EP 9301343 W EP9301343 W EP 9301343W WO 9325678 A1 WO9325678 A1 WO 9325678A1
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glucose
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crna
nucleic acid
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PCT/EP1993/001343
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Hermann Koepsell
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MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/435Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • C07K14/705Receptors; Cell surface antigens; Cell surface determinants
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides

Definitions

  • the present invention relates to a protein with the biological activity of a / 3 subunit of a Na + / glucose cotransporter, and to a nucleic acid fragment which contains a nucleotide sequence which codes for the same protein.
  • the invention further relates to a recombinant vector which contains the nucleic acid fragment and to a host cell which contains this vector.
  • the invention further relates to a method for the production of the protein and a pharmaceutical composition containing this protein.
  • Na + / glucose cotransporters occur in mammals, for example in the kidney and intestine.
  • the transport protein In the intestine, the transport protein is responsible for the glucose uptake from the diet. In the kidney, it transports the filtered glucose back into the blood. Because of the different food supply in the intestine and the different glucose concentration in the different sections of the kidney tubule, the activity of the Na + / glucose cotransport protein has to be regulated.
  • the transport properties of the transport protein can be regulated specifically within different kidney sections according to the biological requirements.
  • An overview of the transport properties of various glucose transporters can be found in Annu. Rev. Biochem. 60, p.757 ff, 1991.
  • Ikeda et al Starting from RNA isolated from rabbit intestine, a gene was cloned which codes for a protein which is able to transport Na + together with glucose (Ikeda TS et al., Membrane Biol. 110, 87-95, 1989) .
  • the gene for a human protein with Na / glucose cotransport properties was cloned and designated SGLT1.
  • the rabbit and human clones have 85% homology at the protein level.
  • the proteins encoded by these genes carry out a Na-dependent glucose transport, which however cannot be regulated. If the genes are expressed in Xenopus oocytes (Ikeda TS et al., Membrane Biol. 110, 87-95, 1989) or cell culture cells (Birnir, B. et al., Biochim. Biophys. Acta 1048, 100-104, 1990) , one finds other transport properties than under in vivo conditions. Obviously, the known non-regulatable proteins represent only a part of the complete regulable Na + / glucose cotransporter. They are referred to below as “subunits”.
  • Inhibition of the Na / glucose cotransporter in the kidney could also be used in diabetics to improve the regulation of blood glucose levels achieved during insulin therapy. That would be one of the reasons important because the late damage that occurs in diabetes can often be attributed to hitherto unavoidable, intermediate increases in the blood sugar level. If the Na + / glucose cotransporter were inhibited in the kidney, there would be an increased glucose excretion in the urine and thus a decrease in the glucose concentration in the blood.
  • the object of the present invention is to provide a protein which enables regulation of the activity of Na / glucose cotransporters.
  • a protein with the biological activity of a / 3 subunit of a Na / glucose cotransporter which is encoded by a nucleotide sequence selected from a DNA sequence which codes for the amino acid sequence of FIG. 6, and selected from nucleic acid sequences that hybridize with this sequence and code for a protein with the biological activity of the jS subunit of a Na / glucose cotransporter.
  • Another object is to provide a nucleic acid fragment which codes for a protein of the type mentioned at the beginning.
  • This object is achieved according to the invention by a nucleic acid fragment containing a nucleotide sequence selected from a DNA sequence comprising the sequence from nucleotide position 1 to 4529 of FIG. 6 and selected from nucleic acid sequences, preferably DNA sequences which correspond to the Hybridize sequence from FIG. 6 and code for a protein with the biological activity of the ⁇ subunit of a Na + / glucose cotransporter.
  • Another object is to provide a recombinant vector containing the above-mentioned nucleic acid fragment.
  • Another object is to provide a host cell which contains the vector mentioned above.
  • Another object is to provide a pharmaceutical composition containing the above protein.
  • Another object is to provide a method for producing the protein mentioned in the introduction.
  • Figure 1 In vitro expression of a single polypeptide by plasmid P20, the polypeptide specifically reacting with the onoclonal antibody R4A6.
  • Reticulocyte lysate with (c, d) or without L- [35S] meth ⁇ .on ⁇ n (a, b, e, f, g) was mixed with water (P20 -) or with P20 cRNA
  • FIG. 2 Different effects of P20 on Na + / glucose cotransport in Xenopus oocytes with high and low endogenous transport activity.
  • Xenopus laevis oocytes with low activity of Na-dependent D-glucose transport or methyl- ⁇ -D-glucopyranoside (AMG) transport (a, b) and those with high endogenous transport activity (c, d) were identified at 50 ⁇ l water (c) or with 50 ⁇ l water containing 0.3 ng P20-CRNA, (P20) injected. After 48 h (18 ° C.) incubation, the uptake of 50 ⁇ M D-glucose and 50 ⁇ M AMG was measured in the presence or absence of Na. A representative experiment is shown.
  • Figure 3 Dependency of the AMG transport, expressed in Xenopus oocytes, on the amount of SGLTl cRNA (a) and P20 cRNA injected, which was co-injected with SGLTl cRNA (b, c). In (a) different amounts of SGLTl cRNA were injected, in b) 0.15 ng SGLTl cRNA per oocyte was injected together with different amounts of P20 cRNA, and in c) 1.2 ng SGLTl cRNA and different amounts were injected P20-CRNA injected.
  • FIG. 4 Comparison of the glucose dependence of the Na / glucose cotransport after expression of SGLTl cRNA or of stoichiometric amounts of SGLTl cRNA and P20-CRNA.
  • SGLTl cRNA Different amounts of SGLTl cRNA were injected per oocyte alone (a, 0.145 ng; b, 0.5 ng; c, 1.2 ng) or together with a stoichiometric amount of P20 cRNA (a, 0.51 ng; b , 1.75 ng; c, 4.2 ng).
  • a stoichiometric amount of P20 cRNA a, 0.51 ng; b , 1.75 ng; c, 4.2 ng.
  • the AMG uptake in oocytes injected with cRNA and with water was measured and the expressed uptake rates were calculated (mean +/- sem of 8 to 10 oocytes are shown). The straight lines were adjusted on the assumption that there is 1 transport point, while the curves were calculated on the assumption that there are 2 glucose transport points.
  • Open symbols represent values that were obtained after injection of SGLTl cRNA alone.
  • V in pmol x mg xh -1 (a insertion) 15.5 +/- 0.35, (b) 176.9 +/- 2.2, (c) 570.2 +/- 10.5;
  • K Q 5 in ⁇ M (a insertion) 117 +/- 6; (b) 122 +/- 3; (c) 126 +/- 5.
  • Closed symbols represent values which were obtained after co-injection of SGLTl cRNA and P20 cRNA.
  • Figure 5 Comparison of the . Glucose dependence of the Na + / glucose cotransport after expression of SGLTl cRNA or of SGLTl cRNA with an excess of P20 cRNA. 0.3 ng'SGLTl cRNA (o) or 0.3 ng SGLTl cRNA + 8.5 ng P20-CRNA (.) Were injected per oocyte. The expressed uptake rates were measured and shown as in FIG. 4.
  • FIG. 6 nucleotide sequence and putative amino acid sequence of P20.
  • a possible translation start site (nucleotides 118 to 127) and two consensus polyadenylation signals (nucleotides 1861-1866, 2922-2927) are underlined. 15 amino acids are framed at the C-terminus and can form a membrane-spanning ⁇ -helix. Six potential N-glycosylation sites are indicated by circles.
  • Figure 7 The figure shows frozen sections through the animal pole of oocytes of the clawed frog Xenopus laevis, which were developed with a monoclonal antibody directed against the ⁇ subunit (R4A6). The antibody was marked with a fluorescent substance and then detected in a fluorescence microscope. a) shows an oocyte after injection of cRNA which codes for the ⁇ subunit. Here you can see a weak antibody reaction in the plasma membrane. This indicates that the oocyte has an endogenous ⁇ -subunit (P20 protein), which is incorporated into the membrane together with the additionally expressed ⁇ -subunit.
  • P20 protein endogenous ⁇ -subunit
  • b) shows an oocyte after co-injection of cRNA of the ⁇ subunit (SGLT1) and cRNA of the ⁇ subunit (P20).
  • SGLT1 cRNA of the ⁇ subunit
  • P20 cRNA of the ⁇ subunit
  • c) shows a control oocyte that was injected with water. The antibody does not react here.
  • Figure 8 The figure shows an experiment in which it is demonstrated that the regulatory / 3 subunit of the Na + / D-glucose cotransporter also occurs in the small intestine. Polymerase chain reactions were carried out with oligonucleotide primers derived from the sequence of the P20 clone, which correspond to positions 793-811 (5 'GCTTTTG-GTCATTAGTAGT 3') and 1562-1578 (3 'GGATGTATTGGTACCTT 5', opposite strand) in FIG.
  • the right part of the illustration (B) shows a parallel experiment in which the products separated in the agarose gel were transferred to nylon foil and then with one of the sequence of the P20 derived, but in this case radioactively marked oligonucleotide were hybridized.
  • the radioactively labeled oligonucleotide came from the region between the two oligonucleotide primers used for the PCR reaction.
  • the experiment shows that transcripts of the expected length (786 bp) are produced from the pig kidney and pig intestine using the mRNA. It proves that there is a protein in the pig intestine that is very similar to or identical to the ⁇ -subunit cloned from the kidney.
  • a monoclonal antibody was used which is directed against the Na / glucose cotransporter from porcine kidney, but does not react with the already known SGLT1 protein.
  • This antibody (R4A6) stimulates Na-dependent phlorizin binding in pig kidney and rat intestine (Haase, W. et al., Eur. J. Cell Biol. 52, 297-3009, 1990; Koepsell, H. et al., J Biol. Chem. 263, 18419-18429, 1988).
  • the antigenic polypeptide of R4A6 shows a similar immunohistochemical distribution as other antibodies which are directed against the Na + / glucose transporter (Haase, W. & Koepsell, H., Eur. J. Cell Biol 48, 360-374, 1989; Takata, K. et al., Histoche. Cytochem. 39, 287-298, 1991).
  • a cDNA expression bank was screened which had been prepared from RNA from porcine kidney cortex.
  • a positive clone (P20) with a 4.5 kb length cDNA insert was isolated. P20 does not hybridize with SGLTl cDNA and with cDNAs encoding Na + independent glucose transporters (James, DE et al., Nature 338, 83-87, 1989; Celenza, JL et al., Proc. Natn. Acad. Sei USA 85, 2130-2134, 1988; Mueckler, M. & Lodish, HF, Cell 44, 629-637, 1986).
  • P20 was translated in vitro using a customary reticulocyte lysate in order to estimate the size of the polypeptide encoded by P20 and to test the reactivity against control antibodies. After adding P20 cRNA to the reticulocyte lysate, a single polypeptide was synthesized, which runs in the SDS polyacrylic gel with an apparent molecular weight of 70,000 and reacts specifically with the monoclonal antibody R4A6 (FIG. 1).
  • P20-CRNA was injected into Xenopus laevis oocytes in order to determine the effect of the polypeptide encoded by P20 on the endogenous Na / glucose cotransport. Consistent with previous observations (Weber, W.-M. et al., Membrane Biol. 111, 93-102, 1989), the endogenous Na + / glucose cotransport varies considerably depending on the various oocyte preparations.
  • FIG. 3a shows the correlation between AMG transport and the amount of SGLT1 cRNA injected.
  • Co-injections of P20-CRNA with SGLTl-cRNA which were carried out with many different oocyte preparations, showed that the effects of P20 depended on the total amount of SGLTl-cRNA injected and on the ratio between the Amount of SGLTl cRNA and P20 cRNA injected.
  • P20 cRNA stimulated the transport of 50 ⁇ M AMG between 2 to 25 times when 0.2 ng or less SGLTl cRNA was injected per oocyte (10 experiments, molar ratios of P20-CRNA to SGLTl cRNA from 1.8 to 4.5).
  • FIG. 4 shows the glucose dependency of the AMG uptake after injection of three different amounts of SGLTl cRNA alone and after co-injection of SGLTl cRNA with a fixed stoichiometric amount of P20-CRNA.
  • Different amounts of SGLTl cRNA were used to obtain Michaelis-Menten kinetics with IC values between 96 +/- 5 and 126 +/- 5 ⁇ M.
  • ⁇ of the transport increased, whereas the K_ value remained constant. This indicates that the properties of the transporter expressed by SGLT1 are independent of the transporter density in the membrane.
  • RNA samples isolated from the small intestine of a) two-week-old sheep during lactation b) adult sheep (2 years old) and c) adult sheep infused with D-glucose. Ren, polymerase chain reactions were carried out.
  • the primer pairs described in the legend to FIG. 8 were used as oligonucleotide primers. It was found that only in the young sheep (group a) and in the adult sheep infused with glucose (group c) did reaction products occur with the expected length.
  • the nucleotide sequence and the amino acid sequence of P20 derived therefrom is shown in FIG. 6.
  • the open reading frame (ORF) begins at the EcoRI cloning site at nucleotide position 1 and is identical to the open reading frame of a ⁇ -galactosidase fusion protein in ⁇ Zap phage (Short, JM et al., Nucleic Acids Res. 16 , 7583-7600, 1988).
  • a protein with 522 amino acids with a molecular mass of 56245 Da is derived from this open reading frame.
  • the open reading frame may extend beyond the 5 'end of P20, ie P20 may not contain the nucleotides coding for the N-terminal amino acids of the native protein.
  • nucleotides 118 to 127 can serve as a translation initiation sequence in eukaryotes (Staden, R., Nucleic Acids Res. 12, 505-519; Kozak, M., Nucleic Acids Res. 12, 857-872, 1984).
  • the 3 'non-coding region of P20 is 2962 bp long and contains 2 consensus polyadenylation signals (AATAAA).
  • a comparison of the nucleic acid sequence of P20 with databases shows no homology with other sequences.
  • the P20 protein contains 24% charged amino acids which are arranged in clusters and which are concentrated at the N-terminus. Furthermore, 6 N-linked glycosylation sites are predictable (Bause, E., Biochem. J. 209, 331-336, 1983). All indications suggest that the major part of the protein is on the outside of the membrane. This interpretation agrees with the observation that the antibody R4A6 binds to the extracellular part of the Na / glucose cotransporter. The data suggest that the complete Na + / glucose cotransporter is a heterooligomer consisting of SGLT1 and P20 type polypeptides.
  • SGLT1-type polypeptides represent the membrane-spanning pump, but the physiological properties of the transporter with transport points with low and high affinity only after the composition with the P20-type polypeptides ( ⁇ - Subunits) can be obtained.
  • the .alpha.-subunit is an integral membrane protein which only protrudes from the membrane with short sections at a few points
  • the .beta.-subunit is a protein which is anchored to the cell membrane at one end and closed more than 90% protrudes from the membrane into the intestinal lumen or into the lumen of the proximal renal tubule.
  • This extracellular part can be influenced by pharmaceuticals.
  • the ⁇ -subunit regulates the activity of the Na + / glucose co-transporter, this transport activity can be influenced by pharmaceuticals via the ⁇ -subunit.
  • the ⁇ -subunit can serve as a receptor for various types of pharmaceutical active substances, the active substances being able to bind easily to the accessible ⁇ -subunit and thus being able to modulate the activity of the transport, as is possible, for example, with phlorizin.
  • a protein with “the biological activity of a ⁇ -subunit” is understood to mean a protein or polypeptide which can regulate the activity of a Na + / glucose cotransporter depending on the glucose concentration.
  • a pharmaceutical composition containing the protein according to the invention can be produced by the customary production process and comprises the customary auxiliaries and carriers.
  • nucleic acid fragments isolated from rabbits and humans which code for the ⁇ subunit of the Na / glucose cotransporter, have a high sequence homology. This also applies to the sequence contained in P20 and other mammalian sequences (see FIG. 8). It is therefore possible, using the cDNA described herein and by means of the methods used in the field of recombinant DNA technology, as described, for example, in Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) to isolate further DNA sequences from other mammalian species, such as humans, which are necessary for the ⁇ subunit of Na + / Encode glucose cotransporters.
  • RNA which had been isolated from human intestine and human kidney
  • cDNA was first produced.
  • the synthesized cDNA was then used in the polymerase chain reaction, which was carried out with the following oligonucleotide primers:
  • the nucleic acids coding for the ⁇ -subunit can be of natural origin, such as genomic DNAs or cDNAs, also of a synthetic nature, such as DNA that can be produced with the aid of automatic synthesizers, as well as of a semi-synthetic nature.
  • the selection of the vector for taking up the nucleic acid coding for the protein according to the invention depends on the host cell used and is within the range of the person skilled in the art. Suitable vectors are described, for example, in the laboratory manual by Sambrook et al. listed.
  • the recombinant vectors which carry the nucleic acid fragments according to the invention can be introduced into the corresponding host cells by customary methods, as described, for example, in Sambrook et al., See above.
  • host cells Microorganisms in question, such as bacteria of the species E.coli and B.subtilis.
  • Eukaryotic organisms such as yeasts can also be used. It is also possible to use eukaryotic cell culture cells or cultured insect cells.
  • the recombinant proteins with the biological activity of a ⁇ -subunit of a Na / glucose cotransporter can be isolated by conventional methods using conventional methods.
  • the protein according to the invention can be used for pharmacologically influencing the Na + / glucose cotransport activity. So the ß-subunit of the invention
  • Na + / glucose cotransporters are assembled together with the ⁇ subunit to form an intact complex, purified and crystallized in order to determine the tertiary structure of the transporter by X-ray structure studies. Based on this data, specific active substances that bind to transporters can be produced.
  • the protein according to the invention thus enables for the first time the targeted production of a ligand that binds to the Na / glucose cotransporter.
  • a ligand can be used to regulate the activity of a Na / glucose cotransporter, for example to inhibit the activity in diabetics.
  • Example 1 In vitro expression of a single polypeptide by P20 which specifically reacts with the monoclonal antibody R4A6.
  • sense cRNA purified Bluescript plasmids (available from the Stragene company) containing P20 were linearized with Xhol and the cRNA provided with 5'7meGppp5'G was purified by T3 polymerase synthesized using the mCAP mRNA capping kit from Stratagene. The cRNA was dissolved in diethyl pyrocarbonate (DEPC) treated water and the cRNA concentration was determined (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989 ). 45 ⁇ l were used for in vitro translation
  • Rabbit reticulocyte lysate (Amersham) with or without L- [ 35 S] methionine (15 ⁇ Ci)) mixed with 5 ⁇ l water without or with 0.9 ⁇ g P20-CRNA. After 1 h (37 ° C.) incubation, 50 ⁇ l 125 mM Tris-HCl pH 6.8, 4% (w / v) SDS, 10% (w / v) ⁇ -mercaptoethanol, 20% (w / v ) Added polyethylene glycol and 20 ⁇ l aliquots were used for SDS polyacrylamide gel electrophoresis.
  • oocytes were collected after collagenase treatment (Schmalzing, G. et al., Biochem. J. 279, 329-336, 1991) and 50 nl of DEPC-treated water without or with cRNA were injected per oocyte.
  • the oocytes were kept in 5 mM Hepes-Tris pH 7.8, 110 mM NaCl, 3 mM KC1, 2 mM CaCl 2 , 1 mM MgCl 2 (ORi) buffer, containing 50 mg / 48 h (18 ° C). 1 gentamicin incubated. The glucose uptake was measured by incubating the oocytes at 22 ° C.
  • the transport of 50 ⁇ M AMG in Xenopus laevis oocytes was measured in the presence of 110 mM Na (see Example 2) and corrected for the AMG uptake measured in oocytes injected with water.
  • Nucleotide sequence and derived amino acid sequence of P20 MRNA purified from pig kidney cortex (Oberleithner, H. et al., Methods Enzymol. 191, 437-449, 1990) was used to produce a cDNA library in ⁇ -Zap phage (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) using oligo-dT. The library was screened for antibodies using the monoclonal antibody R4A6 using a second antibody coupled to phosphatase (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York , 1989).
  • Plaque was isolated and the pBluescript SK plasmid (with cDNA insert) was excised using helper phage R408.
  • XL1-Blue cells were transfected and the plasmid DNA was purified from liquid cultures (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989).
  • dideoxynucleotide chain termination method Karluk, RG et al., Gene 40, 317-323, 1985
  • cDNA Polymerase chain reaction for the detection of cDNA, which is synthesized starting from RNA isolated from human intestine and human kidney and is homologous to the P20 cDNA.
  • the PCR reaction was carried out in a reaction frame of 50 ⁇ l in the presence of human RNA; 67 mM Tris HC1 pH 8.8; 6.7 mM MgCl 2 ; 1 mM each of dNTPs; 0.17 mg / ml bovine serum albumin; each carried out 20 pmol primer.

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Abstract

A protein is capable of regulating the activity of Na+/glucose cotransporters. The cDNA which codes for this protein has been cloned from kidneys. The regulatory activity of the disclosed protein has been shown by co-expression in Xenopus oocytes of the disclosed cDNA with the cDNA which codes for the subunit responsible for transport functions (α-subunit) and by kinetic measurements of the glucose or methyl-α-D-glucopyranoside. This new protein offers for the first time the possibility to pharmacologically influence the transport of glucose by Na+/glucose cotransporters. Also disclosed are the nucleic acid sequences that code for the new protein, as well as a process for producing the same by recombinant DNA technology.

Description

BETA-UNTEREINHEIT EINES NA+/D-GLUCOSE-COTRANSPORTERS BETA UNIT OF A NA + / D-GLUCOSE COTRANSPORTER
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Protein mit der biologischen Aktivität einer /3-Untereinheit eines Na+/Glucose-Cotransporters, sowie ein Nukleinsäurefrag- ment, das eine Nukleotidsequenz enthält, die für selbiges Protein kodiert. Weiterhin betrifft die Erfindung einen rekombinanten Vektor, der das Nukleinsäurefragment ent¬ hält, sowie eine Wirtszelle, die diesen Vektor enthält. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstel¬ lung des Proteins und eine pharmazeutische Zusammenset¬ zung, die dieses Protein enthält.The present invention relates to a protein with the biological activity of a / 3 subunit of a Na + / glucose cotransporter, and to a nucleic acid fragment which contains a nucleotide sequence which codes for the same protein. The invention further relates to a recombinant vector which contains the nucleic acid fragment and to a host cell which contains this vector. The invention further relates to a method for the production of the protein and a pharmaceutical composition containing this protein.
Na+/Glucose-Cotransporter kommen bei Säugetieren bei¬ spielsweise in Niere und Darm vor. Im Darm ist das Trans¬ portprotein für die Glucoseaufnähme aus der Nahrung ver¬ antwortlich. In der Niere transportiert es die filtrierre Glucose wieder ins Blut zurück. Wegen des unterschiedli¬ chen Nahrungsangebotes im Darm und der unterschiedlichen Glucosekonzentration in den verschiedenen Abschnitten des Nierentubulus muß die Aktivität des Na+/Glucose- Cotransportproteins reguliert werden.Na + / glucose cotransporters occur in mammals, for example in the kidney and intestine. In the intestine, the transport protein is responsible for the glucose uptake from the diet. In the kidney, it transports the filtered glucose back into the blood. Because of the different food supply in the intestine and the different glucose concentration in the different sections of the kidney tubule, the activity of the Na + / glucose cotransport protein has to be regulated.
Es wurde gezeigt, daß der Na^/Glucose-Cotransporter Glucose sowohl bei sehr niedrigen als auch bei sehr hohen Glucosekonzentrationen effektiv transportieren kann.It has been shown that the Na ^ / glucose cotransporter can effectively transport glucose at both very low and very high glucose concentrations.
Die Transporteigenschaften des Transportproteins können spezifisch innerhalb verschiedener Nierenabschnitte entsprechend den biologischen Erfordernissen reguliert werden. Eine Übersicht über die Transporteigenschaften verschiedener Glucosetransporter befindet sich in Annu. Rev. Biochem. 60, S.757 ff, 1991. Von Ikeda et al. wurde ausgehend von aus Kaninchendarm isolierter RNA ein Gen kloniert, das für ein Protein ko¬ diert, welches in der Lage ist, Na+ zusammen mit Glucose zu transportieren (Ikeda T.S. et al., Membrane Biol. 110, 87-95, 1989). Weiterhin wurde das Gen für ein humanes Pro¬ tein mit Na /Glucose-Cotransporteigenschaften kloniert und als SGLT1 bezeichnet. Die Kaninchen- und humanen Klone be¬ sitzen 85% Homologie auf Proteinebene. Die von diesen Genen kodierten Proteine führen einen Na -abhängigen Glu- cosetransport durch, der jedoch nicht regulierbar ist. Werden die Gene in Xenopus-Oocyten (Ikeda T.S. et al., Membrane Biol. 110, 87-95, 1989) oder Zellkulturzellen (Birnir, B. et al., Biochim. biophys. Acta 1048, 100-104, 1990) exprimiert, so findet man andere Transporteigen¬ schaften als unter in vivo Bedingungen. Offensichtlich stellen die bekannten nicht regulierbaren Proteine nur einen Teil des kompletten regulierbaren Na+/Glucose- Cotransporters dar. Sie werden im folgenden als «-Untereinheiten bezeichnet.The transport properties of the transport protein can be regulated specifically within different kidney sections according to the biological requirements. An overview of the transport properties of various glucose transporters can be found in Annu. Rev. Biochem. 60, p.757 ff, 1991. By Ikeda et al. Starting from RNA isolated from rabbit intestine, a gene was cloned which codes for a protein which is able to transport Na + together with glucose (Ikeda TS et al., Membrane Biol. 110, 87-95, 1989) . Furthermore, the gene for a human protein with Na / glucose cotransport properties was cloned and designated SGLT1. The rabbit and human clones have 85% homology at the protein level. The proteins encoded by these genes carry out a Na-dependent glucose transport, which however cannot be regulated. If the genes are expressed in Xenopus oocytes (Ikeda TS et al., Membrane Biol. 110, 87-95, 1989) or cell culture cells (Birnir, B. et al., Biochim. Biophys. Acta 1048, 100-104, 1990) , one finds other transport properties than under in vivo conditions. Obviously, the known non-regulatable proteins represent only a part of the complete regulable Na + / glucose cotransporter. They are referred to below as “subunits”.
Es würde einen großen medizinischen Fortschritt bedeuten, wenn man die Aktivität des Na /Glucose-Cotransporters ge¬ zielt beeinflussen könnte. So würde eine Hemmung des Na+/Glucose-Cotransporters im Darm die Glucoseaufnah e verhindern oder drastisch reduzieren. Dies wäre beispiels¬ weise bei Diabetikern wünschenswert, da es den Bedarf an Insulin verringern und eine Lockerung der Diätvorschriften für den Diabetiker ermöglichen würde.It would be a major medical advance if the activity of the Na / glucose cotransporter could be influenced in a targeted manner. Inhibiting the Na + / glucose co-transporter in the intestine would prevent or drastically reduce glucose uptake. This would be desirable for diabetics, for example, since it would reduce the need for insulin and allow the diabetic to relax the dietary requirements.
Eine Hemmung des Na /Glucose-Cotransporters in der Niere könnte ebenfalls beim Diabetiker eingesetzt werden, um die bei der Insulintherapie erzielte Regulation des Blutgluco- sespiegels zu verbessern. Dies wäre unter anderem deshalb wichtig, weil die bei Diabetes auftretenden Spätschädigun¬ gen oft auf bisher nicht zu verhindernde, intermediär auf¬ tretende Erhöhungen des Blutzuckerspiegels zurückzuführen sind. Bei einer Hemmung des Na+/Glucose-Cotransporters in der Niere käme es zu einer vermehrten Glucoseausscheidung im Harn und somit zu einer Verringerung der Glucosekonzen¬ tration im Blut.Inhibition of the Na / glucose cotransporter in the kidney could also be used in diabetics to improve the regulation of blood glucose levels achieved during insulin therapy. That would be one of the reasons important because the late damage that occurs in diabetes can often be attributed to hitherto unavoidable, intermediate increases in the blood sugar level. If the Na + / glucose cotransporter were inhibited in the kidney, there would be an increased glucose excretion in the urine and thus a decrease in the glucose concentration in the blood.
Eine Hemmung des Na /Glucose-Cotransporters in Darm und Niere würde weiterhin zu einer erniedrigten Energieaufnah¬ me im Darm und zu einem erheblichen Energieverlust in der Niere führen. Die Regulation der Transportleistung des Na+/Glucose-Cotransporters könnte somit auch in der Thera¬ pie von Fettsucht eingesetzt werden.Inhibition of the Na / glucose cotransporter in the intestine and kidney would furthermore lead to reduced energy absorption in the intestine and to a considerable loss of energy in the kidney. The regulation of the transport performance of the Na + / glucose cotransporter could thus also be used in the therapy of obesity.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Protein bereitzustellen, das eine Regulation der Aktivität von Na /Glucose-Cotransportern ermöglicht.The object of the present invention is to provide a protein which enables regulation of the activity of Na / glucose cotransporters.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Pro¬ tein mit der biologischen Aktivität einer /3-Untereinheit eines Na /Glucose-Cotransporters, das kodiert wird durch eine Nukleotidsequenz, ausgewählt aus einer DNA-Sequenz, die für die Aminosäuresequenz der Fig. 6 kodiert, und aus¬ gewählt aus Nukleinsäuresequenzen, die mit dieser Sequenz hybridisieren und für ein Protein mit der biologischen Ak¬ tivität der jS-Untereinheit eines Na /Glucose-Cotranspor¬ ters kodieren.This object is achieved according to the invention by a protein with the biological activity of a / 3 subunit of a Na / glucose cotransporter which is encoded by a nucleotide sequence selected from a DNA sequence which codes for the amino acid sequence of FIG. 6, and selected from nucleic acid sequences that hybridize with this sequence and code for a protein with the biological activity of the jS subunit of a Na / glucose cotransporter.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Nukleinsäurefrag- ment bereitzustellen, das für ein Protein der Eingangs ge¬ nannten Art kodiert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Nuk¬ leinsäurefragment, enthaltend eine Nukleotidsequenz, aus¬ gewählt aus einer DNA-Sequenz, umfassend die Sequenz von Nukleotidposition 1 bis 4529 der Fig. 6, und ausgewählt aus Nukleinsäuresequenzen, bevorzugt DNA-Sequenzen, die mit der Sequenz aus Fig. 6 hybridisieren und für ein Pro¬ tein mit der biologischen Aktivität der ß-Untereinheit eines Na+/Glucose-Cotransporters kodieren.Another object is to provide a nucleic acid fragment which codes for a protein of the type mentioned at the beginning. This object is achieved according to the invention by a nucleic acid fragment containing a nucleotide sequence selected from a DNA sequence comprising the sequence from nucleotide position 1 to 4529 of FIG. 6 and selected from nucleic acid sequences, preferably DNA sequences which correspond to the Hybridize sequence from FIG. 6 and code for a protein with the biological activity of the β subunit of a Na + / glucose cotransporter.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen rekombinanten Vektor, enthaltend das oben genannte Nukleinsäurefragment, bereitzustellen.Another object is to provide a recombinant vector containing the above-mentioned nucleic acid fragment.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Vektor gemäßt Anspruch 9.This object is achieved according to the invention by a vector according to claim 9.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Wirtszelle zur Verfügung zu stellen, die den oben genannten Vektor ent¬ hält.Another object is to provide a host cell which contains the vector mentioned above.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch eine Wirtszelle gemäß Anspruch 13.This object is achieved according to the invention by a host cell according to claim 13.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung, enthaltend das oben genannte Protein.Another object is to provide a pharmaceutical composition containing the above protein.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung des Eingangs genannten Proteins bereitzustellen.Another object is to provide a method for producing the protein mentioned in the introduction.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ver¬ fahren, umfassend Kultivieren einer Wirtszelle, enthaltend den oben genannten rekombinanten Vektor, und Isolieren des exprimierten Proteins. ■ • Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 1 bis 8 näher erläutert.This object is achieved according to the invention by a method comprising cultivating a host cell containing the recombinant vector mentioned above and isolating the expressed protein. ■ • The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 8.
Figur 1: In vitro-Expression eines einzelnen Polypeptids durch Plasmid P20, wobei das Polypeptid spezifisch mit dem onoklonalen Antikörper R4A6 reagiert. Retikulozytenlysat mit (c, d) oder ohne L-[ 35S]Methι.onιn (a, b, e, f, g) wurde gemischt mit Wasser (P20 -) oder mit P20-cRNAFigure 1: In vitro expression of a single polypeptide by plasmid P20, the polypeptide specifically reacting with the onoclonal antibody R4A6. Reticulocyte lysate with (c, d) or without L- [35S] methι.onιn (a, b, e, f, g) was mixed with water (P20 -) or with P20 cRNA
(P20 +) , bei 37 °C inkubiert, und die Proben wurden für die SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese (SDS-PAGE) verwen¬ det. Das Gel wurde getrocknet und autoradiographiert (c, d) , oder die Proteine wurden auf Nitrozellulose überführt und entweder mit Amidoschwarz gefärbt (a, b) oder dem mo¬ noklonalen Antikörper R4A6 (e, f) oder einem IgM Antikör¬ per als Kontrolle (g) exponiert.(P20 +), incubated at 37 ° C., and the samples were used for SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The gel was dried and autoradiographed (c, d), or the proteins were transferred to nitrocellulose and either stained with amido black (a, b) or the monoclonal antibody R4A6 (e, f) or an IgM antibody as a control ( g) exposed.
Figur 2: Verschiedene Effekte von P20 auf den Na+/Glucose- Cotransport in Xenopus-Oozyten mit hoher und niedriger en¬ dogener Transportaktivität. Xenopus laevis-Oozyten mit niedriger Aktivität des vom Na -Gradienden abhängigen D-Glucosetransports oder Methyl-α-D-Glucopyranosid (AMG)-Transports (a, b) und solche mit hoher Aktivität des endogenen Transports (c, d) wurden mit 50 μl Wasser (c) oder mit 50 μl Wasser, enthaltend 0,3 ng P20-CRNA, (P20) injiziert. Nach 48 h (18 °C) Inkubation wurde die Aufnahme von 50 μM D-Glucose und von 50 μM AMG in der Anwesen¬ heit bzw. Abwesenheit von Na gemessen. Ein representati- ves Experiment ist gezeigt. Na -abhängige Aufnahmeraten von 10 Oozy .en sind als Mittelwert +/- s.e. . (Standardabweichung/n, wobei n = Zahl der Einzelmessungen) angegeben. Figur 3: Abhängigkeit des AMG-Transports, exprimiert in Xenopus-Oozyten, von der Menge an injizierter SGLTl-cRNA (a) und P20-cRNA, die mit SGLTl-cRNA (b, c) koinjiziert wurde. In (a) wurden verschiedene Mengen an SGLTl-cRNA injiziert, in b) wurden 0,15 ng SGLTl-cRNA pro Oozyte zusammen mit verschiedenen Mengen P20-cRNA injiziert, und in c) wurden 1,2 ng SGLTl-cRNA und verschiedene Mengen P20-CRNA injiziert.Figure 2: Different effects of P20 on Na + / glucose cotransport in Xenopus oocytes with high and low endogenous transport activity. Xenopus laevis oocytes with low activity of Na-dependent D-glucose transport or methyl-α-D-glucopyranoside (AMG) transport (a, b) and those with high endogenous transport activity (c, d) were identified at 50 μl water (c) or with 50 μl water containing 0.3 ng P20-CRNA, (P20) injected. After 48 h (18 ° C.) incubation, the uptake of 50 μM D-glucose and 50 μM AMG was measured in the presence or absence of Na. A representative experiment is shown. Na-dependent uptake rates of 10 oocytes are the mean +/- se. (Standard deviation / n, where n = number of individual measurements). Figure 3: Dependency of the AMG transport, expressed in Xenopus oocytes, on the amount of SGLTl cRNA (a) and P20 cRNA injected, which was co-injected with SGLTl cRNA (b, c). In (a) different amounts of SGLTl cRNA were injected, in b) 0.15 ng SGLTl cRNA per oocyte was injected together with different amounts of P20 cRNA, and in c) 1.2 ng SGLTl cRNA and different amounts were injected P20-CRNA injected.
Figur 4: Vergleich der Glucoseabhängigkeit des Na /Glucose-Cotransports nach Expression von SGLTl-cRNA oder von stöchiometrischen Mengen an SGLTl-cRNA und P20-CRNA.FIG. 4: Comparison of the glucose dependence of the Na / glucose cotransport after expression of SGLTl cRNA or of stoichiometric amounts of SGLTl cRNA and P20-CRNA.
Verschiedene Mengen an SGLTl-cRNA wurden allein pro Oozyte (a, 0,145 ng; b, 0,5 ng; c, 1,2 ng) injiziert oder zusammen mit einer stöchiometrischen Menge an P20-cRNA (a, 0,51 ng; b, 1,75 ng; c, 4,2 ng) . In der Anwesenheit von Na und verschiedenen AMG-Konzentrationen wurde die AMG-Aufnähme in Oozyten, die mit cRNA und mit Wasser injiziert wurden, gemessen, und die exprimierten Aufnahmeraten wurden errechnet (Mittelwert +/- s.e.m. von 8 bis 10 Oozyten sind gezeigt) . Die geraden Linien wurden angepaßt unter der Annahme, daß 1 Transportstelle vorhanden ist, während die Kurven unter der Annahme errechnet wurden, daß 2 Glucosetransportstellen vorhanden sind. Offene Symbole stellen Werte dar, die nach Injektion von SGLTl-cRNA allein erhalten wurden. V in pMol x mg x h-1: (a Einfügung) 15,5 +/- 0,35, (b) 176,9 +/- 2,2, (c) 570,2 +/- 10,5; KQ 5 in μM: (a Einfügung) 117 +/- 6; (b) 122 +/- 3; (c) 126 +/- 5. Geschlossene Symbole stellen Werte dar, die nach Koinjektion von SGLTl-cRNA und P20- cRNA erhalten wurden. V (hohe Affinität) in pMol x Oocyte"1 x h-1: (a) 116,0 +/- 2,5; (b) 56,5 +/- 1,0; (c) 66,5 +/- 3,5; Vm (niedrige Affinität) in pMol x Oocyte-1 x h"1: (a) 454,0 +/- 1,0; (b) 513,5 +/- 1,5; (c) 502,0 +/- 44,0; KQ 5 (hohe Affinität) in μM: (a) 28,5 +/- 0,6; (b) 16,7 +/- 1,1; (c) 21,4 +/- 3,0; KQ 5 (niedrige Affinität) in M: (a) 1,88 +/- 0,08; (b) 0,91 +/- 0,03; (c) 1,37 +/- 0,14.Different amounts of SGLTl cRNA were injected per oocyte alone (a, 0.145 ng; b, 0.5 ng; c, 1.2 ng) or together with a stoichiometric amount of P20 cRNA (a, 0.51 ng; b , 1.75 ng; c, 4.2 ng). In the presence of Na and various AMG concentrations, the AMG uptake in oocytes injected with cRNA and with water was measured and the expressed uptake rates were calculated (mean +/- sem of 8 to 10 oocytes are shown). The straight lines were adjusted on the assumption that there is 1 transport point, while the curves were calculated on the assumption that there are 2 glucose transport points. Open symbols represent values that were obtained after injection of SGLTl cRNA alone. V in pmol x mg xh -1 : (a insertion) 15.5 +/- 0.35, (b) 176.9 +/- 2.2, (c) 570.2 +/- 10.5; K Q 5 in μM: (a insertion) 117 +/- 6; (b) 122 +/- 3; (c) 126 +/- 5. Closed symbols represent values which were obtained after co-injection of SGLTl cRNA and P20 cRNA. V (high affinity) in pMol x Oocyte "1 xh -1 : (a) 116.0 +/- 2.5; (b) 56.5 +/- 1.0; (c) 66.5 +/- 3.5; V m (low Affinity) in pMol x oocyte -1 xh "1 : (a) 454.0 +/- 1.0; (b) 513.5 +/- 1.5; (c) 502.0 +/- 44.0; K Q 5 (high affinity) in µM: (a) 28.5 +/- 0.6; (b) 16.7 +/- 1.1; (c) 21.4 +/- 3.0; K Q 5 (low affinity) in M: (a) 1.88 +/- 0.08; (b) 0.91 +/- 0.03; (c) 1.37 +/- 0.14.
Figur 5: Vergleich der. Glucoseabhängigkeit des Na+/Glucose-Cotransports nach Expression von SGLTl-cRNA oder von SGLTl-cRNA mit einem Überschuß an P20-cRNA. 0,3 ng'SGLTl-cRNA (o) oder 0,3 ng SGLTl-cRNA + 8,5 ng P20-CRNA (.) wurden pro Oozyte injiziert. Die exprimierten Aufnahmeraten wurden wie in Figur 4 gemessen und dargestellt. Injektion von SGLT1: V = 110 +/- 6 pMol x Oocyte-1 x h-1, K^ = 96 +/- 5 μM; Injektion von SGLT1 + P20: Vmaχ = 124 +/- 7 pMol x Oozyte-1 x h-1; Km = 92 +/- 5 μM.Figure 5: Comparison of the . Glucose dependence of the Na + / glucose cotransport after expression of SGLTl cRNA or of SGLTl cRNA with an excess of P20 cRNA. 0.3 ng'SGLTl cRNA (o) or 0.3 ng SGLTl cRNA + 8.5 ng P20-CRNA (.) Were injected per oocyte. The expressed uptake rates were measured and shown as in FIG. 4. Injection of SGLT1: V = 110 +/- 6 pmol x oocyte -1 xh -1 , K ^ = 96 +/- 5 μM; Injection of SGLT1 + P20: V maχ = 124 +/- 7 pmol x oocyte -1 xh -1 ; K m = 92 +/- 5 µM.
Figur 6: Nukleotidsequenz und mutmaßliche Aminosäurese¬ quenz von P20. Eine mögliche Translationsstartstelle (Nuk- leotide 118 bis 127) und zwei Konsensus-Polyadenylie- rungssignale (Nukleotide 1861 - 1866, 2922 - 2927) sind unterstrichen. Am C-Terminus sind 15 Aminosäuren einge¬ rahmt, die eine membranüberspannende α-Helix bilden kön¬ nen. Sechs potentielle N-Glycosylierungsstellen sind durch Kreise gekennzeichnet.FIG. 6: nucleotide sequence and putative amino acid sequence of P20. A possible translation start site (nucleotides 118 to 127) and two consensus polyadenylation signals (nucleotides 1861-1866, 2922-2927) are underlined. 15 amino acids are framed at the C-terminus and can form a membrane-spanning α-helix. Six potential N-glycosylation sites are indicated by circles.
Figur 7: Die Abbildung zeigt Gefrierschnitte durch den animalen Pol von Oozyten des Krallenfrosches Xenopus laevis, die mit einem gegen die ^-Untereinheit gerichte¬ ten, monoklonalen Antikörper entwickelt wurden (R4A6) . Der Antikörper wurde mit einer fluoreszierenden Substanz mar¬ kiert und dann im Fluoreszensmikroskop nachgewiesen. a) zeigt eine Oozyte nach Injektion von cRNA, die für die α-Untereinheit kodiert. Hier sieht man eine schwache Antikörperreaktion in der Plasmamembran. Dies deutet darauf hin, daß die Oozyte eine endogene ß-Untereinheit (P20-Protein) besitzt, die zusammen mit der zusätzlich exprimierten α-Untereinheit in die Membran eingebaut wird.Figure 7: The figure shows frozen sections through the animal pole of oocytes of the clawed frog Xenopus laevis, which were developed with a monoclonal antibody directed against the ^ subunit (R4A6). The antibody was marked with a fluorescent substance and then detected in a fluorescence microscope. a) shows an oocyte after injection of cRNA which codes for the α subunit. Here you can see a weak antibody reaction in the plasma membrane. This indicates that the oocyte has an endogenous β-subunit (P20 protein), which is incorporated into the membrane together with the additionally expressed α-subunit.
b) zeigt eine Oozyte nach Koinjektion von cRNA der α-Untereinheit (SGLT1) und cRNA der ß-Untereinheit (P20) . Hier reagiert der gegen die ß-Untereinheit gerichtete An¬ tikörper deutlich mit der Plasmamembran.b) shows an oocyte after co-injection of cRNA of the α subunit (SGLT1) and cRNA of the β subunit (P20). Here the antibody directed against the β-subunit reacts clearly with the plasma membrane.
c) zeigt eine Kontrolloozyte, die mit Wasser injiziert wurde. Hier reagiert der Antikörper nicht.c) shows a control oocyte that was injected with water. The antibody does not react here.
Figur 8: Die Abbildung zeigt einen Versuch, in dem nachge¬ wiesen wird, daß die regulatorische /3-Untereinheit des Na+/D-Glucose-Cotransporters auch im Dünndarm vorkommt. Mit von der Sequenz des P20-Klons abgeleiteten Oligonu- kleotidprimern, welche den Positionen 793-811 (5' GCTTTTG- GTCATTAGTAGT 3') bzw. 1562-1578 (3' GGATGTATTGGTACCTT 5', Gegenstrang) in Figur 6 entsprechen, wurden Polymerasekettenreaktionen an mRNA aus der Schweineniere (b) , an mRNA aus dem Schweinedarm (c) , an mRNA aus Schwei¬ nemuskel (d) und an einer Kontrolle ohne mRNA (e) durchge¬ führt; (a) zeigt den Molekulargewichtsmarker mit Fragment¬ größe von 1150 bp, 1000 bp, 680 bp und 490 bp als untere 4 Banden. Der linke Teil der Abbildung (A) zeigt ein mit Ethidiumbromid gefärbtes Agarosegel, auf dem die entstan¬ denen Reaktionsprodukte aufgetrennt wurden. Der rechte Teil der Abbildung (B) zeigt einen Parallelversuch, in dem die im Agarosegel getrennten Produkte auf Nylonfolie über¬ tragen wurden und dann mit einem ebenfalls von der Sequenz des P20 abgeleiteten, aber in diesem Falle radioaktiv mar¬ kierten Oligonukleotid, hybridisiert wurden. (Das radioak¬ tiv markierte Oligonukleotid stammte aus der Region zwi¬ schen den beiden zur PCR-Reaktion eingesetzten Oligonu- kleotidprimern) . Der Versuch zeigt, daß unter Benutzung der mRNA aus Schweineniere und Schweinedarm Transkripte der erwarteten Länge (786 bp) entstehen. Er beweist, daß im Schweinedarm ein Protein vorliegt, daß der aus der Nie¬ re klonierten ß-Untereinheit sehr ähnlich oder mit diesem identisch ist.Figure 8: The figure shows an experiment in which it is demonstrated that the regulatory / 3 subunit of the Na + / D-glucose cotransporter also occurs in the small intestine. Polymerase chain reactions were carried out with oligonucleotide primers derived from the sequence of the P20 clone, which correspond to positions 793-811 (5 'GCTTTTG-GTCATTAGTAGT 3') and 1562-1578 (3 'GGATGTATTGGTACCTT 5', opposite strand) in FIG. 6 carried out mRNA from the pig kidney (b), on mRNA from the pig intestine (c), on mRNA from the pig muscle (d) and on a control without mRNA (e); (a) shows the molecular weight marker with fragment size of 1150 bp, 1000 bp, 680 bp and 490 bp as the lower 4 bands. The left part of the illustration (A) shows an agarose gel stained with ethidium bromide, on which the resulting reaction products were separated. The right part of the illustration (B) shows a parallel experiment in which the products separated in the agarose gel were transferred to nylon foil and then with one of the sequence of the P20 derived, but in this case radioactively marked oligonucleotide were hybridized. (The radioactively labeled oligonucleotide came from the region between the two oligonucleotide primers used for the PCR reaction). The experiment shows that transcripts of the expected length (786 bp) are produced from the pig kidney and pig intestine using the mRNA. It proves that there is a protein in the pig intestine that is very similar to or identical to the β-subunit cloned from the kidney.
Zum Isolieren des erfindungsgemäßen Proteins wurde ein monoklonaler Antikörper verwendet, der gegen den Na / Glucose-Cotransporter aus Schweineniere gerichtet ist, aber nicht mit dem bereits bekannten SGLTl-Protein rea¬ giert. Dieser Antikörper (R4A6) stimuliert die Na -abhängige Phlorizinbindung in Schweineniere und Rat¬ tendarm (Haase, W. et al., Eur. J. Cell Biol. 52, 297-3009, 1990; Koepsell, H. et al., J. Biol. Chem. 263, 18419-18429, 1988). Er bindet bei Ratte, Schwein, Kanin¬ chen und beim Menschen an ein Polypeptid mit einem Moleku¬ largewicht von ungefähr 75 000, welches sich in der Bür- stensaummembran von proximalen Nierentubuli befindet. Das antigene Polypeptid des R4A6 zeigt eine ähnliche immun- histochemische Verteilung wie andere Antikörper, die gegen den Na+/Glucose-Cotranεporter gerichtet sind (Haase, W. & Koepsell, H. , Eur. J. Cell Biol 48, 360-374, 1989; Takata, K. et al., Histoche . Cytochem. 39, 287-298, 1991).To isolate the protein according to the invention, a monoclonal antibody was used which is directed against the Na / glucose cotransporter from porcine kidney, but does not react with the already known SGLT1 protein. This antibody (R4A6) stimulates Na-dependent phlorizin binding in pig kidney and rat intestine (Haase, W. et al., Eur. J. Cell Biol. 52, 297-3009, 1990; Koepsell, H. et al., J Biol. Chem. 263, 18419-18429, 1988). In rats, pigs, rabbits and humans it binds to a polypeptide with a molecular weight of approximately 75,000, which is located in the brush border membrane of proximal kidney tubules. The antigenic polypeptide of R4A6 shows a similar immunohistochemical distribution as other antibodies which are directed against the Na + / glucose transporter (Haase, W. & Koepsell, H., Eur. J. Cell Biol 48, 360-374, 1989; Takata, K. et al., Histoche. Cytochem. 39, 287-298, 1991).
Mit dem oben genannten monoklonalen Antikörper R4A6 wurde eine cDNA-Expressionsbank abgesucht, die ausgehend von RNA aus Schweinenierenrinde hergestellt worden war. Ein positiver Klon (P20) mit einem cDNA Insert mit einer Länge von 4,5 kb wurde isoliert. P20 hybridisiert nicht mit SGLTl-cDNA und mit cDNAs, die für Na+-unabhängige Glucosetransporter kodieren (James, D.E. et al. , Nature 338, 83-87, 1989; Celenza, J.L. et al., Proc. Natn. Acad. Sei. U.S.A. 85, 2130-2134, 1988; Mueckler, M. & Lodish, H.F., Cell 44, 629-637, 1986).With the above-mentioned monoclonal antibody R4A6, a cDNA expression bank was screened which had been prepared from RNA from porcine kidney cortex. A positive clone (P20) with a 4.5 kb length cDNA insert was isolated. P20 does not hybridize with SGLTl cDNA and with cDNAs encoding Na + independent glucose transporters (James, DE et al., Nature 338, 83-87, 1989; Celenza, JL et al., Proc. Natn. Acad. Sei USA 85, 2130-2134, 1988; Mueckler, M. & Lodish, HF, Cell 44, 629-637, 1986).
P20 wurde unter Verwendung eines üblichen Retikulozyten- lysats in vitro translatiert, um die Größe des von P20 ko¬ dierten Pölypeptids abzuschätzen und die Reaktivität gegen Kontrollantikörper zu testen. Nach Zugabe von P20-cRNA zu dem Retikulozytenlysat wurde ein einziges Polypeptid syn¬ thetisiert, welches im SDS-Polyacryla idgel bei einem appa- renten Molekulargewicht von 70 000 läuft und spezifisch mit dem monoklonalen Antikörper R4A6 reagiert (Figur 1) .P20 was translated in vitro using a customary reticulocyte lysate in order to estimate the size of the polypeptide encoded by P20 and to test the reactivity against control antibodies. After adding P20 cRNA to the reticulocyte lysate, a single polypeptide was synthesized, which runs in the SDS polyacrylic gel with an apparent molecular weight of 70,000 and reacts specifically with the monoclonal antibody R4A6 (FIG. 1).
P20-CRNA wurde in Xenopus laevis-Oozyten injiziert, um die Wirkung des durch P20 kodierten Pölypeptids auf den endo¬ genen Na /Glucose-Cotransport zu bestimmen. Übereinstim¬ mend mit früheren Beobachtungen (Weber, W.-M. et al., Mem¬ brane Biol. 111, 93-102, 1989) variiert der endogene Na+/Glucose-Cotransport beträchtlich in Abhängigkeit der verschiedenen Oozytenpräparationen. Folglich variierten die vom Na -Gradienten abhängigen Aufnahmeraten von 50 μM D-Glucose bzw. Methyl-α-D-Glucopyranosid (AMG) zwi¬ schen 0,5 +/- 0,1 bzw. 0,4 +/- 0,05 pMol x Oozyte-1 x h-1 und 38 +/- 4 bzw. 1,9 +/- 0,2 pMol x Oocyte-1 x h-1. Nach Injektion von 0,1 bis 0,5 ng P20-CRNA pro Oozyte war dann die vom Na+-Gradienten abhängige Aufnahme von 50 μM D-Glucose oder AMG erhöht, wenn die vom endogenen Na+-Gradienten abhängige D-Glucoseaufnähme (50μM) von Oozyten, die mit Wasser injiziert wurden, niedriger war als 1,5 pMol x Oozyte- x h . Die Aufnahmerate war jedoch erniedrigt, wenn die endogene Aufnahme größer war als 9 pMol x Oozyte- x (Figur 2) . Diese Effekte wurden auch beobachtet, wenn cRNA injiziert wurde, die nur von den Nukleotiden 1 bis 1826 von P20 kodiert wird (Figur 6) . Keine Effekte auf den endogenen Na+/Glucose-Cotransport wurden beobachtet, wenn Antisinn-cRNA von P20 injiziert wurde, oder wenn die Oozyten nach Injektion von Sinn-cRNA nur 3 h inkubiert wurden. Zum Testen der Spezifität wurden die Effekte von P20-cRNA auf den endogenen Na+-L-Glutamat-Cotransport (Steffgen, J. et al., Biochim. Biophys. Acta 1066, 14-20, 1991) und auf die Na+/K+-Pumpe (Schmalzing, G. et al., W. Biochem. J. 297, 329-336, 1991) gemessen. Weder die vom Na+-Gradienten abhängige Aufnahme von L-Glutamat (gemessen bei verschiedenP20-CRNA was injected into Xenopus laevis oocytes in order to determine the effect of the polypeptide encoded by P20 on the endogenous Na / glucose cotransport. Consistent with previous observations (Weber, W.-M. et al., Membrane Biol. 111, 93-102, 1989), the endogenous Na + / glucose cotransport varies considerably depending on the various oocyte preparations. Consequently, the uptake rates of 50 μM D-glucose or methyl-α-D-glucopyranoside (AMG), which depend on the Na gradient, varied between 0.5 +/- 0.1 and 0.4 +/- 0.05 pMol x oocyte -1 xh -1 and 38 +/- 4 or 1.9 +/- 0.2 pMol x oocyte -1 xh -1 . After injection of 0.1 to 0.5 ng per oocyte P20 cRNA was then increases dependent on the Na + gradient uptake of 50 .mu.M D-glucose or AMG when dependent on endogenous Na + gradient D-Glucoseaufnähme (50 .mu.M ) of oocytes injected with water was less than 1.5 pmol x oocyte-xh. However, the uptake rate was reduced when the endogenous uptake was greater than 9 pmol x oocyte-x (Figure 2). These effects were also observed when injected with cRNA encoded only by nucleotides 1 to 1826 of P20 (Figure 6). No effects on endogenous Na + / glucose cotransport were observed when anti-sense cRNA was injected from P20 or when the oocytes were incubated for only 3 h after injection of sense cRNA. To test the specificity, the effects of P20 cRNA on endogenous Na + -L-glutamate cotransport (Steffgen, J. et al., Biochim. Biophys. Acta 1066, 14-20, 1991) and on Na + / K + pump (Schmalzing, G. et al., W. Biochem. J. 297, 329-336, 1991). Neither the uptake of L-glutamate depending on the Na + gradient (measured at different
Glutamat-Konzentrationen) noch die Ouabainbindung an die (Na /K )- ATPase oder die durch Ouabain-hemmbare Rb+-Aufnähme durch die (Na+/K+)- ATPase war verändert.Glutamate concentrations) or the ouabain binding to the (Na / K) - ATPase or the Rb + uptake which can be inhibited by ouabain by the (Na + / K + ) - ATPase was changed.
Weiterhin wurde untersucht, ob die Expression des Na+/Glucose-Cotransports durch Injektion von SGLTl-cRNA in Xenopus-Oozyten durch gleichzeitige Injektion von P20-cRNA verändert wurde. Die Injektion von SGLTl-cRNA in Oozyten führte zu einer drastischen Stimulation der AMG- und D-Glucoseaufnähme in der Anwesenheit von 110 mM Na+. Die Aufnahmeraten wurden um mehr als 95% bzw. 98% reduziert, wenn Na+ durch Tetramethylammonium ersetzt wurde bzw. wenn 100 μM Phlorizin zugegeben wurde.It was also investigated whether the expression of the Na + / glucose cotransport was changed by injecting SGLTl cRNA into Xenopus oocytes by injecting P20 cRNA at the same time. Injection of SGLTl cRNA into oocytes resulted in a dramatic stimulation of AMG and D-glucose uptake in the presence of 110 mM Na + . The uptake rates were reduced by more than 95% and 98% respectively when Na + was replaced by tetramethylammonium or when 100 μM phlorizin was added.
Figur 3a zeigt die Korrelation zwischen AMG-Transport und der Menge an injizierter SGLTl-cRNA. Koinjektionen von P20-CRNA mit SGLTl-cRNA, die mit vielen verschiedenen Oozytenpreparationen durchgeführt wurden, zeigten, daß die Effekte von P20 abhängig waren von der Gesamtmenge an injizierter SGLTl-cRNA und von dem Verhältnis zwischen der Menge an injizierter SGLTl-cRNA und P20-cRNA. P20-cRNA stimulierte den Transport von 50 μM AMG zwischen 2 bis 25-fach, wenn 0,2 ng oder weniger SGLTl-cRNA pro Oozyte injiziert wurden (10 Experimente, Molare Verhältnisse von P20-CRNA zu SGLTl-cRNA von 1,8 bis 4,5) . Wenn die Menge der pro Oozyten injizierten SGLTl-cRNA und P20-CRNA zwischen 0,7 und 1,5 ng betrug, inhibierte die Koinjektion von P20-CRNA den Transport von 50 μM AMG zwischen 39% und 87% (s.e.m. 7%) (15 Experimente, Molare Verhältnisse von P20-CRNA zu SGLTl-cRNA von 1,6 bis 3,1) . Bei der Messung der Aufnahme bei verschiedenen molaren Verhältnissen zwischen injizierter SGLTl-cRNA und P20-cRNA wurde bei ungefähr demselben stöchiometrischen Verhältnis zwischen den cRNAs eine maximale Stimulierung und Inhibierung der AMG-Aufnähme festgestellt (Figur 3b, c) . Dies ist ein deutlicher Hinweis darauf, daß die beobachteten, stimulierenden und inhibierenden Effekte aus einer spezifischen Wechselwirkung von SGLT1 und P20 hervorgehen, wobei angenommen werden darf, daß diese Wechselwirkung auf Proteinebene stattfindet, da beide Klone keine Nukleotidsequenzhomologie aufweisen.FIG. 3a shows the correlation between AMG transport and the amount of SGLT1 cRNA injected. Co-injections of P20-CRNA with SGLTl-cRNA, which were carried out with many different oocyte preparations, showed that the effects of P20 depended on the total amount of SGLTl-cRNA injected and on the ratio between the Amount of SGLTl cRNA and P20 cRNA injected. P20 cRNA stimulated the transport of 50 μM AMG between 2 to 25 times when 0.2 ng or less SGLTl cRNA was injected per oocyte (10 experiments, molar ratios of P20-CRNA to SGLTl cRNA from 1.8 to 4.5). When the amount of SGLTl cRNA and P20-CRNA injected per oocyte was between 0.7 and 1.5 ng, co-injection of P20-CRNA inhibited the transport of 50 μM AMG between 39% and 87% (sem 7%) ( 15 experiments, molar ratios of P20-CRNA to SGLTl cRNA from 1.6 to 3.1). When measuring the uptake at different molar ratios between the injected SGLTl cRNA and P20 cRNA, maximum stimulation and inhibition of the AMG uptake was found with approximately the same stoichiometric ratio between the cRNAs (FIG. 3b, c). This is a clear indication that the observed, stimulating and inhibiting effects result from a specific interaction of SGLT1 and P20, whereby it can be assumed that this interaction takes place at the protein level since both clones have no nucleotide sequence homology.
Für die Bestimmung, ob die Wechselwirkung zwischen SGLT1 und P20 im Zytoplas a stattfindet und /oder ob das P20-Protein und SGLTl-Protein in der Plasmamembran wechselwirken-, wurden die funktionellen Eigenschaften des Na+/Glucose-Cotransports verglichen, der durch SGLT1 und durch SGLT1 + P20 exprimiert wird.In order to determine whether the interaction between SGLT1 and P20 takes place in the cytoplasm a and / or whether the P20 protein and SGLTl protein interact in the plasma membrane, the functional properties of the Na + / glucose cotransport were compared, that by SGLT1 and is expressed by SGLT1 + P20.
Figur 4 zeigt die Glucoseabhängigkeit der AMG-Aufnahme nach Injektion dreier verschiedender Mengen an SGLTl-cRNA allein und nach Koinjektion von SGLTl-cRNA mit einer fest¬ gelegten stöchiometrischen Menge an P20-CRNA. Nach Injek- tion verschiedener Mengen SGLTl-cRNA wurden Michaelis-Menten-Kinetiken mit IC-Werten zwischen 96 +/- 5 und 126 +/- 5 μM erhalten. Mit ansteigenden Mengen inji¬ zierter SGLTl-cRNA erhöhte sich χ des Transports, wo¬ hingegen der K_-Wert konstant blieb. Dies deutet darauf hin, daß die Eigenschaften des von SGLT1 exprimierten Transporters unabhängig von der Transporterdichte in der Membran sind. Die Koinjektion einer festgelegten stöchio¬ metrischen Menge an P20-CRNA und SGLTl-cRNA hat zwei Ef¬ fekte: 1. Einen Anstieg der Anzahl an funktioneilen Trans¬ portern (Anstieg von rnaχ) , wenn niedrige Mengen an SGLTl-cRNA injiziert wurden, was zu einer sübmaximalen Ex¬ pression führt (Figur 4a, b) . 2. Eine funktioneile Ände¬ rung des Transporters in der Membran, was auf die Erzeu¬ gung von Transportstellen mit hoher und niedriger Affini¬ tät hinweist (Figur 4a, b, c) .FIG. 4 shows the glucose dependency of the AMG uptake after injection of three different amounts of SGLTl cRNA alone and after co-injection of SGLTl cRNA with a fixed stoichiometric amount of P20-CRNA. After injection Different amounts of SGLTl cRNA were used to obtain Michaelis-Menten kinetics with IC values between 96 +/- 5 and 126 +/- 5 μM. With increasing amounts of injected SGLT1 cRNA, χ of the transport increased, whereas the K_ value remained constant. This indicates that the properties of the transporter expressed by SGLT1 are independent of the transporter density in the membrane. The co-injection of a fixed stoichiometric amount of P20-CRNA and SGLTl-cRNA has two effects: 1. An increase in the number of functional transporters (increase in rnaχ ) when low amounts of SGLTl-cRNA were injected, which leads to a maximum expression (FIG. 4a, b). 2. A functional change in the transporter in the membrane, which indicates the generation of transport sites with high and low affinity (FIGS. 4a, b, c).
Folglich wurden mit verschiedenen Mengen einer stöchiome¬ trischen Mischung von SGLTl-cRNA und P20-CRNA AMG-Transportstellen mit hoher und niedriger Affinität mit KQ 5-Werten von 17 bis 29 μM und 0,9 bis 1,9 mM erhalten (Figur 4a, b, c) . Die Expression einer Art von Glucosebin- dungsstellen durch SGLT1 und von zwei Arten von Glucose- bindungsstellen durch SGLT1 +/- P20 wurde gezeigt durch Wechselwirkung des kompetitiven Inhibitors Phlorizin mit Glucosebindungsstellen auf der extrazellulären Seite des Transporters (Koepsell, H. et al. , Membrane Biol. 114, 113-132, 1990) . Nach Injektion von SGLTl-cRNA wurde eine Stelle für die Hemmung des AMG-Transports durch Phlorizin beobachtet (K- = 5,0 +/- 0,1 μM) , wohingegen Hemmungs- stellen hoher und niedriger Affinität (K^ (hohe Affinität) = 0,27 +/- 0,01 μM, K^ (niedrige Affinität) = 29 +/- 6 μM) nach Injektion einer festgelegten stöchiometrischen Menge an SGLTl-cRNA und P20-cRNA unterschieden wurden. Diese Werte zeigen, daß das SGLTl-Protein und das P20-Protein in der Membran wechselwirken. Die theoretische Möglichkeit, daß P20 die Funktion von SGLT1 indirekt über das Membranpotential oder über die Na -Konzentration in den Oozyten verändert, kann dadurch ausgeschlossen werden, daß das Membranpotential und die intrazelluläre Na+-Konzentration in der Anwesenheit von Glucose durch P20-CRNA nicht verändert wurde. Die Beobachtung,daß P20-cRNA die durch SGLT1 exprimierte AMG-Aufnähme nicht verändert, wenn ein Überschuß an P20-CRNA koinjiziert wurde (Figur 3b, c) , ist ein Hinweis dafür, daß zwei P20-Polypeptide mit dem SGLTl-Protein (wahrscheinlich mit einem Dimer) wechselwirken, und daß die oben beschriebenen Effekte auf die Transporterkonzentration in der Membran und auf die Funktion der Transporter durch die Wechselwirkung eines P20-Polypeptids auf das SGLTl-Dimer hervorgerufen werden.Consequently, with different amounts of a stoichiometric mixture of SGLTl cRNA and P20-CRNA, AMG transport sites with high and low affinity were obtained with K Q 5 values of 17 to 29 μM and 0.9 to 1.9 mM (FIG. 4a , b, c). Expression of one type of glucose binding site by SGLT1 and two types of glucose binding site by SGLT1 +/- P20 was shown by interaction of the competitive inhibitor phlorizin with glucose binding sites on the extracellular side of the transporter (Koepsell, H. et al., Membrane Biol. 114, 113-132, 1990). After injection of SGLTl cRNA, a site for the inhibition of AMG transport by phlorizin was observed (K- = 5.0 +/- 0.1 μM), whereas inhibition sites of high and low affinity (K ^ (high affinity) = 0.27 +/- 0.01 μM, K ^ (low affinity) = 29 +/- 6 μM) after injection of a fixed stoichiometric amount of SGLTl cRNA and P20 cRNA. These values show that the SGLTl protein and the P20 protein interact in the membrane. The theoretical possibility that P20 changes the function of SGLT1 indirectly via the membrane potential or via the Na concentration in the oocytes can be excluded by the fact that the membrane potential and the intracellular Na + concentration in the presence of glucose do not by P20-CRNA was changed. The observation that P20 cRNA does not alter the AMG uptake expressed by SGLT1 when an excess of P20 CRNA is co-injected (Figure 3b, c) is an indication that two P20 polypeptides are likely to contain the SGLT1 protein ( interact with a dimer), and that the effects described above on the transporter concentration in the membrane and on the function of the transporter are caused by the interaction of a P20 polypeptide on the SGLTl dimer.
Das Experiment in Figur 5 stimmt mit dieser Hypothese überein. Nach Koinjektion von SGLTl-cRNA und einem Über¬ schuß an P20-cRNA wurde keine signifikante Stimulierung von V beobachtet, und die Glucoseabhängigkeit war unge¬ fähr die gleiche wie nach Injektion von SGLTl-cRNA allein.The experiment in Figure 5 is consistent with this hypothesis. No significant stimulation of V was observed after co-injection of SGLTl cRNA and an excess of P20 cRNA, and the glucose dependency was approximately the same as after injection of SGLTl cRNA alone.
Weiterhin konnte im Rahmen der Erfindung nachgewiesen wer¬ den, daß die vom Klon P20 kodierte ß-Untereinheit an der diätischen Regulation des Na /Glucose-Cotransporters be¬ teiligt ist:Furthermore, it was possible in the context of the invention to demonstrate that the β-subunit encoded by clone P20 is involved in the dietary regulation of the Na / glucose co-transporter:
Mit RNA-Proben, die aus dem Dünndarm von a) zwei Wochen alten Schafen während der Stillzeit, b) von erwachsenen Schafen (2 Jahre alt) und c) von erwachsenen Schafen, die mit D-Glucose infundiert worden waren, isoliert worden wa- ren, wurden Polymerasekettenreaktionen durchgeführt. Als Oligonukleotidprimer wurden die in der Legende zur Figur 8 beschriebenen Primerpaare verwendet. Dabei ergab sich, daß nur bei den jungen Schafen (Gruppe a) und bei den mit Glu¬ cose infudierten erwachsenen Schafen (Gruppe c) Reaktions¬ produkte mit der zu erwartenden Länge entstanden.Using RNA samples isolated from the small intestine of a) two-week-old sheep during lactation, b) adult sheep (2 years old) and c) adult sheep infused with D-glucose. Ren, polymerase chain reactions were carried out. The primer pairs described in the legend to FIG. 8 were used as oligonucleotide primers. It was found that only in the young sheep (group a) and in the adult sheep infused with glucose (group c) did reaction products occur with the expected length.
Da von Shirazi-Beechey et al. (Journal of Physiology 437, 699-708, 1991) gezeigt werden konnte, daß der Na+-D-Glu- cose-Cotransport im Darm von Schafen durch die zugeführte Nahrung reguliert wird, bedeutet das erzielte Ergebnis, daß die Menge der P20-mRNA unter in vivo-Bedingungen mit der Aktivität des Na+/Glucose-Cotransporters korreliert.Since Shirazi-Beechey et al. (Journal of Physiology 437, 699-708, 1991), it could be shown that the Na + -D-glucose cotransport in the intestine of sheep is regulated by the food supplied, the result achieved means that the amount of P20- mRNA correlated with the activity of the Na + / glucose co-transporter under in vivo conditions.
Die Nukleotidsequenz und die daraus abgeleitete Aminosäu¬ resequenz von P20 ist in Figur 6 gezeigt. Das offene Lese¬ raster (ORF) beginnt an der EcoRI-Klonierungsstelle bei Nukleotidposition 1 und ist identisch mit dem offenen Le¬ seraster eines ß-Galaktosidase-Fusionsproteins in λ Zap-Phagen (Short, J.M. et al., Nucleic Acids Res. 16, 7583-7600, 1988). Von diesem offenen Leseraster leitet sich ein Protein mit 522 Aminosäuren ab mit einer Moleku¬ larmasse von 56245 Da. Möglicherweise reicht das offene Leseraster über das 5'-Ende von P20 hinaus, d.h. P20 ent¬ hält eventuell nicht die für die N-terminalen Aminosäuren des nativen Proteins kodierenden Nukleotide. In Retikulo- zytenlysaten und Xenopus-Oozyten beginnt die Proteinsyn- these wahrscheinlich an dem ersten ATG an der Nukleotidpo¬ sition 125, denn eine Computeranalyse ergab, daß die Nu¬ kleotide 118 bis 127 als Translationsinitiationssequenz in Eukaryonten dienen können (Staden, R. , Nucleic Acids Res. 12, 505-519; Kozak, M. , Nucleic Acids Res. 12, 857-872, 1984) . Die 3'-nicht kodierende Region von P20 ist 2962 bp lang und enthält 2 Konsensus-Polyadenylierungssignale (AATAAA) . Ein Vergleich der Nukleinsäuresequenz von P20 mit Datenbanken zeigt keine Homologie mit anderen Sequen¬ zen. Eine Analyse der Hydrophobizität (Kyte, J. & Doo- little, R.F., J. Molec. Biol. 157, 105-132, 1982) und der Sekundärstruktur (Garnier, J. et al., J. Molec. Biol. 120, 97-120, 1978) ergab, daß das P20-Protein relativ hydrophil ist und vermutlich drei größere α-helikale Bereiche be¬ sitzt (Aminosäuren 2 bis 21, 247 bis 269 und 506 bis 520) . Gemäß Rao und Argos (Rao, J.K.M. & Argos, P. , Biochim. Biophys. Acta 869, 197-214, 1986) könnte die carboxytermi- nale α-Helix membranüberspannend sein.The nucleotide sequence and the amino acid sequence of P20 derived therefrom is shown in FIG. 6. The open reading frame (ORF) begins at the EcoRI cloning site at nucleotide position 1 and is identical to the open reading frame of a β-galactosidase fusion protein in λ Zap phage (Short, JM et al., Nucleic Acids Res. 16 , 7583-7600, 1988). A protein with 522 amino acids with a molecular mass of 56245 Da is derived from this open reading frame. The open reading frame may extend beyond the 5 'end of P20, ie P20 may not contain the nucleotides coding for the N-terminal amino acids of the native protein. In reticulocyte lysates and Xenopus oocytes, protein synthesis probably begins at the first ATG at nucleotide position 125, because a computer analysis showed that nucleotides 118 to 127 can serve as a translation initiation sequence in eukaryotes (Staden, R., Nucleic Acids Res. 12, 505-519; Kozak, M., Nucleic Acids Res. 12, 857-872, 1984). The 3 'non-coding region of P20 is 2962 bp long and contains 2 consensus polyadenylation signals (AATAAA). A comparison of the nucleic acid sequence of P20 with databases shows no homology with other sequences. An analysis of the hydrophobicity (Kyte, J. & Doo-little, RF, J. Molec. Biol. 157, 105-132, 1982) and the secondary structure (Garnier, J. et al., J. Molec. Biol. 120, 97-120, 1978) showed that the P20 protein is relatively hydrophilic and presumably has three larger α-helical regions (amino acids 2 to 21, 247 to 269 and 506 to 520). According to Rao and Argos (Rao, JKM & Argos, P., Biochim. Biophys. Acta 869, 197-214, 1986), the carboxy-terminal α-helix could be membrane-spanning.
Das P20-Protein enthält 24% geladene Aminosäuren, die in Clustern angeordnet sind, und die am N-Terminus konzen¬ triert sind. Weiterhin sind 6 N-verknüpfte Glycosylie- rungsstellen vorhersagbar (Bause, E. , Biochem. J. 209, 331-336, 1983) . Alle Hinweise sprechen dafür, daß sich der überwiegende Teil des Proteins auf der Außenseite der Mem¬ bran befindet. Diese Interpretation stimmt mit der Beob¬ achtung überein, daß der Antikörper R4A6 an den extrazel¬ lulären Teil des Na /Glucose-Cotransporters bindet. Die Daten deuten darauf hin, daß der komplette Na+/Glucose-Cotransporter ein Heterooligomer ist, welches aus Polypeptiden des SGLT1- und P20-Typs besteht. SGLTl-Typ Polypeptide (α-Untereinheiten) stellen die mem¬ branüberspannende Pumpe dar, während jedoch die physiolo¬ gischen Eigenschaften des Transporters mit Transportstel- len mit niedriger und hoher Affinität nur nach der Zusam¬ mensetzung mit den P20-Typ Polypeptiden (ß-Untereinheiten) erhalten werden. Durch die Identifizierung und Isolierung der ß-Untereinheit des Na+/Glucose-Cotransporters und die Auf¬ klärung ihrer Primärstruktur ergibt sich erstmals die Mög¬ lichkeit, die Aktivität des Na+/Glucose-Cotransporters in Niere und Darm zu beeinflussen. Während die α-Untereinheit ein integrales Membranprotein ist, welches nur an wenigen Stellen mit kurzen Abschnitten aus der Membran heraus¬ reicht, handelt es sich bei der ß-Untereinheit um ein Pro¬ tein, welches an einem Ende mit der Zellmembran verankert ist und zu mehr als 90% aus der Membran in das Darmlumen bzw. in das Lumen des proximalen Nierentubulus hineinragt. Dieser extrazelluläre Teil ist einer Beeinflussung durch Pharmaka zugänglich. Da die ß-Untereinheit die Aktivität des Na+/Glucose-Cotransporters reguliert, ist diese Tranε- portaktivität über die ß-Untereinheit durch Pharmaka be¬ einflußbar. Die ß-Untereinheit kann für verschiedenartige pharmazeutische Wirkstoffe als Rezeptor dienen, wobei die Wirkstoffe leicht an die zugängliche ß-Untereinheit binden können und so die Aktivität des Transports modulieren kön¬ nen, wie dies beispielsweise durch Phlorizin möglich ist.The P20 protein contains 24% charged amino acids which are arranged in clusters and which are concentrated at the N-terminus. Furthermore, 6 N-linked glycosylation sites are predictable (Bause, E., Biochem. J. 209, 331-336, 1983). All indications suggest that the major part of the protein is on the outside of the membrane. This interpretation agrees with the observation that the antibody R4A6 binds to the extracellular part of the Na / glucose cotransporter. The data suggest that the complete Na + / glucose cotransporter is a heterooligomer consisting of SGLT1 and P20 type polypeptides. SGLT1-type polypeptides (α-subunits) represent the membrane-spanning pump, but the physiological properties of the transporter with transport points with low and high affinity only after the composition with the P20-type polypeptides (β- Subunits) can be obtained. By identifying and isolating the β subunit of the Na + / glucose cotransporter and elucidating its primary structure, it is possible for the first time to influence the activity of the Na + / glucose cotransporter in the kidney and intestine. While the .alpha.-subunit is an integral membrane protein which only protrudes from the membrane with short sections at a few points, the .beta.-subunit is a protein which is anchored to the cell membrane at one end and closed more than 90% protrudes from the membrane into the intestinal lumen or into the lumen of the proximal renal tubule. This extracellular part can be influenced by pharmaceuticals. Since the β-subunit regulates the activity of the Na + / glucose co-transporter, this transport activity can be influenced by pharmaceuticals via the β-subunit. The β-subunit can serve as a receptor for various types of pharmaceutical active substances, the active substances being able to bind easily to the accessible β-subunit and thus being able to modulate the activity of the transport, as is possible, for example, with phlorizin.
Neben der pharmakologischen Beeinflussung der Transport¬ aktivität durch Wirkstoffe, die an das Transportprotein binden, ist auch eine genetische Beeinflussung möglich. So kann über die Regulatorsequenzen des Gens für die ß-Untereinheit eine gezielte Hemmung der mRNA-Synthese dieses Proteins pharmakologisch erreicht werden. Dadurch wird weniger ß-Untereinheit synthetisiert, und dies führt zu einem stark reduzierten Einbau von funktionsfähigen Na+/Glucose-Cotransportproteinen.In addition to the pharmacological influence on the transport activity by active substances which bind to the transport protein, a genetic influence is also possible. In this way, a targeted inhibition of the mRNA synthesis of this protein can be achieved pharmacologically via the regulatory sequences of the gene for the β subunit. As a result, less β-subunit is synthesized, and this leads to a greatly reduced incorporation of functional Na + / glucose cotransport proteins.
Unter einem Protein mit "der biologischen Aktivität einer ß-Untereinheit" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Protein bzw. Polypeptid verstanden, das die Aktivität eines Na+/Glucose-Cotransporters in Abhängigkeit des Glucosekonzentration regulieren kann. Eine pharmazeutische Zusammensetzung enthaltend das erfindungsgemäße Protein kann nach dem üblichen Herstellungsverfahren erzeugt werden und umfaßt die üblichen Hilfs- und Trägerstoffe.In the context of the present invention, a protein with “the biological activity of a β-subunit” is understood to mean a protein or polypeptide which can regulate the activity of a Na + / glucose cotransporter depending on the glucose concentration. A pharmaceutical composition containing the protein according to the invention can be produced by the customary production process and comprises the customary auxiliaries and carriers.
Wie oben erwähnt, haben die aus Kaninchen und Mensch iso¬ lierten Nukleinsäurefragmente, die für die α-Untereinheit des Na /Glucose-Cotransporters kodieren, eine hohe Se¬ quenzhomologie. Dies trifft auch auf die in P20 enthaltene Sequenz und weitere Säugersequenzen (siehe Figur 8) zu. Es ist daher möglich, unter Verwendung der hierin beschriebe¬ nen cDNA und mittels der auf dem Gebiet der rekombinanten DNA-Technologie angewandten Verfahren, wie beispielsweise angegeben in Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Labora- tory Manual, 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) , weitere DNA-Sequenzen aus anderen Säuger¬ arten, wie beispielsweise Mensch, zu isolieren, die für die ß-Untereinheit des Na+/Glucose-Cotransporters kodie¬ ren.As mentioned above, the nucleic acid fragments isolated from rabbits and humans, which code for the α subunit of the Na / glucose cotransporter, have a high sequence homology. This also applies to the sequence contained in P20 and other mammalian sequences (see FIG. 8). It is therefore possible, using the cDNA described herein and by means of the methods used in the field of recombinant DNA technology, as described, for example, in Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) to isolate further DNA sequences from other mammalian species, such as humans, which are necessary for the β subunit of Na + / Encode glucose cotransporters.
Die Tatsache, daß die aus dem Schwein klonierte regula¬ torische ß-Untereinheit des Na /Glucose-Cotransporters auch in Niere und Darm von Menschen vorkommt, konnte mit Hilfe der Polymerasekettenreaktion im Rahmen der vorlie¬ genden Erfindung nachgewiesen werden:The fact that the regulatory β-subunit of the Na / glucose cotransporter cloned from the pig also occurs in the kidneys and intestines of humans could be demonstrated with the aid of the polymerase chain reaction in the context of the present invention:
Ausgehend von Gesamt-RNA, die aus menschlichem Darm und menschlicher Niere isoliert worden war, wurde zunächst cDNA hergestellt. Die synthetisierte cDNA wurde daraufhin in die Polymerasekettenreaktion eingesetzt, die mit folgenden Oligonukleotidpri ern durchgeführt wurde:Starting from total RNA, which had been isolated from human intestine and human kidney, cDNA was first produced. The synthesized cDNA was then used in the polymerase chain reaction, which was carried out with the following oligonucleotide primers:
1) 5' CTTAATTCAGCAGGCGG 3' (P20-Positionen 491-507) und1) 5 'CTTAATTCAGCAGGCGG 3' (P20 positions 491-507) and
2) 3' GGAACAGTAGGTCGAAG 5' (P20-Positionen 1255-1271, Gegenstrang) . Die Reaktion wurde, wie in Beispiel 5 beschrieben, durchgeführt. Die Reaktionsansätze wurden anschließend auf Agarosegelen elektrophoretisch aufgetrennt und mit Ethicluminbromid gefärbt. Ein Vergleich mit Marker-DNA- Fragmenten zeigte, daß Reaktionsprodukte mit der zu er¬ wartenden Länge (781 bp) entstanden. Dieses Ergebnis zeigte, daß im Darm und in der Niere von Menschen das erfindungsgemäße Protein ebenfalls vorkommt.2) 3 'GGAACAGTAGGTCGAAG 5' (P20 positions 1255-1271, opposite strand). The reaction was carried out as described in Example 5. The reaction batches were then electrophoresed on agarose gels and stained with ethiclumin bromide. A comparison with marker DNA fragments showed that reaction products with the expected length (781 bp) were formed. This result showed that the protein according to the invention also occurs in the intestine and kidney of humans.
Die Expression der DNA-Sequenzen und das Isolieren der ex- primierten Proteine anderer Säugerarten kann ebenfalls nach den üblichen Verfahren erfolgen, wie beispielsweise in dem oben angegebenen Laborhandbuch von Sambrook et al. beschrieben.The expression of the DNA sequences and the isolation of the expressed proteins of other mammalian species can also be carried out according to the usual methods, such as, for example, in the laboratory manual by Sambrook et al. described.
Die für die ß-Untereinheit kodierenden Nukleinsäuren können neben natürlichen Ursprungs, wie genomische DNAs oder cDNAs, auch synthetischer Art, wie beispielsweise mit Hilfe automatischer Synthetisiervorrichtungen herstellbare DNA, wie auch semisynthetischer Natur sein. Die Auswahl des Vektors zum Aufnehmen der für das erfindungsgemäße Protein kodierenden Nukleinsäure hängt von der verwendeten Wirtszelle ab und liegt im Bereich des fachmännischen Könnens. Geeignete Vektoren sind beispielsweise in dem oben angegebenen Laborhandbuch von Sambrook et al. aufgeführt.The nucleic acids coding for the β-subunit can be of natural origin, such as genomic DNAs or cDNAs, also of a synthetic nature, such as DNA that can be produced with the aid of automatic synthesizers, as well as of a semi-synthetic nature. The selection of the vector for taking up the nucleic acid coding for the protein according to the invention depends on the host cell used and is within the range of the person skilled in the art. Suitable vectors are described, for example, in the laboratory manual by Sambrook et al. listed.
Die rekombinanten Vektoren, die die erfindungsgemäßen Nukleinsäurefragmente tragen, können durch gängige Methoden, wie beispielsweise in Sambrook et al., siehe oben, beschrieben in die entsprechenden Wirtszellen eingebracht werden. Als Wirtszellen kommen beispielsweise Mikroorganismen in Frage, wie z.B. Bakterien der Art E.coli und B.subtilis. Weiterhin können eukaryontische Or¬ ganismen verwendet werden, wie z.B. Hefen. Es ist ebenso möglich, eukaryontische Zellkulturzellen oder kultivierte Insektenzellen zu verwenden. Nach Kultivieren der Wirts¬ zellen, welche das erfindungsgemäße Nukleinsäurefragment enthalten, können nach üblichen Verfahren die rekombinan¬ ten Proteine mit der biologischen Aktivität einer ß-Untereinheit eines Na /Glucose-Cotransporter durch die gängigen Methoden isoliert werden. Das erfindungsgemäße Protein kann zur pharmakologischen Beeinflussung der Na+/Glucose-Cotransportaktivität verwendet werden. So kann die erfindungsgemäße ß-Untereinheit desThe recombinant vectors which carry the nucleic acid fragments according to the invention can be introduced into the corresponding host cells by customary methods, as described, for example, in Sambrook et al., See above. For example, come as host cells Microorganisms in question, such as bacteria of the species E.coli and B.subtilis. Eukaryotic organisms such as yeasts can also be used. It is also possible to use eukaryotic cell culture cells or cultured insect cells. After culturing the host cells which contain the nucleic acid fragment according to the invention, the recombinant proteins with the biological activity of a β-subunit of a Na / glucose cotransporter can be isolated by conventional methods using conventional methods. The protein according to the invention can be used for pharmacologically influencing the Na + / glucose cotransport activity. So the ß-subunit of the invention
Na+/Glucose-Cotransporters zusammen mit der α-Untereinheit zu einem intakten Komplex zusammengesetzt, gereinigt und kristallisiert werden, um die Tertiärstruktur des Trans¬ porters durch Röntgenstrukturuntersuchungen zu bestimmen. Auf der Basis dieser Daten können spezifische Wirkstoffe, die an Transporter binden, hergestellt werden. Das erfin¬ dungsgemäße Protein ermöglicht somit erstmals die gezielte •Herstellung eines an den Na /Glucose-Cotransporter bin¬ denden Liganden. Ein solcher Ligand kann zur Regulation der Aktivität eines Na /Glucose-Cotransporters verwendet werden, z.B. zur Hemmung der Aktivität bei Diabetikern.Na + / glucose cotransporters are assembled together with the α subunit to form an intact complex, purified and crystallized in order to determine the tertiary structure of the transporter by X-ray structure studies. Based on this data, specific active substances that bind to transporters can be produced. The protein according to the invention thus enables for the first time the targeted production of a ligand that binds to the Na / glucose cotransporter. Such a ligand can be used to regulate the activity of a Na / glucose cotransporter, for example to inhibit the activity in diabetics.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
Beispiel 1 In vitro-Expression eines einzelnen Pölypeptids durch P20, das spezifisch mit dem monoklonalen Antikörper R4A6 reagiert. Zur Preparation von Sinn-cRNA wurden gerei¬ nigte Bluescript-Plasmide ( erhältlich von der Firma Stra- tagene) , die P20 enthalten, mit Xhol linearisiert und die mit 5'7meGppp5'G versehene cRNA wurde durch T3-Polymerase synthetisiert unter Verwendung des mCAP mRNA Capping Kits der Firma Stratagene. Die cRNA wurde gelöst in Diethyl- pyrocarbonat (DEPC)-behandeltem Wasser und die cRNA-Konzentration wurde bestimmt (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) . Für die in vitro-Translation wurden 45 μlExample 1 In vitro expression of a single polypeptide by P20 which specifically reacts with the monoclonal antibody R4A6. To prepare sense cRNA, purified Bluescript plasmids (available from the Stragene company) containing P20 were linearized with Xhol and the cRNA provided with 5'7meGppp5'G was purified by T3 polymerase synthesized using the mCAP mRNA capping kit from Stratagene. The cRNA was dissolved in diethyl pyrocarbonate (DEPC) treated water and the cRNA concentration was determined (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989 ). 45 μl were used for in vitro translation
Kaninchen-Retikulozytenlysat (Amersham) mit bzw. ohne L-[35S] Methionin (15 μCi) ) gemischt mit 5 μl Was¬ ser ohne bzw. mit 0,9 μg P20-CRNA. Nach 1 h (37°C) Inku¬ bation wurden 50 μl 125 mM Tris-HCl pH 6,8, 4% (w/v)SDS, 10% (w/v) ß-Mercaptoethanol, 20% (w/v) Polyethylenglycol zugefügt, und Aliquots von 20 μl wurden für die SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese verwendet. Western-blotting und die Immunreaktion mit 2 μg/ml Maus-IgM-Antikörper oder mit 2 μg/ml Maus-Myelom-IgM wurde durchgeführt, wie beschrieben in Koepsell, H. et al. (J. Biol. Chem. 263, 18419-18429, 1988).Rabbit reticulocyte lysate (Amersham) with or without L- [ 35 S] methionine (15 μCi)) mixed with 5 μl water without or with 0.9 μg P20-CRNA. After 1 h (37 ° C.) incubation, 50 μl 125 mM Tris-HCl pH 6.8, 4% (w / v) SDS, 10% (w / v) β-mercaptoethanol, 20% (w / v ) Added polyethylene glycol and 20 µl aliquots were used for SDS polyacrylamide gel electrophoresis. Western blotting and the immune response with 2 ug / ml mouse IgM antibody or with 2 ug / ml mouse myeloma IgM was performed as described in Koepsell, H. et al. (J. Biol. Chem. 263, 18419-18429, 1988).
Beispiel 2Example 2
Unterschiedliche Effekte von P20 auf denDifferent effects of P20 on the
Na+/Glucose-Cotransport in Xenopus-Oozyten mit niedriger und hoher endogener Transportaktivität.Na + / glucose cotransport in Xenopus oocytes with low and high endogenous transport activity.
Ausgewachsene Oozyten wurden nach Kollagenase-Behandlung (Schmalzing, G. et al., Biochem. J. 279, 329-336, 1991) gesammelt und 50 nl DEPC-behandeltes Wasser ohne bzw. mit cRNA wurden pro Oozyte injiziert. Zur Translation wurden die Oozyten 48 h (18°C) in 5 mM Hepes-Tris pH 7,8, 110 mM NaCl, 3 mM KC1, 2 mM CaCl2, 1 mM MgCl2 (ORi) -Puffer , enthaltend 50 mg/1 Gentamicin inkubiert. Die Glucoseaufnahme wurde gemessen durch Inkubation der Oozyten bei 22°C mit ORi-Puffer oder mit 5 mM Hepes-Tris pH 7,6, 110 mM Tetramethylammonium, 3 mM KC1, 2 mM CaCl2, 1 mM MgCl2 (HT-Puffer) , enthaltend D-[14C]Glucose oder D-[ C] AMG. Da die Glucoseaufnähme stets für 2 h linear war, wurden die Anfangsaufnahmeraten routinemäßig nach 1-stündiger Inkubation gemessen. Die Inkubation wurde durch eiskalten ORi- oder HT-Puffer gestoppt, und die Ra¬ dioaktivität einzelner Oozyten wurde nach deren Auflösung in 5% (w/v) SDS gemessen.Adult oocytes were collected after collagenase treatment (Schmalzing, G. et al., Biochem. J. 279, 329-336, 1991) and 50 nl of DEPC-treated water without or with cRNA were injected per oocyte. For translation, the oocytes were kept in 5 mM Hepes-Tris pH 7.8, 110 mM NaCl, 3 mM KC1, 2 mM CaCl 2 , 1 mM MgCl 2 (ORi) buffer, containing 50 mg / 48 h (18 ° C). 1 gentamicin incubated. The glucose uptake was measured by incubating the oocytes at 22 ° C. with ORi buffer or with 5 mM Hepes-Tris pH 7.6, 110 mM tetramethylammonium, 3 mM KC1, 2 mM CaCl 2 , 1 mM MgCl 2 (HT buffer), containing D- [ 14 C] glucose or D- [C] AMG. Since glucose uptake was always linear for 2 hours, initial uptake rates were routinely measured after 1 hour of incubation. The incubation was stopped by ice-cold ORi or HT buffer and the radioactivity of individual oocytes was measured after their dissolution in 5% (w / v) SDS.
Beispiel 3Example 3
Abhängigkeit des in Xenopus-Oozyten exprimierten AMG-Transports von der Menge an injizierter SGLTl-cRNA und von P20-CRNA, die mit SGLTl-cRNA koinjiziert wurde.Dependence of the AMG transport expressed in Xenopus oocytes on the amount of SGLTl cRNA injected and on P20-CRNA, which was co-injected with SGLTl cRNA.
Der Transport von 50 μM AMG in Xenopus laevis-Oozyten wurde in der Anwesenheit von 110 mM Na (siehe Beispiel 2) gemessen und korrigiert um die AMG-Aufnähme, die in mit Wasser injizierten Oozyten gemessen wurde.The transport of 50 μM AMG in Xenopus laevis oocytes was measured in the presence of 110 mM Na (see Example 2) and corrected for the AMG uptake measured in oocytes injected with water.
Beispiel 4Example 4
Nukleotidsequenz und davon abgeleitete Aminosäuresequenz von P20. Aus Schweinenierenrinde (Oberleithner, H. et al., Methods Enzymol. 191, 437-449, 1990) gereinigte mRNA wurde zur Herstellung einer cDNA-Bank in λ-Zap-Phagen (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2. Auf¬ lage, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) unter Verwendung von Oligo-dT verwendet. Das Absuchen der Bank mit Antikörpern wurde mit dem monoklonalen Antikörper R4A6 unter der Verwendung eines mit Phosphatase gekoppelten zweiten Antikörpers (Sambrook, J. et al., Molecular Clo¬ ning: A Laboratory Manual, 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) durchgeführt. Ein positiver Plaque wurde isoliert und das pBluescript SK--Plasmid (mit cDNA-Insert) wurde unter Verwendung des Helferphagen R408 ausgeschnitten. XLl-Blue-Zellen wurden transfiziert und die Plasmid-DNA wurde aus Flüssigkulturen (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) gereinigt. Unter Verwendung der Dideoxynukleotid-Kettenabbruchmethode (Korneluk, R.G. et al., Gene 40, 317-323, 1985) wurden beide Stränge der doppelsträngigen Plasmid-DNA sequen¬ ziert.Nucleotide sequence and derived amino acid sequence of P20. MRNA purified from pig kidney cortex (Oberleithner, H. et al., Methods Enzymol. 191, 437-449, 1990) was used to produce a cDNA library in λ-Zap phage (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989) using oligo-dT. The library was screened for antibodies using the monoclonal antibody R4A6 using a second antibody coupled to phosphatase (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York , 1989). A positive one Plaque was isolated and the pBluescript SK plasmid (with cDNA insert) was excised using helper phage R408. XL1-Blue cells were transfected and the plasmid DNA was purified from liquid cultures (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989). Using the dideoxynucleotide chain termination method (Korneluk, RG et al., Gene 40, 317-323, 1985), both strands of the double-stranded plasmid DNA were sequenced.
Beispiel 5Example 5
Polymerasekettenreaktion zum Nachweis von cDNA, die aus¬ gehend von aus menschlichem Darm und menschlicher Niere isolierter RNA synthetisiert wird und zur P20-cDNA homo¬ log ist.Polymerase chain reaction for the detection of cDNA, which is synthesized starting from RNA isolated from human intestine and human kidney and is homologous to the P20 cDNA.
Die PCR-Reaktion wurde in einem Reaktionsrahmen von 50 μl in Gegenwart von RNA aus Mensch; 67 mM Tris HC1 pH 8,8; 6,7 mM MgCl2; je 1 mM dNTPs; 0,17 mg/ml Rinderserumal- bumin; je 20 pmol Primer durchgeführt.The PCR reaction was carried out in a reaction frame of 50 μl in the presence of human RNA; 67 mM Tris HC1 pH 8.8; 6.7 mM MgCl 2 ; 1 mM each of dNTPs; 0.17 mg / ml bovine serum albumin; each carried out 20 pmol primer.
Ablauf: 5 Minuten Denaturierung bei 94°C, Zugabe von 2,5 U Tag-Polymerase (hot start) 5 Minuten Annealing bei 45°C, 40 Minuten Reaktion bei 72°C (zur Synthese des DNA-Stranges) ; dann 35 Zyklen von je 1 Minute bei 94°C, 1,5 Minuten bei 48°C, 3 Minuten bei 72°C. Procedure: 5 minutes denaturation at 94 ° C, addition of 2.5 U tag polymerase (hot start) 5 minutes annealing at 45 ° C, 40 minutes reaction at 72 ° C (for the synthesis of the DNA strand); then 35 cycles of 1 minute each at 94 ° C, 1.5 minutes at 48 ° C, 3 minutes at 72 ° C.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Nukleinsäurefragment, enthaltend eine Nukleotidsequenz, die für ein Protein mit der biologischen Aktivität einer ß-Untereinheit eines Na+/Glucose-Cotransporters kodiert, wobei die Nukleotidsequenz ausgewählt wird aus einer DNA-Sequenz, umfassend eine Sequenz, die für die Aminosäu¬ resequenz der Fig. 6 kodiert, und aus Nukleinsäuresequen- zen, die mit dieser Sequenz hybridisieren und für ein Pro¬ tein mit der biologischen Aktivität der ß-Untereinheit ei¬ nes Na /Glucose-Cotransporters kodieren.1. Nucleic acid fragment containing a nucleotide sequence which codes for a protein with the biological activity of a β subunit of a Na + / glucose co-transporter, the nucleotide sequence being selected from a DNA sequence comprising a sequence which is for the amino acid sequence 6, and from nucleic acid sequences which hybridize with this sequence and code for a protein with the biological activity of the β subunit of a Na / glucose co-transporter.
2. Nukleinsäurefragment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleotidsequenz für eine Aminosäuresequenz kodiert, die die in Fig. 6 gezeigte Aminosäuresequenz von Aminosäureposition 42 bis 522 umfaßt.2. Nucleic acid fragment according to claim 1, characterized in that the nucleotide sequence codes for an amino acid sequence which comprises the amino acid sequence shown in FIG. 6 from amino acid position 42 to 522.
3. Nukleinsäurefragment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die DNA-Sequenz von Position 125 bis 1568 aus Fig. 6 oder eine Sequenz, die daran hybridisiert, umfaßt.3. Nucleic acid fragment according to claim 1, characterized in that it comprises the DNA sequence from position 125 to 1568 from FIG. 6 or a sequence which hybridizes to it.
4. Nukleinsäurefragment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die DNA-Sequenz von Position 1 bis 1568 aus Fig. 6 oder eine Sequenz, die daran hybridisiert, umfaßt.4. Nucleic acid fragment according to claim 1, characterized in that it comprises the DNA sequence from position 1 to 1568 from FIG. 6 or a sequence which hybridizes to it.
5. Nukleinsäurefragment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es synthetischen, semi-synthetischen oder natürlichen Ursprungs ist.5. Nucleic acid fragment according to claim 1, characterized in that it is of synthetic, semi-synthetic or natural origin.
6. Nukleinsäurefragment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleotidsequenz für eine ß-Untereinheit eines Säuger-Na /Glucose-Cotransporters kodiert. 6. Nucleic acid fragment according to claim 1, characterized in that the nucleotide sequence codes for a β-subunit of a mammalian Na / glucose cotransporter.
7. Nukleinsäurefragment nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleotidsequenz für eine ß-Untereinheit eines Schweine-Na+/Glucose-Cotransporters kodiert.7. Nucleic acid fragment according to claim 6, characterized in that the nucleotide sequence codes for a β-subunit of a porcine Na + / glucose cotransporter.
8. Nukleinsäurefragment nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleotidsequenz für eine ß-Untereinheit eines menschlichen8. Nucleic acid fragment according to claim 6, characterized in that the nucleotide sequence for a β-subunit of a human
Na /Glucose-Cotransporters kodiert.Coded Na / glucose cotransporters.
9. Rekombinanter Vektor, enthaltend ein Nukleinsäurefragment nach einem der Ansprüche 1 bis 8.9. Recombinant vector containing a nucleic acid fragment according to one of claims 1 to 8.
10. Rekombinanter Vektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Expressionsvektor ist.10. Recombinant vector according to claim 9, characterized in that it is an expression vector.
11. Rekombinanter Vektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Expressionsvektor für Prokaryonten ist.11. Recombinant vector according to claim 10, characterized in that it is an expression vector for prokaryotes.
12. Rekombinanter Vektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Expressionsvektor für Eukaryonten ist.12. Recombinant vector according to claim 10, characterized in that it is an expression vector for eukaryotes.
13. Wirtszelle, enthaltend einen Vektor nach einem der Ansprüche 9 bis 12.13. Host cell containing a vector according to one of claims 9 to 12.
14. Wirtszelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Protein mit der biologischen Aktivität einer ß-Untereinheit eines Na /Glucose-Cotransporters exprimiert. 14. Host cell according to claim 13, characterized in that it expresses the protein with the biological activity of a β-subunit of a Na / glucose co-transporter.
15. Protein mit der biologischen Aktivität einer ß-Untereinheit eines Na /Glucose-Cotransporters, das durch ein Nukleinsäurefragment nach einem der Ansprüche 1 bis 8 kodiert wird.15. Protein with the biological activity of a β subunit of a Na / glucose cotransporter, which is encoded by a nucleic acid fragment according to one of claims 1 to 8.
16. Protein nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es die Aminosäuresequenz von Aminosäureposition 42 bis 522 in Fig. 6 umfaßt.16. Protein according to claim 15, characterized in that it comprises the amino acid sequence from amino acid position 42 to 522 in Fig. 6.
17. Protein nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es die Aminosäuresequenz von Aminosäureposition 1 bis 522 in Fig. 6 umfaßt.17. Protein according to claim 15, characterized in that it comprises the amino acid sequence from amino acid position 1 to 522 in Fig. 6.
18. Verfahren zur Herstellung eines Proteins mit der biologischen Aktivität einer ß-Untereinheit eines Na+/Glucose-Cotransporters, umfassend die Schritte Kultivieren einer Wirtszelle nach Anspruch 13 und Isolieren des exprimierten Proteins.18. A method for producing a protein having the biological activity of a β subunit of a Na + / glucose cotransporter, comprising the steps of culturing a host cell according to claim 13 and isolating the expressed protein.
19. Pharmazeutische Zusammensetzung, enthaltend ein Protein nach einem der Ansprüche 15 bis 17.19. A pharmaceutical composition containing a protein according to any one of claims 15 to 17.
20. Verwendung des Proteins nach einem der Ansprüche 15 bis 17 als Rezeptor für einen pharmazeutischen Wirkstoff.20. Use of the protein according to any one of claims 15 to 17 as a receptor for an active pharmaceutical ingredient.
21. Verwendung des Proteins nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zur Herstellung eines an einen Na+/Glucose-Cotransporter bindenden Liganden.21. Use of the protein according to any one of claims 15 to 17 for the preparation of a ligand binding to a Na + / glucose cotransporter.
22. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand ein Inhibitor des Na+/Glucose-Cotransporters ist. 22. Use according to claim 21, characterized in that the ligand is an inhibitor of the Na + / glucose cotransporter.
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