WO1999033973A2 - Cloned octapamine-receptor-producing cells - Google Patents

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WO1999033973A2
WO1999033973A2 PCT/EP1998/008411 EP9808411W WO9933973A2 WO 1999033973 A2 WO1999033973 A2 WO 1999033973A2 EP 9808411 W EP9808411 W EP 9808411W WO 9933973 A2 WO9933973 A2 WO 9933973A2
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octopamine receptor
octopamine
cells
receptor
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Arnd Baumann
Stephan Frings
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Forschungszentrum Jülich GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/94Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving narcotics or drugs or pharmaceuticals, neurotransmitters or associated receptors
    • G01N33/9406Neurotransmitters
    • 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
    • C07K14/70571Receptors; Cell surface antigens; Cell surface determinants for neuromediators, e.g. serotonin receptor, dopamine receptor

Definitions

  • the invention relates to a method for producing octopamine receptor-producing cells according to claims 1 to 10, to octopamine receptor genes according to claims 11 to 14, octopamine receptors according to claims 15 and 16, gene constructs according to claims 17 and 18, transformed cells Claims 19 to 23 and a method for examining the properties of neurotransmitter receptors according to Claims 24 to 27.
  • Nerve cells or neurons form the functional units of the brain.
  • the main task of a neuron is to transfer information to other neurons or to muscle and gland cells.
  • each neuron not only has a diverse repertoire of highly specialized, membrane-bound protein molecules (proteins), but also an extraordinary cellular structure.
  • the following cell areas are morphologically differentiated: dendrite, cell body, axon and synaptic end button.
  • the information is recorded in the dendritic area of the neuron and is passed on as an electrical signal. If a certain threshold value of electrical excitation is exceeded, an action potential is triggered just below the cell body - in the area of the axon hillock.
  • the action potential is characterized by the selective inflow of sodium ions through sodium channels into the cell interior.
  • the sodium ion inflow is affected by a time-delayed potassium ion Outflow through potassium channels counter (repolarization), so that the resting potential is set again.
  • the action potential propagates along the axon down to the synaptic end button. This is the area of the neuron where the cell contacts target cells. The contact point is also known as a synapse.
  • the electrical signal (action potential) cannot be passed on via the synaptic gap. To transmit signals from the neuron to the target cell, the electrical signal must therefore be translated into a chemical signal.
  • the action potential causes the release of messenger substances, the so-called neurotransmitters, from the synaptic end button.
  • the neurotransmitters diffuse to the surface of the target cell and bind there to high-affinity binding proteins, the so-called neurotransmitter receptors, which are specific to the respective neurotransmitter.
  • the first group combines those receptors that can themselves form ion channels (ionotropic receptors). These include the acetylcholine and glutamate receptors, which, when activated, depolarize the target cell and trigger a new action potential. Inhibitory receptors, such as glycine and ⁇ -aminobutyric acid (GABA) -
  • GABA ⁇ -aminobutyric acid
  • Receptors hyperpolarize the target cell and therefore counteract the triggering of a new action potential.
  • the receptors are therefore also called metabotropic receptors.
  • Members of this receptor family have one thing in common Structural characteristic of seven hydrophobic sections in the primary structure (amino acid sequence) that span the cell membrane The change in the intracellular messenger concentration is achieved by the receptors interacting with GTP-binding (G) proteins.
  • adenylate cyclase leads to an increase in the intracellular concentration of cyclic adenosine 3 ', 5'-monophosphate (cAMP).
  • cAMP cyclic adenosine 3 ', 5'-monophosphate
  • Another way is to activate a phospholip ase C and the resulting synthesis of inositol-l, 4,5-triphosphate (IP 3 ) and diacylglycerol (DAG).
  • the metabotropic receptors thus intervene in the regulation of cellular activity and can decisively influence the plasticity of neuronal circuits.
  • modulation of synaptic plasticity is believed to play a crucial role in connection with learning performance and in memory formation.
  • Many of the neurotransmitter / receptor systems known today have been preserved in the course of evolution. However, some only occur in certain animal species.
  • An example of the differentiation of neurotransmitters can be found in the group of biogenic amines.
  • the group of biogenic amines includes the neurotransmitters adrenaline, dopamine, histamine, noradrenaline, octopamine, serotonin and tyramine.
  • octopamine acts as a neurotransmitter, neurohormone and also as a neuromodulator and controls or modulates many biochemical reactions, motor skills and behavior. For example, it is described that octopamine and others. regulates metabolism and energy balance. In addition, octopamine modulates the animals' biorhythms and is crucial for learning and memory building. Only low octopamine concentrations are found in vertebrates. However, it is unclear whether the substance has neuroactive activity.
  • Octopamine receptors have also only been written in evertebrates. These proteins belong to the large gene family of the G protein-coupled receptors. Based on pharmacological binding studies and the investigation of the activated intracellular messenger pathways, two classes of octopamine receptors are distinguished (Evans, PD and Robb, S .: Octopamine receptor subtypes and their modes of action; Neurochemical Research 18, 1993, 869-874).
  • One receptor class - octopamine 1 (OCTl) receptors - causes an increase in the intracellular Ca 2+ concentration - presumably induced via the intracellular messenger IP 3 .
  • the second class of receptors - octopamine 2 (OCT2) receptors - stimulates adenylate cyclase and there is an increase in the intracellular cAMP concentration.
  • the physiologically effective concentration of octopamine is in the range from 10 " 8 to 10" 10 M.
  • octopamine is only detected as a neurotransmitter in invertebrates, it would be of great interest to develop specific pharmaceuticals (ligands) that only bind to octopamine receptors. Since these receptors are not found in vertebrates, such ligands could be used as insecticides without fear of side effects in vertebrates.
  • the homogenate consists of a mixture of different receptors or subtypes, i.e. the receptor populations are present side by side or mixed (Roeder, T. and Nathanson, JA: Characterization of insect neuronal octopamine receptors; Neurochemical Research 18, 1992 , 921-925; Hiripi, L. et al .: Characterization of ty ramine and octopamine receptors in the insect (Locusta migratoria migratorioides) brain; Brain Research 633, 1994, 119-126).
  • tissue homogenates are relatively time-consuming and labor-intensive and sometimes requires the use of protein chemical cleaning and separation processes.
  • a similar problem also applies to the quantification of the intracellular messengers cAMP and IP 3 .
  • the determination of the corresponding concentrations is labor-intensive, time-consuming and often error-prone because different messenger pathways can be activated simultaneously in the tissue preparations.
  • the characterization of the receptors has so far mainly been carried out using the method of radioligand binding.
  • tissue homogenates are incubated with different, radioactively labeled compounds and the specifically bound radioactivity is measured after several filtration and washing steps.
  • the classification of the receptors is only possible if a variety of different substances have been tested to determine whether and which substance is suitable to displace the radioactively labeled compound from the receptor protein (competition experiments). This procedure is also labor-intensive and, due to the use of the radio-labeled compounds, is not harmless for environmental and health reasons (radiation exposure).
  • the use of a detection method that does not require the use of radioactive material is therefore desirable and advantageous.
  • octopamine receptor-producing cells in which at least one gene coding for an octopamine receptor is transformed into a host cell.
  • octopamine receptor genes are preferably cloned from the fruit fly Drosophila melanogaster. After cloning or isolation, in particular genes with the SEQ ID no. 1 and / or 3 specified nucleotide sequences or with one for which under SEQ ID No. 2 and / or 4 indicated amino acid sequence and / or their allele variations coding nucleotide sequence available. These genes can be used primarily for the production of octopamine receptor type 1 and / or 2 (OCT1 or 2) producing cells.
  • a DNA probe for example from a cDNA clone that codes for a Drosophila dopamine receptor (Gotzes, F. et al .: Primary structure and functional characterization of a Drosophila dopamine receptor with high homology to human Dl / 5 receptors; Receptors & Channels 2, 1994, 131-141), can be genomic and cDNA libraries under degraded
  • the constructs can then in particular in a cell line, preferably in the human kidney cell line HEK293, with the calcium phosphate method (Chen, C. and Okayama, H .: High-efficiency transformation of mammalian cells by plasmid DNA; Molecular and Cellular Biology 7 , 1987, 2745-2752).
  • Cell clones that have taken up the DNA stably can be selected by adding the antibiotic Geneticin (G418 sulfate).
  • the DNA molecules that code for the above-mentioned splice variants can also be integrated into the genome of the host cell independently of one another.
  • transient transfection In addition to using the cell line mentioned (HEK 293), it is also conceivable to introduce the DNA which codes for a receptor into other cells, such as, for example, COS, NIH 3T3 or Drosophila S2 cells. This can be done in a stable form, as described above, or alternatively by transient transfection.
  • the disadvantage of transient transfection is that the receptors only last for a short time, i.e. can be examined up to approx. 48 h after the transfection. After that, the progressive cell division means that the expression constructs are only present in the cells in small numbers of copies. This results in a lower expression rate or synthesis rate of the receptor proteins.
  • Another way of expressing the receptor proteins is, for example, using the baculovirus system.
  • the DNA only has to be cloned into an appropriate expression plasmid.
  • the cloning of octopamine receptor genes and their stable expression makes it possible for the first time to examine individual, structurally precisely defined neurotransmitter receptor subtypes. Since the cells according to the invention produce approximately the same amounts of receptors, a further disadvantage of using tissue homogenates is overcome, namely the fluctuation in the receptor density, which can be extremely variable from experiment to experiment. In addition, in particular stable cell lines are grown under constant and easy to control conditions with relatively little effort. This offers the possibility of automating the multiplication process: for example, the cells can be grown in fermenters.
  • Such cells transformed with neurotransmitter receptor genes can then be used in a simple method for examining the properties of neurotransmitter receptors, in which a ligand to be examined is allowed to act on these cells and the effect is determined by determining intracellular messenger substances.
  • a ligand to be examined is allowed to act on these cells and the effect is determined by determining intracellular messenger substances.
  • cloned octopamine receptors activate a cell-specific G protein and subsequently a phospholipase.
  • This enzyme cleaves a membrane-based substrate into two intracellular messenger substances: IP3 and DAG.
  • IP3 binds to an intracellular receptor, which enables the passage of Ca 2+ ions from the cell compartments into the cytoplasm of the cell.
  • the increase in the cytoplasmic Ca 2+ ion concentration can be registered with the aid of a Ca 2+ sensitive indicator, the fluorescent dye FURA-2.
  • the intracellular Ca 2+ ion concentration is well calibrated and the change in concentration quantifiable.
  • the relative change in the Ca 2+ ion concentration is therefore a measure of whether the ligand tested activates the receptor, ie acts as an agonist, or alternatively in the presence of octopamine, which inhibits receptor activity, ie acts as an antagonist. This procedure enables the investigation of a large number of substances (screening) with high throughput numbers.
  • the method according to the invention can also be transferred to other receptors, for example those which bring about the production of the messenger substance cAMP.
  • the increase in the intracellular cAMP concentration can be registered by ion channels that open depending on the cAMP and allow the influx of Ca 2+ ions.
  • the cyclic nucleotide-controlled ion channels have these properties.
  • the increase in cAMP concentrations thus also causes an increase in the intracellular Ca 2+ concentration, which can be measured using the Ca 2+ imaging method.
  • the Ca 2+ flows in this second variant from the extracellular area into the cell interior.
  • the method according to the invention can therefore be applied, inter alia, to all other receptor systems which bring about an increase in the intracellular messenger substances cAMP / cGMP and IP3. Coupling paths can also be recorded, as a result of which the messenger concentration - for example of cAMP / cGMP - drops.
  • the availability of the receptors in a stably expressed form offers the possibility of examining defined, homogeneous receptor preparations.
  • the cells can be cultivated in small dishes, so that many substances can be tested in parallel. This option is particularly important for screening procedures in the pharmaceutical industry.
  • the examination method according to the invention offers a great time advantage.
  • the change in the intracellular Ca 2+ concentration can be registered and quantified within a few minutes.
  • the process can be largely automated and many work steps can be carried out mechanically.
  • the method of low-stringent hybridization of gene libraries was used to isolate the receptor gene.
  • a Hindlll / Nrul restriction fragment of the Drosophila dopamine Dl receptor (DmDop [-126]; Gotzes, F. and Baumann, A .: Functional properties of Drosophila dopamine Dl receptors are not altered by the size of the N-terminus ; Biochemical Biophysical Research Communications 222, 1996, 121-126).
  • the plasmid DNA was cleaved as follows:
  • the incubation was carried out at 37 ° C. for 90 min.
  • the mixture was then mixed with 6 ⁇ l stop buffer (5 ⁇ ) (100 mM EDTA, 20% (w / v) Ficoll 400, 0.01% (w / v) bromophenol blue , 0.01% (w / v) Xylencyanol) added, applied to a 0.75% agarose gel (with ethidium bromide) and separated electrophoretically.
  • the -1000 bp HindIII / Nrul fragment was cut out of the agarose gel under UV light and the DNA from the agarose piece was centrifuged (Heery, DM et al .: A simple method for subcloning DNA fragments from gel slices; Trends in Genetics 6, 1990, 173). 100 ng of the purified fragment were radioactively labeled with [32p] dCTP using the "Megaprime DNA Labeling System" from Amersham.
  • Hybridization solution was exchanged, which contained ⁇ 1 x 10 ⁇ cpm / ml of the radiolabelled sample.
  • the first hybridization was carried out under high stringency for 16 h at 65 ° C.
  • the non-specifically bound radioactivity was removed by two washing steps at 65 ° C in 1 x SET / 0.1% SDS for 30 minutes each.
  • Specifically bound radioactivity was visualized by placing an X-ray film for 4-14 h at -80 ° C. The signals found correspond to gene sequences which are identical to the DmDopl gene. 33973
  • the stringency was reduced in a second round of hybridization.
  • the hybridization temperature was reduced from 65 ° C to 52 ° C.
  • the non-specifically bound radioactivity was removed in two washing steps at 52 ° C. in 2 ⁇ SET / 0.1% SDS for 25 minutes each.
  • the specific signals were again made visible by placing an X-ray film. In comparison to the first round of hybridization, an additional signal was identified on the X-ray film.
  • the signal was assigned to a "plaque region" on the agar plate. This region was excised from the agar and eluted in phage buffer (Sambrook, J. et al., See above). After several rounds of separation, the hybridization signals could finally be assigned to individual plaque regions on the agar plate. The recombinant ⁇ phage DNA was then isolated from small lysates
  • the incubation was carried out at room temperature for 3 h.
  • the ligation mixture was transformed into transformation-competent cells of the bacterial strain XL1-Blue (Invitrogen).
  • the cells were spread on LB agar plates containing ampicillin (Sambrook, J. et al, see above) and incubated at 37 ° C. overnight.
  • Individual colonies were grown in 5 ml LB liquid cultures and the plasmid DNA was isolated by the alkaline lysis method (Sambrook, J. et al., See above). The correct incorporation of the DNA fragments was checked by restriction analyzes. Larger amounts of the plasmid subclones were purified from 50 ml liquid cultures.
  • the nucleic acid sequence of the subcloned DNA fragments was determined by the chain termination method (Sanger, F. et al: DNA sequencing with chain-terminating inhibitors; Proceedings National Academy Sciences USA 74, 1977, 5463-5467).
  • a comparison of the nucleic acid and derived amino acid sequences with those of the DmDopl receptor showed that the cloned genomic DNA contains gene sequences which code for two previously unknown members of the G protein-coupled receptor gene family.
  • the new sequence information was used to synthesize oligonucleotides that were used in polymerase chain reactions (PCR).
  • the 5 'oligonucleotide had the sequence: (# 1) 5'-GCCGTACTCGAGTTCATCAAC-3'. Two 3 'located
  • PCR approaches were carried out with the oligonucleotide pairs # 1 / # 2 and # 1 / # 3.
  • a 2nd strand cDNA preparation which had been synthesized on Drosophila head mRNA as starting material, served as the template.
  • the PCR approaches had the following composition:
  • the amplification was carried out with the following parameters:
  • the PCR fragments from the subclones were cut out with EcoRI / HindIII, separated by gel electrophoresis and isolated from the agarose (see above). The fragments were radioactively labeled (see above) and used to hybridize an adult Drosophila head cDNA library.
  • the library has already been used to isolate the DmDopl receptor gene (Gotzes, F. et al., See above).
  • the cDNA molecules were cloned into ⁇ gtll phages. The library was hybridized with high stringency (see above).
  • the DNA of the individual phages was prepared from small lysates (Santos, M.A., see above), cut with EcoRI and subcloned into a pBluescript vector which was also cut with EcoRI.
  • the nucleic acid sequences of the recombinants were determined in an overlapping double-stranded manner using suitable subclones and gene-specific oligonucleotides according to the chain termination method (Sanger, F. et al., See above).
  • the octopamine receptor genes should be expressed in a human embryonic kidney cell line (HEK 293 cells).
  • HEK 293 cells human embryonic kidney cell line
  • CCACC consensus sequence of the ribosome binding site of vertebrate gene sequences
  • PCR polymerase chain reaction
  • the mutagenesis oligonucleotide had the sequence: 5'-CTCAGGAATTCCACCATGAATGAAACAGAGTGC-3 '.
  • the counter oligonucleotide for the PCR has the sequence: 5'-CCATCCTCCGAGCTTGA-3 '. This sequence is complementary to nucleotides 1009-1025 of the open reading frame of the nucleic acid sequence of the Drosophila octopamine receptors.
  • the PCR was carried out in a 100 ⁇ l batch:
  • Receptor cDNA clone in pBluescript, 10 ng
  • mutagenesis oligonucleotide 10 ng / base x ul
  • the amplification was carried out with the following parameters: 1 cycle: 94 ° C, 2 min. 30 sec.
  • the fragment was extracted twice with phenol / chloroform, then twice with chloroform and then precipitated by adding 0.1 vol. LiCl (3 M) and 3 vol. Ethanol (absolute). After centrifugation (Sigma centrifuge, 18,000 x g, 10 min., 4 ° C.) the precipitate was dried and taken up in 10 ⁇ l TE buffer (10 mM Tris-HC1, pH 7.4; 1 mM EDTA).
  • the fragment was cut with the restriction enzymes EcoRI (5 'end) and Nael (cleaves at position 426):
  • the incubation was carried out at 37 ° C. for 90 min.
  • the mixture was then mixed with 5 ⁇ l stop buffer (5 ⁇ ) (100 mM EDTA, 20% (w / v) Ficoll 400, 0.01% (w / v) Bromophenol blue, 0.01% (w / v) xylene cyanol) added, applied to a 1.5% agarose gel (with ethidium bromide) and separated electrophoretically.
  • the -440 bp EcoRI / ael fragment was cut out of the agarose gel under UV light and the DNA from the piece of agarose was centrifuged (Heery, DM et al .: A simple method for subcloning DNA fragments from gel slices; Trends in Genetics 6, 1990, 173).
  • the complete cDNA clone in pBluescript was also restricted with EcoRI and Nael.
  • the incubation was carried out at room temperature for 3 h.
  • the ligation approach was carried out in transformation-competent cells of the bacterial strain MC1061-P3 (Invitrogen) transformed.
  • the cells were plated on ampicillin containing LB agar plates (Sambrook, J. et al: Molecular cloning: A laboratory manual, 2 nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989) and plated overnight at 37 ° C incubated. Individual colonies were grown in 5 ml LB liquid cultures and the plasmid DNA was isolated by the alkaline lysis method (Sambrook, J. et al, see above).
  • the correct incorporation of the receptor-coding cDNA was checked by a restriction analysis with the restriction enzyme BamHI. This creates two BamHI fragments of 684 bp and 1395 bp in size.
  • the nucleic acid sequence of the PCR-amplified region was additionally determined from two clones into which the cDNA was correctly incorporated. After this test, larger amounts of the pcDNAI construct (pcDmOCTIB) were purified from 250 ml liquid cultures.
  • the gene fragment was cut out of the pcDNAI construct (pcDmOCTIB) again.
  • the restriction enzymes Hindlll and Xbal were used for this. These enzymes cut only in the vector sequence (in the area of the multiple cloning site, MCS), but not within the receptor sequence.
  • the cDNA fragment was isolated as described above and then ligated into a pcDNAINeo vector (Invitrogen), which was also cut in HindIII / Xbal.
  • the ligation batch was transformed into MC1061-P3 bacterial cells and spread on LB agar plates containing ampicillin.
  • the cells were loaded with the fluorescent dye FURA-2 1 h before the experiment (Frings, S. et al: Profoundly different calcium permeation and blockage determine the specific function of distinct cyclic nucleotide-gated channels; Neuron 15, 1995, 169-179).
  • the measurement was then carried out in the Ca 2+ imaging apparatus.
  • a glass plate was transferred to the measuring chamber and washed with PBS.
  • the PBS was exchanged for a PBS solution using a perfusion device defined concentration of the ligand to be tested, in the present case 1 ⁇ M octopamine.
  • the methodical approach is comparable to the transient transfection procedure.
  • the pcNeoDmOCTIB construct was used for the transfection.
  • the neomycin (neo) resistance gene is still present on this plasmid, the expression of which enables the selection of cells which have taken up the plasmid, since they are resistant to the addition of the antibiotic G418 (geneticin). Cells that have not taken up a plasmid die after a few days when G418 is added to the medium.
  • 10 ⁇ g of the pcDNAINeoDmOCTlB construct were transfected with the calcium-phosphate method (Chen, C. and Okayama, H., see above) in approx.
  • the pharmacological properties of the cloned octopamine receptors were determined on the stable cell lines. For this purpose, cells were sown on poly-L-lysine-coated flakes (see above) and transferred to the Ca2 + imaging apparatus. The cells reacted to the addition of 1 ⁇ M concentrations of the neurotransmitters tyramine and octopamine with a significant increase in the intracellular Ca2 + concentration. The Ca2 + was not released continuously but oscillatingly. No increase in the intracellular Ca2 + concentration was observed when incubated with the neurotransmitters dopamine and serotonin.
  • Octopamine causes a significant increase in the intracellular Ca2 + concentration.
  • the reaction to the incubation takes place with
  • the incubation with the antagonist can be started both before and after the addition of the octopamine. In both

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Abstract

The invention relates to a method for producing octopamine receptor-producing cells. To this end, at least one gene with coding for an octopamine receptor is transformed into a host cell. The cloning of neurotransmitter receptor genes and their stable expression makes it possible to investigate individual neurotransmitter receptor subtypes with precisely defined structures, for the first time. The cells transformed by the neurotransmitter receptor gene can be used in a simple method for investigating the characteristics of neurotransmitter receptors. According to said method, a ligand to be investigated is allowed to act on these cells and the effect is determined by analysing intracellular messenger substances.

Description

Klonierte, Octopamin-Rezeptor produzierende ZellenCloned cells producing octopamine receptor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Octopamin-Rezeptor produzierenden Zellen gemäß Anspruch 1 bis 10, auf Octopamin-Rezeptorgene nach Anspruch 11 bis 14, Octopamin-Rezeptoren nach Anspruch 15 und 16, Genkonstrukte nach Anspruch 17 und 18, transformierte Zellen nach Anspruch 19 bis 23 sowie auf ein Verfahren zur Untersuchung der Eigenschaften von Neurotransmitter-Rezeptoren gemäß Anspruch 24 bis 27.The invention relates to a method for producing octopamine receptor-producing cells according to claims 1 to 10, to octopamine receptor genes according to claims 11 to 14, octopamine receptors according to claims 15 and 16, gene constructs according to claims 17 and 18, transformed cells Claims 19 to 23 and a method for examining the properties of neurotransmitter receptors according to Claims 24 to 27.
Nervenzellen oder Neurone bilden die funktionellen Einheiten des Gehirns. Die Hauptaufgabe eines Neurons besteht in der Übertragung von Informationen auf andere Neurone oder auf Muskel- und Drüsenzellen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, besitzt jedes Neuron nicht nur ein vielfältiges Repertoir hochspezialisierter, membranständiger Eiweißmoleküle (Proteine), sondern auch einen außergewöhnlichen zellulären Aufbau. Morphologisch werden folgende Zellbereiche unterschieden: Dendrit, Zellkörper, Axon und synaptisches Endknöpfchen. Die Informationsaufnahme erfolgt im dendritischen Bereich des Neurons und wird als elektrisches Signal weitergeleitet. Wenn ein bestimmter Schwellenwert der elektrischen Erregung überschritten wird, kommt es kurz unterhalb des Zellkörpers - im Bereich des Axon-Hügelchens - zur Auslösung eines Aktionspotentials. Das Aktionspotential ist durch den selektiven Einstrom von Natrium-Ionen durch Natrium-Kanäle in das Zellinnere gekennzeichnet. Man spricht von einer Depolarisierung. Dem Natrium-Ionen-Einstrom wirkt ein zeitlich verzögerter Kalium-Ionen- Ausstrom durch Kalium-Kanäle entgegen (Repolarisierung), so daß das Ruhepotential wieder eingestellt wird. Das Aktionspotential pflanzt sich entlang des Axons bis in das synaptische Endknöpfchen fort. Dies ist der Bereich des Neurons, an dem die Zelle mit Zielzellen in Kontakt tritt. Die Kontaktstelle wird auch als Synapse bezeichnet. Die Zellmembran des Neurons und der Zielzelle stehen jedoch nicht in unmittelbarem Kontakt, sondern sind durch einen flüssigkeitsgefüllten Bereich, den synaptischen Spalt, getrennt. Über den synaptischen Spalt kann das elektrische Signal (Aktionspotential) nicht weitergegeben werden. Zur Signalübertragung vom Neuron auf die Zielzelle muß das elektrische Signal daher in ein chemisches Signal übersetzt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß das Aktionspotential die Freisetzung von Botenstoffen, die sogenannten Neurotransmitter, aus dem synaptischen Endknöpfchen bewirkt. Nach der Ausschüttung in den synaptischen Spalt diffundieren die Neurotransmitter zur Oberfläche der Zielzelle und binden dort an für den jeweiligen Neurotransmitter spezifische, hochaffine Bindungsproteine, die sogenannten Neurotransmitter-Rezeptoren.Nerve cells or neurons form the functional units of the brain. The main task of a neuron is to transfer information to other neurons or to muscle and gland cells. To accomplish this task, each neuron not only has a diverse repertoire of highly specialized, membrane-bound protein molecules (proteins), but also an extraordinary cellular structure. The following cell areas are morphologically differentiated: dendrite, cell body, axon and synaptic end button. The information is recorded in the dendritic area of the neuron and is passed on as an electrical signal. If a certain threshold value of electrical excitation is exceeded, an action potential is triggered just below the cell body - in the area of the axon hillock. The action potential is characterized by the selective inflow of sodium ions through sodium channels into the cell interior. One speaks of a depolarization. The sodium ion inflow is affected by a time-delayed potassium ion Outflow through potassium channels counter (repolarization), so that the resting potential is set again. The action potential propagates along the axon down to the synaptic end button. This is the area of the neuron where the cell contacts target cells. The contact point is also known as a synapse. However, the cell membrane of the neuron and the target cell are not in direct contact, but are separated by a fluid-filled area, the synaptic cleft. The electrical signal (action potential) cannot be passed on via the synaptic gap. To transmit signals from the neuron to the target cell, the electrical signal must therefore be translated into a chemical signal. This is achieved in that the action potential causes the release of messenger substances, the so-called neurotransmitters, from the synaptic end button. After being released into the synaptic gap, the neurotransmitters diffuse to the surface of the target cell and bind there to high-affinity binding proteins, the so-called neurotransmitter receptors, which are specific to the respective neurotransmitter.
Es werden in der Regel zwei Gruppen von Neurotransmitter-Rezeptoren unterschieden: In der ersten Gruppe werden solche Rezeptoren zusammengefaßt, die selbst Ionenkanäle bilden können (ionotrope Rezeptoren). Hierzu gehören die Acetylcholin- und Glutamat-Rezeptoren, durch deren Aktivierung die Zielzelle depolarisiert und ein neues Aktionspotential ausgelöst werden kann. Inhibitorisch wirkende Rezeptoren, wie beispielsweise Glycin- und γ-Aminobuttersäure (GABA)-A distinction is usually made between two groups of neurotransmitter receptors: The first group combines those receptors that can themselves form ion channels (ionotropic receptors). These include the acetylcholine and glutamate receptors, which, when activated, depolarize the target cell and trigger a new action potential. Inhibitory receptors, such as glycine and γ-aminobutyric acid (GABA) -
Rezeptoren, hyperpolarisieren die Zielzelle und wirken daher der Auslösung eines neuen Aktionspotentials entgegen. Die zweite Gruppe von Neurotransmitter-Rezeptoren bildet selbst keine Ionenkanäle aus. Die Aktivierung dieser Rezeptoren wird durch die Bindung des spezifischen Liganden (= Neurotransmitter) ausgelöst und führt zu einer Konzentrationsänderung von intrazellulären Botenstoffen, den sogenannten „second messenger" -Molekülen. Die Rezeptoren werden daher auch als metabotrope Rezeptoren bezeichnet. Mitglieder dieser Rezeptorfamilie verfügen als gemeinsames Strukturmerkmal über sieben hydrophobe Abschnitte in der Primärstruktur (Aminosäuresequenz), die die Zellmembran durchspannen. Die Änderung der intrazellulären Botenstoffkonzentration wird dadurch erreicht, daß die Rezeptoren mit GTP-bindenden (G) Proteinen wechselwirken. Durch diese Wechselwirkung werden die G-Proteine aktiviert und stimulieren oder inhibieren nachgeschaltete Zielenzyme. So führt beispielsweise die Aktivierung der Adenylat-Zyklase zu einer Erhöhung der intrazellulären Konzentration von zyklischem Adenosin-3',5'-Monophosphat (cAMP). Ein anderer Weg besteht in der Aktivierung einer Phospholipase C und der daraus resultierenden Synthese von Inositol-l,4,5-triphosphat (IP3) und Diacylglycerol (DAG).Receptors hyperpolarize the target cell and therefore counteract the triggering of a new action potential. The second group of neurotransmitter receptors does not itself form any ion channels. The activation of these receptors is triggered by the binding of the specific ligand (= neurotransmitter) and leads to a change in the concentration of intracellular messenger substances, the so-called "second messenger" molecules. The receptors are therefore also called metabotropic receptors. Members of this receptor family have one thing in common Structural characteristic of seven hydrophobic sections in the primary structure (amino acid sequence) that span the cell membrane The change in the intracellular messenger concentration is achieved by the receptors interacting with GTP-binding (G) proteins. This interaction activates and stimulates the G proteins or inhibit downstream target enzymes, for example activation of the adenylate cyclase leads to an increase in the intracellular concentration of cyclic adenosine 3 ', 5'-monophosphate (cAMP). Another way is to activate a phospholip ase C and the resulting synthesis of inositol-l, 4,5-triphosphate (IP 3 ) and diacylglycerol (DAG).
Als Konsequenz der Regulation unterschiedlicher Botenstoffwege durch die Neurotransmitter-Rezeptoren kann es zu einer Veränderung (Modulation) der Eigenschaften von Ionenkanälen, Enzymen und sogar zur Aktivierung von Genen kommen. Die metabotropen Rezeptoren greifen somit in die Regelung der zellulären Aktivität ein und können die Plastizität neuronaler Verschaltungen entscheidend beeinflussen. Im Nervensystem schreibt man gerade der Modulation der synaptischen Plastizität eine entscheidende Rolle im Zusammenhang mit Lernleistungen und bei der Gedächtnisbildung zu. Viele der heute bekannten Neurotransmitter-/ Rezeptorsysteme sind im Laufe der Evolution erhalten geblieben. Einige kommen jedoch nur in bestimmten Tierarten vor. Ein Beispiel für die Differenzierung von Neurotransmittern findet sich in der Gruppe der biogenen Amine. Zur Gruppe der biogenen Amine gehören die Neurotransmitter Adrenalin, Dopamin, Histamin, Noradrenalin, Octopamin, Serotonin und Tyramin.As a consequence of the regulation of different messenger pathways by the neurotransmitter receptors, there can be a change (modulation) in the properties of ion channels, enzymes and even gene activation. The metabotropic receptors thus intervene in the regulation of cellular activity and can decisively influence the plasticity of neuronal circuits. In the nervous system, modulation of synaptic plasticity is believed to play a crucial role in connection with learning performance and in memory formation. Many of the neurotransmitter / receptor systems known today have been preserved in the course of evolution. However, some only occur in certain animal species. An example of the differentiation of neurotransmitters can be found in the group of biogenic amines. The group of biogenic amines includes the neurotransmitters adrenaline, dopamine, histamine, noradrenaline, octopamine, serotonin and tyramine.
Dopamin, Histamin und Serotonin sind sowohl in Wirbeltieren als auch in Wirbellosen als Neurotransmitter eindeutig nachgewiesen worden. Im Gegensatz dazu werden die Neurotransmitter Adrenalin und Noradrenalin nur in Wirbeltieren gefunden (Venter, J.C. et al.: Evolution of neurotransmitter receptor Systems", Progress in Neurobiology 30, 1988, 105-169). Die Aufgaben von Adrenalin/ Noradrenalin werden bei Insekten und vielen anderen Wirbellosen vor allem von Octopamin übernommen.Dopamine, histamine and serotonin have been clearly demonstrated in both vertebrates and invertebrates as neurotransmitters. In contrast, the neurotransmitters adrenaline and noradrenaline are only found in vertebrates (Venter, JC et al .: Evolution of neurotransmitter receptor Systems ", Progress in Neurobiology 30, 1988, 105-169). The tasks of adrenaline / noradrenaline are in insects and many other invertebrates mainly taken over by octopamine.
In Evertebraten wirkt Octopamin als Neurotransmitter, Neurohormon und auch als Neuromodulator und steuert bzw. moduliert viele biochemische Reaktionen, die Motorik sowie das Verhalten. So ist beispielsweise beschrieben, daß Octopamin u.a. den Stoffwechsel und den Energiehaushalt reguliert. Darüber hinaus moduliert Octopamin den Biorhythmus der Tiere und ist entscheidend am Lernen und an der Gedächtnisbildung beteiligt. In Vertebraten werden nur geringe Octopamin-Konzentrationen gefunden. Es ist jedoch unklar, ob die Substanz neuroaktive Wirksamkeit besitzt.In evertebrates, octopamine acts as a neurotransmitter, neurohormone and also as a neuromodulator and controls or modulates many biochemical reactions, motor skills and behavior. For example, it is described that octopamine and others. regulates metabolism and energy balance. In addition, octopamine modulates the animals' biorhythms and is crucial for learning and memory building. Only low octopamine concentrations are found in vertebrates. However, it is unclear whether the substance has neuroactive activity.
Auch Octopamin-Rezeptoren sind bisher nur in Evertebraten geschrieben worden. Diese Proteine gehören zu der großen Genfamilie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren. Aufgrund pharmakologischer Bindungsstudien und der Untersuchung der aktivierten intrazellulären Botenstoffwege werden zwei Klassen von Octopamin-Rezeptoren unterschieden (Evans, P.D. und Robb, S.: Octopamine receptor subtypes and their modes of action; Neurochemical Research 18, 1993, 869-874). Eine Rezeptorklasse - Octopamin 1 (OCTl)-Rezeptoren - bewirkt eine - vermutlich über den intrazellulären Botenstoff IP3 induzierte - Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration. Die zweite Rezeptorklasse - Octopamin 2 (OCT2)- Rezeptoren - stimuliert die Adenylat-Zyklase, und es kommt zu einem Anstieg der intrazellulären cAMP-Konzen ration. Die physiologisch wirksame Konzentration des Octopamins liegt im Bereich von 10"8 bis 10"10 M.Octopamine receptors have also only been written in evertebrates. These proteins belong to the large gene family of the G protein-coupled receptors. Based on pharmacological binding studies and the investigation of the activated intracellular messenger pathways, two classes of octopamine receptors are distinguished (Evans, PD and Robb, S .: Octopamine receptor subtypes and their modes of action; Neurochemical Research 18, 1993, 869-874). One receptor class - octopamine 1 (OCTl) receptors - causes an increase in the intracellular Ca 2+ concentration - presumably induced via the intracellular messenger IP 3 . The second class of receptors - octopamine 2 (OCT2) receptors - stimulates adenylate cyclase and there is an increase in the intracellular cAMP concentration. The physiologically effective concentration of octopamine is in the range from 10 " 8 to 10" 10 M.
Da Octopamin nur in Wirbellosen als Neurotransmitter nachgewiesen ist, wäre es von großem Interesse, spezifische Pharmaka (Liganden) zu entwickeln, die nur an Octopamin-Rezeptoren binden. Da diese Rezeptoren nicht in Wirbeltieren vorkommen, könnten solche Liganden, ohne Nebenwirkungen bei Wirbeltieren befürchten zu müssen, als Insektizide eingesetzt werden.Since octopamine is only detected as a neurotransmitter in invertebrates, it would be of great interest to develop specific pharmaceuticals (ligands) that only bind to octopamine receptors. Since these receptors are not found in vertebrates, such ligands could be used as insecticides without fear of side effects in vertebrates.
Bisher konnten pharmakologische Untersuchungen der Neurotransmitter- Rezeptoren nur an Gewebehomogenaten durchgeführt werden. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, daß das Homogenat aus einer Mischung verschiedener Rezeptoren bzw. -Subtypen besteht, die Rezeptorpopulationen also nebeneinander bzw. gemischt vorliegen (Roeder, T. und Nathanson, J.A.: Characterization of insect neuronal octopamine receptors; Neurochemical Research 18, 1992, 921-925; Hiripi, L. et al.: Characterization of ty ramine and octopamine receptors in the insect (Locusta migratoria migratorioides) brain; Brain Research 633, 1994, 119- 126). Darüberhinaus ist die Präparation solcher Gewebehomogenate relativ zeit- und arbeitsaufwendig und erfordert z.T. die Verwendung proteinchemischer Reinigungs- und Trennverfahren. Ein ähnliches Problem trifft auch für die Quantifizierung der intrazellulären Botenstoffe cAMP und IP3 zu. Die Bestimmung der entsprechenden Konzentrationen ist arbeitsintensiv, zeitaufwendig und oft auch fehlerbehaftet, weil in den Gewebepräparaten verschiedene Botenstoffwege gleichzeitig aktiviert werden können.So far, pharmacological studies of the neurotransmitter receptors could only be carried out on tissue homogenates. This procedure has the disadvantage that the homogenate consists of a mixture of different receptors or subtypes, i.e. the receptor populations are present side by side or mixed (Roeder, T. and Nathanson, JA: Characterization of insect neuronal octopamine receptors; Neurochemical Research 18, 1992 , 921-925; Hiripi, L. et al .: Characterization of ty ramine and octopamine receptors in the insect (Locusta migratoria migratorioides) brain; Brain Research 633, 1994, 119-126). In addition, the preparation of such tissue homogenates is relatively time-consuming and labor-intensive and sometimes requires the use of protein chemical cleaning and separation processes. A similar problem also applies to the quantification of the intracellular messengers cAMP and IP 3 . The determination of the corresponding concentrations is labor-intensive, time-consuming and often error-prone because different messenger pathways can be activated simultaneously in the tissue preparations.
Desweiteren erfolgt die Charakterisierung der Rezeptoren bisher hauptsächlich mit dem Verfahren der Radioligandenbindung. Dazu werden Gewebehomogenate mit unterschiedlichen, radioaktiv markierten Verbindungen inkubiert und die spezifisch gebundene Radioaktivität nach mehreren Filtrations- und Waschschritten gemessen. Die Klassifizierung der Rezeptoren ist erst dann möglich, wenn mit einer Vielzahl verschiedener Substanzen getestet worden ist, ob und welche Substanz geeignet ist, die radioaktiv markierte Verbindung von dem Rezeptorprotein zu verdrängen (Kompetitionsexperimente). Diese Vorgehensweise ist ebenfalls arbeitsintensiv und wegen der Verwendung der radioaktiv markierten Verbindungen aus umweltpolitischen und gesundheitlichen Gründen (Strahlenbelastung) nicht unbedenklich. Der Einsatz einer Nachweismethode, die ohne die Benutzung von radioaktivem Material auskommt, ist deshalb wünschenswert und vorteilhaft.Furthermore, the characterization of the receptors has so far mainly been carried out using the method of radioligand binding. For this purpose, tissue homogenates are incubated with different, radioactively labeled compounds and the specifically bound radioactivity is measured after several filtration and washing steps. The classification of the receptors is only possible if a variety of different substances have been tested to determine whether and which substance is suitable to displace the radioactively labeled compound from the receptor protein (competition experiments). This procedure is also labor-intensive and, due to the use of the radio-labeled compounds, is not harmless for environmental and health reasons (radiation exposure). The use of a detection method that does not require the use of radioactive material is therefore desirable and advantageous.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Materialien bereitzustellen, mit denen ein einfaches Verfahren zur Untersuchung der Eigenschaften von Neurotransmitter-Rezeptoren ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Octopamin-Rezeptor produzierenden Zellen gelöst, bei dem zumindest ein, für einen Octopamin-Rezeptor kodierendes Gen in eine Wirtszelle transformiert wird. Dazu werden Octopamin-Rezeptorgene vorzugsweise aus der Taufliege Drosophila melanogaster kloniert. Nach der Klonierung bzw. Isolierung sind insbesondere Gene mit den unter SEQ ID No. 1 und/ oder 3 angegebenen Nukleotidsequenzen bzw. mit einer, für die unter SEQ ID No. 2 und/ oder 4 angegebenen Aminosäuresequenz und/ oder deren Allelvariationen kodierenden Nukleotidsequenz erhältlich. Diese Gene können vor allem zur Herstellung von Octopamin-Rezeptortyp 1 und/ oder 2 (OCT1 bzw. 2) produzierenden Zellen eingesetzt werden.It is therefore an object of the invention to provide materials with which a simple method for examining the properties of neurotransmitter receptors is made possible. This object is achieved according to the invention by a method for producing octopamine receptor-producing cells, in which at least one gene coding for an octopamine receptor is transformed into a host cell. For this purpose, octopamine receptor genes are preferably cloned from the fruit fly Drosophila melanogaster. After cloning or isolation, in particular genes with the SEQ ID no. 1 and / or 3 specified nucleotide sequences or with one for which under SEQ ID No. 2 and / or 4 indicated amino acid sequence and / or their allele variations coding nucleotide sequence available. These genes can be used primarily for the production of octopamine receptor type 1 and / or 2 (OCT1 or 2) producing cells.
Unter Verwendung einer DNA-Sonde, die beispielsweise aus einem cDNA- Klon, der für einen Drosophila Dopamin-Rezeptor kodiert (Gotzes, F. et al.: Primary structure and functional characterization of a Drosophila dopamine receptor with high homology to human Dl/ 5 receptors; Receptors & Channels 2, 1994, 131-141), hergestellt werden kann, können genomische und cDNA-Bibliotheken unter erniedrigtenUsing a DNA probe, for example from a cDNA clone that codes for a Drosophila dopamine receptor (Gotzes, F. et al .: Primary structure and functional characterization of a Drosophila dopamine receptor with high homology to human Dl / 5 receptors; Receptors & Channels 2, 1994, 131-141), can be genomic and cDNA libraries under degraded
Stringenzbedingungen hybridisiert werden. Mit Subfragmenten eines genomischen DNA-Klons kann anschließend eine cDNA-Bibliothek, die beispielsweise aus adulter Kopf-mRNA hergestellt worden ist, unter hoher Stringenz hybridisiert werden. Die beiden dadurch erhältlichen cDNA- Klone sind im 5'-Bereich identisch, unterscheiden sich aber unmittelbar hinter dem Sequenzabschnitt, der für die Transmembran-Region 5 kodiert. Aus Untersuchungen der Genstruktur geht hervor, daß die mRNAs, die für die Rezeptoren kodieren, durch sogenanntes „alternatives Spleißen" von dem Gen abgeschrieben werden. Für die stabile Expression von Neurotransmitter-Rezeptorgenen in Wirtszellen werden diese in Genkonstrukte, beispielsweise in das Plasmid pcDNAIneo (Invitrogen, 9351 NV Leek, Niederlande) eingebaut. Die Konstrukte können dann insbesondere in eine Zellinie, vorzugsweise in die menschliche Nierenzellinie HEK293, mit der Calcium-Phosphat-Methode (Chen, C. und Okayama, H.: High-efficiency transformation of mammalian cells by plasmid DNA; Molecular and Cellular Biology 7, 1987, 2745-2752) transfiziert werden. Zellklone, die die DNA stabil aufgenommen haben, können durch Zugabe des Antibiotikums Geneticin (G418-sulfat) selektiert werden. Die DNA-Moleküle, die für die oben genannten Spleißvarianten kodieren, können auch unabhängig voneinander in das Genom der Wirtszelle integriert werden.Stringency conditions are hybridized. Sub-fragments of a genomic DNA clone can then be used to hybridize a cDNA library which has been produced, for example, from adult head mRNA, with high stringency. The two cDNA clones obtainable in this way are identical in the 5 'region, but differ immediately behind the sequence section which codes for the transmembrane region 5. Studies of the gene structure show that the mRNAs which code for the receptors are written off from the gene by so-called "alternative splicing". For the stable expression of neurotransmitter receptor genes in host cells, these are incorporated into gene constructs, for example into the plasmid pcDNAIneo (Invitrogen, 9351 NV Leek, The Netherlands). The constructs can then in particular in a cell line, preferably in the human kidney cell line HEK293, with the calcium phosphate method (Chen, C. and Okayama, H .: High-efficiency transformation of mammalian cells by plasmid DNA; Molecular and Cellular Biology 7 , 1987, 2745-2752). Cell clones that have taken up the DNA stably can be selected by adding the antibiotic Geneticin (G418 sulfate). The DNA molecules that code for the above-mentioned splice variants can also be integrated into the genome of the host cell independently of one another.
Neben der Verwendung der genannten Zellinie (HEK 293) ist auch denkbar, die DNA, die für einen Rezeptor kodiert, in andere Zellen, wie beispielsweise COS, NIH 3T3 oder Drosophila S2-Zellen, einzubringen. Dies kann sowohl in stabiler Form geschehen, wie oben beschrieben, oder alternativ durch transiente Transfektion. Der Nachteil der transienten Transfektion ist allerdings, daß die Rezeptoren nur für kurze Zeit, d.h. bis ca. 48 h nach der Transfektion untersucht werden können. Danach sind die Expressionskonstrukte durch die fortschreitende Zellteilung nur noch in geringen Kopienzahlen in den Zellen vorhanden. Daraus resultiert eine niedrigere Expressionsrate bzw. Syntheserate der Rezeptorproteine.In addition to using the cell line mentioned (HEK 293), it is also conceivable to introduce the DNA which codes for a receptor into other cells, such as, for example, COS, NIH 3T3 or Drosophila S2 cells. This can be done in a stable form, as described above, or alternatively by transient transfection. The disadvantage of transient transfection, however, is that the receptors only last for a short time, i.e. can be examined up to approx. 48 h after the transfection. After that, the progressive cell division means that the expression constructs are only present in the cells in small numbers of copies. This results in a lower expression rate or synthesis rate of the receptor proteins.
Eine weitere Möglichkeit, die Rezeptorproteine zu exprimieren, ist z.B. die Verwendung des Baculovirussystems. Dafür muß die DNA lediglich in ein entsprechendes Expressionsplasmid kloniert werden. Die Klonierung von Octopamin-Rezeptorgenen und deren stabile Expression ermöglicht zum ersten Mal die Untersuchung einzelner, strukturell genau definierter Neurotransmitter-Rezeptor Subtypen. Da die erfindungsgemäßen Zellen in etwa gleiche Rezeptormengen herstellen, wird auch ein weiterer Nachteil der Verwendung von Gewebehomogenaten überwunden, nämlich die Schwankung in der Rezeptordichte, die von Experiment zu Experiment äußerst variabel sein kann. Darüber hinaus werden insbesondere stabile Zellinien unter konstanten und leicht zu kontrollierenden Bedingungen mit relativ geringem Aufwand vermehrt. Hier bietet sich die Möglichkeit, den Vermehrungsprozeß zu automatisieren: beispielsweise kann die Anzucht der Zellen in Fermentern erfolgen.Another way of expressing the receptor proteins is, for example, using the baculovirus system. For this, the DNA only has to be cloned into an appropriate expression plasmid. The cloning of octopamine receptor genes and their stable expression makes it possible for the first time to examine individual, structurally precisely defined neurotransmitter receptor subtypes. Since the cells according to the invention produce approximately the same amounts of receptors, a further disadvantage of using tissue homogenates is overcome, namely the fluctuation in the receptor density, which can be extremely variable from experiment to experiment. In addition, in particular stable cell lines are grown under constant and easy to control conditions with relatively little effort. This offers the possibility of automating the multiplication process: for example, the cells can be grown in fermenters.
Derartige, mit Neurotransmitter-Rezeptorgen transformierte Zellen sind dann in einem einfachen Verfahren zur Untersuchung der Eigenschaften von Neurotransmitter-Rezeptoren einsetzbar, bei dem man einen zu untersuchenden Liganden auf diese Zellen einwirken läßt und die Wirkung über die Bestimmung intrazellulärer Botenstoffe bestimmt. Beispielsweise aktivieren klonierte Octopamin-Rezeptoren nach der Bindung des Neurotransmitters bzw. Liganden ein zelleigenes G-Protein und nachfolgend eine Phospholipase. Dieses Enzym (PLC) spaltet ein membranständiges Substrat in zwei intrazelluläre Botenstoffe: IP3 und DAG. Das IP3 bindet an einen intrazellulären Rezeptor, der den Durchtritt von Ca2+-Ionen aus den Zellkompartimenten in das Zytoplasma der Zelle ermöglicht. Der Anstieg der zytoplasmatischen Ca2+-Ionenkonzentration kann mit Hilfe eines Ca2+-sensitiven Indikators, dem Fluoreszenzfarbstoff FURA-2, registriert werden. Die intrazelluläre Ca2+-Ionenkonzentration ist gut zu kalibrieren und die Konzentrationsänderung quantifizierbar. Die relative Änderung der Ca2+-Ionenkonzentration ist folglich ein Maß dafür, ob der getestete Ligand den Rezeptor aktiviert, d.h. als Agonist wirkt, oder alternativ bei gleichzeitiger Anwesenheit von Octopamin, die Rezeptoraktivität inhibiert, d.h. als Antagonist wirkt. Diese Vorgehensweise ermöglicht die Untersuchung einer großen Anzahl von Substanzen (Screening) bei hohen Durchsatzzahlen. In relativ kurzer Zeit stehen damit wichtige Informationen über die Eigenschaften der getesteten Liganden zur Verfügung, beispielsweise, ob ein Ligand agonistisch oder antagonistisch wirkt und welche Affinität und Spezifität der Ligand für den Rezeptor besitzt. Da die Messung an intakten Zellen durchgeführt wird, entfallen auch sämtliche arbeitsintensiven Schritte, die zur Herstellung von Gewebehomogenaten benötigt werden. Die Meßmethode, das sogenannte Ca2+-Imaging, ist etabliert (Roe, M.W. et al.: Assessment of FURA-2 for measurements of cytosolic free calcium; Cell Calcium 11, 1990, 63-75) und kann für Screening- Verfahren ebenfalls automatisiert werden.Such cells transformed with neurotransmitter receptor genes can then be used in a simple method for examining the properties of neurotransmitter receptors, in which a ligand to be examined is allowed to act on these cells and the effect is determined by determining intracellular messenger substances. For example, after the neurotransmitter or ligand has been bound, cloned octopamine receptors activate a cell-specific G protein and subsequently a phospholipase. This enzyme (PLC) cleaves a membrane-based substrate into two intracellular messenger substances: IP3 and DAG. The IP3 binds to an intracellular receptor, which enables the passage of Ca 2+ ions from the cell compartments into the cytoplasm of the cell. The increase in the cytoplasmic Ca 2+ ion concentration can be registered with the aid of a Ca 2+ sensitive indicator, the fluorescent dye FURA-2. The intracellular Ca 2+ ion concentration is well calibrated and the change in concentration quantifiable. The relative change in the Ca 2+ ion concentration is therefore a measure of whether the ligand tested activates the receptor, ie acts as an agonist, or alternatively in the presence of octopamine, which inhibits receptor activity, ie acts as an antagonist. This procedure enables the investigation of a large number of substances (screening) with high throughput numbers. Important information about the properties of the ligands tested is thus available in a relatively short time, for example whether a ligand is agonistic or antagonistic and what affinity and specificity the ligand has for the receptor. Since the measurement is carried out on intact cells, all the labor-intensive steps required to produce tissue homogenates are also eliminated. The measurement method, the so-called Ca 2+ imaging, is established (Roe, MW et al .: Assessment of FURA-2 for measurements of cytosolic free calcium; Cell Calcium 11, 1990, 63-75) and can also be used for screening methods be automated.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch auf andere Rezeptoren übertragbar, beispielsweise solche, die die Produktion des Botenstoffes cAMP bewirken. Der Anstieg der intrazellulären cAMP-Konzentration kann von Ionenkanälen registriert werden, die sich cAMP-abhängig öffnen und den Einstrom von Ca2+-Ionen ermöglichen. Diese Eigenschaften besitzen die sogenannten zyklisch Nukleotid-gesteuerten Ionenkanäle. Der Anstieg der cAMP-Konzentrationen bewirkt somit ebenfalls eine Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration, die mit der Ca2+-Imaging Methode gemessen werden kann. Im Unterschied zu dem Octopamin-Rezeptor vermittelten Signalweg fließt das Ca2+ bei dieser zweiten Variante jedoch vom extrazellulären Bereich in das Zellinnere. Die erfindungsgemäße Methode ist daher u.a. auf alle anderen Rezeptorsysteme übertragbar, die eine Erhöhung der intrazellulären Botenstoffe cAMP/cGMP und IP3 bewirken. Desweiteren können auch Kopplungswege erfaßt werden, in deren Folge die Botenstoffkonzentration - beispielsweise von cAMP/cGMP - sinkt.However, the method according to the invention can also be transferred to other receptors, for example those which bring about the production of the messenger substance cAMP. The increase in the intracellular cAMP concentration can be registered by ion channels that open depending on the cAMP and allow the influx of Ca 2+ ions. The cyclic nucleotide-controlled ion channels have these properties. The increase in cAMP concentrations thus also causes an increase in the intracellular Ca 2+ concentration, which can be measured using the Ca 2+ imaging method. In contrast to the signaling pathway mediated by the octopamine receptor, however, the Ca 2+ flows in this second variant from the extracellular area into the cell interior. The method according to the invention can therefore be applied, inter alia, to all other receptor systems which bring about an increase in the intracellular messenger substances cAMP / cGMP and IP3. Coupling paths can also be recorded, as a result of which the messenger concentration - for example of cAMP / cGMP - drops.
Zusammenfassend bieten die erfindungsgemäßen Verfahren bzw. die erfindungsgemäßen Zellen u.a. folgende Vorteile:In summary, the methods according to the invention and the cells according to the invention offer i.a. following advantages:
1. Die Verfügbarkeit der Rezeptoren in stabil exprimierter Form bietet die Möglichkeit, definierte, homogene Rezeptorpräparate zu untersuchen. Die Kultivierung der Zellen ist in kleinen Schalen möglich, so daß viele Substanzen parallel getestet werden können. Diese Option ist vor allem für Screening- Verfahren in der pharmazeutischen Industrie wichtig.1. The availability of the receptors in a stably expressed form offers the possibility of examining defined, homogeneous receptor preparations. The cells can be cultivated in small dishes, so that many substances can be tested in parallel. This option is particularly important for screening procedures in the pharmaceutical industry.
2. Das erfindungsgemäße Untersuchungsverfahren bietet einen großen Zeitvorteil. Die Änderung der intrazellulären Ca2+-Konzentration kann innerhalb weniger Minuten registriert und quantifiziert werden.2. The examination method according to the invention offers a great time advantage. The change in the intracellular Ca 2+ concentration can be registered and quantified within a few minutes.
3. Das Verfahren kann weitestgehend automatisiert und viele Arbeitsschritte maschinell durchgeführt werden.3. The process can be largely automated and many work steps can be carried out mechanically.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren von Octopamin-Rezeptor produzierenden Zellen sowie das erfindungsgemäßeThe production method according to the invention of cells producing octopamine receptor and the one according to the invention
Untersuchungsverfahren werden anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert: AusführungsbeispielExamination methods are explained in more detail using the following exemplary embodiment: Embodiment
1. Isolierung des Octopamin-Rezeptorgens1. Isolation of the octopamine prescription gene
Zur Isolierung des Rezeptorgens wurde die Methode der niedrig stringenten Hybridisierung von Genbibliotheken eingesetzt. Als Sonde wurde ein Hindlll/Nrul Restriktionsfragment des Drosophila Dopamin Dl- Rezeptors (DmDop[-126]; Gotzes, F. und Baumann, A.: Functional properties of Drosophila dopamine Dl -receptors are not altered by the size of the N-terminus; Biochemical Biophysical Research Communications 222, 1996, 121-126) verwendet. Hierzu wurde die Plasmid-DNA wie folgt gespalten:The method of low-stringent hybridization of gene libraries was used to isolate the receptor gene. A Hindlll / Nrul restriction fragment of the Drosophila dopamine Dl receptor (DmDop [-126]; Gotzes, F. and Baumann, A .: Functional properties of Drosophila dopamine Dl receptors are not altered by the size of the N-terminus ; Biochemical Biophysical Research Communications 222, 1996, 121-126). For this purpose, the plasmid DNA was cleaved as follows:
DmDopl[-126] (3 μg) 3,0 μlDmDopl [-126] (3 µg) 3.0 µl
Restriktions-Puffer (10 x) 3,0 μl H20 22,0 μlRestriction buffer (10 x) 3.0 ul H 2 0 22.0 ul
Hindlll (lOU/μl) 1,0 μlHindlll (lOU / μl) 1.0 μl
Nrul (lOU/μl) 1,0 μlNrul (lOU / μl) 1.0 μl
Die Inkubation erfolgte bei 37°C iür 90 Min. Danach wurde der Ansatz mit 6 μl Stopp-Puffer (5 x) (100 mM EDTA, 20%(w/v) Ficoll 400, 0,01%(w/v) Bromphenolblau, 0,01%(w/v) Xylencyanol) versetzt, auf ein 0,75% Agarosegel (mit Ethidiumbromid) aufgetragen und elektrophoretisch aufgetrennt. Unter UV-Licht wurde das -1000 Bp große Hindlll/Nrul- Fragment aus dem Agarosegel ausgeschnitten und die DNA aus dem Agarosestückchen mit der Zentrifugationsmethode (Heery, D.M. et al.: A simple method for subcloning DNA fragments from gel slices; Trends in Genetics 6, 1990, 173) isoliert. 100 ng des aufgereingten Fragments wurden unter Verwendung des "Megaprime DNA Labelling System" der Firma Amersham mit [32p]dCTP radioaktiv markiert.The incubation was carried out at 37 ° C. for 90 min. The mixture was then mixed with 6 μl stop buffer (5 ×) (100 mM EDTA, 20% (w / v) Ficoll 400, 0.01% (w / v) bromophenol blue , 0.01% (w / v) Xylencyanol) added, applied to a 0.75% agarose gel (with ethidium bromide) and separated electrophoretically. The -1000 bp HindIII / Nrul fragment was cut out of the agarose gel under UV light and the DNA from the agarose piece was centrifuged (Heery, DM et al .: A simple method for subcloning DNA fragments from gel slices; Trends in Genetics 6, 1990, 173). 100 ng of the purified fragment were radioactively labeled with [32p] dCTP using the "Megaprime DNA Labeling System" from Amersham.
Eine Genbibliothek, in der genomische DNA des Drosophila Wildtyp Stamms CantonS in Charon 4A λ-Phagen kloniert ist (Maniatis, T. et al: The isolation of structural genes from libraries of eucaryotic DNA; Cell 15, 1978, 687-701) wurde auf Agarplatten ausplattiert. Von 15 Platten, auf denen jeweils ~45.000 rekombinante λ-Phagen gewachsen waren, wurden Filterabzüge hergestellt (Sambrook, J. et al: Molecular Cloning: A laboratory manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbour Laboratory Press, Cold Spring Harbour, NY, 1989). Die Membranscheiben (Quibrane; Qiagen, Hilden) wurden für 2 h bei 65°C in einer Lösung vorhybridisiert, die die folgende Zusammensetzung hatte: 5 x SET (20 x SET = 3 M NaCl, 400 mM Tris-HCl pH 7,4, 20 mM EDTA), 5 x Denhardts (100 x Denhardts = 2% (w/v) Rinderserum Albumin, 2% (w/v) Ficoll400, 2% (w/v) Polyvinylpyrrolidon), 0,1% (w/v) SDS und 150 μg/ml autoklavierte Hering Sperma-DNA. Diese Lösung wurde anschließend gegen frischeA gene library in which genomic DNA of the Drosophila wild-type strain CantonS is cloned in Charon 4A λ phages (Maniatis, T. et al: The isolation of structural genes from libraries of eucaryotic DNA; Cell 15, 1978, 687-701) was opened Plated agar plates. Filter prints were made from 15 plates, each of which had ~ 45,000 recombinant λ phages grown on them (Sambrook, J. et al: Molecular Cloning: A laboratory manual, 2 nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY , 1989). The membrane discs (Quibrane; Qiagen, Hilden) were prehybridized for 2 h at 65 ° C in a solution which had the following composition: 5 x SET (20 x SET = 3 M NaCl, 400 mM Tris-HCl pH 7.4, 20 mM EDTA), 5 x Denhardts (100 x Denhardts = 2% (w / v) bovine serum albumin, 2% (w / v) Ficoll400, 2% (w / v) polyvinylpyrrolidone), 0.1% (w / v ) SDS and 150 μg / ml autoclaved herring sperm DNA. This solution was then replaced with fresh
Hybridisierungslösung ausgetauscht, die ~1 x 10^ cpm/ml der radioaktiv markierten Probe enthielt. Die erste Hybridisierung erfolgte unter hoher Stringenz für 16 h bei 65°C. Die unspezifisch gebundene Radioaktivität wurde durch zwei Waschschritte bei 65°C in 1 x SET/ 0,1 % SDS für jeweils 30 Min. entfernt. Spezifisch gebundene Radioaktivität wurde durch Auflegen eines Röntgenfilms für 4-14 h bei -80°C sichtbar gemacht. Die gefundenen Signale entsprechen Gensequenzen, die identisch zum DmDopl-Gen sind. 33973Hybridization solution was exchanged, which contained ~ 1 x 10 ^ cpm / ml of the radiolabelled sample. The first hybridization was carried out under high stringency for 16 h at 65 ° C. The non-specifically bound radioactivity was removed by two washing steps at 65 ° C in 1 x SET / 0.1% SDS for 30 minutes each. Specifically bound radioactivity was visualized by placing an X-ray film for 4-14 h at -80 ° C. The signals found correspond to gene sequences which are identical to the DmDopl gene. 33973
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Um neue Gensequenzen zu erhalten, wurde in einer zweiten Hybridisierungsrunde die Stringenz erniedrigt. Dazu wurde die Hybridisierungstemperatur von 65°C auf 52°C abgesenkt. Nach der Hybridisierung wurde die unspezifisch gebundene Radioaktivität in zwei Waschschritten bei 52°C in 2 x SET/0,1% SDS für jeweils 25 Min. entfernt. Die spezifischen Signale wurden wiederum durch Auflegen eines Röntgenfilms sichtbar gemacht. Im Vergleich zum ersten Hybridisierungsdurchgang wurde ein zusätzliches Signal auf dem Röntgenfilm identifiziert.In order to obtain new gene sequences, the stringency was reduced in a second round of hybridization. The hybridization temperature was reduced from 65 ° C to 52 ° C. After the hybridization, the non-specifically bound radioactivity was removed in two washing steps at 52 ° C. in 2 × SET / 0.1% SDS for 25 minutes each. The specific signals were again made visible by placing an X-ray film. In comparison to the first round of hybridization, an additional signal was identified on the X-ray film.
Das Signal wurde einer "Plaqueregion" auf der Agarplatte zugeordnet. Diese Region wurde aus dem Agar ausgestochen und in Phagenpuffer eluiert (Sambrook, J. et al., s.o.). Nach mehreren Vereinzelungsrunden konnten schließlich die Hybridisierungssignale einzeln liegenden Plaqueregionen auf der Agarplatte zugeordnet werden. Die DNA der rekombinanten λ-Phagen wurde anschließend aus kleinen Lysaten isoliertThe signal was assigned to a "plaque region" on the agar plate. This region was excised from the agar and eluted in phage buffer (Sambrook, J. et al., See above). After several rounds of separation, the hybridization signals could finally be assigned to individual plaque regions on the agar plate. The recombinant λ phage DNA was then isolated from small lysates
(Santos, M.A.: An improved method for the small scale preparation of bacteriophage DNA based on phage precipitation by zinc chloride;.Nucleic Acids Research 19, 1990, 5442). Die DNA wurde mit mehreren Einzel und Doppelkombinationen von Restriktionsenzymen verdaut mit Stopp-Puffer (s.o.) versetzt, auf ein 0,75% Agarosegel (mit Ethidiumbromid) aufgetragen und elektrophoretisch aufgetrennt. Die DNA wurde aus dem Agarosegel auf eine Nylonmembran übertragen (Sambrook, J. et al., s.o.) und dieser Southern-Blot nochmals mit der o.a. Sonde unter niedriger Stringenz hybridisiert. Mehrere Restriktionsfragmente zeigten ein spezifisches Hybridisierungssignal. Einige Fragmente wurden ausgewählt und mit den o.a. Methoden aus der λ-Phagen DNA isoliert. Die Fragmente wurden in geeignete pBluescript Plasmid- Vektoren subkloniert. Die Ligationsansätze hatten folgende Zusammensetzung:(Santos, MA: An improved method for the small scale preparation of bacteriophage DNA based on phage precipitation by zinc chloride; .Nucleic Acids Research 19, 1990, 5442). The DNA was digested with several single and double combinations of restriction enzymes, mixed with stop buffer (see above), applied to a 0.75% agarose gel (with ethidium bromide) and separated electrophoretically. The DNA was transferred from the agarose gel to a nylon membrane (Sambrook, J. et al., See above) and this Southern blot was hybridized again with the above-mentioned probe with low stringency. Several restriction fragments showed a specific hybridization signal. Some fragments were selected and isolated from the λ phage DNA using the above methods. The fragments were in suitable pBluescript plasmid vectors subcloned. The ligation approaches had the following composition:
pBluescript- Vektor (50 ng) 1,0 μlpBluescript vector (50ng) 1.0 ul
DNA-Fragment (10 ng) 3,0 μlDNA fragment (10 ng) 3.0 ul
Ligase-Puffer (10 x) 1,5 μlLigase buffer (10 x) 1.5 ul
H20 8,5 μl T4-DNA-Ligase (1U) 1,0 μlH 2 0 8.5 ul T4 DNA ligase (1U) 1.0 ul
Die Inkubation erfolgte bei Raumtemperatur für 3 h. Der Ligationsansatz wurde in transformationskompetente Zellen des Bakterienstamms XL1- Blue (Invitrogen) transformiert. Die Zellen wurden auf Ampicillin-haltigen LB-Agarplatten (Sambrook, J. et al, s.o.) ausgestrichen und über Nacht bei 37°C bebrütet. Einzelne Kolonien wurden in 5 ml LB-Flüssigkulturen vermehrt und die Plasmid-DNA nach der Methode der alkalischen Lyse (Sambrook, J. et al., s.o.) isoliert. Der korrekte Einbau der DNA-Fragmente wurde durch Restriktionsanalysen überprüft. Größere Mengen der Plasmid- Subklone wurden aus 50 ml Flüssigkulturen aufgereinigt. Die Nukleinsäuresequenz der subklonierten DNA-Fragmente wurde nach der Kettenabbruch-Methode (Sanger, F. et al: DNA sequencing with chain- terminating inhibitors; Proceedings National Academy Sciences USA 74, 1977, 5463-5467) bestimmt. Ein Vergleich der Nukleinsäure- und abgeleiteten Aminosäuresequenzen mit denen des DmDopl-Rezeptors zeigte, daß in der klonierten genomischen DNA Gensequenzen enthalten sind, die für zwei, bisher unbekannte Mitglieder der G-Protein gekoppelten Rezeptorgenfamilie kodieren. Die neue Sequenzinformation wurde genutzt, um Oligonukleotide zu synthetisieren, die in Polymerasekettenreaktionen (PCR) verwendet wurden. Das 5' Oligonukleotid hatte die Sequenz: (#1) 5'- GCCGTACTCGAGTTCATCAAC-3'. Zwei 3' gelegeneThe incubation was carried out at room temperature for 3 h. The ligation mixture was transformed into transformation-competent cells of the bacterial strain XL1-Blue (Invitrogen). The cells were spread on LB agar plates containing ampicillin (Sambrook, J. et al, see above) and incubated at 37 ° C. overnight. Individual colonies were grown in 5 ml LB liquid cultures and the plasmid DNA was isolated by the alkaline lysis method (Sambrook, J. et al., See above). The correct incorporation of the DNA fragments was checked by restriction analyzes. Larger amounts of the plasmid subclones were purified from 50 ml liquid cultures. The nucleic acid sequence of the subcloned DNA fragments was determined by the chain termination method (Sanger, F. et al: DNA sequencing with chain-terminating inhibitors; Proceedings National Academy Sciences USA 74, 1977, 5463-5467). A comparison of the nucleic acid and derived amino acid sequences with those of the DmDopl receptor showed that the cloned genomic DNA contains gene sequences which code for two previously unknown members of the G protein-coupled receptor gene family. The new sequence information was used to synthesize oligonucleotides that were used in polymerase chain reactions (PCR). The 5 'oligonucleotide had the sequence: (# 1) 5'-GCCGTACTCGAGTTCATCAAC-3'. Two 3 'located
Gegenoligonukleotide hatten die Sequenz: (#2) 5'-Counter oligonucleotides had the sequence: (# 2) 5'-
GGCTGAATGCAGTGGTCG-3' und (#3): 5'-GGTCGACGCAGTCCTGGC-3'. PCR- Ansätze wurden mit den Oligonukleotidpaaren #l/#2 sowie #l/#3 durchgeführt. Als Matrize diente eine 2. Strang cDNA Präparation, die auf Drosophila Kopf-mRNA als Ausgangsmaterial synthetisiert worden war. Die PCR Ansätze hatten folgende Zusammensetzung:GGCTGAATGCAGTGGTCG-3 'and (# 3): 5'-GGTCGACGCAGTCCTGGC-3'. PCR approaches were carried out with the oligonucleotide pairs # 1 / # 2 and # 1 / # 3. A 2nd strand cDNA preparation, which had been synthesized on Drosophila head mRNA as starting material, served as the template. The PCR approaches had the following composition:
2. Strang cDNA (25 ng) 1,0 μl Oligonukleotid #1 (lOng/Base x μl) 1,0 μl2nd strand cDNA (25 ng) 1.0 ul oligonucleotide # 1 (10ng / base x ul) 1.0 ul
Oligonukleotid #2 oder #3 (lOng/Base x μl) 1,0 μlOligonucleotide # 2 or # 3 (10ng / base x ul) 1.0 ul
Prime-Zyme Puffer (10 x) 10,0 μlPrime-Zyme buffer (10 x) 10.0 μl
Desoxynukleotide (je 20 mM) 1,0 μlDeoxynucleotides (20 mM each) 1.0 ul
H20 85,0 μl Prime-Zyme (2 U; Biometra) 1,0 μlH 2 0 85.0 μl Prime-Zyme (2 U; Biometra) 1.0 μl
Die Amplifikation erfolgte mit folgenden Parametern:The amplification was carried out with the following parameters:
1 Zyklus: 94°C, 2 Min. 30 Sek.1 cycle: 94 ° C, 2 min. 30 sec.
danach wurde 45 Mal die nachstehende Zyklusfolge durchgeführt:the following cycle sequence was then carried out 45 times:
94°C, 1 Min. 56°C, 1 Min. 72°C, 1 Min. 30 Sek. Nach der Amplifikation wurden die Fragmente zweimal mit Phenol/ Chloroform, dann zweimal mit Chloroform extrahiert und danach durch die Zugabe von 0,1 Vol. LiCl (3 M) und 3 Vol. Ethanol (absolut) ausgefällt. Nach einer Zentrifugation: Sigma Zentrifuge, 18.000 x g, 10 Min., 4°C wurde der Niederschlag getrocknet und in 10 μl TE-Puffer (10 mM Tris- HC1, pH 7,4; 1 mM EDTA) aufgenommen. Die Fragmente wurden phosphoryliert:94 ° C, 1 min. 56 ° C, 1 min. 72 ° C, 1 min. 30 sec. After amplification, the fragments were extracted twice with phenol / chloroform, then twice with chloroform and then precipitated by adding 0.1 vol. LiCl (3 M) and 3 vol. Ethanol (absolute). After centrifugation: Sigma centrifuge, 18,000 xg, 10 min., 4 ° C., the precipitate was dried and taken up in 10 μl TE buffer (10 mM Tris-HC1, pH 7.4; 1 mM EDTA). The fragments were phosphorylated:
DNA-Fragment 10,0 μlDNA fragment 10.0 ul
Kinase-Puffer (10 x) 1,5 μlKinase buffer (10 x) 1.5 ul
ATP (10 mM) 0,5 μlATP (10 mM) 0.5 ul
H20 2,0 μlH 2 0 2.0 ul
Polynukleotidkinase (5 U/μl) 1,0 μlPolynucleotide kinase (5 U / µl) 1.0 µl
Die Inkubation erfolgte für 30 Min. bei 37°C. Danach wurde das Enzym für 10 Min. bei 65°C inaktiviert. Die DNA wurde mit Stopp-Puffer (s.o.) versetzt, auf ein 0,75% Agarosegel (mit Ethidiumbromid) aufgetragen, elektrophoretisch aufgetrennt und anschließend mit der Zentrifugationsmethode (Heery, D.M. et al., s.o.) aus dem Agarosegel isoliert. Die aufgereinigten Fragmente wurden in einen EcoRV geschnittenen, dephosphorylierten pBluescript-Vektor ligiert und anschließend in XLl-Blue Zellen (s.o.) transformiert. Die Zellen wurden auf Ampicillin-haltigen LB-Agarplatten (Sambrook, J. et al, s.o.) ausgestrichen und über Nacht bei 37°C bebrütet. Einzelne Kolonien wurden in 5 ml LB- Flüssigkulturen vermehrt und die Plasmid-DNA nach der Methode der alkalischen Lyse (Sambrook, J. et al., s.o.) isoliert. Der Einbau der PCR- Fragmente wurde durch eine Restriktionsanalyse mit den Restriktionsenzymen EcoRI und Hindill überprüft. Jeweils ein Klon, der das PCR-Fragment #l/#2 oder #l/#3 enthielt, wurde sequenziert.Incubation was carried out at 37 ° C for 30 min. The enzyme was then inactivated at 65 ° C. for 10 minutes. The DNA was mixed with stop buffer (see above), applied to a 0.75% agarose gel (with ethidium bromide), separated electrophoretically and then isolated from the agarose gel using the centrifugation method (Heery, DM et al., See above). The purified fragments were ligated into an EcoRV cut, dephosphorylated pBluescript vector and then transformed into XL1-Blue cells (see above). The cells were spread on LB agar plates containing ampicillin (Sambrook, J. et al, see above) and incubated at 37 ° C. overnight. Individual colonies were grown in 5 ml LB liquid cultures and the plasmid DNA was isolated by the alkaline lysis method (Sambrook, J. et al., See above). The incorporation of the PCR fragments was carried out by a restriction analysis with the Restriction enzymes EcoRI and Hindill checked. One clone each, which contained the PCR fragment # 1 / # 2 or # 1 / # 3, was sequenced.
Zur Isolierung der vollständigen cDNA-Klone wurden die PCR-Fragmente aus den Subklonen (s.o) mit EcoRI/Hindlll ausgeschnitten, gelelektrophoretisch aufgetrennt und aus der Agarose isoliert (s.o.). Die Fragmente wurden radioaktiv markiert (s.o.) und zur Hybridisierung einer adulten Drosophila Kopf-cDNA Bibliothek eingesetzt. Die Bibliothek wurde bereits zur Isolierung des DmDopl-Rezeptorgens verwendet (Gotzes, F. et al., s.o.). Die cDNA Moleküle waren in λgtll-Phagen einkloniert. Die Hybridisierung der Bibliothek erfolgte unter hoher Stringenz (s.o.). Die DNA der vereinzelten Phagen wurde aus kleinen Lysaten präpariert (Santos, M.A., s.o.), mit EcoRI geschnitten und in einen ebenfalls EcoRI geschnittenen pBluescript-Vektor subkloniert. Die Nukleinsäuresequenzen der Rekombinanten wurden überlappend doppelsträngig unter Verwendung geeigneter Subklone und genspezifischer Oligonukleotide nach der Kettenabbruch-Methode (Sanger, F. et al., s.o.) ermittelt.To isolate the complete cDNA clones, the PCR fragments from the subclones (see above) were cut out with EcoRI / HindIII, separated by gel electrophoresis and isolated from the agarose (see above). The fragments were radioactively labeled (see above) and used to hybridize an adult Drosophila head cDNA library. The library has already been used to isolate the DmDopl receptor gene (Gotzes, F. et al., See above). The cDNA molecules were cloned into λgtll phages. The library was hybridized with high stringency (see above). The DNA of the individual phages was prepared from small lysates (Santos, M.A., see above), cut with EcoRI and subcloned into a pBluescript vector which was also cut with EcoRI. The nucleic acid sequences of the recombinants were determined in an overlapping double-stranded manner using suitable subclones and gene-specific oligonucleotides according to the chain termination method (Sanger, F. et al., See above).
2. Herstellung einer Zellinie, die den Octopamin 1B Rezeptor aus Drosophila stabil exprimiert:2. Production of a cell line which stably expresses the octopamine 1B receptor from Drosophila:
Die Expression der Octopamin-Rezeptorgene sollte in einer menschlichen embryonalen Nierenzellinie (HEK 293 Zellen) erfolgen. Um eine optimale Expression zu erzielen, ist es erfahrungsgemäß sinnvoll, vor das Starttriplett ATG des offenen Leserahmens die Konsensus-Sequenz der Ribosomenbindestelle von Wirbeltier-Gensequenzen (CCACC, vgl. Kozak, M.: Compalition and analysis of sequences upstream from the translational start site in eukaryotic mRNAs; Nucleic Acids Research 12, 1984, 857-872) einzufügen. Dies erfolgt unter Verwendung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) mit einem sogenannten Mutageneseoligonukleotid. Gleichzeitig mit dem Einfügen der Kozak-Sequenz wird am 5' -Ende des amplifizierten Fragments eine geeignete Restriktionsschnittstelle eingefügt. Im vorliegenden Fall war dies die Erkennungssequenz für das Restriktionsenzym EcoRI (GAATTC). Das Mutageneseoligonukleotid hatte die Sequenz: 5'-CTCAGGAATTCCACCATGAATGAAACAGAGTGC-3'. Das Gegenoligonukleotid für die PCR hat die Sequenz: 5'- CCATCCTCCGAGCTTGA-3'. Diese Sequenz ist komplementär zu den Nukleotiden 1009 - 1025 des offenen Leserahmens der Nukleinsäuresequenz der Drosophila Octopamin-Rezeptoren.The octopamine receptor genes should be expressed in a human embryonic kidney cell line (HEK 293 cells). In order to achieve optimal expression, experience has shown that it makes sense to place the consensus sequence of the ribosome binding site of vertebrate gene sequences (CCACC, see Kozak, cf. M .: Compalition and analysis of sequences upstream from the translational start site in eukaryotic mRNAs; Nucleic Acids Research 12, 1984, 857-872). This is done using the polymerase chain reaction (PCR) with a so-called mutagenesis oligonucleotide. At the same time as the Kozak sequence is inserted, a suitable restriction site is inserted at the 5 'end of the amplified fragment. In the present case, this was the recognition sequence for the restriction enzyme EcoRI (GAATTC). The mutagenesis oligonucleotide had the sequence: 5'-CTCAGGAATTCCACCATGAATGAAACAGAGTGC-3 '. The counter oligonucleotide for the PCR has the sequence: 5'-CCATCCTCCGAGCTTGA-3 '. This sequence is complementary to nucleotides 1009-1025 of the open reading frame of the nucleic acid sequence of the Drosophila octopamine receptors.
Die PCR wurde in einem 100 μl Ansatz durchgeführt:The PCR was carried out in a 100 μl batch:
Rezeptor-cDNA Klon (in pBluescript, 10 ng) 1,0 μl Mutageneseoligonukleotid (10 ng/Base x μl) 1,0 μlReceptor cDNA clone (in pBluescript, 10 ng) 1.0 ul mutagenesis oligonucleotide (10 ng / base x ul) 1.0 ul
Gegenoligonukleotid (10 ng/Base x μl) 1,0 μlCounter oligonucleotide (10 ng / base x ul) 1.0 ul
Prime-Zyme Puffer (10 x) 10,0 μlPrime-Zyme buffer (10 x) 10.0 μl
Desoxynukleotid (je 20 mM) 1,0 μlDeoxynucleotide (20 mM each) 1.0 ul
H20 85,0 μl Prime-Zyme (2 U; Biometra) 1,0 μlH 2 0 85.0 μl Prime-Zyme (2 U; Biometra) 1.0 μl
Die Amplifikation erfolgte mit folgenden Parametern: 1 Zyklus: 94°C, 2 Min. 30 Sek.The amplification was carried out with the following parameters: 1 cycle: 94 ° C, 2 min. 30 sec.
Danach wurde 25 Mal die nachstehende Zyklusfolge durchgeführt:The following cycle sequence was then carried out 25 times:
94°C, 45 Sek. 54°C, 45 Sek. 72°C, 45 Sek.94 ° C, 45 sec. 54 ° C, 45 sec. 72 ° C, 45 sec.
Nach der Amplifikation wurde das Fragment zweimal mit Phenol/ Chloroform, dann zweimal mit Chloroform extrahiert und danach durch Zugabe von 0,1 Vol. LiCl (3 M) und 3 Vol. Ethanol (absolut) ausgefällt. Nach einer Zentrifugation (Sigma Zentrifuge, 18.000 x g, 10 Min., 4°C) wurde der Niederschlag getrocknet und in 10 μl TE-Puffer (10 mM Tris- HC1, pH 7,4; 1 mM EDTA) aufgenommen.After amplification, the fragment was extracted twice with phenol / chloroform, then twice with chloroform and then precipitated by adding 0.1 vol. LiCl (3 M) and 3 vol. Ethanol (absolute). After centrifugation (Sigma centrifuge, 18,000 x g, 10 min., 4 ° C.) the precipitate was dried and taken up in 10 μl TE buffer (10 mM Tris-HC1, pH 7.4; 1 mM EDTA).
Das Fragment wurde mit den Restriktionsenzymen EcoRI (5'-Ende) und Nael (spaltet bei Position 426) geschnitten:The fragment was cut with the restriction enzymes EcoRI (5 'end) and Nael (cleaves at position 426):
PCR-Fragment 10,0 μlPCR fragment 10.0 ul
Restriktionspuffer (10 x) 2,5 μlRestriction buffer (10 x) 2.5 ul
H20 11,5 μlH 2 0 11.5 ul
EcoRI (10 U/μl) 0,5 μlEcoRI (10 U / μl) 0.5 μl
Nael (10 U/μl) 0,5 μlNael (10 U / μl) 0.5 μl
Die Inkubation erfolgte bei 37°C für 90 Min. Danach wurde der Ansatz mit 5 μl Stopp-Puffer (5 x) (100 mM EDTA, 20% (w/v) Ficoll 400, 0,01% (w/v) Bromphenolblau, 0,01% (w/v) Xylencyanol) versetzt, auf ein 1,5% Agarosegel (mit Ethidiumbromid) aufgetragen und elektrophoretisch aufgetrennt. Unter UV-Licht wurde das -440 Bp große EcoRI/ ael- Fragment aus dem Agarosegel ausgeschnitten und die DNA aus dem Agarosestückchen mit der Zentrifugationsmethode (Heery, D.M. et al.: A simple method for subcloning DNA fragments from gel slices; Trends in Genetics 6, 1990, 173) isoliert. Parallel zur Restriktion des PCR-Fragments wurde der komplette cDNA-Klon (in pBluescript) ebenfalls mit EcoRI und Nael restringiert. Die Spaltprodukte wurden in einem 0,75% Agarosegel (mit Ethidiumbromid) aufgetrennt und das =2000 Bp große Fragment, das den 3'-Bereich des Octopamin-Rezeptorgens enthält, ebenfalls mit der Zentrifugationsmethode (s.o.) isoliert.The incubation was carried out at 37 ° C. for 90 min. The mixture was then mixed with 5 μl stop buffer (5 ×) (100 mM EDTA, 20% (w / v) Ficoll 400, 0.01% (w / v) Bromophenol blue, 0.01% (w / v) xylene cyanol) added, applied to a 1.5% agarose gel (with ethidium bromide) and separated electrophoretically. The -440 bp EcoRI / ael fragment was cut out of the agarose gel under UV light and the DNA from the piece of agarose was centrifuged (Heery, DM et al .: A simple method for subcloning DNA fragments from gel slices; Trends in Genetics 6, 1990, 173). In parallel to the restriction of the PCR fragment, the complete cDNA clone (in pBluescript) was also restricted with EcoRI and Nael. The cleavage products were separated in a 0.75% agarose gel (with ethidium bromide) and the = 2000 bp fragment, which contains the 3 'region of the octopamine receptor gene, was also isolated using the centrifugation method (see above).
Die isolierten Fragmente wurden anschließend in einen EcoRI geschnittenen, dephosphorylierten Vektor (pcDNAI, Invitrogen) ligiert:The isolated fragments were then ligated into an EcoRI cut, dephosphorylated vector (pcDNAI, Invitrogen):
pcDNAI (50 ng) 1,0 μlpcDNAI (50 ng) 1.0 ul
PCR-Fragment (10 ng) 3,0 μlPCR fragment (10 ng) 3.0 ul
3'-Fragment (40 ng) 5,0 μl3 'fragment (40 ng) 5.0 ul
Ligase-Puffer (10 x) 1,5 μl
Figure imgf000023_0001
Ligase buffer (10 x) 1.5 ul
Figure imgf000023_0001
T4-DNA-Ligase (1 U) 1,0 μlT4 DNA ligase (1 U) 1.0 ul
Die Inkubation erfolgte bei Raumtemperatur für 3 h. Der Ligationsansatz wurde in transformationskompetente Zellen des Bakterienstammes MC1061-P3 (Invitrogen) transformiert. Die Zellen wurden auf Ampicillin- haltigen LB-Agarplatten (Sambrook, J. et al: Molecular cloning: A laboratory manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbour Laboratory Press, Cold Spring Harbour, NY, 1989) ausgestrichen und über Nacht bei 37°C bebrütet. Einzelne Kolonien wurden in 5 ml LB-Flüssigkulturen vermehrt und die Plasmid-DNA nach der Methode der alkalischen Lyse (Sambrook, J. et al, s.o.) isoliert. Der korrekte Einbau der Rezeptor-kodierenden cDNA wurde durch eine Restriktionsanalyse mit dem Restriktionsenzym BamHI überprüft. Dabei entstehen zwei BamHI-Fragmente von 684 Bp und 1395 Bp Größe. Von zwei Klonen, in die die cDNA korrekt eingebaut war, wurde zusätzlich die Nukleinsäuresequenz des PCR-amplifizierten Bereichs bestimmt. Nach dieser Prüfung wurden größere Mengen des pcDNAI- Konstrukts (pcDmOCTIB) aus 250 ml Flüssigkulturen auf gereinigt.The incubation was carried out at room temperature for 3 h. The ligation approach was carried out in transformation-competent cells of the bacterial strain MC1061-P3 (Invitrogen) transformed. The cells were plated on ampicillin containing LB agar plates (Sambrook, J. et al: Molecular cloning: A laboratory manual, 2 nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989) and plated overnight at 37 ° C incubated. Individual colonies were grown in 5 ml LB liquid cultures and the plasmid DNA was isolated by the alkaline lysis method (Sambrook, J. et al, see above). The correct incorporation of the receptor-coding cDNA was checked by a restriction analysis with the restriction enzyme BamHI. This creates two BamHI fragments of 684 bp and 1395 bp in size. The nucleic acid sequence of the PCR-amplified region was additionally determined from two clones into which the cDNA was correctly incorporated. After this test, larger amounts of the pcDNAI construct (pcDmOCTIB) were purified from 250 ml liquid cultures.
Für die Herstellung der Zellinie, die den Rezeptor stabil exprimiert, wurde das Genfragment aus dem pcDNAI-Konstrukt (pcDmOCTIB) wieder ausgeschnitten. Hierzu wurden die Restriktionsenzyme Hindlll und Xbal verwendet. Diese Enzyme schneiden nur in der Vektor-Sequenz (im Bereich der Multiplen-Cloning-Stelle, MCS), jedoch nicht innerhalb der Rezeptorsequenz. Das cDNA-Fragment wurde wie oben beschrieben isoliert und anschließend in einen ebenfalls Hindlll/Xbal geschnittenen pcDNAINeo-Vektor (Invitrogen) ligiert. Der Ligationsansatz wurde in MC1061-P3 Bakterienzellen transformiert und auf Ampicillin-haltige LB- Agarplatten ausgestrichen. Einzelne Kolonien wurden in 5 ml LB- Flüssigkulturen vermehrt und die Plasmid-DNA nach der Methode der alkalischen Lyse (Sambrook, J. et al., s.o.) isoliert. Der korrekte Einbau des cDNA-Fragments wurde durch eine Restriktion mit den Restriktionsenzymen Hindlll und Xbal überprüft. Das Konstrukt wird nachfolgend als pcNeoDmOCTIB bezeichnet.For the production of the cell line, which stably expresses the receptor, the gene fragment was cut out of the pcDNAI construct (pcDmOCTIB) again. The restriction enzymes Hindlll and Xbal were used for this. These enzymes cut only in the vector sequence (in the area of the multiple cloning site, MCS), but not within the receptor sequence. The cDNA fragment was isolated as described above and then ligated into a pcDNAINeo vector (Invitrogen), which was also cut in HindIII / Xbal. The ligation batch was transformed into MC1061-P3 bacterial cells and spread on LB agar plates containing ampicillin. Individual colonies were grown in 5 ml LB liquid cultures and the plasmid DNA was isolated by the alkaline lysis method (Sambrook, J. et al., See above). The correct incorporation of the cDNA fragment was restricted by a restriction with the Restriction enzymes Hindlll and Xbal checked. The construct is referred to below as pcNeoDmOCTIB.
Einen ersten Nachweis, daß die klonierten Gensequenzen für funktionelle Rezeptoren kodierten, wurde nach transienten Transfektionen von HEK 293-Zellen mit dem pcDNAI-Konstrukt (pcDmOCTIB) erhalten. Hierzu wurden =2 x 105 Zellen auf einer 5 cm (Durchmesser) großen Petrischale ausgesät und am folgenden Tag mit =10 μg des Plasmidkonstrukts mit der Calcium-Phosphat-Methode (Chen, C. und Okayama, H: High-efficiency transformation of mammalian cells by plasmid DNA; Molecular and Cellular Biology 7, 1987, 2745-2752) transfiziert. Am Tag nach der Transfektion wurde das Präzipitat mit PBS/EDTA entfernt und die Zellen durch eine Trypsin-Behandlung von der Schale abgelöst. Verschiedene Volumina dieser Zellsuspension wurden auf Glasplättchen, die zuvor mit Poly-L-Lysin beschichtet wurden, ausgesät und weitere 20 h im Brutschrank inkubiert.Initial evidence that the cloned gene sequences encode functional receptors was obtained after transient transfections of HEK 293 cells with the pcDNAI construct (pcDmOCTIB). For this purpose = 2 x 10 5 cells were sown on a 5 cm (diameter) Petri dish and the following day with = 10 μg of the plasmid construct using the calcium phosphate method (Chen, C. and Okayama, H: High-efficiency transformation of mammalian cells by plasmid DNA; Molecular and Cellular Biology 7, 1987, 2745-2752). The day after the transfection, the precipitate was removed with PBS / EDTA and the cells were detached from the dish by trypsin treatment. Different volumes of this cell suspension were sown on glass plates, which had previously been coated with poly-L-lysine, and incubated in the incubator for a further 20 h.
Für die Messung der Änderung der intrazellulären Ca2+-Ionen- Konzentration wurden die Zellen 1 h vor dem Experiment mit dem Fluoreszenzfarbstoff FURA-2 beladen (Frings, S. et al: Profoundly different calcium permeation and blockage determine the specific function of distinct cyclic nucleotide-gated Channels; Neuron 15, 1995, 169-179). Die Messung erfolgte anschließend in der Ca2+-Imaging Apparatur. Dazu wurde ein Glasplättchen in die Meßkammer überführt und mit PBS umspült. Zur Aktivierung der Rezeptoren wurde das PBS über eine Perfusionseinrichtung gegen eine PBS-Lösung ausgetauscht, die eine definierte Konzentration des zu testenden Liganden enthielt, im vorliegenden Fall 1 μM Octopamin. Durch die Bindung des Octopamins wird eine Enzymkaskade aktiviert und der Botenstoff IP3 gebildet. Nachfolgend kommt es zur Freisetzung von Ca2+-Ionen aus intrazellulären Speichern. Die Änderung der Ca2+-Ionenkonzentration wurde mit dem Imaging-System aufgezeichnet. Bei der bisher beschriebenen Vorgehensweise reagierten jedoch nicht alle Zellen auf die Zugabe des Liganden mit einer Änderung der Ca2+-Ionenkonzentration, weil nur ein kleiner Prozentsatz der Zellen das Plasmid aufgenommen und den Rezeptor exprimiert hatte. Um diese Variabilität zu vermeiden, wurden Zellinien hergestellt, in denen alle Zellen die Rezeptoren stabil, d.h. permanent exprimieren.To measure the change in the intracellular Ca 2+ ion concentration, the cells were loaded with the fluorescent dye FURA-2 1 h before the experiment (Frings, S. et al: Profoundly different calcium permeation and blockage determine the specific function of distinct cyclic nucleotide-gated channels; Neuron 15, 1995, 169-179). The measurement was then carried out in the Ca 2+ imaging apparatus. For this purpose, a glass plate was transferred to the measuring chamber and washed with PBS. To activate the receptors, the PBS was exchanged for a PBS solution using a perfusion device defined concentration of the ligand to be tested, in the present case 1 μM octopamine. By binding the octopamine, an enzyme cascade is activated and the messenger substance IP3 is formed. Subsequently, Ca 2+ ions are released from intracellular stores. The change in Ca 2+ ion concentration was recorded with the imaging system. In the procedure described so far, however, not all cells reacted to the addition of the ligand with a change in the Ca 2+ ion concentration, because only a small percentage of the cells had taken up the plasmid and expressed the receptor. To avoid this variability, cell lines were produced in which all cells express the receptors stably, ie permanently.
Die methodische Vorgehensweise ist in den ersten Schritten dem Verfahren der transienten Transfektion vergleichbar. Für die Transfektion wurde jedoch das pcNeoDmOCTIB-Konstrukt verwendet. Auf diesem Plasmid befindet sich noch das Neomycin (Neo)-Resistenzgen, dessen Expression die Selektion solcher Zellen ermöglicht, die das Plasmid aufgenommen haben, da sie gegen die Zugabe des Antibiotikums G418 (Geneticin) resistent sind. Zellen, die kein Plasmid aufgenommen haben, sterben durch die Zugabe von G418 zum Medium nach einigen Tagen ab. Wie bei der transienten Transfektion wurden =10 μg des pcDNAINeoDmOCTlB- Konstrukts mit der Calcium-Phsophat Methode (Chen, C. und Okayama, H., s.o.) in ca. 2 x 105 Zellen in einer 5 cm großen Petri-Schale transfiziert. 20 h nach der Transfektion wurde das Präzipitat mit PBS/ EDTA entfernt und die Zellen durch eine Trypsin-Behandlung abgelöst. Von dieser Zellsuspension wurden je 2 x 104 Zellen auf fünf 9 cm große Petri-Schalen ausgesät. Nach 20 h wurde das Medium abgesaugt und gegen frisches Medium, das 1 mg/ ml G418 enthielt, ausgetauscht. Nach ca. 12 - 14 Tagen, in denen alle 3 Tage das Medium mit G418 gewechselt wurde, waren die meisten Zellen, die kein Plasmid aufgenommen hatten, abgestorben. Von den fünf Petri-Schalen wurden insgesamt 50 Zellklone isoliert, die G418- resistent waren. Die Klone wurden einzeln in Mikrotiterplatten überführt und weiter vermehrt. Zur Überprüfung der Rezeptorexpression wurde ein kleiner Teil der Zellen auf Glasplättchen ausgesät (s.o.) und die Reaktion der Zellen auf die Zugabe von Octopamin mit der Ca2+-Imaging Methode gemessen. Von den 50 Antibiotika-resistenten Zellinien exprimierte ein Zellklon den Octopamin-Rezeptor stabil. Diese Linie wurde vermehrt und ein Teil der Zellen in flüssigem Stickstoff eingefroren.In the first steps, the methodical approach is comparable to the transient transfection procedure. However, the pcNeoDmOCTIB construct was used for the transfection. The neomycin (neo) resistance gene is still present on this plasmid, the expression of which enables the selection of cells which have taken up the plasmid, since they are resistant to the addition of the antibiotic G418 (geneticin). Cells that have not taken up a plasmid die after a few days when G418 is added to the medium. As in the transient transfection, = 10 μg of the pcDNAINeoDmOCTlB construct were transfected with the calcium-phosphate method (Chen, C. and Okayama, H., see above) in approx. 2 x 10 5 cells in a 5 cm Petri dish. 20 h after the transfection, the precipitate was removed with PBS / EDTA and the cells were detached by a trypsin treatment. From this cell suspension, 2 × 10 4 cells were placed on five 9 cm Petri dishes sown. After 20 h, the medium was suctioned off and exchanged for fresh medium which contained 1 mg / ml G418. After approximately 12-14 days, in which the medium was changed with G418 every 3 days, most of the cells which had not taken up any plasmid had died. A total of 50 cell clones which were G418-resistant were isolated from the five Petri dishes. The clones were transferred individually to microtiter plates and further propagated. To check the receptor expression, a small part of the cells were sown on glass plates (see above) and the reaction of the cells to the addition of octopamine was measured using the Ca 2+ imaging method. Of the 50 antibiotic-resistant cell lines, one cell clone stably expressed the octopamine receptor. This line was expanded and some of the cells were frozen in liquid nitrogen.
Auf die oben beschriebene Weise wurden etwa 10 verschiedene Zellinien hergestellt, die unterschiedliche Rezeptoren oder Ionenkanäle stabil exprimieren. Die Integration der Konstrukt-DNA erfolgte dabei nicht zielgerichtet, sondern zufällig, d.h. an einem beliebigen Ort in das Genom der Wirtszelle. Es konnte aber festgestellt werden, daß der Integrationsort der Fremd-DNA im Genom der Wirtszelle keinen gravierenden Einfluß auf die Expression der Rezeptorproteine hatte.About 10 different cell lines were produced in the manner described above, which stably express different receptors or ion channels. The integration of the construct DNA was not targeted, but random, i.e. anywhere in the genome of the host cell. However, it was found that the integration site of the foreign DNA in the genome of the host cell had no serious influence on the expression of the receptor proteins.
3. Untersuchungen der Eigenschaften von Neurotransmitter-Rezeptoren3. Investigation of the properties of neurotransmitter receptors
Die Bestimmung der pharmakologischen Eigenschaften der klonierten Octopamin-Rezeptoren erfolgte an den stabilen Zellinien. Zellen wurden dazu auf poly-L-Lysin beschichtete Galsplättchen ausgesät (s.o.) und in die Ca2+-Imaging Apparatur überführt. Die Zellen reagierten bei der Zugabe von 1 μM Konzentrationen der Neurotransmitter Tyramin und Octopamin mit einem deutlichen Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration. Die Freisetzung des Ca2+ erfolgte nicht kontinuierlich sondern oszillierend. Bei der Inkubation mit den Neurotransmittern Dopamin und Serotonin wurde kein Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration beobachtet.The pharmacological properties of the cloned octopamine receptors were determined on the stable cell lines. For this purpose, cells were sown on poly-L-lysine-coated flakes (see above) and transferred to the Ca2 + imaging apparatus. The cells reacted to the addition of 1 μM concentrations of the neurotransmitters tyramine and octopamine with a significant increase in the intracellular Ca2 + concentration. The Ca2 + was not released continuously but oscillatingly. No increase in the intracellular Ca2 + concentration was observed when incubated with the neurotransmitters dopamine and serotonin.
Es wurde geprüft, ob auch niedrigere Konzentrationen der Neurotransmitter Octopamin und Tyramin die zelluläre Reaktion auslösen können. Es wurde gefunden, daß bereits eine Konzentration von 10~9It was examined whether lower concentrations of the neurotransmitters octopamine and tyramine can also trigger the cellular response. It was found that a concentration of 10 ~ 9
Octopamin eine deutliche Erhöhung der intrazellulären Ca2+- Konzentration bewirkt. Die Reaktion erfolgt gegenüber der Inkubation mitOctopamine causes a significant increase in the intracellular Ca2 + concentration. The reaction to the incubation takes place with
10"6 M Octopamin jedoch langsamer. Mit steigender Konzentration des Neurotransmitters wird die zelluläre Antwort schneller und ab10 "6 M octopamine, however, slower. With increasing concentration of the neurotransmitter, the cellular response becomes faster and less
Konzentrationen von 10~' M Octopamin wird die Oszillation der Ca2+- Konzentration beobachtet. Im Gegensatz zu Octopamin, ist eine Antwort der Zellen auf Tyramin erst ab Konzentrationen >10"^ M zu beobachten.At concentrations of 10 ~ 'M octopamine, the oscillation of the Ca2 + concentration is observed. In contrast to octopamine, a response of the cells to tyramine can only be observed from concentrations> 10 "^ M.
Die Reaktion der Zellen auf Octopamin wird durch verschiedene Liganden konzentrationsabhängig inhibiert. Beispielsweise bleibt die Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration aus, wenn die Zellen mit Octopamin und 25 Phentolamin (= Antagonist) in einer Konzentration von je 10~' M inkubiert werden. Die Inkubation mit dem Antagonisten kann sowohl vor als auch nach der Zugabe des Octopamins gestartet werden. In beidenThe reaction of the cells to octopamine is inhibited by various ligands depending on the concentration. For example, there is no increase in the intracellular Ca2 + concentration when the cells are incubated with octopamine and 25 phentolamine (= antagonist) in a concentration of 10 ~ 'M each. The incubation with the antagonist can be started both before and after the addition of the octopamine. In both
Fällen wird die Wirkung des Octopamins selektiv kompetiert und dieIn certain cases, the effect of octopamine is competed for and the
Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration bleibt aus. Dieser kompetitive Effekt nimmt ab, wenn der Antagonist in geringerer Konzentration zugegeben wird, d.h. die Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration tritt wieder auf, wenn bspw. lO"-7 M Octopamin undThere is no increase in the intracellular Ca2 + concentration. This competitive effect decreases when the antagonist is added in a lower concentration, ie the increase in the intracellular Ca2 + concentration occurs again, for example when 10 "- 7 M octopamine and
10"8 M Phentolamin verwendet werden. 10 "8 M phentolamine can be used.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Octopamin-Rezeptor produzierenden Zellen, bei dem mindestens ein, für einen Octopamin- Rezeptor kodierendes Gen in eine Wirtszelle transformiert wird.1. A method for producing octopamine receptor-producing cells, in which at least one gene coding for an octopamine receptor is transformed into a host cell.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Octopamin- Rezeptortyp 1 und/ oder Octopamin- Rezeptortyp 2 produzierenden2. The method according to claim 1 for the production of octopamine receptor type 1 and / or octopamine receptor type 2 producing
Zellen.Cells.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gen aus Drosophila melanogaster stammt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gene comes from Drosophila melanogaster.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Octopamin-Rezeptorgen mit einer für die unter SEQ ID No. 2 angegebenen Aminosäuresequenz und/ oder deren Allelvariationen kodierenden Nukleotidsequenz.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized by an octopamine receptor gene with one for the SEQ ID no. 2 indicated amino acid sequence and / or their allele variations coding nucleotide sequence.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch das Octopamin-Rezeptorgen mit der Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID5. The method according to claim 4, characterized by the octopamine receptor gene with the nucleotide sequence according to SEQ ID
No.1 oder einer im wesentlichen gleichwirkenden DNA-Sequenz. No.1 or an essentially equivalent DNA sequence.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Octopamin-Rezeptorgen mit einer für die unter SEQ ID No. 4 angegebenen Aminosäuresequenz und/ oder deren Allel Variationen kodierenden Nukleotidsequenz.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized by an octopamine receptor gene with one for the SEQ ID no. 4 indicated amino acid sequence and / or their allele variations coding nucleotide sequence.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch das Octopamin-Rezeptorgen mit der Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID No.3 oder einer im wesentlichen gleichwirkenden DNA-Sequenz.7. The method according to claim 6, characterized by the octopamine receptor gene with the nucleotide sequence according to SEQ ID No.3 or an essentially equivalent DNA sequence.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Transformation das Gen in ein Genkonstrukt eingebaut wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gene is incorporated into a gene construct for the transformation.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirtszelle eine Zellinie ist.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the host cell is a cell line.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Zellinie HEK293.10. The method according to claim 9, characterized by the cell line HEK293.
11. Octopamin-Rezeptorgen mit einer für die unter SEQ ID No. 2 angegebenen Aminosäuresequenz und/ oder deren Allelvariationen kodierenden Nukleotidsequenz. 11. Octopamine receptor genes with one for those under SEQ ID No. 2 indicated amino acid sequence and / or their allele variations coding nucleotide sequence.
12. Octopamin-Rezeptorgen nach Anspruch 11 mit der Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID Nr. 1 oder einer im wesentlichen gleichwirkenden DNA-Sequenz.12. Octopamine receptor gene according to claim 11 with the nucleotide sequence according to SEQ ID No. 1 or a DNA sequence having essentially the same effect.
13. Octopamin-Rezeptorgen mit einer für die unter SEQ ID No. 4 angegebenen Aminosäuresequenz und/ oder deren Allelvariationen kodierenden Nukleotidsequenz.13. Octopamine receptor genes with one for those under SEQ ID No. 4 indicated amino acid sequence and / or their allele variations encoding nucleotide sequence.
14. Octopamin-Rezeptorgen nach Anspruch 13 mit der Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID Nr. 3 oder einer im wesentlichen gleichwirkenden DNA-Sequenz.14. Octopamine receptor gene according to claim 13 with the nucleotide sequence according to SEQ ID No. 3 or a DNA sequence having essentially the same effect.
15. Octopamin-Rezeptor mit einer Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID15. Octopamine receptor with an amino acid sequence according to SEQ ID
No. 2 oder einer im wesentlichen gleichwirkenden Aminosäuresequenz.No. 2 or an essentially equivalent amino acid sequence.
16. Octopamin-Rezeptor mit einer Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID No. 4 oder einer im wesentlichen gleichwirkenden16. Octopamine receptor with an amino acid sequence according to SEQ ID No. 4 or an essentially equivalent
Aminosäuresequenz.Amino acid sequence.
17. Genkonstrukt, enthaltend ein Octopamin-Rezeptorgen.17. Gene construct containing an octopamine receptor gene.
18. Genkonstrukt nach Anspruch 17, enthaltend ein Octopamin-18. A gene construct according to claim 17, containing an octopamine
Rezeptorgen nach einem der Ansprüche 11 bis 14.Receptor gene according to one of claims 11 to 14.
19. Transformierte Zelle, enthaltend ein Octopamin-Rezeptorgen. 19. Transformed cell containing an octopamine receptor gene.
20. Transformierte Zellen nach Anspruch 19, enthaltend ein Octopamin-Rezeptorgen nach einem der Ansprüche 11 bis 14.20. Transformed cells according to claim 19, containing an octopamine receptor gene according to one of claims 11 to 14.
21. Transformierte Zelle nach einem der Ansprüche 19 oder 20, enthaltend ein Genkonstrukt nach einem der Ansprüche 17 oder 18.21. Transformed cell according to one of claims 19 or 20, containing a gene construct according to one of claims 17 or 18.
22. Transformierte Zelle nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zellinie ist.22. Transformed cell according to one of claims 19 to 21, characterized in that it is a cell line.
23. Transformierte Zelle nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch die Zellinie HEK293.23. Transformed cell according to claim 22, characterized by the cell line HEK293.
24. Verfahren zur Untersuchung der Eigenschaften von Neurotransmitter-Rezeptoren, bei dem man einen Liganden auf durch Neurotransmitter-Rezeptorgen transformierte Zellen einwirken läßt und die Wirkung über die Bestimmung der Änderung der intrazellulären Ca2+-Ionenkonzentration bestimmt.24. A method for examining the properties of neurotransmitter receptors, in which a ligand is allowed to act on cells transformed by neurotransmitter receptor genes and the effect is determined by determining the change in the intracellular Ca 2+ ion concentration.
25. Verfahren nach Anspruch 24 zur Untersuchung der Eigenschaften von Octopamin-Rezeptoren.25. The method according to claim 24 for examining the properties of octopamine receptors.
26. Verfahren nach Anspruch 25 zur Untersuchung der Eigenschaften von Octopamin-Rezeptortyp 1 und/ oder 2.26. The method according to claim 25 for examining the properties of octopamine receptor type 1 and / or 2.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei dem die Änderung der intrazellulären Ca2+-Ionenkonzentration mittels der27. The method according to any one of claims 24 to 26, wherein the change in the intracellular Ca 2+ ion concentration by means of
Ca2+-Imaging-Methode bestimmt wird. Ca 2+ imaging method is determined.
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