WO1999050284A2 - Nucleic acid molecules which code proteins influencing bone development - Google Patents

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WO1999050284A2
WO1999050284A2 PCT/EP1999/002055 EP9902055W WO9950284A2 WO 1999050284 A2 WO1999050284 A2 WO 1999050284A2 EP 9902055 W EP9902055 W EP 9902055W WO 9950284 A2 WO9950284 A2 WO 9950284A2
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acid molecule
protein
lobo
gene
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André ROSENTHAL
Thomas Wirth
Andreas Rump
Jochen Hess
Thomas Aigner
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Rosenthal Andre
Andreas Rump
Jochen Hess
Thomas Aigner
Thomas Wirth
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K48/00Medicinal preparations containing genetic material which is inserted into cells of the living body to treat genetic diseases; Gene therapy

Definitions

  • the present invention relates to nucleic acid molecules encoding proteins that influence bone development in mammals, the encoded proteins, and diagnostic and pharmaceutical compositions containing such nucleic acid molecules or proteins.
  • the invention further relates to transgenic non-human mammals which have been transformed with the described nucleic acid molecules or which have an altered expression of the described proteins.
  • hereditary diseases are known in humans, which lead to bone growth and development disorders. These include, for example, spondyloepiphyseal dysplasia and achondroplasia. The exact genetic causes of such disorders are usually unclear and therapeutic Approaches or diagnostic procedures for early detection are largely not available.
  • the object of the present invention is therefore to provide nucleic acid molecules whose expression product influences growth and development processes, in particular in connection with bones, in animals and humans.
  • nucleic acid molecules that comprise a nucleotide sequence that is defined in Seq ID No. 9 or in Seq ID No. 14 encoded amino acid sequence shown, as well as nucleic acid molecules that the in Seq ID No. 8 or Seq ID No. 13 nucleotide sequence shown, in particular the coding region.
  • nucleic acid molecules can contain the corresponding coding regions in a coherent form or can also be interrupted by non-coding regions.
  • Such molecules can therefore also be genomic sequences in which the coding regions (exons) are interrupted by non-coding regions (introns).
  • the protein encoded by such a nucleic acid molecule is a protein whose inactivation in mammals leads to an elongation of the bones with the exception of the cranial bones.
  • Such nucleic acid molecules have been found in connection with the generation of a so-called transgenic "donor" mouse, ie a mouse, which should serve as a donor for an artificial protein.
  • This artificial protein should be in certain tissues of the "donor” mouse can be expressed without having a function in this mouse. Only after crossing the donor mouse with a suitable transgenic recipient mouse should the protein take effect and activate certain genes of the recipient mouse. Transgenic donor mice have been produced several times.
  • the artificial gene usually do not show a phenotype because the artificial gene is simply injected into fertilized eggs and accidentally integrates into any area of the murine genome. Since only about 5% of the genome is coding, the probability that a defect is caused in an essential gene is correspondingly low.
  • the mammalian genome is diploid, ie all genes are duplicated. Therefore, most mutations are recessive, ie they are not expressed: the mutated gene is countered by a fully functional copy that can compensate for the defect that is generated.
  • the donor mouse produced showed an extremely striking phenotype: all bones (with the exception of the skull) are 1.3 to 1.5 times longer. As a result, the transgenic mouse is about 1.5 times longer than the corresponding wild type (see FIG. 1). This phenotype is dominant and is passed on stably, i.e. when a transgenic mutane is crossed with a healthy wild-type mouse, 50% of the offspring show the phenotype described above.
  • LOBO gene (“ngng bones ”) in the following the transgenic mouse and first 87 kb (SEQ ID NO: 5 and 6) and then a total of 138 kb (SEQ ID NO: 10 to 12) from the corresponding homologous region of the wild-type mouse.
  • Detailed computer analysis of the sequence data led to the identification of a gene which consists of at least 13 coding sections ("exons") and is at least 110,000 bases long, but probably much longer.
  • the coding region of the murine genomic sequence initially identified carries the information for 393 amino acids (see Seq ID No. 2).
  • a DNA probe was constructed which was used to isolate a human PI clone which carries the human LOBO homologous gene.
  • the sequence of the 13.3 kb long region initially sequenced is in Seq ID NO. 7 shown.
  • the sequence of the isolated and identified coding regions (exons) of this gene is given in Seq ID No. 3, as well as the amino acid sequence derived therefrom.
  • the sequence of the 311 kb long region subsequently sequenced is in Seq ID No. 15 to 21 shown.
  • the sequence of the coding regions (exons) identified therein is in SEQ ID NO. 13, the amino acid sequence derived therefrom in SEQ ID No. 14.
  • genomic sequence information a complete, 3100 bp long cDNA of the murine LOBO gene could then be isolated (SEQ ID NO: 8). Of these 3100 bp, 1857 bases from the 3 'end are covered by genomic sequencing.
  • the exon / intron structure is therefore also known for this section: there are 12 exons that are numbered in ascending order from the 3 'end, ie the furthest 3' exon has the number 1, the outermost, previously identified exon has that Number 12.
  • sequence data provided by the present invention, it is possible, using standard methods, for example chromosomal walking, to isolate and characterize the regions of the gene which are still missing.
  • the murine cDNA carries the information for a protein of 870 amino acids in length (SEQ ID NO: 9).
  • a sequence comparison of the amino acid sequence derived from the murine cDNA sequence with known sequences showed that the encoded Protein has a certain homology to a protein from C. elegans (database accession number Q09568), as well as homologies to the Dis3 protein family and to the RNAsell protein family.
  • nucleic acid molecules according to the invention encode a protein whose change, in particular reduction and / or inactivation in animals, preferably in vertebrates, preferably in mammals and particularly preferably in mice, leads to an elongation of the bones with the exception of the cranial bones.
  • An extension preferably means an extension by a factor of at least 1.2, preferably by a factor of 1.3 and particularly preferably by a factor in the range from 1.3 to 1.5.
  • the term “change”, in particular reduction and / or “inactivation” means on the one hand on a quantitative level that the expression of the protein is reduced in comparison to the wild type, preferably by at least 50% and particularly preferably totally repressed.
  • Analysis of the mutation in the genome of the donor mouse described above showed that the insertion of the artificial gene was within an intron of the LOBO gene and resulted in the deletion of 11 base pairs. The latter should not be a problem in the intron, since this area is not coded anyway. It can therefore be assumed that the artificial DNA insertion leads to a disturbance in the maturation of the mRNA ("splicing"), since the artificially introduced gene contains splicing signals. This presumably leads to so-called "aberrant splicing".
  • change in particular reduction and / or “inactivation”, therefore preferably means in the context of the present invention that the amount of transcripts which encode the protein described in the cells compared to cells of corresponding wild-type animals by at least 50% is reduced, preferably by at least 70%, particularly preferably by at least 90%.
  • “change”, in particular reduction and / or inactivation means that it is no longer possible to detect any transcripts which code for the protein described.
  • the amount of transcripts can be detected using techniques known to those skilled in the art, for example by Northern blot analysis.
  • the term "change”, in particular reduction and / or inactivation, means in qualitative terms that a LOBO protein which has been changed in the amino acid sequence is expressed, in particular a protein which has completely or largely lost its biological function.
  • These can be shortened forms, forms that have deletions or insertions, forms that have one or more point mutations, or forms that have a combination of one or more forms of this change.
  • transgene insertion in the horrd LOBO mouse does not affect the expression signals (promoter, enhancer, etc.), it could be assumed that at least a shortened and, in addition, chimeric LOBO mRNA is produced, from the natural start of transcription to to the splice signal in the inserted sequence.
  • the long-bone phenotype can therefore have two causes: (a) the amount of transcripts encoding the complete LOBO protein falls below a critical value ("loss of function" mutation) due to the transgene insertion and / or ( b) a shortened, chimeric LOBO protein is produced which has only partial functions of the LOBO protein or modified functions compared to the LOBO protein ("gain of function" mutation).
  • the “change”, in particular reduction and / or inactivation, of the protein encoded by the nucleic acid molecules according to the invention in mice preferably also leads to at least one of the following changes:
  • the bones show significantly thickened growth zones at the histological level (see FIG. 4). This is preferably based on a significant increase in the number of cells in the growth zone (chondrocytes). Furthermore, these chondrocytes are significantly larger than those of corresponding wild-type mice;
  • the function of the proteins encoded by the nucleic acid molecules according to the invention can be estimated. It is assumed that these proteins also have similar functions due to their structural similarity to the two other protein groups mentioned. On this basis, the following functions can be postulated for the LOBO proteins:
  • the LOBO protein most likely has the ability to bind RNA (previously proven for the LOBO-like SSDI protein from S. cerevisiae and for the VACB and RNAse type II proteins); and or (d) the LOBO protein has at least one protein binding partner.
  • This is probably a G-protein or a G-protein-controlling protein (detected for Dis3 from S. pombe, which binds to the G-protein regulator RCC1 and controls its activity).
  • the provision of the nucleic acid molecules according to the invention is of great importance both scientifically and clinically. On the one hand, his further research could help to better understand cell cycle control. This is particularly important for cancer research.
  • the nucleic acid molecules according to the invention could be responsible for human growth disorders which are not due to diet or hormones.
  • the present invention also relates to nucleic acid molecules whose complementary strand hybridizes with one of the nucleic acid molecules according to the invention described above and which encode a protein with the abovementioned properties.
  • hybridization means hybridization under conventional hybridization conditions, preferably under stringent conditions, as described, for example, in Sambrock et al. , Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY).
  • “Stringent conditions” mean that hybridization only takes place if a sequence identity of at least 90%, preferably of at least 95% and particularly preferably of at least 97% is present over the entire length of the molecule hybridizing with the molecule according to the invention.
  • stringent and non-stringent hybridization conditions are published, for example, in Harnes and Higgins (ed.), "Nucleic acid hybridization: A practical approach", IRL Press, Oxford-Washington DC, 1985.
  • An example of stringent hybridization conditions is, for example, filter hybridization Polynucleotide samples with the filter washed for 20 min in 0.1 x SET buffer and 0.1% SDS solution at 68 ° C.
  • An example of non-stringent hybridization conditions is, for example, filter hybridization with polynucleotide samples, the filter being washed for 20 min in 2 ⁇ SET buffer and 0.1% SDS solution at 50 ° C.
  • nucleic acid molecules which hybridize with the nucleic acid molecules according to the invention can originate from any animal organism which expresses such a protein. It is preferably molecules that code corresponding proteins from higher animal organisms, preferably from vertebrates, particularly preferably from mammals and in particular from mice or humans.
  • Nucleic acid molecules that hybridize with the molecules of the invention can e.g. can be isolated from genomic or from cDNA libraries. Such nucleic acid molecules can be identified and isolated using the nucleic acid molecules according to the invention or parts of these molecules or the reverse complements of these molecules, e.g. by means of hybridization according to standard methods (see e.g. Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd edition Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY) or by amplification by means of PCR.
  • nucleic acid molecules can be used as the hybridization sample that exactly or essentially the ones under Seq ID No. Have 8 or 13 indicated nucleotide sequence or parts of this sequence.
  • the fragments used as the hybridization sample can also be synthetic fragments which have been produced with the aid of the common synthetic techniques and whose sequence essentially corresponds to that of a nucleic acid molecule according to the invention. If genes which hybridize with the nucleic acid sequences according to the invention have been identified and isolated, the sequence should be determined and the properties of the proteins encoded by this sequence should be analyzed.
  • the molecules hybridizing with the nucleic acid molecules according to the invention include, in particular, fragments, derivatives and allelic variants of the nucleic acid molecules described above, which encode a protein with the properties described above.
  • the term derivative in this context means that the sequences of these molecules differ from the sequences of the nucleic acid molecules described above at one or more positions and have a high degree of homology to these sequences.
  • Homology means a sequence identity at the amino acid level over the entire length of at least 70%, in particular an identity of at least 80%, preferably over 90%, particularly preferably over 95% and in particular at least 97%.
  • Homology preferably also means a sequence identity at the nucleic acid sequence level of at least 60%, preferably at least 70%, particularly preferably at least 85% and particularly preferably at least 95%.
  • the deviations from the nucleic acid molecules described above may have arisen, for example, through deletion, addition, substitution, insertion or recombination.
  • nucleic acid molecules which are homologous to the molecules described above and which are derivatives of these molecules are generally variations of these molecules which are modifications which have the same biological function. These can be both naturally occurring variations, for example sequences from other animal species, or mutations, wherein these mutations can have occurred naturally or have been introduced by targeted mutagenesis. Furthermore, the variations can be synthetically produced sequences.
  • allelic variants can be both naturally occurring variants and also synthetically produced variants or those produced by recombinant DNA techniques.
  • the proteins encoded by the different variants of the nucleic acid molecules according to the invention have certain common characteristics. For example, biological
  • the proteins encoded by the nucleic acid molecules of the invention preferably have the same biological function or activity as described above for the murine protein, i.e. in the event of change, in particular reduction and / or
  • Nucleic acid molecule encoded protein at least one of the following two consensus sequences.
  • the present invention further relates to nucleic acid molecules whose sequence deviates from the sequence of a nucleic acid molecule described above due to the degeneration of the genetic code.
  • the nucleic acid molecules according to the invention can be any nucleic acid molecules, in particular DNA or RNA molecules, for example cDNA, genomic DNA, mRNA etc. They can be naturally occurring molecules or molecules produced by genetic engineering or chemical synthesis processes. Examples of mouse and human genomic sequences are given in Seq ID No. 5, 6, 7, 10 to 12 and 15 to 21 shown. With the help of "fluorescent in situ hybridization" (Fish) on complete murine metaphase chromosomes, the murine gene was located in band ID on chromosome 1 of the mouse. This Band is synthetic with band 2q35, especially with region 2q35-37 on human chromosome 2. This section also contains an alkaline phosphatase gene, the position of which is well known in the literature.
  • Fish fluorescent in situ hybridization
  • the invention further relates to vectors, in particular plasmids, cosmids, viruses, bacteriophages and other vectors which are common in genetic engineering and which contain the nucleic acid molecules according to the invention described above.
  • the vectors are preferably suitable for gene therapy.
  • the nucleic acid molecules contained in the vectors are linked to regulatory elements which ensure expression in prokaryotic or eukaryotic cells.
  • expression can mean transcription as well as transcription and translation.
  • Regulatory elements include promoters in particular.
  • a number of promoters are available for the expression of a nucleic acid molecule according to the invention in prokaryotic cells, for example the E. coli lac or trp promoter, the PR or Pj _, promoter of the lambda phage, lad, lacZ, T3, T7, gpt, etc.
  • Eukaryotic promoters are, for example, the CMV immediate early promoter, the HSV promoter, the thymidine kinase promoter, the SV40 promoter, LTRs of retroviruses and the mouse metallothionine I promoter.
  • a large number of expression vectors for expression in prokaryotic or eukaryotic cells have already been described, for example for eukaryotes pKK223-3 (Pharmcia Fine Chemicals, Uppsala, Sweden) or GEM1 (Promega Biotec, Madison, WI, USA), pSV2CAT, pOG44 and for prokaryotes pQE70, pQE60, pBluescript SK, etc.
  • vectors according to the invention can also contain elements for contain a further increase in transcription, such as so-called transcription enhancers.
  • transcription enhancers include the SV40 enhancer, the polyoma enhancer, the cytomegalovirus early promoter enhancer and adenovirus enhancer.
  • the present invention further relates to host cells, in particular prokaryotic or eukaryotic host cells, which are transformed with a nucleic acid molecule or vector according to the invention.
  • host cells in particular prokaryotic or eukaryotic host cells, which are transformed with a nucleic acid molecule or vector according to the invention.
  • examples of such cells are bacterial cells, e.g. E. coli, Streptomyces, Bacillus, Salmonella typhimurium; Fungal cells, such as yeast cells, in particular Saccharomyces cerevisiae; Insect cells, e.g. Drosophila or SF9 cells; animal cells such as CHO or COS cells; Plant cells etc.
  • the present invention further relates to a method for producing a protein which is encoded by a nucleic acid molecule according to the invention, a host cell according to the invention being cultivated under conditions which allow expression of the protein and the protein subsequently being obtained from the cells and / or the culture medium .
  • Methods for the expression of foreign proteins in different types of host cells and for the production of the protein produced are known to the person skilled in the art.
  • the invention further relates to a protein which is encoded by a nucleic acid molecule according to the invention or which is obtainable by a method according to the invention.
  • the present invention further relates to antibodies which are directed against the proteins according to the invention.
  • Such antibodies preferably recognize a specific one according to the invention Protein, ie they show no significant cross-reaction with other proteins.
  • the term “antibody” here includes both monoclonal and polyclonal antibodies, as well as fragments of antibodies, these fragments recognizing a protein according to the invention, for example Fab fragments.
  • the term antibody also includes chimeric antibodies as well as humanized antibodies. Methods for producing monoclonal or polyclonal antibodies are known to the person skilled in the art and are described.
  • the hybridoma technique Koehler and Milstein, Nature 256 (1975), 495-497
  • the trioma technique the human B-cell hybridoma technique (Kozbor et al., Immunology Today 4 (1983 ), 72) or the EBV hybridoma technique (Cole et al., Monoclonal Antibodies and Cancer Therapy, Alan R. Liss, Inc. (1985), 77-96).
  • the present invention relates to nucleic acid molecules of at least 15, preferably more than 50 and particularly preferably more than 200 nucleotides in length, which hybridize specifically with a strand of a nucleic acid molecule according to the invention.
  • Hybridizing specifically here means that these molecules hybridize with nucleic acid molecules which code for a protein according to the invention, but not with nucleic acid molecules which code for other proteins.
  • Hybridization preferably means hybridization under stringent conditions (see above).
  • Such nucleic acid molecules can be used, for example, as primers for amplification by means of PCR or as hybridization samples.
  • the invention relates to those nucleic acid molecules which hybridize with transcripts of nucleic acid molecules according to the invention and can thereby prevent their translation.
  • Such nucleic acid molecules can, for example, be components of antisense constructs or ribozymes.
  • the present invention further relates to diagnostic compositions containing a nucleic acid according to the invention. remolecule or vector, a protein according to the invention and / or an antibody according to the invention.
  • the nucleic acid molecules according to the invention can be used, for example, to determine the location of the corresponding gene on a chromosome. This can provide information about the correlation with genes that are associated with certain diseases.
  • One method for determining the localization is, for example, the “fluorescent in situ hybridization” (Fish) described in Verma et al. (Human Chromosomes: A Manual of Basic Techniques, Pergamon Press, New York (1988)).
  • nucleic acid molecules according to the invention can be used to determine whether certain individuals have mutations in the corresponding sequences.
  • Antibodies can also be used as detection reagents for the presence of a protein according to the invention in a sample.
  • the present invention furthermore relates to pharmaceutical compositions which contain a nucleic acid molecule according to the invention, a vector according to the invention, a protein according to the invention and / or an antibody according to the invention, optionally in combination with a pharmaceutically acceptable carrier.
  • nucleic acid molecules or vectors according to the invention can be used in the context of gene therapy to treat disease states which are due to a dysfunction of the corresponding gene, for example to an expression of the protein according to the invention which is too low or too high in an individual.
  • nucleic acid molecules according to the invention can be used in connection with "gene targeting” and / or “gene replacement” in order to convert a mutated gene back into a functional form or to generate a mutated gene by homologous recombination (see, for example, Mouellic, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87 (1990), 4712-4716; Joyner, Gene Targeting, A Practical Approach, Oxford University Press).
  • a protein according to the invention or an antibody according to the invention can also be used, if appropriate regulate the amount of appropriate protein in an individual.
  • suitable pharmaceutically acceptable carriers include, for example, phosphate-buffered salt solutions, water, emulsions, such as, for example, oil / water emulsions, sterile solutions, etc.
  • Compositions which contain such carriers can be formulated by customary processes.
  • the pharmaceutical compositions can be administered to the subject concerned in a suitable dose.
  • Types of administration are, for example, intravenously, intraperitoneally, subcutaneously, intramuscularly, topically or intradermally.
  • the dosage depends on many factors, for example on the size, gender, weight, age of the patient, as well as the type of compound administered, the type of administration etc. In general, the daily dose is 1 ⁇ g to 10mg units a day.
  • compositions can be administered locally or systemically. In general, administration will be parenteral, for example intravenously. DNA can also be administered directly at the target site, for example by biolistic administration.
  • the present invention further relates to a method for producing a transgenic non-human animal, preferably a transgenic mouse, which comprises introducing a nucleic acid molecule or vector according to the invention into a germ cell, embryonic cell, an egg cell or a cell derived therefrom.
  • the non-human animal used in such a method as a donor of the cells can be, for example, a healthy non-transgenic animal or an animal which has a disease or disorder, in particular one which has a growth disorder, preferably a bone growth disorder.
  • a disease or disorder can be congenital or natural it can be caused by genetic manipulation, for example by the introduction and / or expression of a foreign DNA.
  • the present invention furthermore relates to transgenic non-human animals which have been transformed with a nucleic acid molecule or vector according to the invention or which are obtainable by the process described above.
  • the nucleic acid molecule according to the invention is preferably stably integrated into the genome.
  • transgenic animals are transgenic rats, hamsters, dogs, monkeys, rabbits or pigs. Transgenic mice are preferred.
  • the present invention also relates to transgenic non-human animals, in particular mice, in which the expression of the protein according to the invention is reduced.
  • a reduction can be achieved, for example, by genetically modifying the cells of the animals so that they express an antisense RNA, a ribozyme or a cosuppression RNA, which leads to a reduction in the expression of the proteins according to the invention in the cells.
  • a reduction of the expression can be achieved by the proteins of the invention also, that at least one, preferably all copies of the corresponding gene are inactivated in the genome of cells of a OF INVENTION ⁇ to the invention the molecule.
  • Such inactivation can be achieved, for example, by inserting foreign DNA into coding or non-coding regions of the corresponding gene. It is also possible to inactivate the regulatory regions of the gene. Deletion of regions of the gene is also possible.
  • the present invention also relates to the possibility of activating nucleic acid molecules according to the invention in vivo, ie in cells, cell cultures or organisms (“gene activation”). This can be done, for example, by inserting a promoter, which is, for example, constitutive and a very high one, into the genome of a cell that contains a nucleic acid molecule according to the invention, before the nucleic acid molecule according to the invention Expression guaranteed, or a promoter that is inducible and guarantees a very high expression upon induction.
  • a promoter which is, for example, constitutive and a very high one
  • HSL Homo sapiens OBO
  • FIG. 1 shows a heterozygous LOBO mouse with an insertion in the LOBO gene (top) in comparison to a wild-type mouse.
  • the two animals are siblings and are about 6 weeks old.
  • FIG. 2 shows the sequencing strategy initially pursued for the sequencing of the murine and human LOBO gene. Since initially only the 3 'end of the gene was sequenced, the exons were numbered consecutively from the 3' end with 1,2,3 etc. Three murine wild-type cosmid clones (middle), two plasmid clones from the transgenic LOBO mouse (top) and a human PI clone (bottom) were sequenced. The arrows indicate the exons known at first. Seven exons were on the genomic sequence, the eighth exon initially only existed on one EST clone. The plasmid clones from the transgenic LOBO mouse (top) contain the introduced artificial gene and the adjacent murine sequences. These murine sequences are identical to the corresponding sequences of the wild-type mouse except for 10 base pairs, which have been replaced by the artificial gene in the transgenic mouse.
  • FIG. 3 shows a sequence comparison between the LOBO protein from human (HS) and mouse (MM) with eukaryotic Dis3 homologous and Dis3-like proteins.
  • FIG. 4 shows a histological thin section through a bone growth zone of the LOBO mouse (right) compared to the wild type (left). The excessive bone growth of the LOBO mouse is also reflected at the histological level: in comparison to the wild type, the growth zone (proliferative zone) of the LOBO bone is significantly thickened. In addition, the number of hypertrophic chondrocytes in the growth zone is significantly increased. Furthermore, the chondrocytes of the LOBO mutant are significantly larger than those of the wild-type mouse.
  • FIG. 5 shows a Norther blot with RNA from human tumor tissues.
  • a commercially available Northern blot (from Clontech), which contains RNA from 8 different human tumor tissues, was hybridized with a radioactively labeled LOBO probe. This probe was made by PCR amplification of a human LOBO EST clone.
  • LOBO is overexpressed in chronic myelogenous leukemia (lane 3) and in melanoma (lane 8). In contrast, it does not appear to be expressed at all in Burkitt's lymphoma.
  • FIG. 6 shows a relationship analysis of LOBO with similar proteins.
  • the analysis was carried out with the program PHYLIP 3.5 ("Neighbor Joining Method"). How from The family tree shows that the LOBO proteins from mouse and human are a separate group, which is related to the eukaryotic Dis3 proteins and the proteins of the RNAse II type. Although some of the invertebrate organisms listed have been completely or at least largely sequenced, there is no real LOBO homolog among them.
  • FIG. 7 shows an X-ray image of the leg of a LOBO mouse (right) compared to the wild type (left). Each individual bone of the LOBO leg is 1.5 times longer than the wild type.
  • Figure 8 shows the phenotype of an adult, heeterozygous LOBO mouse.
  • the inceimpuls bone growth leads to a pronounced deformation of the entire animal, the ability to move is severely restricted. Due to the malformation, female LOBO mice can only be mated in exceptional cases, so that homozygous offspring can rarely be obtained. The LOBO males are reproductive.
  • FIG. 9 shows a clone map and a gene model of the murine LOBO gene on chromosome 1, band D. 7 overlapping cosmid clones were sequenced (A), which give a coherent genomic sequence of 138,884 base pairs. Sequence comparison with the murine LOBO cDNA has so far identified 12 LOBO exons (B). The position of the artificially integrated DNA segment ("cassette”) could be localized by parallel sequencing of the LOBO gene of the transgenic mouse and of the wild-type mouse. It is located in the intron between exons 8 and 7.
  • FIG. 10 shows a clone map and a gene model of the human LOBO region on chromosome 2q37.
  • B BAC / PAC clones sequenced
  • 11 human LOBO exons have so far been identified (A).
  • 6 additional genes were identified in the 3 'region of the LOBO gene, 5 of which were known at the cDNA level.
  • the sixth gene is new.
  • STS marker WI-9864 which has been mapped to 8q24, the chromosomal position of the LOBO gene is clearly verified.
  • transgenic mouse In connection with the investigation of a specific artificial protein, a transgenic mouse was created which was to serve as a donor mouse, ie as a donor for the artificial protein. This protein should be in certain tissues of the "donor" mouse can be expressed without having a function in this mouse. Only after crossing the donor mouse with a suitable transgenic recipient mouse should the protein take effect and activate certain genes of the recipient mouse.
  • the donor mouse was produced by insertion mutagenesis as part of the implementation of a transgenic mouse project.
  • the actual goal of the project was to establish transgenic mice that express the tetracycline-regulated transactivator (tTA) in lymphoid cells.
  • the expression cassette used for microinjection in Pronuclei comprised the following elements in the 5 1 - 3 'direction: ⁇ E: enhancer from the intron of the heavy chain of the mouse immunoglobulin genes (700 bp); a synthetic promoter consisting of an octamer oligonucleotide and the minimal promoter of the mouse ⁇ -globin gene (Wirth et al., Nature 329 (1987), 174-178) and a Tet-R / VP16 construct.
  • the enhancer / promoter combination was described in Annweiler et al. (Nucl. Acids. Res. 20 (1990), 1503-1509).
  • the Tet-R / VP16 construct is described in Gossen and Bujard (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89 (1992), 5547-5551).
  • the total size of the DNA fragment is approximately 3 kb.
  • 1-2 picoliters of a DNA solution containing the expression cassette described above were injected into the male nucleus of a fertilized egg cell of an NMRI mouse.
  • the egg was then transplanted into the fallopian tube of a sham pregnant female nurse mouse and carried away by it for delivery.
  • Transgenic donor mice usually do not show a phenotype because the artificial gene is simply injected into fertilized eggs and randomly integrated into any area of the murine genome.
  • the probability that a defect is caused in an essential gene is correspondingly low.
  • the mammalian genome is diploid, ie all genes are duplicated. Because a possibly mutated gene usually When there is a fully functional copy that can compensate for the defect in the mutated version, most mutations are recessive, ie they do not occur if only one copy of the gene is affected.
  • the transgenic mouse is a total of approximately 1.5 times longer than a corresponding wild-type mouse (see FIG. 1). Because of the greatly elongated bones (see FIG. 7), the transgenic mouse was referred to as the LOBO mouse (for LQng B ⁇ nes).
  • mice bone growth usually comes to a standstill in the course of individual development. In LOBO mice, it seems that the bones keep growing until the animals die. In adult animals, this leads to a deformation of the entire individual (see FIG. 8), which goes so far that the animals can no longer move and female mutants - with very few exceptions - can no longer be mated.
  • LOBO mice show an increased mortality starting at about 6 weeks after birth, and after a year, all mice from are currently unknown Reasons died. Homozygous mice are viable. Although only two litters with homozygous animals have been received so far, the expected number of homozygous animals are born. Like the heterozygous animals, they show increased bone growth, which can be clearly seen on the longer fingers.
  • this smaller transcript a) represents a splice variant of the gene
  • b) the use of an alternative promoter or c) represents the cross-reaction with a related gene
  • the mutated region from the transgenic mouse was subcloned into bacteria.
  • the localization of the mutated region in the mouse genome and the subsequent subcloning were possible because the nucleotide sequence of the aforementioned artificial gene was known and this information could be used in corresponding molecular biological experiments.
  • the gene which is referred to below as the "LOBO gene”
  • the initially sequenced region of the mouse genomic DNA clones is in Seq ID No. 5 and 6.
  • the sequenced area comprised a total of 86902 base pairs. For technical reasons, this area was divided into two areas, with the first 49999 base pairs in Seq ID No. 5 and comprise an exon and the remaining 36901 base pairs in Seq ID No. 6 are shown.
  • the exons are located at the following positions: Seq ID No. 5: 8520-8753
  • the open reading frame begins at position 8520 in Seq ID No. 5.
  • the stop codon is located at position 18202 in Seq ID No. 6.
  • the coding area codes the in Seq ID No. 2 amino acid sequence shown.
  • a detailed computer analysis of the sequence data initially obtained led to the identification of a gene which consists of at least 8 coding sections (“exons”).
  • the coding area initially identified, which is shown in Seq ID No. 1 shows the information for 393 amino acids.
  • An overview of the murine clones obtained and sequenced in the subsequent sequencing of the 138 kb region is shown schematically in FIG. 10.
  • the sequenced area comprises a total of 138884 base pairs (see Seq ID No. 12 to 15) and contains 12 exons.
  • the exons are located in the following positions:
  • the open reading frame begins at position 1118 in SEQ ID NO: 10.
  • the stop codon is at position 120185.
  • a detailed computer analysis of the genomic sequence data led to the identification of a gene which consists of at least 13 coding sections ("exons") and at least 120 kb long, but probably much longer.
  • a complete cDNA was isolated using the exons identified by genomic sequencing. This is in Seq ID No. 8 and has a length of 3100 bp.
  • the Polyadenylation signal begins at base 3067, the poly-A tail begins at position 3083.
  • the coding region of the cDNA is 2610 base pairs long. It starts in Seq ID No. 8 at position 125 and ends at position 2734. The stop codon begins at position 2735.
  • the coding region generates an 870 amino acid long protein, the sequence of which is shown in SEQ ID NO: 9. From the cDNA in Seq ID NO. 8 so far, only the area from position 1243 to position 3083 (beginning of the poly-A tail) has been covered genomically by the 12 exons listed in the table above.
  • the cDNA sequence from positions 1 to 1242 has not yet been genomically sequenced, ie the intron / exon structure of the gene and its regulatory signals are hitherto unknown.
  • the first nucleotide of the open reading frame is at position 2.
  • the stop codon is at position 6759.
  • the amino acid sequence represented by the coding region is in Seq ID No. 4 shown.
  • a clone containing the human genomic sequence was deposited under DSM 12073. The sequence data initially available showed that the human gene has also only been partially cloned to date. An overview of the initially obtained and sequenced mouse and human clones is shown schematically in FIG. In order to be able to sequence the rest of the human gene, the sequence of the human PI clone was used to identify two further human clones, one of which overlaps in the 5 'region and the other in the 3' region with the clone already present .
  • the first nucleotide of the open reading frame is at genomic position 2703.
  • the stop codon is at position 101273.
  • the human genomic LOBO sequence contains 4 gaps, each of which is a maximum of 100 base pairs in size. These gaps are in the following positions: Gap 1: 11805 to 11836 Gap 2: 35184 to 35199 Gap 3: 191949 to 191975 Gap 4: 251627 to 251646
  • Insertion comes to disruption in the maturation of the mRNA.
  • Adenylation signal which leads to a non-poly-adenylated RNA, which significantly reduced one compared to the normal mRNA
  • this chimeric RNA should be quite low and below the Northern blot detection limit. In fact, this chimeric RNA is in the
  • LOBO protein causes, which possibly still performs partial functions of the complete LOBO protein or with it
  • Binding partner or substrate competes.
  • the sequence of the LOBO protein derived from the human cDNA shows high homology to the human Dis3 gene.
  • this gene was from a Japanese working group was shown that its expression rate in tumor tissues was significantly changed compared to the corresponding normal tissues.
  • a commercially available Northern blot which was loaded with RNAs from various tumor tissues, was hybridized with a human LOBO probe. Indeed, significant differences in expression between the various types of tumors can be observed (FIG. 5). However, the biological interpretation of this data is difficult. However, it is conceivable that the LOBO gene plays a role in cancer development.
  • the mouse and human amino acid sequences derived from the LOBO cDNAs were compared with known proteins. It was found that the amino acid sequence has areas that are highly conserved, from mammals (mouse and human) to invertebrates (Caenorhabditis elegans) and unicellular eukaryotes (Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe) to the prokaryotes.
  • a relationship analysis of these proteins shows that the LOBO proteins from mouse and human are a separate group (see FIG. 6), but which is related to two further protein groups.
  • VacB RNAse type II proteins from bacteria
  • RNAse type II proteins from bacteria
  • Dis3 homologous proteins from various eukaryotes, from mammals to unicellular yeasts.
  • the LOBO protein most likely has the ability to bind RNA (demonstrated for the LOBO-like SSDI protein from S. cerevisiae and for the VACB and RNAse type II proteins).
  • the LOBO protein has at least one protein binding partner. This is probably a G protein or a G protein controlling protein (detected for Dis3 from S. pombe, which binds to the G protein regulator RCC1 and controls its activity).
  • AHO Albright hereditary osteodystrophy
  • LOBO is the candidate gene for "albright hereditary osteodystrophy" is.
  • the type of mutation as it exists in the mouse (insertion of an artificial gene) is artificial and certainly not given in the AHO patients.
  • large deletions that will likely delete the entire LOBO gene, the predominant type of mutation.
  • a gene can cause both short and tall stature depending on the type of mutation.
  • the same mutation of the same gene in mouse and human can lead to different phenotypes, since these organisms are different in many ways.

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Abstract

The invention relates to nucleic acid molecules which code proteins influencing bone development in mammals, and to the corresponding coded proteins, antibodies and pharmaceutical and diagnostic compositions. The invention also relates to transgenic animals which express said proteins and to animals in which the corresponding gene is inactivated and which have an extension of the bone.

Description

Nucleinsäuremoleküle, codierend Proteine, die die Knochenentwicklung beeinflussen Nucleic acid molecules encoding proteins that affect bone development
Die vorliegende Erfindung betrifft Nucleinsäuremoleküle codierend Proteine, die die Knochenentwicklung in Säugern beeinflussen, die codierten Proteine, sowie diagnostische und pharmazeutische Zusammensetzungen enthaltend derartige Nucleinsäuremoleküle oder Proteine. Die Erfindung betrifft ferner transgene nichtmenschliche Säuger, die mit den beschriebenen Nucleinsäuremolekülen transformiert sind oder die eine veränderte Expression der beschriebenen Proteine aufweisen.The present invention relates to nucleic acid molecules encoding proteins that influence bone development in mammals, the encoded proteins, and diagnostic and pharmaceutical compositions containing such nucleic acid molecules or proteins. The invention further relates to transgenic non-human mammals which have been transformed with the described nucleic acid molecules or which have an altered expression of the described proteins.
Beim Menschen sind eine Reihe von Erbkrankheiten bekannt, die zu Wachstums- und Entwicklungsstörungen der Knochen führen. Hierzu zählen beispielsweise spondyloepiphysäre Dysplasien und Achondroplasie . Die genauen genetischen Ursachen derartiger Störungen sind in der Regel nicht geklärt und therapeutische Ansätze oder diagnostische Verfahren zur Früherkennung stehen größtenteils nicht zur Verfügung.A number of hereditary diseases are known in humans, which lead to bone growth and development disorders. These include, for example, spondyloepiphyseal dysplasia and achondroplasia. The exact genetic causes of such disorders are usually unclear and therapeutic Approaches or diagnostic procedures for early detection are largely not available.
Die Aufklärung der Ursachen solcher Wachstums- und Entwicklungsstörungen sowie die Bereitstellung möglicher therapeutischer Ansätze und Diagnostikverfahren zur frühzeitigen Erkennung solcher Störungen erfordert die Identifizierung und Isolierung von Genen, die an der Regulation entsprechender Wachstums- und Entwicklungsprozesse beteiligt sind.The elucidation of the causes of such growth and development disorders as well as the provision of possible therapeutic approaches and diagnostic methods for the early detection of such disorders requires the identification and isolation of genes which are involved in the regulation of corresponding growth and development processes.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Nucleinsäuremoleküle zur Verfügung zu stellen, deren Expressionsprodukt Wachstums- und Entwicklungsprozesse, insbesondere im Zusammenhang mit Knochen, bei Tieren und Menschen beeinflußt.The object of the present invention is therefore to provide nucleic acid molecules whose expression product influences growth and development processes, in particular in connection with bones, in animals and humans.
Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung der in den Patentansprüchen bezeichneten Ausführungsformen gelöst.This object is achieved by the provision of the embodiments described in the patent claims.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung Nucleinsäuremoleküle, die eine Nucleotidsequenz umfassen, die die in Seq ID No . 9 oder in Seq ID No . 14 dargestellte Aminosäuresequenz codiert, sowie Nucleinsäuremoleküle, die die in Seq ID No . 8 oder Seq ID No . 13 dargestellte Nucleotidsequenz, insbesondere die codierende Region, umfassen. Dabei können solche Nucleinsäuremoleküle die entsprechenden codierenden Regionen in zusammenhängender Form enthalten oder auch unterbrochen durch nichtcodierende Regionen. Daher können solche Moleküle auch genomische Sequenzen sein, bei denen die codierenden Regionen (Exons) durch nichtcodierende Regionen (Introns) unterbrochen sind. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß das von einem solchen Nucleinsäuremolekül codierte Protein ein Protein ist, dessen Inaktivierung in Säugern zu einer Verlängerung der Knochen mit Ausnahme der Schädelknochen führt. Aufgefunden wurden derartige Nucleinsäuremoleküe im Zusammenhang mit der Erzeugung einer sogenannten transgenen "Donor" -Maus , d.h. einer Maus, die als Spender für ein künstliches Protein dienen sollte. Dieses künstliche Protein sollte in bestimmten Geweben der "Donor" -Maus exprimiert werden, ohne jedoch in dieser Maus eine Funktion zu haben. Erst nach Kreuzung der Donor-Maus mit einer geeigneten transgenen Empfänger-Maus sollte das Protein wirksam werden und bestimmte Gene der Empfänger-Maus aktivieren. Transgene Donor- Mäuse sind schon des öfteren erzeugt worden. Normalerweise zeigen sie keinen Phänotyp, da das künstliche Gen einfach in befruchtete Eizellen gespritzt wird und sich rein zufällig in irgendeinem Bereich des murinen Genoms integriert. Da lediglich etwa 5 % des Genoms codierend sind, ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Defekt in einem essentiellen Gen verursacht wird entsprechend gering. Hinzu kommt, daß das Säugergenom diploid ist, d.h. alle Gene sind in doppelter Ausführung vorhanden. Daher sind die meisten Mutationen rezessiv, d.h. sie kommen nicht zur Ausprägung: dem mutierten Gen steht eine voll funktionsfähige Kopie gegenüber, die den erzeugten Defekt kompensieren kann.Thus, the present invention relates to nucleic acid molecules that comprise a nucleotide sequence that is defined in Seq ID No. 9 or in Seq ID No. 14 encoded amino acid sequence shown, as well as nucleic acid molecules that the in Seq ID No. 8 or Seq ID No. 13 nucleotide sequence shown, in particular the coding region. Such nucleic acid molecules can contain the corresponding coding regions in a coherent form or can also be interrupted by non-coding regions. Such molecules can therefore also be genomic sequences in which the coding regions (exons) are interrupted by non-coding regions (introns). It has surprisingly been found that the protein encoded by such a nucleic acid molecule is a protein whose inactivation in mammals leads to an elongation of the bones with the exception of the cranial bones. Such nucleic acid molecules have been found in connection with the generation of a so-called transgenic "donor" mouse, ie a mouse, which should serve as a donor for an artificial protein. This artificial protein should be in certain tissues of the "donor" mouse can be expressed without having a function in this mouse. Only after crossing the donor mouse with a suitable transgenic recipient mouse should the protein take effect and activate certain genes of the recipient mouse. Transgenic donor mice have been produced several times. They usually do not show a phenotype because the artificial gene is simply injected into fertilized eggs and accidentally integrates into any area of the murine genome. Since only about 5% of the genome is coding, the probability that a defect is caused in an essential gene is correspondingly low. In addition, the mammalian genome is diploid, ie all genes are duplicated. Therefore, most mutations are recessive, ie they are not expressed: the mutated gene is countered by a fully functional copy that can compensate for the defect that is generated.
Überraschenderweise zeigte die erzeugte Donormaus einen extrem auffälligen Phänotyp: alle Knochen (mit Ausnahme der des Schädels) sind um das 1,3- bis 1,5 -fache verlängert. Infolgedessen ist die transgene Maus etwa 1,5 mal länger als der entsprechende Wildtyp (siehe Fig. 1) . Dieser Phänotyp ist dominant und wird stabil weitervererbt, d.h. bei Kreuzung einer transgenen Mutane mit einer gesunden Wildtyp-Maus zeigen 50 % der Nachkommen den oben beschriebenen Phänotyp.Surprisingly, the donor mouse produced showed an extremely striking phenotype: all bones (with the exception of the skull) are 1.3 to 1.5 times longer. As a result, the transgenic mouse is about 1.5 times longer than the corresponding wild type (see FIG. 1). This phenotype is dominant and is passed on stably, i.e. when a transgenic mutane is crossed with a healthy wild-type mouse, 50% of the offspring show the phenotype described above.
Die genetische Analyse dieser Maus ergab, daß durch die Insertion der DNA für das in der Maus zu produzierende künstliche Protein in das Genom der Maus ein Gen inaktiviert wurde. Um herauszufinden, welches Gen (oder welche Gene) für den beobachteten Phänotyp verantwortlich sind, wurde der mutierte Bereich des Genoms der transgenen Maus in Bakterien subclonier . Die Lokalisierung des mutierten Bereiches im Genom der Maus und die anschließende Subclonierung waren möglich, weil die Nucleotidsequenz des eingeführten künstlichen Gens bekannt war und diese Information in entsprechenden molekularbiologischen Experimenten genutzt werden konnte.Genetic analysis of this mouse showed that inserting the DNA for the artificial protein to be produced in the mouse into the mouse genome inactivated a gene. In order to find out which gene (or genes) are responsible for the observed phenotype, the mutated region of the genome of the transgenic mouse was subcloned into bacteria. Localization of the mutated region in the mouse genome and subsequent subcloning were possible because the nucleotide sequence of the introduced artificial gene was known and this information could be used in corresponding molecular biological experiments.
Zur Identifizierung des Gens, das im folgenden LOBO-Gen ("lnng bones") genannt wird, wurden 6 kb aus dem subclonierten Bereich der transgenen Maus sowie zunächst 87 kb (SEQ ID NO : 5 und 6) und dann insgesamt 138 kb (SEQ ID NO: 10 bis 12) aus der entsprechenden homologen Region der Wildtyp-Maus sequenziert. Eine detaillierte Computeranalyse der Sequenzdaten führte zur Identifizierung eines Gens, das aus mindestens 13 codierenden Abschnitten ("Exons") besteht und mindestens 110 000 Basen lang ist, wahrscheinlich aber sehr viel länger. Der zunächst identifizierte, codierende Bereich der murinen genomischen Sequenz trägt die Information für 393 Aminosäuren (siehe Seq ID No. 2) . Aufgrund der erhaltenen murinen Sequenzdaten wurde eine DNA-Sonde konstruiert, mit deren Hilfe ein humaner Pl Clon isoliert wurde, der das menschliche LOBO-homologe Gen trägt. Die Sequenz der zunächst sequenzierten 13,3 kb langen Region ist in Seq ID NO. 7 dargestellt. Die Sequenz der isolierten und identifizierten codierenden Bereiche (Exons) dieses Gens ist in Seq ID No. 3 dargestellt, ebenso wie die davon abgeleitete Aminosäuresequenz. Die Sequenz der anschließend sequenzierten 311 kb langen Region ist in Seq ID No . 15 bis 21 dargestellt. Die Sequenz der darin identifizierten codierenden Regionen (Exons) ist in SEQ ID NO. 13 dargestellt, die davon abgeleitete Aminosäuresequenz in SEQ ID No . 14. Mit Hilfe der genomischen Sequenzinformation konnte anschließend eine vollständige, 3100 bp lange cDNA des murinen LOBO-Gens isoliert werden (SEQ ID NO : 8) . Von diesen 3100 bp sind 1857 Basen vom 3 ' -Ende durch die genomische Sequenzierung abgedeckt. Für diesen Abschnitt ist daher auch die Exon/Intron-Struktur bekannt: es gibt 12 Exons, die vom 3 ' -Ende her aufsteigend numeriert werden, d. h. das am weitesten 3' gelegene Exon trägt die Nummer 1, das äußerste, bisher identifizierte Exon die Nummer 12. Mit Hilfe der durch die vorliegende Erfindung zur Verfügung gestellten Sequenzdaten ist es möglich mittels Standardverfahren, z.B. chromosomal walking, die noch fehlenden Bereiche des Gens zu isolieren und charakterisieren. Die murine cDNA trägt die Information für ein Protein von 870 Aminosäuren Länge (SEQ ID NO: 9) . Ein Sequenzvergleich der von der murinen cDNA-Sequenz abgeleiteten Aminosäuresequenz mit bekannten Sequenzen ergab, daß das codierte Protein eine gewisse Homologie zu einem Protein aus C. elegans (Datenbank Accession Number Q09568) , sowie Homologien zur Dis3- Proteinfamilie und zur RNAsell-Proteinfamilie hat.6 kb from the subcloned region were used to identify the gene, which is called LOBO gene (“ngng bones ”) in the following the transgenic mouse and first 87 kb (SEQ ID NO: 5 and 6) and then a total of 138 kb (SEQ ID NO: 10 to 12) from the corresponding homologous region of the wild-type mouse. Detailed computer analysis of the sequence data led to the identification of a gene which consists of at least 13 coding sections ("exons") and is at least 110,000 bases long, but probably much longer. The coding region of the murine genomic sequence initially identified carries the information for 393 amino acids (see Seq ID No. 2). On the basis of the murine sequence data obtained, a DNA probe was constructed which was used to isolate a human PI clone which carries the human LOBO homologous gene. The sequence of the 13.3 kb long region initially sequenced is in Seq ID NO. 7 shown. The sequence of the isolated and identified coding regions (exons) of this gene is given in Seq ID No. 3, as well as the amino acid sequence derived therefrom. The sequence of the 311 kb long region subsequently sequenced is in Seq ID No. 15 to 21 shown. The sequence of the coding regions (exons) identified therein is in SEQ ID NO. 13, the amino acid sequence derived therefrom in SEQ ID No. 14. Using the genomic sequence information, a complete, 3100 bp long cDNA of the murine LOBO gene could then be isolated (SEQ ID NO: 8). Of these 3100 bp, 1857 bases from the 3 'end are covered by genomic sequencing. The exon / intron structure is therefore also known for this section: there are 12 exons that are numbered in ascending order from the 3 'end, ie the furthest 3' exon has the number 1, the outermost, previously identified exon has that Number 12. With the aid of the sequence data provided by the present invention, it is possible, using standard methods, for example chromosomal walking, to isolate and characterize the regions of the gene which are still missing. The murine cDNA carries the information for a protein of 870 amino acids in length (SEQ ID NO: 9). A sequence comparison of the amino acid sequence derived from the murine cDNA sequence with known sequences showed that the encoded Protein has a certain homology to a protein from C. elegans (database accession number Q09568), as well as homologies to the Dis3 protein family and to the RNAsell protein family.
Aus dem oben gesagten ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle ein Protein codieren, dessen Veränderung insbesondere Reduzierung und/oder Inaktivierung in Tieren, vorzugsweise in Vertebraten, bevorzugt in Säugern und besonders bevorzugt in Maus zu einer Verlängerung der Knochen mit Ausnahme der Schädelknochen führen. Eine Verlängerung bedeutet dabei vorzugsweise eine Verlängerung um einen Faktor von mindestens 1,2, bevorzugt um einen Faktor von 1,3 und besonders bevorzugt um einen Faktor im Bereich von 1,3 bis 1,5.It follows from the above that the nucleic acid molecules according to the invention encode a protein whose change, in particular reduction and / or inactivation in animals, preferably in vertebrates, preferably in mammals and particularly preferably in mice, leads to an elongation of the bones with the exception of the cranial bones. An extension preferably means an extension by a factor of at least 1.2, preferably by a factor of 1.3 and particularly preferably by a factor in the range from 1.3 to 1.5.
Der Begriff "Veränderung", insbesondere Reduzierung und/oder Inaktivierung, kann dabei Abweichungen in quantitativer Hinsicht und/oder in qualitativer Hinsicht umfassen.The term "change", in particular reduction and / or inactivation, can include deviations in quantitative terms and / or in qualitative terms.
So bedeutet der Begriff "Veränderung", insbesondere Reduzierung und/oder "Inaktivierung" einerseits auf quantitativer Ebene, daß die Expression des Proteins im Vergleich zum Wildtyp verringert ist, vorzugsweise um mindestens 50 % und besonders bevorzugt total reprimiert ist. Die Analyse der Mutation im Genom der oben beschriebenen Donormaus ergab, daß sich die Insertion des künstlichen Gens innerhalb eines Introns des LOBO-Gens befindet und zur Deletion von 11 Basenpaaren geführt hat. Letzteres sollte im Intron kein Problem bereiten, da dieser Bereich ohnehin nicht codiert. Es ist daher anzunehmen, daß es aufgrund der künstlichen DNA-Insertion zur Störung bei der Reifung der mRNA kommt ("splicing" ) , da das künstlich eingeführte Gen Splicing-Signale enthält. Dies führt vermutlich zu einem sogenannten "aberranten splicing" . Infolgedessen wird die Bildung einer funktionsf higen mRNA verhindert und das entsprechende Protein kann nicht produziert werden. Tatsächlich hat die experimentelle Überprüfung der LOBO-Expression (durch "Northern Blot") ergeben, daß in heterozygoten LOBO-Mäusen nur noch etwa die Hälfte an mRNA produziert wird, im Vergleich zur Wildtyp-Maus. In homozygoten LOBO-Mäusen kann im Northern Blot überhaupt keine LOBO-mRNA mehr nachgewiesen werden. Es ist daher anzunehmen, daß die Mutation in der transgenen LOBO-Maus die Genexpression auf post- transkriptionaler Ebene abschaltet. Offenbar sinkt dann bereits in den heterozygoten Mäusen die Menge an produziertem LOBO- Protein unter einen kritischen Schwellenwert, was dann zu dem beobachteten, dominanten Phänotyp führt.Thus, the term “change”, in particular reduction and / or “inactivation” means on the one hand on a quantitative level that the expression of the protein is reduced in comparison to the wild type, preferably by at least 50% and particularly preferably totally repressed. Analysis of the mutation in the genome of the donor mouse described above showed that the insertion of the artificial gene was within an intron of the LOBO gene and resulted in the deletion of 11 base pairs. The latter should not be a problem in the intron, since this area is not coded anyway. It can therefore be assumed that the artificial DNA insertion leads to a disturbance in the maturation of the mRNA ("splicing"), since the artificially introduced gene contains splicing signals. This presumably leads to so-called "aberrant splicing". As a result, the formation of a functional mRNA is prevented and the corresponding protein cannot be produced. In fact, experimental verification of LOBO expression (by "Northern Blot") showed that only about half of mRNA is produced in heterozygous LOBO mice compared to the wild-type mouse. In homozygous LOBO mice, LOBO mRNA can no longer be used in Northern blot be detected. It can therefore be assumed that the mutation in the transgenic LOBO mouse switches off gene expression at the post-transcriptional level. Apparently, the amount of LOBO protein produced then drops below a critical threshold value in the heterozygous mice, which then leads to the dominant phenotype observed.
Der Begriff "Veränderung", insbesondere Reduzierung und/oder "Inaktivierung", bedeutet daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise, daß die Menge an Transkripten, die das beschriebene Protein codieren, in den Zellen im Vergleich zu Zellen von entsprechenden Wildtyp-Tieren um mindestens 50 % verringert ist, vorzugsweise um mindestens 70 %, besonders bevorzugt um mindestens 90 %. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform bedeutet "Veränderung" , insbesondere Reduzierung und/oder Inaktivierung, daß keinerlei Transkripte mehr nachgewiesen werden können, die das beschriebene Protein codieren. Die Menge an Transkripten kann nach dem Fachmann bekannten Techniken nachgewiesen werden, beispielsweise durch Northern Blot-Analyse .The term “change”, in particular reduction and / or “inactivation”, therefore preferably means in the context of the present invention that the amount of transcripts which encode the protein described in the cells compared to cells of corresponding wild-type animals by at least 50% is reduced, preferably by at least 70%, particularly preferably by at least 90%. In a very particularly preferred embodiment, “change”, in particular reduction and / or inactivation, means that it is no longer possible to detect any transcripts which code for the protein described. The amount of transcripts can be detected using techniques known to those skilled in the art, for example by Northern blot analysis.
Andererseits bedeutet der Begriff "Veränderung" , insbesondere Reduzierung und/oder Inaktivierung, in qualitativer Hinsicht, daß ein in der Aminosäuresequenz verändertes LOBO-Protein exprimiert wird, insbesondere ein Protein, das seine biologische Funktion vollständig oder weitgehend verloren hat. Hierbei kann es sich um verkürzte Formen handeln, um Formen, die Deletionen oder Insertionen aufweisen, um Formen, die eine oder mehrere Punktmutationen aufweisen oder um Formen, die eine Kombination aus einer oder mehreren Formen dieser Veränderung aufweisen. Da z.B. die oben beschriebene Transgen-Insertion in der trangenen LOBO-Maus die Expressionssignale (Promotor, Enhancer etc.) nicht in Mitleidenschaft zieht, könnte vermutet werden, daß zumindest eine verkürzte und darüber hinaus chimäre LOBO-mRNA produziert wird, vom natürlichen Transkriptionsstart bis zum Splice-Signal in der insertierten Sequenz. Allerdings fehlt in der Transgen- Insertion ein Poly-Adenylierungssignal , was zu einer nicht-poly- adenylierten RNA führt. Diese sollte gegenüber der normalen LOBO- RNA eine deutlich verringerte Stabilität aufweisen. D. h. die Menge dieser chimaren RNA sollte relativ niedrig sein und unterhalb der Detektionsgrenze des Northern Blots liegen. In der Tat ist diese chimäre RNA im Northern Blot auch bisher nicht detektiert worden. Mit Hilfe der sehr viel sensitiveren RT-PCR- Methode gelang es jedoch, die Existenz dieser postulierten Chimären RNA zu verifizieren. Es darf somit angenommen werden, daß diese RNA die Bildung eines verkürzten LOBO-Proteins bewirkt, das an seinem COOH-Ende einige Aminosäuren aus dem künstlichen Gen trägt .On the other hand, the term "change", in particular reduction and / or inactivation, means in qualitative terms that a LOBO protein which has been changed in the amino acid sequence is expressed, in particular a protein which has completely or largely lost its biological function. These can be shortened forms, forms that have deletions or insertions, forms that have one or more point mutations, or forms that have a combination of one or more forms of this change. For example, since the above-described transgene insertion in the traged LOBO mouse does not affect the expression signals (promoter, enhancer, etc.), it could be assumed that at least a shortened and, in addition, chimeric LOBO mRNA is produced, from the natural start of transcription to to the splice signal in the inserted sequence. However, a poly adenylation signal is missing in the transgene insertion, which leads to a non-poly leads adenylated RNA. This should have a significantly reduced stability compared to the normal LOBO-RNA. That is, the amount of this chimeric RNA should be relatively low and below the Northern blot detection limit. In fact, this chimeric RNA has not yet been detected in Northern blot. With the help of the much more sensitive RT-PCR method, however, it was possible to verify the existence of this postulated chimeric RNA. It can therefore be assumed that this RNA causes the formation of a truncated LOBO protein which carries a few amino acids from the artificial gene at its COOH end.
Der Long-Bone-Phänotyp kann somit zwei Ursachen haben: (a) die Menge an Transkripten, die das vollständige LOBO-Protein codiert, sinkt durch die Transgen-Insertion unter einen kritischen Stellenwert ("loss of function" Mutation) und/oder (b) es wird ein verkürztes, chimäres LOBO-Protein produziert, das nur Teilfunktionen des LOBO-Proteins oder veränderte Funktionen im Vergleich zum LOBO-Protein aufweist ("gain of function" Mutation) .The long-bone phenotype can therefore have two causes: (a) the amount of transcripts encoding the complete LOBO protein falls below a critical value ("loss of function" mutation) due to the transgene insertion and / or ( b) a shortened, chimeric LOBO protein is produced which has only partial functions of the LOBO protein or modified functions compared to the LOBO protein ("gain of function" mutation).
Vorzugsweise führt die "Veränderung", insbesondere Reduzierung und/oder Inaktivierung, des durch die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle codierten Proteins in Mäusen weiterhin zu mindestens einer der folgenden Veränderungen:The “change”, in particular reduction and / or inactivation, of the protein encoded by the nucleic acid molecules according to the invention in mice preferably also leads to at least one of the following changes:
(a) die Knochen zeigen auf histologischer Ebene signifikant verdickte Wachstumszonen (siehe Figur 4) . Vorzugsweise beruht dies auf einer deutlichen Erhöhung der Zahl der Zellen in der Wachstumszone (Chondrozyten) . Weiterhin sind diese Chondrozyten deutlich größer als die von entsprechenden Wildtyp-Mäusen;(a) The bones show significantly thickened growth zones at the histological level (see FIG. 4). This is preferably based on a significant increase in the number of cells in the growth zone (chondrocytes). Furthermore, these chondrocytes are significantly larger than those of corresponding wild-type mice;
(b) die Lebenserwartung ist drastisch verkürzt, beträgt maximal 40 Wochen und durchschnittlich ca. 25 Wochen (bei Wildtyp- Mäusen liegt die durchschnittliche Lebenserwartung bei 1 bis 2 Jahren) . Die Aminosäuresequenzen der durch die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle codierten Proteine aus Maus und Mensch wurden mit denen bekannter Proteine verglichen. Dabei zeigte sich, daß die Aminosäuresequenz Bereiche aufweist, die hochkonserviert sind von Säugern (Mensch, Maus) , über Wirbellose (C. elegans) und einzellige Eukaryonten (Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe) bis hin zu Prokaryonten (Leuconostoc) . Eine Verwandschaftsanalyse zeigte insbesondere, daß die LOBO-Proteine aus Maus und Mensch eine eigene Gruppe darstellen (siehe Figur 6) , die aber mit zwei weiteren Proteingruppen verwandt ist. Eine Gruppe sind die VacB- und die RNAse-Typ-II-Proteine aus Bakterien. Eine zweite Gruppe sind die Dis3 -homologen Proteine aus verschiedenen Eukaryonten, von Säugern bis hin zu einzelligen Hefen.(b) Life expectancy is drastically shortened, is a maximum of 40 weeks and an average of about 25 weeks (for wild-type mice, the average life expectancy is 1 to 2 years). The amino acid sequences of the mouse and human proteins encoded by the nucleic acid molecules according to the invention were compared with those of known proteins. It was shown that the amino acid sequence has areas that are highly conserved from mammals (human, mouse), invertebrates (C. elegans) and unicellular eukaryotes (Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe) to prokaryotes (Leuconostoc). A kinship analysis showed in particular that the LOBO proteins from mice and humans represent a separate group (see FIG. 6), but which is related to two further protein groups. One group are the VacB and the RNAse type II proteins from bacteria. A second group are the Dis3 homologous proteins from various eukaryotes, from mammals to unicellular yeasts.
Aufgrund der eindeutigen Verwandschaft zu den beiden genannten Proteingruppen, kann die Funktion der durch die erfindunsgemäßen Nucleinsäuremoleküle codierten Proteine abgeschätzt werden. Dabei wird vermutet, daß diese Proteine aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit zu den genannten beiden anderen Proteingruppen auch ähnliche Funktionen haben. Auf dieser Basis lassen sich folgende Funktionen für die LOBO-Proteine postulieren:Because of the clear relationship to the two protein groups mentioned, the function of the proteins encoded by the nucleic acid molecules according to the invention can be estimated. It is assumed that these proteins also have similar functions due to their structural similarity to the two other protein groups mentioned. On this basis, the following functions can be postulated for the LOBO proteins:
(a) sie spielen eine wichtige Rolle in der Zellzyklusregulation (Mitose-Kontrolle) (nachgewiesen für Dis3 aus S. pombe; hier führt der Ausfall des Gens zum Verlust der Zellteilungsfähigkeit) ;(a) they play an important role in cell cycle regulation (mitosis control) (proven for Dis3 from S. pombe; here the failure of the gene leads to a loss of cell division ability);
(b) aufgrund der Bedeutung für die Zellzykluskontrolle liegt der Schluß nahe, daß die LOBO-Proteine möglicherweise auch in der Carcinogenese eine Rolle spielen (nachgewiesen ist dies bisher für Dis3 aus Homo sapiens; die in Figur 5 dargestellten Ergebnisse einer Northern Blot Analyse mit einer LOBO- Sonde und RNA aus diversen Tumorgeweben unterstützen dies) ;(b) Due to the importance for cell cycle control, it can be concluded that the LOBO proteins may also play a role in carcinogenesis (this has so far been proven for Dis3 from Homo sapiens; the results of a Northern blot analysis shown in FIG LOBO probe and RNA from various tumor tissues support this);
(c) das LOBO-Protein hat höchstwahrscheinlich die Fähigkeit, RNA zu binden (bisher nachgewiesen für das LOBO-ähnliche SSDI Protein aus S. cerevisiae sowie für die VACB- und RNAse-Typ- II-Proteine) ; und/oder (d) das LOBO-Protein hat mindestens einen Protein- Bindungspartner. Dieser ist vermutlich ein G-Protein oder ein G-Protein-kontrollierendes Protein (nachgewiesen für Dis3 aus S. pombe, welches an den G-Protein-Regulator RCC1 bindet und dessen Aktivität steuert) . Aufgrund des beeindruckenden Knochen-Phänotyps und aufgrund der Verwandschaft zur Dis3 -Proteinfamilie ist die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle sowohl wissenschaftlich als auch klinisch von großer Bedeutung. Seine weitere Erforschung könnte zum einen helfen, die Zellzykluskontrolle noch besser zu verstehen. Dies ist insbesondere für die Krebsforschung wichtig. Zum anderen könnten die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle für humane Wachstumsstörungen verantwortlich sein, die nicht ernährungs- oder hormonbedingt sind.(c) the LOBO protein most likely has the ability to bind RNA (previously proven for the LOBO-like SSDI protein from S. cerevisiae and for the VACB and RNAse type II proteins); and or (d) the LOBO protein has at least one protein binding partner. This is probably a G-protein or a G-protein-controlling protein (detected for Dis3 from S. pombe, which binds to the G-protein regulator RCC1 and controls its activity). Because of the impressive bone phenotype and because of the relationship to the Dis3 protein family, the provision of the nucleic acid molecules according to the invention is of great importance both scientifically and clinically. On the one hand, his further research could help to better understand cell cycle control. This is particularly important for cancer research. On the other hand, the nucleic acid molecules according to the invention could be responsible for human growth disorders which are not due to diet or hormones.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch Nucleinsäuremoleküle, deren komplementärer Strang mit einem der obenbeschriebenen erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle hybridisiert und die ein Protein mit den obengenannten Eigenschaften codieren. Der Begriff "Hybridisierung" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Hybridisierung unter konventionellen Hybridisierungsbedingungen, vorzugsweise unter stringenten Bedingungen, wie sie beispielsweise in Sambrock et al . , Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2. Aufl. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY) beschrieben sind. Dabei bedeutet "stringente Bedingungen", daß eine Hybridisierung nur erfolgt, wenn eine Sequenzidentität von mindestens 90 %, vorzugsweise von mindestens 95 % und besonders bevorzugt von mindestens 97 % über die gesamte Länge des mit dem erfindungsgemäßen Molekül hybridisierenden Moleküls vorliegt. Konkrete Beispiele für stringente und nicht-stringente Hybridisierungsbedingungen sind z.B. publiziert in Harnes und Higgins (Hrsg.), "Nucleic acid hybridization: A practical approach" , IRL Press, Oxford-Washington DC, 1985. Ein Beispiel für stringente Hybridisierungsbedingungen ist z.B. Filterhybridisierung mit Polynucleotidproben, wobei der Filter für 20 min in 0,1 x SET-Puffer und 0,1% SDS-Lösung bei 68°C gewaschen wird. Ein Beispiel für nicht-stringente Hybridisierungsbedingungen ist z.B. Filterhybridisierung mit Polynucleotidproben, wobei der Filter für 20 min in 2 x SET- Puffer und 0,1% SDS-Lösung bei 50°C gewaschen wird. Nucleinsäuremoleküle, die mit den erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekulen hybridisieren, können prinzipiell aus jedem beliebigen tierischen Organismus stammen, der ein derartiges Protein exprimiert . Vorzugsweise sind es Moleküle, die entsprechende Proteine aus höheren tierischen Organismen codieren, bevorzugt aus Vertebraten, besonders bevorzugt aus Säugern und insbesondere aus Maus oder Mensch.The present invention also relates to nucleic acid molecules whose complementary strand hybridizes with one of the nucleic acid molecules according to the invention described above and which encode a protein with the abovementioned properties. In the context of the present invention, the term “hybridization” means hybridization under conventional hybridization conditions, preferably under stringent conditions, as described, for example, in Sambrock et al. , Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY). "Stringent conditions" mean that hybridization only takes place if a sequence identity of at least 90%, preferably of at least 95% and particularly preferably of at least 97% is present over the entire length of the molecule hybridizing with the molecule according to the invention. Specific examples of stringent and non-stringent hybridization conditions are published, for example, in Harnes and Higgins (ed.), "Nucleic acid hybridization: A practical approach", IRL Press, Oxford-Washington DC, 1985. An example of stringent hybridization conditions is, for example, filter hybridization Polynucleotide samples with the filter washed for 20 min in 0.1 x SET buffer and 0.1% SDS solution at 68 ° C. An example of non-stringent hybridization conditions is, for example, filter hybridization with polynucleotide samples, the filter being washed for 20 min in 2 × SET buffer and 0.1% SDS solution at 50 ° C. In principle, nucleic acid molecules which hybridize with the nucleic acid molecules according to the invention can originate from any animal organism which expresses such a protein. It is preferably molecules that code corresponding proteins from higher animal organisms, preferably from vertebrates, particularly preferably from mammals and in particular from mice or humans.
Nucleinsäuremoleküle, die mit den erfindungsgemäßen Molekülen hybridisieren, können z.B. aus genomischen oder aus cDNA- Bibliotheken isoliert werden. Die Identifizierung und Isolierung derartiger Nucleinsäuremoleküle kann dabei unter Verwendung der erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle oder Teile dieser Moleküle bzw. der reversen Komplemente dieser Moleküle erfolgen, z.B. mittels Hybridisierung nach Standardverfahren (siehe z.B. Sambrook et al . , 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2. Aufl. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY) oder durch Amplifikation mittels PCR.Nucleic acid molecules that hybridize with the molecules of the invention can e.g. can be isolated from genomic or from cDNA libraries. Such nucleic acid molecules can be identified and isolated using the nucleic acid molecules according to the invention or parts of these molecules or the reverse complements of these molecules, e.g. by means of hybridization according to standard methods (see e.g. Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd edition Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY) or by amplification by means of PCR.
Als Hybridisierungsprobe können z.B. Nucleinsäuremoleküle verwendet werden, die exakt die oder im wesentlichen die unter Seq ID No. 8 oder 13 angegebene Nucleotidsequenz oder Teile dieser Sequenz aufweisen. Bei den als Hybridisierungsprobe verwendeten Fragmenten kann es sich auch um synthetische Fragmente handeln, die mit Hilfe der gängigen Synthesetechniken hergestellt wurden und deren Sequenz im wesentlichen mit der eines erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküls übereinstimmt. Hat man Gene identifiziert und isoliert, die mit den erfindungsgemäßen Nucleinsäuresequenzen hybridisieren, sollte eine Bestimmung der Sequenz und eine Analyse der Eigenschaften der von dieser Sequenz codierten Proteine erfolgen. Die mit den erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekulen hybridisierenden Moleküle umfassen insbesondere Fragmente, Derivate und allelische Varianten der oben beschriebenen Nucleinsäuremoleküle, die ein Protein mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften codieren. Der Ausdruck Derivat bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Sequenzen dieser Moleküle sich von den Sequenzen der oben beschriebenen Nucleinsäuremoleküle an einer oder mehreren Positionen unterscheiden und einen hohen Grad an Homologie zu diesen Sequenzen aufweisen. Homologie bedeutet dabei eine Sequenzidentität auf Aminosäureebene über die gesamte Länge von mindestens 70 %, insbesondere eine Identität von mindestens 80 %, vorzugsweise über 90 %, besonders bevorzugt über 95 % und insbesondere von mindestens 97 %. Vorzugsweise bedeutet Homologie ferner eine Sequenzidentität auf der Nucleinsäuresequenzebene von mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 85 % und insbesondere bevorzugt von mindestens 95 %. Die Abweichungen zu den oben beschriebenen Nucleinsäuremolekulen können dabei z.B. durch Deletion, Addition, Substitution, Insertion oder Rekombination entstanden sein. Homologie bedeutet ferner, daß funktioneile und/oder strukturelle Äquivalenz zwischen den betreffenden Nucleinsäuremolekulen oder den durch sie codierten Proteinen, besteht. Bei den Nucleinsäuremolekulen, die homolog zu den oben beschriebenen Molekülen sind und Derivate dieser Moleküle darstellen, handelt es sich in der Regel um Variationen dieser Moleküle, die Modifikationen darstellen, die dieselbe biologische Funktion ausüben. Es kann sich dabei sowohl um natürlicherweise auftretende Variationen handeln, beispielsweise um Sequenzen aus anderen Tierarten, oder um Mutationen, wobei diese Mutationen auf natürliche Weise aufgetreten sein können oder durch gezielte Mutagenese eingeführt wurden. Ferner kann es sich bei den Variationen um synthetisch hergestellte Sequenzen handeln. Bei den allelischen Varianten kann es sich sowohl um natürlich auftretende Varianten handeln, als auch um synthetisch hergestellte oder durch rekombinante DNA-Techniken erzeugte Varianten.For example, nucleic acid molecules can be used as the hybridization sample that exactly or essentially the ones under Seq ID No. Have 8 or 13 indicated nucleotide sequence or parts of this sequence. The fragments used as the hybridization sample can also be synthetic fragments which have been produced with the aid of the common synthetic techniques and whose sequence essentially corresponds to that of a nucleic acid molecule according to the invention. If genes which hybridize with the nucleic acid sequences according to the invention have been identified and isolated, the sequence should be determined and the properties of the proteins encoded by this sequence should be analyzed. The molecules hybridizing with the nucleic acid molecules according to the invention include, in particular, fragments, derivatives and allelic variants of the nucleic acid molecules described above, which encode a protein with the properties described above. The term derivative in this context means that the sequences of these molecules differ from the sequences of the nucleic acid molecules described above at one or more positions and have a high degree of homology to these sequences. Homology means a sequence identity at the amino acid level over the entire length of at least 70%, in particular an identity of at least 80%, preferably over 90%, particularly preferably over 95% and in particular at least 97%. Homology preferably also means a sequence identity at the nucleic acid sequence level of at least 60%, preferably at least 70%, particularly preferably at least 85% and particularly preferably at least 95%. The deviations from the nucleic acid molecules described above may have arisen, for example, through deletion, addition, substitution, insertion or recombination. Homology also means that there is functional and / or structural equivalence between the nucleic acid molecules in question or the proteins encoded by them. The nucleic acid molecules which are homologous to the molecules described above and which are derivatives of these molecules are generally variations of these molecules which are modifications which have the same biological function. These can be both naturally occurring variations, for example sequences from other animal species, or mutations, wherein these mutations can have occurred naturally or have been introduced by targeted mutagenesis. Furthermore, the variations can be synthetically produced sequences. The allelic variants can be both naturally occurring variants and also synthetically produced variants or those produced by recombinant DNA techniques.
Die von den verschiedenen Varianten der erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle codierten Proteine weisen bestimmte ge- meinsame Charakteristika auf. Dazu können z.B. biologischeThe proteins encoded by the different variants of the nucleic acid molecules according to the invention have certain common characteristics. For example, biological
Aktivität, Molekulargewicht, immunologische Reaktivität,Activity, molecular weight, immunological reactivity,
Konformation etc. gehören, sowie physikalische Eigenschaften wie z.B. das Laufverhalten in Gelelektrophoresen, chromatographischesConformation etc., as well as physical properties such as the running behavior in gel electrophoresis, chromatographic
Verhalten, Sedimentationskoeffizienten, Löslichkeit, spektroskopische Eigenschaften, Stabilität; pH-Optimum,Behavior, sedimentation coefficient, solubility, spectroscopic properties, stability; pH optimum,
Temperatur-Optimum etc.Optimum temperature etc.
Die Proteine, die von den erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekulen codiert werden, weisen vorzugsweise dieselbe biologische Funktion oder Aktivität auf wie oben für das murine Protein beschrieben, d.h. bei Veränderung, insbesondere Reduzierung und/oderThe proteins encoded by the nucleic acid molecules of the invention preferably have the same biological function or activity as described above for the murine protein, i.e. in the event of change, in particular reduction and / or
Inaktivierung dieser Proteine kann es in Wirbeltieren zur oben beschriebenen Störung der Knochenentwicklung kommen.Inactivation of these proteins can lead to the disruption of bone development described above in vertebrates.
Besonders bevorzugt weist das durch ein erfindungsgemäßesThis is particularly preferably indicated by an inventive method
Nucleinsäuremolekul codierte Protein mindestens eine der beiden folgenden Konsensussequenzen auf .Nucleic acid molecule encoded protein at least one of the following two consensus sequences.
Konsensus 1 :Consensus 1:
EFMLLANXXVAXXIXXXFPXXALLRRHXXPEFMLLANXXVAXXIXXXFPXXALLRRHXXP
Konsensus 2 :Consensus 2:
HZALNVXXZTHFTSPIRRZXDVIVHRLLAAALGYHZALNVXXZTHFTSPIRRZXDVIVHRLLAAALGY
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Nucleinsäuremoleküle deren Sequenz von der Sequenz eines oben beschriebenen Nucleinsäuremoleküls aufgrund der Degeneration des genetischen Codes abweicht.The present invention further relates to nucleic acid molecules whose sequence deviates from the sequence of a nucleic acid molecule described above due to the degeneration of the genetic code.
Die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle können beliebige Nucleinsäuremoleküle sein, insbesondere DNA- oder RNA-Moleküle, beispielsweise cDNA, genomische DNA, mRNA etc. Sie können natürlich vorkommende Moleküle sein, oder durch gentechnische oder chemische Syntheseverfahren hergestellte Moleküle. Beispiele für genomische Sequenzen der Maus und des Menschen sind in Seq ID No . 5, 6, 7, 10 bis 12 sowie 15 bis 21 dargestellt. Mit Hilfe von "fluorescent in situ hybridization" (Fish) an kompletten murinen MetaphaseChromosomen wurde das murine Gen in der Bande ID auf dem Chromosomen 1 der Maus lokalisiert. Diese Bande ist mit der Bande 2q35, insbesondere mit der Region 2q35-37 auf dem humanen Chromosom 2 synthenisch. In diesem Abschnitt befindet sich auch ein Gen für alkalische Phosphatase, dessen Position in der Literatur genau bekannt ist. Die Analyse der genomischen Sequenzen aus Maus und Mensch, die ein erfindungsgemäßes Nucleinsäuremolekul tragen, ergab, daß sich in beiden Fällen das Gen für die alkalische Phosphatase ca. 20 kb stromabwärts des LOBO-Gens befindet, so daß dessen chromosomale Lokalisation sehr genau angegeben werden kann. Mit Hilfe der in der vorliegenden Erfindung offenbarten Nucleinsäuremoleküle ist es dem Fachmann möglich, mittels bekannter Verfahren homologe Sequenzen aus anderen Organismen, insbesondere Säugern zu isolieren.The nucleic acid molecules according to the invention can be any nucleic acid molecules, in particular DNA or RNA molecules, for example cDNA, genomic DNA, mRNA etc. They can be naturally occurring molecules or molecules produced by genetic engineering or chemical synthesis processes. Examples of mouse and human genomic sequences are given in Seq ID No. 5, 6, 7, 10 to 12 and 15 to 21 shown. With the help of "fluorescent in situ hybridization" (Fish) on complete murine metaphase chromosomes, the murine gene was located in band ID on chromosome 1 of the mouse. This Band is synthetic with band 2q35, especially with region 2q35-37 on human chromosome 2. This section also contains an alkaline phosphatase gene, the position of which is well known in the literature. Analysis of the mouse and human genomic sequences carrying a nucleic acid molecule according to the invention showed that in both cases the gene for the alkaline phosphatase is located approximately 20 kb downstream of the LOBO gene, so that its chromosomal location can be specified very precisely . With the aid of the nucleic acid molecules disclosed in the present invention, it is possible for the person skilled in the art to isolate homologous sequences from other organisms, in particular mammals, using known methods.
Weiterhin betrifft die Erfindung Vektoren, insbesondere Plasmide, Cosmide, Viren, Bacteriophagen und andere in der Gentechnik gängige Vektoren, die die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle enthalten. Vorzugsweise handelt es sich um Vektoren, die für die Gentherapie geeignet sind.The invention further relates to vectors, in particular plasmids, cosmids, viruses, bacteriophages and other vectors which are common in genetic engineering and which contain the nucleic acid molecules according to the invention described above. The vectors are preferably suitable for gene therapy.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die in den Vektoren enthaltenen Nucleinsäuremoleküle verknüpft mit regulatorischen Elementen, die die Expression in prokaryontischen oder eukaryontisehen Zellen gewährleisten. Der Begriff "Expression" kann dabei Transkription als auch Transkription und Translation bedeuten. Regulatorische Elemente umfassen dabei insbesondere Promotoren. Für die Expression eines erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküls in prokaryontischen Zellen stehen eine Reihe von Promotoren zur Verfügung, z.B. der E. coli lac- oder trp- Promotor, der PR- oder Pj_,-Promotor des Lambda-Phagen, lad, lacZ, T3 , T7, gpt, etc. Eukaryontisehe Promotoren sind beispielsweise der CMV immediate early-Promotor, der HSV-Promotor, der Thymidinkinase-Promotor, der SV40-Promotor, LTRs von Retroviren und der Maus MetallothioninI -Promotor . Es ist bereits eine Vielzahl von Expressionsvektoren für die Expression in prokaryontischen oder eukaryontisehen Zellen beschrieben, z.B. für Eukaryonten pKK223-3 (Pharmcia Fine Chemicals, Uppsala, Sweden) or GEM1 (Promega Biotec, Madison, WI , USA), pSV2CAT, pOG44 und für Prokaryonten pQE70, pQE60, pBluescript SK, etc. Neben Promotoren können erfindungsgemäße Vektoren auch Elemente zur weiteren Steigerung der Transkription enthalten, wie z.B. sogenannte Transkriptions-Enhancer . Beispiele dafür sind der SV40-Enhancer, der Polyoma-Enhancer, der Cytomegalovirus early promoter-Enhancer und Adenovirus-Enhancer .In a preferred embodiment, the nucleic acid molecules contained in the vectors are linked to regulatory elements which ensure expression in prokaryotic or eukaryotic cells. The term "expression" can mean transcription as well as transcription and translation. Regulatory elements include promoters in particular. A number of promoters are available for the expression of a nucleic acid molecule according to the invention in prokaryotic cells, for example the E. coli lac or trp promoter, the PR or Pj _, promoter of the lambda phage, lad, lacZ, T3, T7, gpt, etc. Eukaryotic promoters are, for example, the CMV immediate early promoter, the HSV promoter, the thymidine kinase promoter, the SV40 promoter, LTRs of retroviruses and the mouse metallothionine I promoter. A large number of expression vectors for expression in prokaryotic or eukaryotic cells have already been described, for example for eukaryotes pKK223-3 (Pharmcia Fine Chemicals, Uppsala, Sweden) or GEM1 (Promega Biotec, Madison, WI, USA), pSV2CAT, pOG44 and for prokaryotes pQE70, pQE60, pBluescript SK, etc. In addition to promoters, vectors according to the invention can also contain elements for contain a further increase in transcription, such as so-called transcription enhancers. Examples include the SV40 enhancer, the polyoma enhancer, the cytomegalovirus early promoter enhancer and adenovirus enhancer.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Wirtszellen, insbesondere prokaryontische oder eukaryontisehe Wirtszellen, die mit einem erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekul oder Vektor transformiert sind. Beispiele für solche Zellen sind bakterielle Zellen, wie z.B. E. coli, Streptomyces, Bacillus, Salmonella typhimurium; Pilzzellen, wie beispielsweise Hefezellen, insbesondere Saccharomyces cerevisiae; Insektenzellen, wie z.B. Drosophila- oder SF9-Zellen; tierische Zellen, wie z.B. CHO oder COS-Zellen; Pflanzenzellen etc.The present invention further relates to host cells, in particular prokaryotic or eukaryotic host cells, which are transformed with a nucleic acid molecule or vector according to the invention. Examples of such cells are bacterial cells, e.g. E. coli, Streptomyces, Bacillus, Salmonella typhimurium; Fungal cells, such as yeast cells, in particular Saccharomyces cerevisiae; Insect cells, e.g. Drosophila or SF9 cells; animal cells such as CHO or COS cells; Plant cells etc.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Proteins, das von einem erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekul codiert wird, wobei eine erfindungsgemäße Wirtszelle unter Bedingungen kultiviert wird, die die Expression des Proteins erlauben, und das Protein anschließend aus den Zellen und/oder dem Kulturmedium gewonnen wird. Verfahren zur Expression von Fremdproteinen in verschiedenen Arten von Wirtszellen sowie zur Gewinnung des produzierten Proteins sind dem Fachmann geläufig.The present invention further relates to a method for producing a protein which is encoded by a nucleic acid molecule according to the invention, a host cell according to the invention being cultivated under conditions which allow expression of the protein and the protein subsequently being obtained from the cells and / or the culture medium . Methods for the expression of foreign proteins in different types of host cells and for the production of the protein produced are known to the person skilled in the art.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Protein, das von einem erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekul codiert wird oder das durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erhältlich ist.The invention further relates to a protein which is encoded by a nucleic acid molecule according to the invention or which is obtainable by a method according to the invention.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Antikörper, die gegen die erfindungsgemäßen Proteine gerichtet sind. Vorzugsweise erkennen solche Antikörper spezifisch ein erfindungsgemäßes Protein, d.h. sie zeigen keine nennenswerte Kreuzreaktion mit anderen Proteinen. Der Begriff "Antikörper" umfaßt dabei sowohl monoclonale als auch polyclonale Antikörper, ebenso wie Fragmente von Antikörpern, wobei diese Fragmente ein erfindungsgemäßes Protein erkennen, z.B. Fab-Fragmente . Der Begriff Antikörper umfaßt ebenfalls chimäre Antikörper sowie humanisierte Antikörper. Verfahren zur Herstellung von monoclonalen oder polyclonalen Antikörpern sind dem Fachmann geläufig und sind beschrieben. Zur Herstellung von monoclonalen Antikörpern kann beispielsweise die Hybridoma-Technik (Köhler und Milstein, Nature 256 (1975) , 495-497) , die Trioma-Technik, die menschliche B- Zellhybridom-Technik (Kozbor et al . , Immunology Today 4 (1983), 72) oder die EBV-Hybridoma-Technik (Cole et al . , Monoclonal Antibodies and Cancer Therapy, Alan R. Liss, Inc. (1985), 77-96) verwendet werden.The present invention further relates to antibodies which are directed against the proteins according to the invention. Such antibodies preferably recognize a specific one according to the invention Protein, ie they show no significant cross-reaction with other proteins. The term “antibody” here includes both monoclonal and polyclonal antibodies, as well as fragments of antibodies, these fragments recognizing a protein according to the invention, for example Fab fragments. The term antibody also includes chimeric antibodies as well as humanized antibodies. Methods for producing monoclonal or polyclonal antibodies are known to the person skilled in the art and are described. For the production of monoclonal antibodies, for example, the hybridoma technique (Koehler and Milstein, Nature 256 (1975), 495-497), the trioma technique, the human B-cell hybridoma technique (Kozbor et al., Immunology Today 4 (1983 ), 72) or the EBV hybridoma technique (Cole et al., Monoclonal Antibodies and Cancer Therapy, Alan R. Liss, Inc. (1985), 77-96).
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Nucleinsäuremoleküle von mindestens 15, vorzugsweise mehr als 50 und besonders bevorzugt mehr als 200 Nucleotiden Länge, die spezifisch mit einem Strang eines erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküls hybridisieren. Spezifisch hybridisieren bedeutet hierbei, daß diese Moleküle mit Nucleinsäuremolekulen hybridisieren, die ein erfindungsgemäßes Protein codieren, jedoch nicht mit Nucleinsäuremolekulen, die andere Proteine codieren. Hybridisieren bedeutet dabei vorzugsweise Hybridisieren unter stringenten Bedingungen (s.o.). Solche Nucleinsäuremoleküle können beispielsweise als Primer für die Amplifikation mittels PCR oder als Hybridisierungsproben verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Nucleinsäuremoleküle, die mit Transkripten von erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekulen hybridisieren und dadurch deren Translation verhindern können. Solche Nucleinsäuremoleküle können beispielsweise Bestandteile von antisense-Konstrukten oder Ribozymen sein.Furthermore, the present invention relates to nucleic acid molecules of at least 15, preferably more than 50 and particularly preferably more than 200 nucleotides in length, which hybridize specifically with a strand of a nucleic acid molecule according to the invention. Hybridizing specifically here means that these molecules hybridize with nucleic acid molecules which code for a protein according to the invention, but not with nucleic acid molecules which code for other proteins. Hybridization preferably means hybridization under stringent conditions (see above). Such nucleic acid molecules can be used, for example, as primers for amplification by means of PCR or as hybridization samples. In particular, the invention relates to those nucleic acid molecules which hybridize with transcripts of nucleic acid molecules according to the invention and can thereby prevent their translation. Such nucleic acid molecules can, for example, be components of antisense constructs or ribozymes.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung diagnostische Zusammensetzungen enthaltend ein erfindungsgemäßes Nucleinsäu- remolekül oder Vektor, ein erfindungsgemäßes Protein und/oder einen erfindungsgemäßen Antikörper. Die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle können beispielsweise eingesetzt werden, um die Lokalisation des entsprechenden Gens auf einem Chromosom zu bestimmen. Dies kann Aufschluß über die Korrelation mit Genen geben, die mit bestimmten Krankheiten assoziiert sind. eine Methode zur Bestimmung der Lokalisation ist beispielsweise die "Fluorescent in situ hybridisation" (Fish) beschrieben in Verma et al . (Human Chromosomes: A Manual of Basic Techniques, Pergamon Press, New York (1988)). Weiterhin können erfindungsgemäße Nucleinsäuremoleküle verwendet werden, um festzustellen, ob bestimmte Individuen Mutationen in den entsprechenden Sequenzen aufweisen. Ebenso können Antikörper als Nachweisreagenzien für die Anwesenheit eines erfindungsgemäßen Proteins in einer Probe verwendet werden .The present invention further relates to diagnostic compositions containing a nucleic acid according to the invention. remolecule or vector, a protein according to the invention and / or an antibody according to the invention. The nucleic acid molecules according to the invention can be used, for example, to determine the location of the corresponding gene on a chromosome. This can provide information about the correlation with genes that are associated with certain diseases. One method for determining the localization is, for example, the “fluorescent in situ hybridization” (Fish) described in Verma et al. (Human Chromosomes: A Manual of Basic Techniques, Pergamon Press, New York (1988)). Furthermore, nucleic acid molecules according to the invention can be used to determine whether certain individuals have mutations in the corresponding sequences. Antibodies can also be used as detection reagents for the presence of a protein according to the invention in a sample.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind pharmazeutische Zusammensetzungen, die ein erfindungsgemäßes Nucleinsäuremolekul, einen erfindungsgemäßen Vektor, ein erfindungsgemäßes Protein und/oder einen erfindungsgemäßen Antikörper enthalten, gegebenenfalls in Kombination mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger. So können beispielsweise erfindungsgemäße Nucleinsäuremoleküle oder Vektoren im Rahmen von Gentherapie eingesetzt werden, um Krankheitszustände zu behandeln, die auf eine Dysfunktion des entsprechenden Gens zurückzuführen sind, beispielsweise auf eine zu geringe oder zu hohe Expression des erfindungsgemäßen Proteins in einem Individuum. Insbesondere können die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle im Zusammenhang mit "gene targeting" und/oder "gene replacement" eingesetzt werden, um ein mutiertes Gen wieder in eine funktioneile Form zu überführen oder um ein mutiertes Gen durch homologe Rekombination zu erzeugen (siehe z.B. Mouellic, Proc . Natl. Acad. Sei. USA 87 (1990), 4712-4716; Joyner, Gene Targeting, A Practical Approach, Oxford University Press) . Ebenso kann ein erfindungsgemäßes Protein oder ein erfindungsgemäßer Antikörper eingesetzt werden, um gegebenenfalls die Menge an entsprechendem Protein in einem Individuum zu regulieren.The present invention furthermore relates to pharmaceutical compositions which contain a nucleic acid molecule according to the invention, a vector according to the invention, a protein according to the invention and / or an antibody according to the invention, optionally in combination with a pharmaceutically acceptable carrier. For example, nucleic acid molecules or vectors according to the invention can be used in the context of gene therapy to treat disease states which are due to a dysfunction of the corresponding gene, for example to an expression of the protein according to the invention which is too low or too high in an individual. In particular, the nucleic acid molecules according to the invention can be used in connection with "gene targeting" and / or "gene replacement" in order to convert a mutated gene back into a functional form or to generate a mutated gene by homologous recombination (see, for example, Mouellic, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87 (1990), 4712-4716; Joyner, Gene Targeting, A Practical Approach, Oxford University Press). A protein according to the invention or an antibody according to the invention can also be used, if appropriate regulate the amount of appropriate protein in an individual.
Beispiele für geeignete pharmazeutisch verträgliche Träger sind dem Fachmann geläufig und umfassen beispielsweise phosphatgepufferte Salzlösungen, Wasser, Emulsionen, wie z.B. Öl/Wasser-Emulsionen, sterile Lösungen etc. Zusammensetzungen, die derartige Träger enthalten, können nach gängigen Verfahren formuliert werden. Die pharmazeutischen Zusammensetzungen können dem betroffenen Individuum in einer geeigneten Dosis verabreicht werden. Arten der Verabreichung sind beispielsweise intravenös, intraperitoneal, subcutan, intramusculär, topisch oder intradermal. Die Dosierung hängt dabei von vielen Faktoren ab, z.B. von der Größe, dem Geschlecht, dem Gewicht, dem Alter des Patienten, sowie der Art der speziell verabreichten Verbindung, der Art der Administration etc. Im allgemeinen liegt die täglich verabreichte Dosis bei 1 μg bis 10mg Einheiten pro Tag. Im Zusammenhang mit der intravenösen Injektion von DNA sind Dosierungen von 10δ bis 1022 Kopien des DNA-Moleküls gängig. Die Zusammensetzungen können lokal oder systemisch verabreicht werden. Im allgemeinen wird die Verabreichung parenteral erfolgen, z.B. intravenös. DNA kann auch direkt an dem Zielort verabreicht werden, z.B. durch biolistische Verabreichung.Examples of suitable pharmaceutically acceptable carriers are known to the person skilled in the art and include, for example, phosphate-buffered salt solutions, water, emulsions, such as, for example, oil / water emulsions, sterile solutions, etc. Compositions which contain such carriers can be formulated by customary processes. The pharmaceutical compositions can be administered to the subject concerned in a suitable dose. Types of administration are, for example, intravenously, intraperitoneally, subcutaneously, intramuscularly, topically or intradermally. The dosage depends on many factors, for example on the size, gender, weight, age of the patient, as well as the type of compound administered, the type of administration etc. In general, the daily dose is 1 μg to 10mg units a day. In connection with the intravenous injection of DNA, dosages of 10 δ to 10 22 copies of the DNA molecule are common. The compositions can be administered locally or systemically. In general, administration will be parenteral, for example intravenously. DNA can also be administered directly at the target site, for example by biolistic administration.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines transgenen nicht-menschlichen Tiers, vorzugsweise einer transgenen Maus, das die Einführung eines erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküls oder Vektors in einer Keimzelle embryonale Zelle, eine Eizelle oder eine davon abgeleitete Zelle umfaßt. Das in einem solchen Verfahren als Donor der Zellen verwendete nicht-menschliche Tier kann z.B. ein gesundes nicht-transgenes Tier sein oder ein Tier, das eine Krankheit oder Störung aufweist, insbesonderes eines, das eine Wachstumsstörung, vorzugsweise eine die Knochen betreffende Wachstumsstörung aufweist. Eine derartige Krankheit oder Störung kann dabei angeboren oder natürlicherweise entstanden sein oder sie kann durch genetische Manipulation hervorgerufen sein, z.B. durch die Einführung und/oder Expression einer Fremd-DNA.The present invention further relates to a method for producing a transgenic non-human animal, preferably a transgenic mouse, which comprises introducing a nucleic acid molecule or vector according to the invention into a germ cell, embryonic cell, an egg cell or a cell derived therefrom. The non-human animal used in such a method as a donor of the cells can be, for example, a healthy non-transgenic animal or an animal which has a disease or disorder, in particular one which has a growth disorder, preferably a bone growth disorder. Such a disease or disorder can be congenital or natural it can be caused by genetic manipulation, for example by the introduction and / or expression of a foreign DNA.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner transgene nicht-menschliche Tiere, die mit einem erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekul oder Vektor transformiert sind oder die erhältlich sind durch das oben beschriebene Verfahren. Vorzugsweise ist in solchen transgenen Tieren das erfindungsgemäße Nucleinsäuremolekul stabil in das Genom integriert. Beispiele für transgene Tiere sind transgene Ratten, Hamster, Hunde, Affen, Kaninchen oder Schweine. Bevorzugt sind transgene Mäuse.The present invention furthermore relates to transgenic non-human animals which have been transformed with a nucleic acid molecule or vector according to the invention or which are obtainable by the process described above. In such transgenic animals, the nucleic acid molecule according to the invention is preferably stably integrated into the genome. Examples of transgenic animals are transgenic rats, hamsters, dogs, monkeys, rabbits or pigs. Transgenic mice are preferred.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls transgene nichtmenschliche Tiere, insbesondere Mäuse, bei denen die Expression des erfindungsgemäßen Proteins verringert ist. Eine derartige Verringerung kann beispielsweise durch genetische Veränderung der Zellen der Tiere erreicht werden, so daß diese eine antisense- RNA, ein Ribozym oder eine Cosuppressions-RNA exprimieren, die zur Reduktion der Expression erfindungsgemäßer Proteine in den Zellen führt. Alternativ kann eine Verringerung der Expression der erfindungsgemäßen Proteine auch dadurch erreicht werden, daß mindestens eine, vorzugsweise alle Kopien eines einem erfin¬ dungsgemäßen Molekül entsprechenden Gens im Genom der Zellen inaktiviert werden. Eine derartige Inaktivierung kann z.B. durch die Insertion von Fremd-DNA in codierende oder nicht codierende Bereiche des entsprechenden Gens erreicht werden. Möglich ist ebenso die Inaktivierung der regulatorischen Regionen des Gens. Möglich ist ferner die Deletion von Be-reichen des Gens.The present invention also relates to transgenic non-human animals, in particular mice, in which the expression of the protein according to the invention is reduced. Such a reduction can be achieved, for example, by genetically modifying the cells of the animals so that they express an antisense RNA, a ribozyme or a cosuppression RNA, which leads to a reduction in the expression of the proteins according to the invention in the cells. Alternatively, a reduction of the expression can be achieved by the proteins of the invention also, that at least one, preferably all copies of the corresponding gene are inactivated in the genome of cells of a OF INVENTION ¬ to the invention the molecule. Such inactivation can be achieved, for example, by inserting foreign DNA into coding or non-coding regions of the corresponding gene. It is also possible to inactivate the regulatory regions of the gene. Deletion of regions of the gene is also possible.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Möglichkeit, erfindungsgemäße Nucleinsäuremoleküle in vivo, d.h. in Zellen, Zellkulturen oder Organismen zu aktivieren ("Genaktivierung"). Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß in das Genom einer Zelle, die ein erfindungsgemäßes Nucleinsäuremolekul enthält, vor das erfindungsgemäße Nucleinsäuremolekul ein Promotor insertiert wird, der beispielsweise konstitutiv ist und eine sehr hohe Expression gewährleistet, oder ein Promotor, der induzierbar ist und bei Induktion eine sehr hohe Expression gewährleistet.The present invention also relates to the possibility of activating nucleic acid molecules according to the invention in vivo, ie in cells, cell cultures or organisms (“gene activation”). This can be done, for example, by inserting a promoter, which is, for example, constitutive and a very high one, into the genome of a cell that contains a nucleic acid molecule according to the invention, before the nucleic acid molecule according to the invention Expression guaranteed, or a promoter that is inducible and guarantees a very high expression upon induction.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung hergestellten Plasmide HSL1 und HSL2 (HSL= Homo sapiens OBO) wurden bei der als internationale Hinterlegungsstelle anerkannten Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) in Braunschweig, Bundesrepublik Deutschland entsprechend den Anforderungen des Budapester Vertrages am 25. März 1998 bzw. am ?? März 1999 unter den Hinterlegungsnummern DSM 12073 bzw. DSM 12715 hinterlegt.The plasmids HSL1 and HSL2 (HSL = Homo sapiens OBO) produced in the context of the present invention were obtained from the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) in Braunschweig, Federal Republic of Germany, recognized as an international depository, in accordance with the requirements of the Budapest Treaty on March 25, 1998 or on ?? March 1999 under the deposit numbers DSM 12073 and DSM 12715.
Figur 1 zeigt eine heterozygote LOBO-Maus mit einer Insertion im LOBO-Gen (oben) im Vergleich zu einer Wildtyp-Maus. Die beiden Tiere sind Geschwister und sind ca. 6 Wochen alt.FIG. 1 shows a heterozygous LOBO mouse with an insertion in the LOBO gene (top) in comparison to a wild-type mouse. The two animals are siblings and are about 6 weeks old.
Figur 2 zeigt die zunächst verfolgte Sequenzierungsstrategie für die Sequenzierung des murinen und menschlichen LOBO- Gens . Da zunächst nur das 3 ' -Ende des Gens sequenziert wurde, wurden die Exons beginnend vom 3 ' -Ende mit 1,2,3 etc. durchnumeriert. Es wurden drei murine Wildtyp- Cosmid-Clone (Mitte) , zwei Plasmid-Clone aus der transgenen LOBO-Maus (oben) und ein humaner Pl-Clon (unten) sequenziert. Die Pfeile kennzeichnen die zunächst bekannten Exons. Sieben Exons befanden sich auf der genomischen Sequenz, das achte Exon existierte zunächst nur auf einem EST-Clon. Die Plasmid-Clone aus der transgenen LOBO-Maus (oben) enthalten das eingeführte künstliche Gen und die angrenzenden murinen Sequenzen. Diese murinen Sequenzen sind mit den entsprechenden Sequenzen der Wildtyp-Maus bis auf 10 Basenpaare identisch, die in der transgenen Maus durch das künstliche Gen ersetzt worden sind.FIG. 2 shows the sequencing strategy initially pursued for the sequencing of the murine and human LOBO gene. Since initially only the 3 'end of the gene was sequenced, the exons were numbered consecutively from the 3' end with 1,2,3 etc. Three murine wild-type cosmid clones (middle), two plasmid clones from the transgenic LOBO mouse (top) and a human PI clone (bottom) were sequenced. The arrows indicate the exons known at first. Seven exons were on the genomic sequence, the eighth exon initially only existed on one EST clone. The plasmid clones from the transgenic LOBO mouse (top) contain the introduced artificial gene and the adjacent murine sequences. These murine sequences are identical to the corresponding sequences of the wild-type mouse except for 10 base pairs, which have been replaced by the artificial gene in the transgenic mouse.
Figur 3 zeigt einen Sequenzvergleich zwischen dem LOBO-Protein aus Mensch (HS) und Maus (MM) mit eukaryontisehen Dis3- homologen und Dis3 -ähnlichen Proteinen. Figur 4 zeigt einen histologischen Dünnschnitt durch eine Knochenwachstumszone der LOBO-Maus (rechts) im Vergleich zum Wildtyp (links) . Das übersteigerte Knochenwachstum der LOBO-Maus spiegelt sich auch auf histologischer Ebene wieder: im Vergleich zum Wildtyp ist die Wachstumszone (proliferative Zone) der LOBO- Knochen signifikant verdickt. Darüber hinaus ist die Zahl der hypertrophen Chondrozyten in der Wachstumszone deutlich erhöht. Des weiteren sind die Chondrozyten der LOBO-Mutante deutlich größer als die der Wildtyp-Maus.FIG. 3 shows a sequence comparison between the LOBO protein from human (HS) and mouse (MM) with eukaryotic Dis3 homologous and Dis3-like proteins. FIG. 4 shows a histological thin section through a bone growth zone of the LOBO mouse (right) compared to the wild type (left). The excessive bone growth of the LOBO mouse is also reflected at the histological level: in comparison to the wild type, the growth zone (proliferative zone) of the LOBO bone is significantly thickened. In addition, the number of hypertrophic chondrocytes in the growth zone is significantly increased. Furthermore, the chondrocytes of the LOBO mutant are significantly larger than those of the wild-type mouse.
Figur 5 zeigt einen Norther Blot mit RNA aus humanen Tumorgeweben. Ein kommerziell erhältlicher Northern- Blot (Firma Clontech) , der RNA aus 8 verschiedenen humanen Tumorgeweben enthält, wurde mit einer radioaktiv markierten LOBO-Sonde hybridisiert. Diese Sonde wurde durch PCR-Amplifizierung eines humanen LOBO-EST-Clons hergestellt. Es zeigen sich signifikante Expressionsunterschiede zwischen den einzelnen Geweben: LOBO wird in chronisch myelogener Leukämie (Spur 3) und im Melanom (Spur 8) überexprimiert . Dagegen scheint es im Burkitt Lymphom überhaupt nicht exprimiert zu werden.FIG. 5 shows a Norther blot with RNA from human tumor tissues. A commercially available Northern blot (from Clontech), which contains RNA from 8 different human tumor tissues, was hybridized with a radioactively labeled LOBO probe. This probe was made by PCR amplification of a human LOBO EST clone. There are significant differences in expression between the individual tissues: LOBO is overexpressed in chronic myelogenous leukemia (lane 3) and in melanoma (lane 8). In contrast, it does not appear to be expressed at all in Burkitt's lymphoma.
(1) Promyelotische Leukämie(1) Promyelotic leukemia
(2) HeLa Zellinie(2) HeLa cell line
(3) Chromische myelogene Leukämie(3) Chromic myelogenic leukemia
(4) Lymphoblastische Leukämie(4) Lymphoblastic leukemia
(5) Bukitt ' s Lymphom(5) Bukitt's lymphoma
(6) Colorectales Adenokarzinom(6) Colorectal adenocarcinoma
(7) Lungenkrebs(7) lung cancer
(8) Melanom(8) melanoma
Figur 6 zeigt eine Verwandschaftsanalyse von LOBO mit ähnlichen Proteinen. Die Analyse wurde mit dem Programm PHYLIP 3.5 ("Neighbour Joining Method") durchgeführt. Wie aus dem Stammbaum hervorgeht, stellen die LOBO-Proteine aus Maus und Mensch eine eigene Gruppe dar, die aber mit den eukaryontisehen Dis3 -Proteinen und den Proteinen vom RNAse II -Typ verwandt ist. Obwohl einige der aufgeführten, wirbellosen Organismen vollständig oder zumindest zum großen Teil sequenziert worden sind, findet sich kein echtes LOBO-Homolog unter ihnen.FIG. 6 shows a relationship analysis of LOBO with similar proteins. The analysis was carried out with the program PHYLIP 3.5 ("Neighbor Joining Method"). How from The family tree shows that the LOBO proteins from mouse and human are a separate group, which is related to the eukaryotic Dis3 proteins and the proteins of the RNAse II type. Although some of the invertebrate organisms listed have been completely or at least largely sequenced, there is no real LOBO homolog among them.
Figur 7 zeigt ein Röntgenbild vom Bein einer LOBO-Maus (rechts) im Vergleich zum Wildtyp (links) . Jeder einzelne Knochen des LOBO-Beins ist gegenüber dem Wildtyp um den Faktor 1,5 verlängert.FIG. 7 shows an X-ray image of the leg of a LOBO mouse (right) compared to the wild type (left). Each individual bone of the LOBO leg is 1.5 times longer than the wild type.
Figur 8 zeigt den Phänotyp einer adulten, heeterozygoten LOBO- Maus. Das unaufhörliche Knochenwachstum führt zu einer ausgeprägten Deformation des gesamten Tieres, die Bewegungsfähigkeit ist stark eingeschränkt. Aufgrund der Mißbildung können weibliche LOBO-Mäuse nur in Ausnahmefällen begattet werden, so daß nur selten homozygote Nachkommen zu erhalten sind. Die LOBO Männchen sind fortpflanzungsfähig.Figure 8 shows the phenotype of an adult, heeterozygous LOBO mouse. The incessant bone growth leads to a pronounced deformation of the entire animal, the ability to move is severely restricted. Due to the malformation, female LOBO mice can only be mated in exceptional cases, so that homozygous offspring can rarely be obtained. The LOBO males are reproductive.
Figur 9 zeigt eine Clonkarte und ein Genmodell des murinen LOBO-Gens auf Chromosom 1, Bande D. Es wurden 7 überlappende Cosmid-Clone sequenziert (A) , die eine zusammenhängende, genomische Sequenz von 138.884 Basenpaaren ergeben. Durch Sequenzvergleich mit der murinen LOBO-cDNA konnten bisher 12 LOBO-Exons identifiziert werden (B) . Durch parallele Sequenzierung des LOBO-Gens der transgenen Maus sowie der Wildtyp- Maus konnte die Position des künstlich integrierten DNA-Abschnittes ("Cassette") lokalisiert werden. Sie befindet sich im Intron zwischen den Exons 8 und 7.FIG. 9 shows a clone map and a gene model of the murine LOBO gene on chromosome 1, band D. 7 overlapping cosmid clones were sequenced (A), which give a coherent genomic sequence of 138,884 base pairs. Sequence comparison with the murine LOBO cDNA has so far identified 12 LOBO exons (B). The position of the artificially integrated DNA segment ("cassette") could be localized by parallel sequencing of the LOBO gene of the transgenic mouse and of the wild-type mouse. It is located in the intron between exons 8 and 7.
Figur 10 zeigt eine Clonkarte und ein Genmodell der humanen LOBO-Region auf Chromosom 2q37. Es wurden 4 überlappende BAC/PAC-Clone sequenziert (B) , die eine zusammenhängende, genomische Sequenz von 314.449 Basenpaaren ergeben. Durch Sequenzvergleich mit der murinen LOBO-cDNA konnten bisher 11 humane LOBO-Exons identifiziert werden (A) . Desweiteren wurden im 3 ' - Bereich des LOBO-Gens 6 weitere Gene identifiziert, von denen 5 auf cDNA-Ebene bekannt waren. Das sechste Gen ist neu. Es existieren zwar EST-Sequenzen zu diesem Gen in der Datenbank, aber die Lokalisation und die genomische Struktur dieses Gens waren bisher unbekannt. Durch Identifizierung des STS-Markers WI-9864, der auf 8q24 kartiert wurde, ist die chromosomale Position des LOBO-Gens eindeutig verifiziert.FIG. 10 shows a clone map and a gene model of the human LOBO region on chromosome 2q37. There were 4 overlapping BAC / PAC clones sequenced (B), which give a contiguous genomic sequence of 314,449 base pairs. By comparison of sequences with the murine LOBO cDNA, 11 human LOBO exons have so far been identified (A). Furthermore, 6 additional genes were identified in the 3 'region of the LOBO gene, 5 of which were known at the cDNA level. The sixth gene is new. There are EST sequences for this gene in the database, but the location and genomic structure of this gene were previously unknown. By identifying the STS marker WI-9864, which has been mapped to 8q24, the chromosomal position of the LOBO gene is clearly verified.
(1) Hitze-stabile alkaline Phosphatase, Exons aus Datenbankeintrag M19159(1) Heat stable alkaline phosphatase, exons from database entry M19159
(2) Hitze-stabile alkaline Phosphatase, Exons aus Datenbankeintrag X55958(2) Heat-stable alkaline phosphatase, exons from database entry X55958
(3) Hitze-stabile alkaline Phosphatase, Exons aus Datenbankeintrag M31008(3) Heat-stable alkaline phosphatase, exons from database entry M31008
(4) Unbekanntes Gen, durch Computeranalyse identifiziert(4) Unknown gene, identified by computer analysis
(5) Nikotin-abhängiger Acetylcholin Rezeptor, Delta Untereinheit, Exons aus Datenbankeintrag X55019(5) Nicotine-dependent acetylcholine receptor, delta subunit, exons from database entry X55019
(6) Nikotin-abhängiger Acetylcholin Rezeptor, Ga ma Untereinheit, Exons aus Datenbankeintrag X55019(6) Nicotine-dependent acetylcholine receptor, gamma subunit, exons from database entry X55019
ie folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
Beispiel 1example 1
Auffinden einer Maus mit verändertem KnochenwachstumFind a mouse with altered bone growth
Im Zusammenhang mit der Untersuchung eines bestimmten künstlichen Proteins wurde eine transgene Maus erzeugt, die als Donor-Maus dienen sollte, d.h. als Spender für das künstliche Protein. Dieses Protein sollte in bestimmten Geweben der "Donor" -Maus exprimiert werden, ohne jedoch in dieser Maus eine Funktion zu haben. Erst nach der Kreuzung der Donor-Maus mit einer geeigneten transgenen Empfänger-Maus sollte das Protein wirksam werden und bestimmte Gene der Empfänger-Maus aktivieren.In connection with the investigation of a specific artificial protein, a transgenic mouse was created which was to serve as a donor mouse, ie as a donor for the artificial protein. This protein should be in certain tissues of the "donor" mouse can be expressed without having a function in this mouse. Only after crossing the donor mouse with a suitable transgenic recipient mouse should the protein take effect and activate certain genes of the recipient mouse.
Die Herstellung der Donor-Maus erfolgte durch Insertionsmu- tagenese im Rahmen der Durchführung eines transgenen Mausprojektes. Das eigentliche Ziel des Projektes bestand darin, transgene Mäuse zu etablieren, die den Tetrazyclin regulierbaren Transaktivator (tTA) in lymphoiden Zellen exprimieren. Die für die Mikroinjektion in Pronuclei verwendete Expressionskassette umfaßte die folgenden Elemente in 51- 3 '-Richtung: μE : Enhancer aus dem Intron der schweren Kette der Immunglobulin-Gene der Maus (700 bp) ; einen synthetischen Promotor, bestehend aus einem Oktamer-Oligonucleotid und dem Minimal-Promotor des Maus-ß- Globin-Gens (Wirth et al . , Nature 329 (1987), 174-178) und ein Tet-R/VP16-Konstrukt . Die Enhancer/Promotor-Kombination wurde beschrieben in Annweiler et al . (Nucl . Acids. Res . 20 (1990), 1503-1509) . Das Tet-R/VP16-Konstrukt ist beschrieben in Gossen und Bujard (Proc. Natl . Acad. Sei. USA 89 (1992), 5547-5551). Die Gesamtgröße des DNA-Fragments beträgt etwa 3 kb .The donor mouse was produced by insertion mutagenesis as part of the implementation of a transgenic mouse project. The actual goal of the project was to establish transgenic mice that express the tetracycline-regulated transactivator (tTA) in lymphoid cells. The expression cassette used for microinjection in Pronuclei comprised the following elements in the 5 1 - 3 'direction: μE: enhancer from the intron of the heavy chain of the mouse immunoglobulin genes (700 bp); a synthetic promoter consisting of an octamer oligonucleotide and the minimal promoter of the mouse β-globin gene (Wirth et al., Nature 329 (1987), 174-178) and a Tet-R / VP16 construct. The enhancer / promoter combination was described in Annweiler et al. (Nucl. Acids. Res. 20 (1990), 1503-1509). The Tet-R / VP16 construct is described in Gossen and Bujard (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89 (1992), 5547-5551). The total size of the DNA fragment is approximately 3 kb.
Zur Herstellung der transgenen Mäuse wurden 1-2 picoliter einer DNA-Lösung, die die oben beschriebene Expressionscassette enthielt (Konzentration 1 ng/μl) in den männlichen Vorkern einer befruchteten Eizelle einer NMRI-Maus injiziert. Anschließend wurde die Eizelle in den Eileiter einer scheinschwangeren weiblichen Ammenmaus transplantiert und von dieser zur Geburt ausgetragen.To produce the transgenic mice, 1-2 picoliters of a DNA solution containing the expression cassette described above (concentration 1 ng / μl) were injected into the male nucleus of a fertilized egg cell of an NMRI mouse. The egg was then transplanted into the fallopian tube of a sham pregnant female nurse mouse and carried away by it for delivery.
Transgene Donor-Mäuse zeigen normalerweise keinen Phänotyp, da das künstliche Gen einfach in befruchtete Eizellen gespritzt wird und sich rein zufällig in irgendeinen Bereich des murinen Genoms integriert .Transgenic donor mice usually do not show a phenotype because the artificial gene is simply injected into fertilized eggs and randomly integrated into any area of the murine genome.
Da lediglich ca. 5 % des Genoms codierende Bereiche umfassen, ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Defekt in einem essentiellen Gen verursacht wird, entsprechend gering. Darüber hinaus ist das Säugergenom diploid, d.h. alle Gene sind in doppelter Ausführung vorhanden. Da einem möglicherweise mutierten Gen in der Regel eine voll funktionsfähige Kopie gegenübersteht, die den Defekt in der mutierten Version kompensieren kann, sind die meisten Mutationen rezessiv, d.h. sie kommen nicht zur Ausprägung, wenn nur eine Kopie des Gens betroffen ist.Since only about 5% of the genome encompasses coding regions, the probability that a defect is caused in an essential gene is correspondingly low. In addition, the mammalian genome is diploid, ie all genes are duplicated. Because a possibly mutated gene usually When there is a fully functional copy that can compensate for the defect in the mutated version, most mutations are recessive, ie they do not occur if only one copy of the gene is affected.
Eines der im Rahmen der Herstellung der oben beschriebenen Donor- Mäuse erhaltene Founder-Tier zeigte nun überraschenderweise einen extrem auffälligen Phänotyp insofern, als es deutlich größer als die im gleichen Wurf geborenen Geschwister war. Auffällig waren der deutlich verlängerte Schwanz sowie die verlängerten Gliedmaßen, insbesondere die langen Zehen. Der Größenunterschied im Vergleich zu den normalen Mäusen verstärkte sich noch signifikant über die nachfolgenden Wochen, dabei bildete sich eine deutliche Skoliose aus. Alle Knochen mit Ausnahme der Schädelknochen sind um das 1,3- bis 1,5- fache verlängert. Infolgedessen ist die transgene Maus insgesamt ca. 1,5 mal länger als eine entsprechende Wildtyp-Maus (siehe Figur 1) . Aufgrund der stark verlängerten Knochen (siehe Figur 7) wurde die transgene Maus als LOBO-Maus (für LQng BΩnes) bezeichnet. Normalerweise kommt bei Mäusen das Knochenwachstum im Laufe der Individualentwicklung zum Stillstand. Bei den LOBO-Mäusen scheint es so zu sein, daß die Knochen bis zum Tod der Tiere unaufhörlich wachsen. Dies führt bei ausgewachsenen Tieren zu einer Deformierung des gesamten Individuums (siehe Figur 8), die soweit geht, daß die Tiere sich nicht mehr bewegen können und weibliche Mutanten - abgesehen von sehr wenigen Ausnahmen - nicht mehr begattet werden können.One of the founder animals obtained in the course of the production of the donor mice described above surprisingly showed an extremely striking phenotype in that it was significantly larger than the siblings born in the same litter. The clearly elongated tail and the elongated limbs, especially the long toes, were striking. The difference in size compared to normal mice worsened significantly over the following weeks, with a clear scoliosis developing. All bones with the exception of the cranial bones are 1.3 to 1.5 times longer. As a result, the transgenic mouse is a total of approximately 1.5 times longer than a corresponding wild-type mouse (see FIG. 1). Because of the greatly elongated bones (see FIG. 7), the transgenic mouse was referred to as the LOBO mouse (for LQng BΩnes). In mice, bone growth usually comes to a standstill in the course of individual development. In LOBO mice, it seems that the bones keep growing until the animals die. In adult animals, this leads to a deformation of the entire individual (see FIG. 8), which goes so far that the animals can no longer move and female mutants - with very few exceptions - can no longer be mated.
Die weitere histologische Analyse von Knochen transgener Mäuse zeigte signifikant verdickte Wachstumszonen (siehe Figur 4) . Diese Verdickung ist einerseits darauf zurückzuführen, daß die Zahl der Zellen (Chondrozyten) in der proliferativen Zone wie auch der hypertrophen Zone jeweils deutlich erhöht ist. Dieses wurde nicht nur mikroskopisch sondern auch immunhistochemisch mit Antikörpern gegen Collagen X gezeigt. Andererseits sind die hypertrophen Chondrozyten auch größer in den Mutanten im Vergleich zum Wildtyp. Ein weiterer Grund für das verstärkte Knochenwachstum liegt darin, daß sich die Epiphysenfugen (= Knochenwachstumszonen) in den mutanten Tieren später schließen als beim Wildtyp, d. h. daß Chondrozyten-Proliferation und - Differenzierung zeitlich länger ablaufen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist unklar, ob diese Proliferation jemals ganz versiegt, da die Tiere aus noch nicht eindeutig geklärten Gründen nach etwa 6-8 Monaten sterben. Bis dahin scheinen die Knochen noch weiter zu wachsen.The further histological analysis of the bones of transgenic mice showed significantly thickened growth zones (see FIG. 4). This thickening is due on the one hand to the fact that the number of cells (chondrocytes) in the proliferative zone as well as in the hypertrophic zone is significantly increased in each case. This was shown not only microscopically but also immunohistochemically with antibodies against collagen X. On the other hand, the hypertrophic chondrocytes are also larger in the mutants compared to the wild type. Another reason for the increased bone growth is that the epiphyseal plates (= Bone growth zones) in the mutant animals close later than in the wild type, ie that chondrocyte proliferation and differentiation take longer. It is currently unclear whether this proliferation will ever dry up completely, because the animals die after about 6-8 months for reasons that have not yet been clearly clarified. Until then, the bones seem to continue to grow.
Wie bereits erwähnt ist die Lebenserwartung der mutanten Tiere ist im Vergleich zu ihren Wildtyp-Geschwistern reduziert : beginnend mit ca. 6 Wochen nach der Geburt zeigen die LOBO-Mäuse eine erhöhte Mortalität, und nach einem knappen Jahr sind alle Mäuse aus derzeit noch nicht bekannten Gründen gestorben. Homozygote Mäuse sind lebensfähig. Obwohl bislang erst zwei Würfe mit homozygoten Tieren erhalten wurden, werden die homozygoten Tiere in der erwarteten Anzahl geboren. Sie zeigen ebenso wie die heterozygoten Tiere das verstärkte Knochenwachstum, was an den längeren Fingern eindeutig zu erkennen ist.As already mentioned, the life expectancy of the mutant animals is reduced in comparison to their wild-type siblings: LOBO mice show an increased mortality starting at about 6 weeks after birth, and after a year, all mice from are currently unknown Reasons died. Homozygous mice are viable. Although only two litters with homozygous animals have been received so far, the expected number of homozygous animals are born. Like the heterozygous animals, they show increased bone growth, which can be clearly seen on the longer fingers.
Beispiel 2Example 2
Genetische Analyse der transgenen MausGenetic analysis of the transgenic mouse
Die molekulare Analyse der Ursache der Mutation ergab, daß ca. 1,5 Kopien des Transgens in das Intron eines endogenen Gens insertiert wurden. Die Insertion ist 48,2 kb von Exon 8 und 5,6 kb von Exon 7 entfernt (siehe Figur 9) und hat zur Deletion von 11 Basenpaaren geführt. Alle bisher identifizierten Exons des LOBO-Gens sind auch bei den transgenen LOBO-Mäusen vorhanden und gegenüber Wildtyp-Sequenzen unverändert. Expressionsstudien (Northern-Analysen) mit einer cDNA-Probe des endogenen Gens ergab, daß das betroffene Gen offensichtlich ubiquitär exprimiert wird. Während die meisten Organe im Northern nur eine einzelne Bande ergeben (ca. 4 kb) findet sich in der Leber noch ein zusätzliches kürzeres Transkript (ca. 2kb) . Es ist unklar, ob dieses kleinere Transkript a) eine Splice-Variante des Gens darstellt, b) auf die Benutzung eines alternativen Promotors zurückzuführen ist oder c) die Kreuzreaktion mit einem verwandten Gen darstelllt. Im Vergleich zu den Wildtyp-Tieren, findet man in den heterozygoten Tieren nur ca. 50 % der mRNA für dieses Gen, wenn eine Probe vom 3 ' -Bereich der Insertionsstelle verwendet wird.Molecular analysis of the cause of the mutation revealed that approximately 1.5 copies of the transgene were inserted into the intron of an endogenous gene. The insertion is 48.2 kb from exon 8 and 5.6 kb from exon 7 (see FIG. 9) and has resulted in the deletion of 11 base pairs. All previously identified exons of the LOBO gene are also present in the transgenic LOBO mice and are unchanged from wild-type sequences. Expression studies (Northern analyzes) with a cDNA sample of the endogenous gene showed that the affected gene is apparently ubiquitously expressed. While most of the organs in Northern produce only a single band (approx. 4 kb), there is an additional shorter transcript (approx. 2 kb) in the liver. It is unclear whether this smaller transcript a) represents a splice variant of the gene, b) the use of an alternative promoter or c) represents the cross-reaction with a related gene. Compared to the wild-type animals, only about 50% of the mRNA for this gene is found in the heterozygous animals when a sample from the 3 'region of the insertion site is used.
Beispiel 3Example 3
Identifizierung und Charakterisierung des LOBO-GensIdentification and characterization of the LOBO gene
Um herauszufinden, welches Gen (oder welche Gene) für den LOBO- Phänotyp verantwortlich sind, wurde der mutierte Bereich aus der transgenen Maus in Bakterien subcloniert . Die Lokalisierung des mutierten Bereiches im Genom der Maus und die anschließende Subclonierung waren möglich, weil die Nucleotidsequenz des eingangs erwähnten künstlichen Gens bekannt war und man diese Information in entsprechenden molekularbiologischen Experimenten nutzen konnte. Zur Identifizierung des Gens, das im folgenden "LOBO-Gen" genannt wird, wurden 6 kb aus dem subclonierten Bereich der transgenen Maus sowie zunächst 87 kb (siehe Seq ID NO: 5 und 6) und dann 138 kb (siehe SEQ ID NO: 10, 11 und 12) aus der entsprechenden homologen Region der Wildtyp-Maus sequenziert. Der zunächst sequenzierte Bereich der genomischen DNA-Clone aus Maus ist in Seq ID No . 5 und 6 dargestellt. Der sequenzierte Bereich umfaßte insgesamt 86902 Basenpaare. Aus technischen Gründen wurde dieser Bereich in zwei Bereiche aufgeteilt, wobei die ersten 49999 Basenpaare in Seq ID No. 5 dargestellt sind und ein Exon umfassen und die sich an diesen Bereich am 3 ' -Ende anschließenden verbleibenden 36901 Basenpaare in Seq ID No . 6 dargestellt sind. Die Exons sind an den folgenden Positionen lokalisiert : Seq ID No . 5: 8520 - 8753In order to find out which gene (or which genes) are responsible for the LOBO phenotype, the mutated region from the transgenic mouse was subcloned into bacteria. The localization of the mutated region in the mouse genome and the subsequent subcloning were possible because the nucleotide sequence of the aforementioned artificial gene was known and this information could be used in corresponding molecular biological experiments. To identify the gene, which is referred to below as the "LOBO gene", 6 kb from the subcloned region of the transgenic mouse and first 87 kb (see Seq ID NO: 5 and 6) and then 138 kb (see SEQ ID NO: 10, 11 and 12) sequenced from the corresponding homologous region of the wild-type mouse. The initially sequenced region of the mouse genomic DNA clones is in Seq ID No. 5 and 6. The sequenced area comprised a total of 86902 base pairs. For technical reasons, this area was divided into two areas, with the first 49999 base pairs in Seq ID No. 5 and comprise an exon and the remaining 36901 base pairs in Seq ID No. 6 are shown. The exons are located at the following positions: Seq ID No. 5: 8520-8753
Seq ID No. 6: 12487 - 12660Seq ID No. 6: 12487-12660
15497 - 15644 15908 - 16038 16148 - 1625215497 - 15644 15908 - 16038 16148-16252
17293 - 1739417293-17394
18083 - 18556 Der offene Leserahmen beginnt dabei an Position 8520 in Seq ID No. 5. Das Stopcodon befindet sich an der Position 18202 in Seq ID No . 6. Der codierende Bereich codiert die in Seq ID No . 2 dargestellte Aminosäuresequenz. Eine detaillierte Computeranalyse der zunächst erhaltenen Sequenzdaten führte zur Identifizierung eines Gens, das aus mindestens 8 codierenden Abschnitten ("Exons") besteht. Der zunächst identifizierte, codierende Bereich, der in Seq ID No. 1 dargestellt ist, trägt die Information für 393 Aminosäuren. Eine Übersicht über die bei der anschließenden Sequenzierung des 138 kb-Bereichs erhaltenen und sequenzierten murinen Clone ist schematisch in Figur 10 dargestellt. Der sequenzierte Bereich umfaßt insgesamt 138884 Basenpaare (siehe Seq ID No . 12 bis 15) und enthält 12 Exons. Die Exons sind an den folgenden Positionen lokalisiert:18083 - 18556 The open reading frame begins at position 8520 in Seq ID No. 5. The stop codon is located at position 18202 in Seq ID No. 6. The coding area codes the in Seq ID No. 2 amino acid sequence shown. A detailed computer analysis of the sequence data initially obtained led to the identification of a gene which consists of at least 8 coding sections (“exons”). The coding area initially identified, which is shown in Seq ID No. 1 shows the information for 393 amino acids. An overview of the murine clones obtained and sequenced in the subsequent sequencing of the 138 kb region is shown schematically in FIG. 10. The sequenced area comprises a total of 138884 base pairs (see Seq ID No. 12 to 15) and contains 12 exons. The exons are located in the following positions:
Exon Länge [bp] Beginn EndeExon length [bp] start end
12 80 1117 119612 80 1117 1196
11 113 30111 3022311 113 30111 30223
10 108 43790 4389710 108 43790 43897
9 234 60504 607379 234 60504 60737
8 80 91485 915648 80 91485 91564
7 184 114459 1146427 184 114459 114642
6 87 115272 1153586 87 115272 115358
5 148 117479 1176265 148 117479 117626
4 131 117890 1180204 131 117890 118020
3 105 118130 1182343 105 118130 118234
2 102 119275 1193762 102 119275 119376
1 470 120065 1205341 470 120065 120534
Der offene Leserahmen beginnt dabei an Position 1118 in SEQ ID NO: 10. Das Stopkodon befindet sich an der Position 120185. Eine detaillierte Computeranalyse der genomischen Sequenzdaten führte zur Identifizierung eines Gens, das aus mindestens 13 codierenden Abschnitten ("Exons") besteht und mindestens 120 kb lang ist, wahrscheinlich aber sehr viel länger.The open reading frame begins at position 1118 in SEQ ID NO: 10. The stop codon is at position 120185. A detailed computer analysis of the genomic sequence data led to the identification of a gene which consists of at least 13 coding sections ("exons") and at least 120 kb long, but probably much longer.
Mit Hilfe der durch die genomischen Sequenzierung identifizierten Exons konnte eine vollständige cDNA isoliert werden. Diese ist in Seq ID No. 8 dargestellt und hat eine Länge von 3100 bp . Das Polyadenylierungssignal beginnt bei Base 3067, der Poly-A Schwanz beginnt bei Position 3083. Der codierende Bereich der cDNA ist 2610 Basenpaare lang. Er beginnt in Seq ID No. 8 bei Position 125 und endet bei Position 2734. Das Stopcodon beginnt bei Position 2735. Der codierende Bereich generiert ein 870 Aminosäuren langes Protein, dessen Sequenz in SEQ ID NO: 9 wiedergegeben ist. Von der cDNA in Seq ID NO. 8 sind bisher nur der Bereich von Position 1243 bis Position 3083 (Beginn des Poly-A Schwanzes) genomisch abgedeckt, durch die oben tabellarisch aufgeführten 12 Exons. Die cDNA-Sequenz von Position 1 bis 1242 ist bisher noch nicht genomisch sequenziert, d. h. die Intron/Exon Struktur des Gens sowie dessen regulatorischen Signale sind bisher unbekannt .A complete cDNA was isolated using the exons identified by genomic sequencing. This is in Seq ID No. 8 and has a length of 3100 bp. The Polyadenylation signal begins at base 3067, the poly-A tail begins at position 3083. The coding region of the cDNA is 2610 base pairs long. It starts in Seq ID No. 8 at position 125 and ends at position 2734. The stop codon begins at position 2735. The coding region generates an 870 amino acid long protein, the sequence of which is shown in SEQ ID NO: 9. From the cDNA in Seq ID NO. 8 so far, only the area from position 1243 to position 3083 (beginning of the poly-A tail) has been covered genomically by the 12 exons listed in the table above. The cDNA sequence from positions 1 to 1242 has not yet been genomically sequenced, ie the intron / exon structure of the gene and its regulatory signals are hitherto unknown.
Aufgrund der murinen Sequenzdaten wurde eine DNA-Sonde konstruiert, mit deren Hilfe ein humaner Pl-Clon isoliert wurde, der das menschliche LOBO-homologe Gen trägt. Die zunächst erhaltene Sequenz des menschlichen genomischen Clons ist in Seq ID No . 7 dargestellt. Die Exons sind an den folgenden Positionen lokalisiert :Based on the murine sequence data, a DNA probe was constructed, with the aid of which a human PI clone was isolated which carries the human LOBO homologous gene. The sequence of the human genomic clone initially obtained is in Seq ID No. 7 shown. The exons are located in the following positions:
1 - 1361 - 136
3971 - 41183971-4118
4500 - 46304500 - 4630
4762 - 48664762-4866
5904 - 60055904-6005
6600 - 7109 Das erste Nucleotid des offenen Leserasters liegt an Position 2. Das Stopcodon befindet sich an der Position 6759. Die durch den codierenden Bereich dargestellte Aminosäuresequenz ist in Seq ID No. 4 dargestellt. Ein Clon enthaltend die menschliche genomische Sequenz wurde hinterlegt unter DSM 12073. Die zunächst vorliegenden Sequenzdaten zeigten, daß auch das humane Gen bisher nur partiell cloniert wurde. Eine Übersicht über die zunächst erhaltenen und sequenzierten Clone aus Maus und Mensch ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Um den Rest des menschlichen Gens sequenzieren zu können, wurden mit Hilfe der Sequenz des humanen Pl-Clons zwei weitere, humane Clone identifiziert, von denen der eine im 5 ' -Bereich und der andere im 3 ' -Bereich mit dem bereits vorhandenen Clon überlappt . Durch Sequenzierung dieser insgesamt 3 Clone ergibt sich ein 311 kb langer, humaner Sequenzabschnitt, der in Seq ID NOs . 15-21 wiedergegeben ist. (Aus technischen Gründen wurden die Bereiche nacheinander jeweils zu 49.999 Basenpaaren dargestellt.) Die humanen LOBO-Exons sind an den folgenden Positionen lokalisiert:6600 - 7109 The first nucleotide of the open reading frame is at position 2. The stop codon is at position 6759. The amino acid sequence represented by the coding region is in Seq ID No. 4 shown. A clone containing the human genomic sequence was deposited under DSM 12073. The sequence data initially available showed that the human gene has also only been partially cloned to date. An overview of the initially obtained and sequenced mouse and human clones is shown schematically in FIG. In order to be able to sequence the rest of the human gene, the sequence of the human PI clone was used to identify two further human clones, one of which overlaps in the 5 'region and the other in the 3' region with the clone already present . Sequencing these 3 clones results in a 311 kb human sequence section which is shown in Seq ID NOs. 15-21 is reproduced. (For technical reasons, the areas were shown in succession at 49,999 base pairs each.) The human LOBO exons are located at the following positions:
xon Länge [bp] Beginn Endexon length [bp] start end
11 113 2701 281311 113 2701 2813
10 108 13422 1352910 108 13422 13529
9 234 27391 276249 234 27391 27624
8 80 64694 647738 80 64 694 64 773
7 184 94467 946507 184 94467 94650
6 87 95344 954306 87 95344 95430
5 148 98485 986325 148 98485 98632
4 131 99014 991444 131 99014 99144
3 105 99276 993803 105 99276 99380
2 102 100418 1005192 102 100418 100519
1 492 101114 1016051 492 101114 101605
Das erste Nucleotid des offenen Leserasters liegt an der genomischen Position 2703. Das Stopcodon befindet sich an der Position 101273. Die humane genomische LOBO-Sequenz enthält 4 Lücken, die aber jeweils maximal 100 Basenpaare groß sind. Diese Lücken befinden sich an folgenden Positionen: Lücke 1: 11805 bis 11836 Lücke 2: 35184 bis 35199 Lücke 3: 191949 bis 191975 Lücke 4: 251627 bis 251646The first nucleotide of the open reading frame is at genomic position 2703. The stop codon is at position 101273. The human genomic LOBO sequence contains 4 gaps, each of which is a maximum of 100 base pairs in size. These gaps are in the following positions: Gap 1: 11805 to 11836 Gap 2: 35184 to 35199 Gap 3: 191949 to 191975 Gap 4: 251627 to 251646
Da sich alle Sequenzierlücken ausschließlich in Introns befinden, bleibt der codierende Bereich unbeeinflußt. Der durch die Exons abgedeckte codierende Bereich, sowie die davon codierte Aminosäuresequenz sind in SEQ ID NO. 13 bzw. 14 dargestellt. Ein bakterieller Clon, enthaltend die menschliche, genomische Sequenz wurde hinterlegt unter DSM 12715. Die vorliegenden Sequenzdaten zeigen, daß auch das humane LOBO-Gen bisher nur partiell cloniert wurde. Eine Übersicht über die erhaltenen und sequenzierten humanen Clone ist schematisch in Figur 10 dargestellt.Since all sequencing gaps are located exclusively in introns, the coding area remains unaffected. The coding region covered by the exons, as well as the amino acid sequence encoded thereby, are in SEQ ID NO. 13 and 14 respectively. A bacterial clone containing the human genomic sequence was deposited under DSM 12715. The sequence data available show that the human LOBO gene has also only partially cloned to date has been. An overview of the human clones obtained and sequenced is shown schematically in FIG. 10.
Beispiel 4Example 4
Chromosomale Lokalisierung des LOBO-GensChromosomal localization of the LOBO gene
Einer der erhaltenen Maus-Clone, der einen Teil des murinen LOBO- Gens repräsentiert, wurde mit Hilfe von "Fish" (fluorescent in situ hybridization) farbmarkiert und auf komplette, murine (Metaphase-) Chromosomen hybridisiert. Es resultierte ein Farbsignal in der Bande ID auf dem Chromosom 1 der Maus. Diese Region ist mit der Bande 2q35-2q37 auf dem humanen Chromosom 2 homolog. Das Ergebnis dieser experimentellen Kartierung wird durch die Sequenzdaten bestätigt: 73 kb hinter dem humanen LOBO- Gen folgt der STS-Marker WI-8964, der auf 2q37 kartiert ist. Dieser Marker wird von 3 Phosphatase-Genen und 2 Genen für einen nicotin-abhängigen Acetylcholinrezeptor flankiert (siehe Figur 10) . Diese Gene sind ebenfalls nach 2q37 kartiert worden, so daß die chromosomale Lokalisierung des humanen LOBO Gens eindeutig verifiziert ist.One of the mouse clones obtained, which represents a part of the murine LOBO gene, was color-marked using "Fish" (fluorescent in situ hybridization) and hybridized to complete, murine (metaphase) chromosomes. A color signal resulted in band ID on chromosome 1 of the mouse. This region is homologous to band 2q35-2q37 on human chromosome 2. The result of this experimental mapping is confirmed by the sequence data: 73 kb behind the human LOBO gene is followed by the STS marker WI-8964, which is mapped to 2q37. This marker is flanked by 3 phosphatase genes and 2 genes for a nicotine-dependent acetylcholine receptor (see FIG. 10). These genes have also been mapped according to 2q37, so that the chromosomal localization of the human LOBO gene is clearly verified.
Beispiel 5Example 5
Expression des LOBO-GensExpression of the LOBO gene
Expression in der Wildtyp Maus :Expression in the wild-type mouse:
Expressionstudien (Northern-Blot-Analysen) mit einer cDNA-Probe des LOBO-Gens ergaben, daß das betroffene Gen ubiquitär exprimiert wird. Während die meisten Organe im Northern Blot nur eine einzelne Bande von etwa 4 kb Größe ergeben, findet sich in der Leber noch ein zusätzliches, kürzeres Transkript (ca. 2 kb) . Es ist zur Zeit noch unklar, ob dieses kleine Transkript (a) eine Splice-Variante des Gens darstellt, (b) auf die Benutzung eines alternativen Promotors zurückzuführen ist oder (c) die Kreuzreaktion mit einem verwandten Gen darstellt. Expression in heterozygoten und homozygoten LOBO-Mäusen:Expression studies (Northern blot analyzes) with a cDNA sample of the LOBO gene showed that the affected gene is ubiquitously expressed. While most of the organs in the Northern blot only produce a single band of about 4 kb in size, there is an additional, shorter transcript (about 2 kb) in the liver. It is currently unclear whether this small transcript (a) is a splice variant of the gene, (b) is due to the use of an alternative promoter, or (c) is a cross-reaction with a related gene. Expression in heterozygous and homozygous LOBO mice:
Im Northern Blot findet man, im Vergleich zum Wildtyp, in heterozygoten LOBO-Mäusen nur etwa 50% der LOBO-mRNA, wogegen in homozygoten Mäusen keine LOBO-mRNA mehr detektiert werden kann.In Northern blot, compared to the wild type, only about 50% of the LOBO mRNA is found in heterozygous LOBO mice, whereas no LOBO mRNA can be detected in homozygous mice.
Es ist daher anzunehmen, daß es aufgrund der künstlichen DNA-It can therefore be assumed that due to the artificial DNA
Insertion zur Störung bei der Reifung der mRNA kommt. Bei diesemInsertion comes to disruption in the maturation of the mRNA. With this
Prozeß werden die Introns, die in der primären RNA noch enthalten sind, herausgeschnitten ("splicing"). Für dieses Herausschneiden sorgen gewisse Sequenzsignale . Solche Signale sind auch in dem künstlich eingeführten Gen enthalten, so daß es vermutlich zu einem sogenannten "aberranten splicing" kommt. Infolgedessen wird die Bildung einer funktionsfähigen LOBO-mRNA verhindert und das entsprechende Protein kann nicht produziert werden, zumindest nicht in voller Länge. Da die Transkriptionssignale des LOBO-Gens durch die Transgen- Insertion nicht in Mitleidenschaft gezogen werden, sollte erwartet werden, daß zumindest eine verkürzte und darüber hinaus chimäre LOBO-mRNA produziert wird, vom natürlichenIn the process, the introns that are still contained in the primary RNA are cut out ("splicing"). Certain sequence signals ensure this cutting out. Such signals are also contained in the artificially introduced gene, so that presumably so-called "aberrant splicing" occurs. As a result, the formation of a functional LOBO mRNA is prevented and the corresponding protein cannot be produced, at least not in full length. Since the transcription signals of the LOBO gene are not affected by the transgene insertion, it should be expected that at least one truncated and moreover chimeric LOBO mRNA is produced, by the natural one
Transkriptionsstart bis zum Splice-Signal in der insertiertenStart of transcription until the splice signal in the inserted
Sequenz. Allerdings fehlt in der Transgen-Insertion ein Poly-Sequence. However, a poly-
Adenylierungssignal , was zu einer nicht-poly-adenylierten RNA führt, die gegenüber der normalen mRNA eine deutlich verringerteAdenylation signal, which leads to a non-poly-adenylated RNA, which significantly reduced one compared to the normal mRNA
Stabilität aufweisen sollte. D. h. die Menge dieser chimaren RNA sollte ziemlich niedrig sein und unterhalb der Detektionsgrenze des Northern Blots liegen. In der Tat ist diese chimäre RNA imShould have stability. I.e. the amount of this chimeric RNA should be quite low and below the Northern blot detection limit. In fact, this chimeric RNA is in the
Northern auch bisher nicht detektiert worden. Mit Hilfe der sehr viel sensitiveren RT-PCR Methode gelang es jedoch, die Existenz dieser postulierten chimaren RNA zu verifizieren. Es darf angenommen werden, daß diese RNA die Bildung eines verkürztenNorthern has also not been detected so far. However, with the help of the much more sensitive RT-PCR method, the existence of this postulated chimeric RNA was verified. It can be assumed that this RNA truncates the formation of a
LOBO-Proteins bewirkt, welches möglicherweise noch Teilfunktionen des vollständigen LOBO-Proteins ausübt oder mit diesem umLOBO protein causes, which possibly still performs partial functions of the complete LOBO protein or with it
Bindungspartner oder Substrat konkurriert .Binding partner or substrate competes.
Expression in humanem Tumorgewebe:Expression in human tumor tissue:
Die aus der humanen cDNA abgeleitete Sequenz des LOBO-Proteins zeigt hohe Homologie zum humanen Dis3-Gen. Für dieses Gen war von einer japanischen Arbeitsgruppe gezeigt worden, daß dessen Expressionsrate in Tumorgeweben, im Vergleich zu den entsprechenden Normalgeweben, deutlich verändert war. Um zu überprüfen, ob sich das LOBO-Gen analog verhält, wurde ein kommerziell erhältlicher Northern Blot, der mit RNAs aus verschiedenen Tumorgeweben beladen war, mit einer humanen LOBO- Sonde hybridisiert. Es sind in der Tat signifikante Expressionsunterschiede zwischen den diversen Tumortypen zu beobachten (Figur 5) . Die biologische Interpretation dieser Daten ist allerdings schwierig. Es ist jedoch denkbar, daß das LOBO-Gen eine Rolle in der Krebsentstehung spielt.The sequence of the LOBO protein derived from the human cDNA shows high homology to the human Dis3 gene. For this gene was from a Japanese working group was shown that its expression rate in tumor tissues was significantly changed compared to the corresponding normal tissues. In order to check whether the LOBO gene behaves analogously, a commercially available Northern blot, which was loaded with RNAs from various tumor tissues, was hybridized with a human LOBO probe. Indeed, significant differences in expression between the various types of tumors can be observed (FIG. 5). However, the biological interpretation of this data is difficult. However, it is conceivable that the LOBO gene plays a role in cancer development.
Beispiel 6Example 6
Charakterisierung des LOBO-ProteinsCharacterization of the LOBO protein
Die aus den LOBO-cDNAs abgeleiteten Aminosäuresequenzen aus Maus und Mensch wurden mit bekannten Proteinen verglichen. Dabei stellte sich heraus, daß die Aminosäuresequenz Bereiche aufweist, die hoch konserviert sind, von Säugern (Maus und Mensch) über Wirbellose (Caenorhabditis elegans) und einzelligen Eukaryonten (Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe) bis hin zu den Prokaryonten. Eine Verwandschaftsanalyse dieser Proteine zeigt, daß die LOBO-Proteine aus Maus und Mensch eine eigene Gruppe darstellen (siehe Figur 6) , die aber mit zwei weiteren Proteingruppen verwandt ist. Eine Gruppe sind die VacB- und die RNAse-Typ-II-Proteine aus Bakterien, wobei kürzlich publiziert wurde, daß die VacB-Proteine auch Typ-II RNAse-Aktivität haben. Eine zweite Gruppe sind die Dis3 -homologen Proteine aus verschiedenen Eukaryonten, von Säugern bis hin zu einzelligen Hefen.The mouse and human amino acid sequences derived from the LOBO cDNAs were compared with known proteins. It was found that the amino acid sequence has areas that are highly conserved, from mammals (mouse and human) to invertebrates (Caenorhabditis elegans) and unicellular eukaryotes (Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe) to the prokaryotes. A relationship analysis of these proteins shows that the LOBO proteins from mouse and human are a separate group (see FIG. 6), but which is related to two further protein groups. One group is the VacB and the RNAse type II proteins from bacteria, and it has recently been published that the VacB proteins also have type II RNAse activity. A second group are the Dis3 homologous proteins from various eukaryotes, from mammals to unicellular yeasts.
Die eindeutige Verwandschaft zu den beiden genannten Proteingruppen ermöglicht es, die Funktion der LOBO-Proteine abschätzen zu können, da davon ausgegangen werden kann, daß die LOBO-Proteine aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit zu den genannten Proteingruppen auch ähnliche Funktionen haben. Auf dieser Basis lassen sich folgende Funktionen für das LOBO-Protein postulieren:The clear relationship to the two protein groups mentioned makes it possible to estimate the function of the LOBO proteins, since it can be assumed that the LOBO proteins also have similar functions due to their structural similarity to the protein groups mentioned. On On this basis, the following functions for the LOBO protein can be postulated:
(a) Es spielt eine wichtige Rolle in der Zellzyklusregulation(a) It plays an important role in cell cycle regulation
(Mitose-Kontrolle) (nachgewiesen für Dis3 aus S. pombe; hier führt der Ausfall des Gens zum Verlust der Zellteilungsfähigkeit) ;(Mitosis control) (proven for Dis3 from S. pombe; here the failure of the gene leads to the loss of cell division ability);
(b) Aufgrund der Bedeutung für die Zellzykluskontrolle liegt der Schluß nahe, daß das LOBO-Protein möglicherweise auch in der Carcinogenese eine Rolle spielt (nachgewiesen für Dis3 aus Homo sapiens; die in Figur 5 dargestellten Ergebnisse unterstützen die obige Annahme) .(b) Due to the importance for cell cycle control, it can be concluded that the LOBO protein may also play a role in carcinogenesis (detected for Dis3 from Homo sapiens; the results shown in FIG. 5 support the above assumption).
(c) Das LOBO-Protein hat höchstwahrscheinlich die Fähigkeit, RNA zu binden (nachgewiesen für das LOBO-ähnliche SSDI -Protein aus S. cerevisiae sowie für die VACB- und RNAse Typ II- Proteine) .(c) The LOBO protein most likely has the ability to bind RNA (demonstrated for the LOBO-like SSDI protein from S. cerevisiae and for the VACB and RNAse type II proteins).
(d) Das LOBO-Protein hat mindestens einen Protein- Bindungspartner. Dieser ist vermutlich ein G-Protein oder ein G-Protein-kontrollierendes Protein (nachgewiesen für Dis3 aus S. pombe, welches an den G-Protein-Regulator RCC1 bindet und dessen Aktivität steuert) .(d) The LOBO protein has at least one protein binding partner. This is probably a G protein or a G protein controlling protein (detected for Dis3 from S. pombe, which binds to the G protein regulator RCC1 and controls its activity).
Beispiel 7Example 7
Klinische Relevanz des humanen LOBO-ProteinsClinical relevance of the human LOBO protein
Durch die Sequenzierung eines genetischen STS-Markers (WI-8964) im 3 ' -Bereich des LOBO-Gens ist dessen chromosomale Lokalisierung beim Menschen bekannt. Das humane LOBO-Gen befindet sich auf Chromosom 2, Bande q37. In dieser Region ist eine Erbkrankheit kartiert, die zu einer Störung des Knochenwachstums beim Menschen führt, die sogenannte "Albright hereditary Osteodystrophie" (AHO) . AHO ist ein Syndrom, das aus mehreren verschiedenen Symptomen besteht, die je nach Patient unterschiedlich stark ausgeprägt sind. Drei dieser Symptome sind jedoch für diese Krankheit charakteristisch und treten bei allen Patienten auf: Kleinwuchs, Fettleibigkeit und Kurzfingrigkeit . Es ist aus der Literatur bekannt, daß diese Krankheit gleichzeitig auf zwei verschiedenen Stellen kartiert ist: auf der oben genannten Position (2q37) und darüber hinaus auf Chromosom 20, Bande ql3. Das für AHO erantwortliche Gen auf 20ql3 ist ein G-Protein, dessen Ausfall zu den typischen AHO Symptomen führt. Es gibt aber auch AHO-Patienten, die auf 20ql3 völlig in Ordnung sind, aber einen Defekt (meistens eine Deletion) in 2q37 aufweisen, und dennoch den AHO Phänotyp zeigen. Es ist daher denkbar, daß zwei Proteine, eines von 20ql3 und eines von 2q37, direkt oder indirekt miteinander interagieren und gemeinsam eine Funktion ausüben. Bei einem Defekt in einem der beiden Protein-Partner würde es zum Funktionsverlust oder zur Fehlfunktion kommen und gegebenenfalls einen sichtbaren Phänotyp verursachen. Da das Gen von 20ql3 ein G-Protein ist und LOBO von 2q37 stammt und darüber hinaus hohe Ähnlichkeit zu (Dis3- ) Proteinen hat, die indirekt G- Proteine steuern, liegt der Schluß nahe, daß LOBO das Kandidatengen für "Albright hereditary Osteodystrophie" ist. Die Tatsache, daß AHO-Patienten kleinwüchsig sind, die LOBO Mäuse aber übersteigertes Wachstum zeigen, kann durch die Art der Mutation bedingt sein. Der Mutationstyp, wie er in der Maus vorliegt (Insertion eines künstlichen Gens) ist artifiziell und bei den AHO-Patienten sicher nicht gegeben. Hier sind große Deletionen, die wahrscheinlich das ganze LOBO-Gen deletieren, der vorherrschende Mutationstyp. Es gibt ein publiziertes Beispiel, wo ein Gen sowohl Klein- als auch Großwuchs bewirken kann, je nach Mutationstyp. Außerdem kann dieselbe Mutation ein- und desselben Gens bei Maus und Mensch durchaus zu unterschiedlichen Phänotypen führen, da diese Organismen in vielerlei Hinsicht unterschiedlich sind. The chromosomal localization in humans is known from the sequencing of a genetic STS marker (WI-8964) in the 3 'region of the LOBO gene. The human LOBO gene is on chromosome 2, band q37. In this region, an inherited disease has been mapped that leads to a disorder in human bone growth, the so-called "Albright hereditary osteodystrophy" (AHO). AHO is a syndrome consisting of several different symptoms, which vary in severity depending on the patient. However, three of these symptoms are characteristic of this disease and occur in all patients: short stature, obesity, and short-fingeredness. It is from the Literature known that this disease is mapped simultaneously in two different locations: on the above position (2q37) and also on chromosome 20, band ql3. The gene responsible for AHO on 20ql3 is a G protein, the failure of which leads to the typical AHO symptoms. But there are also AHO patients who are completely fine on 20ql3, but have a defect (usually a deletion) in 2q37, and still show the AHO phenotype. It is therefore conceivable that two proteins, one of 20ql3 and one of 2q37, interact directly or indirectly with one another and perform a function together. A defect in one of the two protein partners would result in loss of function or malfunction and possibly cause a visible phenotype. Since the 20ql3 gene is a G protein and LOBO is derived from 2q37 and is also very similar to (Dis3) proteins that indirectly control G proteins, it can be concluded that LOBO is the candidate gene for "albright hereditary osteodystrophy" is. The fact that AHO patients are short, but the LOBO mice show excessive growth, may be due to the nature of the mutation. The type of mutation as it exists in the mouse (insertion of an artificial gene) is artificial and certainly not given in the AHO patients. Here are large deletions that will likely delete the entire LOBO gene, the predominant type of mutation. There is a published example where a gene can cause both short and tall stature depending on the type of mutation. In addition, the same mutation of the same gene in mouse and human can lead to different phenotypes, since these organisms are different in many ways.

Claims

P a t e n t a n s r ü c h e Patent claims
1. Nucleinsäuremolekul umfassend eine Nucleinsäuresequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus1. Nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence selected from the group consisting of
(a) Nucleinsäuresequenzen, die die in Seq ID No. 9 oder die in Seq ID No . 14 dargestellte Aminosäuresequenz codieren;(a) Nucleic acid sequences that the in Seq ID No. 9 or those in Seq ID No. Encode 14 amino acid sequence shown;
(b) Nucleinsäuresequenzen wie in Seq ID No. 8 oder Seq ID No . 13 dargestellt;(b) Nucleic acid sequences as in Seq ID No. 8 or Seq ID No. 13 shown;
(c) Nucleinsäuresequenzen, deren komplementäre Sequenz mit den unter (a) oder (b) genannten Sequenzen hybridisiert; und(c) nucleic acid sequences whose complementary sequence hybridizes with the sequences mentioned under (a) or (b); and
(d) Nucleinsäuresequenzen, die von den unter (c) genannten Sequenzen aufgrund der Degeneration des genetischen Codes abweichen, wobei das Nucleinsäuremolekul ein Protein codiert, dessen Verringerung und/oder Inaktivierung in Tieren zu einer Verlängerung der Knochen mit Ausnahme der Schädelknochen führt .(d) Nucleic acid sequences which differ from the sequences mentioned under (c) due to the degeneracy of the genetic code, the nucleic acid molecule encoding a protein whose reduction and / or inactivation in animals leads to an elongation of the bones with the exception of the cranial bones.
2. Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1, welches genomische DNA ist .2. A nucleic acid molecule according to claim 1, which is genomic DNA.
3. Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1, welches ein cDNA-Molekül ist .3. A nucleic acid molecule according to claim 1, which is a cDNA molecule.
4. Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1, welches ein RNA-Molekül ist .4. A nucleic acid molecule according to claim 1, which is an RNA molecule.
5. Vektor enthaltend ein Nucleinsäuremolekul nach einem der Ansprüche 1 bis 3.5. Vector containing a nucleic acid molecule according to one of claims 1 to 3.
6. Vektor nach Anspruch 5, wobei das Nucleinsäuremolekul verknüpft ist mit regulatorischen Elementen, die die Expression des Nucleinsäuremoleküls in prokaryontischen oder eukaryontisehen Zellen gewährleisten. 6. Vector according to claim 5, wherein the nucleic acid molecule is linked to regulatory elements which ensure the expression of the nucleic acid molecule in prokaryotic or eukaryotic cells.
7. Wirtszelle transformiert mit einem Nucleinsäuremolekul nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einem Vektor nach Anspruch 5 oder 6.7. Host cell transformed with a nucleic acid molecule according to one of claims 1 to 4 or a vector according to claim 5 or 6.
8. Verfahren zur Herstellung eines Proteins, das von einem Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1 codiert wird, wobei eine Wirtszelle nach Anspruch 7 unter Bedingungen kultiviert wird, die die Expression des Proteins erlauben, und das Protein aus den Zellen und/oder dem Kulturmedium gewonnen wird.8. A method for producing a protein encoded by a nucleic acid molecule according to claim 1, wherein a host cell according to claim 7 is cultivated under conditions which allow expression of the protein, and the protein is obtained from the cells and / or the culture medium.
9. Protein codiert durch ein Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1 oder erhältlich durch das Verfahren nach Anspruch 8.9. Protein encoded by a nucleic acid molecule according to claim 1 or obtainable by the method according to claim 8.
10. Antikörper gegen das Protein nach Anspruch 9.10. Antibody against the protein according to claim 9.
11. Nucleinsäuremolekul von mindestens 15 Nucleotiden Länge, das spezifisch mit einem Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1 hybridisiert .11. A nucleic acid molecule of at least 15 nucleotides in length which hybridizes specifically with a nucleic acid molecule according to claim 1.
12. Diagnostische Zusammensetzung enthaltend ein Nucleinsäuremolekul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, einen Vektor nach Anspruch 5 oder 6, ein Protein nach Anspruch 9, einen Antikörper nach Anspruch 10 und/oder ein Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 11.12. Diagnostic composition comprising a nucleic acid molecule according to one of claims 1 to 4, a vector according to claim 5 or 6, a protein according to claim 9, an antibody according to claim 10 and / or a nucleic acid molecule according to claim 11.
13. Pharmazeutische Zusammensetzung enthaltend ein Nucleinsäuremolekul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, einen Vektor nach Anspruch 5 oder 6, ein Protein nach Anspruch 9, einen Antikörper nach Anspruch 10 und/oder ein Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 11 und gegebenenfalls einen pharmazeutisch verträglichen Träger. 13. Pharmaceutical composition containing a nucleic acid molecule according to one of claims 1 to 4, a vector according to claim 5 or 6, a protein according to claim 9, an antibody according to claim 10 and / or a nucleic acid molecule according to claim 11 and optionally a pharmaceutically acceptable carrier.
14. Verfahren zur Herstellung eines transgenen nicht-menschlichen Tieres, wobei ein Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1 oder ein Vektor nach Anspruch 5 oder 6 in eine Keimzelle, eine embryonale Zelle, eine Eizelle oder eine davon abgeleitete Zelle eingeführt wird und aus der so transformierten Zelle ein transgenes Tier erzeugt wird.14. A method for producing a transgenic non-human animal, wherein a nucleic acid molecule according to claim 1 or a vector according to claim 5 or 6 is introduced into a germ cell, an embryonic cell, an egg cell or a cell derived therefrom and from the cell thus transformed transgenic animal is produced.
15. Transgenes nicht-menschliches Tier, das transformiert ist mit einem Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1 oder einem Vektor nach Anspruch 5 oder 6, oder das erhältlich ist durch ein Verfahren nach Anspruch 14.15. A transgenic non-human animal transformed with a nucleic acid molecule according to claim 1 or a vector according to claim 5 or 6, or obtainable by a method according to claim 14.
16. Transgenes nicht-menschliches Tier, bei dem die Expression eines Proteins nach Anspruch 9 in den Zellen im Vergleich zu Zellen eines entsprechenden Wildtyp-Tieres verringert ist.16. Transgenic non-human animal, in which the expression of a protein according to claim 9 in the cells is reduced in comparison to cells of a corresponding wild-type animal.
17. Transgenes nicht menschliches Tier nach Anspruch 16, wobei mindestens eine genomische Kopie eines Gens, das einem Nucleinsäuremolekul nach Anspruch 1 entspricht, inaktiviert ist .17. The transgenic non-human animal of claim 16, wherein at least one genomic copy of a gene corresponding to a nucleic acid molecule of claim 1 is inactivated.
18. Transgenes Tier nach einem der Ansprüche 15 bis 17, daß ein nicht-menschlicher Säuger ist.18. A transgenic animal according to any one of claims 15 to 17 that is a non-human mammal.
19. Transgenes Tier nach Anspruch 18, das eine Maus ist. 19. The transgenic animal of claim 18 which is a mouse.
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