WO2001055408A1 - Ceramidase - Google Patents

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WO2001055408A1
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Kay Hofmann
Marcus Conradt
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MEMOREC STOFFEL GmbH - MEDIZINISCH-MOLEKULARE ENTWICKLUNG, KÖLN
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/78Hydrolases (3) acting on carbon to nitrogen bonds other than peptide bonds (3.5)
    • C12N9/80Hydrolases (3) acting on carbon to nitrogen bonds other than peptide bonds (3.5) acting on amide bonds in linear amides (3.5.1)
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P17/00Drugs for dermatological disorders
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01KANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K2217/00Genetically modified animals
    • A01K2217/05Animals comprising random inserted nucleic acids (transgenic)
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides

Definitions

  • the present invention relates to a ceramidase.
  • Ceramidase cleaves ceramide and produces sphingosine, which is subsequently converted into sphingosine-1-phosphate.
  • Various ceramidase activities have been described:
  • WO 00/56891 relates to speculative human transmembrane proteins. There a sequence is disclosed which corresponds to a ceramidase, but without assigning functionality to it. Koch, Jürgen et al. in Journal of Biological Chemistr ⁇ (271) 33.110-33.115, Rosenberg a in proceedings of the Federation European by chemical society 1,980, L Babab Sama et al. in Journal of Biological Chemistry (274) pages 27,948-27,955, Jada Y. et al. in Journal of Biological Chemistry (270) pages 12,677 - 12,684 report on ceramidases and their characterization.
  • ceramidase with the following structural motif is used
  • Xl position is an aromatic amino acid (F, Y or W)
  • all X2 positions are arbitrary, mutually independent amino acids and Z 1 and Z 2 are any polypeptides.
  • the proteins claimed according to the invention contain the motif mentioned in claim 1. This also includes proteins that have been modified in the side chains. In particular phosphorylations, glycolizations, amidations and other derivatizations in the side chains.
  • modifications in the primary structure can be used to produce fragments which also ensure the biological functions of the proteins according to the invention. These include, for example, fragmentations in the area around the motif claimed according to the invention, wherein correspondingly biologically active fragments can easily be determined by a person skilled in the art by appropriate experiments. These include, for example, Site Directed Mutagenesjs, which can be used to produce structural variants that also have biological activity. In terms of protein chemistry, exchanges of amino acids or sequences or motifs within the primary structure are also possible.
  • exchanges are well known to those skilled in the art and include, for example, conservative exchanges in which, for example, serine is exchanged for threonine.
  • Other groups known to those skilled in the art are of course also suitable as exchange candidates.
  • the groups of non-polar amino acids, polar amino acids, aromatic amino acids can be exchanged with one another without profound changes in the biological function being expected.
  • Part A shows that in a large number of human (tissue no ceramidase signal is visible.
  • Part B shows that a strong signal is visible in skin RNA that is absent in the human cell lines shown.
  • Ceramidase K2 shows the result of a quantitative PCR analysis of the skin-specific Ceramidase K1 and as a comparison of the Ceramidase K2.
  • the level of expression of Ceramidase Kl in the skin is age-dependent, a stronger signal can be observed in the skin of a 68 year old person than in the skin of a 28 year old person. Ceramidase K2 shows no age dependency.
  • transmembrane ceramidases are preferably transmembrane ceramidases.
  • Preferred ceramidases have the following sequence: Ceramidase Kl (human protein) Seq. ID No 1,
  • the invention also relates to nucleic acids which code for ceramidase, in particular with the sequence
  • a nucleic acid that is complementary to these nucleic acids is also part of the invention.
  • Another aspect of the invention is a pharmaceutical, cosmetic or diagnostic agent containing the ceramidase according to the invention or a nucleic acid according to the invention, the ceramidase Seq. ID No 2 or Seq. ID No 5 excluded.
  • the medicinal, cosmetic and diagnostic agents are suitable for the diagnosis of diseases, for the treatment or prevention of diseases which are associated with a ceramidase defect, in particular in connection with diseases which are associated with impaired cell proliferation (for example cancer), diseases which are associated with a disruption of the ceramide layer of the skin such as neurodermatitis, eczema, psoriasis and for the targeted influencing of the permeability barrier by ceramidase or ceramidase activators, for example for the transcutaneous administration of substances.
  • the gene for ceramidase K4 is located on chromosome 2 in the 2q33q34 range. This area also contains the gene of the skin disease "lamellar ichthyosis ICR2B".
  • the ceramidase K4 according to the invention is particularly suitable for the diagnosis and therapy of this disease, with which it is probably causally connected.
  • the invention also relates to a cell line which overexpresses the ceramidases according to the invention and a transgenic animal with overexpression or gene deficiency or gene defect for the ceramidases according to the invention.
  • the Cdasel cDNA was amplified using PCR. 5 ⁇ g of human skin RNA that had previously been reverse transcribed served as a template. The following primers were used for amplification: cerl atg2 s: caagATGCCTAGCATCTTCGCC Seq. ID No 7 cert e2 as: caggtctcagcagtccttgtcatc Seq. ID No 14
  • the amplified cDNA was subcloned and the sequence subsequently verified.
  • the tissue distribution of the Cdasel was analyzed using the Northern blot technique.
  • a commercially available blot (Clontech Laboratories Inc., Catalog #: 7780-1)
  • a blot was produced from RNA from cell lines and human skin (1 ⁇ g poly A + RNA each).
  • the first 668 bp of the cDNA was used as a probe.
  • the cDNA fragment was radiolabelled. Hybridization took place overnight at 65 ° C.
  • the radioactive Signals were measured using the Cyclone Storage Phosphor System (both from Packard Instrument Company, Dreieich) and evaluated using the Opti-Quant program.
  • the blots were normalized with either ß-actin or GAPDH.
  • the entire cDNA was cloned into a eukaryotic expression vector under the control of the CMV promoter.
  • HEK293 cells were electroporated with the construct and subsequently selected with G418. Cell clones that survived the selection were examined for Cdasel overexpression.
  • the level of expression in young and old skin was measured with the help of real time
  • GAPDH served as standard.
  • GAPDHS GAAGGTGAAGGTCGGAGT Seq. ID No 11
  • GAPDHR GAAGATGGTGATGGGATTTC Seq. ID No 12
  • GAPDHT CAAGCTTCCCGTTCTCAGCC [5 '] 6_FAM [3'] TAMRA Seq. ID No 13

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Abstract

Ceramidase mit folgendem Strukturmotiv Z1-X1-H-X2-T-L-X2-X2-X2-X2-Q-X2-X2-D-E-Z2, wobei die X1-Position eine aromatische Aminosäure (F, Y oder W) ist, alle X2-Positionen beliebige, voneinander unabhängige Aminosäuren sind und Z?1 und Z2¿ beliebige Polypeptide sind.

Description

Ceramidase
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Ceramidase.
Ceramidase spaltet Ceramid und erzeugt Sphingosin, welches in der Folge weiter umgesetzt wird zu Sphingosin-1-Phosphat. Verschiedene Ceramidase-Aktivitäten sind beschrieben worden:
1. eine saure, lysosomale Ceramidase, die das von der sauren Sphingomyeli- nase gebildete Ceramid weiter abbaut,
2. eine nicht-saure membran-gebundene Ceramidase-Aktivität,
3. sezernierte neutrale und alkalische Ceramidase-Aktivitäten.
Die WO 00/56891 betrifft spekulative humane Transmembran Proteine. Dort ist eine Sequenz offenbart, die einer Ceramidase entspricht, ohne ihr jedoch Funktionalität zu zuordnen. Auch Koch, Jürgen et al. in Journal of Biological Che- mistrγ (271) 33.110- 33.115, Rosenberg a in proceedings of the Federation European by chemical society 1.980, L Babab Sama et al. in Journal of Biological Chemistry (274) Seiten 27.948 - 27.955, Jada Y. et al. in Journal of Biological Chemistry (270) Seiten 12.677 - 12.684 berichten über Ceramidasen und deren Charakterisierung.
Erfindungsgemäß wird eine Ceramidase mit folgendem Strukturmotiv
Z1-Xl-H-X2-T-L-X2-X2-X2-X2-Q-X2-X2-D-E,-Z2
wobei die Xl-Position eine aromatische Aminosäure (F, Y oder W) ist, alle X2- Positionen beliebige, voneinander unabhängige Aminosäuren sind und Z1 und Z2 beliebige Polypeptide sind.
Die erfindungsgemäß beanspruchten Proteine enthalten das im Anspruch 1 genannte Motiv. Dazu gehören auch Proteine, die in den Seitenketten modifiziert worden sind. Insbesondere Phosphorylierungen, Glykolisierungen, Amidierungen und andere Derivatisierungen in den Seitenketten. Dem Fachmann ist überdies klar, dass durch Modifikationen in der Primärstruktur Fragmente hergestellt werden können, die ebenfalls die biologischen Funktionen der erfindungsgemäßen Proteine gewährleisten. Dazu gehören beispielsweise Fragmentierungen im Bereich um das erfindungsgemäße beanspruchte Motiv, wobei entsprechend biologisch wirksame Fragmente vom Fachmann leicht durch entsprechende Experimente ermittelt werden können. Hierzu gehören beispielsweise Site direc- ted Mutagenesjs mit deren Hilfe Strukturvarianten, die ebenfalls biologische Aktivität aufweisen, hergestellt werden können. Proteinchemisch bieten sich darüber hinaus auch Austausche von Arminosäuren oder Sequenzen oder Motiven innerhalb der Primärstruktur an. Solche Austausche sind dem Fachmann wohl bekannt und umfassen beispielsweise konservative Austausche, bei denen beispielsweise Serin gegen Threonin ausgetauscht wird. Als Austauschkandidaten kommen selbstverständlich auch andere, dem Fachmann bekannte Gruppen in Betracht. Beispielsweise lassen sich die Gruppen der unpolaren Aminosäuren, polaren Aminosäuren, aromatischen Aminosäuren untereinander austauschen ohne dass tiefgreifende Änderungen der biologischen Funktion zu erwarten sind.
Fig. 1 zeigt das Ergebnis der Northern Blot Analyse. Teil A (links) zeigt, dass in einer Vielzahl humaner (Gewebe kein Signal der Ceramidase sichtbar ist. Teil B (rechts) zeigt, dass in Haut RNA ein starkes Signal sichtbar ist, das in den gezeigten human Zellinien abwesend ist.
Fig. 2 zeigt das Ergebnis einer quantitativen PCR Analyse der Haut- spezifischen Ceramidase Kl und als Vergleich der Ceramidase K2. Das Expressionslevel von Ceramidase Kl in der Haut ist altersabhängig, in der Haut eines 68 jährigen Menschen ist ein stärkeres Signal zu beobachten als in der Haut eines 28 jährigen Menschen. Die Ceramidase K2 zeigt keine Altersabhängigkeit.
Es handelt sich dabei bevorzugt um Transmembran Ceramidasen.
Bevorzugte Ceramidasen weisen folgende Sequenz auf: Ceramidase Kl (humanes Protein) Seq. ID No 1,
Ceramidase K2 (humanes Protein) Seq. ID No 2,
Ceramidase K4 (humanes Protein) Seq. ID No 3
Gegenstand der Erfindung sind auch Nucleinsäuren, die für Ceramidase kodieren, insbesondere mit der Sequenz
Ceramidase Kl Seq. ID No 4,
Ceramidase K2 Seq. ID No. 5,
Ceramidase K4 Seq. ID No 6
Auch eine Nucleinsäure, die komplementär zu diesen Nucleinsäuren ist, ist Bestandteil der Erfindung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Arznei-, Kosmetik- oder Diagnostikmittel enthaltend die erfindungsgemäße Ceramidase oder eine erfindungsgemä- ße Nucleinsäure, dabei ist die Ceramidase Seq. ID No 2 bzw. Seq. ID No 5 ausgenommen.
Die Arznei-, Kosmetik- und Diagnostikmittel eignen sich zur Diagnostik von Erkrankungen, zur Behandlung oder Prävention von Erkrankungen, die mit einem Ceramidase-Defekt verbunden sind, insbesondere im Zusammenhang mit Krankheiten, die mit gestörter Zellproliferation einhergehen (z.B. Krebs), Krankheiten, die mit einer Störung der Ceramidschicht der Haut einhergehen wie Neurodermitis, Ekzem, Psoriasis sowie zur gezielten Beeinflussung der Permeabilitätsbarriere durch Ceramidase bzw. Ceramidase-Aktivatoren, z.B. zur transkutanen Verabreichung von Substanzen. Das Gen für die Ceramidase K4 liegt auf dem Chromosom 2 im Bereich 2q33q34. Dieser Bereich enthält auch das Gen der Haut-Erkrankung "Lamellare Ichthyose ICR2B".
Die erfindungsgemäße Ceramidase K4 ist besonders zur Diagnostik und Therapie dieser Erkrankung, mit der sie vermutlich ursächlich verbunden ist, geeignet.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Zelllinie, die die erfindungsgemäße Ceramidasen überexprimiert sowie ein transgenes Tier mit Überexpression oder Gendefizienz oder Gendefekt für die erfindungsgemäßen Ceramidasen.
Beispiele:
Klonierung der gesamt cDNA:
Die cDNA der Cdasel wurde mit Hilfe der PCR amplifiziert. Als Template dienten 5 μg humane Haut RNA die zuvor revers transkribiert wurde. Zur Amplifi- kation wurden folgende .Primer verwendet: cerl atg2 s: caagATGCCTAGCATCTTCGCC Seq. ID No 7 cert e2 as: caggtctcagcagtccttgtcatc Seq. ID No 14
Die amplifϊzierte cDNA wurde subkloniert und nachfolgend die Sequenz verifiziert.
Gewebeverteilung
Die Gewebeverteilung der Cdasel wurde mit Hilfe der Northern Blot Technik analysiert. Hierzu wurde zum einen ein käuflich erworbener Blot (Clontech Laboratories Inc., Catalog#: 7780-1), zum anderen ein Blot hergestellt aus RNA von Zellinien und humaner Haut (je 1 μg poly A+RNA). Als Sonde wurde die ersten 668 bp der cDNA verwendet. Das cDNA Fragment wurde radioaktiv markiert. Die Hybridisierung fand über Nacht bei 65°C statt. Die radioaktiven Signale wurden mit Hilfe des Cyclone Storage Phosphor System (beides von Packard Instrument Company, Dreieich) gemessen und dem Programm Opti- Quant ausgewertet. Normalisiert wurde die Blots entweder mit ß-actin oder GAPDH.
Cdasel stabil tiberexprimierende Zellinien :
Die gesamt cDNA wurde unter der Kontrolle des CMV Promotors in einen eu- karyontischen Expressionsvektor kloniert. HEK293 Zellen wurden mit dem Konstrukt elektroporiert und nachfolgend mit G418 selektioniert. Zeilklone, die die Selektion überlebten wurden auf Cdasel Überexpression untersucht.
Altersabhängige Expression der Cdasel:
Die Expressionstärke in junger und alter Haut wurde mit Hilfe der Real Time
PCR unter Verwendung des Taq-man (Perkin Eimer) ermittelt. Als interner
Standard diente GAPDH.
Folgende Primer wurden eingesetzt:
CER1.SEQ-456F: GCA TTG CCC TGC ACA TTC T Seq ID No 8
CER1.SEQ-526R: GTG CCG AAG CTC CTT ATT GC Seq. ID No 9 tmcerl: CATCGTGTGCCAGGABTACAGGAAGACC [5']6_FAM [3']TAMRA
Seq. ID No 10
GAPDHS: GAAGGTGAAGGTCGGAGT Seq. ID No 11
GAPDHR: GAAGATGGTGATGGGATTTC Seq. ID No 12
GAPDHT: CAAGCTTCCCGTTCTCAGCC [5']6_FAM [3']TAMRA Seq. ID No 13

Claims

Ansprüche
1. Ceramidase mit folgendem Strukturmotiv
Z1-Xl-H-X2-T-L-X2-X2-X2-X2-Q-X2-X2-D-E-Z2
wobei die Xl-Position eine aromatische Aminosäure (F, Y oder W) ist, alle X2-Positionen beliebige, voneinander unabhängige Aminosäuren sind und Z1 und Z2 beliebige Polypeptide sind.
2. Ceramidase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Sequenzen Seq. ID No 1, 2 und/oder 3 umfassen.
3. Nucleinsäure kodierend für Ceramidase gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, insbesondere eine Nucleinsäure mit der Sequenz der Seq. ID No 4, 5 und/oder 6.
4. Nucleinsäure dadurch gekennzeichnet, dass sie komplementär zur Nucleinsäure gemäß Anspruch 3 sind.
5. Arznei-, Kosmetik- oder Diagnostikmittel enthaltend eine Ceramidase gemäß Anspruch 1 oder 2 oder eine Nucleinsäure gemäß Anspruch 3 oder 4.
6. Verwendung des Arznei- oder Diagnostikmittels gemäß Anspruch 5 zur Diagnostik von Erkrankungen, die mit einem Ceramidase-Defekt verbunden sind, zur Behandlung oder Prävention von Erkrankungen, die mit einem Ceramidase-Defekt verbunden sind, insbesondere im Zusammenhang mit Krankheiten, die mit gestörter Zellproliferation einhergehen (z.B. Krebs), Krankheiten, die mit einer Störung der Ceramidschicht der Haut einhergehen wie Neurodermitis, Ekzem, Psoriasis sowie zur gezielten Beeinflussung der Permeabilitätsbarriere durch Ceramidase bzw. Ce- ramidase-Aktivatoren, z.B. zur transkutanen Verabreichung von Substanzen.
7. Verwendung des Arznei- oder Diagnostikmittels gemäß Anspruch 5 zur Diagnostik von Ichthyose, insbesondere Lamellarer Ichthyose ICR2B.
8. Verwendung der Ceramidase nach Anspruch 1 oder 2 als Kosmetikmittel.
9. Transgenes Tier mit Überexpression (gain of function) oder Gendefizienz oder Gendefekt (loss of function) für eine Ceramidase nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
10. Zelllinie, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ceramidase nach einem der Ansprüche 1 oder 2 überexprimiert.
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