WO2003073103A1 - Verfahren zum nachweis von erkrankungen, die auf defekten des proteins cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (cftr) beruhen - Google Patents

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WO2003073103A1
WO2003073103A1 PCT/EP2003/001904 EP0301904W WO03073103A1 WO 2003073103 A1 WO2003073103 A1 WO 2003073103A1 EP 0301904 W EP0301904 W EP 0301904W WO 03073103 A1 WO03073103 A1 WO 03073103A1
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cftr
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Hermann Schillers
Hans Oberleithner
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Hermann Schillers
Hans Oberleithner
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    • G01N2800/00—Detection or diagnosis of diseases
    • G01N2800/38—Pediatrics
    • G01N2800/382—Cystic fibrosis

Definitions

  • the invention relates to non-genetic detection methods and agents for diseases that are based on defects in the CFTR, in particular for the disease of cystic fibrosis, respectively.
  • cystic fibrosis (English: cystic fibrosis or CF) and claims the priority of German patent applications 102 08 293.6 and 102 16 160.7, to which reference is made in terms of content.
  • cystic fibrosis also called cystic fibrosis - is one of the most common genetic diseases. The frequency of the disease occurs in around 1: 2500 of the newborns, with different regional frequencies.
  • Cystic fibrosis is inherited in an autosomal recessive manner and is due to a defect in the long arm of chromosome 7. It affects the gene that codes for the protein CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), a membrane transport protein.
  • CFTR cystic fibrosis transmembrane conductance regulator
  • the main characteristic of this serious illness is a general malfunction of epithelia, all exocrine glands, the lungs and the digestive tract. The disease manifests itself by an increased viscosity of the secretions of the mucous glands in the lungs and in the pancreas.
  • cystic fibrosis is treated by enzyme substitution, targeted antibiotic administration and physiotherapy treatment (Tapping massage).
  • the disease is not curable. People suffering from cystic fibrosis suffer from a considerable reduction in their quality of life and, despite the good medical care available today, generally only reach an age of around 40 years.
  • the origin of the disease has not yet been clearly clarified.
  • the affected gene codes for a chloride channel located predominantly in the membrane of epithelial cells.
  • a large number of different mutations which lead to increased mucus viscosity and a changed composition of the secretions have been described (Pschyrembel, Klinisches Wörterbuch, 258th edition).
  • the most common mutation is the deletion of phenylalanine at position 508 ( ⁇ F508).
  • the disease can also develop in heterozygous carriers with different degrees of severity and also in advanced age. About 4% of the white population in Europe and the USA carry a heterozygote CFTR mutation.
  • CFTR has a considerable influence on the regulation of the cell volume. In cells in which the CFTR function is not disturbed, this intervenes in an autocrine mechanism which is controlled by the release of and the signal transmission by ATP (adenosine triphosphate) via a separate ion channel. A hypotonic medium causes water to flow inwards. The resulting cell swelling activates the CFTR, which in turn triggers ATP transport out of the cell. The extracellular ATP activates purinergic receptors, which stimulate the phospholipase C (PLC) in the cell to form inositol triphosphate (IP 3 ). The inositol triphosphate increases the intracellular concentration of calcium ions (Ca 2+ ).
  • PLC phospholipase C
  • IP 3 inositol triphosphate
  • WO00 / 13713 title Macroscopic sweat test for cystic fibrosis). An increased chloride concentration is found in CF patients. The sweat test often gives unclear results. It is also very time-consuming and personnel-intensive and therefore expensive.
  • the CF diagnosis can be made by examining the salivary secretion and by
  • Another way of diagnosing cystic fibrosis is to recognize the mutation via direct gene analysis (patent no .: W094 / 15218, title: Detection of cystic fibrosis or a gene mutation).
  • the genetic analysis only allows very limited conclusions to be drawn about functional disorders. So far, hundreds of different CFTR mutations are known, which lead to more or less well-developed clinical pictures. In the genetic analyzes, however, only about 15 different mutations are examined, which only cause about 80% of all CF diseases.
  • the known detection methods are partly expensive and show the disadvantage that they do not allow reliable and therefore no reliable newborn screening for cystic fibrosis. Genetic testing is possible in newborns, but does not allow a statement about the functional extent of the CFTR defect in the case of a heterozygous mutation. The sweat test is associated with considerable fluctuations. The measurement of the immunoreactive trypsin and the measurement of the albumin in the meconium are not very reliable.
  • CF diseases can only be reliably identified at a late point in time.
  • babies are treated with suspected antibiotics, which causes costs and can lead to health problems.
  • the clinical picture in the various degrees of severity can only manifest itself in adolescence or even later in adulthood and is therefore not amenable to successful early treatment.
  • pancreatic diseases which are associated with mutations in the CFTR gene.
  • the invention is based on the object of providing a suitable method for reliably detecting the diseases which are based on defects in the CFTR, in particular the cystic fibrosis, as early as possible.
  • the object is achieved by detection methods according to claims 1 to 3, which are suitable for determining diseases based on a defect of the CFTR by cell lysis of non-defective cells.
  • the determination is made according to claim 2 by preventing the CFTR-dependent.
  • Volume regulation through e.g. Blockade of the ATP release and according to claim 3 by activation (opening) of CFTR-dependent. ion channels of the non-defective cells.
  • a non-defective cell is able to control and regulate its cell volume under interlocking mechanisms via the inflow and outflow of ions and water under physiological conditions.
  • chloride flows into the cell after introduction into a 155 mM potassium chloride medium, among other things, via the functional CFTR.
  • the invention according to claim 2 is based on the idea of influencing, for.
  • B. Blockage of CFTR-dependent ATP-transporting channels expressed in the cell membrane to prevent regulated volume reduction (RVD).
  • Incoming potassium and chlorine ions accumulate in the functional, non-defective cell, which leads to the lysis of the blood cells due to the accompanying influx of water. lysis in the case of defective blood cells which already lack the inward transport of the ions.
  • CFTR is not found in the cell membrane of cystic fibrosis patients with a homozygous ⁇ F508 mutation.
  • small amounts of functional CFTR can be found in the membrane that transport chloride and are involved in volume regulation.
  • the amount of functional CFTR molecules in the cell membrane is inversely proportional to the severity of the disease. Blocking the CFTR-dependent ATP transporting channels prevents the CFTR-dependent RVD.
  • the contribution of the CFTR-dependent RVD to the total RVD is proportional to the amount of functional CFTR molecules present in the membrane.
  • the more functional CFTR in the membrane the greater the contribution of the CFTR-dependent RVD to the total RVD and the greater the hemolysis after blockage of the CFTR-dependent RVD.
  • the degree of hemolysis after blocking the CFTR-dependent RVD is therefore a measure of the functional CFTR molecules present in the cell membrane. Since the amount of functional CFTR molecules present in the cell membrane is inversely proportional to the severity of the disease in cystic fibrosis patients, the degree of hemolysis after blocking the CFTR-dependent RVD is a measure of the severity of the disease. Accordingly, the measurement of hemolysis after blocking the CFTR-dependent RVD allows a determination of the severity of cystic fibrosis.
  • the object is achieved by a detection method according to claim 3, which is particularly suitable for diagnosing diseases based on a defect in the CFTR by determining defective blood cells based on cell lysis of non-defective blood cells by activating (opening) certain ion channels of the non-defective blood cells ,
  • the invention according to claim 3 is based on the idea, in particular by activating certain CFTR-dependent ion channels in non-defective blood cells, through which anions such.
  • anions such as iodide (I), bromide (Br “ ), chloride (Cf), fluoride (F “ ), gluconate (gluconic acid anion), rhodanide (SCN “ ) and taurine flow into the non-defective blood cells, a lysis of not to cause defective blood cells.
  • CFTR-dependent ion channels either not available or cannot be activated. Therefore, there is no influx of anions such.
  • anions such as e.g., iodide, bromide, chloride, fluoride, gluconate and rhodanide as well as taurine
  • anions such as e.g., iodide, bromide, chloride, fluoride, gluconate and rhodanide as well as taurine
  • the distinction between defective and non-defective blood cells can also be made in 155 mM solutions containing iodide, bromide, fluoride, gluconate, rhodanide or taurine contain.
  • the blood cells with defective ion channels are not subject to lysis.
  • DIDS 4,4' -Diisothiocyanato-stilbene-2,2, -disulfonic acid, sodium salt.
  • DIDS is dissolved in DMSO (0.1 M) and stored in the refrigerator for 4 weeks at 4 ° C. This storage of DIDS creates a hydrolysis product of DIDS from residual water contained in DMSO.
  • SITS 4-acetamido-4'-isothiocyanato-stilbene-2,2'-disulfonic acid
  • DADS 4-amino-4'-isothiocyanato-stilbene-2,2'-disulfonic acid
  • Partial hydrolysis of SITS produces the 4-amino-4'-isothiocyanato-stilbene-2,2'-disulfonic acid and acetic acid (FIG. 5):
  • sDIDS 4-Amino-4 '-lsothiocyanato-stilbene-2,2-disulfonic acid
  • sDIDS The product of the partial hydrolysis of 4,4'-diisothiocyanato-dihydrostilbene-2,2'-disulfonic acid, sodium salt (H 2 DIDS) also acts like sDIDS. It differs from sDIDS only by a single bond of the carbon atoms between the phenyl rings in contrast to a double bond in sDIDS.
  • the transmembrane current of a cell is measured at a given voltage.
  • the intracellular voltage was kept between -90 and +10 mV for 0.5 s and increased in 10 mV steps (8.d).
  • the currents of a cell occurring during this voltage curve are shown in FIGS. 8a-8c.
  • 8a shows the basic current of an untreated cell (control).
  • Treatment with sDIDS increases the conductivity of the cell membrane of this cell and thus the current (8b).
  • the current is plotted as a function of the applied voltage, the slope of the curve being a measure of the conductivity.
  • the new channel protein allows ions such as For example: iodide, bromide, chloride, fluoride, gluconate, rhodanide and taurine.
  • this channel protein is dependent on the CFTR, since in the blood cells of CF patients with sDIDS no conductivity of ions such as e.g. For example: iodide, bromide, chloride, fluoride, gluconate, rhodanide and taurine can be activated.
  • SDAC SDAC activatable anion channel
  • the detection method according to the invention can preferably be used with blood cells.
  • the use of reticulocytes and young erythrocytes is particularly advantageous.
  • Reticulocytes are the precursor cells of the red blood cells, the erythrocytes. They are formed in the bone marrow and are called reticulocytes from the moment they enter the bloodstream. They have cell organelles and membrane transport systems. After about three days, the reticulocytes have matured into young erythrocytes, with the loss of their cell organelles and part of their membrane transport systems. Erythrocytes remain in the bloodstream for around 100 days and lose more and more of their membrane-bound proteins during this time. Since the erythrocytes have no cell nucleus, the new synthesis of proteins is not possible. The percentage of reticulocytes in whole blood is 0.4 to 2% of blood cells in adults and up to 10% in newborns.
  • the method according to the invention of influencing the volume regulation of blood cells by blocking transmembrane proteins or causing a strong volume uptake and lysis of non-defective blood cells by activating CFTR-dependent ion channels can be used for a large number of other examination methods to find other channel defects, e.g. Bartter syndrome.
  • Bartter syndrome is an inherited, kidney-damaging disease that can lead to paralysis, over-watering and general weakening of the body.
  • the detection method according to the invention has the advantage over the standard methods used hitherto that it can be used quickly, easily, with large sample throughput and thus inexpensively.
  • the test material in the form of small amounts of patient blood, is readily available and can be easily obtained and processed using the usual facilities and equipment of a hospital laboratory. With postnatal A newborn screening can be performed without an invasive procedure after the umbilical blood has been drawn.
  • blood cells are first obtained from whole blood by centrifugation.
  • the blood cells are washed once with isotonic saline solution and then in a solution consisting of 155 mM KCI, 10 mM HEPES buffer (4- (2-hydroxyethyl) piperazine-1-ethanesulfonic acid) (pH 7.4) and 100 mM GdCI 3 , resuspended.
  • This solution is incubated for 60 min with shaking at 37 ° C. and the hemoglobin released is then determined in the solution.
  • the reticulocytes and the young erythrocytes burst from the blood of healthy volunteers and release their hemoglobin; they hemolyze under the chosen conditions.
  • Hemolysis is determined by visual inspection and quantified by absorption measurement at a wavelength of 546 nm. A reticulocyte count can also be made in the smear. This means that the test can also be carried out by any resident doctor who may not have the equipment of a hospital laboratory.
  • Gd 3+ as an ATP release inhibitor provides an inexpensive and easy-to-use chemical.
  • the test can give a reliable result within an hour. In this case, the labor and material costs are particularly low.
  • chloride ions flow into the blood cell. Healthy blood cells react to this with an autocrine signaling cascade that is started by CFTR-dependent ATP release and leads to the release of osmolytes. Influx and efflux are in balance. This CFTR-dependent ATP release is due to the addition of the chemical gadolinium chloride (GdCI 3 ) can be inhibited, which results in the accumulation of chloride ions in the cell.
  • GdCI 3 chemical gadolinium chloride
  • lanthanum ions La 3+
  • LaCI 3 lanthanum chloride
  • SAC stress activatable cation channel
  • the method according to method 2 is carried out analogously to the exemplary embodiment according to method 1, but the blood cells are resuspended in a solution consisting of 155 mM KCl, 10 mM HEPES buffer (pH 7.4) and 100 ⁇ M sDIDS. This solution is incubated for 60 min with shaking at 37 ° C. and the hemoglobin released is then determined in the solution.
  • chloride ions in non-defective blood cells flow into the blood cell through the anion channel activated by sDIDS.
  • Hemolysis can be detected photometrically.
  • This method can also be carried out with 10 mM HEPES-buffered solution (pH 7.4) containing 155 mM iodide, bromide, fluoride, gluconate or rhodanide as an anion.
  • the CF test can also be used in whole blood. As a result, the test procedure gains additional possible uses, since it is even easier and faster to carry out.
  • a particular advantage of the test described is that it is the first time that a healthy CFTR protein can be functionally distinguished from a mutated diseased CFTR protein and thus reliably detect heterozygous CFTR mutations that lead to physiological changes.
  • the method according to the invention is a functional test, less expensive and, because it can be carried out quickly, allows a high sample throughput, which is particularly important in screening.
  • the method according to the invention in the context of a newborn screening can, for example, limit the consequential damage and consequently the consequential costs of the cystic fibrosis and make meaningful risk assessments for the patients concerned.
  • the earliest possible diagnosis enables pathological changes in the lungs and digestive tract to be avoided or at least to be positively influenced in their expression, since serious complications due to intestinal disorders with fatal outcome can often be observed, especially in the first year of life.
  • death occurs increasingly as a result of lung involvement, including heart failure, due to the overloading of the pulmonary circulation.
  • sensible therapy that is initiated in good time and the avoidance of the administration of unsuitable antibiotics allows a significant improvement in the quality of life and consequently an increase in the life expectancy of CF patients.
  • Fig. 3 Mass spectrum of the improperly stored solution of DIDS in DMSO (0.1 M).
  • Fig. 4 partial hydrolysis of DIDS
  • Fig. 6 Polymerization of DIDS and 4-amino-4 ' isothiocyanato stilbene 2,2 ' disulfonic acid
  • Fig. 7 4-Amino-4-isothiocyanato-Dihydrostilben-2,2 " -disulfonic acid, disodium salt
  • Fig. 8 Current-voltage relationship of Calu-3 cells, measured with the patch-clamp technique in the whole-cell configuration.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Membrankanaldefekten in Zellen durch Vergleich von defekten mit nicht defekten Zellen mit folgenden Schritten: Beeinflussung der Volumenregulation der Zellen, Erfassen einer daraus resultierenden veränderten Volumenregulation bei nicht defekten Zellen, Ermitteln des Vorhandenseins von defekten Zellen mit abweichender Änderung des Volumens, um eine geeignete Methode zur Verfügung zu stellen, die Erkrankungen, die auf Defekte des CFTR beruhen, insbesondere die zystische Fibrose, zu einem möglichst frühen Zeitpunkt zuverlässig nachzuweisen.

Description

"Verfahren zum Nachweis von Erkrankungen, die auf Defekten des Proteins cvstic fibrosis transmembrane conductance reαulator (CFTR) beruhen"
Die Erfindung betrifft nicht-genetische Nachweisverfahren und -mittel für Erkrankungen, die auf Defekte des CFTR beruhen, insbesondere für die Erkrankung der Mukoviszidose resp. zystischen Fibröse (engl.: cystic fibrosis oder CF) und nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 102 08 293.6 und 102 16 160.7 in Anspruch, auf die inhaltlich Bezug genommen wird.
Verschiedene auf Defekte des CFTR basierende Krankheiten, wie beispielsweise die zystische Fibröse, das kongenitale Fehlen des Vas Deferenz und einige Formen der Pankreatitis sind bekannt. Die zystische Fibröse - auch Mukoviszidose genannt - stellt eine der am häufigsten vorkommenden genetisch-bedingten Erkrankungen dar. Die Krankheit tritt in regional unterschiedlicher Häufigkeit bei ca. 1 : 2500 der Neugeborenen auf.
Mukoviszidose wird autosomal rezessiv vererbt und geht auf einen Defekt am langen Arm des Chromosoms 7 zurück. Betroffen ist das Gen, das für das Protein CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), ein Membrantransportprotein kodiert. Das Hauptmerkmal dieser schwerwiegenden Erkrankung ist eine allgemeine Fehlfunktion von Epithelien, aller exokrinen Drüsen, der Lunge und des Verdauungstraktes. Die Krankheit äußert sich durch eine erhöhte Viskosität des Sekrets der mukösen Drüsen in der Lunge und in der Bauchspeicheldrüse. Im fortschreitenden Krankheitsverlauf kommt es zu erheblichen anatomischen Veränderungen, die schwere Komplikationen im Bereich der Atemwege, wie zum Beispiel chroni- sehe Infektionen mit Emphysem der Lunge und schwerwiegende Störungen der Verdauung (Malabsorption) mit Flüssigkeits- und Elektrolytverlusten zur Folge haben. Die Behandlung der zystischen Fibröse erfolgt durch Enzymsubstitution, gezielte Antibiotikagaben und physiotherapeutische Behandlung (Klopfmassage). Die Krankheit ist nicht heilbar. Mukoviszidose-Kranke leiden unter einer erheblichen Einschränkung ihrer Lebensqualität und erreichen trotz der heute guten medizinischen Betreuung in der Regel nur ein Lebensalter von ca. 40 Jahren.
Die Krankheitsentstehung ist noch nicht eindeutig geklärt. Das betroffene Gen kodiert für einen in der Membran vorwiegend epithelialer Zellen lokalisierten Chlorid-Kanal. Eine Vielzahl unterschiedlicher Mutationen, die zu erhöhter Schleimviskosität und einer veränderten Zusammensetzung der Se- krete führen, ist beschrieben (Pschyrembel, Klinisches Wörterbuch, 258. Auflage). Die häufigste Mutation ist die Deletion von Phenylalanin an Position 508 (ΔF508). Neben der homozygoten Form der Mukoviszidose kann sich die Krankheit auch bei heterozygoten Genträgern mit unterschiedlichem Schweregrad und auch noch im fortgeschrittenen Lebensalter entwickeln. Etwa 4 % der weißen Bevölkerung Europas und der USA tragen eine he- terozygote CFTR-Mutation.
Aus der Literatur ist bekannt, daß bei CF-Patienten mit der homozygoten Mutation ΔF508 das CFTR-Protein die Plasmamembran der Zellen entweder nicht erreicht oder nur in unzureichendem Maße in der Membran verankert wird. Ein solches CFTR-Protein ist dann funktionsunfähig.
Aus der Literatur ist weiterhin bekannt, daß der CFTR einen erheblichen Einfluß auf die Regulation des Zellvolumens hat. In Zellen, in denen die CFTR- Funktion nicht gestört ist, greift dieser in einen autokrinen Mechanismus ein, der durch die Freisetzung von und die Signalübertragung durch ATP (Adenosintriphosphat) über einen separaten lonenkanal gesteuert wird. Ein hypotones Medium bewirkt einen zelleinwärts gerichteten Wassereinstrom. Die daraus resultierende Zellschwellung aktiviert den CFTR, der wiederum einen ATP-Transport aus der Zelle heraus auslöst. Das extrazelluläre ATP aktiviert purinerge Rezeptoren, die in der Zelle die Phospolipase C (PLC) zur Bildung von Inositoltriphosphat (IP3) anregen. Das Inositoltriphosphat erhöht die intrazelluläre Konzentration an Kalziumionen (Ca2+). Eine erhöhte intrazelluläre Kalziumionenkonzentration aktiviert die kalziumabhängigen Kalium- und Chlorid-Kanäle sowie Kanäle für Osmolyte, wie beispielsweise Taurin. Daraufhin verlassen Kalium- und Chloridionen die Zelle. Durch diesen Netto- salzverlust strömt Wasser osmotisch hinterher. In der Folge schrumpft die Zelle (Braunstein, G. B. et al., The Journal of Biological Chemistry, Vol. 276, No. 9, Issue of March 2, pp. 6621-6630, 2001 ). Dieser Vorgang wird als regulierte Volumenverminderung, engl.: regulatory volume decrease (RVD) bezeichnet. Es wurde gezeigt, dass humane rote Blutzellen nach mechani- scher Deformation CFTR-abh. ATP freisetzen (Sprague RS, Ellsworth ML, Stephenson AH, Kleinhenz ME, Lonigro AJ, Deformation-induced ATP re- lease from red blood cell requires cystic fibrosis transmembrane conductance regulator activity. American Journal of Physiology, 275:H1726-H1732, 1998). Es wurde gezeigt, dass in hypotonen Medien die roten Blutzellen ei- niger Spezies ihr Volumen ATP abhängig regulieren, humane rote Blutzellen jedoch nicht. (Light DB, Capes TL, Gronau RT, Adler MR. Extracellular ATP stimulates volume decrease in Necturus red blood cell. American Journal of Physiology, Sep;277(3 Pt 1 ):C480-91 , 1999).
Methoden der CF-Diagnostik:
1 ) Bislang erfolgt die Diagnose der zystischen Fibröse unter Anderem aufgrund einer Schweißuntersuchung, bei der die CFTR-abhängige Chlorid-Resorption der Epithelzellen des Schweißganges durch Bestim- mung der Chlorid-Konzentration im Schweiß ermittelt wird (Patent-Nr.:
WO00/13713 Titel: Macroscopic sweat test for cystic fibrosis). Bei CF- Patienten wird eine erhöhte Chlorid-Konzentration gefunden. Der Schweißtest liefert häufig unklare Ergebnisse. Er ist zudem sehr zeit- und personalaufwendig und somit teuer.
2) Weitere Methoden sind die Messung des durch die Pankreasinsuffi- zienz bei CF-Patienten in das Blut gelangten immunreaktiven Trypsins (Patent-Nr.: AU 6445186, Titel: Detection of immunreactive trypsin and cystic fibrosis using monoclonal antibody) und
3) der Nachweis einer Erhöhung des Albumingehaltes im Mekonium (Kindspech) von Säuglingen (Patent-Nr.: US 3,902,847, Titel: Diagno- stic device and method for the diagnosis of mucoviscidosis (cystic fibrosis)).
4) Darüber hinaus kann die CF-Diagnose über die Untersuchung des Speicheldrüsensekrets und durch
5) die zwar genaue, aber aufwendige und damit bisher wenig angewandte transepitheliale Potentialmessung an der Nasenschleimhaut vorgenommen werden.
6) Eine weitere Möglichkeit der Diagnose der zystischen Fibröse besteht in der Erkennung der Mutation über die direkte Genanalyse (Patent-Nr.: W094/15218, Titel: Detection of cystic fibrosis or a gene mutation). Die genetische Untersuchung läßt allerdings nur sehr begrenzt auf funktio- nelle Störungen rückschließen. Es sind bisher viele hundert verschiedene CFTR-Mutationen bekannt, die zu mehr oder minder ausgebildeten klinischen Bildern führen. In den genetischen Analysen wird jedoch nur auf ca. 15 verschiedene Mutationen untersucht, die nur etwa 80 % aller CF-Erkrankungen hervorrufen.
7) Es wurde ein CF-Test angeregt, bei dem durch mechanische Deformation von Erythrozyten freigesetztes ATP mit dem Luziferin-Luziferase- Assay gemessen werden soll. Dieses basiert auf der Beobachtung einer Beziehung zwischen CFTR und ATP-Sekretion. (Verloo, P. et al., Pediatric Pulmonology, Suppl. 20:72 (2000)). 8) Weitere Methoden basieren auf Unterschiede zwischen CF und nicht- CF in der Kinetik einiger Enzyme, wie z.B. der NADH-Dehydrogenase der Mitochondrien (Patent-Nr.: PCT/US80/00370, Titel: Cystic fibrosis detection method), die z.B. im Lymphozytenhomogenisat gemessen werden kann.
9) Das Enzym Hydrolase von CF-Patienten zeigt unter bestimmten Testbedingungen eine schnellere Inaktivierungskinetik als die Hydrolase von gesunden Probanden (Patent-Nr.: US 4,469,788, Titel: In vitro dia- gnosis of cycstic fibrosis).
Die bekannten Nachweisverfahren sind z.T. teuer und zeigen den Nachteil, daß sie wenig zuverlässig und somit kein zuverlässiges Neugeborenen- Screening auf Mukoviszidose erlauben. Die genetische Untersuchung ist bei Neugeborenen möglich, erlaubt aber bei heterozygoter Mutation keine Aussage über das funktionelle Ausmaß des CFTR-Defektes. Der Schweißtest ist mit erheblichen Schwankungen verbunden. Die Messung des immunreaktiven Trypsins und die Messung des Albumins im Mekonium sind wenig verläßlich.
Durch eine möglichst frühzeitige - am effektivsten beim Neugeborenen - durchgeführte verläßliche Diagnose der zystischen Fibröse könnte eine zielgerichtete Behandlung ab dem ersten Lebenstag die gesundheitliche Situation der Patienten verbessern und damit die Lebenserwartung deutlich erhö- hen, da sich in diesem Fall die schwerwiegenden, krankheitsbedingten anatomischen Veränderungen weniger stark ausprägen würden.
Da die Standardverfahren keine sichere frühzeitige Diagnose der zystischen Fibröse erlauben, können CF-Erkrankungen aber erst zu einem späten Zeitpunkt sicher erkannt werden. In der klinischen Praxis werden Säuglinge in begründeten Verdachtsfällen insbesondere mit Antibiotika behandelt, was Kosten verursacht und zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen kann. Bei den heterozygoten CF-Mutationen kann sich das Krankheitsbild in den verschiedenen Schweregraden erst in der Jugend oder noch später im Erwachsenenalter manifestieren und ist somit einer erfolgreichen Frühbehandlung nicht zugänglich. Des weiteren existieren Krankheitsbilder, wie zum Beispiel bestimmte Pankreas-Erkrankungen, die mit Mutationen des CFTR- Gens in Zusammenhang gebracht werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Methode zur Verfügung zu stellen, die Erkrankungen, die auf Defekte des CFTR beruhen, insbesondere die zystische Fibröse, zu einem möglichst frühen Zeitpunkt zuverlässig nachzuweisen.
Die Aufgabe wird gelöst durch Nachweisverfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, die geeignet sind, auf einen Defekt des CFTR beruhende Krankheiten durch Zelllyse nicht defekter Zellen zu bestimmen. Die Bestimmung erfolgt nach Anspruch 2 durch Verhinderung der CFTR-abh. Volumenregulation durch z.B. Blockade der ATP-Freisetzung und nach Anspruch 3 durch Aktivierung (Öffnung) von CFTR-abh. lonenkanälen der nicht defekten Zellen.
Beispiel für ein Nachweisverfahren gemäß Anspruch 2 für Blutzellen:
Eine nicht defekte Zelle ist in der Lage, unter physiologischen Bedingungen ihr Zellvolumen durch ineinandergreifende Mechanismen über den Einstrom und den Ausstrom von Ionen und Wasser zu kontrollieren und zu steuern. In nicht defekten Blutzellen strömt Chlorid nach Einbringen in ein 155 mM Kaliumchlorid-Medium unter anderem über den funktionsfähigen CFTR in die Zelle. Der Erfindung gemäß Anspruch 2 liegt nun der Gedanke zugrunde, durch die Beeinflussung, z. B. Blockade, in der Zellmembran exprimierter, CFTR-abhängiger ATP-transportierender Kanäle die regulierte Volumenver- minderung (RVD) zu verhindern. Einströmende Kalium- und Chloπdionen akkumulieren in der funktionsfähigen nicht defekten Zelle, was durch den damit einhergehenden Wassereinstrom zur Lyse der Blutzellen führt, wäh- rend die Lyse bei defekten Blutzellen, denen es bereits an dem Einwärtstransport der Ionen fehlt, ausbleibt. Dies ist insbesondere für CF-Blut- zellen der Fall, bei denen durch den CFTR-Defekt keine Chlorid-Ionen über den CFTR in die Blutzellen einströmen und deren RVD CFTR-unabhängig ist. Infolgedessen kann sich in der Zelle auch kein Überdruck aufbauen; die Blutzellen mit defekten lonenkanälen, insbesondere die Blutzellen von CF- Patienten unterliegen keiner Lyse.
Bei den Mukoviszidose-Kranken mit einer homozygoten ΔF508 Mutation be- findet sich das CFTR nicht in der Zellmembran. Bei heterozygoten Mutationen und anderen Mutationen als ΔF508 können sich kleine Mengen funktionsfähigen CFTR in der Membran befinden, die Chlorid transportieren und an der Volumenregulation beteiligt sind. Dabei ist die Menge der in der Zellmembran vorhandenen funktionsfähigen CFTR-Moleküle umgekehrt propor- tional zum Schweregrad der Erkrankung. Durch die Blockade der CFTR-abhängigen ATP-transportierenden Kanäle wird die CFTR-abhängige RVD verhindert. Der Beitrag der CFTR-abhängigen RVD zur gesamten RVD ist proportional zur Menge der in der Membran vorhandenen funktionsfähigen CFTR-Moleküle. Je mehr funktionsfähiger CFTR in der Membran ist, desto größer ist der Beitrag der CFTR-abhängigen RVD zur gesamten RVD und desto größer ist die Hämolyse nach Blockade der CFTR-abhängigen RVD. Daher ist das Maß der Hämolyse nach Blockade der CFTR-abhängigen RVD ein Maß für die in der Zellmembran vorhandenen funktionsfähigen CFTR- Moleküle. Da bei den Mukoviszidose-Kranken die Menge der in der Zell- membran vorhandenen funktionsfähigen CFTR-Moleküle umgekehrt proportional zum Schweregrad der Erkrankung ist, ist das Maß der Hämolyse nach Blockade der CFTR-abhängigen RVD ein Maß für den Schweregrad der Erkrankung. Dementsprechend erlaubt die Messung der Hämolyse nach Blockade der CFTR-abhängigen RVD eine Bestimmung des Schweregrades der Mukoviszidose. Untersuchungen des Blutes von gesunden Personen, Mukoviszidose-Pati- enten und postnatal aus der Nabelschnur entnommenen Blutproben von Neugeborenen (Nabelschnur-Blut) bestätigen die einfache Durchführbarkeit und die gute Aussagekraft des erfindungsgemäßen Testverfahrens, bei dem Gd3+ zur Blockade der Volumenregulation eingesetzt wird. Die statistische Auswertung der bisherigen Untersuchungsergebnisse mit 22 CF-Patienten und 87 gesunden Probanden sowie 59 Neugeborenen (Nabelschnur-Blut) zeigt eine eindeutige Zunahme des Hämolysegrades nach Zugabe von Gd3+ bei den gesunden Probanden und beim Nabelschnur-Blut. Bei den CF-Pati- enten wird eine nur geringfügige Zunahme des Hämolysegrades nach Gd3+- Applikation verzeichnet. Von den 87 gesunden Probanden wurden 75 als nicht-CF erkannt, d.h. richtig negativ (86%), und 12 wurden als CF erkannt, d.h. falsch positiv (14%). Von den 22 CF-Patienten wurden 18 als CF erkannt, d.h. richtig positiv (82%), und 4 wurden als nicht-CF erkannt, d.h. falsch negativ (18%). Von den 59 Neugeborenen wurden 57 als nicht-CF erkannt, d.h. richtig negativ (97%), und 2 wurden als CF erkannt, d.h. falsch positiv (3%) (Fig. 1 ).
Beispiel für ein Nachweisverfahren gemäß Anspruch 3 für Blutzellen:
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Nachweisverfahren gemäß Anspruch 3, das insbesondere geeignet ist, auf einen Defekt des CFTR beruhende Krankheiten durch eine auf einer Zelllyse nicht defekter Blutzellen basierende Ermittlung von defekten Blutzellen durch Aktivierung (Öffnung) von bestimmten lonenkanälen der nicht defekten Blutzellen zu diagnostizieren.
Der Erfindung gemäß Anspruch 3 liegt nun der Gedanke zugrunde, insbesondere durch Aktivierung von bestimmten CFTR-abhängigen lonenkanälen in nicht defekten Blutzellen, durch die Anionen wie z. B.: lodid (I ), Bromid (Br"), Chlorid (Cf), Fluorid (F"), Gluconat (Gluconsäure-Anion), Rhodanid (SCN") und Taurin in die nicht defekten Blutzellen einströmen, eine Lyse der nicht defekten Blutzellen hervorzurufen. In defekten Blutzellen sind diese CFTR-abhängigen lonenkanäle nicht vorhanden oder nicht aktivierbar. Deshalb kommt es nicht zum Einstrom von Anionen wie z. B.: lodid, Bromid, Chlorid, Fluorid, Gluconat, Rhodanid und Taurin in die defekte Zelle. Infolgedessen kann sich in der Zelle auch kein Überdruck aufbauen; die Blutzellen mit defekten CFTR, insbesondere die Blutzellen von CF-Patienten unterliegen keiner Lyse.
Da dieser CFTR-abhängige lonenkanal in nicht defekten Blutzellen Anionen wie z. B.: lodid, Bromid, Chlorid, Fluorid, Gluconat und Rhodanid sowie Tau- rin durchläßt, kann die Unterscheidung zwischen defekten und nicht defekten Blutzellen auch in 155 mM Lösungen erfolgen, die als Anion lodid, Bromid, Fluorid, Gluconat, Rhodanid oder Taurin enthalten.
Die Blutzellen mit defekten lonenkanälen, insbesondere die Blutzellen von CF-Patienten unterliegen keiner Lyse.
Die statistische Auswertung der Untersuchungsergebnisse mit 48 CF-Patienten und 148 gesunden Probanden sowie 82 Neugeborenen (Nabelschnur- Blut), zeigt eine eindeutige Zunahme des Hämolysegrades nach Zugabe von sDIDS (4-Amino-4'-lsothiocyanato-Stilben-2,2,-Disulfonsäure wird im folgenden sDIDS genannt) bei den gesunden Probanden und beim Nabelschnur- Blut. Bei den CF-Patienten kann eine nur geringfügige Zunahme des Hämolysegrades nach sDIDS-Applikation verzeichnet werden. Von den 148 gesunden Probanden wurden 119 als nicht-CF erkannt, d.h. richtig negativ (80,4%), und 29 wurden als CF erkannt, d.h. falsch positiv (19,6%). Von den 48 CF-Patienten wurden alle 48 als CF erkannt, d.h. richtig positiv (100%). Von den 82 Neugeborenen wurden 80 als nicht-CF erkannt, d.h. richtig negativ (97,5%), und 2 wurden als CF erkannt, d.h. falsch positiv (2,5%) (Fig. 2).
Die Aktivierung eines bestimmten CFTR-abhängigen lonenkanals, der Anionen wie z. B.: lodid, Bromid, Chlorid, Fluorid, Gluconat, Rhodanid und Taurin durchläßt, gelingt mit einer Substanz, die durch besondere Behandlung von DIDS (4,4'-Diisothiocyanato-Stilben-2,2,-Disulfonsäure, Natriumsalz) entsteht. DIDS wird in DMSO gelöst (0,1 M) und für 4 Wochen bei 4°C im Kühlschrank gelagert. Durch diese Lagerung von DIDS entsteht ein Hydrolyseprodukt von DIDS durch in DMSO enthaltenem Restwasser. Untersuchungen dieser Lösung mit massenspektrometrischen Methoden zeigen, dass neben DIDS auch 4,4 -Diamino-Stilben-2,2'-Disulfonsäure (DADS) und 4- Amino^-Isothiocyanato-Stilben^^-Disulfonsäure in der Lösung vorhanden sind (Fig. 3).
Durch partielle Hydrolyse von DIDS entsteht die 4-Amino-4'-lsothiocyanato- Stilben-2,2'-Disulfonsäure, H2S und C02 (Fig. 4):
4,4*-Diisothiocyanato-Stilben-2,2,-Disulfonsäure, Na+-Salz (DIDS) + 2H20 =>
4-Amino-4'-lsothiocyanato-Stilben-2,2'-Disulfonsäure, Na+-Salz + H2S + C02.
Ebenso führt eine Lagerung von 4-Acetamido-4'-lsothiocyanato-Stilben-2,2'- Disulfonsäure (SITS) in wasserhaltigem DMSO bei 4°C über Wochen zu Hy- drolyseprodukten, so dass in einer solchen Lösung neben SITS auch DADS und 4-Amino-4'-lsothiocyanato-Stilben-2,2'-Disulfonsäure zu finden sind. Durch partielle Hydrolyse von SITS entsteht die 4-Amino-4'-lsothiocyanato- Stilben-2,2'-Disulfonsäure und Essigsäure (Fig. 5):
4-Acetamido-4'-lsothiocyanato-Stilben-2,2,-Disulfonsäure, (SITS) +H20 =>
4-Amino-4'-lsothiocyanato-Stilben-2,2,-Disulfonsäure + Essigsäure
4-Amino-4'-lsothiocyanato-Stilben-2,2,-Disulfonsäure wird für die vorlie- gende Erfindung als sDIDS bezeichnet. Auch das Produkt der partiellen Hydrolyse von 4,4'-Diisothiocyanato-Dihy- drostilben-2,2'-disulfonsäure, Natriumsalz (H2DIDS) wirkt wie sDIDS. Es unterscheidet sich von sDIDS nur durch eine Einfachbindung der Kohlenstoffatome zwischen den Phenylringen im Gegensatz zu einer Doppelbin- düng bei sDIDS.
4,4,-Diisothiocyanato-Dihydrostilben-2,2'-disulfonsäure, Na+-Salz (H2DIDS) + 2H20 =>
4-Amino-4'-lsothiocyanato-Dihydrostilben-2,2"-disulfonsäure, Na+-Salz + H2S + C02
Die Strukturformel ist in Fig. 7 gezeigt.
Bereits 1987 wurde von Horobin, Payne und Jakobsen (Horobin RW, Payne JN, Jakobsen P, Histochemical implications of the biological properties of SITS and some related compounds. Journal of Microscopy, 1987 Apr; 146(1 ):87-96) beschrieben, dass sich SITS und DIDS in wässriger Lösung durch Hydrolyse der Acetamido-Gruppe bzw. einer Isothiocyanat-Gruppe zu 4-Amino-4'-lsothiocyanato-Stilben-2,2"-Disulfonsäure umsetzen. Dieses geschieht bei Raumtemperatur in einer Woche. Nach drei Wochen hat sich durch Hydrolyse der verbleibenden Isothiocyanat-Gruppe das DADS gebildet. Bei Lagerung von DIDS oder SITS in DMSO über mehrere Tage bei Raumtemperatur bilden sich durch Reaktion der Isothiocyanat-Gruppen mit Amino-Gruppen Polymere (Fig. 6). In der Literatur wird die Polymerbildung vom DIDS bereits beschrieben (Schultz BD, Singh AK, Devor DC, Bridges RJ. Pharmacology of CFTR Chloride Channel activity. Physiol Rev. 1999 Jan;79(1 Suppl):S109-44. Review).
Bei den Experimenten zur Entwicklung des Test zeigte sich, dass die beobachtete Reaktion der roten Blutzellen sich nicht mit literaturbekannten Mechanismen erklären läßt. Die Blutzellreaktionen sind nur durch die Existenz eines bislang nicht literaturbekannten Kanalproteins erklärbar. Mittels patch- clamp Technik konnte an einer humanen Atemwegsepithelzelllinie (Calu-3) in der whole-cell-Konfiguration die reversible Aktivierbarkeit einer Leitfähigkeit (Kanalprotein) durch sDIDS beobachtet werden (Fig. 8).
Mit der whole-cell-Konfiguration der patch-clamp Technik wird der trans- membranäre Strom einer Zelle bei vorgegebener Spannung gemessen. Die intrazelluläre Spannung wurde für jeweils 0,5 s auf Werte zwischen von -90 bis +10 mV gehalten und in 10 mV Schritten erhöht (8.d). Die bei diesem Spannungsverlauf auftretenden Strömen einer Zelle sind in 8a - 8c dargestellt. In 8a ist der Grundstrom einer unbehandelten Zelle gezeigt (Kontrolle). Durch Behandlung mit sDIDS steigt die Leitfähigkeit der Zellmembran dieser Zelle und damit der Strom (8b). Nachdem sDIDS aus dem Experiment entfernt wurde (Nachkontrolle), sinkt die Leitfähigkeit der Zellmembran dieser Zelle und damit der Strom (8c). In 8e ist der Strom in Abhängigkeit von der angelegten Spannung aufgetragen, wobei die Steigung der Kurve ein Maß für die Leitfähigkeit ist.
Das neue Kanalprotein lässt Ionen wie z. B.: lodid, Bromid, Chlorid, Fluorid, Gluconat, Rhodanid und Taurin passieren. Zudem ist dieses Kanalprotein vom CFTR abhängig, da in Blutzellen von CF-Patienten mit sDIDS keine Leitfähigkeit von Ionen wie z. B.: lodid, Bromid, Chlorid, Fluorid, Gluconat, Rhodanid und Taurin aktivierbar ist.
Diese Leitfähigkeit wird hier als "sDIDS activatable anion Channel", kurz SDAC, bezeichnet und im folgenden SDAC genannt.
Die bisherigen Untersuchungen des Blutes von gesunden Personen, Muko- viszidose-Patienten und postnatal aus der Nabelschnur entnommenen Blut- proben von Neugeborenen (Nabelschnur-Blut) bestätigen die einfache Durchführbarkeit und die gute Aussagekraft des erfindungsgemäßen Testverfahrens. Das erfindungsgemäße Nachweisverfahren ist vorzugsweise mit Blutzellen einsetzbar. Besonders vorteilhaft zeigt sich der Einsatz von Retikulozyten und jungen Erythrozyten.
Retikulozyten sind die Vorläuferzellen der roten Blutkörperchen, der Erythrozyten. Sie werden im Knochenmark gebildet und ab dem Moment, in dem sie in den Blutkreislauf übertreten, Retikulozyten genannt. Sie verfügen über Zellorganellen und membranäre Transportsysteme. Nach ca. drei Tagen sind die Retikulozyten unter Verlust ihrer Zellorganellen und eines Teils ihrer membranären Transportsysteme zu jungen Erythrozyten gereift. Erythrozyten verweilen ca. 100 Tage im Blutkreislauf und verlieren im Laufe dieser Zeit immer mehr ihrer membranständigen Proteine. Da die Erythrozyten keinen Zellkern haben, ist die Neusynthese von Proteinen nicht möglich. Der Anteil der Retikulozyten im Vollblut beträgt 0,4 bis 2 % der Blutzellen beim Erwachsenen und bis zu 10 % beim Neugeborenen.
Das erfindungsgemäße Verfahren, die Volumenregulation von Blutzellen durch die Blockade transmembranärer Proteine zu beeinflussen oder durch Aktivierung CFTR-abhängiger lonenkanäle eine starke Volumenaufnahme und Lyse nicht defekter Blutzellen zu verursachen, läßt sich für eine Vielzahl weiterer Untersuchungsmethoden zum Auffinden anderer Kanaldefekte, wie z.B. das Bartter-Syndrom, einsetzen. Beim Bartter-Syndrom handelt es sich um eine erbliche, nierenschädigende Erkrankung, die zu Lähmungen, Über- Wässerung und allgemeiner Schwächung des Körpers führen kann.
Das erfindungsgemäße Nachweisverfahren hat gegenüber den bislang eingesetzten Standardmethoden den Vorteil, dass es schnell, einfach, mit großem Probendurchsatz und somit kostengünstig einsetzbar ist. Das Untersu- chungsmaterial, in Form von geringen Mengen Patientenblut, ist leicht verfügbar und mit den üblichen Einrichtungen und Gerätschaften eines Krankenhauslabors problemlos zu beschaffen und zu bearbeiten. Mit postnatal entnommenem Nabelblut kann ein Neugeborenen-Screening ohne invasiven Eingriff erfolgen.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß Verfahren 2:
Erfindungsgemäß werden zunächst Blutzellen aus Vollblut durch Zentrifuga- tion gewonnen. Die Blutzellen werden einmalig mit isotoner Kochsalz-Lösung gewaschen und anschließend in einer Lösung, bestehend aus 155 mM KCI, 10 mM HEPES-Puffer (4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid) (pH 7,4) und 100 mM GdCI3, resuspendiert. Diese Lösung wird für 60 min unter Schütteln bei 37°C inkubiert und das freigesetzte Hämoglobin anschließend in der Lösung bestimmt. Die Retikulozyten und die jungen Erythrozyten aus dem Blut gesunder Probanden platzen und setzen ihr Hämoglobin frei; sie hämolysieren unter den gewählten Bedingungen. Die Hä- molyse wird durch Sichtprüfung bestimmt und durch Absorptionsmessung bei einer Wellenlänge von 546 nm quantifiziert. Darüber hinaus kann auch eine Retikulozytenzählung im Ausstrich erfolgen. Dadurch wird der Test auch von jedem niedergelassenen Arzt durchführbar, der möglicherweise nicht über die Geräteausstattung eines Krankenhauslabors verfügt.
Durch den beschriebenen Einsatz des Gd3+ als Hemmstoff der ATP-Freisetzung steht eine preiswerte und einfach zu handhabende Chemikalie zur Verfügung. Der Test kann innerhalb einer Stunde ein zuverlässiges Ergebnis liefern. Der Arbeitszeit- und Materialaufwand ist in diesem Fall besonders gering.
Durch die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gewählten Testbedingungen strömen Chlorid-Ionen in die Blutzelle ein. Gesunde Blutzellen reagieren darauf mit einer autokrinen Signal- kaskade, die durch CFTR-abhängige ATP-Freisetzung gestartet wird und zur Abgabe von Osmolyten führt. Influx und Efflux stehen im Gleichgewicht. Diese CFTR-abhängige ATP-Freisetzung ist durch die Zugabe der Chemika- lie Gadoliniumchlorid (GdCI3) hemmbar, was eine Akkumulation von Chlorid- Ionen in der Zelle zur Folge hat. Alternativ lassen sich auch andere Hemmstoffe dieser ATP-Freisetzung, z.B. Lanthan-Ionen (La3+) in Form von Lanthanchlorid (LaCI3) und andere Hemmstoffe von deformations-aktivierba- ren Kationenkanälen (stretch activatable cation Channel, SAC) einsetzen. Der mit dem loneneinstrom verbundene Wassereinstrom führt zum Platzen der gesunden Blutzellen. Die Hämolyse kann photometrisch detektiert werden.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß Verfahren 3:
Das Verfahren gemäß Verfahren 2 wird analog zum Ausführungsbeispiel gemäß Verfahren 1 durchgeführt, nur werden die Blutzellen in einer Lösung, bestehend aus 155 mM KCI, 10 mM HEPES-Puffer (pH 7,4) und 100 μM sDIDS resuspendiert. Diese Lösung wird für 60 min unter Schütteln bei 37°C inkubiert und das freigesetzte Hämoglobin anschließend in der Lösung bestimmt.
Durch die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gewählten Testbedingungen strömen Chlorid-Ionen in nicht-defekten Blutzellen durch den durch sDIDS aktivierten Anionenkanal in die Blutzelle ein. Das führt zur Akkumulation von Chlorid-Ionen in der Blutzelle und der mit dem loneneinstrom verbundene Wassereinstrom führt zum Platzen der gesunden Blutzellen. Die Hämolyse kann photometrisch detektiert werden. Dieses Verfahren lässt sich auch mit 10 mM HEPES-gepufferter Lösung (pH 7,4) durchführen, die 155 mM lodid, Bromid, Fluorid, Gluconat oder Rhodanid als Anion enthalten.
Die Anwendung des CF-Tests ist auch im Vollblut möglich. Dadurch gewinnt das Testverfahren weitere Einsatzmöglichkeiten, da es noch einfacher und schneller in der Durchführung wird. Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Tests besteht in der erstmalig gegebenen Möglichkeit, ein gesundes CFTR-Protein von einem mutierten kranken CFTR-Protein funktionell unterscheidbar zu machen und so auch heterozygote CFTR-Mutationen, die zu physiologischen Veränderungen füh- ren, zuverlässig nachzuweisen. Im Vergleich zur genetischen Analyse ist das erfindungsgemäße Verfahren ein funktioneller Test, preiswerter und erlaubt aufgrund seiner schnellen Durchführbarkeit einen hohen Probendurchsatz, der besonders beim Screening von großer Bedeutung ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines Neugeborenen- Screenings lassen sich beispielsweise die Folgeschäden und dadurch bedingt die Folgekosten der zystischen Fibröse einschränken und sinnvolle Risikoabschätzungen für die betroffenen Patienten vornehmen. Durch die frühestmögliche Diagnose können krankhafte Veränderungen der Lunge und des Verdauungstraktes vermieden oder zumindest in ihrer Ausprägung positiv beeinflußt werden, da gerade im ersten Lebensjahr schwere Komplikationen infolge intestinaler Störungen mit letalem Ausgang häufig zu verzeichnen sind. Im fortgeschrittenen Alter tritt der Tod vermehrt als Folge des Lungenbefalls, einschließlich Herzversagens, durch die Überlastung des Lun- genkreislaufes ein. Darüber hinaus erlaubt eine rechtzeitig eingeleitete sinnvolle Therapie und die Vermeidung der Verabreichung ungeeigneter Antibiotika eine deutliche Verbesserung der Lebensqualität und in der Folge eine Erhöhung der Lebenserwartung der CF-Patienten.
In den Zeichungen zeigen:
Fig. 1 : Statistische Auswertung der Experimente gemäß Anspruch 2.
Fig. 2: Statistische Auswertung der Experimente gemäß Anspruch 3.
Fig. 3: Massenspektrum der unsachgemäß gelagerten Lösung von DIDS in DMSO (0,1 M). Fig. 4: partielle Hydrolyse von DIDS
Fig. 5: partielle Hydrolyse von SITS
Fig. 6: Polymerisierung von DIDS und 4-Amino-4'-lsothiocyanato-Stilben- 2,2'-Disulfonsäure
Fig. 7: 4-Amino-4 -lsothiocyanato-Dihydrostilben-2,2"-disulfonsäure, Dinatriumsalz
Fig. 8: Strom-Spannungs-Beziehung von Calu-3 Zellen, gemessen mit der patch-clamp-Technik in der whole-cell-Konfiguration.

Claims

Patentansprüche:
Verfahren zur Diagnose von CFTR-Defekten bei Patienten umfassend folgende Schritte:
Gewinnen von Patienten-Zellen
Destabilisieren der CFTR abhängigen Volumenregulation
Diskriminieren zwischen CFTR-defekten und CFTR-intakten
Zellen
durch die Darstellung der Zellyse.
2. Verfahren zur Diagnose von Membrankanaldefekten in Zellen durch Vergleich von defekten mit nicht defekten Zellen mit folgenden Schritten:
Beeinflussung der Volumenregulation der Zellen, Erfassen einer daraus resultierenden veränderten Volumenregulation bei nicht defekten Zellen, - Ermitteln des Vorhandenseins von defekten Zellen mit abweichender Änderung des Volumens.
3. Verfahren zur Diagnose von Membrankanaldefekten durch Vergleich von defekten mit nicht defekten Zellen mit folgenden Schritten:
Aktivierung (Öffnung) oder Hemmung bestimmter Membrankanäle,
Erfassen einer daraus resultierenden veränderten Volumenregulation bei nicht defekten Zellen, - Ermitteln des Vorhandenseins von defekten Zellen mit abweichender Änderung des Volumens.
4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Inhibitors der ATP-Freisetzung zur Hemmung der Volumenregulation.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Lyse von Zellen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Blutzellen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Hämolyse der nicht defekten Blutzellen und nicht-Hämolyse CFTR-defekter Blutzellen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein lichtoptisches Verfahren zur Quantifizierung der Hämolyse.
9. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Retikulo- zytenauszählung im Ausstrich zur Erfassung der Hämolyse.
10. Diagnosekit enthaltend ein Blockademittel gemäß Verfahren nach Anspruch 7, welches zur Hämolyse gesunder Blutzellen und nicht-Hämolyse CFTR-defekter Blutzellen führt.
11. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Vertreter aus der Gruppe der Hemmstoffe für Stretch activatable cation Channels (SAC).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , gekennzeichnet durch Gd3+ als Hemmstoff.
13. Diagnosekit enthaltend ein Aktivierungsmittel gemäß Verfahren nach Anspruch 3, welches zur Hämolyse gesunder Blutzellen und nicht- Hämolyse CFTR-defekter Blutzellen führt.
14. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Mittel zur Aktivierung (Öffnung) des CFTR-abhängigen lonenkanals SDAC.
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Stilbenderivat als Aktivierungsmittel.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch 4-Amino-4Λ- lsothiocyanato-Stilben-2,2 - Disulfonsäure oder Abkömmlinge davon als Aktivierungsmittel.
17. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch 4-Amino-4'- Isothiocyanato-Dihydrostilben^^ -disulfonsäure oder Abkömmlinge davon als Aktivierungsmittel.
18. Verwendung eines Stilbenderivats zur Aktivierung des CFTR-abhän- gigen lonenkanals SDAC wie z.B. 4-Amino-4'-lsothiocyanato-Stilben-
2,2,-disulfonsäure oder 4-Amino-4'-lsothiocyanato-Dihydrostilben- 2,2,-disulfonsäure
19. Verwendung eines Stilbenderivats nach einem der Ansprüche 14 bis 17 zum Nachweis von auf Defekte des CFTR beruhende Erkrankungen.
20. Verwendung eines Stilbenderivats zur Herstellung eines Mittels zum Nachweis von auf Defekte des CFTR beruhende Erkrankungen.
21. Verwendung eines Stilbenderivats oder anderer Aktivierungsmittel zur Aktivierung des CFTR-abhängigen lonenkanals SDAC zur Herstellung eines Mittels zur Diagnose der auf Defekte des CFTR beruhende Erkrankungen im Neugeborenen-Screening.
22. Verwendung eines Stilbenderivats oder anderer Aktivierungsmittel zur Herstellung eines Mittels zur Diagnose der zystischer Fibröse im Neugeborenen-Screening.
23. Verfahren nach einen der vorhergehenden Verfahrensansprüche zum Testen von potentiell therapeutisch wirksamen Substanzen oder Gentherapien für die auf Defekte des CFTR beruhende Erkrankungen.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, gekennzeichnet durch Ermitteln des Schweregrades der cystischen Fibröse anhand quantitativer Vergleiche.
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AU2003214073A AU2003214073A1 (en) 2002-02-26 2003-02-25 Method for detecting diseases that are associated with defects of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (cftr) protein
AT03709720T ATE504835T1 (de) 2002-02-26 2003-02-25 Verfahren zum nachweis von erkrankungen, die auf defekten des proteins cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (cftr) beruhen
US10/505,828 US7160729B2 (en) 2002-02-26 2003-02-25 Method for detecting diseases that are associated with defects of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) protein
ES03709720T ES2389102T3 (es) 2002-02-26 2003-02-25 Procedimiento para detectar enfermedades que se basan en defectos de la proteína CFTR, reguladora de la conductancia a través de la membrana de la fibrosis quística
DE50313597T DE50313597D1 (de) 2002-02-26 2003-02-25 Verfahren zum nachweis von erkrankungen, die auf defekten des proteins cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (cftr) beruhen

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102192984A (zh) * 2011-03-09 2011-09-21 西南大学 用于结核病血清学诊断的特异电化学免疫传感器

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010523579A (ja) * 2007-04-02 2010-07-15 インスティテュート フォア ワンワールド ヘルス Ｃｆｔｒ阻害剤化合物およびそれらの使用
WO2009131957A2 (en) 2008-04-21 2009-10-29 Institute For Oneworld Health Compounds, compositions and methods comprising oxadiazole derivatives
US8236838B2 (en) * 2008-04-21 2012-08-07 Institute For Oneworld Health Compounds, compositions and methods comprising isoxazole derivatives
WO2009131954A2 (en) * 2008-04-21 2009-10-29 Institute For Oneworld Health Compounds, compositions and methods comprising oxadiazole derivatives
WO2009131956A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-29 Institute For Oneworld Health Compounds, compositions and methods comprising triazole derivatives
US20100099677A1 (en) * 2008-04-21 2010-04-22 Institute For Oneworld Health Compounds, Compositions and Methods Comprising Thiazole Derivatives
US20090270398A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-29 Institute For Oneworld Health Compounds, Compositions and Methods Comprising Pyridazine Derivatives
WO2009131958A2 (en) * 2008-04-21 2009-10-29 Institute For Oneworld Health Compounds, compositions and methods comprising triazine derivatives
EP2341776A4 (de) * 2008-09-19 2012-05-30 Inst Oneworld Health Verbindungen, zusammensetzungen und verfahren umfassend imidazol- und triazolderivate
US8511216B2 (en) * 2009-03-30 2013-08-20 Kanzaki Kokyukoki Mfg. Co., Ltd. Hydraulic actuator unit
US8343976B2 (en) * 2009-04-20 2013-01-01 Institute For Oneworld Health Compounds, compositions and methods comprising pyrazole derivatives
WO2011137427A2 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 The Johns Hopkins University Compositions and methods for treating pulmonary conditions
WO2013019169A1 (en) 2011-08-01 2013-02-07 Institute For Oneworld Health Phosphate prodrugs

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994015218A1 (fr) * 1992-12-24 1994-07-07 Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale Detection de la mucoviscidose ou d'une mutation du gene cftr

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994015218A1 (fr) * 1992-12-24 1994-07-07 Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale Detection de la mucoviscidose ou d'une mutation du gene cftr

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRAUNSTEIN GAVIN M ET AL: "Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator facilitates ATP release by stimulating a separate ATP release channel for autocrine control of cell volume regulation.", JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, vol. 276, no. 9, 2 March 2001 (2001-03-02), pages 6621 - 6630, XP001157417, ISSN: 0021-9258 *
BRONSVELD INEZ ET AL: "Chloride conductance and genetic background modulate the cystic fibrosis phenotype of DELTAF508 homozygous twins and siblings.", JOURNAL OF CLINICAL INVESTIGATION, vol. 108, no. 11, December 2001 (2001-12-01), December, 2001, pages 1705 - 1715, XP002243563, ISSN: 0021-9738 *
REDDY M M ET AL: "Effect of anion transport blockers on CFTR in the human sweat duct.", JOURNAL OF MEMBRANE BIOLOGY, vol. 189, no. 1, 1 September 2002 (2002-09-01), pages 15 - 25, XP009011395, ISSN: 0022-2631 *
SULEYMANIAN MIRIK A ET AL: "Stretch-activated channel blockers modulate cell volume in cardiac ventricular myocytes.", JOURNAL OF MOLECULAR AND CELLULAR CARDIOLOGY, vol. 27, no. 1, 1995, pages 721 - 728, XP009011385, ISSN: 0022-2828 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102192984A (zh) * 2011-03-09 2011-09-21 西南大学 用于结核病血清学诊断的特异电化学免疫传感器

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