DE69118789T2 - Genetische Mechanismen der Tumorunterdrückung - Google Patents

Genetische Mechanismen der Tumorunterdrückung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Zelltherapie und Verfahren zur Behandlung von Zellen, um Tumorigenese (Tumorbildung) zu unterdrücken.
  • Die Entwicklung dieser Erfindung erfolgte mit staatlicher Unterstützung unter der Subventions-Nr. EY05758 mit dem National Institute of Health und der University of California. Der Staat besitzt gewisse Rechte an dieser Erfindung.
  • Stand der Technik
  • Ein Schwerpunkt der Krebsforschung ist bisher die Diagnose und Behandlung des Zustands gewesen. Aufgrund der Fortschritte in der Kenntnis biochemischer Prozesse auf zellulärer und subzellulärer Ebene hat sich in den letzten Jahren die Aufmerksamkeit auf Verfahren nicht nur zur Diagnose und Behandlung von Krebs, sondern auch zur Auffindung einer Prädisposition für Krebs in dem Organismus gerichtet.
  • In diesen Arbeiten wurde "Krebsunterdrückung" ursprünglich als ein Verlust an Tumorigenität definiert, der in Fusionszellen aus Tumorzellen und normalen Fibroblasten, Lymphozyten oder Keratinozyten zu beobachten war. Man nahm an, daß der Effekt von dominanten Suppressionsfaktoren in normalen Zellen vermittelt wurde. Ergebnisse wiesen darauf hin, daß diese Faktoren zum Teil genetisch waren, da zwischen der Suppression der Tumorigenität und der Anwesenheit bestimmter Chromosomen in fusionierten Zellen ein Zusammenhang bestand.
  • Eine weitere Bedeutung krebsunterdrückender Gene ergab sich in Verbindung mit genetischen Untersuchungen über bestimmte Neoplasmen im Kindesalter und Tumorsyndrome bei Erwachsenen. Gene, die zur Bildung dieser Tumore beitragen, scheinen durch Funktionsverlust und nicht wie bei den klassischen Onkogenen durch Aktivierung krebserregend zu werden. Das Retinoblastom, ein im Kindesalter auftretender Augenkrebs, hat sich als prototypisches Beispiel erwiesen. Verbesserte zytogenetische Analyse und eine Untersuchung von Restriktionsfragmentlängenpolymorphismen (RFLPs) deuten darauf hin, daß ein Retinoblastom möglicherweise auf einen Verlust eines Genortes zurückzuführen ist, der sich in der Chromosomenbande 13q14 befindet. Bedeutende Fortschritte sind bei der Verwendung von RB-cDNA und RB-Protein nicht nur bei der Diagnose und bei Verfahren zur Behandlung von mit RB in Zusammenhang stehenden Tumoren, sondern auch bei der Aufklärung der krebsunterdrückenden Funktionen anderer Gene gemacht worden. Dennoch besteht ein bedeutender Bedarf an geeigneten Methoden zur therapeutischen Behandlung von Osteosarkomen, Lungenkarzinomen, Lymphadenomen, Leukämien, die einer Behandlung durch RB-Modalitäten nicht zugänglich sind.
  • In Anbetracht des Obigen wäre es äußerst wünschenswert, über ein Verfahren zur spezifischen, von RB-Modalitäten unabhängigen therapeutischen Behandlung für Osteosarkome, Lungenkarzinome, Lymphadenome, Leukämien zu verfügen. Überdies wäre es äußerst wünschenswert, über solche Verfahren zu verfügen, die in Verbindung mit RB-cDNA und RB-Proteinprodukt zur Behandlung verschiedener Tumore verwendet werden könnten. Natürlich wäre es äußerst wünschenswert, über ein solches therapeutisches Produkt zu verfügen, das in gereinigtem Zustand hergestellt werden könnte und auf eine zuverlässige Weise einer defektiven Zelle leicht und wirksam zugeführt werden könnte.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist ein Hauptziel dieser Erfindung, allgemein zuverlässige und spezifische therapeutische Verfahren und Produkte bereitzustellen, die zur kontrollierten Krebsunterdrückung brauchbar sind. Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, Produkte und Verfahren zur kontrollierten Krebsunterdrückung bereitzustellen, die spezifisch für die Suppression und Vernichtung von Krebstumoren sind und bei denen biotechnologische Verfahren und Produkte zur Anwendung kommen.
  • Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine pharmazeutische Zusammensetzung zur therapeutischen Behandlung von Krebs bereitzustellen, wobei die Zusammensetzung auf der zellulären und intrazellulären Ebene wirkt.
  • Es ist ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine pharmazeutische Zusammensetzung zur Behandlung von Zuständen, die durch defektive, mutierte oder fehlende Krebssuppressorgene verursacht werden, bereitzustellen, wobei der Wirkstoff der Zusammensetzung ein natürliches oder synthetisch hergestelltes Produkt ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verwendung von p53-cDNA und p53-Genprodukten zur Suppression des neoplastischen Phänotyps bereit.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben erwähnten und weitere Ziele und Merkmale dieser Erfindung sowie die Art und Weise ihrer Erreichung werden ersichtlich werden und die Erfindung selbst wird am besten verständlich werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, von denen:
  • FIG. 1A eine schematische Darstellung dreier humaner p53- cDNAs ist;
  • FIG. 1B eine schematische Darstellung der genomischen Organisation dreier p53-Retroviren ist;
  • FIG. 2A ein Chromatogramm ist, das die Expression von humanen p53-Proteinen in virusproduzierenden Zellinien darstellt;
  • FIG. 2B ein Chromatogramm ist, das die Bestimmung der Halbwertszeit von humanem p53 in virusproduzierenden Linien durch Pulse-Chase-Markierungsexperimente darstellt;
  • FIG. 3 die Expression von humanen p53-Proteinen in virusinfizierten Saos-2-Zellen darstellt;
  • FIG. 4 ein Chromatogramm der p53B/T-Komplexbildung in Saos-2-Zellen ist;
  • FIG. 5 die Morphologie in einer Kultur von Saos-2-Stammzellen darstellt;
  • FIG. 6A eine schematische Darstellung der Verdopplungszeit von Saos-2-Stammzellen und virusinfizierten Klonen ist;
  • FIG. 6B eine schematische Darstellung der Sättigungsdichte von Saos-2-Stamm- und EN-Klonen ist;
  • Fig. 7A ein Southern-Blot ist, der das Vorhandensein einer einmalig integrierten Vp53E-Neo-Sequenz in p53EN-1-Zellen zeigt; und
  • FIG. 7B ein Southern-Blot ist, der einmalig vorkommende, unabhängig integrierte Vp53B-Hygro-Sequenzen in p53EN-BH-Klonen zeigt.
  • Genaue Beschreibung der Figuren
  • In FIG. 1A sind drei humane p53-cDNAs schematisch dargestellt. Die von Lam und Crawford, Mol. Cell. Biol. 6, 1379- 1385 (1986) beschriebene Sequenz, hier als p53L bezeichnet, wurde durch Sequenzierung von Klonen humaner fötaler Leber- cDNA und genomischer DNA-Banken gewonnen und wird als Wildtyp betrachtet. p53B ist ein c-DNA-Klon, der durch die RT-PCR- Methode, die in einer Klonierung von Wildtyp-p53-cDNA (p53B- cDNA) resultierte, folgendermaßen aus fötaler Gehirn-RNA gewonnen wurde: Etwa 15 µg fötaler Gehirn-RNA wurden mit 1,5 g Oligo(dT)-Primer und 60 Einheiten reverser Transkriptase des aviären Myeloblastenleukämievirus in cDNA-Puffer (50 mM Tris- HCl, pH 8,0, 80 mM KCl, 5 mM MgCl&sub2;, jeweils 1 mM dATP, dGTP, dTTP und dCTP) gemischt. Das Reaktionsgemisch wurde 90 Minuten bei 42ºC inkubiert. Nach der Reaktion wurde RNA mit 0,5N NaOH abgebaut, und es wurde einzelsträngige cDNA mit Ethanol ausgefällt. Mit einem Zehntel der cDNA, 100 ng jedes Oligonucleotidprimers
  • und 5 Einheiten Taq-Polymerase in PCR-Puffer (50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8,3, 1,5 mM MgCl&sub2; und 0,001% Gelatine) wurden 40 Zyklen PCR-Amplifikation in einem programmierbaren Heizblock (Ericomp, San Diego, CA) durchgeführt. Jeder Zyklus umfaßte eine 1-minütige Denaturierung bei 93ºC, 80 Sekunden erneutes Annealen bei 62ºC und eine 3-minütige Primer-Verlängerung bei 72ºC. Die PCR-Produkte wurden mit Phenol extrahiert und mit Ethanol ausgefällt. Das Präzipitat wurde in H&sub2;O gelöst und mit Restriktionsenzymen (Hind III und Sma I) verdaut. Das p53-cDNA-Fragment wurde in einen Virusvektor subkloniert, um Vp53B-Neo zu bilden. Subkloniertes p53B wurde unter Verwendung des Didesoxy-Kettenabbruchverfahrens (F. Sanger, S. Nicklen, A.R. Coulsen, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 74, 5463 (1077)) sequenziert.
  • Die hergeleiteten Aminosäuresequenzen von p53B und p53L waren trotz zweier stiller Nucleotidsubstitutionen, wie sie angegeben sind, identisch. p53E ist ein von E. Harlow zur Verfügung gestellter cDNA-Klon, der an den Positionen 72 und 273 bezüglich p53L oder p53B Aminosäuresubstitutionen aufweist. Der Arg/Pro&sup7;²-Austausch repräsentiert einen häufigen Aminosäurepolymorphismus ohne bekannte funktionelle Bedeutung. Andererseits kommt der Austausch von Arg gegen His an Position 273 ausschließlich in Tumorzellen vor und wird als Mutation angesehen. Wie viele andere p53-Mutationen liegt Arg²&sup7;³ T His in einer von zwei Regionen, die für die Bindung an das SV40-T-Antigen erforderlich sind (schraffierte Kästchen).
  • In FIG. 1B ist die genomische Organisation von drei p53- Retroviren schematisch dargestellt. Vp53E-Neo wurde durch Inserieren eines p53E enthaltenden 1,5 kb großen Hind III-Sma I- DNA-Fragments in das Plasmid pLRbRNL konstruiert, wobei RB- cDNA ersetzt wurde. Um Vp53B-Neo zu bilden, wurde eine mittels RT-PCR gewonnene p53B-DNA von 1,35 kb Größe direkt in den pLRbRNL-Vektor inseriert. Das Insert in einem Klon wurde vollständig sequenziert, wie in Fig. 1A schematisch dargestellt. Vp53B-Hygro wurde durch Insertion eines Hind III-DNA-Fragments, das p53B und den RSV-Promotor enthielt, in das Plasmid 477 (ein freundlicherweise von W. Hammerschmidt und B. Sugden zur Verfügung gestellter MuLV-Hygro-Vektor) konstruiert. Diese Konstrukte wurden anschließend verwendet, um unter Anwendung herkömmlicher Techniken die entsprechenden Virus-Stammkulturen zu produzieren. Angegeben sind einige bedeutende, für die Konstruktion wichtige Restriktionsorte. H = Hind III, R = Eco RI. S = Sma I, B = Bam HI, C = Cla I.
  • FIG. 2A ist ein Chromatogramm, das murine PA12-Zellen (Bahn m1), humane WERI-Rb27-Retinoblastomzellen (Bahn m2) und Vp53EN-, Vp53BN- oder Vp53BH-produzierende PA12-Zellen darstellt, die mit ³&sup5;S-Methionin metabolisch markiert waren. Zellysate wurden unter Anwendung herkömmlicher Methoden mit dem Anti-p53-Antikörper PAb421 immunpräzipitiert. Die Immunpräzipitate wurden mittels Elektrophorese auf einem 8,5%igen SDS-Polyacrylamidgel (SDS-PAGE) aufgetrennt und autoradiographiert. Die Marker-Bahnen m1 und m2 zeigen endogenes murines p53 (Mp53) und beide polymorphen Formen von humanem p53 (Hp53). Die Pfeile weisen auf humanes p53B-Protein (schwarzer Pfeil) und p53E-Protein (weißer Pfeil) in Mäusezellen hin.
  • FIG. 2B zeigt die Bestimmung der Halbwertszeit von humanem p53 in virusproduzierenden Linien durch Pulse-Chase-Markierungsexperimente. p53E (Streifen a) oder p53B (Streifen b & c, die zwei unabhängige Klone repräsentieren) exprimierende PA12- Zellen wurden 60 Minuten lang mit 0,25 mCi/ml ³&sup5;S-Methionin markiert, gefolgt von einem 1000-fachen Überschuß an unmarkiertem Methionin. Zu den angegebenen Zeitpunkten wurden Zellen für die oben beschriebene Immunpräzipitation von p53- Protein mit PAb421 geerntet. Die Halbwertszeit von p53B betrug 20-30 Minuten, während die von p53E 4-5 Stunden war. Markerbahnen m1 und m2 und schwarze und weiße Pfeile entsprechen denen in FIG. 2A.
  • FIG. 3 ist ein Chromatogramm, das die Expression von humanen p53-Proteinen in virusinfizierten Saos-2-Zellen darstellt. Saos-2-Zellen (Bahn 1 und 7) wurden mit Vp53E-Neo, Vp53B-Neo oder Vp53B-Hygro infiziert, um jeweils p53EN-Klone (Bahn 2-6), p53BN-Klone (Bahn 8-10) oder p53BH-Klone (Bahn 11 und 12) zu erzeugen. Saos-2-Zellen wurden auch mit Vp53E-Neo und Vp53B-Hygro doppeltinfiziert, um p53EN-BH-Klone (Bahn 13- 15) zu erzeugen. Eine Zufallsauswahl von Klonen und WERI-Rb27- Zellen (Bahn M) wurden mit ³&sup5;S-Methionin markiert und wie bezüglich FIG. 2A beschrieben mit PAb421 immunpräzipitiert. Die Pfeile kennzeichnen p53B (schwarze Pfeile) und p53E (weiße Pfeile).
  • FIG. 4 zeigt p53B/T-Komplexbildung in Saos-2-Zellen. Die Klone p53BN-1 (Bahn 1 und 2), p53BH-1 (Bahn 3 und 4), p53EN-1- BH-1 (Bahn 5 und 6) sowie p53EN-1-BH-2 (Bahn 7 und 8) wurden mittels herkömmlicher Verfahren mit dem Plasmid pRSV40T transfiziert und wurden 60 Stunden später mit ³&sup5;S-Methionin metabolisch markiert. Zellysate wurden mit PAb421 (Bahn M, 1, 3, 5 und 7) oder mit PAb419, einem monoklonalen Antikörper gegen das SV40T-Antigen, (Bahn 2, 4, 6 und 8) immunpräzipitiert. PAb419 copräzipitierte nur p53B in Zellen, die sowohl p53B als auch p53E exprimierten.
  • FIG. 5 ist eine Photographie, welche die Morphologie in einer Kultur von Saos-2-Stammzellen und entsprechenden virusinfizierten Klonen bei 100-facher Vergrößerung darstellt. In Reihe A sind exponentiell wachsende Zellen gezeigt, während in Reihe B Zellen bei hoher Populationsdichte gezeigt werden.
  • FIG. 6A und 6B sind schematische Darstellungen der Auswirkungen von p53-Expression in Saos-2-Zellen auf das Wachstum. In FIG. 6A sind die Verdopplungszeiten von Saos-2-Stammzellen und von virusinfizierten Klonen in einem exponentiellen Wachstumsstadium dargestellt. Gleiche Zahlen jedes Zelltyps wurden in 60-mm-Kulturschalen geimpft; Zellen von zwei Schalen wurden trypsiniert und 4 Tage lang in täglichen Abständen gezählt. Verdopplungszeiten wurden aus Geraden hergeleitet, die dem Logarithmus von Zellenzahlen angelegt worden waren. Fig. 6B zeigt die Sättigungsdichte von Saos-2-Stamm- und EN-Klonen. Gleiche Zellenzahlen (1 x 10&sup5;) wurden in 60-mm-Kulturschalen geimpft; Zellen von zwei Schalen wurden trypsiniert und zu den angegebenen Zeitpunkten gezählt. Die auf getragenen Punkte sind die durchschnittlichen Zellenzahlen von Schalen-Doppelansätzen. Die Sättigungsdichte von p53E exprimierenden Zellen war 4- bis 5-mal größer als die der Stammzellen.
  • FIG. 7 ist ein Southern-Blot von p53EN-BH-Zellen, die eine Vp53E-Neo-Sequenz und eine Vp53B-Hygro-Sequenz beherbergten. Aus Saos-2-Stammzellen extrahierte genomische DNA (10 µg) und die angegebenen Klone wurden mit Eco RI verdaut und in 0,7%igen Agarosegelen aufgetrennt. Es wurde ein Southern- Transfer durchgeführt, und die Nylonmembranen wurden unter Anwendung von Standard-Verfahren mit einer ³²P-markierten Neo- DNA-Sonde (Streifen A) oder Hygro-DNA-Sonde (Streifen B) hybridisiert. In jedem Klon ist mit jeder Sonde ein einmalig vorkommendes Verbindungsfragment zu erkennen, was auf einmalig integrierte Sequenzen jedes Virus hinweist.
  • Beste Art und Weise, die Erfindung durchzuführen
  • Tumorsuppressorgene sind als Gene definiert, bei welchen Mutationen, die zu einem Funktionsverlust führen, onkogen sind. Man weiß, daß Wildtyp-Allele solcher Gene eine Onkogenese verhindern oder unterdrücken können. Das Retinoblastomgen (RB) ist der Prototyp dieser Klasse. In Retinoblastomzellen sind ausnahmslos beide Allele dieses Gens mutiert, und RB- Mutationen finden sich auch in einer Gruppe anderer humaner Neoplasmen, einschließlich Osteosarkomen, Weichteilgewebesarkomen und Karzinomen von Brust, Lunge, Blase und Prostata. Die Einführung einer Wildtyp-Sequenz von RB in Retinoblastomzellen unterdrückte deren tumorigene Eigenschaften in Nacktmäusen und lieferte den direkten Beweis für eine Tumorsuppression durch ein einzelnes Gen. Das Wildtyp-RB-Gen wurde auch in humane Prostatakarzinomzellen eingeführt, die ein endogenes mutiertes RB-Protein enthielten (Science 247, 712-715 (1990)). Wiederum unterdrückte die Expression des exogenen Gens die Tumorigenität dieser Zellen, was bedeutet, daß das Wildtyp-RB-Protein gegenüber der mutierten Form phänotypisch dominant war. Diese Ergebnisse stützen ein allgemeines Modell für die Eigenschaften von Tumorsuppressorgenen, das aus der "Two-hit"-Hypothese von Knudson und den Zellhybrid-Untersuchungen von Harris et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 68, 820-823 (1971); Nature 223, 363-368 (1969)) entstanden ist. Die Nucleotid-Sequenz des p53-Gens ist in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 Tabelle 4
  • p53 (Tabelle 4) wurde ursprünglich als ein Säugetier- Zellprotein identifiziert, das an das SV40T-Antigen bindet, eine Eigenschaft, die auch vom RB-Protein geteilt wird. Deletionen oder umordnungen des für p53 codierenden murinen oder humanen Gens wurden bei Friend-Virus-induzierten murinen Erythroleukämien und bei humanen Osteosarkomen, Lungenkarzinomen, Lymphadenomen und Leukämien gefunden. Andererseits exprimierten viele humane Brust-, Lungen- und Dickdarmkarzinome hohe Pegel an von der gewöhnlichen Form abweichenden p53-Spezies mit deutlich verlängerten Halbwertszeiten, die auf bestimmte Punkt-Mutationen in dem p53-Gen zurückzuführen waren (Genes Devel. 4, 1-8 (1990)). Diese Beobachtungen weisen darauf hin, daß Mutation von p53 zu humaner Onkogenese beiträgt. p53 wurde ursprünglich für ein Onkogen gehalten, da bekannt war, daß es gemeinsam mit einem aktivierten ras-Gen primäre Rattenembryofibroblasten transformieren konnte. Jedoch ließ die Beobachtung von p53-Deletionen und Punktmutationen, die über verschiedene Exons verstreut vorkamen, auch vermuten, daß p53 ein Tumorsuppressorgen sein könnte, d.h. ein Gen, das durch Mutation inaktiviert worden war. Tatsächlich stellten Finlay et al. und Eliyahu et al. (Cell 57, 1083-1093 (1989); Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. 86, 8763-8767 (1989)) fest, daß Cotransfektion muriner Wildtyp-p53-DNA die Transformationseffizienz transfizierter Onkogene in Rattenembryofibroblasten herabsetzen konnte, während mutierte p53-DNA eine solche Transformation steigerte. Es wurde angenommen, daß der dominante transformierende Effekt auf eine "dominante negative" Wirkung von mutiertem p53-Protein zurückzuführen war, das irgendwie die wachstumshemmende Funktion von Wildtyp-p53-Protein in Zellen blockierte. Dieses Modell schlug vor, daß die relative Menge von mutiertem p53 zu Wildtyp-p53 den transformierten Phänotyp bestimmen konnte, jedoch konnte in diesen Transfektionsuntersuchungen die Gen-Dosis nicht genau kontrolliert werden.
  • Aufgrund solcher technischer Fragen sowie auch wegen der Möglichkeit artspezifischer Unterschiede in der p53-Funktion und der unsicheren Bedeutung von transformierten tierischen Zellen für menschliche Tumorbildung wurde beschlossen, daß die biologischen Eigenschaften von p53 in dem menschlichen System erneut beurteilt werden sollten. Man war sich einig, daß eine ideale Wirtszelle für diese Untersuchungen die experimentelle Manipulation einmalig im Genom vorkommender Sequenzen von mutierten oder Wildtyp-p53-Allelen gestatten würde. Jedoch enthalten die meisten kultivierten humanen Zellen endogene und möglicherweise mutierte p53-Allele, die einer externen Kontrolle nicht zugänglich sind. Die humane Osteosarkom-Zellinie Saos-2 wurde deshalb gewählt, weil sie infolge einer vollständigen Deletion des p53-Gens kein endogenes p53 aufweist. Zur Einführung von mutiertem p53 und/oder Wildtyp-p53 unter der Kontrolle des LTR-Promotors wurden rekombinante Retroviren benutzt, die von dem "Moloney murine leukemia virus" (Mo-MuLV) abstammten. Nach Infektion und Selektion isolierte Zellklone trugen nur ein einziges integriertes Provirus jeden Typs, und es wurden multiple Klone analysiert, um Positionseffekte auszuschließen. Eine umfassende Beurteilung biologischer Eigenschaften dieser Klone schloß Morphologie, Wachstumsraten und Sättigungsdichte in Kultur, Koloniebildung in Weichagar und Tumorigenität in Nacktmäusen ein.
  • Herstellung rekombinanter Retroviren, die mutiertes p53 oder Wildtyp-p53 enthalten
  • Als Bezugsstandard für humanes Wildtyp-p53 wurde die genomische DNA-Sequenz von Lamb und Crawford (Mol. Cell. Biol. 6, 1379-1385 (1986)) verwendet. Potentielle Wildtyp-p53-DNA wurde mittels des RT-PCR-Verfahrens aus fötaler Gehirn-RNA isoliert und in ein Plasmid kloniert. Beim Klonieren von Wildtyp-p53-cDNA (p53B) wurden etwa 5 µg fötale Gehirn-RNA mit 1,5 µg Oligo(dT)-Primer und 60 Einheiten reverser Transkriptase des aviären Myeloblastenleukämievirus in cDNA-Puffer (50 mM Tris-HCl, pH 8,0, 80 mM KCl, 5 mM MgCl&sub2;, jeweils 1 mM dATP, dGTP, dTTP und dCTP) gemischt. Das Reaktionsgemisch wurde 90 Minuten bei 42ºC inkubiert. Nach der Reaktion wurde RNA mit 0,5N NaOH abgebaut, und es wurde einzelsträngige cDNA mit Ethanol ausgefällt. Mit einem Zehntel der cDNA, 100 ng jedes Oligonucleotidprimers
  • und 5 Einheiten Taq-Polymerase in PCR-Puffer (50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8,3, 1,5 mM MgCl&sub2; und 0,001% Gelatine) wurden 40 Zyklen PCR-Amplifikation in einem programmierbaren Heizblock (Ericomp, San Diego, CA) durchgeführt. Jeder Zyklus umfaßte eine 1-minütige Denaturierung bei 93ºC, 80 Sekunden erneutes Annealen bei 62ºC und eine 3-minütige Primer-Verlängerung bei 72ºC. Die PCR-Produkte wurden mit Phenol extrahiert und mit Ethanol ausgefällt. Das Präzipitat wurde in H&sub2;O gelöst und mit Restriktionsenzymen (Hind III und Sma I) verdaut. Das p53-cDNA-Fragment wurde in einen Virusvektor subkloniert, um Vp53B-Neo zu bilden. Subkloniertes p53B wurde unter Verwendung des Didesoxy-Kettenabbruchverfahrens (Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 74, 5463 (1077)) sequenziert.
  • Das Insert in einem Klon (bezeichnet mit p53B) wurde vollständig sequenziert ( 1300 bp) und offenbarte trotz zweier stiller Nucleotidaustäusche (FIG. 1A) eine vom Wildtyp abgeleitete Aminosäuresequenz. Ein anderer p53-cDNA-Klon (p32E), der aus der Plattenepithelkarzinomzellinie A431 isoliert worden war, wurde ebenfalls sequenziert, und es hat sich gezeigt, daß er eine Punktmutation am Codon 273 enthielt, die Arg durch His ersetzte (FIG. 1A). Dies ist eine funktionell bedeutsame Mutation, die auch in p53 von zwei anderen Tumorzellinien festgestellt worden ist. Zudem codierte ein neutraler Sequenzpolymorphismus in Codon 72 (FIG. 1A) entweder für ein Arg (p53B) oder ein Pro (p53E). Dieser häufige Aminosäurepolymorphismus, der ohne bekannte funktionelle Bedeutung ist, resultierte in einer schnelleren Wanderung von p53B-Protein als p53E-Protein bei einer SDS-PAGE und wurde daher zur Unterscheidung dieser Proteine genutzt, wenn diese in derselben Zelle coexprimiert wurden.
  • p53E und p53B wurden dann in einen auf Mo-MuLV basierenden retroviralen Vektor inseriert, der neo als selektierbares Markergen enthielt, um jeweils die viralen Genome Vp53E-Neo und Vp53B-Neo zu bilden (FIG. 1B). Um eine Doppelsubstitution zu erleichtern, wurde außerdem Vp53B-Hygro durch Inserieren von p53B in einen ähnlichen Vektor hergestellt, der das Gen enthielt, von dem bekannt ist, daß es Hygromycinresistenz verleiht. Unter Verwendung herkömmlicher Verfahren wurden Stammkulturen von Vp53E-Neo-, Vp53B-Neo- und Vp53B-Hygro-Viren mit jeweiligen Titern von etwa 1 x 10&sup5;, 2 x 10&sup4; und 1 x 10&sup5; hergestellt. Die Expression von p53-Proteinen aus den Viren wurde zunächst in der murinen, von NIH3T3 abstammenden Verpackungslinie PA12 bewertet, die zur Virusproduktion verwendet wurde. Die humanen p53-Proteine, mutiert und Wildtyp, wurden in ihren jeweiligen virusproduzierenden Zellen mit dem erwarteten Unterschied in der Wanderung bei SDS-PAGE (FIG. 2A) nachgewiesen. Da in kultivierten Zellen häufiger eine spontane Mutation von p53 vorkommen kann, wurden zwei zusätzliche biochemische Eigenschaften dieser p53-Proteine untersucht. Diese waren ihre zelluläre Halbwertszeit und ihre Fähigkeit, an das T-Antigen zu binden. Das p53B-Protein besaß eine Halbwertszeit von 20-30 Minuten, verglichen mit 4 bis 5 Stunden beim p53E-Protein (FIG. 2B), was mit den veröffentlichten Berichten über Halbwertszeiten von Wildtyp- und mutierten p53-Proteinen in Einklang steht. Wenn virusproduzierende Zellen mit einem Plasmid transfiziert wurden, das große Mengen an SV40T-Antigen exprimierte, und Lysate mit Anti-p53- oder Anti-T-Antikörpern immunpräzipitiert wurden, wurde das T-Antigen mit dem p53B- Protein copräzipitiert, jedoch nicht mit dem p53E-Protein, was darauf hinweist, daß nur das p53B-Protein an T binden konnte. Zusammengenommen ließen diese Ergebnisse darauf schließen, daß die p53B enthaltenden Viren Wildtyp-p53 und die p53E enthaltenden Viren mutiertes p53 exprimierten.
  • Expression von exogenem p53 in Osteosarkomzellen
  • Die Osteosarkomzellinie Saos-2, die aufgrund einer Deletion des p53-Gens kein endogenes p53 enthält, bietet einen sauberen Hintergrund für Funktionsuntersuchungen von p53. In vorausgehenden Experimenten zeigten Saos-2-Zellen, die mit Stammviren infiziert worden waren, welche nur Neomycin- oder Hygromycinresistenzgene enthielten, keine Veränderungen in der Morphologie und Wachstumsrate im Vergleich zu nichtinfizierten Zellen, was darauf hindeutete, daß eine Selektion durch ein Arzneimittel keinen nennenswerten Einfluß auf deren neoplastische Eigenschaften hatte. Saos-2-Zellen, die mit vergleichbaren Titern an entweder Vp53E-Neo, Vp53B-Neo oder Vp53B-Hygro in Gegenwart des passenden selektierenden Mittels infiziert worden waren, ergaben gleiche Zahlen arzneimittelresistenter Kolonien. Die meisten Kolonien konnten einzeln zu Massenkulturen vermehrt werden, mit der bemerkenswerten Beobachtung, daß Vp53B-infizierte Zellen viel langsamer wuchsen als Vp53E- infizierte Zellen. Vp53E-infizierte Klone exprimierten einheitlich hohe Pegel an p53E-Protein (FIG. 3A). Von 30 untersuchten Vp53B-infizierten Klonen exprimierten etwa 80% nachweisbares p53B-Protein (FIG. 3B). Jeweils zwei Vp53E-Neo- und Vp53B-Hygro-Klone wurden zufällig für eine zweite Infektion durch das andere Virus ausgewählt, und doppeltinfizierte Klone wurden wie oben isoliert und vermehrt. Diese Klone coexprimierten sowohl das p53E- als auch das p53B-Protein (FIG. 3C). Um wiederum nachzuweisen, daß das p53B-Protein in diesen Zellen nicht sekundär mutiert war, wurden p53B exprimierende Klone mit dem 5V40-Antigen-Plasmid transfiziert und Lysate wie oben beschrieben immunpräzipitiert (FIG. 4). Der Anti-p53- Antikörper copräzipitierte T in jedem Klon, jedoch copräzipitierte der Anti-T-Antikörper sogar in Zellen, die sowohl p53B als auch p53E exprimierten, nur p53B. Die Halbwertszeit von p53B in Saos-2 wurde ebenfalls gemessen und entsprach derjenigen von p53B in PA12-Zellen. Diese Daten stützen wiederum die Ansicht, daß Vp53B-infizierte Saos-2-Klone das Wildtyp-p53 exprimierten.
  • Mutiertes p53 verlieh Saos-2-Zellen in Kultur einen begrenzten Wachstumsvorteil.
  • Fünf zufällig ausgewählte Klone, die das p53E-Protein stabil exprimierten (p53EN-1 bis 5), wurden hinsichtlich Morphologie (FIG. 5), Wachstumsrate (wie Verdopplungszeit, FIG. 6A), Sättigungsdichte (FIG. 6B), Weichagarkoloniebildung und Tumorigenität in Nacktmäusen mit Stammzellen verglichen. In Tabelle 1 und 2 sind jeweils die Ergebnisse der Weichagarkoloniebildung und Tumorigenität in Nacktmäusen aufgeführt. TABELLE 1 Weichagarkoloniebildung von p53-virusinfizierten Saos-2-Zellen virusinfizierte Zellen eingeimpfte Zellenzahl Koloniezahlen p53-Expression Stammzellen keine mutiert Wildtyp mutiert/Wildtyp TABELLE 2 Tumorigenität von p53-virusinfizierten Saos-2-Zellen virusinfizierte Zellen Zahl d. Mäuse mit Tumor Zahl d. injizierten Mäuse p53-Expression Stammzellen keine mutiert Wildtyp mutiert/Wildtyp
  • Ein Unterschied in der Morphologie war nur unter Bedingungen dicht gedrängter Zellen zu beobachten, wo Zellen der EN- Klone weit kleiner und stärker lichtbrechend waren als die Stammzellen (Fig. 5B). Entsprechend war die Sättigungsdichte der ersteren 4- 5-fach größer als die von Stammzellen (FIG. 6B). Dieser relative Wachstumsvorteil war trotz gleicher Verdopplungszeiten, wie sie unter "dünnen" Wachstumsbedingungen (FIG. 6A) gemessen wurden, zu erkennen. Vier EN-Klone und Stammzellen zeigten ein ähnliches Koloniebildungsvermögen auf Weichagar (Tabelle 1) und die gleiche Tumorigenität in Nacktmäusen (Tabelle 2). Ein Klon, p53EN-1, wies in beiderlei Hinsicht merklich erhöhte Fähigkeiten auf; insbesondere bildete er ab einer so geringen Menge injizierter Zellen wie 5 x 10&sup5; zuverlässig große Tumore. Diese Diskrepanz wurde als innerhalb des Bereichs klonaler Variabilität liegend angesehen, wie sie unter Tumorzellen zu erwarten ist. Insgesamt deuteten diese Ergebnisse darauf hin, daß mutiertes p53 in Abwesenheit von Wildtyp-p53 so wirkte, daß es Saos-2-Zellen in Kultur einen begrenzten Wachstumsvorteil (eine höhere Sättigungsdichte) verlieh. In vielen anderen Aspekten des neoplastischen Phänotyps entsprach die Anwesenheit von punktmutiertem p53 im wesentlichen der völligen Abwesenheit von p53.
  • Wildtyp-p53 unterdrückte die neoplastischen Eigenschaften von Saos-2-Zellen.
  • Im Vergleich zu Saos-2-Stammzellen waren p53B exprimierende Klone ausnahmslos vergrößert und abgeflacht und wiesen längere Verdopplungszeiten in Kultur von etwa 70 Stunden statt der 30-36 Stunden bei Stammzellen und EN-Zellen auf (FIG. 6A). Bemerkenswerterweise war das Koloniebildungsvermögen auf Weichagar unter die Nachweisschwelle einer einzigen Kolonie gesunken, während Stammzellen und EN-Klone unter den gleichen Bedingungen Hunderte von Kolonien bildeten (Tabelle 1). Injektion von jeweils 1 x 10&sup7; Zellen der sieben p53B exprimierenden Klone in die Flanken von Nacktmäusen führte zu keiner Tumorbildung nach 8-10 Wochen, obwohl die gleiche Zahl an Stammzellen oder p53E exprimierenden Zellen in allen gegenüberliegenden Flanken (Tabelle 2) Tumore bildete. Diese Ergebnisse ließen sich nicht durch einen besonderen Effekt der viralen Infektion und Selektion erklären, da ein Klon, Vp53BN-R, der von Vp53B-Neo-infizierten Zellen abstammte, bei dem jedoch eine nachweisbare Expression von p53B fehlte, einen Phänotyp besaß, der von Stammzellen nicht zu unterscheiden war (Tabelle 1 und 2). Die 50%ige Verringerung der Wachstumsrate kultivierter Saos-2-Zellen durch p53B reichte nicht aus, den völligen Verlust der Tumorigenität und Weichagarkoloniebildung zu erklären, was bedeutete, daß Wildtyp-p53 den neoplastischen Phänotyp dieser Zellen spezifisch unterdrückte. Diese Ergebnisse ließen darauf schließen, daß der Verlust von Wildtyp-p53 ein wesentliches Ereignis bei der Bildung dieser Tumorlinie und - weitergefaßt - anderer Osteosarkome mit mutierten endogenen p53-Genen war.
  • Wildtyp-p53 war gegenüber mutiertem p53 in einer Zweiallel- Konfiguration dominant.
  • Da sowohl mutierte als auch Wildtyp-p53-Proteine in Saos- 2-Zellen offenbar aktiv waren, war es von Interesse, zu bestimmen, ob beide Aktivitäten gleichzeitig coexprimiert werden konnten, ob sie sich gegenseitig aufhoben oder ob eine Aktivität deutlich über die andere dominant war. Die Konfiguration von einem Wildtyp-Allel und einem mutierten Allel war von höchster Relevanz für die natürliche Tumorbildung beim Menschen, da dies ein notwendiger Zwischenschritt auf dem Weg zum völligen Verlust von Wildtyp-p53 ist. Die Infektion zweier verschiedener p53E exprimierender Klone mit Vp53B-Hygro ergab 22 hygromycinresistente Klone, von denen 15 sowohl p53B als auch p53E coexprimierten. Um die in diesen Klonen vorhandene Zahl der integrierten Sequenzen jedes Virus zu bestimmen, wurde die genomische DNA von drei Klonen, die von p53EN-1-Zellen stammten, die mit Vp53B-Hygro infiziert worden waren, durch Southern-Blotting (FIG. 7) analysiert. Hybridisierung mit Neo als Sonde zeigte in allen drei Klonen ein einziges Fragment, gewöhnlich ein Verbindungsfragment, was ein Hinweis auf das Vorhandensein einer einmalig integrierten Sequenz von Vp53E- Neo in p53EN-1-Zellen ist (FIG. 7A). Hybridisierung mit Hygro zeigte ein einziges, einmaliges Verbindungsfragment in jedem Klon, was auf das Vorhandensein einmalig vorkommender, unabhängig integrierter Vp53B-Hygro-Sequenzen in p53EN-BH-Klonen hinweist (FIG. 7B). Einmalige Integrationen wurden erwartet, beruhend auf der vorherigen Verwendung eines ähnlichen rekombinanten Retrovirus mit vergleichbaren Titern. Diese Ergebnisse bestätigten, daß p53EN-BH-Klone tatsächlich eine integrierte Sequenz eines jeden Virus enthielten und daß beide exogenen p53-Gene exprimiert wurden (FIG. 3). Durch Merkmale der Morphologie, Wachstumsrate, Sättigungsdichte, Weichagarkoloniebildung und Tumorigenität in Nacktmäusen waren doppeltsubstituierte Klone von Klonen, die nur p53B exprimierten, nicht zu unterscheiden (FIG. 5 und 6, Tabelle 1 und 2). Zellen, die durch Infektion in der anderen Reihenfolge erhalten worden waren, d.h. mit Vp53E-Neo infizierte p53B exprimierende Zellen, besaßen denselben Phänotyp. Obwohl das Wildtyp-p53 in diesen Zellen in etwa 10-fach geringeren Mengen als das mutierte p53 vorlag (FIG. 3), war eine völlige Dominanz von Wildtyp-p53-Aktivität zu beobachten. Diese Ergebnisse zeigen, daß p53 erst nach einem Verlust beider Wildtyp-Allele zur Tumorbildung beitragen kann. Sie zeigen außerdern, daß die Wiederherstellung von Wildtyp-p53 in Tumorzellen einen unterdrückenden Effekt haben kann, sogar in Gegenwart mutierter p53-Allele.
  • Funktion von p53 als Tumorsuppressor
  • Die Einführung von Wildtyp-p53 in humane Osteosarkomzellen, denen eine p53-Expression fehlt, unterdrückte deutlich deren neoplastischen Phänotyp, was zeigt, daß p53 in diesem System als Tumorsuppressorgen wirken kann. Dagegen erhöhte die Insertion von mutiertem p53 in diese Zellen einen Aspekt ihres Wachstums in Kultur (Sättigungsdichte), was darauf hinweist, daß p53 eine begrenzte Funktion beibehält, wenn auch eine, die von Wildtyp-p53 aufgehoben wurde. Diese Ergebnisse stimmen in großen Zügen mit jenen anderer Forscher überein, die sich mit dem Einfluß von murinem Wildtyp-p53 auf die onkogenvermittelte Transformation primärer Rattenembryofibroblasten befaßt haben. In diesen Untersuchungen reduzierte die Cotransfektion von Plasmid-DNA, die das Wildtyp-p53-Gen enthielt, deutlich die Transformationseffizienz der verschiedenen aktivierten Onkogene, entweder einzeln oder in Kombination wie ras + myc oder ras + E1A. Mutiertes p53 besaß diesen unterdrückenden Effekt nicht, sondern erhöhte stattdessen auf maßvolle Weise die Transformationseffizienz. Wildtyp-p53 war auch wirksam bei der Reduzierung der Transformation durch mutiertes p53 gemeinsam mit anderen Onkogenen, was auf eine "Dominanz" der Wildtyp- Suppressionswirkung hinweist. Kolonien, die nach Transfektion mit Wildtyp-p53-DNA gewonnen wurden, exprimierten entweder gar kein p53 oder exprimierten ausschließlich mutiertes p53.
  • Es schien somit, daß die Expression von exogenem Wildtyp- p53 mit der Bildung transformierter Kolonien unvereinbar war. Diese Daten ließen vermuten, daß murines Wildtyp-p53 als ein Suppressor von transformierten Zellen wirken könnte, obwohl ein unspezifischer, toxischer Effekt von Wildtyp-p53 nicht sicher auszuschließen war. Hingegen wurden bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung transformierte Zellen verwendet, und es wurden wachsende Klone mit verändertem Phänotyp erhalten, die stabil exogenes, Wildtyp-p53 exprimierten. Diese Daten mit humanen Zellen und die vorherigen Untersuchungen mit Mäusen zeigten gemeinsam, daß die Tumorsuppressionswirkung von p53 eine spezifische und grundlegende Eigenschaft ist, die über Artengrenzen hinweg erhalten geblieben ist.
  • Das Wesen von p53-Mutationen
  • Es ist bekannt, daß von vielen kultivierten Zellinien klonierte murine p53-Gene Punktmutationen aufweisen, die sich in fünf konservierten Regionen häufen. Diese Mutationsklasse war verantwortlich für den anfänglichen Eindruck, daß p53 ein dominantes Onkogen ist, da solche p53-DNA-Fragmente oder -Konstrukte in einer Reihe von Versuchen die Transformation von Nagerzellen förderten. Überdies besitzen Proteinprodukte von mutierten p53-Genen gemeinsame antigene und biochemische Eigenschaften, die sich vom Wildtyp-p53-Protein unterscheiden, einschließlich einer langen Halbwertszeit, die in ungewöhnlich hohen zellulären p53-Protein-Pegeln resultiert. Diese Merkmale erinnern ziemlich an andere dominante Onkogene wie myc und ras. Andererseits wurden bei Friend-Virus-induzierten murinen Erythroleukämien schwere Deletionen oder Umordnungen des p53- Gens entdeckt, die mit einer Expression eines Genprodukts unvereinbar waren (Nature 314, 633-636 (1985)). Solche Mutationen werden als charakteristisch für sogenannte Tumorsuppressorgene angesehen und dienen zur Inaktivierung ihrer normalen Funktion. Um zu erklären, wie beide Mutationsarten denselben onkogenen Phänotyp verleihen konnten, wurde vorgeschlagen, daß Wildtyp-p53 tatsächlich Tumorbildung supprimierte, und daß die vielen bekannten Punktmutationen von p53 in Wirklichkeit dazu dienten, diese Funktion zu inaktivieren. Um die dominante transformierende Aktivität von mutierten p53-Genen in primären Zellen zu erklären, war es notwendig, die Hypothese aufzustellen, daß mutiertes p53-Protein irgendwie endogenes, Wildtyp- p53-Protein inaktivierte. Diese "dominante negative" Wirkung könnte durch inhibitorische Wechselwirkungen zwischen mutierten Proteinen und Wildtyp-Proteinen eintreten (Nature 329, 219-222 (1987)). Eine weiterführende Interpretation dieser Untersuchungen wurde durch die technischen Nachteile der Transfektion und durch die ungewisse Rolle von endogenem p53 in primären Zellen begrenzt.
  • Im humanen System haben Vogelstein und Kollegen in eleganten Untersuchungen gezeigt, daß Deletionen und Punktmutationen von p53 in kolorektalen Karzinomen, Lungen- oder Brustkarzinomen koexistieren können. Ein Verlust der Heterozygotie von polymorphen Markern in der Chromosomenregion 17p ist häufig bei diesen Tumoren zu beobachten, was dem Verlust einer Sequenz des p53-Gens (durch Deletion oder mitotische Nichttrennung) entspricht. Das noch vorhandene p53-Allel ist oft von somatische Punktmutationen in konservierten Regionen betroffen. Das Endergebnis ist der Verlust beider Wildtyp-p53-Allele aus Tumorzellen. Der gleiche Verlust kommt auch in humanen Osteosarkomen und hepatozellulären Karzinomen durch Deletion beider p53-Allele vor. Ein völliger Verlust von Wildtyp-Allelen ähnelt in hohem Maße dem, was beim Retinoblastomgen festgestellt wurde, und stützt die Vorstellung, daß p53 ein Tumorsuppressorgen ist. Nigro et al., J.M. Nigro et al., Nature 342, 705-708 (1989) beschrieben jedoch ein kolorektales Karzinom, das sowohl mutierte (Asp281 T Gly) als auch Wildtyp-p53-Allele coexprimierte. Die Existenz dieses Tumors wurde als Begünstigung einer onkogenen Aktivität eines einzelnen mutierten p53-Allels in Gegenwart von Wildtyp-p53 interpretiert; der Verlust des zweiten Allels, des Wildtyp-Allels, würde zu einer Weiterentwicklung des Tumors beitragen.
  • In der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, daß der Phänotyp von Saos-2-Zellen mit einmalig vorkommenden Sequenzen eines Wildtyp- und eines mutierten p53-Allels von Zellen, die nur Wildtyp-p53 exprimierten, nicht zu unterscheiden war, was darauf hinweist, daß Wildtyp-p53 in einer Zweiallel- Konfiguration gegenüber mutiertem p53 dominant ist. Angesichts dieses Ergebnisses mögen andere Erklärungen für den widersprüchlichen Dickdarmkarzinomfall in Betracht gezogen werden: 1) Es wurde zufällig ein Zwischenstadium einer p53-Mutation erfaßt, und p53 hat noch nicht zu den neoplastischen Eigenschaften dieses Tumors beigetragen; und 2) das "Wildtyp"-p53- Allel in diesem Tumor trug in Wirklichkeit eine funktionell wichtige Mutation außerhalb der sequenzierten Region (Exon 5- 9). Andererseits ist es möglich, daß sich gewisse mutierte p53-Allele abweichend von anderen verhalten oder daß mutierte p53-Allele in anderen Arten von Tumorzellen anders als in unserem Saos-2-Modellsystem wirken. Diese Möglichkeiten können durch Reproduzieren von Experimenten mit anderen mutierten p53-Genen und anderen p53-negativen Zellen untersucht werden.
  • Verwirrung in vorangegangenen Untersuchungen über die Wechselwirkung zwischen Wildtyp-53 und mutiertern p53 hat eine wesentliche Frage verschleiert: Ist mutiertes p53 völlig funktionslos, d.h., entspricht es seiner vollständigen Deletion, oder behält es eine gewisse begrenzte Funktion bei? Man ist zu dem Schluß gekommen, daß der letztere Fall wahrscheinlicher ist. Eine einmalig vorkommende Sequenz von mutiertem p53 erhöhte die Sättigungsdichte von Saos-2-Zellen, und natürlich konnte diese Wirkung nicht durch Inaktivierung von endogenem p53 vermittelt werden. Auch führten Wolf et al. (Cell 38, 119- 126 (1984)) ein mutmaßlich mutiertes p53-Gen in AB-MuLV-transformierte murine Zellen ein, denen eine endogene p53-Expression fehlte, und stellten fest, daß deren onkogenes Potential gewachsen war. Daher verleihen mutierte p53-Allele Tumorzellen ohne Wildtyp-p53 in vivo möglicherweise einen Wachstumsvorteil oder einen bösartigeren Phänotyp.
  • Die Erkenntnisse, daß mutiertes p53 eine biologische Funktion besitzt und daß seine Funktion gegenüber der von Wildtyp- p53 rezessiv ist, sind unvereinbar mit der Hypothese einer dominanten negativen Wirkung, zumindest in Bezug auf die natürliche humane Tumorigenese. Die dominanten transformierenden Eigenschaften von mutierten murinen p53-Allelen mögen auf die hohe Kopienzahl der durch Transfektion eingeführten Gene und die resultierende massive Überexpression von mutiertem p53 zurückzuführen sein. Unter diesen Umständen mag selbst seine begrenzte intrinsische Aktivität ausreichen, um zu einem transformierten Phänotyp beizutragen.
  • Mechanismen der p53-Funktion
  • Die physiologischen oder biochemischen Funktionen von p53 sind nun mit Sicherheit bekannt. In nichttransforrnierten Zellen steigt die p53-Synthese und -mRNA-Transkription während des Übergangs von der G&sub0;/G&sub1;- zur S-Phase dramatisch an, was indirekt auf eine Rolle bei der Regulation des Zellzyklus hinweist. Jüngste Ergebnisse deuten auch auf eine Aktivität hin, die möglicherweise mit der Regulierung der DNA-Replikation im Zusammenhang steht. Untersuchungen über die Suppression des neoplastischen Phänotyps können allgemeine Parameter für das Verstehen der normalen Funktion von p53 liefern. Es ist zum Beispiel klar, daß p53 nicht für den Ablauf des Zellzyklus erforderlich ist, noch verhindert seine Anwesenheit notwendigerweise Zellwachstum und -teilung. Daher mag es an der Regulation dieser grundlegenden zellulären Prozesse in Antwort auf externe Wachstums- oder Differenzierungssignale beteiligt sein. Wildtyp-p53 und mutiertes p53 können sich durch eine einzige Aminosäure unterscheiden und doch entgegengesetzte Funktionen in der Zelle ausüben. Unter Bedingungen einer gleichen Gendosis ist Wildtyp-p53 in der Lage, den Einfluß von mutiertem p53 trotz eines 10-fachen molaren Überschusses des letzteren aufzuheben. Diese Beobachtungen lassen sich durch ein Konkurrieren von Wildtyp-p53 und mutiertem p53 um gemeinsame zelluläre Ziele erklären, für die das Wildtyp-p53 eine viel größere Affinität besitzt. In diesem Modell würden Wildtyp-p53 und mutiertes p53 diesen Zielen gegensätzliche Wachstumssignale übermitteln, wobei das völlige Fehlen von p53 vielleicht ein Zwischensignal wäre. Alternativ könnte mutiertes p53 als eigenständiger Weg zur Förderung bestimmter Merkmale des neoplastischen Phänotyps wirken.
  • Genetische Mechanismen der p53-Inaktivierung
  • Die Dominanz von Wildtyp-p53 über mutiertes p53 in einer Zweiallel-Konfiguration bedeutet, daß für einen onkogenen Effekt beide Wildtyp-53-Allele verloren gehen müssen. In dieser Hinsicht entspricht p53 einem Modell für die Tumorsuppressorgen-Inaktivierung, das im Falle des Retinoblastomgens als sicher angenommen werden kann. Der völlige Verlust des RB-Gen- Produkts ist bisher in allen Retinoblastomen anzutreffen, und eine Koexistenz von Wildtyp- und mutierten RB-Allelen in Tumorzellen ist nicht beobachtet worden. Diese Fakten weisen darauf hin, daß RB erst nach seiner völligen Inaktivierung zur Onkogenese beiträgt. Andererseits weisen viele Tumorzellen eine normale RB-Expression auf und sind vermutlich aufgrund von Mutationen in anderen Genen neoplastisch. Bei solchen RB&spplus;-Tumorzellen mag die Einführung von exogenem RB eine nur geringe oder gar keine Wirkung zeigen; die Existenz von RB&spplus;-U20S- Osteosarkomzellinien mit Wildtyp-p53-Allelen ist zum Beispiel nicht bekannt. Diese bis jetzt gewonnenen Ergebnisse zeigen, daß p53 bei vielen verschiedenen Arten humaner Tumore eine weitreichende Suppressionsaktivität besitzt. Folglich tritt die Suppressionswirkung von exogenem RB oder p53 möglicherweise nur in Tumorzellen mit inaktivierten RB- oder p53-Genen auf. Diese gemeinsamen Eigenschaften von RB und p53 bekräftigen das Tumorsuppressorkonzept, einschließliche des möglichen klinischen Nutzens ihrer Substitution in geeigneten Tumorzellen.
  • Zusammenfassung
  • Mutationen des Gens, das für p53, ein 53-kD-Zellprotein, codiert, sind häufig in humanen Tumorzellen anzutreffen, was auf eine entscheidende Rolle dieses Gens bei der humanen Onkogenese hindeutet. Um die schrittweise Mutation oder den Verlust beider p53-Allele während der humanen Onkogenese nachzubilden, wurde eine humane Osteosarkomzellinie, Saos-2, verwendet, welcher endogenes p53 infolge einer vollständigen Deletion des Gens fehlte. Es wurden dann einmalig vorkommende Sequenzen von exogenen p53-Genen eingeführt, indem die Zellen mit rekombinanten Retroviren infiziert wurden, die entweder Wildtyp- oder punktmutierte Versionen der p53-cDNA-Sequenz enthielten. Es wurde festgestellt, daß 1) die Expression von Wildtyp-p53 den neoplastischen Phänotyp von Saos-2-Zellen unterdrückt; 2) die Expression von mutiertem p53 den Zellen in Abwesenheit von Wildtyp-p53 einen begrenzten Wachstumsvorteil verleiht; und 3) Wildtyp-p53 gegenüber mutiertem p53 in einer Zweiallel-Konfiguration phänotypisch dominant ist. Diese Ergebnisse zeigen, daß wie bei dem Retinoblastomgen die Mutation beider Allele des p53-Gens für seine Rolle in der Onkogenese unbedingt erforderlich ist.
  • Obwohl spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart worden sind, versteht sich, daß verschiedene abweichende Modifikationen möglich sind und innerhalb des wahren Wesens und Umfangs der beigefügten Ansprüche in Betracht kommen. Es sind daher keine Beschränkungen auf den genauen Abriß oder die genaue Offenbarung, wie sie hier vorgelegt werden, beabsichtigt.

Claims (5)

1. Arzneimittel zur Verwendung bei der Suppression des neoplastischen Phänotyps einer Krebszelle, die kein endogenes Wildtyp-p53-Protein aufweist, wobei dieses Arzneimittel das Wildtyp-p53-Gen enthält, das die Sequenz aus Tabelle 3 umfaßt.
2. Arzneimittel nach Anspruch 1, wobei das Wildtyp-p53-Gen in einem retroviralen Vektor enthalten ist.
3. Arzneimittel nach Anspruch 1, wobei der Krebszelle, die kein endogenes Wildtyp-p53-Protein aufweist, das Wildtyp-p53- Tumorsuppressorgen fehlt.
4. Arzneimittel nach Anspruch 1, wobei die Krebszelle, die kein endogenes Wildtyp-p53-Protein aufweist, ein mutiertes p53-Tumorsuppressorgen aufweist.
5. Arzneimittel nach Anspruch 1, wobei die Krebszelle, die kein endogenes Wildtyp-p53-Protein aufweist, eine Osteosarkomzelle, Lungenkarzinomzelle, Lymphadenomzelle, Leukämiezelle, Weichteilgewebesarkomzelle, Brustkrebszelle, Blasenkrebszelle oder Prostatakarzinomzelle ist.
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