DE69829402T2 - Expressionsprofile in adulten und fötalen organen - Google Patents
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- C12Q2600/158—Expression markers
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die Veröffentlichung WO 97/27317 betrifft verschiedene Verfahren, zur Verwendung von Arrays mit immobilisierten Sonden zur Untersuchung der mRNA-Expression. Kauppinen et al. (Magn. Reson. Med. 25: 398–407, 1992) berichten über die Regulation zytoplasmatischer Polypeptide während der Entwicklung des Rattencerebralkortex unter Verwendung von 1H-NMR. Takahashi et al. (Gene 164: 219–227, 1995) berichten über die Expressionsprofile einiger Gene die präferentiell im humanen Hirn exprimiert werden wobei ein Verfahren verwendet wurde, welches die Autoren "high density cDNA filter analysis" bezeichnen.
- Die Expressionsprofile von Genen in bestimmten Organen oder Krankheitsstadien oder Entwickungsstadien stellen molekulare Werkzeuge zur Verfügung um die Toxizität, die Wirksamkeit von Medikamenten, den Metabolismus von Medikamenten, die Entwicklung und den Krankheitsverlauf zu beobachten. Veränderungen des Expressionsprofils gegenüber einem Grundprofil können als Hinweise auf solche Effekte verwendet werden.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Eine Aufgabe der vorliegende Erfindung besteht darin ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem man zwischen einer fötalen und einer adulten Leberprobe unterscheiden kann.
- Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Unterscheidung einer fötalen und einer adulten Leberprobe zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst Schritte, bei denen man:
der Expression von zwei oder mehr Genen in der Probe nachweist, die aus der Gruppe bestehend aus: G6PD, Calmodulin, VLDLR, Udulin 1/Undulin/Extrazelluläres Matrix Glycoprotein, Hepatocyten gf, IGF Bindungsprotein 1, Ubiquitin, Cytochrom p450-2E1, und Thymosin beta-10 besteht, wobei die Expression von G6PD, VLDLR, Udulin 1/Undulin/Extrazelluläres Matrix Glycoprotein, Cytochrom p450-2E1, und Thymosin beta-10 auf eine Leber eines Erwachsenen hinweist, und die Expression von Calmodulin, Hepatocyten gf, IGF Bindungsprotein 1, und Ubiquitin auf eine fötale Leber hinweist. - Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Verwendung eines festen Trägers zur Unterscheidung zwischen einer fötalen und einer adulten Leberprobe in dem Verfahren entsprechend Anspruch 1, wobei der feste Träger Folgendes umfasst: zwei oder mehr Oligonukleotide zum Nachweis von zwei oder mehr Genen, die aus der Gruppe bestehend aus: G6PD, Calmodulin, VLDLR, Udulin 1/Undulin/Extrazelluläres Matrix Glycoprotein, Hepatocyten gf, IGF Bindungsprotein 1, Ubiquitin, Cytochrom p450-2E1, und Thymosin beta-10 ausgewählt wurden, wobei jedes Oligonukleotid eine Sequenz umfasst, die komplementär zu einem der beiden oder mehreren Genen ist.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt eine Darstellung der Hybridisierungsintensitäten bei fötalem Hirn. Poly(A)+ versus cDNA ergab eine Gerade mit der Steigung 1. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Es wurden Gene entdeckt, deren Expression stark (≥ 10-fach) zwischen verschiedenen Entwicklungsstadien und verschiedenen Organen im gleichen Entwicklungsstadium variiert. Daher können diese Gene als Abfragepositionen (Sonden) verwendet werden, um das Expressionsmuster unbekannter Zellen oder Proben zu bestimmen und um sie dem entsprechenden Entwicklungsstadium oder Organ zuzuordnen. Die Gene sind in Tabelle 4 aufgeführt. Die vollständigen Gensequenzen sind bei GenBank unter den Zugriffsnummern, die in der Tabelle dargestellt sind, verfügbar.
- Jede Auswahl von wenigstens 2 bis 16 der Gene kann als Abfragepositionen verwendet werden. Für eine spezielle Abfrage von zwei Bedingungen oder Quellen ist es wünschenswert diejenigen Gene auszuwählen, deren Expressionsmuster einen großen Unterschied zwischen den beiden Bedingungen oder Quellen aufweisen. Eine wenigstens 2-fache Differenz ist wünschenswert, aber eine 5-fache oder 10-fache Differenz wird bevorzugt.
- Abfragen von Genen oder Proteinen können durchgeführt werden, um verschiedene Informationen zu erhalten. Potentielle Medikamente können untersucht werden um zu bestimmen, ob die Expression dieser Gene in unangemessener Weise verändert ist. Das kann z.B. nützlich sein um zu bestimmen, ob ein bestimmtes Medikament einer schwangeren Frau verschrieben wird. In Fällen, in denen die Expression eines fötal exprimierten Gens durch das potentielle Medikament beeinflusst wird, ist ein Verbot des Medikaments für schwangere Frauen angezeigt. Ebenso sollte ein Medikament, das die Expression eines Gens hervorruft, das normalerweise bei Föten exprimiert wird, für schwangere Frauen verboten werden.
- Molekulare Expressionsmarker für Hirn oder Leber können dazu verwendet werden, um eine auf der Grundlage morphologischer Kriterien durchgeführte Bestimmung von Gewebequellen zu bestätigen. In manchen Fällen ist die Identifikation von Zelltyp oder Quelle basierend auf klassischen Kriterien unklar. In diesen Fällen sind die molekularen Expressionsmarker der vorliegenden Erfindung von Nutzen.
- Außerdem kann ein das Hirn oder die Leber betreffender Krankheitsverlauf verfolgt werden, indem die Expressionsmuster der beteiligten Organe mit Hilfe der molekularen Expressions marker der vorliegenden Erfindung beobachtet werden. Eine gestörte Expression kann im Krankheitsfall beobachtet werden. Durch Beobachtung der Expressionsmuster der molekularen Expressionsmarker kann auch eine Kontrolle der Wirksamkeit verschiedener medikamentöser Behandlungen erreicht werden.
- Obwohl nur ein paar verschiedene Entwicklungszeitpunkte beobachtet wurden, wie in den Beispielen unten gezeigt, können auch andere Entwicklungsstadien mit den gleichen molekularen Expressionsmarkern untersucht werden. Die Bedeutung dieser Marker in der Entwicklung ist hier gezeigt worden, eine Variation ihrer Expression könnte jedoch zu anderen Zeiten stattfinden. Man könnte z.B. die Expression dieser Marker in anderen Schwangerschaftsstadien, zur Geburt, postnatal, und im Verlauf des humanen Lebenszyklusses untersuchen.
- Die festen Träger die die Oligonukleotidsonden für die differentiell exprimierten Gene enthalten, können Filter, Polyvinylchloridschalen, etc. sein. Jede feste Oberfläche an die Oligonukleotide gebunden werden können, sowohl direkt als auch indirekt, sowohl kovalent als auch nicht kovalent, kann verwendet werden. Vorzugsweise wird als fester Träger ein hochdichtes DNA-Array oder ein DNA-Chip verwendet. Dieses enthält eine bestimmte Oligonukleotidsonde an einer vorbestimmten Position des Arrays. Jede vorbestimmte Position kann mehr als ein Molekül der Probe enthalten, aber jedes Molekül in der vorbestimmten Position hat die identische Sequenz. Solche vorbestimmten Positionen werden Features genannt. Es können sich beispielsweise zwischen 2, 10, 100, 1000 und 10 000, 100 000, oder 400 000 solcher Features auf einem einzelnen festen Träger befinden. Der feste Träger oder die Fläche auf der die Sonden befestigt sind, kann in der Größenordnung eines Quadratzentimeters groß sein.
- Die Oligonukleotidsonden-Arrays zur Untersuchung der Expression können mit Hilfe jeder Technik, die im Stand der Technik bekannt ist, hergestellt und verwendet werden. Siehe z.B., Lockhart, D. J. et al., Nature Biotechnology 14: 1675–1680 (1996) und McGall. G. et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA 93: 13555–13460 (1996).
- Die Gene, die im Sinne der vorliegenden Erfindung untersucht oder abgefragt werden liegen typischerweise in der Form von mRNA oder revers transkribierter mRNA vor. Die Gene können kloniert sein oder nicht. Die Gene können amplifiziert sein oder nicht. Die Klonierung selbst scheint die Repräsentation der Gene innerhalb einer Population nicht zu verzerren. Es könnte jedoch wünschenswert sein polyA+ RNA als Quelle zu verwenden, da diese mit weniger Prozessierungsschritten verwendet werden kann. Die Sequenzen der Expressionsmarkergene befinden sich in den öffentlichen Datenbanken. Die Zugriffsnummern für die Sequenzen werden in Tabelle 4 genannt. Die Sequenzen der Gene werden nach GenBank bezeichnet (siehe Tabelle 4). Einige der Gene sind ferner Gegenstand von Veröffentlichungen in wissenschaftlichen und gelehrten Zeitschriften. Diese umfassen: Anand, R. und Lindstrom, J., Nucleotide sequence of the human nicotinic acetylcholine receptor beta 2 subunit gene. Nucleic Acids Res. 18(14), 4272 (1990) (MEDLINE 90332444); Takizawa, T., Huang, I. Y., Ikuta, T. und Yoshida, A., Human glucose-6-phosphate dehydrogenase: primary structure and cDNA cloning, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83(12), 4157–4161 (1986) (MEDLINE 86233391); Karathanasis, S. K., Apolipoprotein multigene family: tandem organization of human apolipoprotein AI, CIII and AIV genes, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 82(19), 6374–6378. (1985) (MEDLINE 86016704); Sakai, J., Hoshino, A., Takahashi, S., Miura, Y., Ishii, H., Suzuki, H., Kawarabayasi, Y. und Yamamoto, T., Structure, chromosome location, and expression of the human very low density lipoprotein receptor gene, J. Biol. Chem. 269(3), 2173–2182 (1994) (MEDLINE 94124575); Schuppan, D., Cantaluppi, M., Becker, J., Veit, A., Bunte, T., Troyer, D., Schuppan, F., Schmid, M., Ackermann, R. und Hahn, E., Undulin, an Extracellular Matrix Glycoprotein Associated with Collagen Fibrils, J. Biol. Chem. 265, 8823–8832 (1990) (MEDLINE 90256812); Just, M., Herbst, H., Hummel, M., Durkop, H., Tripier, D., Stein, H. und Schuppan, D., Undulin is a novel member of the fibronectin-tenascin family of extracellular matrix glycoproteins, J. Biol. Chem. 266, 17326–17332 (1991) (MEDLINE 91373351); Ehrenborg, E., Larsson, C., Stern, I., Janson, M., Powell, D. R. und Luthman, H., Contiguous localization of the genes encoding human insulin-like growth factor binding proteins 1 (IGBP1) and 3 (IGBP3) on chromosome 7, Genomics 12(3), 497–502 (1992) (MEDLINE 92217971); Kosik, K. S., Orecchio, L. D., Bruns, G. A., Benowitz, L. I., MacDonald, G. P., Cox, D. R. und Neve, R. L., Human GAP-43: its deduced amino acid sequence and chromosomal localization in mouse and human, Neuron 1(2), 127–132 (1988) (MEDLINE 90166498; Perin, M. S., Johnston, P. A., Ozcelik, T., Jahn, R., Francke, U. und Sudhof, T. C., Structural and functional conservation of synaptotagmin (p65) in Drosophila and humans, J. Biol. Chem. 266(1), 615–622 (1991) (MEDLINE 91093190); Fischer R., Koller, M., Flura, M., Mathews, S., Strehler-Page, M. A., Krebs, J., Penniston, J. T., Carafoli, E. und Strehler, E. E., Multiple divergent mRNAs code for a single human Calmodulin, J. Biol. Chem. 263(32), 17055–17062 (1988) (MEDLINE 89034207).
- Glucose-6-phosphatdehydrogenase-Defizienz kann zu signifikanter Hämolyse führen. Die hämolytische Krise kann durch die Belastung mit einem Oxidans induziert werden und zu einer schwerwiegenden Abnahme von Hämatokrit und Hämoglobinniveau führen. Calmodulin ist ein calciumbindendes Protein das den Aufbau von Myosinmolekülen kontrolliert. Der Kalzium Kanal ist bei ischämischen Herzkrankheiten, Schlaganfall sowie neuronaler Entwicklung und Übertragung beteiligt. Neuromodulin ist auch als GAP-43 bekannt. Es ist an der neuronalen Entwicklung beteiligt. Das Prooncoprotein EWS bindet an Neuromodulin. VLDLR ist der "very low density lipoprotein receptor". Er ist an Hyper-Cholesterolämie beteiligt. Undulin ist an Nierenkrankheiten, Nierentransplantationen und Hämodialyse beteiligt (Clin Nephrol 44(3) 178–184 (1995)). Es ist außerdem an Bilharziose oder alkoholischer Leberzirrhose beteiligt. Hepatogastroenterology 42(1), 22–26 (1995). Pyruvatdehydrogenase E1 Defizienz steht in Verbindung mit Leigh-Syndrom, Mikroenzephalie, und motorischer Neuropathie. Apolipoprotein B100 ist an Ateriosklerose und Hypercholesterolämie beteiligt. Hepatocyten Wachstumsfaktor (gf) ist an der Stimulation des Hepatozytenwachstums beteiligt. "Insulin-like growth factor-binding" Protein (IGFBP-3) prädisponiert Brustkrebszellen für programmierten Zelltod. Ubiquitin ist an Dendritenwachstum und Differenzierung beteiligt. Cytochrom P450 2E1 ist der Hauptkatalysator im humanen oxidativen Halothanmetabolismus in vitro (J Pharmacol Exp Ther 28(1), 400–411 (1997)). Thymosin beta-10 wird hauptsächlich in maglinem Brustgewebe, insbesondere in Krebszellen gefunden, wohingegen die normale Zellpopulation am Rande der Läsionen nur sehr schwache Anfärbung zeigt. Ferner war die Intensität der Anfärbung in den Krebszellen proportional zu dem Fortschreiten der Läsionen erhöht (Br J Cancer 1996 Nov.; 74(9): 1441–1444). Weiterhin korrelierte in der hochgradig metastatischen humanen Melanomzelllinie, BLM, Thymosin beta-10 mit dem malignen Phänotyp (Biochem Biophys Res Commun 1996 Aug. 23; 225(3): 808–816.)
- Um den Umfang der Expression zu bestimmen kann das Proteinprodukt der Gene untersucht werden. Die Verfahren zur Untersuchung von Proteinen umfassen Western Blot, Immunpräzipitation, Radioimmunoassay. Im Sinne der Erfindung wird jedoch vorzugsweise die mRNA untersucht um die Expression zu bestimmen. Die Verfahren zur Untersuchung von mRNA umfassen Northern Blots, Slot Blots, Dot Blots und Hybridisierung an ein geord netes Array von Oligonukleotiden. Jedes Verfahren zur spezifischen und quantitativen Bestimmung eines spezifischen Proteins oder einer mRNA oder eines DNA-Produkts kann verwendet werden.
- Die Oligonukleotidsonden zur Untersuchung des Gewebes oder der Zellprobe sind vorzugsweise von hinreichender Länge um spezifisch an das dazugehörige, komplementäre Gen oder Transkript zu hybridisieren. Typischerweise werden die Oligonukleotidsonden wenigstens 10, 12, 14, 16, 18, 20 oder 25 Nukleotide lang sein. In einigen Fällen werden längere Sonden von wenigstens 30, 40 oder 50 Nukleotiden wünschenswert sein.
- Die obige Offenbarung beschreibt die vorliegende Erfindung im Allgemeinen. Ein weitergehendes Verständnis kann durch Bezugnahme auf die folgenden spezifischen Beispiele erreicht werden, die hiermit nur zum Zwecke der Illustration, nicht aber um den Geltungsbereich der Erfindung einzuschränken, bereitgestellt werden.
- BEISPIEL 1
- Der Grad der Genexpression wurde quantitativ in humanen poly(A)+ und cDNA-Bibliotheken gemessen wobei hochdichte Oligonukleotid-Arrays verwendet wurden, die Sonden für mehr als 6500 humane Gene enthielten. Von Sonden-Arrays (DNA-Chips) dieser Art wurde gezeigt, dass sie sich quantitativ, mit hoher Spezifität und Sensitivität verhalten (Lockhart, D. J. et al., 1996, Nat. Biotech. 14: 1657–1680). Die Arrays wurden auf der Basis von Sequenzinformationen aus GenBank und dbEST entwickelt und synthetisiert. Die Hälfte der Gene wurde aus den humanen Volllängensequenzen in GenBank ausgewählt und die andere Hälfte wurde aus geclusterten ESTs ausgewählt, die Sequenzähnlichkeit zu Genen bekannter Funktion besitzen. Proben aus adultem Hirn, adulter Leber, fötalem Hirn und fötaler Leber wurden mit den Sondenarrays hybridisiert und die relative Kon zentrationen von mehr als 6500 humanen Genen wurden gleichzeitig vermessen. Die RNAs wurden nach relativer Menge klassifiziert und die differentiell exprimierten Gene wurden mittels direktem Vergleich identifiziert. Es wurden die folgenden Vergleiche angestellt; 1) fötales Hirn: adultes Hirn (nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung), 2) fötale Leber: adulte Leber, 3) adultes Hirn: adulte Leber (nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung), 4) fötales Hirn: fötale Leber (nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung). Mit Hilfe dieses Verfahrens kann man innerhalb relativ kurzer Zeit eine quantitative Darstellung der Genexpression in den Hauptorganen des menschlichen Körpers anfertigen.
- BEISPIEL 2
- Die Quellen der untersuchten Proben sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Proben wurden kommerziell bezogen.
- BEISPIEL 3
- Die Profile, die mit klonierter Hirn-cDNA und Hirn-polyA+ mRNa (revers transkribiert) erhalten wurden, wurden verglichen. Wie in Tabelle 2 gezeigt, ergab jeder Probentyp eine große Anzahl von mRNAs in geringer Kopienzahl. Der Prozentsatz einzigartiger mRNAs in geringer Kopienzahl war bei jeder Probenquelle etwa der gleiche.
- Wie in
1 gezeigt, ergab ein Plot der fötalen Hirnhybridisierungsintensitäten, polyA+ versus cDNA eine Gerade mit der Steigung 1. - BEISPIEL 4
- Die mRNA in Hirn und Leber wurde verglichen (anhand ihrer cDNA). Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse. Die erste Datenspalte vergleicht fötales Hirn und fötale Leber. Die zweite Datenspalte vergleicht fötales Hirn und adultes Hirn. Die dritte Datenspalte vergleicht die jugendliche Leber mit der fötalen Leber. Der Prozentsatz von mRNAs mit niedriger Kopienzahl in fötaler Leber ist sehr gering. Das deutet darauf hin, dass die öffentlichen Datenbanken (aus denen die Sonden abgeleitet wurden) eine Unterrepräsentation der mRNAs aus fötaler Leber enthalten.
- BEISPIEL 5
- Die Ergebnisse des Vergleichs der Expressionswerte von 16 bestimmten Genen in fötaler und adulter Lunge und Hirn sind in Tabelle 4 dargestellt.
Claims (10)
- Verfahren zur Unterscheidung zwischen einer fötalen und einer adulten Leberprobe, Schritte umfassend bei denen man: die Expression von zwei oder mehreren Genen in der Probe nachweist, die aus der Gruppe bestehend aus: G6PD, Calmodulin, VLDLR, Udulin1/Undulin/Extrazelluläres Matrix Glycoprotein, Hepatocyten GF, IGF Bindungsprotein 1, Ubiquitin, Cytochrom p450-2E1, und Thymosin beta-10 ausgewählt wurden, wobei man eine adulte Leberprobe mittels der Expression von G6PD, VLDLR, Udulin1/Undulin/Extrazelluläres Matrix Glycoprotein, Cytochrom p450-2E1, und Thymosin beta-10 und eine fötale Leberprobe mittels der Expression von Calmodulin, Hepatocyten GF, IGF Bindungsprotein 1 und Ubiquitin nachweist.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Expression von mindestens 3 Genen untersucht wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Expression von mindestens 4 Genen untersucht wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Expression von mindestens 5 Genen untersucht wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Expression von mindestens 6 Genen untersucht wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Expression von mindestens 7 Genen untersucht wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Expression von mindestens 8 Genen untersucht wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Expression von mindestens 9 Genen untersucht wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Expression von mindestens 10 Genen untersucht wird.
- Verwendung eines festen Trägers zur Unterscheidung zwischen einer fötalen und einer adulten Leberprobe in einem Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Träger folgendes umfaßt: zwei oder mehr Oligonukleotide zum Nachweis von zwei oder mehr Genen, die aus der Gruppe bestehend aus G6PD, Calmodulin, VLDLR, Udulin1/Undulin/Extrazelluläres Matrix Glycoprotein, Hepatocyten GF, IGF Bindungsprotein 1, Ubiquitin, Cytochrom p450-2E1, und Thymosin beta-10 ausgewählt wurden, wobei jedes Oligonukleotid eine Sequenz aufweist, die komplementär zu einem der beiden oder mehreren Genen ist.
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