Podcasts about expressionssystems

Der Transfer von Genen ist eine unverzichtbare Methode für die Erforschung von Genfunktionen in vivo, für die gezielte Expression von Proteinen oder RNA-Molekülen, sowie für die Entwicklung von Gentherapien z.B. gegen Krebserkrankungen oder genetische Defekte. Gerade unter gentherapeutischen Gesichtspunkten sind virale Gentransfervektoren von Interesse, mit deren Hilfe beispielsweise fehlende bzw. eingeschränkte Genfunktionen wiederhergestellt werden können. Ebenso vorstellbar ist der Einsatz viraler Vektoren für Immunisierungen, die z.B. zur Auslösung tumorspezifischer zellulärer Immunantworten führen. Wünschenswert ist in diesem Zusammenhang besonders eine zellspezifische Expression von Transgenen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden deshalb lentivirale Vektoren entwickelt, mit deren Hilfe eine konstitutive Genexpression in B-Zellen ermöglicht wurde. Die Beschränkung der Genexpression auf B-Zellen wurde durch die Wahl eines entsprechenden zellspezifischen Promotors gewährleistet. Lentivirale Vektoren haben sich in jüngster Zeit zu interessanten Werkzeugen für die Gentherapie sowie zu vielversprechenden Vakzinkandidaten entwickelt. Mit Hilfe dieser Gentransfervektoren können zahlreiche verschiedene Zelltypen, darunter auch hämatopoetische Zellen einschließlich der Immunzellen, in vitro und in vivo transduziert werden, wobei die Spezifität der Antigenexpression auf der Wahl eines entsprechenden Promotors beruht. Als Transgene wurden das verbesserte grün-fluoreszierende Protein eGFP (enhanced green fluorescent protein; im Folgenden als „GFP“ bezeichnet) und das Hühnerei-Albumin (im Folgenden als „OVA“ bezeichnet) exprimiert. Anhand umfangreicher Analysen der GFP-Expression in Knochenmarkschimären konnte die B-Zellspezifität der generierten Vektoren überprüft werden. Desweiteren wurden die lentiviralen Vektoren auch systemisch (intravenös) angewandt. Hier konnte gezeigt werden, dass die Spezifität der Genexpression mit dieser Applikationsroute erhalten bleibt, wohingegen die Expressionsstärke im Vergleich zu den Chimären erheblich zurückgeht. Funktionelle Studien mit B-zellspezifischen, OVA-kodierenden lentiviralen Vektoren konnten jedoch belegen, dass die Expressionsstärke nach systemischer Anwendung noch ausreichend war, um eine OVA-spezifische zelluläre Immunität zu stimulieren. Damit erwies sich das System auch hinsichtlich möglicher therapeutischer Anwendungen, z.B. als Vakzine, als funktionell. Eine humorale Antikörperantwort gegen virale Hüllproteine bzw. gegen OVA konnte nicht nachgewiesen werden. Zusammenfassend belegen diese Daten, dass die systemische Anwendung B-zellspezifischer lentiviraler Vektoren möglich ist und einen interessanten Ansatz zur Generierung neuer Vakzine bieten kann. Denkbar wäre beispielsweise eine Anwendung bei der Unterstützung therapeutischer Vakzinierungen. Ein weiterer interessanter Aspekt in diesem Zusammenhang ist die Rolle der B-Zelle als antigenpräsentierende Zelle, die mit Hilfe einer temporären Kontrolle der Genexpression genauer untersucht werden könnte. Aus diesem Grunde wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit auch ein induzierbares gammaretrovirales Genexpressionssystem entwickelt, um ein gezieltes An- und Abschalten der Genexpression in B-Zellen zu erreichen. Die Beschränkung auf B-Zellen wurde hier ebenfalls durch die Wahl eines entsprechenden zellspezifischen Promotors gewährleistet. Detaillierte in vivo-Analysen des Expressionssystems in Knochenmarkschimären zeigten jedoch, dass es einerseits nach Induktion nur zu einer schwachen Transgenexpression kam und es andererseits eine unerwünschte Hintergrundexpression sowohl in B-Zellen als auch in Nicht-B-Zellen gab. Aus diesen Gründen musste von der Anwendung dieses Systems für geplante Studien zur Rolle der Genexpression während verschiedener Stadien der B-Zellentwicklung abgesehen werden.

Entwicklungsbiologen haben vor über 25 Jahren festgestellt, daß Progesteron (PROG) die Fortsetzung der Reifeteilung an Xenopus Oozyten durch nicht-genomische Mechanismen an der Plasmamembran initiiert. Obwohl mehrere Publikationen dabei keine oder nur späte Veränderungen der intrazellulären Calciumkonzentration [Ca2+]i beschreiben, konnten Wasserman et al. an einigen Oozyten [Ca2+]i-Erhöhungen innerhalb der ersten Minute nach PROG-Zugabe beobachten. Diese Versuche sollten mit der Methode des Calcium Imaging reproduziert werden, wobei der Verlauf von [Ca2+]i durch Fluoreszenzmessung und dem Ca2+-Indikatorfarbstoff Fura-2 gemessen wurde. Dabei konnten innerhalb der ersten Minuten nach PROG-Zugabe keine Veränderungen von [Ca2+]i gefunden werden. Lysophosphatidylsäure (LPA) hingegen löste sehr zuverlässig Calcium-Signale aus. Durch Thrombin, Angiotensin II und Acetylcholin ausgelöste Effekte ließen sich, wenn auch seltener, ebenfalls zeigen. Xenopus Oozyten sind molekularbiologisch als eukaryontisches Expressionssystem nutzbar. Zur Etablierung des Expressions- und Testsystems wurde RNA in die Oozyten injiziert, die für den GnRH-Rezeptor kodiert. Nach erfolgreicher Expression steigt [Ca2+]i 1-3 Minuten nach der Rezeptorbindung über eine Aktivierung von Phospholipase Cb und das InsP3 System an. Auch bei Injektion von weniger als 0,5ng RNA pro Oozyte in das Zytosol konnte nach zwei Tagen, bei weniger als 0,15ng nach vier Tagen, ein schnelles Ca2+-Signal auf GnRH-Zugabe gesehen werden. Ebenso zeigten diese Effekte auch Oozyten, bei denen ein eukaryontischer GnRH-Rezeptor-Expressionsvektor in den Kern mikroinjiziert wurde, nicht aber unbehandelte Oozyten oder andere Negativkontrollen. An glatten Gefäßmuskelzellen (RSMC) kann in vitro eine schnelle Erhöhung von [Ca2+]i auf Aldosteron (ALDO) und an Spermatozoen auf PROG gezeigt werden. Zur Anwendung des Expressionssystems auf schnelle nicht-genomische Steroideffekte wurde einerseits aus diesen Zellen isolierte RNA in den Oozyten exprimiert, als auch RNA, welche für ein membranständiges Progesteron-bindendes Protein (mPR) kodiert. Durch Expression von RSMC-RNA konnte an Oozyten allerdings keine Calciumreaktion auf ALDO beobachtet werden; ebensowenig auf PROG durch Expression von RNA aus Mäusehoden oder mPR-RNA. Die hier vorgestellte Methode ist daher weniger geeignet zur Screening-Untersuchung bei der Expressionsklonierung zur Isolierung putativer Rezeptoren aus Genbanken oder Gesamt-RNA. Insgesamt handelt es sich jedoch um ein sehr gutes System, die Expression eines Rezeptors funktionell nachzuweisen; weitere Untersuchungen zur Rezeptoraktivierung, Signaltransduktion und topographischen Signalausbreitung lassen sich anschließen.

Mit speziell angefertigten cDNA-Makro-Arrays wurden Melanomzelllinien und kulti-vierte Melanozyten auf die transkriptionelle Aktivität von Genen untersucht, welche bekannterweise bei der zellulären Signaltransduktion von Bedeutung sind. Zur Analyse der daraus erhaltenen Daten wurde das Computer-Programm "GeneFish" geschrieben, welches auch für zukünftige, ähnliche Fragestellungen in anderen Systemen verwendbar ist. Mit Hilfe dieses Programmes wurde gefunden, dass bei ADAM-9, ADAM-10, HER3, FAK, SHC und dem IGF-1-Rezeptor die Unterschiede der Expression zwischen Melanomzelllinien und Melanozyten besonders ausgeprägt waren. Bei weiteren Genen wurden schwächer ausgeprägte, jedoch ebenfalls interessante Expressionsmuster beobachtet. Die Rolle von HER3 wurde durch Einführung einer dominant negativ wirkenden Mutante von HER3 in Melanomzelllinien weitergehend untersucht. Bei Verwendung eines konstitutiv exprimierenden Expressionssystems starben die transgenen Zellen, was einem lethalen Effekt der Mutante zugeschrieben wurde. Mit einem induzierbaren Expressionssystem wurden Zellklone erhalten, die veränderte biologische Eigenschaften aufwiesen, welche jedoch unabhängig von der Expression des Transgens waren. Trotz dieser technischen Schwierigkeit bleibt HER3 eines der vielversprechendsten Gene für die künftige Forschung an Melanomen.