DE19916417A1 - New amyloid-specific aptamer, useful for diagnosis and/or treatment of e.g. Alzheimer's disease, is stabilized against nucleases - Google Patents
New amyloid-specific aptamer, useful for diagnosis and/or treatment of e.g. Alzheimer's disease, is stabilized against nucleasesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft amyloidspezifische Substanzen.The invention relates to amyloid-specific substances.
Amylolde bezeichnet im Rahmen der Erfindung unlösli che Peptide, welche sich insbesondere im extrazellulä ren Bereich eines Gewebes ablagern und so Plaques bil den kännen. Mit der Amyloid-Plaquebildung gehen ver schiedenste Krankheitsbilder einher, so beispielsweise insbesondere Alzheimer, Spongiforme Encephalopathien und Typ II Diabetes Mellitus. Im Falle von Alzheimer kommt dem Amyloid βA4 besondere Bedeutung zu. Das βA4 ist ein Peptid aus 39-43 Aminosäuren mit einem Moleku largewicht von ca. 4 kDa. βA4 ist ein Fragment des so genannten Amyloidvorläuferproteins APP (Amyloid Precursor Protein), welches ein Transmembran-Glycopro tein ist. APP wird von 3 unterschiedlichen Proteasen, den sogenannten α-, β- und γ-Sekretasen gespaltet. Im Falle der α-Sekretasen entsteht ein lösliches APP- Fragment mit neuroprotektiven Eigenschaften. Im Falle der β- und γ-Sekretasen entsteht dagegen das βA4, wel ches außerhalb der Zellen zu löslichen Plaques aggre giert. Ähnliche Plaqueablagerungen wurden auch bei der Parkinson-Krankheit, Chorea Huntington oder den Prion krankheiten nachgewiesen.Amylolde referred to insoluble in the invention che peptides, which in particular in extrazellulä deposit the area of a tissue and thus form plaques you can. Go with the amyloid plaque formation ver various diseases, for example in particular Alzheimer's, spongiform encephalopathies and type II diabetes mellitus. In the case of Alzheimer's Amyloid βA4 is of particular importance. The βA4 is a peptide of 39-43 amino acids with one molecule large weight of about 4 kDa. βA4 is a fragment of the like called amyloid precursor protein APP (amyloid Precursor protein), which is a transmembrane glycopro tein is. APP is powered by 3 different proteases, cleaved the so-called α-, β- and γ-secretases. in the Case of α-secretases, a soluble APP- Fragment with neuroprotective properties. In the event of the β- and γ-secretases, however, the βA4, wel Ches outside the cells to aggre soluble plaques yaws. Similar plaque deposits were also found in the Parkinson's disease, Huntington's or the prion proven diseases.
Jedenfalls im Falle der Alzheimer-Krankheit beruht die Plaquebildung letztendlich vermutlich auf Gendefekten, in denen der APP-Metabolismus so verändert wird, daß das βA4(1-42) und das βA4(1-40) Amyloid entstehen. Das βA4(1-40) lagert sich bevorzugt an den bereits gebildeten Keimen des extrem unlöslichen βA4(1-42) ab und bildet so die eigentlichen Plaques. Die Amyloidab lagerungen führen zu einer dauerhaften Mikrogliaakti vierung mit der Folge chronischer Entzündungen, wo durch auch gesunde Neuronen geschädigt werden. Aber auch Apoptose wird vermutlich durch βA4 ausgelöst. Apoptose führt zwangsläufig zum Schrumpfen des Ge hirns, da Neuronen im Gegensatz zu anderen Zellen nicht mehr nachwachsen.In any case, in the case of Alzheimer's disease is based Plaque formation is ultimately thought to be due to genetic defects, in which the APP metabolism is altered so that the βA4 (1-42) and the βA4 (1-40) amyloid are formed. The βA4 (1-40) preferably attaches to the already formed nuclei of the extremely insoluble βA4 (1-42) and thus forms the actual plaques. The amyloidab Storage leads to a permanent Mikrogliaakti with the consequence of chronic inflammation, where be harmed by even healthy neurons. But also apoptosis is probably triggered by βA4. Apoptosis inevitably leads to shrinkage of the Ge brain, because neurons unlike other cells not regrow.
Aus pharmazeutischer und medizinischer Sicht ist es von besonderem Interesse, Substanzen zu entwickeln, mittels welcher β-Amyloide im Körper nachgewiesen wer den können. Denn bisher konnte die Alzheimer-Krankheit nur durch Gespräche und Lerntests diagnostiziert wer den, weshalb eine Therapie erst einsetzen konnte, wenn sich die Demenz bereits bemerkbar gemacht hat und der irreversible Abbau des Gehirns fortgeschritten ist. Mittels Substanzen, welche an β-Amyloide binden, könn te dem gegenüber sehr frühzeitig die Krankheit diagno stiziert und therapiert werden, so daß der Abbau des Gehirns verhindert oder zumindest erheblich verzögert wird. Auch für eine Therapie ist es wichtig, Substan zen zu finden, welche an β-Amyloide binden.From a pharmaceutical and medical point of view, it is of particular interest to develop substances by means of which β-amyloids are detected in the body you can. For so far, Alzheimer's disease only diagnosed by talking and learning tests who why therapy could only begin when Dementia has already made itself felt and the irreversible brain degradation has progressed. By means of substances which bind to β-amyloids, könn He diagnosed the disease very early on be stigmatized and treated so that the degradation of the Brain prevented or at least significantly delayed becomes. Also for a therapy it is important to use Substan zen, which bind to β-amyloids.
Substanzen der eingangs genannten Art sind bekannt aus der Literaturstelle DE 197 25 619 A1. Hierbei handelt es sich um relativ kurze Peptide, welche die Amyloidbil dung hemmen. Nachteilig bei den insofern bekannten Substanzen ist, das solche Peptide, insbesondere kurze Peptide, meist eine relativ geringe Affinität für Zielsubstanzen haben. Im Falle von kurzen Peptiden liegen die apparenten Dissoziationskonstanten typi scherweise im µMol-Bereich. Ebenfalls bekannt sind monoklonale Antikörper gegen βA4, die eine Quantifi zierung des Amyloids ermöglichen. Solche monoklonalen Antikörper sind jedoch nur mit sehr großem Aufwand, und zwar unter Einschluß von in-vivo Verfahrenstufen, herstellbar und folglich vergleichsweise teuer.Substances of the type mentioned are known from the document DE 197 25 619 A1. This is it relatively short peptides, which are the amyloid bil inhibit. A disadvantage of the extent known Substances that is such peptides, especially short Peptides, usually a relatively low affinity for Have target substances. In the case of short peptides the apparent dissociation constants are typi usually in the μmol range. Also known monoclonal antibodies to βA4, which is a Quantifi allow amination of amyloid. Such monoclonal However, antibodies are only with great effort, including in-vivo process steps, produced and therefore relatively expensive.
Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Pro blem zugrunde, amyloidspezifische Substanzen zu fin den, welche gleichzeitig hochaffin und einfach her stellbar sind.In contrast, the invention is the technical Pro They are based on finding amyloid-specific substances those who are both highly affine and simple are adjustable.
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Er findung ein gegen Nukleinsäure-spaltende Enzyme stabi lisiertes Aptamer, welches amyloidspezifisch ist, oder Allele und/oder Derivate eines solchen Aptamers. Als Aptamere sind Nukleinsäuren bezeichnet, welche an ein Protein als Zielmolekül binden. Dabei kann ein Aptamer eine DNA- oder eine RNA-Struktur aufweisen. Aptamere werden gegen Nukleinsäure-spaltende Enzyme stabili siert durch Modifikation. Die Stabilisierung berührt die Affinität der modifizierten Aptamere praktisch nicht, verhindert jedoch die schnelle Zersetzung der Aptamere in einem Organismus durch RNasen oder DNasen. Ein Aptamer wird im Rahmen der Erfindung als stabili siert bezeichnet, wenn die Halbwertszeit in biologi schen Seren größer als eine Minute, vorzugsweise grö ßer als eine Stunde, höchst vorzugsweise größer als ein Tag ist. Demgegenüber werden beispielsweise unmo difizierte RNA-Aptamere in Sekundenschnelle abgebaut. Allele sind Zustandformen von Nukleinsäuren, welche durch Mutationen ineinander überführt werden können. Hierfür kommen in Frage: Translolcation von affinen Teilsequenzen, Punktmutation innerhalb oder außerhalb einer affinen Teilsequenz, Deletion innerhalb oder außerhalb einer affinen Teilsequenz. Derivate bezeich net chemische Abkömmlinge, die durch Abtrennung, Ein führung oder Austausch von Atomen oder Atomgruppen eines oder mehrerer Nukleotide aus einer Nukleinsäure erhalten werden. Wesentlich ist, daß auch die Derivate und/oder Allele gegen Nukleinsäure-spaltende Enzyme stabilisiert und amyloidspezifisch sind. Die Eigen schaft des Allels oder Derivats lcann jeweils für sich oder gleichzeitig vorliegen.To solve this technical problem, he teaches finding a against nucleic acid-cleaving enzymes stabi aptamer which is amyloid-specific, or Alleles and / or derivatives of such an aptamer. When Aptamers are called nucleic acids which bind to a Bind protein as a target molecule. It can be an aptamer have a DNA or an RNA structure. aptamers become stable against nucleic acid-cleaving enzymes siert by modification. The stabilization touched the affinity of the modified aptamers practically not, but prevents the rapid decomposition of Aptamers in an organism by RNases or DNases. An aptamer is considered stable in the context of the invention referred to when the half-life in biologi sera greater than one minute, preferably above one hour, most preferably greater than one day is. In contrast, for example, unmo modified RNA aptamers degraded in seconds. Alleles are conditional forms of nucleic acids which can be converted into each other by mutations. For this purpose are: Translolcation of affine Partial sequences, point mutation inside or outside an affine partial sequence, deletion within or outside of an affine subsequence. Derivatives net chemical derivatives by separation, a leadership or exchange of atoms or groups of atoms one or more nucleotides from a nucleic acid to be obtained. It is essential that the derivatives and / or alleles against nucleic acid-cleaving enzymes stabilized and amyloid-specific. The own Each of the allele or derivative can be used separately or simultaneously.
Ein erfindungsgemäßes Aptamer ist herstellbar durch folgende Verfahrensschritte: a) es wird ein randomi sierter DNA-Pool geschaffen, b) aus dem randomisierten DNA-Pool wird ggf. ein RNA-Pool erzeugt und in einen Selektionskreislauf mit folgenden Schritten aufgege ben: c) an das Amyloid oder eine Teilsequenz des Amy loids bindende RNA des RNA-Pools bzw. DNA des DNA- Pools wird selektiert, d) selektierte RNA bzw. DNA wird amplifiziert, e) die RNA bzw. DNA aus Stufe d) wird dem RNA-Pool bzw. DNA-Pool in der Stufe c) zuge geben, wobei die Stufen c) bis e) sooft wiederholt werden, bis der Anteil in Stufe c) selektierter RNA bzw. DNA um weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 10% ansteigt. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein aus anderen Zusammenhängen bekanntes in vitro Ver fahren zur Selektion von Aptameren. Zu den Verfahrens stufen ist im Einzelnen folgendes auszuführen. Für die Stufe a) kann eine Nukleinsäure-Bibliothek mit großer Komplexität erhalten werden mit chemisch-synthetisier ten DNAs. Dazu wird mit Hilfe der automatischen Fest plattensynthese eine randomisierte Sequenz syntheti siert, die von 2 konstanten Primerregionen mit beispielsweise 20 ±5 Nukleotiden flankiert wird. Die Selektionen werden beispielsweise mit randomisierten Bereichen zwischen 30 und 80 Nukleotiden durchgeführt. Die beiden flankierenden konstanten Regionen dienen dazu, einzelsträngige DNA mit Hilfe der Polymerase- Ketten-Reaktion (PCR) zu Doppelstrang-DNA zu komplet tieren und zu vervielfältigen. Durch Einsatz von Pri mern, die über den Hybridisierungsbereich hinausragen, ist es möglich, die DNAs weiter zu verlängern. Dadurch kann der Erkennungsbereich für die T7-RNA-Polymerase, der T7-Promotor, eingeführt werden, der für die ggf. anschließende Transkription von DNA in RNA benötigt wird (Stufe b). Die Selektion (Stufe c) kann mit Hilfe der Affinitätschromatographie durchgeführt werden. Hierbei wird das Zielmolekül am Säulenmaterial immobi lisiert, wodurch nichtbindende Aptamere abgetrennt werden. Es kann sich hierbei empfehlen, eine Vorsäule mit Säulenmaterial, jedoch immobilisiertes Zielmolekül herzustellen und vorzuschalten. Hierdurch wird eine Anreicherung von Säulenmaterial-affinen Aptameren ver hindert. Es versteht sich, daß die Aptamere vor Aufga be in den Selektionskreislauf gegebenenfalls renatu riert werden, damit sie in einer reproduzierbaren Kon formation vorliegen. Zur Ablösung von selektierten Aptameren von der Affinitätschromatographiesäule emp fiehlt es sich im Einzelnen die Affinitätselution zu verwenden. Dabei wird mit in Bindungspuffern gelöstem Zielmolekül eluiert. Eine andere Verfahrensweise ist die reversible Immobilisierung des Zielmoleküls. So kann das Zielmolekül z. B. über eine freie Sulfidgruppe unter Ausbildung von Disulfidbrücken an das Säulenma terial gekoppelt werden. Nachdem die Aptamere gebunden haben, werden die Disulfidbrücken reduktiv gespalten, so daß das Zielmolekül zusammen mit dem Aptamer elu iert wird. Schließlich ist eine Elution mit einem de naturierenden Puffer möglich. Durch Denaturierung än dern die Aptamere ihre Konfirmation und werden vom Zielmolekül gelöst. Dies ist auch relativ unproblema tisch, da Aptamere, anders als Proteine, leicht rena turierbar sind. Die Amplifikation (Stufe d) kann wie folgt durchgeführt werden. Das selektierte Aptamer wird gegebenfalls durch reverse Transkriptionen in DNA umgeschrieben. In jedem Fall erfolgt die Amplifikation mittels der gut bekannten PCR-Methode, welche hier nicht im Detail näher erläutert werden soll. Nach der Amplifizierung erfolgt wiederum gegebenenfalls eine T7-Transkription zum Erhalt eines RNA-Aptamers, wel ches dann dem RNA-Pool wieder zugeführt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich in Zyklen, wobei die affinen Aptamere exponentiell angereichert werden. Die Komple xität eines Startpools wird nach 5 Zyklen typischer weise um den Faktor 1010-1015 reduziert. So lassen sich Bibliotheken von 1015 und mehr unterschiedlichen Apta meren mit geringem Arbeitsaufwand und großer Effizienz durchsuchen. Bei einer Komplexität des Startpools von 1015 werden in der Regel 6-15 Selektionsrunden benö tigt, um die gewünschten Aptamere anzureichern. Für die Identifizierung der Aptamere: werden in der Stufe d) DNAs des letzten Zyklus in Plasmide ligiert, klo niert und sequenziert. Die ermittelten Sequenzen wer den miteinander verglichen, um Gemeinsamkeiten in der Primär- und Sekundärstruktur und damit die Bindungsmo tive zu identifizieren. Auch ist es möglich, an den vorbeschriebenen Prozeß eine in vitro Evolution anzu schließen. Im Rahmen des vorstehenden Verfahrens sind die RNA-Aptamere wichtigerer, ebenso können auf entsprechende Weise selbstverständlich auch DNA-Apta mere hergestellt werden. Es entfallen dann die T7-Transkriptionen sowie die reverse Transkription.An aptamer according to the invention can be produced by the following method steps: a) a randomized DNA pool is created, b) an RNA pool is optionally generated from the randomized DNA pool and placed in a selection cycle with the following steps: c) the amyloid or a partial sequence of the Amy loids binding RNA of the RNA pool or DNA of the DNA pool is selected, d) selected RNA or DNA is amplified, e) the RNA or DNA from step d) is the RNA pool or DNA pool in step c), wherein steps c) to e) are repeated until the proportion in step c) of selected RNA or DNA increases by less than 50%, preferably less than 10%. This method is known from other contexts known in vitro method for the selection of aptamers. For the process stages is to be carried out in detail as follows. For step a), a nucleic acid library of great complexity can be obtained with chemically-synthesized DNAs. For this purpose, using the automatic solid-plate synthesis, a randomized sequence is synthesized, which is flanked by 2 constant primer regions with, for example, 20 ± 5 nucleotides. The selections are performed, for example, with randomized areas between 30 and 80 nucleotides. The two flanking constant regions serve to complete and amplify single-stranded DNA to double-stranded DNA using the polymerase chain reaction (PCR). By using primers that extend beyond the hybridization region, it is possible to further extend the DNAs. As a result, the recognition region for the T7 RNA polymerase, the T7 promoter, can be introduced, which is required for the possible subsequent transcription of DNA into RNA (step b). The selection (step c) can be carried out by means of affinity chromatography. Here, the target molecule is immobilized on the column material, whereby non-binding aptamers are separated. It may be advisable to prepare and preconnect a precolumn with column material but immobilized target molecule. As a result, an enrichment of column material-affine aptamers is prevented ver. It is understood that the aptamers before Aufga be in the selection cycle if necessary renatu ration, so that they are present in a reproducible conformation. For the removal of selected aptamers from the affinity chromatography column, it is advisable to use the affinity elution in detail. It is eluted with dissolved in binding buffers target molecule. Another procedure is the reversible immobilization of the target molecule. Thus, the target molecule z. B. be coupled via a free sulfide group to form disulfide bridges to the Säulenma material. After the aptamers have bound, the disulfide bridges are reductively cleaved so that the target molecule is eluted together with the aptamer. Finally, elution with a de naturierungs buffer is possible. By denaturing the aptamers change their confirmation and are released from the target molecule. This is relatively unproblematic, since aptamers, unlike proteins, are easily renaturable. The amplification (step d) can be carried out as follows. The selected aptamer is optionally transcribed into DNA by reverse transcriptions. In any case, the amplification is carried out by means of the well-known PCR method, which will not be explained in more detail here. After the amplification, T7 transcription is again optionally carried out to obtain an RNA aptamer, which is then returned to the RNA pool. This process is repeated in cycles, whereby the affine aptamers are accumulated exponentially. The complexity of a startup pool is typically reduced by a factor of 10 10 -10 15 after 5 cycles. For example, libraries can be of 10 15 and more different Apta mers want with little effort and great efficiency. With a complexity of the start pool of 10 15 usually 6-15 selection rounds are needed to enrich the desired aptamers. For the identification of aptamers: in step d) DNAs of the last cycle are ligated into plasmids, cloned and sequenced. The determined sequences are compared with each other to identify commonalities in the primary and secondary structure and thus the binding motifs. It is also possible to attach an in vitro evolution to the process described above. In the context of the above method, the RNA aptamers are more important, as well as of course also DNA Apta mers can be produced in a corresponding manner. It then eliminates the T7 transcriptions and reverse transcription.
Bei der Stabilisierung der Aptamere gegen Nukleinsäu re-spaltende Enzyme kann grundsätzlich zwischen 2 An sätzen unterschieden werden, nämlich die nachträgliche Modifikation der Aptamere und die Selektion mit be reits modifizierter RNA bzw. DNA. Der Vorteil der nachträglichen Modifikation ist die Durchführung der Selektion unter normalen Bedingungen. Dabei sollten allerdings in der Regel nicht alle Nukleotide, sondern nur ausgewählte Stellen der RNA bzw. DNA modifiziert werden, damit es zu keinen unerwünschten Veränderungen der Bindungseigenschaften kommt. Umgehen läßt sich dieses Problem, indem man die Modifikationen schon im Ausgangspool einführt. Es versteht sich, daß die modi fizierten Bausteine von den während der Selektion ver wendeten Enzyme (DNA-, RNA-Polymerasen) toleriert wer den müssen. Im Einzelnen ist es bevorzugt, wenn die 2'Hydroxylgruppe der Zuckergruppe eines oder mehrerer Pyrimidin-Nukleotide durch eine Flourid-, Amino- oder Methoxygruppe substituiert ist und/oder wenn in termi nalen Phosphatgruppen ein Sauerstoffatom durch ein Schwefelatom substituiert ist und/oder wenn das Apta mer ein Spiegelmer ist. In dem letzt genannten Fall erfolgt die Selektion der Aptamere gegen ein Enantio meres Zielmoleküls. Die insofern spiegelbildliche Nu kleinsäure wird dann Spiegelmer genannt und bindet an das eigentliche Zielmolekül, kann aber, als in der Natur nicht auftretendes Molekül, von den Enzymen nicht erkannt und daher nicht abgebaut werden. Diese Methode läßt sich allerdings nur auf Zielmoleküle anwenden, die nicht chiral sind und bei denen das En antiomer erhältlich ist.In the stabilization of aptamers against nucleic acid Re-cleaving enzymes can basically be between 2 An be distinguished, namely the subsequent Modification of aptamers and selection with be already modified RNA or DNA. The advantage of Subsequent modification is the implementation of the Selection under normal conditions. It should however, not all nucleotides, but usually modified only selected sites of RNA or DNA so that it does not cause any unwanted changes the binding properties comes. Can be bypassed this problem by the modifications already in the Introduces output pool. It is understood that the modes fied blocks from the during the selection ver used enzymes (DNA, RNA polymerases) tolerated who have to. Specifically, it is preferable if the 2'-hydroxyl group of the sugar group of one or more Pyrimidine nucleotides by a fluoride, amino or Methoxy group is substituted and / or if in termi nal phosphate groups through an oxygen atom Sulfur atom is substituted and / or if the apta Mer is a spiegelmer. In the latter case the selection of the aptamers takes place against an enantio meres target molecule. The mirror image Nu Kleine acid is then called spiegelmer and binds the actual target molecule, but can, as in the Natural non-occurring molecule, from the enzymes not recognized and therefore not dismantled. These However, this method can only be applied to target molecules apply that are not chiral and where the en is available.
Ein erfindungsgemäßes Aptamer zeichnet sich gegenüber Peptiden durch eine sehr hohe Affinität aus. Typi scherweise werden apparente Dissoziationskonstanten im Bereich unter 1 µMol, insbesondere im Bereich 1 nmMol-100 nmMol, erhalten, während kurze Peptide (< 30 Aminosäuren) typischerweise Werte im µMol-Bereich zei gen. Vorteilhaft gegenüber monoklonalen Antikörpern ist, daß die erfindungsgemäßen Aptamere lediglich in vitro-Selektionsmethoden erfordern, während die Gewin nung von monoklonalen Antikörpern den Einsatz von Ver suchstieren oder Zellinien mit der Gefahr von uner wünschten Variationen erfordert. Im Gegensatz zu mono klonalen Antikörpern können Aptamere zudem chemisch synthetisiert werden, wodurch eine hohe Reproduzier barkeit gewährleistet ist. Auch ist der Einbau von Reportermolekülen an genau definierten Positionen im Rahmen der chemischen Synthese einfacher. Zudem lassen sich Aptamere erheblich einfacher als monoklonaler Antikörpern reversible zu denaturieren. Schließlich ist aufgrund der in vitro Arbeitsweise die Entwicklung von Aptameren gegen Toxine oder wenig immonogene Sub stanzen möglich.An inventive aptamer is opposite Peptides characterized by a very high affinity. typi Apparently, apparent dissociation constants are Range below 1 μmol, in particular in the range 1 nmol-100 nmol, while short peptides (<30 Amino acids) typically have values in the μmol range Gen. Favorable to monoclonal antibodies is that the aptamers according to the invention only in require vitro selection methods while the Gewin monoclonal antibodies, the use of Ver Searching animals or cell lines with the risk of uner Wanted variations. Unlike mono clonal antibodies can also aptamers chemically be synthesized, thereby producing a high level of reproducibility guaranteed. Also, the installation of Reporter molecules at precisely defined positions in the Framework of chemical synthesis easier. Also let Aptamers are much easier than monoclonal ones Antibodies to reversibly denature. After all is the development due to the in vitro mode of operation of aptamers against toxins or little immonogenic sub punching possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Aptamer gegen das Alzheimer β-Amyloid 4 (1-42) oder Teilsequenzen hiervon, insbesondere (1-40) spezifisch. Vorzugsweise handelt es sich um ein RNA-Aptamer. Im Falle eines gegen Alzheimer β-Amloid 4 spezifischen erfindungsgemäßen Aptamers ist es bevorzugt, daß das Aptamer eine Loopstruktur aufweist. Die Loopstruktur kann insbesondere aus 4 Basen, vorzugsweise 4 Uridinen oder 3 Uridinen und einem Cytidin bestehen oder die genannten Basen aufweisen. Im Rahmen der Loopstruktur ist es bevorzugt, wenn die selektierte Sequenz eine Teilsequenz GUUU oder GUCU aufweist. Die Loopstruktur kann dann dadurch gebildet sein, daß dieser Sequenz gegenüberliegend eine Primersequenz AUUC liegt, wobei die jeweilig mittleren Basen ungepaart und jeweilig äußeren Basen gepaart sind. Im Einzelnen kann ein er findungsgemäßes Aptamer eine Sequenz aufweisen aus der Gruppe bestehend aus den Sequenzen gemäß Patentan spruch 6.In a preferred embodiment of the invention the aptamer against Alzheimer's β-amyloid 4 (1-42) or Partial sequences thereof, in particular (1-40) specific. Preferably, it is an RNA aptamer. in the Case of a specific against Alzheimer β-amloid 4 Aptamers according to the invention it is preferred that the Aptamer has a loop structure. The loop structure may in particular be 4 bases, preferably 4 uridines or 3 uridines and a cytidine exist or the have mentioned bases. As part of the loop structure it is preferred if the selected sequence is a Partial sequence GUUU or GUCU has. The loop structure can then be formed by this sequence opposite to a primer sequence AUUC, wherein the respective middle bases unpaired and respectively outer bases are paired. In detail, he can inventive aptamer have a sequence from the Group consisting of the sequences according to patent claim 6.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines er findungsgemäßen Aptamers oder einer Mischung solcher Aptamere zur Herstellung eines Mittels zur Diagnose und/oder Behandlung von Alzheimer, Spongiformen Ence phalopathien, Typ II Diabetes Mellitus, Parkinson und Chorea Huntington. Im Falle des Diagnosemittels emp fiehlt es sich, in an sich bekannter Weise markierte Atome und/oder Reportermoleküle in das Aptamer einzu bauen. Es versteht sich, daß diese Atome bzw. diese Moleküle hinsichtlich Art und Position so ausgewählt und angeordnet werden, daß die Affinität des Aptamers zum Zielmoleküls nicht oder nur geringfügig beeinflußt wird. Der Einsatz als Mittel zur Behandlung kann bei spielsweise eine Modifikation der Aptamere derart um fassen, daß β-Amyloide komplexiert werden und so die Plaquebildung verhindert wird oder bereits gebildete Plaques abgebaut werden. Dann bewirken die Aptamere selbst eine Komplexierung oder sind so modifiziert, daß eine Komplexierung bewirkt wird, oder dienen als Vermittlersubstanzen für komplexierende Wirkstoffe. The invention also relates to the use of a he inventive aptamer or a mixture thereof Aptamers for the preparation of a diagnostic agent and / or treatment of Alzheimer's, spongiform ence Phalopathies, Type II Diabetes Mellitus, Parkinson's and Chorea huntington. In case of the diagnostic agent emp Is it appropriate to mark it in a manner known per se? Atoms and / or reporter molecules enter the aptamer to build. It is understood that these atoms or these Molecules selected in terms of type and position and arranged that the affinity of the aptamer to the target molecule not or only slightly influenced becomes. Use as a treatment agent may be included For example, a modification of aptamers to such note that β-amyloids are complexed and so Plaque formation is prevented or already formed Plaques are degraded. Then the aptamers cause even a complexing or are so modified that a complexation is effected, or serve as Mediators for complexing agents.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispielen darstellenden Experimenten näher erläutert.In the following the invention is based on only Embodiments performing experiments closer explained.
Der RNA-Pool für die Selektion wurde durch Transkription eines synthetisierten DNA-Pools erhalten. Der DNA-Pool wurde chemisch an der Festphase mit Hilfe eines Applied Biosystems Syntheseautomaten (PCR-Mate EP 391 und 394) hergestellt. Die Synthese beruht auf dem Phosphoramidit- Verfahren (Beaucage & Caruthers, 1981) und wurde unter Verwendung der kommerziell erhältlichen Phosphoramidite mit dC-gekoppelten Säulenmaterial (CPG) der Porengröße 100 mm im 0,2 µmol-Maßstab durchgeführt. Die Phosphoramidi te wurden in wasserfreiem Acetonitril gelöst (0,15 M). Die Kopplungszeit der Amidite wurde beim Standardsynthesepro tokoll von 15 s auf 35 s verlängert und die Abspaltung der Trityl-Schutzgruppe zu Anfang jedes Zyklus um 20% verkürzt.The RNA pool for selection was transcribed of a synthesized DNA pool. The DNA pool was chemically attached to the solid phase using an Applied Biosystems synthesis machines (PCR-Mate EP 391 and 394) manufactured. The synthesis is based on the phosphoramidite Method (Beaucage & Caruthers, 1981) and has been incorporated Use of the commercially available phosphoramidites with dC-coupled column material (CPG) of pore size 100 mm performed in 0.2 .mu.mol scale. The phosphoramidi te were dissolved in anhydrous acetonitrile (0.15 M). The Coupling time of the amidites was the standard synthesis tokoll extended from 15 s to 35 s and the splitting off of the Trityl protecting group at the beginning of each cycle by 20% shortened.
Der DNA-Template-Strang besteht aus einem 110mer, welches sich aus zwei flankierenden Primerregionen aus je 20 Basen und bekannter Sequenz sowie einer randomisierten Region von 70 Basen in der Mitte zusammensetzt. Für die Synthese der randomisierten Region wurde ein Amiditgemisch verwen det, bei dem die unterschiedliche Reaktovotät der Amidite bereits berücksichtigt wurde. Das Verhältnis der 4 Amidite DA : dG : dT betrug 3 : 2, 5 : 2, 5 : 2.The DNA template strand consists of a 110mer, which consisting of two flanking primer regions of 20 bases each and known sequence as well as a randomized region composed of 70 bases in the middle. For the synthesis The randomized region used an amidite mixture det, in which the different Reaktovotät the amidites already considered. The ratio of the 4 amidites DA: dG: dT was 3: 2, 5: 2, 5: 2.
Die Abspaltung der Schutzgruppen nach beendeter Synthese
sowie die Abspaltung vom Säulematerial erfolgte in 1,5 ml
konz. Ammoniak (33%) für 24 h bei 55°C. Anschließend wurde
der Ammoniak in einer Vakuumzentrifuge abgezogen und die
DNA auf einem denaturierenden 8%-Polyacrylamidgel aufge
reinigt, durch UV-Shadowing identifiziert, aus dem Gel elu
iert und durch Ethanolfällung entsalzt (siehe 1.2)
Sequenz: 5'-d[CCA AGC TTG CAT GCC TGC AG-(N)70-GGT ACC GAG
CTC GAA TTC CC]-3'.The cleavage of the protecting groups after completion of the synthesis and the cleavage of the column material was carried out in 1.5 ml of conc. Ammonia (33%) for 24 h at 55 ° C. The ammonia was then removed in a vacuum centrifuge and the DNA was purified on a denaturing 8% polyacrylamide gel, identified by UV shadowing, eluted from the gel and desalted by ethanol precipitation (see 1.2).
Sequence: 5'-d [CCA AGC TTG CAT GCC TGC AG- (N) 70 -GGT ACC GAG CTC GAA TTC CC] -3 '.
Die Komplexität wurde ermittelt, indem die Stoffmenge an DNA durch UV-Absortion bestimmt wurde (siehe 1.2.6). Da die Wahrscheinlichkeit, daß zwei gleiche DNA-Sequenzen synthetisiert wurden, extrem gering ist (470 = 1,4.1042 ver schiedene mögliche Sequenzen), wird davon ausgegangen, daß jede Sequenz unterschiedlich ist. Daraus folgt, daß die Stoffmenge an DNA gleich der Poolkomplexität ist.The complexity was determined by determining the molar amount of DNA by UV absorption (see 1.2.6). Since the probability that two identical DNA sequences were synthesized, is extremely low (4 70 = 1,4.10 42 ver different possible sequences), it is assumed that each sequence is different. It follows that the amount of DNA is equal to the pool complexity.
Da nicht jede Sequenz von der Polymerase während der PCR vervielfältigt wird, weil eine für das Enzym ungünstige Sequenz vorliegt bzw. nicht alle Schutzgruppen abgetrennt wurden, wurde ein PCR-Zyklus mit radioaktiv markierten dATP durchgeführt. Nach Abtrennung des überschüssigen dATPs durch Ethanolfällung bzw. NAP-Säule kann durch Ce renkovzählung bestimmt werden, wieviel radioaktiv markier te DNA-Stränge synthetisiert wurden (siehe 1.2.7). Da die DNA-Ausgangskonzentration bekannt war, und nur maximal eine Kopie pro Molekül entstehen konnte, erhält man aus dem Verhältnis Ausgangkonzentration DNA zu radioaktiv mar kierter DNA den amplifizierbaren Anteil des hergestellten Pools. 60% des Synthesepools konnten hierbei von der Po lymerase kopiert werden.Since not every sequence of the polymerase during the PCR is duplicated because one unfavorable for the enzyme Sequence is present or not all protecting groups separated were a PCR cycle with radioactively labeled dATP performed. After removal of the excess dATPs by ethanol precipitation or NAP column can be replaced by Ce renkovzählung be determined how much radioactive markier te DNA strands were synthesized (see 1.2.7). Because the DNA output concentration was known, and only maximum One copy per molecule could be obtained the ratio of initial concentration of DNA to radioactive mar labeled DNA the amplified portion of the produced Pools. 60% of the synthesis pool could be from the Po lymerase be copied.
Die beiden Primer für die Vervielfältigung des DNA-Pools
durch PCR wurden analog zur Synthese der DNA-Bibliothek
durchgeführt. Die Synthese wurde im 1 µmol-Maßstab nach
dem Standardprotokoll durchgeführt. Die Aufreinigung wurde
wie oben beschrieben durchgeführt. Es wurde Säulenmaterial
mit einer Porengröße von 50 nm verwendet.
Primer A: 5'-d[TAA TAC GAC TCA CIA TAG GGA ATT CGA GCT CGG
TAC C]-3'
Primer B: 5'-d[CCA AGC TTG CAT GGC TGC AG]-3'The two primers for the amplification of the DNA pool by PCR were carried out analogously to the synthesis of the DNA library. The synthesis was carried out on a 1 μmol scale according to the standard protocol. The purification was carried out as described above. Column material with a pore size of 50 nm was used.
Primer A: 5'-d [TAA TAC GAC TCA CIA TAG GGA ATT CGA GCT CGG TAC C] -3 '
Primer B: 5'-d [CCA AGC TTG CAT GGC TGC AG] -3 '
Die gängigste Methode zur Aufreinigung von Nukleinsäuren ist die Gelelektrophorese. Sie beruht auf der Wanderung der geladenen Moleküle in einem elektrischen Feld. Man arbeitet hier bei einem pH-Wert von ca. 8,5 an dem die Nukleinsäuren als Polyanion vorliegen und zur positiv ge ladenen Anode wandern. Dabei macht man sich die von der Länge abhängige Mobilität der Nukleinsäure in einer Gelma trix zunutze. Als Gelmatrix werden am häufigsten Agarose und Polyacrylamid verwendet. Während man mit Agarosegelen die Nukleinsäuren unter nativen Bedingungen auftrennt, kann mit Polyacrylamidgelen sowohl unter nativen als auch durch Zusatz von Harnstoff unter denaturierenden Bedingun gen aufgetrennt werden. Agarosegele werden in der Regel bei Molekülgrößen von 100-20000 Basenpaaren verwendet, Polyacrylamidgele bei Molekülgrößen bis 500 Basen.The most common method for the purification of nucleic acids is the gel electrophoresis. It is based on the hike the charged molecules in an electric field. you works here at a pH of about 8.5 at the Nucleic acids are present as polyanion and the positive ge load anode hiking. This one makes oneself of the Length-dependent mobility of the nucleic acid in a gelma trix. As a gel matrix are most commonly agarose and polyacrylamide used. While with agarose gels separates the nucleic acids under native conditions, can be treated with polyacrylamide gels both under native as well by adding urea under denaturing condition be separated. Agarose gels are usually used at molecular sizes of 100-20000 base pairs, Polyacrylamide gels in molecular sizes up to 500 bases.
Bei der Polyacrylamidgelektrophorese (PAGE) wird die Gel matrix durch radikalische Polymerisation von Acrylamid mit N,N'-Methylenbis(acrylamid) als Quervernetzer hergestellt. Als Polymerisationsstarter dient Ammonlumperoxodisulfat (APS) und N,N,N',N-Tetramethylethylendiamin (TEMED) als Radikalstabilisator. Die Porengröfte des Gels kann durch die Konzentration der Monomere sowie der Konzentration des Vernetzers eingestellt werden.In polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE), the gel matrix by radical polymerization of acrylamide with N, N'-methylenebis (acrylamide) as cross-linker. The polymerization initiator is ammonium loxodisulfate (APS) and N, N, N ', N-tetramethylethylenediamine (TEMED) as Radical stabilizer. The pore sizes of the gel can be through the concentration of the monomers and the concentration of the Crosslinker can be adjusted.
Bei der Trennung von einzelsträngigen Nukleinsäuren arbei tet man unter denaturierenden Bedingungen, um die Ausbil dung von Sekundär-Tertiärstrukturen, die zu unterschiedli chen Laufverhalten im Gel führen können, zu unterbinden. Dazu gibt man 7 M Harnstoff zu dem Polymerisationsansatz.In the separation of single-stranded nucleic acids work If you are under denaturing conditions, the Ausbil secondary tertiary structures that are too different run behavior in the gel can be prevented. To this is added 7 M urea to the polymerization.
Die Trennung erfolgt auf einem 21,5 × 19 cm Gel mit einer
Dicke von 1 mm bei 70 mA in 1 × TBE-Puffer. Ansätze:
The separation is done on a 21.5 x 19 cm gel with a thickness of 1 mm at 70 mA in 1 x TBE buffer. Approaches:
Der Ansatz wird auf 50 ml mit Wasser aufgefüllt und die Polymerisation durch Zusatz von 300 µl APS (10%) und 30 µl TEMED gestartet. Nach 45 min Polymerisation wird das Gel für mind. 15 min bei 600 V vorlaufen gelassen, damit sich eine konstante Temperatur einstellen kann.The batch is made up to 50 ml with water and the Polymerization by adding 300 μl of APS (10%) and 30 μl TEMED started. After 45 minutes of polymerization, the gel becomes for at least 15 min at 600 V pre-run, so that can set a constant temperature.
Die Proben werden mit dem gleichen Volumen Formamid ver setzt. Der Verlauf der Elektrophorese kann durch die Be nutzung einer Lösung der beiden Farbstoffe Bromphenolblau und Xylencyanol in Formamid beobachtet werden.The samples are ver with the same volume of formamide puts. The course of the electrophoresis can be described by the Be using a solution of the two dyes bromophenol blue and xylene cyanol can be observed in formamide.
Die Trennung doppelsträngiger DNA wird unter nativen Be dingungen durchgeführt. Dabei geht man wie oben beschrie ben vor, jedoch entfällt der Zusatz von Harnstoff. Die Proben werden mit dem gleichen Volumen an nativem Proben puffer versetzt. Im Gegensatz zur denaturierenden PAGE darf das Gel bei der nativen PAGE nicht zu warm werden (Denaturierung der DNA). Deshalb wird bei einer Spannung von 300-400 V aufgetrennt.The separation of double-stranded DNA is reported under native Be conditions. You go as described above ben, but eliminates the addition of urea. The Samples are taken with the same volume of native samples buffer offset. In contrast to the denaturing PAGE The gel should not get too warm on the native PAGE (Denaturation of the DNA). That's why at a tension separated from 300-400V.
Für die Auftrennung der Produkte der radioaktiven Sequen zierung wurden 6%ige denaturierende Gele verwendet. Diese Gele mit den Maßen 42 × 33 cm sind lediglich 0,4 mm dick. Damit nach beendeter Elektrophorese das Gel auf einer Glasplatte haftet, und man die andere Platte abnehmen kann, ist eine spezielle Behandlung der beiden Glasplatten notwendig.For the separation of the products of the radioactive Sequen 6% denaturing gels were used. These Gels measuring 42 × 33 cm are only 0.4 mm thick. So that after completion of the electrophoresis the gel on one Glass plate sticks, and you remove the other plate Can, is a special treatment of the two glass plates necessary.
Dazu wird auf der großen, haftenden Glasplatte eine Lösung aus 200 µl Silan A-174 (Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Pharmacia) und 1 ml Eisessig in 20 ml Ethanol mit einem fusselfreiem Papiertuch gleichmäßig verteilt. Diese Proze dur wiederholt man 20 min später. Nach 60 min wird die Platte gründlich mit Ethanol abgerieben und für mindestens 60 min getrocknet. Die kleine, nicht haftende Glasplatte wird mit einer 2%igen Lösung aus Dichlordimetylsilan in 1,1,1-Trichlorethan (Repel-Silan, Pharmacia) solange ein gerieben, bis die Lösung in Form kleinster Tröpfchen auf der Glaspatte abperlt. Diese Prozedur wurde nach 30 min wiederholt, und nach weiteren 60 min wurde die Platte gründlich mit Wasser abgerieben und für mindestens 60 min trocknen gelassen.This is on the large, adhesive glass plate a solution from 200 μl of silane A-174 (methacryloxypropyltrimethoxysilane, Pharmacia) and 1 ml of glacial acetic acid in 20 ml of ethanol with a lint-free paper towel evenly distributed. This process dur will be repeated 20 minutes later. After 60 minutes, the Plate thoroughly rubbed with ethanol and for at least Dried for 60 min. The small, non-adhesive glass plate is treated with a 2% solution of dichlorodimetylsilane in 1,1,1-trichloroethane (Repel silane, Pharmacia) as long as one rubbed until the solution in the form of minute droplets the glass plate rolls off. This procedure was after 30 min repeated, and after another 60 min was the plate rubbed thoroughly with water and for at least 60 min let it dry.
Gellösung: 42 g Harnstoff, 12,5 ml Acrylamid/Bisacrylamid (40%/2%), 20 ml 5 × TBE, ad 100 ml mit H2O auffüllen.Gel solution: 42 g urea, 12.5 ml acrylamide / bisacrylamide (40% / 2%), 20 ml 5x TBE, add 100 ml with H 2 O.
Vor Zugabe von APS und TEMED wird der Polymerisationsan satz noch einmal über einen Faltenfilter filtriert. Man läßt das Gel mindestens 45 min polymerisieren und an schließend für 30 min bei 55 W vorlaufen. Unter Verwendung eines sogenannten "Haifischkamms" können 48 35S-markierte Proben (= 12 Sequenzierungen) auf das Gel aufgetragen werden.Before the addition of APS and TEMED, the polymerization batch is again filtered through a pleated filter. The gel is allowed to polymerize for at least 45 minutes and preceded by closing at 55 W for 30 min. Using a so-called "shark comb" 48 35 S-labeled samples (= 12 sequencing) can be applied to the gel.
Nach beendeter Elektrophorese wird die kleine Glasplatte vorsichtig abgehoben. Das Gel auf der großen Glasplatte wird zum Eluieren des Harnstoffs für 6 min mit dest. Was ser gespült und anschließend im Trockenschrank bei 60°C für 30 min getrocknet. Anschließend kann für die Autora diographie ein Röntgenfilm aufgelegt werden. Man exponiert den Film für mindestens 12 h auf dem Gel.After completion of electrophoresis, the small glass plate carefully lifted off. The gel on the big glass plate is used to elute the urea for 6 min with dist. What rinsed and then in a drying oven at 60 ° C. dried for 30 min. Subsequently, for the autora diography an x-ray film. One exposes the film for at least 12 h on the gel.
Bei der Verwendung eines ABI-Sequencer entfällt die Vorbe handlung der Glasplatten. Hier werden die Glasplatten vor der Benutzung in den Sequencer eingesetzt und überprüft, daß keine Grundabsorption aufgrund von Verunreinigungen vorhanden ist. Man läßt 1 h bei 55 W vorlaufen. Da die Proben mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert sind, entfällt die Nachbehandlung des Gels. Nach abgeschlossener Elektro phorese werden am Computer die Banden den Proben zugeord nete und die Analysesoftware gestartet.When using an ABI sequencer the Vorbe act of the glass plates. Here are the glass plates before used and checked for use in the sequencer, that no basic absorption due to impurities is available. It is allowed to run for 1 h at 55 W. Because the Samples are marked with fluorescent dyes, is omitted the after-treatment of the gel. After completed electric phensically, the gangs are assigned to the samples on the computer nete and the analysis software started.
Für die Sekundärstrukturanalyse der Aptamere durch enzyma tische RNA-Spaltung wurden 25%ige denaturierende Po lyacrylamidgele verwendet (42 × 33 cm, 0,4 mm Dicke) Hier wurden die beiden Monomere Acrylamid und Bisacrylamid im Verhältnis 50 : 2 eingesetzt. Eine Vorbehandlung der Glasplatten ist aufgrund der höheren Stabilität des Gels nicht notwendig. Man läßt für 60 min bei 1500 V vorlaufen und trennt die Proben anschließend bei 55 W auf. Nach be endeter Elektrophorese wird eine Glasplatte abgehoben und das Gel auf einen alten Röntgenfilm transferiert und in Frischhaltefolie eingewickelt. Anschließend kann für die Autoradiographie ein Röntgenfilm aufgelegt werden.For the secondary structure analysis of aptamers by enzyma Table RNA cleavage was 25% denaturing butt lyacrylamide gels used (42 × 33 cm, 0.4 mm thickness) Here were the two monomers acrylamide and bisacrylamide used in the ratio 50: 2. A pretreatment of Glass plates is due to the higher stability of the gel unnecessary. It is allowed to run for 60 min at 1500 V and then separates the samples at 55W. After be Ended electrophoresis, a glass plate is lifted and transferred the gel to an old x-ray film and into Cling wrap wrapped. Subsequently, for the Autoradiography an X-ray film to be launched.
Gellösung: 42 g Harnstoff, 50 ml Acrylamid/Bisacrylamid (50%/2%), 20 ml 5 × TBE. Gel solution: 42 g urea, 50 ml acrylamide / bisacrylamide (50% / 2%), 20 ml 5x TBE.
Agarosegele werden zur Auftrennung großer DNA-Moleküle unter nativen Bedingungen verwendet. In dieser Arbeit wur den sie zur Analyse der Produkte nach der PCR sowie der Analyse der Plasmid-DNA aus Minipräparationen verwendet. Die Porengröße kann durch Verändern der Agarosekonzen tration variiert werden und ist abhängig von der verwende ten Agarose (Kettenlänge).Agarose gels are used to separate large DNA molecules used under native conditions. In this work wur they are used to analyze the products after the PCR and the Analysis of plasmid DNA from minipreparations used. The pore size can be altered by altering the agarose concentrations varies and depends on the use ten agarose (chain length).
2% (w/v) Agarose wird in einem Erlenmeyerkolben in 1 × TBE-Puffer in der Hitze gelöst (Mikrowelle). Man läßt den Ansatz auf ca. 50°C abkühlen und gibt dann für die Detek tion der DNA 5 µl Ethidiumbromid (10 mg/ml) auf 100 ml Ansatz zu und gießt das Gel. Nach dem Erkalten des Gels können die Proben, die mit dem gleichen Volumen nativen Probenpuffer versetzt wurden, aufgetragen und bei 100-110 V elektrophoretisiert werden. Es wurden Flachgelkammern von BioRad (Mini und Wide Mini Sub DNA Cells) verwendet.2% (w / v) agarose is poured into an Erlenmeyer flask in 1 × TBE buffer dissolved in the heat (microwave). One lets the Cool the mixture down to about 50 ° C and then apply for the detek DNA 5 μl ethidium bromide (10 mg / ml) to 100 ml Approach to and pour the gel. After cooling the gel Can the samples with the same volume native Sample buffer were added, applied and at 100-110 V electrophoresed. There were flat gel chambers used by BioRad (Mini and Wide Mini Sub DNA Cells).
Die durch UV-Shadowing bzw. Autoradiographie detektierte ausgeschnittene Gelbande wird in ein Eppeldorfgefäß über führt und mit 400 µl Wasser und 40 µl Natriumacetat (3 M, pH 5,5) versetzt. Man schüttelt bei 4°C für mindestens 12 h oder bei 70°C für 1 h und gibt das Eluat in ein neues Eppeldorfgefäß. Durch Ethanolfällung oder Gelfiltration kann die Lösung von Harnstoff und Salzen befreit werden.The detected by UV shadowing or autoradiography cut Gelbande is in a Eppeldorf vessel over with 400 μl of water and 40 μl of sodium acetate (3 M, pH 5.5). Shake at 4 ° C for at least 12 h or at 70 ° C for 1 h and gives the eluate in a new Eppeldorfgefäß. By ethanol precipitation or gel filtration The solution can be freed from urea and salts.
Die Verwendung von Ethidiumbromid ist die schnellste und gebräuchlichste Methode für den analytischen Nachweis von Nukleinsäuren, Ethidiumbromid ist ein heterozyklischer, kationischer Fluoreszenzfarbstoff, der in die Nukleinsäu ren interkaliert wird. Die Arbeiten mit dem Farbstoff sollten sorgfältig durchgeführt werden, da Ethidiumbromid stark mutagen ist. Polyacrylamidgele werden für 20 min in einer Ethidiumbromidlösung (0,5 µg/ml) in 1 × TBE ange färbt. Bei Agarosegelen wurde das Ethidiumbromid bereits zu der Gellösung zugesetzt. Auf einem Transilluminator kann man bei 306 nm Durchlicht die Nukleinsäuren als leuchtende Banden erkennen.The use of Ethidiumbromid is the fastest and most common method for the analytical detection of Nucleic acids, ethidium bromide is a heterocyclic, cationic fluorescent dye incorporated into the nucleic acid is intercalated. The work with the dye should be done carefully as ethidium bromide is strongly mutagenic. Polyacrylamide gels are in for 20 min of an ethidium bromide solution (0.5 μg / ml) in 1 × TBE colored. In agarose gels, ethidium bromide has already become added to the gel solution. On a transilluminator can be at 306 nm transmitted light, the nucleic acids as recognize glowing bands.
Bei der präparativen Aufreinigung von Nukleinsäuren möchte man Wechselwirkungen mit Farbstoffen umgehen. Für den Nachweis macht man sich die Absorption der Nukleinsäuren bei 260 nm zunutze. Dazu wird das Gel auf eine in Frisch haltefolie eingewickelte Dünnschichtchromatographieplatte gelegt, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff (60 F254) behan delt wurde. Durch aufgestrahltes UV-Licht (254 nm) kann man die Nukleinsäuren als dunklen Schatten erkennen und Ausschneiden. Um eine Schädigung der Nukleinsäuren durch das UV-Licht zu vermeiden, sollte dieser Schritt möglichst schnell durchgeführt werden. Der Nachteil dieser Methode ist ihre geringe Empfindlichkeit. (0,5-1 A260), weshalb sie vor allem bei präparativen Aufreinigungen benutzt wird.In the preparative purification of nucleic acids, one would like to avoid interactions with dyes. For the detection one makes use of the absorption of the nucleic acids at 260 nm. For this purpose, the gel is placed on a holding foil wrapped in a thin-layer chromatography plate, which was treated with a fluorescent dye (60 F 254 ). By irradiating UV light (254 nm), the nucleic acids can be recognized as dark shadows and cut out. In order to avoid damage to the nucleic acids by the UV light, this step should be carried out as quickly as possible. The disadvantage of this method is its low sensitivity. (0.5-1 A 260 ), which is why it is mainly used in preparative purification.
Radioaktiv markierte Nukleinsäuren (32P oder 35S) können in Gelen, je nach ihrer spezifischen Aktivität, in geringsten Mengen durch Schwärzung eines aufgelegten Röntgenfilms nachgewiesen werden (<fmol).Radiolabeled nucleic acids ( 32 P or 35 S) can be detected in gels, depending on their specific activity, in the smallest amounts by blackening of an applied X-ray film (<fmol).
Gele mit 32P-markierten Oligonukleotiden werden nach Abneh men einer Glasplatte in Frischhaltefolie eingewickelt. Möchte man die Nukleinsären aus dem Gel ausschneiden und eluieren, wird das Gel mit drei phosphoreszierenden Punk ten markiert. In einer Röntgenfilmkassette mit Verstärker folie (Kodak) legt man einen Röntgenfilm (Fuji) auf das Gel. Je nach Menge und spezifischer Aktivität der Nuklein säure exponiert man den Film für 5 min bis 24 h. Bei län geren Expositionszeiten friert man die Kassette bei -80°C ein, um eine Diffusion der Oligonukleotide zu verhindernGels with 32 P-labeled oligonucleotides are wrapped in a cling film after a glass plate has been removed. If one wants to cut out the nucleic acids from the gel and elute, the gel is marked with three phosphorescent points. In an X-ray film cassette with amplifier film (Kodak) to put an X-ray film (Fuji) on the gel. Depending on the amount and specific activity of the nucleic acid exposed to the film for 5 min to 24 h. For longer exposure times, the cassette is frozen at -80 ° C to prevent diffusion of the oligonucleotides
Sequenzgele mit 35S-markierten Nukleinsäuren werden nach der Elektrophorese auf der großen Glasplatte getrocknet. Anschließend wird ein Röntgenfilm auf dem trockenen Gel bei Raumtemperatur für 1 bis 2 Tage exponiert.Sequence gels containing 35 S-labeled nucleic acids are dried on the large glass plate after electrophoresis. Subsequently, an X-ray film is exposed on the dry gel at room temperature for 1 to 2 days.
Die exponierten Filme werden entwickelt (1-2 min. Rönt genentwickler G150, Agfa-Gefaert N.V.), Fixiert (3 min, Röntgenfixierer G350, Agfa-Gefaert N.V.), gewässert (5 min) und getrocknet.The exposed films are developed (1-2 min Genentwickler G150, Agfa-Gefaert N.V.), fixed (3 min, X-ray fixator G350, Agfa-Gefaert N.V.), watered (5 min) and dried.
Möchte man die Nukleinsäuren eluieren, so schneide man die schwarzen Banden auf dem Röntgenfilm aus, legt den Film so auf das Gel, daß die 3 Marker mit den schwarzen Punkten auf dem Film übereinstimmen, schneidet die Banden aus und eluiert wie oben beschrieben.If you want to elute the nucleic acids, then cut the black bands on the x-ray film, puts the film like that on the gel that the 3 markers with the black dots on the film, the bands cut out and eluted as described above.
Mit Hilfe der Gelfiltration können Nukleinsäurelösungen von Salzen und anderen niedermolekularen Verbindungen ab getrennt werden. Man macht sich dabei das unterschiedliche Permeationsverhalten der Moleküle in die Poren des Gel betts zunutze (Gelpermeationschromatographie). Die großen Moleküle können im Gegensatz zu den kleinen nicht in die Poren des Säulenmaterials eindringen und werden deshalb sofort eluiert. Verwendet wurden vorgefertigte Säulen der Firma Pharmacia mit Sephadex G-25 (NAP-5, NAP-10, NAP-25) oder G-50 (NICK). Die Durchführung erfolgte nach Angaben des Herstellers.With the help of gel filtration can nucleic acid solutions of salts and other low molecular weight compounds be separated. You make the difference Permeation behavior of the molecules in the pores of the gel uses beds (gel permeation chromatography). The big ones In contrast to the small ones, molecules can not be found in the Pores of the column material penetrate and therefore eluted immediately. Prefabricated columns were used Company Pharmacia with Sephadex G-25 (NAP-5, NAP-10, NAP-25) or G-50 (NICK). The implementation was carried out according to information of the manufacturer.
Nukleinsäuren können aus wäßriger Lösung durch Ethanol in Anwesenheit von Natriumacetat bei pH 5,5 präzipitiert wer den, während Salze und andere Verunreinigungen in Lösung bleiben. Dazu wird die Nukleinsäurelösung mit 1/10 des Volumens einer 3 M Natriumacetatlösung (pH 5,5) und dem 2,5 fachen Volumen an Ethanol versetzt und für 10 min auf -20°C gestellt. Anschließend zentrifugiert man 30 min bei 10000-14000 Upm/4°C, verwirft die überstehende Ethanollö sung, wäscht das Pellet mit 400 µl 70% Ethanol und zen trifugiert weitere 5 min. Man nimmt den Überstand ab und trocknet das Pellet bei Raumtemperatur. Bei sehr kleinen Nukleinsäuremengen kann die Präzipitation durch die Zugabe von Glycogen verbessert werden. Die nach den Selektions runden eluierte RNA wurde grundsätzlich für 1 h bei -20°C in Anwesenheit von 40 µg Glycogen gefällt. Nucleic acids can be prepared from aqueous solution by ethanol Presence of sodium acetate at pH 5.5 precipitated who while salts and other impurities in solution stay. For this purpose, the nucleic acid solution with 1/10 of the Volume of a 3 M sodium acetate solution (pH 5.5) and the 2.5 times volume of ethanol and for 10 min at -20 ° C. posed. Then it is centrifuged for 30 min 10000-14000 rpm / 4 ° C, discards the supernatant Ethanollö solution, the pellet washes with 400 μl of 70% ethanol and zen centrifuged for a further 5 min. One takes off the supernatant and the pellet dries at room temperature. At very small Nucleic acid levels may be precipitated by the addition be improved by glycogen. The after the selection Round eluted RNA was always at -20 ° C for 1 h precipitated in the presence of 40 μg glycogen.
Zur Entfernung von Proteinen aus wäßrigen Lösungen z. B. nach Enzymreaktionen, zur Trennung des Peptid-RNA-Komplexes nach der Selektion oder bei der Isolierung von Plasmiden aus Zellen, versetzt man die Lösung mit dem gleichen Volumen Tris-gesättigten Phenols (pH 8,0) und vortext kräftig. Man trennt die beiden Phasen durch Zentrifugation bei 3000 Upm und nimmt die wäßrige obere Phase vorsichtig ab. Die phenolische Phase kann noch einmal mit dem halben Volumen Wasser versetzt werden, geschüttelt und zentrifugiert werden. Die vereinigten wäßrigen Phasen werden zweimal mit dem doppelten Volumen Chloroform extrahiert, um restliches Phenol aus der wäßrigen Lösung zu entfernen. Schon geringe Spuren Phenol können nachfolgende Enzymreaktionen beträchtlich einschränken oder sogar komplett inhibieren.For the removal of proteins from aqueous solutions z. B. after enzyme reactions, for the separation of the Peptide-RNA complex after selection or at Isolation of plasmids from cells, are added to the Solution with the same volume of Tris-saturated Phenols (pH 8.0) and vortex vigorously. One separates the both phases by centrifugation at 3000 rpm and take Carefully remove the aqueous upper phase. The phenolic Phase can be repeated with half the volume of water be added, shaken and centrifuged. The combined aqueous phases are washed twice with the double volume of chloroform extracted to residual Remove phenol from the aqueous solution. Already small Traces of phenol can subsequent enzyme reactions considerably restrict or even completely inhibit.
Die radioaktive Markierung von Nukleinsäuren ist eine praktische Methode, um selbst kleinste Mengen noch detektieren zu können. Die Quantifizierung erfolgt bei 32P-Markierung durch Cerenkov-Zählung. Dazu wird das Eppendorfgefäß mit der Probe in einem Szintilations röhrchen im Szintillationszähler (LS 6000 SC, Beckman) mit Programm 1 (32P, Cerenkov-Zählung) eine Minute vermessen. Man erhält die Ergebnisse in cpm (counts per minute).The radioactive labeling of nucleic acids is a practical method to detect even the smallest amounts. Quantification is at 32 P-labeling by Cerenkov counting. For this purpose, the Eppendorf tube with the sample is measured in a scintillation vial in the scintillation counter (LS 6000 SC, Beckman) with program 1 ( 32 P, Cerenkov count) for one minute. The results are obtained in cpm (counts per minute).
Aufgrund des Absorptionsmaximums der Basen der
Nukleinsäuren im UV-Bereich bei 260 nm kann mit einem
Photometer die Konzentration von DNA- und RNA-Lösungen
bestimmt werden. Näherungsweise gelten folgende
Gleichungen:
Due to the absorption maximum of the bases of the nucleic acids in the UV range at 260 nm, the concentration of DNA and RNA solutions can be determined with a photometer. Approximately the following equations apply:
ssDNA: Anzahl der µmole = Ges. OD260/(10 Anzahl der Basen)
dsDNA: 1 OD = 50 µg
pmol = µg.1000000/(2.Anzahl der Basen.325)
RNA: 1 OD = 40 µg
pmol = µg.1000000/(Anzahl der Basen.337)ssDNA: number of μmole = total OD 260 / (10 number of bases)
dsDNA: 1 OD = 50 μg
pmol = μg.1000000 / (2.number of bases.325)
RNA: 1 OD = 40 μg
pmol = μg.1000000 / (number of bases.337)
Die Polymerasekettenreaktion (Polymerase Chain Reaction, PCR) ist eine Methode zur exponentiellen Amplifikation von DNA. Es werden neben der zu amplifizierenden DNA zwei 15-30 Basen lange Oligonukleotide (Primer) mit definierter Sequenz benötigt, die zu den 3'-Enden des DNA-Templates bzw. dessen Gegenstrang komplementär sind. Nach einem Denaturierungsschritt hybridisieren diese Primer in einem Primer-Annealing-Schritt mit dem zu amplifizierenden DNA-Template. Dabei wird die Annealing-Temperatur so hoch gewählt, daß keine unspezifische Hybridisierung auftritt. Mit einer thermostabilen DNA-Polymerase erfolgt im Extensionsschritt die Verlängerung des Primers entlang des Templates in 5'-3'-Richtung. Im Idealfall erhält man so aus jedem DNA-Doppelstrang zwei neue DNA-Stränge. Durch mehrmaliges Wiederholen dieser drei Schritte (bis zu 30 Zyklen) erhält man eine exponentielle Zunahme der DNA.The polymerase chain reaction (Polymerase Chain Reaction, PCR) is a method for exponential amplification of DNA. There are two in addition to the DNA to be amplified 15-30 base oligonucleotides (primers) with defined Sequence needed to reach the 3 'ends of the DNA template or its complementary strand are complementary. After one Denaturation step hybridize these primers in one Primer annealing step with the to be amplified DNA template. The annealing temperature becomes so high chosen that no nonspecific hybridization occurs. With a thermostable DNA polymerase takes place in Extension step, the extension of the primer along the Templates in 5'-3 'direction. Ideally, you get that way from each DNA duplex, two new DNA strands. By repeating these three steps several times (up to 30 Cycles) gives an exponential increase in DNA.
Als DNA-Template kann sowohl doppel- als auch einzel strängige DNA eingesetzt werden. Durch Verwendung von überhängenden Primern kann eine Verlängerung der DNA erreicht werden. Dies wurde für die Einführung des T7-Promotors in die chemisch synthetisierte DNA ausgenutzt. Alle Reaktionen wurden mit der Pfu Polymerase durchgeführt, die sich von der Taq Polymerase durch ihre Proof-Reading-Aktivität und ihre Exonukleaseaktivität unterscheidet, die for eine niedrigere Fehlerrate sorgt. Im Anschluß an die PCR wird eine Phenol-Chloroform-Ex traktion und eine Ethanolfällung durchgeführt, um die Pfu Polymerase (mit der Exonukleaseaktivität) zu entfernen.As a DNA template can be both double and single stranded DNA can be used. By using Overhanging primers may be an extension of the DNA be achieved. This was for the introduction of the T7 promoter into the chemically synthesized DNA exploited. All reactions were with the Pfu polymerase carried out by the Taq polymerase through their Proof reading activity and its exonuclease activity which ensures a lower error rate. Following the PCR, a phenol-chloroform Ex traction and an ethanol precipitation carried out to the Pfu Polymerase (with exonuclease activity) to remove.
Für die Amplifikation der synthetisierten DNA-Bibliothek wurde die Reaktion nicht in PCR-Reaktionsgefäßen, sondern in 10 ml Glasgefäßen durchgeführt (6 × 5 ml), die in drei Wasserbädern entsprechender Temperatur geschwenkt wurden. Aufgrund des großen Volumens wurden die Reaktionszeiten verlängert und die Temperaturen um 2°C erhöht und die Zyklenzahl auf 10 beschränkt. Ferner wurde die Dauer der letzten Extensionphase verdoppelt. For the amplification of the synthesized DNA library The reaction was not in PCR tubes, but in 10 ml glass jars (6 × 5 ml), which in three Water baths were swiveled corresponding temperature. Due to the large volume, the reaction times were extended and the temperatures increased by 2 ° C and the Number of cycles limited to 10. Furthermore, the duration of the doubled last extension phase.
Im Anschluß an die PCR wurde eine Phenol-Chloroform- Extraktion durchgeführt. Zur Bestimmung der DNA-Konzen tration wurde eine Probe (30 µl) über ein 8% denaturierendes Polyacrylamidgel aufgereinigt, eluiert und entsalzt. Durch Vergleich der Absorption bei 260 nm vor und nach der Aufreinigung kann die Konzentration des Pools berechnet werden.Following the PCR, a phenol-chloroform Extraction performed. To determine the DNA concentration a sample (30 μl) was applied over an 8% denaturing polyacrylamide gel purified, eluted and desalted. By comparing the absorption at 260 nm before and after purification, the concentration of the pool be calculated.
Der Ansatz der reversen Transkription wurde auf vier 100 µl Ansätze verteilt. Die Zeiten der drei Schritte wurden etwas verlängert, um auch die Vervielfältigung schlecht amplifizierbarer DNA-Sequenzen zu gewährleisten. Die Anzahl der Zyklen wurde an die Menge an eluierte RNA nach der Selektion angepaßt. Nach der Phenol-Chloroform-Ex traktion und der Ethanolfällung wurde die DNA in 200 µl Wasser gelöst.The reverse transcription approach was extended to four 100 Distributed μl lances. The times of the three steps were something extended, too, the duplication bad to ensure amplifiable DNA sequences. The Number of cycles was after the amount of eluted RNA after adapted to the selection. After the phenol-chloroform Ex traktion and ethanol precipitation, the DNA was in 200 ul Water dissolved.
Nach der Klonierung und Isolierung der Plasmide wurde die Insert-Sequenz durch PCR aus dem vollständigen Vektor heraus amplifiziert. Die Aufreinigung erfolgt wie oben beschrieben.After cloning and isolation of the plasmids, the Insert sequence by PCR from the complete vector out amplified. Purification is as above described.
Mit Hilfe der in vitro-Transkription kann eine zu einer
DNA-Sequenz komplementäre RNA hergestellt werden. Dazu muß
die DNA-Matrize einen 3'-terminalen Erkennungsbereich aus
17 Basen, den T7-Promotor, enthalten. Unmittelbar hinter
diesem Promotor wird die Transkription durch die
T7-RNA-Polymerase aus dem Bakteriophagen T7 gestartet. Man
kann die Effizienz der Polymerase erhöhen, indem man das
Transkript mit zwei Guanosinnukleotiden beginnen läßt.
With the help of in vitro transcription, an RNA complementary to a DNA sequence can be produced. For this, the DNA template must contain a 3'-terminal recognition region of 17 bases, the T7 promoter. Immediately behind this promoter, transcription is started by T7 RNA polymerase from bacteriophage T7. One can increase the efficiency of the polymerase by starting the transcript with two guanosine nucleotides.
Standardansatz:
10 µl 10 × Transkriptionspuffer
10 µl DTT (100 mM)
6 µl BSA (2 µg/µl)
16 µl NTP-Mix (100 mM je NTP)
50 µl DNA-Matrize (ca. ¼ eines PCR-Ansatzes)
2 µl T7-Polymerase (50 U/µl)
ad 100 µl mit H2O auffüllen.Standard approach:
10 μl 10 × transcription buffer
10 μl DTT (100 mM)
6 μl BSA (2 μg / μl)
16 μl NTP mix (100 mM per NTP)
50 μl DNA template (about 1/4 of a PCR assay)
2 μl T7 polymerase (50 U / μl)
Add 100 μl with H 2 O.
Durch Zugabe von a-32P-CTP kann die RNA radioaktiv markiert werden. Nach 2-3 h Inkubation bei 37°C wird die RNA auf einem 6% denaturierenden Polyacrylamidgel aufgereinigt, eluiert und durch Ethanolfällung entsalzt. Nach der Ethanolfällung wurde nur noch mit silikonisierten Eppendorfgefäßen gearbeitet, um einen Verlust der RNA durch Adsorption an der Gefäßwand zu minimieren.By adding α- 32 P-CTP, the RNA can be radiolabeled. After 2-3 h incubation at 37 ° C, the RNA is purified on a 6% denaturing polyacrylamide gel, eluted and desalted by ethanol precipitation. After ethanol precipitation, only siliconized Eppendorf tubes were used to minimize loss of RNA by adsorption to the vessel wall.
Zur Herstellung des RNA-Startpools für die Selektion wurde
eine präparative Transkription mit 3,8 ml Volumen
angesetzt (19 × 200 µl). Außerdem wurde die DNA-Konzen
tration erhöht auf 40 µmol/100 pl Ansatz. Es wurden 1,6
nmol DNA eingesetzt, entsprechend einer Pool-Komplexizität
von 1 × 1015. Die Reaktionszeit wurde auf 5 h erhöht.
To prepare the RNA start pool for selection, a preparative transcription of 3.8 ml volume was used (19 × 200 μl). In addition, the DNA concentration was increased to 40 μmol / 100 μl. 1.6 nmol DNA was used, corresponding to a pool complexity of 1 × 10 15 . The reaction time was increased to 5 h.
Präparative Transkriptionsansatz:
320 µl DNA-Pool (1,6 nmol)
380 µl 10 × Transkriptionspuffer
380 µl DTT (100 mM)
22,5 µl BSA 120 µg/µl)
600 µl NTP-Mix (100 mM je NTP)
10 µl α-32P-CTP
75 µl T7-Polymerase
ad 3,8 ml mit H2O auffüllen.Preparative transcription approach:
320 μl DNA pool (1.6 nmol)
380 μl 10 × transcription buffer
380 μl DTT (100 mM)
22.5 μl BSA 120 μg / μl)
600 μl NTP mix (100 mM per NTP)
10 μl of α- 32 P-CTP
75 μl T7 polymerase
Add 3.8 ml to H 2 O ad.
Soll radioaktiv markierte RNA durch Zugabe von α-32P-CTP hergestellt werden, so nimmt man von dem Reaktionsansatz ein kleines Aliquot (1/50 des Ansatz) als Vergleichswert ab, um die spezifische Radioaktivität der RNA bestimmen zu können. Die Radioaktivität in dieser Probe entspricht 1/50 der zugesetzten Menge an CTP. Die Stoffmenge des zugesetzten radioaktiven CTPs ist aufgrund der hohen Aktivität vernachlässigbar gering. Aus der Aktivität der Vergleichsprobe cpmVergleich und der eigentlichen Probe cpmProbe kann man die Stoffmenge des eingebauten Cytidins nC in der Probe berechnen. Durch Division durch die Anzahl der Cytidinnukleotide in der RNA erhält man die Stoffmenge der RNA nRNA. Zur Berechnung der Anzahl der Cs geht man im randomisierten Bereich davon aus, daß jede vierte Base ein Cytidin ist. Zuzüglich der Cyticlinbasen in den beiden Primerregionen sind statistisch 31,5 Cs in der RNA enthalten.If radioactively labeled RNA is to be prepared by addition of α- 32 P-CTP, a small aliquot (1/50 of the mixture) of the reaction mixture is taken as reference value in order to be able to determine the specific radioactivity of the RNA. The radioactivity in this sample corresponds to 1/50 of the added amount of CTP. The amount of substance added radioactive CTPs is negligible due to the high activity. From the activity of the control cpm comparison and the actual sample cpm sample , one can calculate the amount of the incorporated cytidine n C in the sample. By dividing by the number of cytidine nucleotides in the RNA, the amount of RNA n RNA is obtained . To calculate the number of Cs in the randomized area, assume that every fourth base is a cytidine. In addition to the cyticlin bases in the two primer regions, statistically 31.5 Cs are contained in the RNA.
Für eine spätere Amplifikation durch PCR wurde die RNA nach jeder Selektionsrunde mit der Reverse Transkriptase in cDNA umgeschrieben. Verwendet wurde eine Transkriptase mit einer RNase H-Deletion, d. h. die RNA wird bei der Transkription nicht verdaut, und es ist möglich, mehrere DNA-Kopien von einem RNA-Strang herzustellen. Ähnlich wie bei der PCR wird auch hier ein zum 3'-Ende komplementäres Oligonukleotid benötigt, um ein DNA-RNA-Hybrid zu bilden, welches anschließend von der Reversen Transkriptase verlängert wird.For a later amplification by PCR was the RNA after each round of selection with the reverse transcriptase transcribed into cDNA. A transcriptase was used with an RNase H deletion, d. H. the RNA is at the Transcription is not digested, and it is possible to have several Make DNA copies of an RNA strand. Similar to in the PCR, too, a complementary to the 3 'end Oligonucleotide needed to form a DNA-RNA hybrid, which subsequently from the reverse transcriptase is extended.
Man inkubiert eine Stunde bei 46-48°C und fährt dann sofort mit der PCR fort (1.3.1).Incubate for one hour at 46-48 ° C and then drive immediately with the PCR (1.3.1).
Die Sequenzierung erfolgt durch Anlagerung eines Sequenzierungsprimers an die einzelsträngige DNA, der dann von einer DNA-Polymerase entlang des Plasmids verlängert wird. Durch Zugabe von Didesoxyribonukleotiden, an die keine weiteren dNTPs gekoppelt werden können, kommt es statistisch zu einem Abbruch der Kettenverlängerung hinter jeder einzelnen Base.The sequencing takes place by addition of a Sequencing primer to the single-stranded DNA, then extended by a DNA polymerase along the plasmid becomes. By adding dideoxyribonucleotides to the no further dNTPs can be coupled, it comes statistically to a demolition of the chain extension behind every single base.
Bei der radioaktiven Sequenzierung mit 35S wird zusätzlich zu den dNTPs auch noch 35S-dATP (oder 35S-dCTP) eingebaut, um eine Detektion durch Autoradiographie zu ermöglichen. In radioactive 35 S sequencing, in addition to the dNTPs, 35 S-dATP (or 35 S-dCTP) is also incorporated to allow detection by autoradiography.
Die Sequenzierung wurde mit dem Sequenzierungs-Kit der
Firma Pharmacia durchgeführt. Durch Verwendung des
Universal- und des Reverse-Primers wird sowohl der Strang
als auch der Gegenstrang sequenziert, wodurch man eine
fehlerhafte Sequenzierung z. B. durch Ausbildung einer
stabilen Sekundärstruktur besser erkennen kann. Damit die
DNA einzelsträngig vorliegt, wird sie im ersten Schritt
denaturiert. Nach der Hybridisierung des Primers wird die
Probe rür die Sequenzierungsreaktion auf vier Eppendorf
gefäße entsprechend der vier Basen verteilt und das
jeweilige Didesoxynukleotid zugegeben. Man läßt genau 5
min bei 37°C reagieren und bricht die Polymerisation
durch Zugabe der StopLösung auf Eis ab. Die Hälfte jeder
Probe wird zur Auftrennung auf ein 6%-Sequenzierungsgel
aufgetragen (siehe 3.2.1). Von dem Gel wird ein
Autoradiogramm erstellt, auf dem die jeweilige Sequenz
abgelesen werden kann.
The sequencing was carried out with the sequencing kit from Pharmacia. By using the universal and the reverse primer, both the strand and the complementary strand are sequenced, whereby a faulty sequencing z. B. can better recognize by forming a stable secondary structure. In order for the DNA to be single-stranded, it is denatured in the first step. After hybridization of the primer, the sample is distributed for the sequencing reaction on four Eppendorf tubes corresponding to the four bases and the respective dideoxynucleotide added. It is allowed to react for exactly 5 min at 37 ° C and breaks the polymerization by adding the stop solution on ice. Half of each sample is applied to a 6% sequencing gel for separation (see 3.2.1). From the gel an autoradiogram is created on which the respective sequence can be read.
3,75 µl Natriumacetat (3 M, pH 5,5)
8,75 µl H2 3.75 μl sodium acetate (3 M, pH 5.5)
8.75 μl H 2
O
75 µl Ethanol
Ethanolfällung, Aufnehmen in 10 µl H2 O
75 μl ethanol
Ethanol precipitation, take up in 10 μl H 2
O
O
Die Detektion der DNA-Fragmente erfolgt beim ABI-Sequencer durch Fluoreszenzmessung. Dazu arbeitet man mit Didesoxynukleotiden, die mit vier unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen modifiziert wurden und daher bei verschiedenen Wellenlängen fluoreszieren. Dadurch muß die Reaktion und die Auftrennung auf dem Gel für die einzelnen Basen nicht getrennt durchgeführt werden, wodurch sich die Zahl der Proben um 75% verringert. Die Sequenzierung wurde mit dem Kit von Perkin-Elmer nach der Methode des Cycle-Sequencing im Thermocycler durchgeführt. Wie bei einer normalen PCR bildet die Polymerase den Gegenstrang zur Template-DNA, nur daß beim Cycle-Sequencing lediglich ein Primer vorhanden ist, also nur ein Strang verviel fältigt wird, und daß durch Einbau der ddNTPs die Kettenverlängerung statistisch an jeder Stelle des Templates abgebrochen wird. Dadurch verringert sich die benötigte Menge an DNA auf 1/10 einer Plasmidisolierung.Detection of the DNA fragments occurs in the ABI sequencer by fluorescence measurement. You work with it Dideoxynucleotides with four different Fluorescent dyes were modified and therefore at different wavelengths fluoresce. This must be the Reaction and separation on the gel for the individual Bases are not carried out separately, causing the Number of samples reduced by 75%. The sequencing was using the kit of Perkin-Elmer after the method of Cycle sequencing performed in thermocycler. As in In a normal PCR, the polymerase forms the opposite strand to the template DNA, except that in cycle sequencing only a primer is present, so only one strand multiplied and that by incorporating the ddNTPs the Chain extension statistically at each point of the Templates is aborted. This reduces the required amount of DNA to 1/10 of a plasmid isolation.
Da der Überschuß der fluoreszenzmarkierten ddNTPs bei der fluorometrischen Analyse stört, werden diese durch Gelfiltration mit Spin Columns vorher abgetrennt. Dabei wurden CentriSep (Princeton Separation) bzw. Centriflex (Advanced Genetic Technologies Corp.) Spin Columns entsprechend der Anleitung verwendet. Die Centriflex- Säulen haben den Vorteil, daß sie bereits vorgequollen sind und daher direkt einsatzbereit sind. Eine Abtrennung der ddNTP durch eine Ethanolfällung ist ebenfalls möglich. Das ist gerade bei einer großen Anzahl von Proben schneller und kostengünstiger, jedoch gelingt die Abtrennung der ddNTPs nicht quantitativ, weshalb die Auftrennung der ersten 20 Basen auf dem Sequenzgel nicht sauber gelingt. Da aber die Sequenzierungsprimersequenz in einem größeren Abstand von dem Insert liegt, ist dies kein großer Nachteil. Die gereinigten Proben werden in der Vakuumzentrifuge zur Trockne eingeengt und in 2 µl Probenpuffer gelöst. 1-1,5 µl dieser Probe werden anschließend auf das 6% denaturierende Sequenzierungsgel aufgetragen. Nach beendeter Elektrophorese erfolgt die Zuordnung der Proben sowie die Überprüfung der Auswertung des Computers.Since the excess of fluorescently labeled ddNTPs in the interfering with fluorometric analysis, these are going through Gel filtration with spin columns previously separated. there were CentriSep (Princeton Separation) and Centriflex, respectively (Advanced Genetic Technologies Corp.) Spin Columns used according to the instructions. The Centriflex Columns have the advantage that they are already pre-swollen are and therefore directly operational. A separation the ddNTP by ethanol precipitation is also possible. That's just for a large number of samples faster and cheaper, but succeeds Separation of ddNTPs is not quantitative, which is why the Separation of the first 20 bases on the Sequenzgel not clean succeed. But because the sequencing primer sequence in is a greater distance from the insert, this is not big disadvantage. The purified samples are collected in the Vacuum centrifuge to dryness and concentrated in 2 ul Sample buffer dissolved. 1-1.5 μl of this sample then the 6% denaturing sequencing gel applied. After completion of the electrophoresis, the Assignment of the samples and the evaluation of the evaluation of the computer.
Die radioaktive 3'-Markierung erfolgt durch Veresterung der freien 3'-Hydroxylgruppe der RNA mit der 5'-Monophosphatgruppe eines Cytidin-3'-[5'-32P]-di phosphats (pCp). Diese Ligation wird durch die T4-RNA-Ligase unter ATP-Hydrolyse katalysiert.The radioactive 3'-labeling is carried out by esterification of the free 3'-hydroxyl group of the RNA with the 5'-monophosphate group of a cytidine-3 '- [5'- 32 P] -di phosphate (pCp). This ligation is catalyzed by T4 RNA ligase under ATP hydrolysis.
Nach einer 18-stündigen Inkubation bei 4°C wird der
Reaktionsansatz über ein 12%iges denaturierendes
Polyacrylamidgel aufgereinigt, eluiert und mit Ethanol
gefällt.
After an 18-hour incubation at 4 ° C, the reaction mixture is purified over a 12% denaturing polyacrylamide gel, eluted and precipitated with ethanol.
Reaktionsansatz:
12 µl RNA (2 µmol/µl)
12 µl 3 × Ligase-Puffer
3 µl ATP (150 µM, frisch verdünnt)
10 µl [5'-32P]pCp
3 µl T4-RNA-Ligase (10 U/µl)Reaction:
12 μl RNA (2 μmol / μl)
12 μl of 3 × ligase buffer
3 μl ATP (150 μM, freshly diluted)
10 μl of [5'- 32 P] pCp
3 μl T4 RNA ligase (10 U / μl)
Die Markierung des 5'-Endes der RNA erfolgt durch
Kinasierung einer radioaktiven Phosphatgruppe an die
5'-Hydroxylgruppe. Dazu muß zuerst die nach der
Transkription vorhandene Triphosphatgruppe der RNA mit
Hilfe der alkalischen Phosphatase abgespalten werden. Es
wurde die alkalische Phosphatase aus Shrimps verwendet, da
sie durch Erhitzen auf 80°C für 10 min für die
anschließende Kinasierung inaktiviert werden kann. Die
T4-Polynukleotid-Kinase kann nun den radioaktiven
Phosphatrest vom [γ-32P]-ATP auf die RNA übertragen. Nach
beendeter Reaktion reinigt man über ein 12%iges
denaturierendes Polyacrylamidgel auf und fällt die RNA mit
Ethanol.
The 5'-end of the RNA is tagged by kinasing a radioactive phosphate group to the 5'-hydroxyl group. For this purpose, the triphosphate group of RNA present after transcription must first be cleaved off with the aid of alkaline phosphatase. The alkaline phosphatase from shrimp was used because it can be inactivated by heating to 80 ° C for 10 min for subsequent kinase. The T4 polynucleotide kinase can now transfer the radioactive phosphate residue from the [γ- 32 P] ATP to the RNA. After completion of the reaction is purified on a 12% denaturing polyacrylamide gel and the RNA precipitates with ethanol.
Dephosphorylierung:
7 µl RNA (2 µmol/µl)
1 µl 10 × Phosphatase-Puffer
2 µl alkalische Phosphatase, Shrimps (1 U/µl)
Inkubation bei 37°C/1 h
3 µl EDTA (0,1 M)
80°C/10 min. anschließend 0°C/5 min
dephosphorylation:
7 μl RNA (2 μmol / μl)
1 μl of 10x phosphatase buffer
2 μl of alkaline phosphatase, shrimp (1 U / μl)
Incubation at 37 ° C / 1 h
3 μl EDTA (0.1 M)
80 ° C / 10 min. then 0 ° C / 5 min
Kinasierung:
23 µl Dephosphorylierungsansatz
3 µl H2O
5 µl 10 × Kinase-Puffer
1,6 µl DTT (100 mM)
3 µl MgCl2 (100 mM)
10 µl [y-32P]-CTP
4 µl T4-Polynukleotid-Kinase (10 U/µl)Kinasing:
23 μl Dephosphorylierungsansatz
3 μl H 2 O
5 μl 10x kinase buffer
1.6 μl DTT (100 mM)
3 μl MgCl 2 (100 mM)
10 μl [γ- 32 P] -CTP
4 μl T4 polynucleotide kinase (10 U / μl)
Es gibt viele Ribonukleasen, die RNA in Abhängigkeit von ihrer Sekundärstruktur schneiden. Aus dem Spaltungsmuster einer limitierten Spaltung mit diesen RNasen sollte daher eine Aussage über die Sekundärstruktur der zu untersuchenden RNA möglich sein. Die Enzymkonzentration und die Inkubationsdauer müssen dabei so gewählt werden, daß kein vollständiger Verdau der RNA auftritt. Etwa 50% der eingesetzten RNA sollte unverdaut bleiben, damit statistisch nur eine Spaltung pro Molekül auftritt.There are many ribonucleases that are RNA dependent cut their secondary structure. From the splitting pattern a limited cleavage with these RNases should therefore a statement about the secondary structure of the be possible. The enzyme concentration and the incubation period must be chosen so that no complete digestion of the RNA occurs. About 50% The RNA used should remain undigested, so that statistically only one cleavage occurs per molecule.
Vor der enzymatischen Spaltung wurde die RNA wie auch während der Selektion für 5 min bei 90°C in Bindungspuffer denaturiert und anschließend in 20 min auf RT abgekühlt. Die Spaltungsreaktionen wurden in einem Volumen von 6 µl in silikonisierten Eppendorfgefäßen durchgeführt. Die Reaktion wird durch Zugabe von 6 µl Probenpuffer gestoppt und die Proben auf Eis gestellt. 54 des Reaktionsansatzes werden auf einem 25%igen denaturierenden Polyacrylamidgel aufgetrennt und anschließend durch Autoradiographie sichtbar gemacht.Before the enzymatic cleavage, the RNA was as well during selection for 5 min at 90 ° C in Binding buffer denatured and then in 20 min on RT cooled. The cleavage reactions were in one Volume of 6 μl in siliconized Eppendorf tubes carried out. The reaction is stopped by adding 6 μl Sample buffer stopped and the samples placed on ice. 54 of the reaction mixture are on a 25% denaturing polyacrylamide gel separated and subsequently visualized by autoradiography.
Ribonuklease T1 (aus Aspergillus oryzae) spaltet spezifisch einzelsträngige RNA auf der 3'-Seite von Guanosin nukleotiden (Gp ↓ Np). Diese Nuklease ist in der Lage unter nativen als auch unter denaturierenden Bedingungen (7 M Harnstoff) zu spalten. Die Spaltung unter denaturierenden Bedingungen ermöglicht eine spätere Zuordnung der Basen auf dem Autoradiogramm, während man aus der nativen Spaltung Aufschluß über einzelsträngige Regionen erhalten kann.Ribonuclease T1 (from Aspergillus oryzae) cleaves specifically single-stranded RNA on the 3 'side of guanosine nucleotides (Gp ↓ Np). This nuclease is capable of taking native as well as under denaturing conditions (7 m Urea). The split under denaturing Conditions allows a later assignment of the bases on the autoradiogram, while looking from the native Cleavage obtained via single-stranded regions can.
Ribonuklease T2 (aus Aspergillus oryzae) spaltet
sequenzunabhängig einzelsträngige RNA unter Freisetzung
von Oligonukleotiden mit 3'-Phosphatgruppen. RNase T2 kann
daher in Kombination mit RNase 51 für die Identifizierung
nicht basengepaarter Bereiche eingesetzt werden.
Ribonuclease T 2 (from Aspergillus oryzae) cleaves single-stranded RNA with sequence-independent release of oligonucleotides with 3'-phosphate groups. RNase T 2 can therefore be used in combination with RNase 51 for the identification of non-base-paired regions.
native Spaltung:
2 µl RNA (ca. 150000 cpm)
3 µl t-RNA (6 µg/µl)
0,7 µl H2O
0,3 µl RNase T2 (5,75 U/µl)
20 min/Raumtemperaturnative cleavage:
2 μl RNA (about 150000 cpm)
3 μl t-RNA (6 μg / μl)
0.7 μl H 2 O
0.3 μl RNase T 2 (5.75 U / μl)
20 min / room temperature
Die Nuklease S1 (aus Aspergillus oryzae) spaltet wie die
RNase T2 sequenzunabhängig einzelsträngige Bereiche der
RNA. Im Gegensatz zur RNase T2 werden hier jedoch
Oligonukleotid-5'-phosphate freigesetzt.
The nuclease S 1 (from Aspergillus oryzae) cleaves like the RNase T 2 sequence-independent single-stranded regions of the RNA. In contrast to RNase T 2 , however, oligonucleotide 5'-phosphates are released here.
native Spaltung:
2 µl RNA (ca. 150000 cpm)
3 µl t-RNA (6 µg/µl)
0,7 µl H2O
0,3 µl RNase S1 (0,4 U/µl)
20 min/Raumtemperaturnative cleavage:
2 μl RNA (about 150000 cpm)
3 μl t-RNA (6 μg / μl)
0.7 μl H 2 O
0.3 μl RNase S 1 (0.4 U / μl)
20 min / room temperature
Mit der Ribonuklease V1(Cobra Venom) lassen sich bevorzugt
doppelsträngige Bereiche der RNA sequenzunabhängig
spalten. Wie bei der Spaltung mit RNase 5' werden auch
hier Oligonukleotid-5'-phosphate freigesetzt.
With the ribonuclease V 1 (Cobra venom), preferably double-stranded regions of the RNA can be cleaved independently of the sequence. As in the case of cleavage with RNase 5 ', oligonucleotide 5'-phosphates are also released here.
native Spaltung:
2 µl RNA (ca. 150000 cpm)
3 µl t-RNA (6 µg/µl)
0,6 µl H2O
0,4 µl RNase V1 (0,72 U/µl)
20 min/Raumtemperaturnative cleavage:
2 μl RNA (about 150000 cpm)
3 μl t-RNA (6 μg / μl)
0.6 μl H 2 O
0.4 μl RNase V 1 (0.72 U / μl)
20 min / room temperature
Unter alkalischen Bedingungen ist RNA im Gegensatz zur DNA
instabil. Über einen zyklischen 2',3'-Phosphat-
Übergangszustand entstehen Spaltprodukte mit einer 5'-
Hydroxylgruppe. Durch eine zeitliche Begrenzung der
alkalische Hydrolyse kann man die RNA so spalten, daß
Oligoribonukleotide jeder möglichen Länge entstehen. Trägt
man dieses Reaktionsgemisch auf ein denaturierendes
Polyacrylamidgel auf so erhält man nach der
Autoradiographie eine Alkalileiter, die für die Zuordnung
der Spaltprodukte der enzymatischen RNA-Spaltung verwendet
werden kann. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 6 µl
Probenpuffer gestoppt und bis zum Auftragen auf das Gel
auf Eis gestellt.
Under alkaline conditions RNA is unstable in contrast to DNA. Cleavage products with a 5'-hydroxyl group are formed via a cyclic 2 ', 3'-phosphate transition state. By limiting the time of alkaline hydrolysis, the RNA can be cleaved to produce oligoribonucleotides of any length. When this reaction mixture is applied to a denaturing polyacrylamide gel, an alkali metal hydroxide is obtained after autoradiography, which can be used for the assignment of the cleavage products of the enzymatic RNA cleavage. The reaction was stopped by adding 6 μl sample buffer and placed on ice until applied to the gel.
Reaktionsansatz:
3 µl RNA (ca. 150000 cpm)
1,5 µl t-RNA(6 µg/µl)
4,5 µl Alkali-Puffer (50 mM NaOH, 1 mM EDTA, frisch
angesetzt)
45-60 sec/120°CReaction:
3 μl of RNA (about 150000 cpm)
1.5 μl t-RNA (6 μg / μl)
4.5 μl of alkaline buffer (50 mM NaOH, 1 mM EDTA, freshly prepared)
45-60 sec / 120 ° C
Für die affinitätschromatographische Selektion müssen die Peptide auf einem Trägermaterial immobilisiert werden. Die Immobilisierung soll reversibel sein, um eine Elution der spezifisch bindenden RNA als RNA-Peptid-Komplex zu ermöglichen. Daher sollen Peptide über Disulfidbrücken an Thiopropyl-Sepharose 6B gekoppelt werden. Um das zu ermöglichen, müssen die Peptide eine freie Thiolgruppe besitzen, weshalb das βA4(1-40) und βA4(1-16) mit einem Cystein am N-terminalen Ende synthetisiert wurden und folglich bzw. 17 Aminosäuren enthalten.For affinity chromatographic selection, the Peptides are immobilized on a carrier material. The Immobilization should be reversible to elution the specific binding RNA as an RNA-peptide complex too enable. Therefore, peptides on disulfide bridges to Thiopropyl-Sepharose 6B can be coupled. To that allow the peptides to have a free thiol group which is why the βA4 (1-40) and βA4 (1-16) with a Cysteine were synthesized at the N-terminal end and consequently, or contain 17 amino acids.
Zum Quellen suspendiert man 1,4 g Thiopropyl-Sepharose 6B in 30 ml Wasser und schwenkt für 15 min. Alle verwendeten Lösungen sollten vor der Benutzung durch 10 min. Ultraschallbehandlung entgast werden, um eine Oxidation der Sulfidgruppen durch Luftsauerstoff zu vermeiden. Man filtriert ab und wäscht mit 3 × 50 ml Wasser. Das gequollene Gel wird in 25 ml einer Lösung aus 88 µM βA4 (1-16), 12 µM Tris, pH 7,5, 500 mM NaCl, 1 mM EDTA suspendiert und für 1,5 h bei Raumtemperatur unter Schwenken inkubiert. Bei der Immobilisierung des βA4(1-40) muß aufgrund der großen Tendenz zur Aggregation und der damit verbundenen Unlöslichkeit die Immobilisierung in einer 60%igen Hexafluorisopropanollösung (LTFIP) durchgeführt werden. Dazu suspendiert man das in 25 ml einer Lösung aus 45 µM βA4(1-40), 10 mM Tris-HCl, pH 7,7 und schwenkt für 1,5 h bei RT.To swell, 1.4 g of thiopropyl-Sepharose 6B are suspended in 30 ml of water and swirl for 15 min. All used Solutions should be run for 10 min before use. Ultrasonic treatment degas to oxidation to avoid sulfide groups by atmospheric oxygen. you filtered off and washed with 3 × 50 ml of water. The swollen gel is dissolved in 25 ml of a solution of 88 μM βA4 (1-16), 12 μM Tris, pH 7.5, 500 mM NaCl, 1 mM EDTA and suspended for 1.5 h at room temperature Swirling incubated. Immobilization of βA4 (1-40) due to the great tendency for aggregation and the associated insolubility immobilization in a 60% hexafluoroisopropanol solution (LTFIP) be performed. This is suspended in 25 ml a solution of 45 μM βA4 (1-40), 10 mM Tris-HCl, pH 7.7 and rock for 1.5 h at RT.
Man filtriert das Gel ab und wäscht mit 2 × 50 ml einer 0,1 M Natriumacetatlösung, pH 6,0. Um von nicht reagierten Thiolgruppen des Gels die Schutzgruppen abzuspalten und reaktiven Thiolgruppen zu blockieren, wurde das Gel für 45 min unter Schwenken in 20 ml 2-Mercaptoethanol (5 mM, 0,1 M NaOAc, pH 6) suspendiert. Das Säulenmaterial wird zweimal mit 50 ml Bindungspuffer gewaschen und bei 4°C unter Bindungspuffer aufbewahrt.The gel is filtered off and washed with 2 × 50 ml of a 0.1 M sodium acetate solution, pH 6.0. To be unresponsive Thiol groups of the gel to split off the protecting groups and to block reactive thiol groups, the gel became 45 while swirling in 20 ml of 2-mercaptoethanol (5 mM, 0.1 M NaOAc, pH 6). The column material will be twice washed with 50 ml of binding buffer and at 4 ° C under Binding buffer stored.
Für die Vorsäule wurde das Säulenmaterial wie oben beschrieben behandelt, jedoch ohne die Zugabe des Peptids. Hier wurden alle Thiopyridylgruppen durch 2-Mercaptoethanol substituiert.For the precolumn, the column material became as above described, but without the addition of the peptide. Here all thiopyridyl groups were through Substituted 2-mercaptoethanol.
Zur Bestimmung der Beladung des Säulenmaterials wurde das Peptid von 100 µl Säulenmaterial durch reduktive Spaltung der Disulfidbrücken abgespalten. Dazu eluiert man das Peptid von der Säule, indem man zweimal 500 µl Elutionspuffer langsam durch die Säule fließen läßt (30 µl/min). Die Konzentration des Peptids im Eluat wurde auf zwei Arten bestimmt.To determine the loading of the column material, the Peptide of 100 μl column material by reductive cleavage split off the disulfide bridges. This is eluted Peptide from the column by adding 500 μl twice Allow elution buffer to flow slowly through the column (30 ul / min). The concentration of the peptide in the eluate was on determined two types.
Die Konzentration des Peptids im Eluat konnte beim βA4(1-16) durch den Coomassie-Protein-Assay bestimmt werden. Dazu gibt man 500 µl des Eluats mit 500 µl Coomassielösung (Pierce) zusammen, schüttelt und mißt die Absorption in einer 1 ml Einwegküvette bei 595 nm. Die Konzentration erhält man bei Vergleich mit einer Eichkurve, die bei verschiedenen bekannten Konzentrationen aufgenommen wurde. Da die Absorption nicht zeitlich konstant ist, ist es wichtig, daß die Messung immer nach der gleichen Zeit nach der Zugabe der Coomassielösung durchgeführt wird. Aufgrund der Aggregation in wäßrigen Lösungen, konnte die Peptidkonzentration des βA4(1-40) nicht durch den Proteinassay bestimmt werden und wurde deshalb durch Aminosäureanalyse ermittelt.The concentration of the peptide in the eluate was at βA4 (1-16) determined by the Coomassie protein assay become. To this is added 500 .mu.l of the eluate with 500 .mu.l Coomassie solution (Pierce) together, shakes and measures the Absorption in a 1 ml disposable cuvette at 595 nm. The Concentration is obtained by comparison with one Calibration curve obtained at various known concentrations has been recorded. Because the absorption is not timed is constant, it is important that the measurement is always after the same time after the addition of the Coomassie solution is carried out. Due to the aggregation in aqueous Solutions, the peptide concentration of βA4 (1-40) could could not be determined by the protein assay and was therefore determined by amino acid analysis.
200 µl des Eluats (1 ml) wurden in einem Dansylgläschen zur Trockne eingeengt und durch Gasphasenhydrolyse sauer hydrolisiert. Dazu stellt man das Dansylgläschen in ein 40 ml Gefäß mit Schraubverschluß und Hahn zu etwa 3 ml 5,7 M Salzsäure. Durch Evakuieren des Gefäßes und Erhitzen auf 150°C für 1 h wird die Probe hydrolisiert. Man engt die Probe im Vakuum ein und nimmt sie in 100 µl Wasser auf. 20 µl dieser Lösung wurden für die Aminosäureanalyse nach den Kopplungsschritten des Edman-Ahhaus mit Phenylisothiocyanat derivatisiert. Die Auftrennung der Aminosäuren erfolgte durch HPLC auf einer ABT PTH RP C18 Säule (5 µm, 220 × 2,1 mm) mit einem binären Gradientensystem (Puffer A: H2O, Puffer B: 5% w/v Tetrahydrofuran, 6 mM Natriumacetat, pH 4,2). Die Stoffmengen der Aminosäuren des Peptids wurden durch Vergleich der Peakhöhe der Aminosäuren mit einer Referenzsubstanz bekannter Konzentration berechnet. Nach Division der Stoffmenge durch die Anzahl der Reste im Peptid und Mittelung über 10 Aminosäuren erhält man die Konzentration des Peptids im Eluat und damit die Beladung des Säulenmaterials. Die Aminosäureanalyse wurde von Dr. Schröder durchgeführt.200 μl of the eluate (1 ml) were concentrated to dryness in a Dansyl glass and acid hydrolysed by gas phase hydrolysis. For this purpose, put the Dansylgläschen in a 40 ml vessel with screw cap and tap to about 3 ml of 5.7 M hydrochloric acid. By evacuating the vessel and heating to 150 ° C for 1 h, the sample is hydrolyzed. The sample is concentrated in vacuo and taken up in 100 ul of water. 20 μl of this solution were derivatized with phenylisothiocyanate for the amino acid analysis after the coupling steps of Edman-Ahhaus. The amino acids were separated by HPLC on an ABT PTH RP C18 column (5 μm, 220 × 2.1 mm) with a binary gradient system (buffer A: H 2 O, buffer B: 5% w / v tetrahydrofuran, 6 mM sodium acetate , pH 4.2). The amounts of the amino acids of the peptide were calculated by comparing the peak height of the amino acids with a reference substance of known concentration. After dividing the amount of substance by the number of residues in the peptide and averaging over 10 amino acids to obtain the concentration of the peptide in the eluate and thus the loading of the column material. The amino acid analysis was carried out by Dr. med. Schröder performed.
Um die Adsorption der RNA an der Oberfläche der Säulen bzw. der Fritten möglichst gering zu halten, wurden diese vor der Benutzung silanisiert. Dazu spült man die Säulen mit Toluol und füllt sie anschließend mit einer 5%igen Lösung aus Dichlordimethylsilan in Toluol. Nach ein bis zwei Stunden wird diese Lösung entfernt, die Säulen mit Toluol und anschließend mit Wasser mehrmals gründlich gewaschen.To adsorb the RNA on the surface of the columns or to keep the frits as low as possible, these were silanized before use. This is done by rinsing the columns with toluene and then filled with a 5% Solution of dichlorodimethylsilane in toluene. After a to two hours, this solution is removed, the columns with Toluene and then with water several times thoroughly washed.
Um nichtspezifische Wechselwirkungen der RNA zu unterdrücken, wurden die Salzkonzentrationen im Bindungspuffer auf das Säulenmaterial abgestimmt. Dazu wurde die NaCl-Konzentration zwischen 150-500 mM und die MgCl2-Konzentration im Bereich von 5-50 mM variiert. Die Bedingungen, unter denen am wenigsten RNA auf der Säule gebunden wurde, sollten für die Selektion verwendet werden.To suppress non-specific interactions of the RNA, the salt concentrations in the binding buffer were matched to the column material. For this, the NaCl concentration was varied between 150-500 mM and the MgCl 2 concentration in the range of 5-50 mM. The conditions under which least RNA was bound on the column should be used for selection.
Die Selektion der hochaffinen RNA-Moleküle wurde affinitätschromatographisch auf kleinen Säulen (Mobicols, Mo Bi Tec) mit 100 µl Säulenvolumen durchgeführt. In jeder Selektionsrunde wurde eine Vorsäule (ohne Peptid) und eine Hauptsäule (Affinitätssäule) verwendet. Die radioaktiv markierte RNA wurde in Bindungspuffer auf eine Konzentration von 2,5 µM eingestellt. Damit die RNA in ihrer stabilen Konformation vorliegt, denaturiert man für 5 min bei 90°C und renaturiert durch 20 minütiges Abkühlen auf Raumtemperatur. 200 µl dieser RNA trägt man auf die Vorsäule auf. Lediglich in der ersten Selektionsrunde wurde aufgrund der großen RNA-Menge von diesem Protokoll abgewichen und bei einer doppelt so großen Konzentration ca. 2,5 nmol RNA eingesetzt. Das Säulenvolumen der Hauptsäule wurde auf 250 µl vergrößert. Die Vor- und Hauptsäule wurde in der ersten Runde mit 3 ml Bindungspuffer gewaschen, während sie in allen folgenden Runden nur noch mit 2 ml Puffer gewaschen wurde. Im Anschluß wurde das Peptid mit der bindenden RNA nach Entfernung der Vorsäule mit 1 ml Elutionspuffer von der Säule in ein silikonisiertes Eppendorfgefäß eluiert.The selection of high-affinity RNA molecules was affinity chromatography on small columns (Mobicols, Mo Bi Tec) with 100 μl column volume. In each Selection round was a precolumn (without peptide) and a Main column (affinity column) used. The radioactive labeled RNA was transformed into binding buffer on a Concentration of 2.5 μM set. So that the RNA in their stable conformation exists, one denatures for 5 min at 90 ° C and renatured by 20 minutes Cool to room temperature. 200 μl of this RNA is carried on the guard column. Only in the first Selection round was due to the large amount of RNA of deviated from this protocol and twice as large concentration about 2.5 nmol RNA used. The Column volume of the main column was increased to 250 μl. The fore and main column was in the first round with 3 ml Binding buffer washed while remaining in all following Rounds were washed only with 2 ml of buffer. in the Following the peptide with the binding RNA after Removal of the guard column with 1 ml of elution buffer from the Column eluted into a siliconized Eppendorf tube.
Um einen möglichst konstanten Fluß durch die Säule zu erhalten, wurde eine Peristaltikpumpe eingesetzt. Der Bindungspuffer wurde in 500 µl Portionen auf die Säule gegeben und gelangt durch Anlegen eines leichten Überdrucks mit Hilfe der Pumpe durch die Vorsäule auf die Hauptsäule. Nun wird die Pumpe erst an die Hauptsäule angeschlossen, bevor die nächste Portion Puffer auf die Vorsäule aufgetragen werden kann. Der Fluß durch die Säulen soll etwa 33-35 µl/min betragen.To ensure a constant flow through the column received, a peristaltic pump was used. The Binding buffer was added to the column in 500 μl portions given and passes by applying a light Overpressure with the help of the pump through the precolumn on the Main column. Now the pump is first to the main column connected before the next portion of buffer on the Pre-column can be applied. The river through the Columns should be about 33-35 μl / min.
Nach beendeter Elution wird die RNA-Konzentratiän der Wasch- und Elutionslösung sowie der Säulen durch Cerenkov-Zählung bestimmt. Das Fluat wird in einer Vakuumzentrifuge auf ca. 400 µl eingeengt und zur Entfernung des Peptids mit Phenol und Chloroform extrahiert. Mit Ethanol unter Zusatz von Glycogen (40 µg) wird die RNA gefällt und anschließend revers transkribiert. Die DNA wird durch PCR amplifiziert und für die nächste Selektionsrunde durch Transkription in RNA umgeschriehen. Wenn kein weiterer Anstieg der spezifisch eluierten RNA mehr beobachtet wird, kann die Selektion abgebrochen werden. Um das Gemisch der unterschiedlichen Sequenzen analysieren zu können, separiert man die Sequenzen durch Klonierung in Bakterienzellen.After completion of the elution, the RNA concentrates the Washing and elution solution and the columns through Cerenkov count determined. The Fluat is in one Vacuum centrifuge to about 400 ul and concentrated to Removal of the peptide with phenol and chloroform extracted. With ethanol with the addition of glycogen (40 μg) the RNA is precipitated and then reversed transcribed. The DNA is amplified by PCR and used for the next round of selection by transcription into RNA umgeschriehen. If no further increase in the specific eluted RNA is more observed, the selection be canceled. To the mixture of the different To analyze sequences, you separate the Sequences by cloning in bacterial cells.
Die affinitätschromatographische Bestimmung der Dissoziationskonstanten wurden mit Hilfe von Econo-Säulen (Bio-Rad) durchgeführt, da diese ein größeres Volumen besitzen, als die während der Selektion verwendeten Mobicols. Ein genügend großes Säulenbettvolumen ist entscheidend, damit die aufgetragene Menge RNA (10 µl, 100 nM) als scharfe Bande durch die Säule wandern kann. Es wurde mit 800 µl Säulenmaterial gearbeitet, wodurch sich ein Säulenvolumen von 810 µl ergibt (Volumen des Hahns etc.). Nach Auftragen der radioaktiv markierten RNA wäscht man die Säule solange mit Bindungspuffer, bis keine Radioaktivität mehr auf der Säule detektiert werden kann. Anfangs fängt man das Eluat tropfenweise auf um das Totvolumen möglichst genau bestimmen zu können. Später genügen 500 µl Fraktionen. Durch Einsatz einer Pumpe und eines Fraktionssammlers kann die Bestimmung automatisiert werden.The affinity chromatographic determination of Dissociation constants were determined using Econo columns (Bio-Rad), as these have a larger volume own than those used during the selection Mobicols. A sufficiently large column bed volume is crucial so that the applied amount of RNA (10 μl, 100 nM) can pass through the column as a sharp band. It was worked with 800 ul column material, whereby a column volume of 810 μl gives (volume of the tap Etc.). After application of the radioactively labeled RNA washes Keep the column with binding buffer until no Radioactivity can be detected more on the column. At first you catch the eluate drop by drop To be able to determine the dead volume as accurately as possible. Later suffice 500 ul fractions. By using a pump and a fraction collector can automate the determination become.
Für die Transformation von Epicurian Coli Zellen muß die DNA in einen Vektor ligiert werden. Verwendet wurde hier der pPCR-Script Amp SK(+) cloning vector (Stratagene), ein Abkömmling des pBluescript II SK(+) phagemids, der ein Gen für Ampicillinresistenz sowie einen lac Promotor und einen T7-RNA Polymerase Promotor enthält. Innerhalb des SK multiple cloning siles befindet sich eine seltene Srf I-Schnittstelle (5'-GCCC/GGGC-3'), die eine Ligation der blunt-ended PCR-Produkte der Selektion mit dem geschnittenen Vektor ermöglicht. Da für die PCR standardmäßig die Pfu DNA Polymerase verwendet wurde, ist eine Aufarbeitung der DNA nicht nötig. Anders wäre das bei Verwendung von Taq Polymerase, da diese häufig eine weitere Base an das Kettenende hängt. Die Restriktionsspaltung des Vektors, sowie die Ligation des DNA-Inserts können gleichzeitig in einem Gefäß durchgeführt werden. Durch die gleichzeitige Aktivität des Restriktionsenzyms und der Ligasee liegt ein Gleichgewicht zwischen geschnittenem und ungeschnittenem Vektor vor, bis durch Ligation des Inserts die Srf I Restriktions schnittstelle verloren geht, und der Vektor nicht mehr gespalten werden kann.For the transformation of Epicurian Coli cells, the DNA is ligated into a vector. Was used here the pPCR script Amp SK (+) cloning vector (Stratagene), a Derived from pBluescript II SK (+) phagemid, which is a gene for ampicillin resistance as well as a lac promoter and a T7 RNA polymerase promoter contains. Within the SK multiple cloning siles is a rare srf I interface (5'-GCCC / GGGC-3 '), which is a ligation of the blunt-ended PCR products of selection with the sliced vector allows. As for the PCR by default the Pfu DNA polymerase was used a workup of the DNA is not necessary. Otherwise that would be the case Use of Taq polymerase, as these are often a another base hangs on the end of the chain. The Restriction splitting of the vector, as well as the ligation of the DNA inserts can be placed in a vessel at the same time be performed. Due to the simultaneous activity of the Restriction enzyme and ligase is in equilibrium between cut and uncut vector, until by ligation of the insert the Srf I restriction interface is lost, and the vector stops can be split.
Diese Plasmide werden nun in superkompetente Epicurian Coli Zellen XLI-Blue MRF' Kan (Stratagene) eingeführt und auf Agarplatten ausgestrichen, die X-Gal (5-Brom-4-chlor-3-indolyl-β,D-galactopyranosid), IPTG (Isopropylthio-β,D-galactosid) sowie das Antibiotikum Ampicillin enthalten. Aufgrund des Antibiotikums können nur die Zellen auf dem Medium wachsen, die durch Aufnahme eines Plasmids eine Ampicillinresistenz besitzen. Die Zellen, die ein nicht rekombinantes Plasmid aufgenommen haben, besitzen ein intaktes Gen für die β-Galactosidase, die durch Spaltung des X-Gals einen blauen Farbstoff freisetzt. Diese Zellen färben sich blau. Die weißen Kolonien stellen die transformierten Bakterien dar, die genau ein rekombinantes Plasmid enthalten, das beliebig vermehrt werden kann.These plasmids are now in super competent Epicurian Coli cells XLI-Blue MRF 'Kan (Stratagene) introduced and spread on agar plates, the X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β, D-galactopyranoside), IPTG (Isopropylthio-β, D-galactoside) and the antibiotic Contain ampicillin. Due to the antibiotic can only the cells grow on the medium by recording a plasmid have an ampicillin resistance. The Cells that received a non-recombinant plasmid have an intact gene for β-galactosidase, the cleavage of the X-Gals a blue dye releases. These cells turn blue. The white ones Colonies represent the transformed bacteria that contain exactly one recombinant plasmid, any can be increased.
Vor der Ligation wird die DNA unter Zugabe des gleichen Volumens einer 4 M Ammoniumacetatlösung (anstelle des Natriumacetats) und des 2,5fachen Volumens an Ethanol gefällt. Das Pellet wird in TE-Puffer aufgenommen.Before ligation, the DNA is added with the addition of the same Volume of a 4 M ammonium acetate solution (instead of the Sodium acetate) and 2.5 times the volume of ethanol like. The pellet is taken up in TE buffer.
Das Verhältnis von Insert. Plasmid soll zwischen 40 : 1
und 100 : 1 liegen. Es wurde ein Verhältnis von 70 : 1
gewählt, was einer Menge von 364 fmol Insert pro
Standardansatz entspricht.
The ratio of insert. Plasmid should be between 40: 1 and 100: 1. A ratio of 70: 1 was chosen, which corresponds to an amount of 364 fmol insert per standard batch.
Ligationsansatz:
1 µl pPCR-Script Amp SK(+) cloning vector (10 ng/µl)
1 µl 10 × PCR-Script-Puffer
0,5 µl ATP (10 mM)
3 µl PCR Produkt (364 fmol)
1 µl SrfI Restriktionsenzym (5 U/µl)
1 µl T4-DNA-Ligase (5 U/µl)
ad 10 µl mit H2O auffüllenLigation reaction:
1 μl pPCR-Script Amp SK (+) cloning vector (10 ng / μl)
1 μl 10x PCR Script buffer
0.5 μl ATP (10 mM)
3 μl PCR product (364 fmol)
1 μl SrfI restriction enzyme (5 U / μl)
1 μl of T4 DNA ligase (5 U / μl)
Add 10 μl with H 2 O
Man läßt eine Stunde bei RT reagieren, erhitzt für 10 min auf 65°C und stellt die Probe bis zur Transformation auf Eis.It is allowed to react for one hour at RT, heated for 10 min to 65 ° C and set up the sample until transformation Ice.
Durch eine spezielle Salzbehandlung ist es möglich, Zellmembranen DNA-permeabel (kompetent) zu machen und zu einer Aufnahme eines Plasmids zu bringen. Für die Transformation wurden jedoch käuflich erhältliche kompetente Zellen verwendet. Diese sind schon gegenüber kleinen Temperaturschwankungen sehr empfindlich und müssen deshalb immer bei -80°C gelagert werden bzw. während des Aliquotierens permanent auf Eis stehen. Through a special salt treatment it is possible To make cell membranes DNA-permeable (competent) and to to bring a recording of a plasmid. For the Transformation, however, were commercially available used competent cells. These are already opposite small temperature fluctuations very sensitive and must therefore always be stored at -80 ° C or while aliquoting permanently on ice.
Weiterhin ist es wichtig, die Dauer des 45 s
Temperaturintervalls genau einzuhalten. Etwa ½ h vor dem
Ausstreichen der Zellen sollten die ampicillinhaltigen
Agarplatten (100 µg/ml) mit 20 µl IPTG (0,2 M) und 20 µl
X-Gal (10% (w/v) in DMF) überschichtet werden. Man
bereitet je Transformationsansatz drei Agarplatten vor,
trägt jeweils 100, 150, bzw. 200 µl Ansatz auf und
verstreicht ihn mit einem gebogenen Glasstab auf der
Agaroberfläche. Die Agarplatten läßt man etwa 18 h im
Brutschrank bei 37°C inkubieren.
Furthermore, it is important to strictly adhere to the duration of the 45 s temperature interval. About half an hour prior to cell streaking, ampicillin-containing agar plates (100 μg / ml) should be overlaid with 20 μl of IPTG (0.2 M) and 20 μl of X-gal (10% (w / v) in DMF). Prepare three different agar plates for each transformation, apply 100, 150 or 200 μl of the mixture and dilute it with a curved glass rod on the agar surface. The agar plates are allowed to incubate for about 18 h in the incubator at 37 ° C.
Transformationsansatz:
40 µl Epicurian Coli XLl-Blue MRF' Kan
supercompetente Zellen
0,7 µl b-Mercaptoethanol (1,5 M)
10 min auf Eis inkubieren, alle 2 min schütteln
2 µl Ligationsansatz
30 min auf Eis inkubieren
45 sec/42°C, direkt anschließend auf Eis
450 µl SOC-Medium (vorgewärmt auf 42°C)
37°C/1 h schütteln
auf Agarplatten mit X-Gal, IPTG und Ampicillin
ausstreichen, 37°C/18 h inkubieren.Transformation approach:
40 μl Epicurian Coli XLI-Blue MRF 'Kan supercompetent cells
0.7 μl of b-mercaptoethanol (1.5 M)
Incubate for 10 min on ice, shake every 2 min
2 μl ligation batch
Incubate on ice for 30 min
45 sec / 42 ° C, immediately afterwards on ice
450 μl SOC medium (preheated to 42 ° C)
Shake 37 ° C / 1 h
Streak on agar plates with X-gal, IPTG and ampicillin, incubate at 37 ° C / 18 h.
Die nach der Transformation auf der Agarplatte erhaltenen weißen Klone werden mit Hilfe eines sterilen Holzstäbchens (Zahnstocher) gepickt und in 3 ml Übernachtkultur bei 37°C im Schüttelwasserbad vermehrt. Von jeder Kultur wird eine Glycerinkultur für eine eventuelle spätere Verwendung aufbewahrt. Dazu homogenisiert man 0,5 ml einer Kultur mit dem gleichen Volumen Glycerin, friert die Probe in flüssigem Stickstoff ein und lagert sie bei -80°C. Die restlichen 2,5 ml werden in zwei Portionen in ein Eppendorfgefäß überführt und die Zellen bei 13000 Upm, 2 min lang abzentrifugiert. Der Überstand wird verworfen und die Zellen in 500 µl STE-Puffer unter Schütteln suspendiert. Man pelletiert erneut und suspendiert anschließend für 10 min in 100 µl Lysatlösung I. Man gibt 200 µl Lysatlösung 11 zu und schwenkt die Proben vorsichtig während der 20 minütigen Inkubation auf Eis. In diesem Schritt erfolgt die Lysis der Zellen. Durch Zugabe von 150 µl Lysatlösung ITT wird die chromosomale DNA bei 0°C/15 min gefällt. Dabei dürfen die Proben nur vorsichtig gemischt werden (nicht vortexen), um ein Zerreißen der DNA durch die Scherkräfte zu vermeiden. Die Zelltrümmer und die chromosomale DNA werden bei 13000 Upm /15 min abzentrifugiert und der Überstand in ein neues Eppendorfgefäß überführt. Man extrahiert mit Phenol (pH 4,5-5) und Chloroform, fällt mit Ethanol und löst das Pellet in 50 µl TE-Puffer. Da in diesen Proben die mRNA der Zelle noch enthalten ist, diese das Ergebnis der Sequenzierung auf einem ABI-Sequencer jedoch stört, muß noch ein RNA-Verdau durch Zugabe von 250 µl ST-Puffer aus dem Plasmid-Isolierungskit (siehe unten) durchgeführt werden. Man fällt erneut mit Ethanol und löst die Probe in 50 µl Wasser.The obtained after the transformation on the agar plate White clones are made with the help of a sterile wooden stick (Toothpick) and in 3 ml overnight culture at 37 ° C multiplied in a shaking water bath. From every culture becomes a glycerin culture for eventual later use kept. Homogenize 0.5 ml of a culture the same volume of glycerol, the sample freezes in liquid nitrogen and stored at -80 ° C. The remaining 2.5 ml are in two portions in one Transferred Eppendorf vessel and the cells at 13000 rpm, 2 Centrifuged for min. The supernatant is discarded and shake the cells in 500 μl of STE buffer suspended. Pellet again and suspend then for 10 min in 100 ul lysate I. Man gives 200 μl lysate solution 11 is added and the samples are swirled gently during the 20 minute incubation on ice. In This step is followed by the lysis of the cells. By adding of 150 μl lysate solution ITT is added to the chromosomal DNA 0 ° C / 15 min like. The samples may only Gently mix (do not vortex) to one To avoid tearing the DNA by the shear forces. The Cell debris and the chromosomal DNA are at 13000 rpm / 15 min centrifuged and the supernatant in a new Transferred Eppendorf vessel. It is extracted with phenol (pH 4.5-5) and chloroform, precipitate with ethanol and dissolve the Pellet in 50 μl TE buffer. Because in these samples the mRNA the cell is still included, this is the result of However, sequencing on an ABI sequencer interferes with it another RNA digestion by adding 250 ul ST buffer the plasmid isolation kit (see below) become. It is again precipitated with ethanol and dissolves the sample 50 μl of water.
Alternativ zu dieser Isolierung wurde auch ein Kit (Nucleobond AX20, Macherey-Nagel) verwendet. Hierbei wurde entsprechend der Vorschrift vorgegangen.An alternative to this isolation was also a kit (Nucleobond AX20, Macherey-Nagel). This was proceeded in accordance with the regulation.
Die Reinheit und die Größe der Plasmide wurden gelelektrophoretisch auf einem 1%igem Agarosegel überprüft (siehe 1.2.1). The purity and size of the plasmids were gel electrophoretically on a 1% agarose gel checked (see 1.2.1).
Die Primärstrukturen der Aptamere wurden mit Hilfe eines Computerprogramms auf homologe Bereiche untersucht. Dazu wurde ein Programm in Pascal geschrieben, das die Sequenzen als Textdatei einliest und auf Motive variabler Länge hin vergleicht. Es werden alle Motive, die mehrmals auftreten, mit der Nummer der Sequenzen, in denen sie vorgefunden wurden, in einer Textdatei ausgegeben. Diese Datei kann mit einem Textverarbeitungsprogramm bearbeitet oder ausgedruckt werden.The primary structures of aptamers were determined using a Computer program examined for homologous areas. To a program was written in Pascal that the Read sequences as a text file and on motives of variable Length compares. There will be all the motifs several times occur with the number of sequences in which they are were found in a text file. These File can be edited with a word processor or printed out.
Die große Bedeutung des Amyloids im Verlauf der Alzheimerschen Krankheit ist unbestritten, obwohl die Ursachen der Krankheit immer noch unbekannt sind. Es konnte jedoch gezeigt werden, daß die Ablagerungen dieses Peptids in den Gehirnen der Patienten neurotoxisch wirken. Durch Einsatz der PNA-Technologien wurden mit Hilfe der in vitro-Selektion hochaffine RNA-Moleküle gegen das Amyloid und ein Amyloidfragment. Diese Aptamere können beispielsweise als Hilfsmittel zur weiteren Erforschung der Krankheit dienen, können aber auch Hilfsmittel für die Diagnose von Alzheimer sein. Es existieren Studien, die besagen, daß der Amyloidgehalt im Blut von Alzheimer-Patienten sich von dem gesunder Menschen unterscheidet (Li et al., 1995, Rosenberg et al., 1997, Di Luca et al., 1998). Dies zeigt, daß für diese weitverbreitete Krankheit mit der Erfindung eine Diagnose und wirkungsvolle Medikamente eröffnet werden. The great importance of amyloid in the course of Alzheimer's disease is undisputed, although the Causes of the disease are still unknown. It However, it could be shown that the deposits of this Peptides in the brains of patients neurotoxic. By using the PNA technologies, with the help of in In vitro selection of high-affinity RNA molecules against amyloid and an amyloid fragment. These aptamers can for example as a tool for further research can serve the disease, but can also aid the Diagnosing Alzheimer's. There are studies that state that the amyloid content in the blood of Alzheimer's patients are different from the healthy person differs (Li et al., 1995, Rosenberg et al., 1997, Di Luca et al., 1998). This shows that for this widespread disease with the invention a diagnosis and effective medicines are opened.
Aptamere besitzen ähnliche Eigenschaften wie Antikörper, haben den Antikörpern gegenüber aber einige Vorteile. Sie sind kleiner und können durch chemische Synthese in hoher Reinheit produziert werden. Die chemische Synthese erlaubt auch eine gezielte Modifizierung bzw. den Einbau von Reportermolekülen, was für einen Einsatz in der Forschung und Diagnose von großem Interesse ist.Aptamers have similar properties to antibodies, but have some advantages over the antibodies. you are smaller and can be synthesized by high chemical synthesis Purity are produced. The chemical synthesis allows also a specific modification or the installation of Reporter molecules, what a research assignment and diagnosis is of great interest.
In den Amyloid-Plaques in den Gehirnen von
Alzheimer-Patienten findet man das Amyloid in der
unlöslichen β-Faltblattstruktur vor. Der Übergang von der
löslichen α-Helix- bzw. Knäuelform in die
β-Faltblattstruktur verläuft in wäßriger Lösung relativ
schnell und ist abhängig von einigen Parametern, wie z. B.
der Salzkonzentration und dem pH-Wert. Es konnte gezeigt
werden, daß die Änderung der Konformation von den
unpolaren Aminosäuren am C-terminalen Ende des Amyloids
ausgeht. Durch Verkürzen des Amyloids kann man daher
Peptide erzeugen, die sich wesentlich langsamer bzw. fast
gar nicht in die unlösliche β-Faltblattstruktur umwandeln.
Da diese verkürzten Peptide deutlich einfacher zu
handhaben und zudem auch noch kostengünstiger sind, sind
in den Ausführungsbeispielen auch Aptamere gegen ein
Fragment des Amyloids vorgestellt. Da nicht gewährleistet
ist, daß das Aptamer gegen das Fragment auch das Amyloid
erkennt, ist aber auch gegen das komplette ßA4 selektiert
worden. Es wäre denkbar, daß man auf diese Weise auch
Aptamere gegen die lösliche und unlösliche Konformation
gewinnen könnte. Die beiden Pepride wurden chemisch
synthetisiert und von Schering AG zur Verfügung gestellt.
Cys-βA4(1-16):
NH2-Cys-Asp-Ala-Glu-Phe-Arg-His-Asp-Ser-
Gly-Tyr-Glu-Val-His-His Gln-Lys-COOH
Cys-βA4(1-40):
NH2-Cys-Asp-Ala-Glu-Phe-Arg-His-Asp-Ser-
Gly-Tyr-Glu-Val-His-His-Gln-Lys-Leu-Val-
Phe-Phe-Ala-Glu-Asp-Val-Gly-Ser-Asn-Lys-
Gly-Ala-Ile-Ile-Gly-Leu-Met-Val-Gly-Gly-
Val-Val-COOHIn the amyloid plaques in the brains of Alzheimer's patients, the amyloid is found in the insoluble β-sheet structure. The transition from the soluble α-helix or coil form in the β-sheet structure proceeds relatively quickly in aqueous solution and is dependent on some parameters, such. As the salt concentration and the pH. It could be shown that the conformational change starts from the non-polar amino acids at the C-terminal end of the amyloid. By shortening the amyloid one can therefore produce peptides, which convert much slower or hardly at all into the insoluble β-sheet structure. Since these shortened peptides are much easier to handle and also more cost-effective, aptamers against a fragment of the amyloid are also presented in the exemplary embodiments. Since it is not certain that the aptamer recognizes the amyloid against the fragment, it has also been selected against the complete βA4. It would be conceivable that in this way aptamers could also be obtained against the soluble and insoluble conformation. The two peprides were chemically synthesized and provided by Schering AG.
Cys-βA4 (1-16):
NH 2 -Cys-Asp-Ala-Glu-Phe-Arg-His-Asp-Ser-Gly-Tyr-Glu-Val-His-His Gln-Lys-COOH
Cys-βA4 (1-40):
NH 2 -Cys-Asp-Ala-Glu-Phe-Arg-His-Asp-Ser-Gly-Tyr-Glu-Val-His-His-Gln-Lys-Leu-Val-Phe-Phe-Ala-Glu-Asp -Val-Gly-Ser-Asn-Lys-Gly-Ala-Ile-Ile-Gly-Leu-Met-Val-Gly-Gly-Val-Val-COOH
Für die Selektion durch Affinitätschromatographie wurden die beiden Peptide reversibel auf einer Matrix immobilisiert. Dazu wurden die Peptide mit einem Cystein am N-terminalen Ende synthetisiert, um eine Immobilisierung auf Thiopropyl-Sepharose 6B (Pharmacia) über Disulfidbrücken zu ermöglichen. Die freie Thiolgruppe des Peptids substituiert die Pyridylgruppe, die durch Umwandlung in das stabile 2-Thiopyridon eine sehr gute Abgangsgruppe darstellt. Durch Waschen mit Dithiothreitol (DTT) kann die Disulfidbrücke reduktiv gespalten werden und das Peptid wieder von der Matrix eluiert werden. Da das bei der Immobilisierung freigesetzte 2-Thiopyridon bei 343 nm absorbiert, sollte eine Bestimmung der Konzentration des Peptids auf dem Säulenmaterial durch photometrische Konzentrationsbestimmung des freigesetzten Thiopyridons möglich sein. Diese Methode führte jedoch zu hohen, nicht reproduzierbaren Werten. Daher wurde das Peptid von 100 µl Säulenmaterial mit DTT eluiert und die Konzentration im Eluat mit Hilfe des Coomassie Proteinassays bestimmt. Da der Assay nicht linear ist, mußte zuvor eine Standardkurve mit verschiedenen Peptidkonzentrationen aufgenommen werden. Durch Messung der Absorption bei 595 nm und Vergleich mit der Standardkurve wurde beim βA4(T-16) eine Beladung von 46 µM ermittelt.For the selection by affinity chromatography were the two peptides reversible on a matrix immobilized. These were the peptides with a cysteine synthesized at the N-terminal end to form a Immobilization on thiopropyl-Sepharose 6B (Pharmacia) to enable disulfide bridges. The free thiol group of the peptide substitutes the pyridyl group which is replaced by Conversion to the stable 2-thiopyridone a very good Leaving group represents. By washing with dithiothreitol (DTT), the disulfide bridge can be cleaved reductively and the peptide is eluted again from the matrix. Since the released during immobilization 2-thiopyridone absorbed at 343 nm, a determination of the Concentration of the peptide on the column material photometric concentration determination of the released Thiopyridone be possible. This method resulted but too high, not reproducible values. Therefore The peptide was eluted from 100 μl of column material with DTT and the concentration in the eluate with the help of Coomassie Protein assays determined. Since the assay is not linear, had previously a standard curve with different Be included peptide concentrations. By Measurement of absorption at 595 nm and comparison with the Standard curve was a loading of 46 μM for βA4 (T-16) determined.
Aufgrund der hohen Tendenz zur Aggregation konnte dieser Assay beim βA4(1-40) nicht verwendet werden. Deshalb wurde die Konzentration des Peptids im Eluat durch Aminosäureanalyse bestimmt. Dazu wurde das Eluat hydrolysiert und auf einen Proteinsequencer aufgetragen. Durch Mittelung der Peakflächen der einzelnen Aminosäuren und Vergleich mit einer Probe bekannter Konzentration konnte die Konzentration auch beim βA4(1-40) bestimmt werden. Die Beladung des Säulenmaterial mit βA4(1-16) lag bei dieser Bestimmung bei 40 µM, während sie beim βA4(1-40) 4 µM entsprach.Due to the high tendency for aggregation this could Assay for βA4 (1-40) should not be used. That's why The concentration of the peptide in the eluate was through Amino acid analysis determined. This was the eluate hydrolyzed and applied to a protein sequencer. By averaging the peak areas of the individual amino acids and comparison with a sample of known concentration the concentration could also be determined at βA4 (1-40) become. The loading of the column material with βA4 (1-16) was at this determination at 40 μM, while at βA4 (1-40) corresponded to 4 μM.
Die RNA-Bibliothek entsteht durch in vitro-Transkription aus einer DNA-Bibliothek, die chemisch an einer Festphase synthetisiert wurde. Sie wurde mit Hilfe einer Synthesemaschine als einzelsträngige DNA, bestehend aus zwei Primern aus jeweils 20 Nukleotiden und einer 70 Nukleotide langen randomisierten Region, erstellt. Für die Synthese von 3' in 5' Richtung wurde die übliche Phosporamiditchemie verwendet. Den zufälligen Einbau der vier Nukleotide erreicht man durch Verwendung einer Lösung aus allen vier DNA-Phosporamiditen, wobei die unterschiedliche Reaktivität im Mischungsverhältnis berücksichtigt wurde (dA : dG : dC : dT = 3 : 2, 5 : 2, 5 : 2). Bei einem randomisierten Bereich aus 70 Nukleotiden sind theoretisch 470 oder 1,4.1042 verschiedene Moleküle denkbar. Dies entspricht allerdings 2,3.1018 mol oder 8,2.1019 kg. Dagegen ist die tatsächlich synthetisierte Menge von ca. 1015 Molekülen so gering, daß es statistisch sehr unwahrscheinlich ist, daß zwei gleiche Moleküle synthetisiert wurden. Die Ausbeute jeder einzelnen Kopplung der Synthese lag über 99% und konnte durch die Abspaltung der Trityl-Schutzgruppe verfolgt werden. Jedoch lag die Gesamtausbeute aufgrund der vielen Kopplungen und der großen Verluste bei der Aufreinigung über ein Polyacrylamidgel lediglich bei knapp 2% oder 3,8 nmol. Von dieser DNA müssen die Moleküle abgezogen werden, die aufgrund von Fehlern bei der Synthese (z. B. keine vollständige Abspaltung der Schutzgruppe, Abspaltung der Basen etc.) nicht durch PCR amplifizierbar sind. Dazu wurde eine Probe dieser DNA in einem PCR-Zyklus mit radioaktiv markierten Desoxynukleotid umgesetzt und die Menge an produzierten Gegenstrang quantifiziert. Der Anteil an durch PCR amplifizierbarer DNA lag bei 42% oder 1,6 nmol. Daraus ergibt sich eine Komplexität von ca. 1.1015 Molekülen.The RNA library is generated by in vitro transcription from a DNA library that has been chemically synthesized on a solid phase. It was prepared using a synthesis machine as a single-stranded DNA, consisting of two primers of 20 nucleotides each and a 70 nucleotide randomized region. For the synthesis of 3 'in 5' direction the usual Phosporamiditchemie was used. The random incorporation of the four nucleotides can be achieved by using a solution of all four DNA phosphoramidites, taking into account the different reactivity in the mixing ratio (dA: dG: dC: dT = 3: 2, 5: 2, 5: 2). In a randomized range of 70 nucleotides theoretically 4 70 or 1.4.10 42 different molecules are conceivable. However, this corresponds to 2.3.10 18 mol or 8.2.10 19 kg. In contrast, the actually synthesized amount of about 10 15 molecules is so small that it is statistically very unlikely that two identical molecules were synthesized. The yield of each individual coupling of the synthesis was over 99% and could be followed by the cleavage of the trityl protecting group. However, due to the many couplings and the large losses in the purification over a polyacrylamide gel, the overall yield was only just under 2% or 3.8 nmol. From this DNA, the molecules must be removed, which are not amplified by PCR due to errors in the synthesis (eg, no complete cleavage of the protective group, cleavage of the bases, etc.). For this purpose, a sample of this DNA was reacted in a PCR cycle with radiolabeled deoxynucleotide and quantified the amount of counterstrand produced. The proportion of PCR amplifiable DNA was 42% or 1.6 nmol. This results in a complexity of approximately 1.10 15 molecules.
Die einzelsträngige DNA-Bibliothek wurde durch PCR zum Doppelstrang komplettiert und vervielfältigt. Dabei wurde zusätzlich durch Verwendung eines verlängerten Primers die 17 Nukleotide lange T7-Promotorsequenz eingefügt, die für eine Transkription in RNA benötigt wurde. Bei dieser PCR-Reaktion lag das Ziel in einer kleinen Vermehrung einer sehr großen DNA-Menge. Der DNA-Pool wurde um den Faktor 13 vervielfältigt.The single-stranded DNA library was transformed by PCR Double strand completed and duplicated. It was additionally by using an extended primer the 17 nucleotide T7 promoter sequence inserted for a transcription in RNA was needed. At this PCR reaction was the goal in a small multiplication a huge amount of DNA. The DNA pool was around the Factor 13 reproduced.
Die Selektion für das βA4(1-16) und das βA4(1-40) wurden unter gleichen Bedingungen durchgeführt. Der verwendete Bindungspuffer (10 mM Tris-HCl, pH 7,5, T50 mM NaCl, 5 mM MgCl2, 1 mM EDTA) wurde so an die Selektionsbedingungen angepaßt, daß in einer Testselektion die unspezifischen Wechselwirkungen auf der Selektionssäule minimiert wurden. Die Selektion wurde in Kunststoffsäulen mit einer kleinen Fritte am unteren Ende und einer großen Fritte über dem Säulenmaterial durchgeführt. Die Säule sowie die Fritten wurden vor der Selektion silikonisiert, um eine Adsorption der RNA so gering wie möglich zu halten. Weiterhin wurde nach der Ethanolfällung der RNA im Anschluß an die T7-Transkription nur noch mit silikonisierten Eppendorfgefäßen gearbeitet. In jeder Selektionsrunde wurde mit einer Vorsäule mit Säulenmaterial ohne Peptid gearbeitet, um RNA-Moleküle abzutrennen, die spezifisch an das Säulenmaterial binden. Da die RNA-Menge, die in der ersten Runde auf die Säule aufgetragen wurde, um ein Vielfaches größer war als in den folgenden Runden, wurde das Säulenvolumen der Hauptsäule auf 250 µl vergrößert, während das Volumen der Vorsäule in allen folgenden Runden konstant bei 100 µl gehalten wurde. In der ersten Runde wurden 2,3 nmol des hybridisierten RNA-Pools, entsprechend durchschnittlich 1,4 Kopien pro Sequenz, mit einer Konzentration von 5 µM auf die Säule aufgetragen und mit 3 ml Bindungspuffer gewaschen. Durch anschließendes Waschen mit 1 ml Elutionspuffer wurden die Disulfidbrücken gespalten und das Peptid mit der spezifisch bindenden RNA eluiert. Das Peptid wurde durch Phenol/Chloroform-Ex traktion abgetrennt, die RNA mit Ethanol gefällt und in cDNA revers transkribiert, durch PCR amplifiziert und für die nächste Runde in RNA transkribiert. In der ersten Runde konnte die Komplexität des Pools bereits so weit herab gesetzt werden, daß in allen weiteren Runden nur noch 500 µmol renaturierte RNA mit einer Konzentration von 2,5 pH auf die Säule aufgetragen wurden. Außerdem wurde das Säulenbettvolumen der Hauptsäule auf 100 µl verringert und nur noch mit 2 ml Bindungspuffer gewaschen. Bei beiden Selektionen wurde ein Anstieg der spezifisch eluierten RNA in der 4. Runde beobachtet. Nach der 8. Runde konnte die Selektion abgebrochen werden, da kein weiterer Anstieg der spezifisch eluierten RNA beobachtet werden konnte (Tab. 1). Auffällig ist, daß der Anteil der auf der Vorsäule bindenden RNAs von Runde zu Runde zunimmt, obwohl in jeder Runde eine Vorsäule verwendet wurde (Tabelle 1). Ebenfalls ansteigend ist der Anteil der RNA, der nicht von der Vor- und Hauptsäule eluiert werden kann.The selection for the βA4 (1-16) and the βA4 (1-40) were carried out under the same conditions. The binding buffer used (10 mM Tris-HCl, pH 7.5, T50 mM NaCl, 5 mM MgCl 2 , 1 mM EDTA) was adapted to the selection conditions so that the unspecific interactions on the selection column were minimized in a test selection. The selection was carried out in plastic columns with a small frit at the bottom and a large frit over the column material. The column and the frits were siliconized prior to selection to minimize adsorption of the RNA. Furthermore, following ethanol precipitation of the RNA following T7 transcription, only siliconized Eppendorf tubes were used. In each round of selection, a precolumn with column material without peptide was used to separate RNA molecules that bind specifically to the column material. Since the amount of RNA applied to the column in the first round was many times greater than in subsequent rounds, the column volume of the main column was increased to 250 μl, while the volume of the precolumn was constant at 100 in all subsequent rounds μl was kept. In the first round, 2.3 nmol of the hybridized RNA pool, corresponding to an average of 1.4 copies per sequence, was applied to the column at a concentration of 5 μM and washed with 3 ml of binding buffer. Subsequent washing with 1 ml of elution buffer, the disulfide bridges were cleaved and the peptide eluted with the specific binding RNA. The peptide was separated by phenol / chloroform extraction, the RNA precipitated with ethanol and reverse transcribed into cDNA, amplified by PCR and transcribed into RNA for the next round. In the first round, the complexity of the pool could already be reduced so much that in all other rounds only 500 .mu.mol renaturierte RNA with a concentration of 2.5 pH were applied to the column. In addition, the column bed volume of the main column was reduced to 100 μl and washed with only 2 ml of binding buffer. In both selections, an increase in specific eluted RNA was observed in the 4th round. After the 8th round, the selection could be stopped because no further increase of the specifically eluted RNA could be observed (Table 1). It is noticeable that the proportion of RNA binding on the guard column increases from round to round, although a precolumn was used in each round (Table 1). Also increasing is the proportion of RNA that can not be eluted from the pre- and main column.
Die Eluate nach der achten Selektionsrunde wurden revers transkribiert und durch PCR amplifiziert. Man erhält so ein Gemisch aus Aptamersequenzen, die für eine Analyse separiert werden müssen. Durch Klonierung in kompetenten Bakterienzellen, die genau ein DNA Plasmid aufzunehmen vermögen, und anschließendes Ausstreichen auf einer Agarplatte erhält man einzelne Kolonien, die eine Aptamersequenz enthalten. Für die Transformation wurde die DNA in den pPCR-Script Amp SK(+) cloning vector (Stratagene) ligiert. Dieser Vektor enthält ein Gen für Ampicillinresistenz sowie einen lac Promotor. Nach Transformation des Vektors in Epicurian Coli XLT-Blue MRF'Kan Zellen wurden die Zellen auf Agarplatten mit X-Gal, IPTG und dem Antibiotikum Ampicillin ausgestrichen. Aufgrund des Ampicillins können nur transformierte Zellen wachsen, wobei sich jene mit einem Vektor ohne Insert aufgrund des X-Gals und des intakten β-Galactosidase-Gens blau färben. Es wurden zu jeder Selektion etwa 100 weiße Klone ausgewählt und die Plasmide isoliert. Sequenziert wurden die Inserts nach der Didesoxymethode von Sanger et al (Sanger et al., 1977), wobei ein Teil radioaktiv mit 35S und ein Teil unter Verwendung eines ABI-Sequencers sequenziert wurde. Durch Verwendung des Universalprimers und des reversen Primers wurden beide Stränge des Inserts sequenziert. Insgesamt wurden für das βA4(T-40) und das βA4(1-16) jeweils 75 Proben sequenziert.The eluates after the eighth round of selection were reverse transcribed and amplified by PCR. This gives a mixture of aptamer sequences, which must be separated for analysis. By cloning into competent bacterial cells capable of accurately accepting a DNA plasmid and then streaking on an agar plate, single colonies containing an aptamer sequence are obtained. For the transformation, the DNA was ligated into the pPCR script Amp SK (+) cloning vector (Stratagene). This vector contains a gene for ampicillin resistance as well as a lac promoter. After transformation of the vector into Epicurian Coli XLT-Blue MRF'Kan cells, the cells were plated on agar plates with X-gal, IPTG and the antibiotic ampicillin. Due to the ampicillin only transformed cells can grow, with those with a vector without an insert staining blue due to the X-Gals and the intact β-galactosidase gene. For each selection, about 100 white clones were selected and the plasmids were isolated. The inserts were sequenced according to the dideoxymethod of Sanger et al. (Sanger et al., 1977), with a portion being radioactively sequenced with 35 S and a portion using an ABI sequencer. By using the universal primer and the reverse primer, both strands of the insert were sequenced. A total of 75 samples were sequenced for the βA4 (T-40) and the βA4 (1-16).
Die Primärstrukturen des randomisierten Bereichs der Aptamere, bestehend aus etwa 70 Nukleotiden, wurden auf homologe Bereiche untersucht. Die Existenz von konservierten Bereichen kann Aufschluß geben, welche Nukleotide an einer Bindung an das Zielmolekül beteiligt sind. Es wurde ein Computerprogramm geschrieben, das die Suche nach gleichen Motiven unterschiedlicher Länge durchgeführt hat. Die 75 ermittelten Sequenzen der Selektion gegen das βA4(1-40) können in 5 Gruppen eingeteilt werden, die für sich in hohem Maße konserviert sind (Fig. 1). 13 der 75 Sequenzen können in keine der Gruppen eingeteilt werden und besitzen auch untereinander keine konservierten Regionen. In allen anderen Sequenzen ist das Motiv b1 mit bis zu 11 Basen vertreten (Tabelle 2). Drei weitere Motive, die in einem Großteil der Sequenzen auftreten, sind in Tabelle 2 aufgeführt. The primary structures of the randomized region of aptamers, consisting of about 70 nucleotides, were examined for homologous regions. The existence of conserved regions can reveal which nucleotides are involved in binding to the target molecule. A computer program has been written, which has carried out the search for the same motifs of different lengths. The 75 sequences determined for selection against the βA4 (1-40) can be divided into 5 groups that are highly conserved per se ( Figure 1). 13 of the 75 sequences can not be divided into any of the groups and also have no conserved regions among each other. In all other sequences motif b1 is represented by up to 11 bases (Table 2). Three more motifs that occur in most of the sequences are listed in Table 2.
Wie bei den Sequenzen für das βA4(T-40) können auch die Sequenzen der Aptamere gegen das βA4(1-16) in Gruppen eingeteilt werden, die sehr stark konserviert sind (Fig. 2). Anders als bei den Sequenzen der βA4(1-40)-Selektion gibt es nur ein Motiv, das in mehr als zwei Gruppen auftritt. Das Motiv a1 mit 9 Basen tritt jedoch in über der Hälfte der Sequenzen auf (Tabelle 3). Es wurden fünf weitere Motive aus 6 bis 11 Basen gefunden.As with the sequences for the βA4 (T-40), the sequences of the aptamers against the βA4 (1-16) can also be grouped into groups that are highly conserved ( Figure 2). Unlike the sequences of βA4 (1-40) selection, there is only one motif that occurs in more than two groups. However, the 9 base a1 motif appears in more than half of the sequences (Table 3). Five more motifs from 6 to 11 bases were found.
Die Aptamere gegen das βA4(1-40) wurden auch hinsichtlich ihrer Sekundärstruktur analysiert, wobei die Sekundärstrukturmodelle mit Hilfe des Computerprogramms RNADraw berechnet wurden (Matzura & Wennborg, 1996). Erwartungsgemäß zeigte sich, daß innerhalb einer Familie die Strukturen der Aptamere ähnlich sind. In den Fig. 3-6 sind die Strukturen einiger Aptamere aus unterschiedlichen Familien dargestellt. Beim Vergleich der Strukturen fällt auf, daß das Motiv b2 (Tabelle 2) bei allen Aptameren mit dem Anfang des Primer A basengepaart auftritt. Da nicht alle Basen des Motivs komplementär zum Primer sind, tritt ebenfalls in jeder Struktur ein Loop auf. Dies läßt vermuten, das diese Stem-Loop Region entscheidend für die Wechselwirkung mit dem Amyloid ist. Dabei besitzt der Stamm vermutlich nur eine stabilisierende Funktion, während eine Bindung an das Peptid über die ungepaarten Basen des Loops stattfinden könnte. Unterstützt wird diese Annahme dadurch, daß bei allen Sequenzen immer vier Uridine bzw. drei Uridine und ein Cytidin diesen Loop bilden. Beim Aptamer β61 in Fig. 3 sind dies die Basen U6, U7, U72 und U73. Obwohl zu einer anderen Gruppe gehörig, ähnelt das Aptamer β124 dem β61 sehr. Neben dem Primer-gepaarten Motiv und dem Loop findet man bei beiden auch noch einen Hairpin mit der Basenfolge AAG (Fig. 3, A50-G52, Fig. 4, A46-G48).The aptamers against βA4 (1-40) were also analyzed for their secondary structure, and the secondary structure models were calculated using the computer program RNADraw (Matzura & Wennborg, 1996). As expected, the structures of aptamers within a family are similar. Figures 3-6 show the structures of several aptamers from different families. When comparing the structures, it is noticeable that the motif b2 (Table 2) occurs base-paired in all aptamers with the beginning of the primer A. Since not all bases of the motif are complementary to the primer, a loop also occurs in each structure. This suggests that this stem-loop region is crucial for the interaction with the amyloid. The strain probably has only a stabilizing function, while binding to the peptide could take place via the unpaired bases of the loop. This assumption is supported by the fact that in all sequences always four uridines or three uridines and a cytidine form this loop. For the aptamer β61 in FIG. 3, these are the bases U6, U7, U72 and U73. Although belonging to a different group, the aptamer β124 is very similar to the β61. In addition to the primer-paired motif and the loop, both also have a hairpin with the base sequence AAG ( FIG. 3, A50-G52, FIG. 4, A46-G48).
Während die Anordnung des Motivs b2 in allen Sequenzen ähnlich ist, sind die Gemeinsamkeiten beim Motiv b1 nicht so eindeutig zu erkennen. Zwar tritt bei der Sequenz des β61 wie auch beim β124 die ungepaarte Basenreihenfolge UAAG auf (Fig. 4, C32-G35), doch sind bei anderen Sequenzen diese Basen gepaart. Dennoch scheint dieses Motiv bei der Bindung des Peptids eine Rolle zu spielen, da ein Aptamer, β19, gefunden wurde, in dem die Reihenfolge der Motive b1 und b2 vertauscht ist (Abb. 15). In der Nähe des 5'-Endes liegt das Motiv b2, das auch hier wieder mit dem Primer A basengepaart vorliegt, während das Motiv b1 nahe des 3'-Endes angeordnet ist. Eine strukturelle Ähnlichkeit dieses Bereichs mit den anderen Aptameren ist jedoch nicht ohne weiteres ersichtlich.While the arrangement of motif b2 is similar in all sequences, the similarities in motif b1 are not so clear. Although the unpaired base sequence UAAG occurs in the sequence of β61 as well as in β124 ( Figure 4, C32-G35), in other sequences these bases are paired. Nevertheless, this motif seems to play a role in the binding of the peptide, since an aptamer, β19, was found in which the sequence of motifs b1 and b2 is reversed ( Figure 15). Near the 5'-end lies the motif b2, which again is base-paired with the primer A, while the motif b1 is located near the 3'-end. However, a structural similarity of this region with the other aptamers is not readily apparent.
Das Aptamer β55, mit der niedrigsten Dissoziationskon stante, unterscheidet sich etwas stärker von den Strukturen der anderen Aptamere, obwohl auch hier wieder die Motive b1 und b2 vorzufinden sind (Fig. 6). Im Gegensatz zu den anderen Strukturen sind hier weniger Basen mit dem Primer A gepaart. Auch der Loop aus den vier Pyrimidinen tritt in dieser Form nicht auf. Stattdessen existiert ein Loop aus den Basen AAU. In dem Motiv b1 liegen auch nur zwei Basen U-A (Fig. 6, U28, A29) einzelsträngig vor, was bedeuten könnte, daß diese beiden Basen an der Bindung des Peptids beteiligt sind. Auffällig ist, daß bei allen vier vorgestellten Strukturmodellen die letzten drei Basen des Primers in einen Hairpin hineinragen. Da diese Basen jedoch konserviert sind, muß es sich nicht um ein bedeutendes Strukturmerkmal handeln. Das Strukturmodell dieses Aptamers wurde durch enzymatische Spaltung mit RNasen genauer untersucht. Zu diesem Zweck wurde die RNA am 3- bzw. 5'-Ende radioaktiv markiert und unter Verwendung verschiedener spezifisch spaltender Nukleasen einer limitierten nukleolytischen Hydrolyse unterzogen. Verwendet wurden die Einzelstrang-spezifischen Nukleasen Ribonuklease T2 und Nuklease S1, die Doppelstrang-spezifische Ribonuklease V1 sowie die Guanosin-spezifische Ribonuklease T1. Der Vergleich der Strukturen legt die Vermutung nahe, daß das 3'-Ende der Aptamere bis zu den Basen des Motivs b2 nicht essentiell ist für die Bindung des Peptids. The aptamer β55, with the lowest dissociation constant, differs somewhat more strongly from the structures of the other aptamers, although again the motifs b1 and b2 are to be found here ( FIG. 6). In contrast to the other structures, fewer bases are paired with the primer A. Also, the loop of the four pyrimidines does not occur in this form. Instead there is a loop from the bases AAU. In motif b1, only two bases UA ( Figure 6, U28, A29) are single-stranded, which could mean that these two bases are involved in the binding of the peptide. It is striking that in all four structural models presented, the last three bases of the primer protrude into a hairpin. However, since these bases are conserved, it does not have to be a significant structural feature. The structural model of this aptamer was investigated in more detail by enzymatic cleavage with RNases. For this purpose, the RNA was radioactively labeled at the 3 or 5 'end and subjected to limited nucleolytic hydrolysis using various specific cleaving nucleases. The single-strand-specific nucleases ribonuclease T 2 and nuclease S 1 , the double strand-specific ribonuclease V 1 and the guanosine-specific ribonuclease T 1 were used . The comparison of the structures suggests that the 3 'end of the aptamer to the bases of motif b2 is not essential for the binding of the peptide.
Die Bindung eines Aptamers an sein Target und damit die Bildung eines Komplexes kann als eine Gleichgewichts reaktion betrachtet werden. Mit Hilfe der Affinitätschromatographie wurden die apparenten Dissoziationskonstanten bestimmt werden. Bei dieser Methode macht man sich das Gleichgewicht zwischen freier und gebundener RNA zunutze, indem man durch Waschen mit Bindungspuffer die RNA von der Säule eluiert. Je stärker die RNA an das Peptid bindet, desto später wird die RNA von der Säule eluiert. Das Elutionsvolumen ist daher ein Maß für die Bindungskonstante in Abhängigkeit von der Säulengröße sowie der Beladung der Säule mit dem Peptid und läßt sich nach einer in folgender Literaturstelle angegebenen Gleichung berechnen (Famulok & Szostak, 1992, Sassanfar & Szostak, 1993). Damit diese Gleichung gültig ist, muß das Säulenvolumen im Verhältnis zum Volumen der autgetragenen RNA möglichst groß sein, damit wie bei einer säulenchromatographischen Aufreinigung die RNA in einer schmalen Bande durch die Säule läuft. Außerdem sollte die Konzentration der RNA-Lösung kleiner sein als die zu erwartende Bindungskonstante, um die Gleichung innerhalb ihres Gültigkeitsbereichs anzuwenden und so den Fehler der Dissoziationskonstante möglichst klein zu halten (Arnold et al., 1986). Daraus folgt, daß die RNA sehr stark radioaktiv markiert sein muß, damit selbst kleinste Mengen im fmol-Bereich noch detektiert werden können. Es wurde mit Mikrosäulen des Econo-Systems (Bio-Rad) gearbeitet, die sich durch einen geringen Querschnitt auszeichnen. 10 µl einer 100 nM RNA Lösung wurden auf eine Säule mit einem Säulenbettvolumen von 800 µl aufgetragen und kontinuierlich mit Hilfe einer Pumpe eluiert. Das Elutionsprofil des Aptamers β55 wies einen scharfen Peak zu Beginn der Elution auf, welcher vermutlich auf fehlerhaft gefaltete RNA zurückzuführen ist, die nicht mit dem Peptid interagieren kann. Diesen Peak kann man zur Bestimmung des Totvolumens V0 verwenden. Um das Totvolumen möglichst genau zu bestimmen, wurde zu Beginn der Elution ein sehr kleines Fraktionsvolumen gewählt, während später deutlich größere Fraktionen gesammelt wurden. Um die Aktivitäten der unterschiedlich großen Fraktionen vergleichen zu können, wurden die Daten auf ein konstantes Volumen von 100 µl normiert.The binding of an aptamer to its target and thus the formation of a complex can be considered as an equilibrium reaction. The apparent dissociation constants were determined by means of affinity chromatography. In this method, one makes use of the balance between free and bound RNA by eluting the RNA from the column by washing with binding buffer. The more the RNA binds to the peptide, the later the RNA is eluted from the column. The elution volume is therefore a measure of the binding constant as a function of the column size and the loading of the column with the peptide and can be calculated according to an equation given in the following reference (Famulok & Szostak, 1992, Sassanfar & Szostak, 1993). For this equation to be valid, the volume of the column must be as large as possible relative to the volume of the autografted RNA, so that the RNA runs in a narrow band through the column, as in a column chromatographic purification. In addition, the concentration of the RNA solution should be smaller than the expected binding constant in order to apply the equation within its validity range and thus minimize the error of the dissociation constant (Arnold et al., 1986). It follows that the RNA must be strongly radioactively labeled so that even the smallest amounts in the fmol range can still be detected. It was worked with micro pillars of the Econo system (Bio-Rad), which are characterized by a small cross-section. 10 μl of a 100 nM RNA solution was applied to a column with a column bed volume of 800 μl and eluted continuously by means of a pump. The elution profile of aptamer β55 showed a sharp peak at the beginning of the elution, presumably due to misfolded RNA that can not interact with the peptide. This peak can be used to determine the dead volume V 0 . In order to determine the dead volume as accurately as possible, a very small fraction volume was chosen at the beginning of the elution, while later significantly larger fractions were collected. In order to be able to compare the activities of different size fractions, the data were normalized to a constant volume of 100 μl.
Um zu zeigen, daß es sich um eine spezifische Anreicherung von bindenden Aptameren handelt, wurde zum Vergleich ein Elutionsprofil des randomisierten. RNA-Pools aufgenommen. Wie zu erwarten konnte hier keine Retardierung der RNA beobachtet werden.To show that it is a specific enrichment of binding aptamers was included for comparison Elution profile of the randomized. Added to RNA pools. As expected, no retardation of the RNA could occur here to be observed.
Durch den Einsatz einer Vorsäule mit unbeladenem Trägermaterial in allen Selektionsrunden sollte eine Anreicherung von Säulenmaterial-affinen RNAs bereits verhindert worden sein. Um dennoch sicherzustellen, daß es sich bei den selektierten RNAs um Peptid-bindende Aptamere handelt, wurde ein Elutionsprofil der RNA auf einer Vorsäule aufgenommen. Da bei der Elution der RNA von der Vorsäule keine Retardierung beobachtet werden konnte, kann geschlossen werden, daß es sich um Aptamere gegen das Amyloid handelt.By using a guard column with unloaded Support material in all rounds of selection should be one Enrichment of columnar RNAs already prevented. To still ensure that it in the selected RNAs to peptide-binding aptamers was an elution profile of the RNA on a Guard column added. As in the elution of RNA from the Guard column no retardation could be observed be concluded that it is Aptamere against the Amyloid acts.
Die Dissoziationskonstanten von vier Aptameren gegen das βA4(1-40) konnten auf diese Weise bestimmt werden (Tabelle 4). Da die verwendete RNA-Konzentration um den Faktor 5 größer ist als die beste Dissoziationskonstante, muß ein Fehler einkalkuliert werden, so daß die wirklichen Dissoziationskonstanten vermutlich geringfügig größer sind.The dissociation constants of four aptamers against the βA4 (1-40) could be determined in this way (Table 4). Since the RNA concentration used by a factor of 5 is greater than the best dissociation constant, must be Errors are factored in, so the real ones Dissociation constants probably slightly larger are.
Obwohl die RNA vollständig von der Säule eluiert wurde, wurde das Säulenmaterial nach maximal drei Bestimmungen ausgewechselt, da keine Retardierung der RNA mehr festgestellt werden konnte. Dadurch wurde das Säulenmaterial zur limitierenden Größe, und es konnten nicht mehr Proben vermessen werden.Although the RNA was completely eluted from the column, became the column material after a maximum of three determinations replaced, since no more retardation of RNA could be determined. This became that Column material to the limiting size, and it could no more samples can be measured.
Die Bestimmung der Dissoziationskonstante für die Aptamere gegen das ßA4(1-16) wurde analog durchgeführt. Hier konnte allerdings nur eine bindende Sequenz gefunden werden.The determination of the dissociation constant for the aptamers against the βA4 (1-16) was carried out analogously. Here could however, only one binding sequence can be found.
Claims (12)
- a) es wird ein randomisierter DNA-Pool geschaffen,
- b) aus dem randomisierten DNA-Pool wird ggf. ein RNA-Pool erzeugt und einem Selektionskreislauf mit folgenden Schritten aufgegeben:
- c) an das Amyloid oder eine Teilsequenz des Amy loids bindende RNA des RNA-Pools bzw. DNA des DNA-Pools wird selektiert,
- d) selektierte RNA bzw. DNA wird amplifiziert,
- e) die RNA bzw. DNA aus Stufe d) wird dem RNA-Pool bzw. DNA-Pool in der Stufe c) zugegeben, wobei die Stufen c)-e) so oft wiederholt werden, bis der Anteil in Stufe c) selektierter RNA bzw. DNA um weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 10% ansteigt.
- a) a randomized DNA pool is created,
- b) If necessary, an RNA pool is generated from the randomized DNA pool and given up to a selection cycle with the following steps:
- c) RNA of the RNA pool or DNA of the DNA pool binding to the amyloid or a partial sequence of the amyloid is selected,
- d) selected RNA or DNA is amplified,
- e) the RNA or DNA from stage d) is added to the RNA pool or DNA pool in stage c), wherein stages c) -e) are repeated until the proportion in stage c) of selected RNA or DNA increases by less than 50%, preferably less than 10%.
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| DE1999116417 DE19916417A1 (en) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | New amyloid-specific aptamer, useful for diagnosis and/or treatment of e.g. Alzheimer's disease, is stabilized against nucleases |
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