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DE19956513A1 - Resolvase-catalyzed, sequence-specific DNA recombination in eukaryotic cells - Google Patents

Resolvase-catalyzed, sequence-specific DNA recombination in eukaryotic cells

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Publication number
DE19956513A1
DE19956513A1 DE1999156513 DE19956513A DE19956513A1 DE 19956513 A1 DE19956513 A1 DE 19956513A1 DE 1999156513 DE1999156513 DE 1999156513 DE 19956513 A DE19956513 A DE 19956513A DE 19956513 A1 DE19956513 A1 DE 19956513A1
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DE
Germany
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resolvase
dna
sequence
seq
cell
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Ceased
Application number
DE1999156513
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German (de)
Inventor
Peter Droege
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CLEONIC GMBH, 52428 JUELICH, DE
Original Assignee
Individual
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Priority to AU18239/01A priority patent/AU1823901A/en
Priority to PCT/EP2000/011718 priority patent/WO2001038511A2/en
Priority to JP2001540261A priority patent/JP2003533176A/en
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Abstract

The invention relates to a method for the sequence-specific recombination of DNA in eukaryotic cells, comprising the following steps: introducing a first DNA sequence which contains a res sequence into a cell, introducing a copy of the first DNA sequence and performing the sequence-specific recombination using the influence of a resolvase or its derivative. The invention also relates to a method for testing topoisomerase inhibitors in a eukaryotic cell, comprising the following steps: introducing a first DNA sequence according to SEQ ID NO:1 into a cell, introducing a copy of the first DNA sequence according to SEQ ID NO:1 in direct orientation, introducing a wild-type resolvase and adding the topoisomerase inhibitors which are to be tested.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sequenz-spezifischen Rekombination von DNA in eukaryotischen Zellen, umfassend das Einführen in eine Zelle einer ersten DNA- Sequenz, das Einführen einer Kopie der ersten DNA-Sequenz und das Durchführen der Sequenz- spezifischen Rekombination durch Einwirken einer Resolvase oder dessen Derivat. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Testen von Topoisomeraseinhibitoren in einer eukaryotischen Zelle, umfassend das Einführen in eine Zelle einer ersten DNA-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1, das Einführen in eine Zelle einer Kopie der ersten DNA-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 in direkter Orientierung, das Einführen einer Wild-typ-Resolvase, und Zugabe der zu testenden Topoisomeraseinhibitoren.The present invention relates to a method for sequence-specific recombination of DNA in eukaryotic cells, comprising introducing a first DNA into a cell Sequence, inserting a copy of the first DNA sequence and performing the sequence specific recombination by the action of a resolvase or its derivative. The The present invention further relates to a method for testing topoisomerase inhibitors in a eukaryotic cell comprising introducing a first DNA sequence into a cell according to SEQ ID NO: 1, the insertion into a cell according to a copy of the first DNA sequence SEQ ID NO: 1 in direct orientation, the introduction of a wild-type resolvase, and the addition of topoisomerase inhibitors to be tested.

Die kontrollierte Manipulation eukaryotischer Genome ist eine wichtige Methode zur Erforschung der Funktion(en) bestimmter Gene im lebenden Organismus. Darüberhinaus spielt sie eine Rolle bei gentherapeutischen Verfahren im medizinischen Bereich. Die Herstellung von transgenen Tierstämmen, die Veränderung von Genen oder Genabschnitten (sog. "gene targeting") und die zielgerichtete Integration fremder DNA in das Genom höherer Eukaryoten sind in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung. Durch die Charakterisierung und Anwendung von Sequenz-spezifischen Rekombinationssystemen konnten diese Technologien in letzter Zeit erheblich verbessert werden.Controlled manipulation of eukaryotic genomes is an important method for Research into the function (s) of certain genes in the living organism. Furthermore, plays they play a role in gene therapy procedures in the medical field. The production of transgenic animal strains, the modification of genes or gene segments (so-called "genes targeting ") and the targeted integration of foreign DNA into the genome of higher eukaryotes are of particular importance in this context. By characterizing and These technologies could be used in application of sequence-specific recombination systems have been significantly improved recently.

Konservative, Sequenz-spezifische DNA-Rekombinasen werden in zwei Familien eingeteilt. Mitglieder der ersten, der sog. "Integrase"-Familie katalysieren die Trennung und Neuverknüpfung von DNA-Strängen zwischen zwei definierten Nukleotidsequenzen, die im folgenden als Rekombinationssequenzen bezeichnet werden. Diese können entweder auf zwei verschiedenen oder auf einem DNA-Molekül liegen. Es kommt dann zur inter- bzw. intramolekularen Rekombination. Im letzten Fall hängt das Resultat der Reaktion von der jeweiligen Anordnung der Rekombinationssequenzen zueinander ab. Befinden sich die Rekombinationssequenzen in invertierter, d. h. entgegengesetzter, Orientierung zueinander, kommt es zur Inversion des dazwischen liegenden DNA-Segments. Befinden sich die Rekombinationssequenzen als direkte, d. h. gleichgerichtete, Wiederholungen auf einem DNA- Substrat, kommt es zur Deletion. Bei der intermolekularen Rekombination, d. h. wenn die beiden Rekombinationssequenzen auf zwei verschiedenen DNA-Molekülen plaziert sind, kann es zu einer Fusion der zwei DNA-Moleküle kommen. Während Mitglieder der Integrase-Familie üblicherweise sowohl intra- als auch intermolekulare Rekombination katalysieren, sind Rekombinasen der zweiten Familie, der sog. "Invertasen/Resolvasen", nur zur intramolekularen Rekombination fähig. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die "Invertasen/Resolvasen" intramolekulare Rekombination nur dann durchführen können, wenn die Rekombinationssequenzen entweder als invertierte Wiederholungen (Invertasen) oder als direkte Wiederholungen (Resolvasen) vorliegen. Das Einwirken der Invertasen führt immer zur Inversion eines zwischen den Rekombinationssequenzen liegenden DNA-Segments, wogegen Resolvasen immer eine Deletion herbeiführen.Conservative, sequence-specific DNA recombinases are divided into two families. Members of the first, the so-called "integrase" family catalyze the separation and Relinking of DNA strands between two defined nucleotide sequences that are in the hereinafter referred to as recombination sequences. These can either be on two different or on a DNA molecule. Then there is an inter- or intramolecular recombination. In the latter case, the result of the reaction depends on the  the respective arrangement of the recombination sequences from one another. Are they Recombination sequences in inverted, i.e. H. opposite, orientation to each other, there is an inversion of the DNA segment in between. Are they Recombination sequences as direct, i.e. H. rectified, repetitions on a DNA Substrate, deletion occurs. In intermolecular recombination, i.e. H. if the two Recombination sequences are placed on two different DNA molecules, it can fusion of the two DNA molecules. While members of the Integrase family usually catalyze both intra- and intermolecular recombination Recombinases of the second family, the so-called "invertases / resolvases", only for the intramolecular Capable of recombination. It should be noted that the "invertases / resolvases" can only perform intramolecular recombination if the Recombination sequences either as inverted repeats (invertases) or as direct ones Repetitions (resolvases) are present. The action of the invertases always leads to Inversion of a DNA segment lying between the recombination sequences, whereas Resolvases always cause a deletion.

Die Rekombinasen, die zur Zeit hauptsächlich zur Manipulation eukaryotischer Genome benutzt werden, gehören zur Integrase-Familie. Es sind dies die Cre-Rekombinase des Bakteriophagen P1 und die Flp-Rekombinase aus Hefe; vgl. Müller, U. (1999) Mech. Develop., 82, pp. 3. Die Rekombinationssequenzen, an die Cre-Rekombinase bindet, werden als loxP bezeichnet. loxP ist eine 34 bp lange Nukleotidsequenz, die aus je zwei 13 bp langen invertierten Nukleotidsequenzen und einem dazwischenliegenden 8 bp langen Spacer besteht; vgl. Hoess, R. et al. (1985) J. Mol. Biol., 181, pp. 351. Die Bindungssequenzen für Flp, als FRT bezeichnet, sind ähnlich aufgebaut, unterscheiden sich jedoch von loxP; vgl. Kilby, J. et al. (1993) Trends Genet., 9, pp. 413. Die Rekombinationssequenzen können daher nicht gegeneinander ausgetauscht werden, d. h. Cre kann keine FRT- und FLP keine loxP-Sequenzen rekombinieren. Beide Rekombinationssysteme sind über weite Distanzen aktiv, d. h. das zu invertierende oder deletierende DNA-Segment, flankiert von zwei loxP- oder FRT-Sequenzen, kann mehrere 10.000 Basenpaare (kb) lang sein.The recombinases currently used mainly to manipulate eukaryotic genomes belong to the integrase family. These are the bacteriophage Cre recombinase P1 and the yeast Flp recombinase; see. Müller, U. (1999) Mech. Develop., 82, pp. 3. The Recombination sequences to which Cre recombinase binds are called loxP. loxP is a 34 bp nucleotide sequence, each inverted from two 13 bp long Nucleotide sequences and an intermediate 8 bp long spacer; see. Hoess, R. et al. (1985) J. Mol. Biol., 181, pp. 351. The binding sequences for Flp, referred to as FRT, have a similar structure, but differ from loxP; see. Kilby, J. et al. (1993) Trends Genet., 9, pp. 413. The recombination sequences can therefore not against each other be exchanged, d. H. Cre cannot recombine FRT and FLP loxP sequences. Both recombination systems are active over long distances, i. H. the one to invert or deleting DNA segment flanked by two loxP or FRT sequences can be several 10,000 base pairs (kb) long.

Mit diesen beiden Systemen wurde z. B. gewebespezifische Rekombination im Mausmodell, chromosomale Translokation in Pflanzen und Tieren, und eine kontrollierte Induktion der Genexpression erzielt; vgl. Übersichtsartikel von Müller, U. (1999) Mech. Develop., 82, pp. 3. With these two systems z. B. tissue-specific recombination in the mouse model, chromosomal translocation in plants and animals, and a controlled induction of the Gene expression achieved; see. Review article by Müller, U. (1999) Mech. Develop., 82, pp. 3rd  

So wurde das Gen der DNA-Polymerase β in bestimmten Geweben der Maus deletiert; vgl. Gu, H. et al. (1994) Science, 265, pp. 103. Ein weiteres Beispiel ist die spezifische Aktivierung des Onkogens vom DNA-Tumorvirus SV40 in den Augenlinsen der Maus, was zur Tumorbildung in ausschließlich diesen Geweben führte. Die Cre-loxP Strategie wurde darüberhinaus auch im Zusammenhang mit induzierbaren Promotoren verwendet. Hierdurch wurde z. B. die Expression der Rekombinase mit einem Interferon-induzierbaren Promoter reguliert, was zur Deletion eines bestimmten Gens in der Leber und nicht - oder in nur geringem Ausmaß - in anderen Geweben führte; vgl. Kühn, R. et al. (1995) Science, 269, pp. 1427.For example, the DNA polymerase β gene was deleted in certain mouse tissues; see. Gu, H. et al. (1994) Science, 265, pp. 103. Another example is the specific activation of Oncogene from the SV40 DNA tumor virus in the mouse eye lens, causing tumor formation in led exclusively to these tissues. The Cre-loxP strategy was also implemented in the Connection used with inducible promoters. As a result, z. B. Expression the recombinase with an interferon-inducible promoter, resulting in the deletion of a certain genes in the liver and not - or only to a small extent - in other tissues led; see. Kühn, R. et al. (1995) Science, 269, pp. 1427.

Zwei Mitglieder der Invertase/Resolvase-Familie sind bislang zur Manipulation eukaryotischer Genome verwendet worden. Eine Mutante der Invertase Gin vom Bakteriophagen Mu kann ohne Kofaktoren die Inversion eines DNA-Fragments in Pflanzenprotoplasten katalysieren. Allerdings wurde festgestellt, daß diese Mutante hyperrekombinativ ist, d. h. auch an anderen als ihren natürlichen Rekombinationssequenzen DNA-Strangtrennungen katalysiert; vgl. Maeser, S. & Kahmann, R. (1991) Mol. Gen. Genet., 230, pp. 170. Dies führt zu ungewollten, teilweise lethalen Rekombinationsereignissen im Genom der Pflanzenprotoplasten. Die plasmid-kodierte β-Rekombinase aus Streptococcus pyogenes katalysiert Rekombination zwischen zwei direkt wiederholten Rekombinationssequenzen in Zellkulturen der Maus, was zum Ausschneiden des Segments führt. Allerdings wurde neben der Deletion auch Inversion nachgewiesen; vgl. Diaz, V. et al. (1999) J. Biol. Chem., 274, pp. 6634. Damit ist der kontrollierte Einsatz dieser Mitglieder der Invertase/Resolvase-Familie zur Manipulation eukaryotischer Genome stark eingeschränkt bzw. untauglich.So far, two members of the invertase / resolvase family have been manipulating eukaryotic cells Genomes have been used. A mutant of invertin gin from bacteriophage Mu can be without Cofactors catalyze the inversion of a DNA fragment in plant protoplasts. Indeed this mutant was found to be hyper recombinant, i. H. also on others than theirs natural recombination sequences catalyzed DNA strand separations; see. Maeser, S. & Kahmann, R. (1991) Mol. Gen. Genet., 230, pp. 170. This leads to unwanted, partial lethal recombination events in the genome of plant protoplasts. The plasmid-encoded β-recombinase from Streptococcus pyogenes catalyzes recombination between two directly repeated recombination sequences in mouse cell cultures, leading to excision of the Segment leads. In addition to the deletion, however, inversion was also detected; see. Diaz, V. et al. (1999) J. Biol. Chem., 274, pp. 6634. This is the controlled use of this Strong members of the invertase / resolvase family for manipulating eukaryotic genomes restricted or unsuitable.

Die γδ Resolvase ist der Prototyp der Resolvasesubfamilie und wird durch das bakterielle Transposon γδ (auch als Transposon 1000 bezeichnet) kodiert. Die γδ Resolvase ist phylogenetisch eng verwand mit der Tn3 Resolvase. In der Natur kommt das γδ Transposon als Bestandteil des F-Faktors episomal im Bakterium Escherichia coli vor. Die biologische Funktion einer transposon-kodierten Resolvase besteht in der Regel darin, die Auflösung des sog. Ko-Integrats durch eine Sequenz-spezifische DNA-Rekombination zu katalysieren. Das Ko- Integrat besteht aus zwei direkt wiederholten Kopien des Transposons und entsteht transient durch den Prozess der Transposition ("Springen" des mobilen genetischen Elements in einen anderen genomischen Lokus) innerhalb einer Bakterienzelle. Die Resolvase katalysiert die Rekombination zwischen zwei identischen Rekombinationssequenzen, die allgemein als res bezeichnet werden. Res umfaßt 145 Nukleotide und ist, wie das Resolvasegen, natürlicher Bestandteil des Transposons. Im allgemeinen bestehen die Transposons der Klasse II aus einer res, einem tnpA-Gen, welches für die Transposase kodiert, und einem tnpR-Gen, welches für die Resolvase kodiert. Bei der Bildung des Ko-Integrates wird das Transposon verdoppelt, so daß zwei Kopien des Transposons mit der res-Sequenz, dem tnpA-Gen und dem tnpR-Gen als direkte Wiederholung vorliegen; vgl. Übersichtsartikel von Grindley, N. D. F. (1994) Nucl. Acids and Mol. Biol., 8, pp. 236. Die Resolvase hat insgesamt sechs Bindungstellen in einer res, d. h. jede Bindungsstelle wird von einem einzelnen Resolvasemolekül gebunden. Da die Wildtyp- Resolvase in Lösung (und damit auch intrazellulär) als Homodimer vorliegt, binden insgesamt 3 Dimere an eine res. Res besteht folglich aus drei Dimer-Bindungsstellen, I, II und III bezeichnet. Zwei der drei Bindungsstellen (II und III) bezeichnet man als Hilfssequenzen. Die Besetzung dieser Sequenzen durch zwei Resolvasedimere ist eine notwendige Voraussetzung für die Aktivierung der eigentlichen Rekombinationsreaktion, die letztendlich zum DNA- Strangaustausch führt. Dieser erfolgt im Zentrum der imperfekten palindromischen Bindungsstelle I in res, der sog. "crossover" Region, und wird von dem daran gebundenen Resolvasedimer katalysiert.The γδ resolvase is the prototype of the resolvase subfamily and is characterized by the bacterial Transposon γδ (also referred to as Transposon 1000) encoded. The γδ resolvase is phylogenetically closely related to the Tn3 resolvase. In nature the γδ transposon comes as Part of the F factor episomal in the Escherichia coli bacterium. The biological The function of a transposon-encoded resolvase is usually to resolve the to catalyze so-called co-integrates by sequence-specific DNA recombination. The KO- Integrat consists of two directly repeated copies of the transposon and is transient through the process of transposition ("jumping" of the mobile genetic element into one other genomic locus) within a bacterial cell. The resolvase catalyzes the Recombination between two identical recombination sequences, commonly known as res  be designated. Res comprises 145 nucleotides and, like the resolvase gene, is more natural Part of the transposon. In general, class II transposons consist of one res, a tnpA gene coding for the transposase and a tnpR gene coding for the Resolvase encoded. When the co-integrate is formed, the transposon is doubled, so that two copies of the transposon with the res sequence, the tnpA gene and the tnpR gene as there is a direct repetition; see. Review by Grindley, N.D.F. (1994) Nucl. Acids and Mol. Biol., 8, pp. 236. The resolvase has a total of six binding sites in one res. H. each binding site is bound by a single resolvase molecule. Since the wild type Resolvase in solution (and thus also intracellularly) as a homodimer bind a total of 3 Dimers to a res. Res therefore consists of three dimer binding sites, designated I, II and III. Two of the three binding sites (II and III) are called auxiliary sequences. The occupation these sequences by two resolvase dimers is a necessary prerequisite for Activation of the actual recombination reaction, which ultimately leads to DNA Strand exchange leads. This takes place in the center of the imperfect palindromic Binding site I in res, the so-called "crossover" region, and is bound by the attached one Resolvase dimer catalyzed.

Mitglieder der Resolvase-Familie benötigen negative Torsionsspannung (sog. (-) DNA Supercoiling) des DNA-Substrats, um Rekombination zwischen zwei res katalysieren zu können. Ein zusätzlicher Protein-Kofaktor wird für die Reaktion nicht benötigt. Neben (-) DNA Supercoiling ist eine weitere Voraussetzung für die Rekombination, dass beide res als direkte Wiederholungen auf einem DNA-Molekül vorkommen. Resolvasen können folglich nur die intramolekulare Deletion eines zwischen zwei res-Sequenzen lokalisierten DNA Segments katalysieren. Der Grund für diese Restriktion bezüglich Lokalisation und Orientierung der res liegt in der Bildung eines spezifischen synaptischen Komplexes, des sog. Synaptosoms, zwischen mindestens sechs Resolvase-Dimeren und den zwei, nun gepaarten, res Kopien. Die Bildung des Synaptosoms ist in jedem Fall eine notwendige Voraussetzung für die Aktivierung der Rekombinationsreaktion durch die Resolvase. Eine umfassende Übersicht der durch die Resolvasen katalysierten Rekombinationsreaktion ist z. B. in Grindley (1994) zu finden.Members of the resolvase family require negative torsional stress (so-called (-) DNA Supercoiling) of the DNA substrate to catalyze recombination between two res can. An additional protein cofactor is not required for the reaction. In addition to (-) DNA Supercoiling is another prerequisite for recombination that both res as direct Repeats occur on a DNA molecule. Resolvases can therefore only intramolecular deletion of a DNA segment located between two res sequences catalyze. The reason for this restriction regarding localization and orientation of the res lies in the formation of a specific synaptic complex, the so-called synaptosome, between at least six resolvase dimers and the two, now paired, res copies. The Formation of the synaptosome is a necessary prerequisite for activation in any case the recombination reaction by the resolvase. A comprehensive overview of the Resolvase-catalyzed recombination reaction is e.g. B. in Grindley (1994).

Es existieren Resolvase-Mutanten, z. B. der Tn3-Resolvase und der γδ-Resolvase, die, unabhängig vom Vorhandensein (-) Supercoilings im DNA-Substrat-Molekül, Rekombination zwischen zwei kompletten res katalysieren können. Die molekulare Basis für diesen Phänotyp ist bislang nicht eindeutig geklärt. Offenbar spielen die veränderten Dimerisierungseigenschaften der mutanten Resolvasemonomere hierbei eine wichtige Rolle; vgl. Arnold et al. (1999) EMBO J., 18, pp. 1407. In diesem Fall kommt es, wie bei der Reaktion mit Wildtyp-Resolvase beobachtet, zur Deletion des zwischen den res-Sequenzen liegenden DNA-Segments.There are resolvase mutants, e.g. B. the Tn3 resolvase and the γδ resolvase, regardless of the presence (-) supercoilings in the DNA substrate molecule, recombination can catalyze between two complete res. The molecular basis for this phenotype is  not yet clearly clarified. Apparently the changed dimerization properties play the mutant resolvase monomers play an important role here; see. Arnold et al. (1999) EMBO J., 18, pp. 1407. In this case, as with the reaction with wild-type resolvase, it occurs observed, for the deletion of the DNA segment lying between the res sequences.

Eine weitere Besonderheit der mutanten Resolvase bei Vorliegen eines (-) Supercoilings liegt darin, dass diese mutanten Resolvasen die Rekombination ohne die zwei Hilfssequenzen II und III und nur mit der palindromischen Bindungsstelle I in res durchführen können. Es folgt daraus, dass die Rekombination auch zwischen zwei DNA-Segmenten stattfinden kann, die ausschließlich die Bindungstellen I enthalten und damit wesentlich kürzer sind als die vollständige res. Dabei erfolgt die Rekombination unabhängig von der Lokalisation und Orientierung der Rekombinationssequenzen, d. h. die beiden Partnersequenzen können auf einem oder auf zwei verschiedenen DNA-Molekülen liegen und als direkte oder invertierte Wiederholungen vorkommen. Es kann folglich zur intermolekularen Rekombination kommen, was zu einer Fusion der zwei verschiedenen DNA-Moleküle führt, oder, im Fall der intramolekularen Reaktion in Abhängigkeit der jeweiligen Orientierung der Bindungstellen I zueinander, d. h. als direkte oder invertierte Wiederholungen, zur Deletion oder Inversion eines zwischen den Bindungsstellen I liegenden DNA-Segments.Another special feature of the mutant resolvase is the presence of a (-) supercoiling in that these mutant resolvases can be recombined without the two auxiliary sequences II and III and can only be carried out with the palindromic binding site I in res. It follows that the recombination can also take place between two DNA segments that contain only the binding sites I and are therefore much shorter than that complete res. The recombination is independent of the location and Orientation of the recombination sequences, i.e. H. the two partner sequences can be on one or lie on two different DNA molecules and as direct or inverted Repetitions occur. As a result, intermolecular recombination can occur which results in a fusion of the two different DNA molecules, or, in the case of the intramolecular reaction depending on the respective orientation of the binding sites I to each other, d. H. as direct or inverted repetitions, for deletion or inversion of a DNA segment lying between the binding sites I.

Aus den bekannten Eigenschaften der beschriebenen Resolvase-Mutanten und des Wildtyp Enzyms ergibt sich die in diesem Zusammenhang wichtige Ausgangssituation:
The starting point, which is important in this context, results from the known properties of the resolvase mutants described and the wild-type enzyme:

  • 1. Nicht modifizierte Resolvase ist strikt abhängig vom nicht relaxierten Zustand des DNA- Substrats, das außerdem zwei komplette res-Sequenzen als direkte Wiederholungen tragen muß. Es kommt nur zur intramolekularen Rekombination und der daraus resultierenden Deletion eines DNA-Segments.1. Unmodified resolvase is strictly dependent on the non-relaxed state of the DNA Substrate that must also carry two complete res sequences as direct repeats. There is only intramolecular recombination and the resulting deletion of one DNA segments.
  • 2. Die mutierten Varianten, z. B. γδ-ResolvaseE124Q oder γδ-ResolvaseE102Y, E124Q dagegen können die Rekombinationsreaktion auch auf relaxierten, z. B. linearen, Substratmolekülen katalysieren, wobei die kompletten res-Sequenzen (I, II und III) allerdings auf dem gleichen DNA-Molekül in direkter Wiederholung liegen müssen. Auch mit den mutanten Resolvasen kommt es mit den kompletten res-Sequenzen nur zur intramolekularen Rekombination und der daraus resultierenden Deletion eines DNA-Segments.2. The mutated variants, e.g. B. γδ-resolvase E124Q or γδ-resolvase E102Y, E124Q, however, the recombination reaction to relaxed, z. B. linear, catalyze substrate molecules, but the complete res sequences (I, II and III) must be on the same DNA molecule in direct repetition. Even with the mutant resolvases, the complete res sequences only result in intramolecular recombination and the resulting deletion of a DNA segment.
  • 3. Die mutante Resolvase kann die Rekombination jedoch auch durchführen, wenn nur die res- Sequenzen mit der Bindungsstelle I vorliegen, unabhängig von der Torsionsspannung der DNA, d. h. mit oder ohne (-) Supercoiling. Die Lokalisation der res-Sequenzen auf einem DNA- Molekül und die Orientierung ist dabei unwesentlich. Daher können die Resolvase-Mutanten sowohl intra- als auch intermolekulare Rekombinationen durchführen.3. However, the mutant resolvase can also perform the recombination if only the res- Sequences with the binding site I are present, regardless of the torsional tension of the DNA,  d. H. with or without (-) supercoiling. The localization of the res sequences on a DNA The molecule and the orientation are not important. Therefore, the resolvase mutants perform both intra- and intermolecular recombinations.

Intrazelluläre genomische und episomale DNA in höheren Eukaryoten befindet sich bis auf einige wenige Bereiche in einem topologisch relaxierten Zustand, d. h. es kommen kaum frei vorliegende (-) superhelikale Windungen in der DNA vor, die z. B. die Wildtyp-Resolvase für die Katalyse der Rekombination nutzen könnte. Daher wurde die Resolvase bisher nicht für die Rekombination in eukaryotischen Zellen verwendet.Intracellular genomic and episomal DNA is found in higher eukaryotes except for a few areas in a topologically relaxed state, i.e. H. there are hardly any vacancies present (-) superhelical turns in the DNA, z. B. the wild-type resolvase for the Could use catalysis of recombination. Therefore, the resolvase has not been used for Recombination used in eukaryotic cells.

Der topologische Zustand genomischer DNA wird in der Zelle durch eine besondere Enzymklasse reguliert, die man Topoisomerasen nennt. Kommt es zum Ausfall der enzymatischen Aktivität dieser Proteine, etwa durch Mutationen oder Einwirken von Inhibitoren, akkumuliert sich topologische Spannung in der genomischen DNA als Folge anderer DNA- Transaktionen, wie Transkription; vgl. Übersichtsartikel von Wang, J. C. (1996), Annu. Rev. Biochem., 65, pp. 635. Es existiert eine Reihe von Substanzen, die die intrazellulären Topoisomeraseaktivitäten selektiv inhibieren können. Eine besondere Klasse dieser Substanzen ist z. B. durch Camptothecin und dessen Derivate repräsentiert, die als Antikrebsmittel bereits in der therapeutischen Anwendung stehen und Topoisomerasen des Typ I selektiv inhibieren; Übersichtsartikel von Chen und Liu (1994), Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol., 34, pp. 191. Ein wesentliches Problem bei der Entwicklung neuartiger und effektiverer Topoisomeraseinhibitoren ist zur Zeit jedoch noch das Fehlen eines einfachen Testsystems, entweder in Zellkultur oder im lebenden Organismus, wie z. B. der Maus, zur Bestimmung der Inhibitionsstärke und/oder der Gewebespezifität einer solchen Substanz.The topological state of genomic DNA in the cell is determined by a special one Regulates the enzyme class called topoisomerases. If the enzymatic activity of these proteins, for example through mutations or the action of inhibitors, topological tension accumulates in genomic DNA as a result of other DNA Transactions such as transcription; see. Review article by Wang, J.C. (1996), Annu. Rev. Biochem., 65, pp. 635. There are a number of substances that make up the intracellular Can selectively inhibit topoisomerase activities. A special class of these substances is z. B. represented by camptothecin and its derivatives, which are already in use as anti-cancer agents are of therapeutic use and selectively inhibit type I topoisomerases; Review article by Chen and Liu (1994), Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol., 34, pp. 191. A major problem in the development of novel and more effective topoisomerase inhibitors However, at the moment there is still no simple test system, either in cell culture or in living organism, such as. B. the mouse, to determine the level of inhibition and / or Tissue specificity of such a substance.

Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein einfaches und regulierbares Rekombinationssystem und die benötigten Arbeitsmittel zur Verfügung zu stellen. Ferner besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein einfaches und zuverlässiges Testsystem für eukaryotische Topoisomeraseinhibitoren zur Verfügung zu stellen.Thus, it is an object of the present invention to be simple and controllable To provide the recombination system and the necessary tools. Further It is an object of the present invention to be simple and reliable To provide a test system for eukaryotic topoisomerase inhibitors.

Die Aufgaben werden durch den in den Patentansprüchen definierten Gegenstand gelöst.The tasks are solved by the subject defined in the patent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Figuren erläutert. The method according to the invention is illustrated by the following figures.  

Fig. 1A zeigt eine schematische Darstellung der γδ-Resolvase katalysierten Rekombinationsreaktion und Fig. 1B eine schematische Darstellung der γδ-res-Sequenz. (A) Dargestellt ist eine zirkuläre, topologisch entspannte DNA, die zwei res als direkte Wiederholungen trägt (schwarze Pfeile). Durch die Bindung der Resolvasedimere an jede res kommt es zur Bildung des synaptischen Komplexes, des Synaptosoms, in dem die DNA- Strangbrüche katalysiert werden (angedeutet durch offene Pfeilspitzen). Sowohl die Synapsenbildung als auch der DNA-Strangaustausch erfordert negative superhelikale Spannung des DNA-Substrats. Nach dem Strangaustauch kommt es zur Religation und dem Freisetzen des Rekombinationsprodukts, eines dimeren, einfach verknüpften DNA-Catenans. (B) Dargestellt ist der Aufbau einer res. Diese besteht aus drei separaten Bindungstellen für jeweils ein Resolvasedimer (dargestellt durch invertierte schwarze Pfeile als jeweilige Halbsequenz und markiert durch I bis III). Der Abstand zwischen den Zentren der drei Bindungsstellen ist in Basenpaaren (bp) angegeben und durch die dünnen Pfeile unter der res markiert. Der eigentliche DNA-Strangaustausch findet während der Rekombination am Zentrum der Bindungsstelle I statt (markiert durch offene Pfeilspitzen). FIG. 1A shows a schematic representation of the γδ-resolvase-catalyzed recombination reaction and FIG. 1B shows a schematic representation of the γδ-res sequence. (A) A circular, topologically relaxed DNA is shown, which carries two res as direct repetitions (black arrows). Binding the resolvase dimers to each res leads to the formation of the synaptic complex, the synaptosome, in which the DNA strand breaks are catalyzed (indicated by open arrowheads). Both synapse formation and DNA strand exchange require negative superhelical tension on the DNA substrate. After the strand exchange, religation and release of the recombination product, a dimeric, simply linked DNA catenane, occurs. (B) The structure of a res. This consists of three separate binding sites for each resolvase dimer (represented by inverted black arrows as the respective half-sequence and marked by I to III). The distance between the centers of the three binding sites is given in base pairs (bp) and marked by the thin arrows under the res. The actual DNA strand exchange takes place during the recombination at the center of the binding site I (marked by open arrowheads).

Fig. 2A zeigt eine schematische Darstellung der γδ-Resolvase Expressionsvektoren und Fig. 2B eine schematische Darstellung des Substratvektors und des aus der Rekombination hervorgehenden Produktvektors. (A) Dargestellt ist eine schematische Repräsentation der eukaryotischen Expressionsvektoren für die Wildtyp γδ-Resolvase (pPGKγδ) und deren Mutanten γδE102Y, E124Q (pPGKγδ102) und γδE124Q (pPGKγδ124). Die Position und Natur der jeweiligen Mutation im Resolvasegen ist markiert. Vom Wildtyp und den beiden Mutanten, γδE102Y, E124Q und γδE124Q, existiert jeweils eine Version mit und eine ohne eine Nukleare Lokalisationssequenz (NLS) am C-terminalen Ende des Gens. Die Gene werden durch den Phosphoglycerat-Kinase-Promoter (P-PGK) expremiert. Dieser Promoter ist in allen bislang untersuchten eukaryotischen Zellen aktiv. (B) Dargestellt ist eine schematische Darstellung des Substratvektors, mit dem Rekombination in eukaryotischen Zellen getestet wird. pCH-RNRZ bezeichnet den nicht rekombinierten Vektor. Er enthält neben dem Ampizillin-Resistenzgen zur Amplifikation in E. coli, den frühen SV40 Promoter, der vor der Rekombinationskassette bestehend aus res, dem Gen für Neomyzin (Neo) Resistenz, res und dem lacZ Gen, welches für die β-Galaktosidase kodiert. Die Lokalisation und jeweilige Orientierung der beiden PCR-Primer P-SV40prä und P-Seqanti ist durch kleine Pfeile oberhalb bzw. unterhalb des Vektors angedeutet. Die Rekombination zwischen beiden res führt zur Deletion des dazwischen liegenden Neo-Gens, dem gleichzeitigen Verlust einer res Kopie und der Expression des lacZ Gens. Der aus der Rekombination hervorgehende Vektor wird mit pCH-RZ bezeichnet. Markiert sind zusätzlich die relevanten Schnittstellen in beiden Vektoren für das Restriktionsenzym BamHI. FIG. 2A shows a schematic illustration of the γδ-resolvase expression vectors and FIG. 2B shows a schematic illustration of the substrate vector and the product vector resulting from the recombination. (A) A schematic representation of the eukaryotic expression vectors for the wild-type γδ resolvase (pPGKγδ) and their mutants γδ E102Y, E124Q (pPGKγδ102) and γδ E124Q (pPGKγδ124) is shown. The position and nature of the respective mutation in the resolvase gene is marked. There is a version with and one without a nuclear localization sequence (NLS) at the C-terminal end of the gene of the wild type and the two mutants, γδ E102Y, E124Q and γδ E124Q . The genes are expressed by the phosphoglycerate kinase promoter (P-PGK). This promoter is active in all eukaryotic cells examined to date. (B) A schematic representation of the substrate vector is shown, with which recombination is tested in eukaryotic cells. pCH-RNRZ denotes the non-recombined vector. In addition to the ampicillin resistance gene for amplification in E. coli, it contains the early SV40 promoter, which before the recombination cassette consists of res, the gene for neomycin (neo) resistance, res and the lacZ gene, which codes for the β-galactosidase. The location and respective orientation of the two PCR primers P-SV40prä and P-Seqanti is indicated by small arrows above and below the vector. The recombination between the two res leads to the deletion of the intermediate neo gene, the simultaneous loss of a res copy and the expression of the lacZ gene. The vector resulting from the recombination is called pCH-RZ. The relevant interfaces in both vectors for the restriction enzyme BamHI are additionally marked.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Western-Analyse. Fig. 3 shows a schematic representation of a Western analysis.

Nach Einbringen des jeweiligen Vektors, wie angezeigt, in CHO-Zellen wurden Zelllysate präpariert und Proteine in einer SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese nach ihrem Molekulargewicht aufgetrennt. Die Anwesenheit der γδ-Resolvase und deren Derivate wurde durch polyklonale Mausantikörper, die gegen Wildtyp γδ-Resolvase gerichtet sind, sichtbar gemacht. Die Position von γδ-Resolvase im Gel ist durch einen Pfeil markiert. Spur 1, Kontrolle mit Cre-Vektor; Spur 2, Kontrolle mit gereinigter Resolvase.After the introduction of the respective vector, as indicated, into CHO cells, cell lysates were prepares and proteins in an SDS polyacrylamide gel electrophoresis according to their Molecular weight separated. The presence of the γδ resolvase and its derivatives was confirmed visible through polyclonal mouse antibodies directed against wild-type γδ resolvase made. The position of γδ resolvase in the gel is marked by an arrow. Lane 1, control with Cre vector; Lane 2, control with cleaned resolvase.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung der quantitativen Auswertung transienter Ko-Transfektions Experimente in CHO Zellen. Fig. 4 shows the quantitative analysis of transient transfection experiments shows co-in CHO cells.

Die jeweiligen γδ-Expressionsvektoren wurden separat mit dem Substrat pCH-RNRZ durch Lipofektion in CHO-Zellen eingebracht. Die enzymatische Aktivität der β-Galaktosidase wurde nach 72 Stunden in Zelllysaten photometrisch bestimmt, auf den Proteingehalt der Lysate normiert und statistisch ausgewertet. Dargestellt ist ein Balkendiagramm mit den jeweiligen Standardabweichungen vom Mittelwert.The respective γδ expression vectors were separated using the substrate pCH-RNRZ Lipofection introduced into CHO cells. The enzymatic activity of the β-galactosidase was increased after 72 hours in cell lysates determined photometrically on the protein content of the lysates standardized and statistically evaluated. A bar chart is shown with the respective Standard deviations from the mean.

Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung den Nachweis der Deletion in Reporterzellinie H5 durch PCR und nachfolgender Southern Hybridisierung nach Auftrennung der DNA- Moleküle in Agarose-Gelen (1,2% w/v). Dargestellt ist eine Southern Analse der durch die jeweiligen Expressionsvektoren erzielten PCR-Produkte. Die Bezeichnung unrek. bzw. rek. weisen auf die Position der PCR-Produkte im Gel hin, die durch den nicht rekombinierten (pCH- RNRZ) bzw. rekombinierten Vektor (pCH-RZ) entstehen. Fig. 5 shows a schematic representation of the detection of the deletion in reporter H5 by PCR and subsequent Southern hybridization after separation of the DNA molecules in agarose gels (1.2% w / v). A Southern analysis of the PCR products achieved by the respective expression vectors is shown. The term unrec. or rec. indicate the position of the PCR products in the gel that result from the non-recombined (pCH-RNRZ) or recombined vector (pCH-RZ).

Fig. 6A zeigt eine Darstellung der quantitativen Auswertung des Einflusses des Topoisomeraseinhibitors Camptothecin auf die Rekombination mit Wildtyp γδ-Resolvase. Der hier verwendete Ausdruck "Transposon" bezeichnet ein mobiles genetisches Element, das zumindest eine Rekombinationssequenz, eine Transposase und eine Resolvase umfaßt und aus Bakterien stammt. Fig. 6A shows a representation of the quantitative evaluation of the influence of the topoisomerase inhibitor camptothecin at recombination with wild-type γδ resolvase. The term "transposon" used here denotes a mobile genetic element which comprises at least one recombination sequence, a transposase and a resolvase and which is derived from bacteria.

Der hier verwendete Ausdruck "Resolvase" bezeichnet ein Enzym, das von einem Transposon kodiert wird, und das die Auflösung der Ko-Integrat Struktur des Transposons durch Sequenz- spezifische Rekombination katalysiert so wie seine Derivate, z. B. mutante Resolvasen.The term "resolvase" as used herein means an enzyme derived from a transposon is encoded, and that the resolution of the co-integrate structure of the transposon by sequence catalyzes specific recombination like its derivatives, e.g. B. mutant resolvases.

Der hier verwendete Ausdruck "Derivate" bezeichnet Nukleinsäure- oder Aminosäuresequenzen, die eine oder mehrere Deletionen, Substitutionen, Additionen, Insertionen und/oder Inversionen aufweisen.The term “derivatives” used here denotes nucleic acid or amino acid sequences, the one or more deletions, substitutions, additions, insertions and / or inversions exhibit.

Der hier verwendete Ausdruck "direkte Orientierung" oder "direkte Wiederholung" bedeutet, dass Sequenzen jeweils in 5'-3'-Richtung vorliegen.The term "direct orientation" or "direct repetition" used here means that sequences are each in the 5'-3 'direction.

Der hier verwendete Ausdruck "Transformation" oder "transformieren" bezeichnet jegliches Einführen einer Nukleinsäuresequenz in eine Zelle. Das Einführen kann z. B. eine Transfektion oder Lipofektion sein, durch das Calciumphosphat-Verfahren, Elektroschock-Verfahren oder eine Oocyteninjektion durchgeführt werden.The term "transformation" or "transform" as used herein means anything Introducing a nucleic acid sequence into a cell. The introduction can e.g. B. a transfection or be lipofection, by the calcium phosphate method, electroshock method or an oocyte injection can be carried out.

Der hier verwendete Ausdruck "Vektor" bezeichnet natürlich vorkommende oder künstlich erschaffene Konstrukte zur Aufnahme, Vermehrung, Expression oder Übertragung von Nukleinsäuren, z. B. Plasmide, Phagemide, Cosmide, künstliche Chromosomen, Bakteriophagen, Viren oder Retroviren.The term "vector" used here means naturally occurring or artificial created constructs for the uptake, multiplication, expression or transfer of Nucleic acids, e.g. B. plasmids, phagemids, cosmids, artificial chromosomes, bacteriophages, Viruses or retroviruses.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sequenz-spezifischen Rekombination von DNA in eukaryotischen Zellen, umfassend das gleichzeitige oder sequenzielle Einführen in eine Zelle zweier Kopien einer ersten DNA-Sequenz und das Durchführen der Sequenz-spezifischen Rekombination durch Einwirken einer Resolvase. Bevorzugt ist ein Verfahren, in dem eine Kopie der ersten DNA-Sequenz in direkter Orientierung auf dem selben DNA-Molekül wie die andere Kopie eingeführt wird. Insbesondere bevorzugt ist ein Verfahren, wobei die erste DNA-Sequenz eine res-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 oder SEQ ID NO: 2 umfaßt.One aspect of the present invention relates to a method for sequence-specific Recombination of DNA in eukaryotic cells comprising simultaneous or sequential introduction into a cell of two copies of a first DNA sequence and that Carrying out the sequence-specific recombination by the action of a resolvase. A method is preferred in which a copy of the first DNA sequence in direct Orientation on the same DNA molecule as the other copy is introduced. In particular a method is preferred, the first DNA sequence being a res sequence according to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die erste DNA-Sequenz neben der Rekombinationssequenz weitere DNA-Sequenzen umfassen, die eine Integration in einen gewünschten Zielort im Genom der eukaryotischen Zelle erlauben. Diese Integration verläuft über die homologe Rekombination, die durch zellinterne Rekombinationsmechanismen vermittelt wird. Dazu müssen die weiteren DNA-Sequenzen zur Zielort-DNA homolog sein und sowohl 3' als auch 5' von den zwei als direkte Wiederholungen vorliegenden res-Sequenzen liegen. Wie hoch der Grad der Homologie und wie lang die jeweiligen 3'- und 5'-Sequenzen sein müssen, damit die homologe Rekombination mit einer hinreichenden Wahrscheinlichkeit abläuft, ist dem Fachmann bekannt; vgl. Übersichtsartikel von Capecchi, M. (1989) Science, 244, pp. 1288.To carry out the method according to the invention, the first DNA sequence in addition to the Recombination sequence include other DNA sequences that integrate into one allow desired target location in the genome of the eukaryotic cell. This integration is ongoing  about homologous recombination, which is caused by internal recombination mechanisms is conveyed. To do this, the other DNA sequences must be homologous to the target DNA and both 3 'and 5' of the two direct repeats res sequences lie. What is the degree of homology and how long are the respective 3 'and 5' sequences must have a sufficient probability for the homologous recombination expires is known to the person skilled in the art; see. Review article by Capecchi, M. (1989) Science, 244, pp. 1288.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. verwendet werden, um in eukaryotischen Zellen bei einer intramolekularen Rekombination das zwischen den direkt orientierten Rekombinationssequenzen liegende DNA-Segment zu deletieren. Die Rekombinationssequenzen liegen direkt orientiert vor, wenn die Sequenzen jeweils in 5'-3'-Richtung eingebaut werden. Werden die Rekombinationssequenzen, z. B. res mit den Bindungsstellen I, II und III (SEQ ID NO: 1) oder res mit der Bindungsstelle I, über homologe Rekombination jeweils in eine Intronsequenz 5' und 3' eines Exons auf dem selben DNA-Molekül placiert und die Rekombination durch das Einwirken der Resolvase, z. B. der γδ-ResolvaseE124Q oder γδ- ResolvaseE102Y, E124Q, durchgeführt, so wird das Exon deletiert. Dadurch kann z. B. das vom entsprechenden Gen kodierte Polypeptid seine Aktivität oder Funktion verlieren oder die Transkription durch die Deletion gestoppt werden, so daß kein (vollständiges) Transkript entsteht. Auf diese Weise kann z. B. die biologische Funktion des kodierten Polypeptids untersucht werden. Die Resolvase bzw. dessen Derivat kann dabei eine nukleare Lokalisationssequenz am C-terminalen Ende tragen, die für einen besseren intrazellulären Transport der Rekombinase in den Zellkern sorgt.The inventive method can, for. B. be used to delete the DNA segment lying between the directly oriented recombination sequences in eukaryotic cells in an intramolecular recombination. The recombination sequences are directly oriented if the sequences are inserted in the 5'-3 'direction. Are the recombination sequences, e.g. B. res with the binding sites I, II and III (SEQ ID NO: 1) or res with the binding site I, via homologous recombination each in an intron sequence 5 'and 3' of an exon on the same DNA molecule and the recombination by the action of the resolvase, e.g. B. the γδ-resolvase E124Q or γδ-resolvase E102Y , E124Q , the exon is deleted. This can, for. B. the polypeptide encoded by the corresponding gene lose its activity or function or the transcription is stopped by the deletion so that no (complete) transcript is produced. In this way, e.g. B. the biological function of the encoded polypeptide can be examined. The resolvase or its derivative can carry a nuclear localization sequence at the C-terminal end, which ensures better intracellular transport of the recombinase into the cell nucleus.

Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, um in eukaryotischen Zellen bei einer intramolekularen Rekombination das zwischen den nicht direkt orientierten Rekombinationssequenzen liegende DNA-Segment zu invertieren. Dazu müssen die Rekombinationssequenzen res mit der Bindungsstelle I in umgekehrter Orientierung auf dem selben DNA-Molekül placiert werden.Furthermore, the method according to the invention can be used to in eukaryotic cells in the case of an intramolecular recombination, that between the not directly oriented Recombination sequences to invert lying DNA segment. To do this, the Recombination sequences res with the binding site I in reverse orientation on the same DNA molecule.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner verwendet werden, um in eukaryotischen Zellen eine intermolekulare Rekombination durchzuführen. Dazu werden die Rekombinationssequenzen res mit der Bindungsstelle I unabhängig von der Orientierung auf zwei verschiedenen DNA-Molekülen placiert. Die Rekombination führt dann zu einer Fusion der beiden DNA-Moleküle an den Bindungsstellen I.The method according to the invention can also be used to in eukaryotic cells to perform an intermolecular recombination. To do this, the Recombination sequences res with the binding site I regardless of the orientation  two different DNA molecules. The recombination then leads to a fusion of the two DNA molecules at the binding sites I.

Die erste DNA-Sequenz kann jedoch noch weitere Nukleinsäuresequenzen umfassen, die ein oder mehrere Polypeptid(e) von Interesse kodieren. So kann z. B. mit den Rekombinationssequenzen ein Strukturprotein, ein Enzym oder ein regulatorisches Protein in das Genom eingeführt werden, das nach erfolgter intramolekularer Rekombination wieder eliminiert wird, wodurch die Expression und Aktivierung des Polypeptids aufgehoben wird. Wird durch die intramolekulare Rekombination das Polypeptid von Interesse nicht deletiert sondern invertiert, kann es zu einer anschleißenden Expression und Aktivierung des Polypetids kommen. Das eingeführte Polypeptid kann endogen oder exogen sein. Ferner kann ein Markerprotein eingeführt werden. Dem Fachmann ist bewußt, daß diese Auflistung von Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nur beispielhaft und nicht abschließend ist. Beispiele für erfindungsgemäße Anwendungen, die mit den bisher verwendeten Cre- und Flp-Rekombinasen durchgeführt wurden, sind z. B. in dem Übersichtsartikel von Kilby, N. et al., (1993), Trends Genet., 9, pp. 413, zu finden.However, the first DNA sequence can also comprise further nucleic acid sequences which include a encode one or more polypeptide (s) of interest. So z. B. with the Recombination sequences a structural protein, an enzyme or a regulatory protein in the Genome are introduced, which eliminates again after intramolecular recombination whereby the expression and activation of the polypeptide is abolished. Will through the intramolecular recombination does not delete the polypeptide of interest but inverted, the expression and activation of the polypeptide can follow. The introduced polypeptide can be endogenous or exogenous. Furthermore, a marker protein be introduced. The person skilled in the art is aware that this list of applications of the The inventive method is only exemplary and not exhaustive. examples for Applications according to the invention with the previously used Cre and Flp recombinases were carried out, for. B. in the review by Kilby, N. et al., (1993), Trends Genet., 9, pp. 413.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß eine Resolvase auf die Rekombinationssequenzen einwirken. Dabei kann die Resolvase oder das Resolvase-Gen bereits vor Einführen der ersten DNA-Sequenz und/oder der Kopie der ersten DNA-Sequenz in der eukaryotischen Zelle vorliegen oder nach Einführung der ersten DNA-Sequenz und/oder der Kopie der ersten DNA-Sequenz eingeführt werden. Die für die Sequenz-spezifische Rekombination verwendete Resolvase wird bevorzugt in der Zelle expremiert, in der sie die Reaktion durchführt. Dazu wird eine zweite DNA-Sequenz, umfassend ein Resolvase-Gen, in die Zellen eingeführt. Bevorzugte Resolvase-Gene sind in SEQ ID NO: 3, 5 und 7 aufgeführt und schließen ebenfalls deren Derivate ein. Insbesondere bevorzugt ist ein Verfahren, in dem die zweite DNA-Sequenz ins eukaryotische Genom der Zelle über homologe Rekombination oder wahllos integriert wird. Ferner bevorzugt ist ein Verfahren, in dem die zweite DNA-Sequenz regulatorische DNA-Sequenzen umfaßt, die eine räumliche und/oder zeitliche Expression des Resolvase-Gens bewirken.To carry out the process according to the invention, a resolvase must be placed on the Recombination sequences act. The resolvase or the resolvase gene can already do so before introducing the first DNA sequence and / or the copy of the first DNA sequence in the eukaryotic cell or after the introduction of the first DNA sequence and / or Copy of the first DNA sequence are introduced. The one for the sequence specific Resolvase used in recombination is preferably expressed in the cell in which it is Reaction. For this purpose, a second DNA sequence, comprising a resolvase gene, is inserted into introduced the cells. Preferred resolvase genes are listed in SEQ ID NO: 3, 5 and 7 and also include their derivatives. A method in which the second DNA sequence into the eukaryotic genome of the cell via homologous recombination or is integrated indiscriminately. Also preferred is a method in which the second DNA sequence regulatory DNA sequences comprising a spatial and / or temporal expression of the Resolvase gene effect.

Räumliche Expression bedeutet in diesem Fall z. B., daß die Rekombinase nur in einem bestimmten Zelltyp, z. B. Leberzellen, Nierenzellen, Nervenzellen oder Zellen des Immunsystems, durch die Verwendung von zelltypspezifischen Promotoren expremiert werden kann und nur in diesen Zellen die Rekombination katalysiert. Eine zeitliche Expression bei der Regulation der Resolvase-Expression kann durch Promotoren erzielt werden, die ab oder in einem bestimmten Entwicklungsstadium oder zu einem bestimmten Zeitpunkt im adulten Organismus aktiv sind. Ferner kann die räumliche und/oder zeitliche Expression durch die Verwendung von induzierbaren Promotoren, z. B. durch Interferon- oder Tetrazyklin-abhängige Promotoren, erzielt werden; vgl. Übersichtsartikel von Müller, U. (1999) Mech. Develop., 82, pp. 3. Eine räumliche und/oder zeitliche Aktivierung der Rekombination kann jedoch nicht nur durch die Regulation der Resolvaseexpression erzielt werden, sondern ist auch durch das Einwirken von Topoisomeraseinhibitoren bei konstitutiver Expression der Wildtyp-Resolvase erreichbar.Spatial expression in this case means e.g. B. that the recombinase only in one certain cell type, e.g. B. liver cells, kidney cells, nerve cells or cells of the  Immune system, are expressed through the use of cell type-specific promoters can and only catalyzes recombination in these cells. A temporal expression at the Regulation of resolvase expression can be achieved by promoters that start from or in at a certain stage of development or at a certain point in time in the adult Organism are active. Furthermore, the spatial and / or temporal expression by the Use of inducible promoters, e.g. B. by interferon- or tetracycline-dependent Promoters can be achieved; see. Review article by Müller, U. (1999) Mech. Develop., 82, pp. 3. A spatial and / or temporal activation of the recombination can not only can be achieved by the regulation of resolvase expression, but is also by that Effect of topoisomerase inhibitors on constitutive expression of the wild-type resolvase reachable.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Resolvase kann sowohl die Wildtyp- Resolvase als auch eine modifizierte Resolvase sein. Bevorzugt ist die Verwendung einer modifizierten Resolvase. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten Resolvasen umfassen die Aminosäuresequenzen aufgeführt in SEQ ID NO: 4, 6 und 8. Die modifizierte Resolvase ist derart modifiziert, daß sie die Rekombinationsreaktion ohne (-) DNA supercoiling durchführen kann. Die Herstellung von modifizierten Polypeptiden und die Durchmusterung auf die gewünschte Aktivität sind Stand der Technik und einfach durchzuführen; vgl. Erlich, H. (1989) PCR Technology. Stockton Press. Bevorzugt ist die Verwendung der γδ-Resolvase gemäß SEQ ID NO: 4. Insbesondere bevorzugt sind zwei γδ- Resolvase-Mutanten, die als γδ-ResolvaseE124Q (SEQ ID NO: 7) und γδ-ResolvaseE102Y, E124Q (SEQ ID NO: 5) bezeichnet werden; vgl. Arnold et al. (1999), siehe oben. γδ-ResolvaseE124Q enthält einen Glutamin-Rest anstelle eines Glutamat-Restes an Position 124. γδ-ResolvaseE124Y, E124Q enthält, neben dem Austausch der Mutante 124, noch einen Tyrosin-Rest anstelle des Glutamat- Restes an Position 102 gegenüber Wildtyp γδ-Resolvase. Beide γδ-Resolvase Mutanten wurden über PCR-Mutagenese des γδ-Resolvasegens hergestellt. Diese Mutanten können Rekombination zwischen zwei direkt wiederholten, kompletten res-Sequenzen ohne den Kofaktor (-) Supercoiling durchführen.The resolvase used in the method according to the invention can be both the wild-type resolvase and a modified resolvase. The use of a modified resolvase is preferred. The resolvases preferably used in the method according to the invention comprise the amino acid sequences listed in SEQ ID NO: 4, 6 and 8. The modified resolvase is modified in such a way that it can carry out the recombination reaction without (-) DNA supercoiling. The preparation of modified polypeptides and the screening for the desired activity are state of the art and easy to carry out; see. Erlich, H. (1989) PCR Technology. Stockton Press. The use of the γδ-resolvase according to SEQ ID NO: 4 is preferred. Two γδ-resolvase mutants which are used as γδ-resolvase E124Q (SEQ ID NO: 7) and γδ-resolvase E102Y, E124Q (SEQ ID NO: 5) be designated; see. Arnold et al. (1999), see above. γδ-resolvase E124Q contains a glutamine residue instead of a glutamate residue at position 124. γδ-resolvase E124Y, E124Q contains, in addition to the exchange of mutant 124, a tyrosine residue instead of the glutamate residue at position 102 compared to wild-type γδ- Resolvase. Both γδ resolvase mutants were produced via PCR mutagenesis of the γδ resolvase gene. These mutants can perform recombination between two directly repeated, complete res sequences without the cofactor (-) supercoiling.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen eukaryotischen Zellen durchgeführt werden. Die Zellen können z. B. in einer Zellkultur vorliegen und alle Arten von pflanzlichen oder tierischen Zellen umfassen. Z. B. können die Zellen Oocyten, embryonale Stammzellen, hämatopoetische Stammzellen oder jede Art von differenzierten Zellen sein. Bevorzugt ist ein Verfahren, in dem die eukaryotische Zelle eine Säugerzelle ist. Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, in dem die Säugerzelle eine menschliche Zelle, Affen-, Maus-, Ratten-, Kaninchen-, Hamster-, Ziege-, Kuh-, Schaf- oder Schweinezelle ist. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft somit ebenfalls eukaryotische Zellen, umfassend res gemäß SEQ ID NO: 1 oder 2 in mindestens einer und vorzugsweise zwei Kopien und/oder des Resolvasegens gemäß SEQ ID NO: 3, 5 oder 7 oder der durch die Gene kodierten Polypeptide, bzw. deren jeweiligen Derivate.The method according to the invention can be carried out in all eukaryotic cells. The Cells can e.g. B. present in a cell culture and all types of plant or animal Cells include. For example, cells can be oocytes, embryonic stem cells, hematopoietic  Stem cells or any type of differentiated cells. A method is preferred in which the eukaryotic cell is a mammalian cell. A method is particularly preferred in which the Mammalian cell a human cell, monkey, mouse, rat, rabbit, hamster, goat, Is a cow, sheep or pig cell. The method according to the invention thus also relates eukaryotic cells comprising res according to SEQ ID NO: 1 or 2 in at least one and preferably two copies and / or the resolva gene according to SEQ ID NO: 3, 5 or 7 or the polypeptides encoded by the genes, or their respective derivatives.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer res-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 oder SEQ ID NO: 2 in einer Sequenz-spezifischen Rekombination von DNA in eukaryotischen Zellen. Die eukaryotische Zelle kann auch im Zellverband eines Organismus, z. B. eines Säugers, vorliegen, der keine Resolvase enthält. Dieser Organismus kann zur Kreuzung mit anderen Organsimen verwendet werden, die ihrerseits die Resolvase in ihren Zellen enthalten, so daß Nachkommen entstehen, in deren Zellen dann die Sequenz-spezifische Rekombination durch Einwirken der Resolvase durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft somit ebenfalls die Verwendung einer Resolvase oder eines Resolvase-Gens in einer Sequenz-spezifischen Rekombination in eukaryotischen Zellen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung des Resolvase-Gens gemäß SEQ ID NO: 3, der Resolvase 102 gemäß SEQ ID NO: 5 und der Resolvase 102/124 gemäß SEQ ID NO: 7.The invention relates to the use of a res sequence according to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 in a sequence-specific recombination of DNA in eukaryotic cells. The eukaryotic cells can also be found in the cell structure of an organism, e.g. B. a mammal, that does not contain a resolvase. This organism can be used to cross with other organisms can be used, which in turn contain the resolvase in their cells, so that progeny arise in the cells then the sequence-specific recombination by the action of Resolvase is performed. The invention thus also relates to the use of a Resolvase or a resolvase gene in a sequence-specific recombination in eukaryotic cells. In particular, the invention relates to the use of the resolvase gene according to SEQ ID NO: 3, the resolvase 102 according to SEQ ID NO: 5 and the resolvase 102/124 according to SEQ ID NO: 7.

Die Erfindung betrifft ferner transgene Organismen, z. B. Säuger, insbesondere transgene Affen, Mäuse, Ratten, Kaninchen, Hamster, Ziege, Kuh, Schaf oder Schwein, die res gemäß SEQ ID NO: 1 oder SEQ ID NO: 2 in einer oder zwei Kopien und/oder das Resolvasegen gemäß SEQ ID NO: 3, 5 oder 7 in ihren Zellen integriert haben.The invention further relates to transgenic organisms, e.g. B. mammals, especially transgenic monkeys, Mice, rats, rabbits, hamsters, goats, cows, sheep or pigs, the res according to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 in one or two copies and / or the resolvase gene according to SEQ ID NO: have 3, 5 or 7 integrated in their cells.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner zum Testen von Topoisomeraseinhibitoren in einer eukaryotischen Zelle verwendet werden, umfassend a) das Einführen in eine Zelle einer ersten DNA-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1, b) das Einführen in eine Zelle einer Kopie der ersten DNA-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 in direkter Orientierung, und c) das Einführen einer Wildtyp-Resolvase, und d) Zugabe der zu testenden Topoisomeraseinhibitoren.The method according to the invention can also be used to test topoisomerase inhibitors in a eukaryotic cell can be used, comprising a) introducing into a cell first DNA sequence according to SEQ ID NO: 1, b) the introduction into a cell of a copy of the first DNA sequence according to SEQ ID NO: 1 in direct orientation, and c) the introduction of a Wild-type resolvase, and d) addition of the topoisomerase inhibitors to be tested.

Die eukaryotischen Zellen können dabei in Kultur (ex vivo) oder im Organismus (in vivo) für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Bevorzugt ist hierbei das Verfahren im Organismus, da hier die zell- und gewebespezifischen physiologischen Einflüsse auf den möglichen Abbau bzw. die Modifizierung der Topoisomeraseinhibitoren und die daraus resultierenden Effekte hinsichtlich ihrer Wirksamkeit getestet werden können. Die Topoisomeraseinhibitoren können vor oder nach der Expression der Resolvase auf die Zellen einwirken, was zur Aktivierung der Rekombination führt und z. B. über Enzyme oder Markerproteine leicht nachzuweisen ist. Die Effizienz der jeweiligen Substanzen bezüglich ihres inhibitorischen Effekts auf Topoisomerasen korreliert mit der Aktivierung der Rekombination.The eukaryotic cells can be in culture (ex vivo) or in the organism (in vivo) for the inventive methods are used. The method is preferred here  Organism, since here the cell and tissue-specific physiological influences on the possible degradation or modification of the topoisomerase inhibitors and the resulting resulting effects can be tested in terms of their effectiveness. The Topoisomerase inhibitors can be on the cells before or after the expression of the resolvase act, which leads to the activation of the recombination and z. B. via enzymes or Marker proteins are easy to detect. The efficiency of each substance in terms of its inhibitory effect on topoisomerases correlates with the activation of recombination.

Eine räumliche und/oder zeitliche Aktivierung der Rekombination kann durch eine Regulation der Resolvaseexpression erzielt werden. Eine räumliche und/oder zeitliche Aktivierung ist auch durch eine Regulation des Einwirkens von Topoisomeraseinhibitoren bei konstitutiver Expression der Wildtyp-Resolvase erreichbar.A spatial and / or temporal activation of the recombination can be regulated the resolvase expression can be achieved. A spatial and / or temporal activation is also by regulating the action of topoisomerase inhibitors in constitutive Expression of wild-type resolvase achievable.

Bevorzugt ist ein Verfahren, wobei zusätzlich eine zweite DNA-Sequenz umfassend ein Wildtyp-Resolvase-Gen in die Zelle eingeführt wird. Insbesondere bevorzugt ist ein Verfahren, in dem die Wildtyp-Resolvase eine Wildtyp γδ-Resolvase ist. Die Erfindung betrifft ferner eine eukaryotische Zelle, umfassend zwei DNA-Sequenzen gemäß SEQ ID NO: 1. Bevorzugt ist eine eukaryotische Zelle, die ferner ein Wildtyp-Resolvase-Gen, insbesondere eine Wildtyp γδ-Resolvase enthält. Ferner betrifft die Erfindung einen transgenen Organismus, z. B. einen Säuger, insbesondere transgene Affen, Mäuse, Ratten, Kaninchen, Hamster, Ziege, Kuh, Schaf oder Schwein, die zwei Kopien von res gemäß SEQ ID NO: 1 in direkter Orientierung und ein Resolvasegen, insbesondere ein γδ-Resolvasegen gemäß SEQ ID NO: 3 in ihren Zellen integriert haben.A method is preferred, a second DNA sequence additionally comprising a Wild-type resolvase gene is introduced into the cell. A method is particularly preferred, in which the wild-type resolvase is a wild-type γδ resolvase. The invention further relates to a eukaryotic cell, comprising two DNA sequences according to SEQ ID NO: 1. Preferred is one eukaryotic cell, further comprising a wild-type resolvase gene, especially a wild-type γδ resolvase contains. The invention further relates to a transgenic organism, e.g. B. one Mammals, especially transgenic monkeys, mice, rats, rabbits, hamsters, goats, cows, sheep or pig, the two copies of res according to SEQ ID NO: 1 in direct orientation and one Resolve gene, in particular a γδ-resolve gene according to SEQ ID NO: 3 in their cells have integrated.

BeispieleExamples 1. Herstellung der Expressions- und Substratvektoren1. Preparation of the expression and substrate vectors 1.1 Expressionsvektoren1.1 Expression vectors

Die eukaryotischen Expressionsvektoren für γδ-Resolvase (pPGKγδ/pPGKγδNLS) sowie für die γ δ-Resolvase Mutanten γδE124Q (pPGKγδ124/pPGKγδ124NLS) und γδE102Y, E124Q (pPGDγδ 102/pPGKγδ102NLS) sind Derivate von pPGKcrebpa (K. Fellenberg, Universität Köln). Der Vektor enthält den Phosphoglyceratkinase-Promoter (P-PGK) und die Polyadenylierungs- Signalsequenzen vom kleinen Simian Virus 40 (SV40) Tumor-Antigen. Die durch PCR klonierten γδ-Resolvase-Gene wurden zwischen diese Elemente in den Vektor ligiert. The eukaryotic expression vectors for γδ-resolvase (pPGKγδ / pPGKγδ NLS ) as well as for γ δ-resolvase mutants γδ E124Q (pPGKγδ124 / pPGKγδ124NLS) and γδ E102Y, E124K (pGGPGLS) from pGGPDL Cologne (pPGGD) Cologne ). The vector contains the phosphoglycerate kinase promoter (P-PGK) and the polyadenylation signal sequences from the small Simian Virus 40 (SV40) tumor antigen. The γδ resolvase genes cloned by PCR were ligated between these elements in the vector.

Für die Klonierung der Resolvase-Gene wurden folgende Primer verwendet:
The following primers were used for cloning the resolvase genes:

Die Amplifikation des Wildtyp-Resolvase-Gens ohne bzw. mit nuklearer Lokalisationssequenz (NLS) erfolgte mit den Primern P-γδA und P-γδB, bzw. P2972 nach einem ersten Denaturierungsschritt bei 94°C (5 min.) mit 28 Zyklen von Denaturierung (95°C, 30 sec.), Primer-Bindung (56°C, 30 sec.) und DNA-Synthese (72°C, 45 sec.), gefolgt von einem letzten Syntheseschritt (72°C, 4 min.). Das resultierende PCR-Fragment, mit PstI und XbaI restringiert, ersetzt das mit denselben Enzymen herausgeschnittene Cre-Gen in pPGKcrebpa.The amplification of the wild-type resolvase gene with or without a nuclear localization sequence (NLS) was carried out with the primers P-γδA and P-γδB, or P2972 after a first Denaturation step at 94 ° C (5 min.) With 28 cycles of denaturation (95 ° C, 30 sec.), Primer binding (56 ° C, 30 sec.) And DNA synthesis (72 ° C, 45 sec.), Followed by one last Synthesis step (72 ° C, 4 min.). The resulting PCR fragment, restricted with PstI and XbaI, replaces the Cre gene excised with the same enzymes in pPGKcrebpa.

Die Resolvase-Mutanten wurden durch Assembly-PCR hergestellt. Hierbei wurden im ersten Schritt der Assembly-PCR, in zwei getrennten PCR-Ansätzen mit den Primern P-γδA und P-γδ 124Qanti bzw. P-γδ124Q und P-γδB die zwei γδ-Resolvasegen-Fragmente amplifiziert, die im überlappenden Bereich die gewünschte Mutation enthalten, die dann im zweiten Schritt der Assembly-PCR in äquimolaren Mengen als Matrize für die folgende dritte PCR mit den Primern P-γδA und P-γδB eingesetzt wurden. Die Amplifikationen erfolgten jeweils nach einem ersten Denaturierungsschritt bei 94°C (5 min.) mit 30 Zyklen von Denaturierung (94°C; 45 sec.), Primerbindung (60°C; 45 sec.) und DNA-Synthese (72°C; 45 sec.), sowie einem letzten Syntheseschritt (72°C; 6 min). Analog dazu wurde mit den Oligonukleotiden P-γδA, P-γδ102Y, P-γδ102Yanti und P-γδB die zweite Mutation E102Y ins Gen eingeführt. Die Mutanten wurden anschließend durch eine PCR mit den Primern P-γδA und P2972 unter denselben Reaktionsbedingungen mit einer NLS am C-Terminus des Proteins versehen.The resolvase mutants were produced by assembly PCR. Here were in the first Assembly PCR step, in two separate PCR approaches with the primers P-γδA and P-γδ 124Qanti and P-γδ124Q and P-γδB, respectively, amplified the two γδ resolvase gene fragments, which in the overlapping area contain the desired mutation, which is then the second step of the Assembly PCR in equimolar amounts as a template for the following third PCR with the primers P-γδA and P-γδB were used. The amplifications took place after a first Denaturation step at 94 ° C (5 min.) With 30 cycles of denaturation (94 ° C; 45 sec.), Primer binding (60 ° C; 45 sec.) And DNA synthesis (72 ° C; 45 sec.), As well as a last one Synthesis step (72 ° C; 6 min). Analogously, the oligonucleotides P-γδA, P-γδ102Y, P-γδ102Yanti and P-γδB introduced the second mutation E102Y into the gene. The mutants were then by PCR with the primers P-γδA and P2972 among them Provide reaction conditions with an NLS at the C-terminus of the protein.

1.2 Substratvektoren1.2 substrate vectors

Die Substratvektoren sind Derivate von pCH110 (Pharmacia). Hierbei stehen die Rekombinationskassetten unter der Kontrolle des SV40-Promoters, der eine starke konstitutive Expression garantiert. Desweiteren besitzt das Plasmid die Polyadenylierungssignalsequenzen des SV40 Tumor-antigens. Das im Ausgangsvektor mitsamt prokaryotischem Promoter enthaltene β-Galactosidase-Gen (lacZ) wurde zunächst mit HindIII und BamHI ausgeschnitten, um es nach PCR-Amplifikation mit den Primern P-lacZ1 und P-lacZanti1 ohne prokaryotischem Promoter wieder einzufügen. Es wurde ein erster Denaturierungsschritt (94°C; 5 min.) durchgeführt, gefolgt von 30 Zyklen von Denaturierung (94°C; 1 min.), Primerbindung (56°C; 1 min.) und DNA-Synthese (72°C; 4 min.) und einem letzten Syntheseschritt (72°C; 10 min.).The substrate vectors are derivatives of pCH110 (Pharmacia). Here are the Recombination cassettes under the control of the SV40 promoter, which is a strong constitutive  Expression guaranteed. The plasmid also has the polyadenylation signal sequences of the SV40 tumor antigen. The one in the output vector together with the prokaryotic promoter contained β-galactosidase gene (lacZ) was first cut out with HindIII and BamHI, to do it after PCR amplification with the primers P-lacZ1 and P-lacZanti1 without prokaryotic Insert promoter again. A first denaturation step (94 ° C; 5 min.) carried out, followed by 30 cycles of denaturation (94 ° C; 1 min.), primer binding (56 ° C; 1 min.) And DNA synthesis (72 ° C; 4 min.) And a final synthesis step (72 ° C; 10 min.).

Anschließend wurde aus dem Vektor pSV2Neo (Southern, P. J., Berg, P. (1982) J. Mol. Appl. Genet. 1, pp. 327) mit den Restriktionsenzymen Sma1 und BglII das Neomycin-Resistenzgen ausgeschnitten und mit über PCR hergestellten γδ-Resolvase-Erkennungssequenzen flankiert. Diese Rekombinationssequenzen (res) sind im Konstrukt in gleicher Orientierung angeordnet.The vector pSV2Neo (Southern, P.J., Berg, P. (1982) J. Mol. Appl. Genet. 1, pp. 327) with the restriction enzymes Sma1 and BglII the neomycin resistance gene cut out and flanked with γδ-resolvase recognition sequences prepared via PCR. These recombination sequences (res) are arranged in the construct in the same orientation.

Die Amplifikation der res erfolgte mit den Primern P-RES1 und P-RESanti1 bzw. P-RESanti2. Sie begann mit einem ersten Denaturierungsschritt (94°C; 5 min.) und 30 Zyklen von Denaturierung (94°C; 30 sec.), Primerbindung (56°C; 30 sec.) und DNA-Synthese (72°C; 30 sec.). Es folgte ein abschließender Syntheseschritt (72°C; 4 min.). Die am 5'-Terminus des Neomycingens gelegene res wurde über BglII an das Neomycingen ligiert, die zweite res wurde durch eine blunt-end-Ligation mit dem 3'-Ende des Gens verbunden. Die entstandene Rekombinationskassette res-Neo-res wurde über die HindIII-Schnittstelle zwischen SV40- Promoter und lacZ-Gen in das Substratplasmid kloniert. Dieser wurde als pCH-RNRZ bezeichnet.The res was amplified using the primers P-RES1 and P-RESanti1 and P-RESanti2. It started with a first denaturation step (94 ° C; 5 min.) And 30 cycles of Denaturation (94 ° C; 30 sec.), Primer binding (56 ° C; 30 sec.) And DNA synthesis (72 ° C; 30 sec.). A final synthesis step followed (72 ° C; 4 min.). The at the 5 'terminus of Res residing neomycingens was ligated to the neomycin gene via BglII, the second res linked to the 3 'end of the gene by a blunt-end ligation. The resulting one Recombination cassette res-Neo-res was inserted over the HindIII interface between SV40- Promoter and lacZ gene cloned into the substrate plasmid. This was called pCH-RNRZ designated.

Die oben genannten Oligonukleotide werden im folgenden aufgelistet:
The above oligonucleotides are listed below:

Das Plasmid pCH-RNRZ wurde in vivo, in E. coli Stamm DH5α-Zellen (Hanahan, D. (1983) J. Mol. Biol., 166, pp. 557), rekombiniert. Dieser Bakterienstamm zeichnet sich dadurch aus, daß er ein F'-Plasmid trägt, das für Wildtyp-γδ-Resolvase kodiert. Das entstandene rekombinierte Plasmid pCH-RZ wurde in den weiteren Experimenten als Positivkontrolle verwendet. The plasmid pCH-RNRZ was generated in vivo in E. coli strain DH5α cells (Hanahan, D. (1983) J. Mol. Biol., 166, pp. 557), recombined. This bacterial strain is characterized in that it carries an F 'plasmid encoding wild-type γδ resolvase. The resulting recombined Plasmid pCH-RZ was used as a positive control in the further experiments.  

Expressionsplasmid-DNAs, sowie pCH-RZ wurden aus E. coli Stamm DH5α mittels Affinitätschromatographie (Qiagen, Deutschland) isoliert. Substratplasmid pCH-RNRZ wurde aus E. coli Stamm JC5547 (Willets, N. S., Clark, A. J. (1969) J. Bacteriol., 100, pp. 231) isoliert. Die Sequenzkontrolle aller Expressions- und Substratvektoren, sowie aller PCR-generierten Produkte wurde mittels des fluoreszenzbasierten 373A DNA-Sequenzierungssystems (Applied Biosystems) durchgeführt. PCR-Reaktionen wurden mit dem "Master Mix Q - Kit" (Quiagen, Deutschland) durchgeführt. Sämtliche DNAs wurden über Agarosegel-Elektrophorese (0,8%- 1,5% w/v) in TBE-Puffer analysiert.Expression plasmid DNAs and pCH-RZ were obtained from E. coli strain DH5α Affinity chromatography (Qiagen, Germany) isolated. Substrate plasmid pCH-RNRZ was from E. coli strain JC5547 (Willets, N.S., Clark, A.J. (1969) J. Bacteriol., 100, pp. 231). The sequence control of all expression and substrate vectors, as well as all PCR generated Products were analyzed using the fluorescence-based 373A DNA sequencing system (Applied Biosystems). PCR reactions were carried out using the "Master Mix Q - Kit" (Quiagen, Germany). All DNAs were analyzed by agarose gel electrophoresis (0.8% - 1.5% w / v) analyzed in TBE buffer.

2. Zellkultur und Konstruktion der Reporter-Zellinien2. Cell culture and construction of the reporter cell lines

Die transienten Expressions- und Rekombinationsanalysen wurden mit einer Ovar- Hamsterzellinie CHO (Puck, T. T. (1958) J. Exp. Med., 108, pp. 945) und einer menschlichen epithelialen Cervixcarcinom-Zellinie HeLa (Geye, G. O., et al. (192) Cancer Res., 12, pp. 264) durchgeführt. HeLa-Zellen wurden in α-MEM (Life Technologies, Inc.) kultiviert, welches mit 10% fötalem Kälberserum angereichert wurde, und Streptomycin (0,1 mg/ml), Penizillin (100 units/ml), sowie Natriumpyruvat (1 mM) enthält. CHO-Zellen wurden in DMEM mit denselben Zusätzen, ohne Natriumpyruvat, kultiviert.The transient expression and recombination analyzes were carried out with an ovary Hamster cell line CHO (Puck, T. T. (1958) J. Exp. Med., 108, pp. 945) and a human epithelial cervical carcinoma cell line HeLa (Geye, G. O., et al. (192) Cancer Res., 12, pp. 264) carried out. HeLa cells were cultivated in α-MEM (Life Technologies, Inc.), which with 10% fetal calf serum was enriched, and streptomycin (0.1 mg / ml), penicillin (100 units / ml), as well as sodium pyruvate (1 mM). CHO cells were grown in DMEM with the same Additives, without sodium pyruvate, cultivated.

HeLa-Reporterzellinien, die pCH-RNRZ stabil ins Genom integriert haben, wurden wie folgt konstruiert: ca. 20 µg der Plasmid-DNA wurden mit BamHI linearisiert, durch Phenol/Chloroform-Extraktionen gereinigt, mit Ethanol präzipitiert und in ca. 5 × 106 Zellen mittels eines Lipofects (30 µl FugeneTM6, Boehringer Mannheim) transfiziert. Stabile Zellinien wurden mit 500 µg/ml G418/Geneticin (Life Technologies) selektioniert und anschließend durch PCR, DNA-Sequenzierung und Southern-Analyse charakterisiert.HeLa reporter cell lines that have stably integrated pCH-RNRZ into the genome were constructed as follows: approx. 20 μg of the plasmid DNA were linearized with BamHI, purified by phenol / chloroform extractions, precipitated with ethanol and in approx. 5 × 10 6 cells were transfected using a lipofect (30 μl Fugene TM 6, Boehringer Mannheim). Stable cell lines were selected with 500 µg / ml G418 / Geneticin (Life Technologies) and then characterized by PCR, DNA sequencing and Southern analysis.

3. In-Vivo Rekombinationsanalysen3. In-vivo recombination analysis

Um intramolekulare Rekombination in vivo durchzuführen, wurden ca. 1 × 105 Zellen in 3,5 cm- Platten ausgesäht. Nach 24 h erfolgte eine Cotransfektion von zirkulärem Expressionsvektor, zusammen mit zirkulärem superhelikal gewundenem Substratplasmid, im Mengenverhältnis 3 : 1, mit dem Lipofect FugeneTM6 (Boehringer Mannheim) nach Angaben des Herstellers (2 µg DNA; 3 µl Fugene). Zum Nachweis der stattgefundenen Rekombination wurde nach 72 h entweder eine β-Gal-Färbung oder ein β-Gal-Assay durchgeführt, da im rekombinierten Zustand das lacZ-Gen direkt durch den SV40-Promoter transkribiert und somit exprimiert werden kann, was im Ausgangssubstrat aufgrund der zwischenliegenden Rekombinationskassette nicht funktioniert. Die β-Gal-Färbung erfolgte nach Fixierung der Zellen mit 0,5% Glutaraldehyd durch Zugabe der Färbungslösung (5 mM K4Fe(Cn6) × 3H2O, 5 mM K3Fe(Cn6), 2 mM MgCl2, 4 mg/ml X-Gal in PBS) und anschließender Inkubation für 7-8 h bei 37°C. Die Anzahl der blau gefärbten Zellen wurde mikroskopisch ermittelt. Der β-Gal Assay wurde mit Hilfe des "Galacto Light Kits" (Tropix, Perkin Eimer) nach Angaben des Herstellers, mit auf 33% reduzierten Mengen durchgeführt. Relative Lichteinheiten (RLUs) wurden im Luminometer Lumat LB9501 (Berthold) gemessen und auf RLU/µg Protein im Zelllysat normiert.In order to carry out intramolecular recombination in vivo, approximately 1 × 10 5 cells were sown in 3.5 cm plates. After 24 hours, the circular expression vector was cotransfected, together with the circular superhelical wound substrate plasmid, in a ratio of 3: 1, with the Lipofect Fugene TM 6 (Boehringer Mannheim) according to the manufacturer (2 µg DNA; 3 µl Fugene). To demonstrate the recombination that occurred, either a β-Gal staining or a β-Gal assay was carried out after 72 h, since in the recombined state the lacZ gene can be transcribed directly by the SV40 promoter and thus expressed, which is due to the starting substrate the recombination cassette in between does not work. After fixation of the cells with 0.5% glutaraldehyde, the β-gal staining was carried out by adding the staining solution (5 mM K 4 Fe (Cn 6 ) × 3H 2 O, 5 mM K 3 Fe (Cn 6 ), 2 mM MgCl 2 , 4 mg / ml X-Gal in PBS) and subsequent incubation for 7-8 h at 37 ° C. The number of blue colored cells was determined microscopically. The β-Gal assay was carried out with the aid of the "Galacto Light Kit" (Tropix, Perkin Elmer) according to the manufacturer, with amounts reduced to 33%. Relative light units (RLUs) were measured in the Lumat LB9501 luminometer (Berthold) and standardized to RLU / µg protein in the cell lysate.

Um Rekombination von Wildtyp-γδ-Resolvase nach Topoisomerase I-Inhibition zu analysieren, wurden zunächst 1 × 105 Zellen in 3,5 cm-Platten ausgesäht, und mit 2 µg Expressionsvektor (pPGKγδNLS) transfiziert. Um eine ausreichende Expression der Rekombinase zu gewährleisten, wurden die Zellen 72 h kultiviert, bevor die Zugabe des Topoisomerase-Inhibitors Camptothecin (50 µg/ml) erfolgte. Nach 3-stündiger Inkubation und einem Mediumwechsel wurde eine Cotransfektion von pCH-RNRZ und Expressionsvektor im Verhältnis 1 : 1 durchgeführt. Weitere 72 h später wurde eine β-Gal-Färbung, wie oben beschrieben, durchgeführt.In order to analyze recombination of wild-type γδ resolvase after topoisomerase I inhibition, 1 × 10 5 cells were first sown in 3.5 cm plates and transfected with 2 μg expression vector (pPGKγδNLS). In order to ensure sufficient expression of the recombinase, the cells were cultivated for 72 hours before the addition of the topoisomerase inhibitor camptothecin (50 μg / ml). After 3 hours of incubation and a change of medium, a co-transfection of pCH-RNRZ and expression vector in a ratio of 1: 1 was carried out. Another 72 h later, β-gal staining was performed as described above.

Die Rekombinationsanalyse in den stabilen HeLa-Zellinien (H5) wurde direkt auf DNA-Ebene durchgeführt. Hierzu wurden 5 × 106 Zellen in 10 cm-Platten ausgesäht und nach 24 h mit 14 µg zirkulärem Expressionsvektor und 21 µl FugeneTM6 transfiziert. Nach 72 h wurden die Zellen geerntet, um die genomische DNA über Affinitätschromatographie (QIAamp Blood Kit; Qiagen, Deutschland), nach Angaben des Herstellers zu isolieren.The recombination analysis in the stable HeLa cell lines (H5) was carried out directly at the DNA level. For this purpose, 5 × 10 6 cells were seeded in 10 cm plates and, after 24 h, were transfected with 14 μg circular expression vector and 21 μl Fugene TM 6. After 72 hours, the cells were harvested in order to isolate the genomic DNA via affinity chromatography (QIAamp Blood Kit; Qiagen, Germany), according to the manufacturer.

Mittels PCR wurden ca. 100-400 ng der genomischen DNA amplifiziert, um die durch Resolution verursachte Deletion des Neomycin-Resistenzgens und einer kompletten res nachzuweisen. Hierzu wurden 50 µmol der folgenden Oligonukleotide eingesetzt:
About 100-400 ng of the genomic DNA were amplified by PCR in order to detect the deletion of the neomycin resistance gene and a complete res caused by resolution. 50 µmol of the following oligonucleotides were used for this:

Die Amplifikation erfolgte nach einer ersten Denaturierung bei 94°C (5 min.) mit 34 Zyklen von Denaturierung (94°C, 1 min.), Primerbindung (63°C, 1 min.) und DNA-Synthese (72°C, 2 min.), gefolgt von einem letzten Syntheseschritt für 4 min bei 72°C. The amplification was carried out after a first denaturation at 94 ° C. (5 min.) With 34 cycles of Denaturation (94 ° C, 1 min.), Primer binding (63 ° C, 1 min.) And DNA synthesis (72 ° C, 2 min.), followed by a final synthesis step for 4 min at 72 ° C.  

Die amplifizierten PCR-Produkte wurden durch Agarosegel-Elektrophorese aufgetrennt, das Rekombinationsprodukt wurde eluiert (QIAquick Gel Extraction Kit, Qiagen, Deutschland) und anschließend sequenziert. Um die Reinheit der Negativ-Kontrollen zu demonstrieren wurden die PCR-Produkte mittels Southern Hybridisierung auf eine Nylonmembran übertragen, und mit dem rekombinierten PCR-Produkt als 32P-dATP und 32P-dCTP (Amersham) radioaktiv markierte Sonde hybridisiert. Eine weitere PCR mit den Primern P-SVNeo1 und P-SVNeo2 diente als Nachweis eines möglicherweise auftretenden Inversionsproduktes.The amplified PCR products were separated by agarose gel electrophoresis, the recombination product was eluted (QIAquick Gel Extraction Kit, Qiagen, Germany) and then sequenced. In order to demonstrate the purity of the negative controls, the PCR products were transferred to a nylon membrane by means of Southern hybridization, and hybridized with the recombined PCR product as 32 P-dATP and 32 P-dCTP (Amersham) radiolabelled probe. Another PCR with the primers P-SVNeo1 and P-SVNeo2 served as evidence of a possible inversion product.

4. Western Analyse4. Western analysis

Zelllysate von transient transfizierten Zellen wurden durch Kochen (15 min.) der Zellen in Probenpuffer (New England Biolabs) hergestellt. Die Proteine wurden in einem 12,5%-igen SDS-Polyacrylamidgel nach Molekulargewicht aufgetrennt und über Nacht auf eine Nitrocellulose-Membran (Immobilon P, Millipore) transferiert. Die Membran wurde mit 1%-iger. Blockierlösung (BM Chemiluminescence Western Blotting Kit; Boehringer Mannheim, Deutschland) behandelt und mit polyklonalen Maus-Antikörpern gegen γδ-Resolvase bei einer Verdünnung von 1 : 3000 inkubiert (Antikörper von N. Grindley, USA). Mit den Peroxidase­ gekoppelten sekundären Antikörpern wurde die Position der Resolvase auf der Membran sichtbar gemacht (BM Chemiluminescence Western Blotting Kit; Boehringer Mannnheim, Deutschland). Als Kontrolle fungierte gereinigte γδ-Resolvase. Zum Größenvergleich wurde der kD-Marker (Broad range marker, New England Biolabs) verwendet.Cell lysates from transiently transfected cells were removed by boiling (15 min.) The cells in Sample buffer (New England Biolabs) made. The proteins were in a 12.5% SDS polyacrylamide gel separated by molecular weight and overnight on a Nitrocellulose membrane (Immobilon P, Millipore) transferred. The membrane was 1%. Blocking solution (BM Chemiluminescence Western Blotting Kit; Boehringer Mannheim, Germany) treated and with polyclonal mouse antibodies against γδ-resolvase in one Dilution of 1: 3000 incubated (antibody from N. Grindley, USA). With the peroxidase coupled secondary antibodies was the position of the resolvase on the membrane made visible (BM Chemiluminescence Western Blotting Kit; Boehringer Mannnheim, Germany). Purified γδ resolvase acted as a control. For size comparison, the kD marker (Broad range marker, New England Biolabs) used.

5. Ergebnisse5. Results 5.1 Synthese von Wild-typ und mutanter γδ Resolvase in CHO Zellen5.1 Synthesis of wild-type and mutant γδ resolvase in CHO cells

Um zu testen, ob γδ Resolvase oder eine der Mutanten Rekombination in eukaryotischen Zellen katalysieren kann, war es zunächst notwendig zu demonstrieren, daß die Rekombinase von den Zellen synthetisiert werden kann. Hierfür wurden die eukaryotischen Expressionsvektoren, pPGKγδ und deren Derivate, die das Resolvase Gen bzw. die Gene für die Derivate unter der Kontrolle des PGK-Promoters enthält, eingesetzt. Nach dem Einbringen der Expressionsvektoren in CHO Zellen durch Lipofektion, wurden 72 Stunden später Zelllysate hergestellt und durch eine Western-Analyse untersucht. Der Nachweis der Rekombinase erfolgte mittels polyklonalen Antikörpern der Maus, die gegen Wild-typ γδ Resolvase gerichtet sind. Als Kontrolle wurde pPGKCre, der die Cre Rekombinase des Phagen P1 expremiert, in die Zellen eingebracht. To test whether γδ resolvase or one of the mutant recombination in eukaryotic cells catalyze, it was first necessary to demonstrate that the recombinase from the Cells can be synthesized. For this, the eukaryotic expression vectors, pPGKγδ and their derivatives that the resolvase gene or the genes for the derivatives under the Control of the PGK promoter contains used. After inserting the Expression vectors in CHO cells by lipofection were cell lysates 72 hours later prepared and examined by Western analysis. The recombinase was detected using mouse polyclonal antibodies directed against wild-type γδ resolvase. As Control, pPGKCre, which expresses the Cre recombinase of phage P1, was introduced into the cells brought in.  

Die Ergebnisse zeigen, daß Proteine mit den jeweilig erwarteten Molekulargewichten in den Zellen vorhanden war, die mit den Resolvaseexpressionsvektoren in der Lipofektion behandelt wurden. Dieses Protein war nicht nachweisbar, wenn der Kontrollvektor pPGKCre eingesetzt wurde.The results show that proteins with the expected molecular weights in the Cells were present that were treated with the resolvase expression vectors in lipofection were. This protein was undetectable when the control vector pPGKCre was used has been.

5.2 Resolvase katalysierte intramolekulare Rekombination in CHO und HeLa Zellen5.2 Resolvase-catalyzed intramolecular recombination in CHO and HeLa cells

Die Western-Analyse zeigt, daß, ausgehend von den jeweiligen Expressionsvektoren, das Resolvase Protein bzw. deren jeweilige Derivate in CHO Zellen synthetisiert wird. Um zu testen, welche der verschiedenen Resolvaseproteine die Rekombination zwischen zwei res Sequenzen in CHO Zellen katalysieren können, wurden die Expressionsvektoren jeweils mit dem Rekombinationssubstrat pCH-RNRZ zusammen transient eingeschleust. Die Rekombination führt zur Deletion des DNA Segments vor dem β-Galaktosidase Gen, das dann durch den SV40 Promoter expremiert werden kann. Erfolgreiche Rekombinationsereignisse können demnach durch eine Enzymaktivitätsbestimmung nachgewiesen werden. Es zeigte sich, dass in derartigen Ko-Transfektionsexperimenten alle mutanten Resolvase Proteine, sowohl mit als auch ohne die C-terminale NLS, die Rekombination mit hoher Effizienz durchführen können. Die Wild-typ Resolvase, ob mit oder ohne NLS, ist dagegen inaktiv, d. h. es kann keine Rekombination auf diesem Weg nachgewiesen werden.Western analysis shows that, based on the respective expression vectors, the Resolvase protein or its respective derivatives is synthesized in CHO cells. To test, which of the different resolvase proteins is the recombination between two res sequences can catalyze in CHO cells, the expression vectors were each with the Recombination substrate pCH-RNRZ transiently introduced together. The recombination leads to the deletion of the DNA segment from the β-galactosidase gene, which is then by the SV40 Promoter can be expressed. Successful recombination events can therefore can be detected by an enzyme activity determination. It turned out that in such Co-transfection experiments all mutant resolvase proteins, both with and without the C-terminal NLS that can perform recombination with high efficiency. The wild-type In contrast, resolvase, whether with or without NLS, is inactive; H. there can be no recombination this way.

Um zu testen, ob das Rekombinationssubstrat auch als stabiler Bestandteil des eukaryotischen Genoms von der Resolvase bzw. dessen Derivate rekombiniert werden kann, wurde eine menschliche Reporterzellinie (H5) konstruiert. Diese Zellinie enthält eine Kopie des Substratvektors (pCH-RNRZ) durch nicht homologe Rekombination zufällig im Genom integriert. Dies wurde anhand einer Southern Analyse vorab nachgewiesen. Ca. 72 Stunden nach Einbringen der jeweiligen Expressionsvektoren in die Zellinie H5 wurde genomische DNA isoliert und versucht, die Rekombination über PCR mit den Primern P-SV40prä und P- CHSeqanti und anschließender Southern Analyse nachzuweisen. Das PCR Produkt, welches man mit unrekombiniertem Substrat erhält, ist länger als das nach der Deletion des neo Gens durch Rekombination entstandene, und somit sind beide Produkte in einer Agarose Gelelektrophorese voneinander zu trennen. Die Ergebnisse zeigen, dass Rekombination in Anwesenheit der beiden Resolvasemutanten γδE124Q und γδE102Y, E124Q stattgefunden hat und das eine - vermutlich sehr geringe - Aktivität auch mit Wild-typ γδ Resolvase (ohne NLS) messbar ist.A human reporter cell line (H5) was constructed in order to test whether the recombination substrate can also be recombined from the resolvase or its derivatives as a stable component of the eukaryotic genome. This cell line contains a copy of the substrate vector (pCH-RNRZ) randomly integrated into the genome by non-homologous recombination. This was demonstrated in advance using a Southern analysis. Approximately 72 hours after the introduction of the respective expression vectors into the cell line H5, genomic DNA was isolated and an attempt was made to detect the recombination via PCR with the primers P-SV40prä and P-CHSeqanti and subsequent Southern analysis. The PCR product, which is obtained with unrecombined substrate, is longer than that created after the deletion of the neo gene by recombination, and thus both products can be separated from one another in an agarose gel electrophoresis. The results show that recombination took place in the presence of the two resolvase mutants γδ E124Q and γδ E102Y, E124Q and that one - presumably very low - activity can also be measured with wild-type γδ resolvase (without NLS).

Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass beide γδ Resolvase Mutanten sowohl episomale als auch genomische Substrate rekombinieren können. Ein signifikanter Effekt hinsichtlich der Effizienz der Rekombination durch die am C-terminalen Ende angefügte NLS konnte hierbei nicht festgestellt werden. Eine sehr geringe Aktivität der Wild-typ γδ Resolvase ist nur mit der Zelllinie H5, nicht jedoch in transienten Ko-Transfektionsexperimenten, nachzuweisen. Daraus ergibt sich, dass der topologische Zustand der genomischen bzw. episomalen intrazellulären DNA vorwiegend relaxiert ist, bzw. eine Aktivierung der Wild-typ γδ Resolvase nicht erlaubt.The results so far show that both γδ resolvase mutants are both episomal and can recombine genomic substrates. A significant effect in terms of efficiency the recombination by the NLS attached to the C-terminal end was not possible be determined. A very low activity of the wild-type γδ resolvase is only possible with the Cell line H5, but not in transient co-transfection experiments. Out of it it follows that the topological state of the genomic or episomal intracellular DNA is predominantly relaxed, or activation of the wild-type γδ resolvase is not permitted.

5.3 Aktivierung der Wild-typ γδ Resolvase durch den Topoisomeraseinhibitor Camptothecin5.3 Activation of the wild-type γδ resolvase by the topoisomerase inhibitor Camptothecin

Um zu testen, ob die Wild-typ γδ Resolvase durch das Einwirken des Topoisomeraseinhibitors Camptothecin (CPT), der indirekt den topologischen Zustand intrazellulärer DNA verändert, aktiviert werden kann, wurde der Expressionsvektor pPGKγδ zunächst alleine in HeLa Zelten durch Lipofektion eingeführt. Ca. 72 Stunden danach wurden die Zellen mit CPT behandelt und nach weiteren 3 Stunden der Expressionsvektor zusammen mit dem Substrat pCH-RNRZ in die derart vorbehandelten Zellen, wiederum durch Lipofektion, eingebracht. Nach weiteren 72 Stunden erfolgte die Anfärbung der Zellen durch Behandlung mit X-Gal. Eine Blaufärbung der Zellen zeigt, dass das Enzym β-Galaktosidase in den Zellen expremiert wird, was wiederum auf erfolgreiche Rekombinationsereignisse schliessen läßt. Die Ergebnisse zeigen, dass ohne CPT keine Rekombination durch die Wild-typ γδ Resolvase in HeLa Zellen stattfindet, wogegen durch das Einwirken des CPTs, in allen Experimenten blaue Zellen nachzuweisen sind. In Kontrollexperimenten wurde weiterhin sichergestellt, dass dieser Effekt nicht auf die CPT Behandlung der Zellen per se zurückzuführen ist (nicht gezeigt). Somit kann infolge des Einwirkens eines Topoisomeraseinhibitors auf den topologischen Zustand intrazellulärer DNA die Rekombination durch die Wild-typ γδ Resolvase nachweisbar aktiviert werden. To test whether the wild-type γδ resolvase was exposed to the topoisomerase inhibitor Camptothecin (CPT), which indirectly changes the topological state of intracellular DNA, can be activated, the expression vector pPGKγδ was initially alone in HeLa tents introduced by lipofection. Approx. 72 hours later, the cells were treated with CPT and after a further 3 hours the expression vector together with the substrate pCH-RNRZ in the cells pretreated in this way, again by lipofection. After another 72 The cells were stained for hours by treatment with X-Gal. A blue color of the Cells shows that the enzyme β-galactosidase is expressed in the cells, which in turn successful recombination events. The results show that without CPT no recombination by the wild-type γδ resolvase takes place in HeLa cells, whereas by the action of the CPT, blue cells can be detected in all experiments. In Control experiments also ensured that this effect did not affect CPT Treatment of the cells per se is attributed (not shown). Thus, as a result of Action of a topoisomerase inhibitor on the topological state of intracellular DNA the recombination can be demonstrably activated by the wild-type γδ resolvase.  

SEQUENZPROTOKOLL SEQUENCE LOG

Claims (27)

1. Verfahren zur Sequenz-spezifischen Rekombination von DNA in einer eukaryotischen Zelle, umfassend
  • a) das Einführen in eine Zelle einer ersten DNA-Sequenz,
  • b) das Einführen in eine Zelle einer Kopie der ersten DNA-Sequenz, und
  • c) das Durchführen der Sequenz-spezifischen Rekombination durch Einwirken einer Resolvase.
1. A method for sequence-specific recombination of DNA in a eukaryotic cell, comprising
  • a) introduction into a cell of a first DNA sequence,
  • b) inserting a copy of the first DNA sequence into a cell, and
  • c) performing the sequence-specific recombination by the action of a resolvase.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kopie der ersten DNA-Sequenz in direkter Orientierung auf dem selben DNA-Molekül eingeführt wird.2. The method of claim 1, wherein the copy of the first DNA sequence in direct Orientation on the same DNA molecule is introduced. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste DNA-Sequenz eine res-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 oder deren Derivat oder eine res-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 2 oder deren Derivat umfaßt.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the first DNA sequence is a res sequence according to SEQ ID NO: 1 or its derivative or a res sequence according to SEQ ID NO: 2 or its Derivative includes. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zusätzlich eine zweite DNA-Sequenz umfassend ein Resolvase-Gen in die Zelle eingeführt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in addition a second DNA sequence comprising a resolvase gene is introduced into the cell. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zweite DNA-Sequenz ferner eine regulatorische DNA-Sequenz umfaßt, die eine räumliche und/oder zeitliche Expression des Resolvase-Gens bewirkt.5. The method of claim 4, wherein the second DNA sequence further a regulatory DNA sequence comprising a spatial and / or temporal expression of the resolvase gene causes. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Resolvase eine modifizierte Resolvase ist.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the resolvase is a modified Resolvase is. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Resolvase eine γδ-Resolvase ist.7. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the resolvase is a γδ resolvase. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die γδ-Resolvase eine modifizierte γδ-Resolvase ist.8. The method of claim 7, wherein the γδ resolvase is a modified γδ resolvase. 9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die modifizierte γδ-Resolvase γδ-ResolvaseE124Q oder γδ-ResolvaseE102Y, E124Q ist. 9. The method according to claim 8, wherein the modified γδ-resolvase is γδ-resolvase E124Q or γδ-resolvase E102Y, E124Q . 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste und/oder die Kopie der ersten DNA-Sequenz ferner DNA-Sequenzen umfaßt/umfassen, die eine Integration der ersten und/oder der Kopie der ersten DNA-Sequenz in das Genom der eukaryotischen Zellen mittels homologer Rekombination bewirkt/bewirken.10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the first and / or the copy of the first DNA sequence further comprises DNA sequences that integrate the first and / or the copy of the first DNA sequence into the genome of the eukaryotic cells by means of causes homologous recombination. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste und/oder die Kopie der ersten DNA-Sequenz ferner eine Nukleinsäuresequenz umfaßt/umfassen, die ein Polypeptid von Interesse codiert.11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the first and / or the copy of the first DNA sequence further comprises a nucleic acid sequence comprising a polypeptide of Interest encoded. 12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Polypeptid von Interesse ein Strukturprotein, ein endogenes oder exogenes Enzym, ein regulatorisches Protein oder ein Markerprotein ist.12. The method of claim 10, wherein the polypeptide of interest is a structural protein endogenous or exogenous enzyme, a regulatory protein or a marker protein. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die eukaryotische Zelle eine Säugerzelle ist.13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the eukaryotic cell Is mammalian cell. 14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Säugerzelle eine menschliche Zelle, eine Affen-, Maus-, Ratten-, Kaninchen-, Hamster-, Ziege-, Kuh-, Schaf- oder Schweinezelle ist.14. The method according to claim 13, wherein the mammalian cell is a human cell, a monkey, Mouse, rat, rabbit, hamster, goat, cow, sheep or pig cell. 15. Verwendung einer res-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 oder deren Derivat oder einer res- Sequenz gemäß SEQ ID NO: 2 oder deren Derivat in einer Sequenz-spezifischen Rekombination von DNA in eukaryotischen Zellen.15. Use of a res sequence according to SEQ ID NO: 1 or its derivative or a res- Sequence according to SEQ ID NO: 2 or its derivative in a sequence-specific recombination of DNA in eukaryotic cells. 16. Nukleinsäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 5 oder deren Derivat.16. Nucleic acid sequence according to SEQ ID NO: 5 or its derivative. 17. Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 6 oder deren Derivat.17. Amino acid sequence according to SEQ ID NO: 6 or its derivative. 18. Verwendung der Nukleinsäuresequenz nach Anspruch 16 und/oder der Aminosäuresequenz nach Anspruch 17 zur Verwendung in einer Sequenz-spezifischen Rekombination von DNA in eukaryotischen Zellen.18. Use of the nucleic acid sequence according to claim 16 and / or Amino acid sequence according to claim 17 for use in a sequence specific Recombination of DNA in eukaryotic cells. 19. Verfahren zum Testen von Topoisomeraseinhibitoren in einer eukaryotischen Zelle, umfassend
  • a) das Einführen in eine Zelle einer ersten DNA-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1,
  • b) das Einführen in eine Zelle einer Kopie der ersten DNA-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 in direkter Orientierung,
  • c) das Einführen einer Wild-typ-Resolvase, und
  • d) Zugabe der zu testenden Topoisomeraseinhibitoren.
19. A method for testing topoisomerase inhibitors in a eukaryotic cell, comprising
  • a) introduction into a cell of a first DNA sequence according to SEQ ID NO: 1,
  • b) the introduction into a cell of a copy of the first DNA sequence according to SEQ ID NO: 1 in direct orientation,
  • c) the introduction of a wild-type resol vase, and
  • d) addition of the topoisomerase inhibitors to be tested.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei zusätzlich eine zweite DNA-Sequenz umfassend ein Wiltyp-Resolvase-Gen in die Zelle eingeführt wird.20. The method according to claim 19, wherein additionally comprising a second DNA sequence Will-type resolvase gene is introduced into the cell. 21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zweite DNA-Sequenz ferner eine regulatorische DNA-Sequenz umfaßt, die eine räumliche und/oder zeitliche Expression des Resolvase-Gens bewirkt.21. The method of claim 20, wherein the second DNA sequence further comprises a regulatory DNA sequence comprising a spatial and / or temporal expression of the resolvase gene causes. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die erste und/oder die Kopie der ersten DNA-Sequenz ferner DNA-Sequenzen umfaßt/umfassen, die eine Integration der ersten und/oder der Kopie der ersten DNA-Sequenz in das Genom der eukaryotischen Zellen mittels Rekombination bewirkt/bewirken.22. The method according to any one of claims 19 to 21, wherein the first and / or the copy of the first DNA sequence further comprises DNA sequences that integrate the first and / or the copy of the first DNA sequence into the genome of the eukaryotic cells by means of Recombination causes. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die erste und/oder die Kopie der ersten DNA-Sequenz ferner eine Nukleinsäuresequenz umfaßt/umfassen, die ein Polypeptid von Interesse codiert.23. The method according to any one of claims 19 to 22, wherein the first and / or the copy of the first DNA sequence further comprises a nucleic acid sequence comprising a polypeptide of Interest encoded. 24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Polypeptid von Interesse ein Strukturprotein, ein endogenes oder exogenes Enzym, ein regulatorisches Protein oder ein Markerprotein ist.24. The method of claim 23, wherein the polypeptide of interest is a structural protein endogenous or exogenous enzyme, a regulatory protein or a marker protein. 25. Eukaryotische Zelle, umfassend zwei DNA-Sequenzen gemäß SEQ ID NO: 1 oder SEQ ID NO: 2 und gegebenenfalls ein Resolvase-Gen.25. Eukaryotic cell, comprising two DNA sequences according to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and optionally a resolvase gene. 26. Eukaryotische Zelle nach Anspruch 25, wobei das Resolvase-Gen eine Wildtyp- Resolvase, eine γδ-Resolvase, eine γδ-ResolvaseE124Q oder γδ-ResolvaseE102Y, E124Q codiert.26. The eukaryotic cell according to claim 25, wherein the resolvase gene encodes a wild-type resolvase, a γδ-resolvase, a γδ-resolvase E124Q or γδ-resolvase E102Y, E124Q . 27. Transgener Organismus, umfassend res-Sequenzen gemäß SEQ ID NO: 1 oder SEQ ID NO: 2 und/oder ein Resolvase-Gen gemäß SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5 oder SEQ ID NO: 7 oder deren Derivate.27. Transgenic organism, comprising res sequences according to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and / or a resolvase gene according to SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 7 or their derivatives.
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