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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Antikörper gegen das Spaltprodukt
von Vimentin, ein Verfahren zur Detektion von Apoptose unter Verwendung
dieses Antikörpers,
sowie eine Verwendung für diesen
Antikörper.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Apoptose
ist der Zelltod in mehrzelligen Organismen. Bei Entwicklungsprozessen
erzeugte überschüssige Zellen,
Zellen, die in einem adulten Organismus nicht länger benötigt werden, durch Strahlung
oder chemische Substanzen geschädigte Zellen
oder gefährliche
Zellen, wie etwa Tumorzellen, werden durch Apoptose zum Zelltod
geführt
und somit aus dem Körper
entfernt.
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Caspasen
sind proteolytische Enzyme (Protease), die eine Schlüsselrolle
bei der Apoptose spielen. Die Erforschung der Apoptose hat sich
seit den 1990er Jahren stark ausgedehnt. Einer der Schlüsselfaktoren,
der die Forschung befördert
hat, ist die Identifizierung einer Caspase-Familie von Proteasen, die
bei der Ausführung
der Apoptose beteiligt sind (Thornberry, N. & Lazebnik, Y. (1998) Science, 281, 1312–1316).
Mindestens 10 oder mehr Mitglieder der Caspase-Familie sind in Säugern identifiziert
worden. Es ist auch gezeigt worden, dass Caspasen als inaktive Vorläufer in
normalen Zellen vorliegen. Wenn die Apoptose für eine Zelle, die absterben
soll, eingeleitet wird, so aktiviert sich eine Initiator-Caspase
aus der Caspase-Familie durch begrenzte Proteolyse (Prozessierung)
selbst. Die aktivierte Initiator-Caspase
aktiviert eine andere Caspase, indem sie diese partiell spaltet,
die gespaltene Caspase aktiviert eine weitere Caspase und der Prozess
setzt sich eins nach dem anderen fort. Man nimmt an, dass dieser Mechanismus
der Amplifikations-Kaskade die gesamte Aktivierung bewirkt. Alle
Caspasen spalten die C-terminale Seite eines spezifischen Asparaginsäurerestes
in einem Protein, wobei jedoch die Effizienz der Spaltung eines
jeden Mitglieds der Caspase-Familie
in Abhängigkeit
von den Aminosäuresequenzen nahe
der Spaltstelle variiert.
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Die
durch Stimulierung mittels des anti-Fas-Antikörpers ausgelöste Apoptose
ist die am besten untersuchte Apoptose, von der man annimmt, dass
sie eine zentrale Rolle im adulten Organismus spielt (Nagata, S.
(1997) Cell 88, 355–365).
Caspase-8, die an der Ausführung
der Apoptose beteiligt ist, ist das erste Mitglied der Caspase-Familie,
das nach Stimulierung mit dem anti-Fas-Antikörper in Zellen aktiviert wird
und fungiert somit als Initiator (Boldin, M.P., Goncharov, T.M.,
Goltsev, Y.V. & Wallach, D.
(1996) Cell 85, 803–815;
Muzio, M., Chinnaiyan, A.M., Kishkel, F.C., O'Rourke, K., Shevchenko, A., Ni, J.,
Scaffidi, C., Bretz, J.D., Zhang, M., Gentz, R., Mann, M., Krammer,
P.H., Peter, M.E. & Dixit,
V.M. (1996) Cell, 85, 817–827).
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Es
sind mehrere Verfahren zur Detektion der Aktivierung einer Caspase
verwendet worden, wie etwa 1) Die Detektion der Prozessierung einer
Caspase oder deren Aktivierung unter Verwendung eines Antikörpers, der
eine Caspase erkennt; oder 2) Messen der Proteaseaktivität unter
Verwendung eines Substratanalogons. Ein jedes dieser Verfahren hat jedoch
insofern einen Nachteil, als die Möglichkeit, zwischen Mitgliedern
der Caspase-Familie zu unterscheiden, begrenzt ist. Bei dem Verfahren
nach 1) ist die Herstellung eines spezifischen Antikörpers, der
in der Lage ist, sowohl einen inaktiven Vorläufer als auch einen aktiven
Typ zu erkennen, oft schwierig.
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MORISHIMA
(„Changes
in nuclear morphology during apoptosis correlate with vimentin cleavage
by different caspases located either upstream or downstream of Bcl-2
action", GENES TO
CELLS 1999, Band 4, Seiten 401–414)
beschreibt die Spaltung von Vimentin durch Caspase-8, die an mehreren Stellen
des Proteins, z.B. zwischen Asp259 und Val260, in einem frühen Stadium
der Apoptose erfolgt. Der Nachweis der Vimentin-Spaltung in apoptotischen
Zellen erfolgt mittels Western Blot-Analyse unter Verwendung eines
monoklonalen anti-Vimentin-Antikörpers, der
sowohl mit dem intakten Protein als auch mit dessen gespaltenen
Fragmenten interagiert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antikörper gegen
das Spaltprodukt von Vimentin bereitzustellen, das einen Hauptbestandteil eines
Zytoskelett-Proteins darstellt; ein Verfahren zur Detektion der
Apoptose unter Verwendung dieses Antikörpers bereitzustellen; sowie
weiterhin eine Verwendung für
den Antikörper
bereitzustellen.
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Als
Ergebnis intensiver und ausgedehnter Forschung in Richtung der oben
genannten Zielsetzung haben die Erfinder schließlich herausgefunden, dass
Vimentin in einer apoptotischen Zelle spezifisch durch Caspase-8
gespalten wird, und sie waren erfolgreich darin, einen Antikörper herzustellen,
der in der Lage ist, die spezifische Spaltung von Vimentin zu detektieren.
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Folglich
betrifft die vorliegende Erfindung einen Antikörper oder ein Fragment davon,
der ein N- oder C-terminales Fragment von Vimentin erkennt, wobei
das N-terminale Fragment wenigstens 5 Aminosäurereste von Asp259 bis zu
dem N-Terminus von Vimentin umfasst und wobei das C-terminale Fragment
wenigstens 5 Aminosäurereste
von Val260 bis zu dem C-Terminus
von Vimentin umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Antikörper oder
das Fragment davon mit dem Spaltprodukt von Vimentin, das durch
die Spaltung von intaktem Vimentin zwischen Asp259 und Val260 erhalten
wird, reagiert, aber nicht mit intaktem Vimentin reagiert.
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Das
Spaltprodukt von Vimentin ist ein Spaltprodukt, das durch die Wirkung
von Caspase-8 erhalten wird.
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Der
oben genannte Antikörper
kann entweder ein polyklonaler Antikörper oder ein monoklonaler
Antikörper
sein.
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Vimentin
umfasst die Sequenzen, die als SEQ ID No. 1, SEQ ID No. 2, SEQ ID
No. 3 oder SEQ ID No. 4 angegeben sind.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines monoklonalen Antikörpers
oder eines Fragments davon, der mit einem Spaltprodukt von Vimentin,
das zwischen Asp259 und Val260 gespalten ist, reagiert, aber nicht mit
intaktem Vimentin reagiert, mit den Stufen, in denen man
- (a) durch Immunisierung mit einem antigenen
Polypeptid mit N- oder C-terminalen Fragmenten von Vimentin eine
Immunantwort in einem nicht-menschlichen Säuger auslöst, wobei das N-terminale Fragment
wenigstens 5 Aminosäurereste
von Asp259 bis zu dem N-Terminus von Vimentin umfasst, und wobei
das C-terminale Fragment wenigstens 5 Aminosäurereste von Val260 bis zu
dem C-Terminus von Vimentin umfasst,
- (b) ein Hybridom aus Lymphoidzellen des Wirts herstellt,
- (c) ein Hybridom auswählt,
welches einen monoklonalen Antikörper
produziert, der mit einem Spaltprodukt von Vimentin, aber nicht
mit intaktem Vimentin reagiert, und
- (d) optional den monoklonalen Antikörper zu einem Fragment davon
verarbeitet und
- (e) den Antikörper
oder das Fragment davon gewinnt.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung einen monoklonalen Antikörper oder
ein Fragment davon, der durch das vorstehend genannte Verfahren
erhältlich
ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung
eines polyklonalen Antikörpers,
der mit einem Spaltprodukt von Vimentin, welches zwischen Asp259
und Val260 gespalten ist, reagiert, aber nicht mit intaktem Vimentin
reagiert, mit den Stufen, in denen man
- (a)
durch Immunisierung mit einem antigenen Polypeptid, das N- oder
C-terminale Fragmente von Vimentin umfasst, eine Immunantwort in
einem nicht-menschlichen Säuger
auslöst,
wobei das N-terminale Fragment w nigstens 5 Aminosäurereste
von Asp259 bis zu dem N-Terminus von Vimentin umfasst, und wobei
das C-terminale Fragment wenigstens 5 Aminosäurereste von Val260 bis zu
dem C-Terminus von Vimentin umfasst,
- (b) Antiserum aus dem Blut des nicht-menschlichen Säugerwirtes
gewinnt und
- (c) den Antikörper
oder ein Fragment davon gewinnt.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung einen polyklonalen Antikörper oder
ein Fragment davon, der durch das vorstehend genannte Verfahren erhältlich ist.
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Das
Spaltprodukt von Vimentin wird durch die Wirkung von Caspase-8 erhalten;
dabei umfasst Vimentin die Sequenz, die als SEQ ID No. 1, SEQ ID No.
2, SEQ ID No. 3 oder SEQ ID No. 4 angegeben ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Detektieren
von Caspase-Aktivität in vitro
oder ein Verfahren zum Feststellen von Apoptose in vitro, bei dem
man den oben genannten Antikörper
oder ein Fragment davon mit einem Spaltprodukt von Vimentin reagieren
lässt und
das resultierende Reaktionsprodukt feststellt.
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Außerdem betrifft
die vorliegende Erfindung ein Kit für die Detektion von Apoptose,
welches den oben genannten Antikörper
oder ein Fragment davon umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Detail beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm der Spaltstelle für Caspase in Vimentin.
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Die 2 und 3 zeigen
Photographien einer Western-Blot-Analyse.
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4 zeigt
Photographien indirekter Immunfluoreszenzfärbung von apoptotischen Zellen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Antikörper, der spezifisch das Spaltprodukt
von Vimentin erkennt, jedoch mit dem vollständigen Vimentin (intaktem Vimentin),
einem Substrat einer Caspase (z.B. Caspase-8), die im Anfangsstadium
der Apoptose aktiviert wird, nicht reagiert. Um die Aktivität von Caspasen
festzustellen, haben die vorliegenden Erfinder durch ihr Augenmerk
auf Veränderungen
des Substrats (Vimentin), nicht jedoch der Caspase selbst, einen
Antikörper
produziert, der mit einer Spaltstelle eines Substrats, das von einer
Caspase gespalten wird, reagiert. Daher kann die Aktivierung einer
Caspase nun mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden, und zwar
unabhängig
von dem Probenformat, wie etwa einem Gewebe oder einer Zelle.
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Unter
den Aminosäuresequenzen
des Vimentin-Proteins haben die vorliegenden Erfinder einen Asparaginsäurerest
an einer spezifischen Stelle identifiziert, die durch Caspase-8
gespalten wird. Oligopeptide, die eine Sequenz an der N-terminalen Seite
oder C-terminalen Seite des Asparaginsäurerestes besitzen, wurden
chemisch synthetisiert und dazu verwendet, um ein Kaninchen zu immunisieren. Nach
mehreren Immunisierungen wurde Antiserum gewonnen. Dann wurde ein
Antikörper,
der stark an die zur Immunisierung verwendeten Oligopeptide bindet,
aus dem Antiserum gereinigt. Der gereinigte Antikörper bindet
nicht an intaktes Vimentin-Protein, bindet jedoch spezifisch an
ein durch Caspase-8 gespaltenes Produkt. Durch die Verwendung dieses Antikörpers bei
der Western Blot-Analyse und durch Immunfärbung von Zellen und Geweben
wird die Feststellung der Aktivierung von Caspase-8 möglich, indem
das Vimentin entweder in vitro, in einer Gewebeprobe oder in einer
Zellprobe gespalten wird.
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Der
Begriff „Antikörper" stellt bei der vorliegenden
Erfindung das vollständige
Antikörpermolekül oder dessen
Fragmente (z.B. Fab- oder F(ab')2-Fragment) dar, das an das Spaltprodukt
von Vimentin als einem Antigen binden kann. Der Antikörper dieser
Erfindung kann ein polyklonaler oder monoklonaler Antikörper sein.
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Antikörper der
vorliegenden Erfindung können
mittels verschiedener Verfahren hergestellt werden. Derartige Herstellungsverfahren
für Antikörper sind
in der Technik bekannt (z.B. siehe Harlow E. & Lane D., Antibody, Cold Spring Harbor
Laboratory Press (1988)).
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1 Herstellung von Antikörpern, die
mit Spaltprodukten von Vimentin reagieren.
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(1)
Herstellen der Antigene: Vimentin, auf das Caspasen einwirken, ist
ein Intermediärfilament-Protein,
das charakteristisch ist für
mesenchymale Zellen, wie etwa Fibroblasten und Leukozyten.
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1 ist
ein Schema, das eine Stelle eines Intermediärfilament-Proteins, Vimentin,
zeigt, die von einer Caspase gespalten werden soll, wenn Apoptose
durch Behandlung mit anti-Fas-Antikörper eingeleitet
wird. Bei der vorliegenden Erfindung verwendete Caspasen beinhalten
Caspase-8. Caspase-8 erkennt und schneidet die C-terminale Seite
von Asp-259 einer Aminosäuresequenz
von Vimentin im Menschen oder in der Maus (SEQ ID NO:3 für den Menschen,
SEQ ID NO:4 für
die Maus). Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
zwei Typen von Antikörpern
gegen Vimentin-Protein oder Vimentin-Peptid, das durch Caspase-8
zwischen Asp-259 und Val-260 geschnitten wird, hergestellt werden:
ein Antikörper,
der das resultierende N-terminale Fragment erkennt (als V1-Antikörper bezeichnet)
und ein Antikörper,
der das resultierende C-terminale Fragment erkennt (als V2-Antikörper bezeichnet)
(siehe 1).
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Wenn
der V1-Antikörper
hergestellt wird, kann ein Protein- oder Peptidfragment, umfassend maximal
259 Aminosäurereste,
bevorzugt 6 Aminosäurereste,
oder bevorzugter 5 Aminosäurereste, von
Asp-259 bis zum 1. Met am N-Terminus, bezogen auf eine Aminosäuresequenz
gemäß Darstellung
in SEQ ID NO: 3 oder 4, als Antigen verwendet werden. Wenn der V2-Antikörper hergestellt
wird, kann entsprechend ein Protein- oder Peptidfragment, umfassend
maximal 207 Aminosäurereste,
bevorzugt 6 Aminosäurereste,
bevorzugter 5 Aminosäurereste,
von Val-260 bis Glu-466 am C-Terminus, bezogen auf eine Aminosäuresequenz
gemäß Darstellung
in SEQ ID NO: 3 oder 4, als Antigen verwendet werden. Um die Antigenizität weiter
zu verbessern, unterzieht man jedes der obigen Protein-oder Peptid-Fragmente
bevorzugt einer Kupplungsreaktion an dem anderen Terminus als demjenigen,
der aus der Caspase-Spaltung resultiert. Zur Erleichterung der Kupplungsreaktion
ist es bevorzugt, dass ein Cys-Rest an den Protein- oder Peptid-Terminus
gebunden wird.
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(2) Herstellung von monoklonalen
Antikörpern
gegen Spaltprodukte von Vimentin
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(i) Gewinnung Antikörper-produzierender
Zellen
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Proteine
oder Peptide, wie in (1) hergestellt, werden Säugern, wie etwa Ratte, Maus
oder Kaninchen, als Antigene verabreicht. Wenn kein Adjuvans eingesetzt
wird, wird eine Dosierung von 0,1 bis 100 mg des Antigens pro Tier
verwendet, wenn ein Adjuvans eingesetzt wird, liegt die Dosis des
Antigens bei 1 bis 100 μg.
Die Adjuvantien beinhalten Freunds vollständiges Adjuvans (FCA), Freunds
unvollständiges
Adjuvans (FIA) und Aluminiumhydroxid-Adjuvans. Die Immunisierung
wird hauptsächlich
mittels intravenöser,
subkutaner oder intraperitonealer Injektion durchgeführt. Darüber hinaus
sind die Intervalle der Immunisierung nicht spezifisch begrenzt.
Die Immunisierung wird 1- bis 10-mal durchgeführt, bevorzugt 2- bis 5-mal,
in Intervallen von mehreren Tagen bis mehreren Wochen, bevorzugt
in Intervallen von 2 bis 5 Wochen. Ein bis 60 Tage, bevorzugt 1
bis 14 Tage, nach der letzten Immunisierung werden die Antikörper-produzierenden
Zellen gewonnen. Beispiele für
Antikörper-produzierende
Zellen beinhalten Milzzellen, Lymphknotenzellen, periphere Blutzellen,
bevorzugt Milzzellen oder lokale Lymphknotenzellen.
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(ii) Zellfusion
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Die
Antikörper-produzierenden
Zellen werden mit Myelomazellen fusioniert, um Hybridome zu erhalten.
Myelomazellen zur Fusion mit den Antikörper-produzierenden Zellen
können
allgemein erhältliche,
etablierte Zelllinien von Tieren, wie etwa der Maus, beinhalten.
Bevorzugt besitzen die hier verwendeten, etablierten Zelllinien
Wirkstoff-Selektivität und
können
im unfusionierten Zustand nicht in HAT-Selektionsmedium überleben,
das Hypoxanthin, Aminopterin und Thymidin enthält, sondern können darin
nur überleben,
wenn sie mit den Antikörper-produzierenden
Zellen fusioniert werden. Spezifische Beispiele für Myelomazellen
beinhalten Maus-Myelomazelllinien, wie etwa X63Ag.8.653, NSI/1-Ag4-1 und
NS0/1; sowie Ratten-Myelomazelllinien, wie etwa YB 2/0.
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Im
nächsten
Schritt werden die Myelomazellen mit den Antikörper-produzierenden Zellen
fusioniert. Kurz dargestellt, werden 1 × 106 bis
1 × 107 Zellen/ml an Antikörper-produzierenden Zellen
mit 2 × 105 bis 2 × 106 Zellen/ml an Myelomazellen in einem tierischen
Zellkulturmedium, wie etwa Serum-freiem DMEM oder RPMI-1640, gemischt.
Bevorzugte Zellverhältnisse
der Antikörper-produzierenden
Zellen zu den Myelomazellen sind 2:1 bis 3:1. Dann wird die Fusionsreaktion
in Gegenwart eines Zellfusions-Promotors durchgeführt. Der
Zellfusions-Promotor
ist z.B. Polyethylenglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von 1.000 bis 6.000 Dalton. Weiterhin kann eine kommerziell erhältliche
Zellfusionsvorrichtung, die eine Stimulation über elektrische Pulse verwendet,
z.B. Elektroporation, verwendet werden, um die Antikörper-produzierenden
Zellen mit den Myelomazellen zu fusionieren.
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(iii) Selektion und Klonierung
der Hybridome
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Hybridome
von Interesse werden aus den fusionierten Zellen selektiert. Zuerst
wird die Zellsuspension mit einem Medium, wie etwa RPMI-1640, enthaltend
fetales Kälberserum,
in geeigneter Weise verdünnt,
dann werden etwa 3 × 105 Zellen/Well in die Wells einer Mikrotiterplatte
gegeben, es wird Selektionsmedium zu jedem Well hinzu gegeben, und die
Zellen werden kultiviert, wobei das Selektionsmedium in geeigneter
Weise erneuert wird. Zellen, die etwa 14 Tage nach dem Start der
Kulturen in Selektionsmedium wachsen, können als Hybridome gewonnen
werden.
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Dann
werden die Überstände der
Hybridomazell-Kulturen mittels Durchtestens auf die Anwesenheit
eines Antikörpers,
der mit dem Spaltprodukt von Vimentin reagiert, überprüft. Das Durchtesten der Hybridome
kann mittels eines beliebigen konventionellen Verfahrens durchgeführt werden
und ist nicht in besonderer Weise eingeschränkt. Beispielsweise kann ein
Teil des Kulturüberstandes,
der sich in einer Probenvertiefung befindet, in dem ein Hybridom
herangewachsen ist, gesammelt und unter Verwendung eines Enzym-Immunoassays
oder eines Radioimmunoassays einem solchen Test unterzogen werden.
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Die
Klonierung der fusionierten Zellen wird mittels des Verfahrens der
begrenzenden Verdünnung
oder dergleichen durchgeführt.
Schließlich
werden die Hybridome, die Zellen darstellen, die monoklonale Antikörper produzieren,
die mit dem Spaltprodukt von Vimentin reagieren, jedoch nicht mit
intaktem Vimentin reagieren, etabliert.
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(iv) Gewinnung monoklonaler
Antikörper
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Monoklonale
Antikörper
können
unter Verwendung konventioneller Verfahren, wie etwa einem Zellkultur-Verfahren
und einem Verfahren der Aszites-Bildung, aus etablierten Hybridomen
gewonnen werden.
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Bei
dem Zellkultur-Verfahren lässt
man Hybridome in Kulturmedium für
tierische Zellen, wie etwa RPMI-1640 oder MEM-Medium mit 10% fetalem
Kälberserum
oder Serum-freiem Medium, unter konventionellen Kulturbedingungen
(z.B. bei 37°C
und 5% CO2) für 7 bis 14 Tage wachsen. Die
Antikörper
werden dann aus den Kulturüberständen gewonnen.
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Bei
dem Verfahren der Aszites-Bildung werden etwa 1 × 107 Zellen
von Hybridomen intraperitoneal Tieren derselben Säugerspezies
verabreicht, wie derjenigen, von der die Myelomazellen abgeleitet wurden,
sodass eine große
Anzahl an Hybridomen heranwächst.
Nach 1 bis 2 Wochen wird Bauchhöhlenflüssigkeit
abgenommen.
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Wenn
bei den oben beschriebenen Gewinnungsverfahren eine Reinigung der
Antikörper
erforderlich ist, so können
die Antikörper
mittels bekannter Verfahren, wie etwa einem Ammoniumsulfat-Verfahren,
Ionenaustauschchromatographie, Gelfiltration und Affinitätschromatographie,
gereinigt werden. Diese Verfahren können unabhängig voneinander oder in Kombination
verwendet werden.
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(3) Herstellung polyklonaler
Antikörper
gegen das Spaltprodukt von Vimentin
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Antigene,
die gemäß obiger
Beschreibung hergestellt wurden, werden Säugern, wie etwa Ratte, Maus
und Kaninchen, verabreicht. Wenn kein Adjuvans eingesetzt wird,
wird eine Dosierung von 0,1 bis 100 mg des Antigens pro Tier verwendet,
wenn Adjuvans eingesetzt wird, liegt die Dosis des Antigens bei 10
bis 1000 μg.
Die bei dieser Erfindung verwendeten Adjuvantien beinhalten Freunds
vollständiges
Adjuvans (FCA), Freunds unvollständiges
Adjuvans (FIA) und Aluminiumhydroxid-Adjuvans. Die Immunisierung
wird hauptsächlich
mittels intravenöser,
subkutaner oder intraperitonealer Injektion durchgeführt. Die
Intervalle der Immunisierung sind nicht spezifisch festgelegt. Die
Immunisierung wird 1- bis 10-mal durchgeführt, bevorzugt 2- bis 5-mal,
in Intervallen von wenigen Tagen bis wenigen Wochen, bevorzugt in
Intervallen von 2 bis 5 Wochen. Sechs bis 60 Tage nach der letzten
Immunisierung wird der Antikörpertiter
unter Verwendung von ELISA (Enzym-gekoppelter Immunosorptions-Assay), EIA (Enzym-Immunoassay)
oder RIA (Radioimmunoassay) gemessen. An dem Tag, an dem sich ein
maximaler Antikörpertiter zeigt,
wird Blut abgenommen, um Antiserum zu erhalten.
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Nachfolgend
wird die Reaktivität
der polyklonalen Antikörper
im Antiserum gegen das Spaltprodukt von Vimentin mittels ELISA gemessen.
Es werden polyklonale Antikörper
selektiert, die eine starke Reaktivität gegen das Spaltprodukt von
Vimentin zeigen, jedoch keine Reaktivität gegenüber intaktem Vimentin zeigen.
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Beispielsweise
werden die polyklonalen Antikörper
im Anti-Serum auf eine Affinitätssäule aufgetragen,
an der das Spaltprodukt von Vimentin fixiert ist, wodurch Antikörper (als
an der Säule
adsorbierte Fraktion) gewonnen werden, die mit dem Spaltprodukt
von Vimentin reagieren. Dann werden die resultierenden Antikörper auf
eine Affinitätssäule aufgebracht,
an der intaktes Vimentin fixiert ist, wodurch Antikörper gewonnen
werden, die keine Adsorption zeigen, sondern durchfließen. Zum
Schluss werden die erhaltenen Antikörper ELISA unterworfen, um
zu bestätigen,
dass sie mit dem Spaltprodukt von Vimentin, jedoch nicht mit intaktem
Vimentin reagieren.
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2. Verfahren
zur Detektion von Apoptose
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Der
obige Antikörper
kann verwendet werden, um gemäß der vorliegenden
Erfindung das Spaltprodukt von Vimentin zu detektieren (z.B. zu quantifizieren).
Beispielsweise kann eine Probe, die das Spaltprodukt von Vimentin
enthält,
mit dem monoklonalen oder polyklonalen Antikörper der vorliegenden Erfindung
inkubiert werden, gefolgt von einem Anti-Maus-IgG-Antikörper, der
mit einem Enzym, wie etwa Meerrettich-Peroxidase (HRP), markiert
ist. Die Menge des Spaltprodukts von Vimentin in der Probe kann
durch Messen der Intensität
der während
der Enzymreaktion gebildeten Farbe mittels einer Messvorrichtung
bestimmt werden. Der gemessene Wert kann als ein Indikator für die Bestimmung der
Caspase-Aktivität
verwendet werden. Ein höherer
gemessener Wert entspricht einer gesteigerten Caspase-Aktivität, was anzeigt,
dass die Apoptose der Testzelle fortgeschritten ist.
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Der
Antikörper
der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet werden, um Apoptose
durch Umsetzen des Antikörpers
mit Zellen in einer biologischen Probe zu detektieren. Beispielsweise
kann die zu untersuchende Probe mit dem obigen Antikörper inkubiert
werden. Das in der Probe vorliegende Spaltprodukt von Vimentin kann
detektiert und quantifiziert werden, indem ein Anti-Maus-IgG-Antikörper, der
mit Meerrettich-Peroxidase (HRP) markiert ist, gemäß konventioneller
Verfahren verwendet wird.
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Ein
Messwert, der größer als
die Negativkontrolle ist, zeigt eine höhere Aktivität der Caspase
an. Im Gegensatz dazu zeigt ein Messwert, der geringer als eine
Positivkontrolle ist, eine niedrigere Caspase-Aktivität an. Diese
Messwerte können
als Daten zur Bestimmung des Fortschreitens der Apoptose verwendet
werden. Beispielsweise können
sie als Indikatoren für
das Fortschreiten von Autoimmunerkrankungen, wie etwa von systemischem
Lupus erythematodes (SLE), autoimmuner hämolytischer Anämie und
Basedow-Erkrankung oder des erworbenen Immunschwächesyndroms (AIDS) verwendet
werden.
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3. Reagenz, das den Antikörper der
vorliegenden Erfindung enthält
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Der
Antikörper
gegen das Spaltprodukt von Vimentin kann gemäß der vorliegenden Erfindung
für verschiedene
Reagenzien verwendet werden. Wenn der Antikörper beispielsweise als Reagenz
zur Detektion des Spaltprodukts von Vimentin verwendet wird, so
kann die Detektion unter Verwendung der in Abschnitt 2 oben dargestellten
Prozedur durchgeführt
werden. Das Reagenz gemäß der vorliegenden Erfindung
kann beispielsweise einen Anti-Maus-IgG-Antikörper enthalten,
der mit HRP markiert ist, einen mit HRP markierten Anti-Kaninchen-IgG-Antikörper, ein
Substrat für
HRP und einen Puffer, und ebenso den oben genannten Antikörper.
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Alternativ,
wenn der Antikörper
der vorliegenden Erfindung als Reagenz für die immunhistochemische Färbung verwendet
wird, so kann die Detektion gemäß eines
konventionellen Verfahrens für
immunhistochemische Färbung
durchgeführt
werden. In diesem Fall kann das Reagenz gemäß der vorliegenden Erfindung
z.B. einen mit HRP markierten Anti-Maus-IgG-Antikörper, einen fluoreszenzmarkierten Anti-Maus-IgG-Antikörper, ein
Substrat für
HRP und einen Puffer, sowie den oben genannten Antikörper enthalten.
Beispielsweise können
verschiedene mikroskopische Gewebeschnitte, die aus einer Biopsie eines
SLE-Patienten stammen, mittels konventioneller Verfahren hergestellt
werden, um mit dem Antikörper
der vorliegenden Erfindung zu reagieren. Diese Schnitte können mit
einem Anti-Maus-IgG-Antikörper, markiert
mit Meerrettich-Peroxidase (HRP), als sekundärem Antikörper inkubiert werden, und
dann mit einem Substrat wie 3,3'-Diaminobenzidin
behandelt werden, um braune Farbe zu entwickeln. Die in den Schnitten
aufgefundenen braunen Bereiche zeigen an, dass eine Caspase in diesem
Gebiet aktiv geworden ist.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter erläutert. Diese
Beispiele dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht
als Einschränkung
des Schutzbereichs der Erfindung zu verstehen.
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Beispiel 1: Herstellung
von Antikörpern
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(a) Materialien
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Die
zur Immunisierung verwendeten Peptide wurden von der Biologica Co.
(Nagoya, Japan) bezogen. Aktiviertes Hämocyanin („Imject Maleimide-KLH") wurde von Pierce
(Rockford, IL, USA) bezogen. FMP-aktiviertes Cellulofine wurde von
der Seikagaku Corp. (Tokyo, Japan) bezogen. Andere biochemische
Reagenzien wurden von Sigma-Aldrich Japan (Tokyo, Japan) bezogen.
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(b) Kupplung der chemisch
synthetisierten Peptide an Trägerproteine
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Die
synthetisierten Peptide (2 mg) wurden in Dulbeccos Phosphatpuffer
(hier im folgenden als PBS bezeichnet; Harlow E. & Lane, D. (1988) „Antibody", Cold Spring Harbor
Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, USA) gelöst. Diese
Peptide besitzen die folgenden Sequenzen: Cys-Gln-Ile-Asp-Val-Asp
(SEQ ID NO: 1; bezeichnet als Sequenz V1) bzw. Val-Ser-Lys-Pro-Asp-Cys (SEQ ID NO:2;
bezeichnet als Sequenz V2).
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Die
Sequenzen V1 und V2 entsprechen den fünf Aminosäureresten, die sich unmittelbar
N-terminal bzw. C-terminal zu der Spaltstelle von Caspase-8 in dem
Vimentin-Protein befinden, und die jeweils einen Cys-Rest für die Kupplungsreaktion
an den anderen Terminus besitzen, der nicht an der Spaltstelle von
Caspase-8 liegt (1). Die Sequenzen V1 und V2
wurden in 400 μl
bzw. 200 μl
PBS gelöst.
Jede Lösung
wurde mit 200 μl
an aktiviertem Hämocyanin (Imject
Maleimide-KLH) gemischt, um die Kupplungsreaktion zu starten. Jedes
Reaktionsgemisch wurde bei Raumtemperatur behutsam für 2,5 Stunden
rotiert. Das Reaktionsprodukt wurde bei 4°C gegen PBS dialysiert, um nicht-umgesetzte
Peptide zu entfernen. Das resultierende Peptid-Träger-Konjugat wurde
mit PBS auf ein Endvolumen von 5 ml verdünnt.
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(c) Immunisierung
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Das
obige Peptid-Träger-Konjugat
wurde gründlich
mit Freunds Adjuvans (Harlow E. & Lane, D.
(1988) „Antibody", Cold Spring Harbor
Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, USA) gemischt und zur
Immunisierung einem weißen
Neuseeland-Kaninchen subkutan injiziert. Es wurde ein Peptid-Träger-Konjugat
verwendet, das pro Injektion 400 μg
des Peptids enthielt. Das Kaninchen wurde 4mal, an den Tagen 1,
9, 22 und 31, immunisiert. Das im Kreislauf befindliche Blut wurde
8 Tage nach der letzten Immunisierung gesammelt, um mittels konventioneller
Verfahren Antiserum herzustellen.
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(d) Vorbereitung der Affinitätssäule zur
Reinigung spezifischer Antikörper
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Man
ließ 0,3
g an aktiviertem Harz (FMP-aktiviertes Cellulofine) in destilliertem
Wasser (50 ml) quellen und füllte
das Harz dann in eine Econo-Säule (Bio-Rad,
Hercules, CA, USA). Das Harz in der Säule wurde dann mit 10 ml destilliertem
Wasser weiter gewaschen. Ein Milligramm des synthetisierten Peptids (Sequenz
V1 oder V2) wurde in 10 ml Kupplungspuffer (50 mM Na2CO3/NaHCO3, pH 8,5)
gelöst
und mit dem Harz in der Säule
gemischt, um die Kupplungsreaktion zu starten. Die Kupplungsreaktion
lief über Nacht
bei 4°C
unter Rotation weiter. Das Harz wurde mit 20 ml Blockierungspuffer
(50 mM Tris-HCl, pH 8,0, 0,1 M Monoethanolamin) bei Raumtemperatur und
unter Rotation für
4 Stunden weiter inkubiert, um nicht umgesetztes Harz zu blocken.
Im folgenden wurden die nicht umgesetzten Peptide mittels sequenziellen
Waschens mit den folgenden Lösungen entfernt
(jeweils 20 ml): 1) destilliertes Wasser; 2) 0,1M Gly-HCl (pH 2,5);
3) destilliertes Wasser; 4) Waschpuffer (20 mM Tris-HCl, pH 7,5,
1M NaCl, 1 % Triton X-100) und 5) destilliertes Wasser.
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Die
vorbereitete Affinitätssäule wurde
unmittelbar vor ihrem Einsatz zur Affinitätsreinigung mit 10 ml Elutionspuffer
(0,1 M Gly-HCl; pH 2,5), 10 ml destilliertem Wasser, gefolgt von
20 ml TBS (20 mM Tris-HCl, pH 7,5, 0,15 M NaCl), gewaschen.
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(e) Affinitätsreinigung
spezifischer Antikörper
aus Antiseren
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Das
Antiserum (3 ml für
Sequenz V1, 6 ml für Sequenz
V2) wurde auf die obige Säule
geladen und darin gut mit dem Affinitätsharz gemischt. Man ließ die Säule für 1 Stunde
bei Raumtemperatur stehen, um das Binden des Antikörpers an
das Harz zu bewirken. Um unspezifisch gebundene Proteine zu entfernen,
wurde die Säule
nacheinander mit den folgenden Lösungen
gewaschen: 1) 10 ml TBS; 2) 30 ml Waschpuffer (siehe oben); 3) 30
ml TBS und 4) 10 ml an 0,15 M NaCl. Die spezifischen Antikörper wurden
mit 4 ml Elutionspuffer (siehe oben) eluiert. Die von der Säule eluierte
Proteinfraktion wurde unverzüglich
mit 1 M Tris (0,2 ml) auf Eis gemischt, um ihren pH in einen neutralen
Bereich zu bringen.
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Schließlich wurden
4 ml an anti-V1-Antikörper
(2,75 mg/ml) bzw. anti-V2-Antikörper
(0,15 mg/ml) erhalten. Die gereinigten Antikörper wurden auf Aliquots aufgeteilt
und bei –20°C gefroren
gelagert.
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Beispiel 2: Western Blot-Analyse
unter Verwendung spezifischer Antikörper
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Die
humane T-Zelllinie Jurkat oder SKW6.4 (4 × 105 Zellen/ml)
wurden durch Behandlung mit 200 ng/ml anti-Fas-Antikörper (Medical & Biological Laboratories
Co., Ltd., Nagoya, Japan) dazu veranlasst, Apoptose durchzumachen.
Die Behandlung wurde für
0 bis maximal 8 Stunden fortgesetzt. Die Zellen Qeweils 2 × 106) wurden durch Zentrifugation (1.000 rpm/min,
5 min) gesammelt und dann in PBS suspendiert. Die Zellen wurden
erneut gemäß den oben
definierten Bedingungen zentrifugiert, um Kulturmedium in der Probe
zu entfernen. Jede Zellprobe wurde für 20 Sekunden in 40 μl Probenpuffer
(62,5 mM Tris-HCl, pH 6,8, 6M Harnstoff, 2% Natriumdodecylsulfat
(SDS), 10% Glycerin, 0,003% Bromphenolblau) für die SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese mit
Ultraschall aufgeschlossen. Die Proteine in jeder Zelllysat-Probe
wurden mittels 12% Polyacrylamid-Gelelektrophorese (Laemmli, U.K.
(1970) Nature, 227, 680–685)
aufgetrennt und unter Verwendung einer Transfer-Vorrichtung für halbtrockene Blots
(„Semidry
Blot transfer device";
Nihon EIDO, Tokyo, Japan) auf eine Nitrozellulosemembran überführt, um
Western Blots herzustellen.
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Die
Western Blots wurden durch das Enzym-Chemilumineszenz-Markierungsverfahren (ECL)
(Harlow E. & Lane,
D. (1988) „Antibody", Cold Spring Harbor
Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, USA) immunologisch angefärbt. Als
primärer
Antikörper
diente ein kommerziell erhältlicher
anti-Vimentin-Antikörper,
V9 (8.8 μg/ml,
Sigma-Aldrich Japan, Tokyo, Japan) oder der anti-V1- oder anti-V2-Antikörper (0,2 μg/ml). Der
sekundäre
Antikörper
war ein anti-Maus oder anti-Kaninchen-IgG-Antikörper, der mit Meerrettich-Peroxidase
markiert war (1000-fache Verdünnung,
Cappel, Durham, NC, USA). Nach der Inkubation mit dem sekundären Antikörper wurden
die Western Blots unter Verwendung des ECL-Plus-Kits (Amersham Japan,
Tokyo, Japan) sichtbar gemacht. Die Immunanfärbung erfolgte nach Herstelleranweisungen.
Die Ergebnisse sind in den 2 und 3 dargestellt.
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2 zeigt
Western Blots des Lysats von Jurkat-Zellen, die mit dem anti-Fas-Antikörper behandelt
worden waren. Nach der Elektrophorese wurden die Blots mit dem anti-Vimentin-Antikörper (V9)
immunologisch angefärbt.
Bei der Behandlung mit dem anti-Fas-Antikörper für mehrere Stunden spalteten
Caspasen Vimentin (58 kDa) an maximal drei Stellen in Fragmente
verschiedener Größe.
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Wenn
das Lysat der Zellen, die die Apoptose durchlaufen, unter Verwendung
des anti-V1- oder
anti-V2-Antikörpers
der Western Blot-Analyse unterzogen wird, so färbten diese Antikörper nur
Vimentin-Fragmente, die durch Spaltung der Sequenz Ile-Asp-Val-Asp
erzeugt worden waren, in spezifischer Weise (3). Der
anti-V1-Antikörper
detektierte 30 kDa- und 19,5 kDa-Fragmente,
während
der anti-V2-Antikörper
27 kDa- und 21 kDa-Fragmente detektierte, da weitere Caspasen eine
weitere Fragmentierung verursachten, die weitgehend gleichzeitig
mit oder nach der Spaltung durch Caspase-8 erfolgte. Andererseits
reagierten weder der anti-V1- noch
der anti-V2-Antikörper
mit intaktem Vimentin (58 kDa), das nicht gespalten worden war (siehe 3,
Spur bei 0 Stunden). Somit zeigt 3, dass der
Antikörper
der vorliegenden Erfindung nur Vimentin-Fragmente erkennt, die in
Zellen zu finden sind, die Apoptose durchmachen.
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Beispiel 3: Indirekte
Immunfluoreszenzfärbung
apoptotischer Zellen mit spezifischen Antikörpern
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Die
humane T-Zelllinie Jurkat (4 × 105 Zellen/ml) wurde durch Behandlung mit 200
ng/ml anti-Fas-Antikörper
(Medical & Biological
Laboratories Co., Ltd., Nagoya, Japan) dazu angeregt, Apoptose durchzumachen.
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Nach
der 6-stündigen
Behandlung wurden die Zellen (1,5 × 106)
durch Zentrifugation (1.000 rpm/min, 5 min) gesammelt und dann in
PBS suspendiert. Die Zellen wurden erneut unter denselben, oben
definierten Bedingungen zentrifugiert, um das Kulturmedium in der
Probe zu entfernen.
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Die
gesammelten Zellen wurden in kaltem Methanol bei –20°C für 2 min
fixiert. Die fixierten Zellen wurden mit PBS gewaschen und einer
indirekten Immunfluoreszenzfärbung
(Harlow E. & Lane,
D. (1988) „Antibody", Cold Spring Harbor
Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, USA) unterzogen. Zuerst
wurden die Zellen bei Raumtemperatur für 1 Stunde mit dem anti-V1-
oder anti-V2-Antikörper
(0,2 μg/ml
in PBS, enthaltend 3% Rinderserum-Albumin) inkubiert und dann mit
PBS gewaschen, um ungebundene Antikörper zu entfernen. Im nächsten Schritt
wurde ein fluoreszenzmarkierter anti-Kaninchen-IgG-Antikörper (Alexa
448, Molecular Probes, Eugene, Oregon, USA) als sekundärer Antikörper verwendet,
der 500-fach verdünnt
war und den obigen Zellen für
eine 30-minütige
Inkubation bei Raumtemperatur zugegeben wurde. Die Zellen wurden
mit PBS gewaschen, um ungebundenen sekundären Antikörper zu entfernen. Das PBS
enthielt ein DNA-anfärbendes
Reagenz, DAPI (0,1 μg/ml,
Sigma-Aldrich), um die Chromosomen im Zellkern sichtbar zu machen.
Die Zellen wurden dann mittels des Fluoreszenz-Mikroskops IX70 (Olympus
Optical Co., Ltd., Tokyo, Japan) überprüft.
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Die
Ergebnisse sind in 4 dargestellt. 4 zeigt
eine Photographie der Zellen, die mittels des anti-V2-Antikörpers fluoreszenzgefärbt wurden. Die
apoptotischen Zellen konnten durch Kondensation und Fragmentierung
ihrer Zellkerne identifiziert werden, wenn das Sichtbarmachen unter
Verwendung von DAPI (siehe kleine Pfeile in 4) erfolgte. Es
wurde beobachtet, dass der anti-V2-Antikörper spezifisch nur solche
Zellen anfärbt,
die die Apoptose durchlaufen. Zellen, die keine Apoptose durchmachen
(siehe große
Pfeile in 4) werden nicht durch den anti-V2-Antikörper angefärbt. Als
Kontrolle wurden Jurkat-Zellen, die nicht mit dem anti-Fas-Antikörper behandelt
worden waren, in entsprechender Weise geprüft, was zeigte, dass keine
dieser Zellen durch den anti-V2-Antikörper angefärbt wurde.
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Es
wurde gezeigt, dass der Antikörper
der vorliegenden Erfindung nur mit dem Spaltprodukt von Vimentin,
jedoch nicht mit intaktem Vimentin, reagiert.
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Die
vorliegende Erfindung kann die Detektion der tatsächlichen
Spaltung von Substraten durch Caspasen erreichen, und zwar unabhängig vom
Probenformat, wie etwa Protein, Zelle oder Gewebe. Somit erlaubt
es einem die vorliegende Erfindung 1) die Umwandlung von Caspase-8
von ihrem Vorläufer
in ihre aktive Form zu überwachen;
2) festzustellen, dass die aktive Form von Caspase-8 tatsächlich an ihrem
Ort in der Zelle ihre Funktion ausübt; und 3) selektiv die Zellen
in Zellpopulationen zu unterscheiden, in denen Caspase-8 aktiv geworden
ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt den Antikörper bereit, der mit dem Spaltprodukt
von Vimentin reagiert, nicht jedoch mit intaktem Vimentin. Durch
die Verwendung des Antikörpers
der vorliegenden Erfindung kann die Initiator-Caspase, die in aktiver
Form vorliegt und Proteine spaltet, identifiziert werden, indem
man das Spaltprodukt von Vimentin detektiert.
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Vimentin
wird während
der Entwicklung in verschiedenen Geweben hochgradig exprimiert. Ebenso
wird eine gesteigerte Expression von Vimentin oft beobachtet, wenn
das Gewebe krebsartig wird. Dementsprechend kann der Antikörper der
vorliegenden Erfindung ein nützliches
Reagenz zur Überprüfung der
Caspase-Aktivität
in sich entwickelnden Geweben oder Krebszellen sein, ebenso zur
Detektion von Apoptose oder zur Entscheidung über Behandlungspläne für mit Apoptose
zusammenhängende Erkrankungen.
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Freitext der
Sequenzliste
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- SEQ ID NO: 1: Synthetisches Peptid
- SEQ ID NO: 2: Synthetisches Peptid